POLITECHNIKA POZNAŃSKA

WYDZIAŁ TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

INSTYTUT TECHNOLOGII I INŻYNIERII CHEMICZNEJ

ZAKŁAD INŻYNIERII I APARATURY CHEMICZNEJ

MIESZALNIK

Projekt wykonany w ramach zajęć

Maszynoznawstwo i Aparatura Przemysłu Chemicznego

Szymon Wojciechowski

studia dzienne I stopnia 2008/2009

na kierunku Technologia Chemiczna

Temat: Zaprojektować mieszalnik do wytwarzania Gd = 2000kg układu dwufazowego typu ciecz-ciecz o udziale objętościowym fazy rozproszonej ϕw= 0,3. Fazę rozpraszającą stanowi octan etylu fazę rozproszoną woda. Temperatura pracy mieszalnika T = 40^oC.

Uwagi:

II. Tok obliczeniowy:

2. Obliczenia statyki procesu

Dane	Obliczenia	Wyniki
T = 40^oC ηc = 426 10^-6 ηd = 890,5 10^-6 Φd = 0,3 894,5[kg/m^3] 992,22 [kg/m^3] Φd=0,3 Ge=2000 [kg] ρe = 923, 816 [kg/m^3] Ve=2,17 [m^3] xc=0,7 Ve=2,17 [m^3] xd=0,3 Vc=1,519[m^3] 894,5[kg/m^3] Vd=0,651[m^3] 992,22 [kg/m^3] mc=1358,75 kg md=645,94 kg Ve=2,17 [m^3] Dw=1,4 [m] He=1,4[m] Dw=1,4[m] H=1,9[m] Dw=1,4[m] $$\frac{D_{w}}{d} = 3$$ Dw=1,4[m] d=0,5[m] 894,5[kg/m^3] 992,22 ηc = 426 10^-6 ηd = 890,5 10^-6 Dw=1,4[m] σ = 23.2 [mJ/m^2] i=0,92 ηe = 793, 8 * 10^−6 [Pa·s] ρe = 923, 816 [kg/m^3] Ne=0,3 n=3,333[obr/s] d=0,5[m] 992,22 P=344,5[W] k1=He/Dw=1 k2=1,5 k3=2,5 g = 9,81 [$\frac{m}{s^{2}}$] He=1,4[m] ρe = 923, 816 [kg/m^3] prw = 101325 [$\frac{N}{m^{2}}$] Prz=1291.9[W] n=3,333[obr/s] X = 2,6 ∝  = 0, 9 Res=24*10^7 [N*m] stal ST3 Ms=63,18[N*m] ksj=83076923 [N/m^2] dc=0,04[m] n=3,333[Obr/s] dw=0,04[m] pow=114012,69 [N/m^2] Prz=1291.9[W] ηs = 0, 85 Pt=87,62[W] Res=24*10^7 [N*m] stal ST3 X=2,6 α = 0, 9 k=83076923 [N/m^2] pow=114012,69 [N/m^2] a = 1 Dw=1,4[m] z=0,80 g0=0,00105[m] τ = 10 [lat] Dz=1,41[m] Res=24*10^7 [N*m] stal ST3 He=1,4[m] pow=114012,69 [N/m^2] Dw=1,4[m] kg=0,53*Res Res=27*10^7 [N*m] stal ST5 d=0,0799[m] c=0,0015[m] rw=0,05[m] pow=114012,69 [N/m^2] Dw=1,4[m] gd=0,006[m] c2=0, 001 [m] k=83076923 [N/m^2] Dz = 1, 61 [m] a = 1 dw = 0, 04 [m] Ps=2,2[kW] Vs=1500[obr/min] Dz = 1, 41 [m] Dw=1,4[m] H=1,9[m] $\rho_{\text{stal}} = 7850\lbrack\frac{\text{kg}}{m^{3}}\rbrack$ g=0,005[m] B=0,14[m] dw=0,04[m] $\rho_{\text{stal}} = 7850\lbrack\frac{\text{kg}}{m^{3}}\rbrack$ l=2,09[m] me=2004,69 [kg] M=1217,834[kg] Dw=1,4 Mcał=3222.524 [kg]	2. OLICZENIA 2.1 Obliczenie podstawowych parametrów fizykochemicznych układu: Obliczenie lepkości układu $$\eta_{e} = \frac{\eta_{c}}{1 - \phi}\left( 1 + \frac{1,5\phi\eta_{d}}{\eta_{c} + \eta_{d}} \right)$$ Obliczenie gęstości układu ρe = ϕρd + (1 − ϕ)ρc 2.2 Bilans masowy 2.2.1 Objętość emulsji $$V_{e} = \frac{G_{e}}{\rho_{e}}$$ 2.2.2 Objętość octanu Vc = xc * Ve 2.2.3 Objętość wody Vd = xd * Ve 2.2.4 Masa wprowadzanego octanu mc = ρc * Vc 2.2.5 Masa wprowadzanej wody md = ρd * Vd 2.2.6 Masa emulsji me = mc + md 3. obliczanie pojemności i wymiarów zbiornika 3.1 Średnica i wysokość napełnienia $$D_{w} = \sqrt[3]{\frac{4V_{e}}{\pi}}$$ Zgodnie z norma PN-67/H-74722 przyjmuję Dw=1,4[m] Dw=He $$H = \frac{H_{e}}{0,75}$$ 3.2 Pojemność zbiornika $$V = \frac{\pi*D_{w}^{2}}{4}*H$$ 4. Obliczenia mieszadła 4.1 Geometria $$d = \frac{D_{w}}{3}$$ Zgodnie z normą BN-75/2225-06 obieram mieszadło wirnikowe sześciołopatkowe stalowe otwarte o d=0,5[m] 4.2 Dobór przegród B=0,1Dw Dobieram 4 przegrody o szerokości B 4.3 Nominalne obroty mieszadła Obliczam ilość obrotów mieszadła na sekundę $$n = \frac{R_{e}*\eta_{e}}{d^{2}*\rho_{e}}$$ n=3,08 Zgodnie z normą BN-62/2201-03 dobieram szybkość obrotów mieszadła n=3,333[obr/s] 4.4 Moc mieszania Na podstawie wykresu charakterystyki mocy mieszadeł śmigłowych: Ne=f(Re) wyznaczam Ne, dla zbiornika 4 przegrodami. Ne=0,3 4.5 Moc na wale mieszadła Prz = P * k1 * k2 * k3 5. Ustalenie ciśnienia obliczeniowego ph=g•ρm • Hc pow=prw+ph 6. Obliczenia wału 5.1 Moment skręcający $$M_{s} = \frac{P_{\text{rz}}}{n}*0,163$$ 5.2 Średnica Wału $$k_{\text{sj}} = \frac{R_{\text{es}}}{X}*\alpha$$ $$d_{w} = {(16*\frac{M_{s}}{\pi*k_{\text{sj}}})}^{\frac{1}{3}}$$ dw=0,016[m] Na podstawie normy BN-62/2201-04 dobieram średnicę wału mieszadła dw = 0, 04 [m] 5.3 Obliczanie mocy traconej na skutek tarcia dławnicy $$S_{c} = 4,4*10^{- 2}*\sqrt{d_{c}}$$ $$P_{t} = 2*n*d_{w}^{2}*s_{c}*p_{\text{ow}}*e^{0,1\frac{h_{d}}{s_{c}} - 1}$$ 7. Obliczenia mocy silnika $$P_{s} = \frac{P_{\text{rz}}*P_{t}}{\eta_{s}}$$ Z katalogu firm indukta dobieram silnik FSg 100L-4A-HS(Y) o mocy znamionowej 2,2 [kW] oraz prędkości synchronicznej 1500 [$\frac{\text{obr}}{\min}$] 8. Obliczenia Wytrzymałościowe 8.1 Obliczanie grubości powłoki płaszcza ze względu na sztywność i korozję 8.1.1 Obliczanie grubości ścianki aparatu Obliczanie wartości naprężeń dopuszczalnych $$k = \frac{R_{\text{es}}}{X}*\alpha$$ Przyjęto materiał konstrukcyjny – stal St3S, dla którego wg PN-61/H-84020 wartość Res dla temperatury 40 [] wynosi: Re = 24 • 10^7 [$\frac{N}{m^{2}}$] Współczynnik bezpieczeństwa wg UDT wynosi: X=2,6 Współczynnik poprawkowy ma wartość: α=0,9 Przyjęto jednostronne złącze doczołowe bez podpawania, dla którego: z=0,80 Wartość współczynnika a Dla stosunku: $$\frac{D_{z}}{D_{w}} \leq 1,4$$ Współczynnik a = 1 $$g_{0} = \frac{D_{w} \bullet p_{\text{ow}}}{\frac{2,3}{a} \bullet k \bullet z - p_{\text{ow}}}$$ 8.1.2 Obliczanie rzeczywistej grubości ścianki g=g0+c c=c1+c2+c3 Przyjmuję: c1=0,0005 [m] c2=s•τ s=0,0001 [$\frac{m}{\text{rok}}$] c2=0,0001•10 = 0, 001 [m] Ze względu na brak dodatkowych naprężeń: c3=0 [m] g=0,00255[m] przyjmuję g=0,005[m] 8.1.3 Obliczenie grubości powłoki płaszcza ze względu na sztywność $$g_{\text{sz}} = 10^{- 3}\left( D_{z} + 2,5 \right)*\frac{2,94*10^{8}}{R_{\text{es}}}$$ 8.2 Obliczanie grubości dna dolnego (płaskiego z wyobleniem) aparatu $$z_{0} = \frac{D_{w} - d}{D_{w}}$$ kg=0,53*Res $$g_{d} = 0,35*\left( D_{w} - r_{w} \right)*\sqrt{\frac{p_{\text{ow}}}{k_{g}*z_{0}}} + c$$ Dobieram dno płaskie z wyobleniem wg BM-84/2532-02 o Dnom=1,4[m] 8.3 Dobór dennicy górnej Przyjęto dennice elipsoidalną wg PN-69/M-35413 o dnom=1,4[m] 9. Dobór króćców i kołnierzy 9.1 Wyznaczenie największej średnicy otworu w dennicach niewymagającej wzmocnienia Współczynnik wytrzymałościowy wynosi: $$z_{r} = \frac{p_{\text{ow}}(D_{w} + g_{d} - c_{2})}{\frac{2,3}{a} \bullet k(g_{d} - c_{2})}$$ Największa średnica otworu niewymagającego wzmocnienia równa jest najmniejszej z trzech podanych średnic: d=0,81$\sqrt[3]{D_{w} \bullet \left( g_{d} - c_{2} \right)(1 - z_{r})}$ d=0,35Dz d=0,2 [m] Największa średnica otworu niewymagająca wzmocnienia wynosi: d=0,146[m] 9.2 Dobór króćca wylotowego zgodnie z normą BN-76/2211-34. Przyjmuję króciec o dnom=0,08 [m] 9.3 Dobór króćca doprowadzającego zgodnie z normą BN-76/2211-34. Przyjmuję króciec o dnom=0,04 [m] 9.4 Dobór kołnierzy do płaszcza Dobrano kołnierz przypawany z szyjką wg PN-67/H-74722 dla średnicy nominalnej zbiornika Dnom=1,4 [m] 10. Dobór dławnicy, kołnierza pod dławnice i stojaka napędu 10.1 Dobór dławnicy Na podstawie normy BN – 74/2225 – 04 dobieram dławnicę o dnom = d = 0, 4 [m] 10.2 Dobór kołnierza pod dławnice Na podstawie normy BN – 74/2225 – 05 dobieram kołnierz pod dławnicę o dnom = dw = 0, 04 [m] 10.3 Dobór stojaka napędu Na podstawie normy BN – 73/2225 – 02 dobieram stojak napędu S – 425 - 40 11. Dobór sprzęgła i przekładni 11.1 Dobór sprzęgła Na podstawie normy BN – 81/2225 – 11 dobieram sprzęgło łubkowe o dnom = 40 [mm] oraz o Msmax = 500 [Nm] 11.2 Dobór przekładni Na podstawie strony internetowej www.kacperek.com.pl dobrałem przekładnię typu R – 63 12. Obliczanie ciężaru aparatu 12.1 Obliczenie ciężaru własnego aparatu M=mpla + mdd + mdg + mk1 + mk2 + mdła + 2*mk +mkpd + 4*mwsp + mmie + mwał + msto + mpre + 4*mprz + msil + mspr + 4*mbla Masa płaszcza $$m_{\text{pla}} = \frac{\pi*(D_{z}^{2} - D_{w}^{2})}{4}*H*\rho_{\text{stal}}$$ Masa dennicy dolnej Masa dennicy wg BN–84/2532-02 Masa dennicy górnej Masa dennicy wg PN-69/M-35413 Masa króćca wylotowego Masa króćca wg BN-75/2211-34 Masa króćca doprowadzającego Masa króćca wg BN-75/2211-34 Masa dławnicy Masa dławnicy wg BN-74/2225-04 Masa kołnierza Masa kołnierza wg PN-67/H-74722 Masa kołnierza pod dławnice Masa wg BN-74/2225-05 Masa łapy wspornej Masa wg BN-64/2212-02 Masa mieszadła Masa wg BN-75/2225-06 Masa wału $$m_{wal} = \ \frac{\pi \bullet d_{w}^{2}}{4}l\rho_{\text{stal}}$$ Masa stojaka Masa wg BN-73/2225-02 Masa przekładni Masa wg strony internetowej www.kacperek.com.pl Masa przegrody mprz = H • B • g • ρstal Masa silnika Masa sprzęgła Masa wg BN-81/2225-11 Masa blachy wzmacniającej BN-64/2212-03 12.2 Obliczanie całkowitej masy aparatu z cieczą Mcal = me + M 13. Dobór łap wspornych 13.1 Dobór łap Z normy BN – 22126/02 dla średnicy zbiornika Dw=1,4[m] Najmniejsza grubość płaszcza nie wymagająca wzmocnienia 4 + 4 na wzmocnienie W=180 Zbiornik będzie miał 4 łapy Ciężar przypadający na jedną łapę: cl=$\frac{M_{\text{ca}l}}{n - 1}$ 13.2 Wyznaczenie wymiarów blach wzmacniających dla łap Wymiar dobieram wg BN-66/2212-08 dla maksymalnego obciążenia jednej łapy Qmax=1700 [kg]	ηe = 793, 8 * 10^−6 [Pa·s] ρe = 923, 816 [kg/m^3] Ve=2,17 [m^3] Vc=1,519[m^3] Vd=0,651[m^3] mc=1358,75 kg md=645,94 kg me=2004,69 kg Dw=1,403 He=1,4[m] H=1,9[m] V=2,92[m^3] d=0,46[m] B=0,14[m] Re=896121 n=3,333[obr/s] P=344.5[W] Prz=1291.9[W] ph=12687,69[N/m^2] pow=114012,69[N/m^2] Ms=63,18[N*m] ksj=83076923[N/m^2] dw = 0, 04 [m] Sc=0,0088 Pt=87,62[W] Ps=1623[W] Ps=2,2[kW] Vs=1500[obr/min] k=83076923[N/m^2] z=0,80 a = 1 g0=0,00105[m] c1=0,0005[m] c2=0,001[m] c3=0[m] c=0,0015[m] g=0,005[m] gsz=0,00479[m] z0=0,943 kg=14,31*10^7 [N*m] gd=0,006[m] zr=0,1677[m] d=0,146[m] d=0,564[m] d=0,2[m] d=0,146[m] Dzsto = 425 [mm] Hsto = 470 [mm] mpla=329,17[kg] mdd=82[kg] mdg=96[kg] mk1=9,33[kg] mk2=4,02[kg] mdła=11[kg] mk=241[kg] mkpd=3,02[kg] mwsp=6,3[kg] mmie=9,5[kg] mwał=20,61[kg] msto=68[kg] mpre=8[kg] mprz=10,5[kg] msil=32[kg] mspr=4,5[kg] mbla=2,381 M=1217,834[kg] Mcał=3222.524[kg] W=180 n=4 cl=1074,18[kg] a=0,180[m] b=0,170[m] g=0,01[m]