3.1.4 Расчет мощности перемешивания и подбор привода

Расчет мощности перемешивания производим для третьей стадии промывок.

Центробежный критерий Рейнольдса определяем по формуле (3.33), подставляя ₁ = _III = 934 кг/м³:

Для трехлопастной мешалки в гладкостенном аппарате при Re_ц = 160 критерий мощности K_N = 0,85 /11, с.109/.

Мощность перемешивания определяем по формулу (3.34), подставляя

z_м = 4; ₁ = 934 кг/м³:

N = 40,859341,05³1,4⁵ = 19771 Вт

Определяем потери мощности в сальниковом уплотнении.

Толщину сальниковой набивки определяем по формуле /11, (9.18)/:

_н = (45)10^–2d_в^0,5,м, (3.67)

где d_в = 0,115 м – диаметр вала мешалки.

_н = (45)10^–20,115^0,5 = 0,0140,017 м

Принимаем _н = 0,015 м.

Высоту набивки определяем по формуле /11, (9.18)/:

h_н = (410) _н; (3.68)

h_н = (410)0,015 = 0,060,15 м

Принимаем h_н = 0,09 м.

Мощность, затрачиваемая на трение в сальниковом уплотнении /11, (9.17)/:

N_уп = 4d_в²n_нрехр(0,2h_н/_н – 1) (3.69)

где р  0,1106 Па – наружное избыточное давление в аппарате;

f_тр = 0,080,12 – коэффициент трения.

Принимаем f_тр = 0,12.

N_уп = 40,115²1,050,0150,110⁶ехр(0,20,09/0,015 – 1) =12,2 Вт

Мощность привода:

N_пр = (N + N_уп)/ ; (3.70)

где  = 0,850,9 – коэффициент полезного действия привода мешалки.

Принимаем  = 0,85.

N_пр = (19771 + 12,2)/0,85 = 23274 Вт

Выбираем стандартный мотор-редуктор с частотой вращения n = 1,05 с^–1 и мощностью N = 30 кВт.

2. Прочностной расчет основных элементов реактора

Расчет ведем согласно [12].

Данные для расчета:

внутренний диаметр корпуса аппарата			Dк = 2,2 м;
внутренний диаметр корпуса рубашки			Dр = 2,4 м;
наибольшее значение вакуумметрического давления в корпусе			рк = 0,085 МПа;
максимальное рабочее давление в рубашке			рр = 0,48 МПа;
теплоноситель при максимальном давлении в рубашке			водяной пар;
материал корпуса аппарата	сталь марки 08Х18Н10Т;
материал рубашки аппарата	сталь марки ВСт3сп;
проницаемость материала корпуса в рабочей среде		Пк < 0,05 мм/год;
проницаемость материала рубашки в рабочей среде		Пр = 0,1 мм/год;
срок службы аппарата			а = 12 лет;
максимальная температура теплоносителя			t = 150С;
высота столба жидкости в корпусе при гидроиспытании			Нк = 4,58 м;
высота столба жидкости в рубашке при гидроиспытании			Нр = 3,813 м.

Расчетная схема реактора показана на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Расчетная схема реактора

3.2.1 Определение расчетных параметров

Расчетные температуры корпуса и рубашки реактора принимаем равными t_R=150C.

Механические свойства конструкционных материалов

Допускаемые напряжения для стали марки 08Х18Н10Т:

при температуре t_R=150C:  = 160 МПа /12, табл.1.4/;

при гидроиспытании:

, (3.71)

где _т20 = 236 МПа – напряжение текучести для стали марки 08Х18Н10Т при температуре 20С /16, табл.3.8/;

n_т = 1,1 – коэффициент запаса текучести /6, табл.1.7/.

Модуль продольной упругости для стали марки 08Х22Н10Т :

при температуре 20C	Е20 = 2105 МПа;
при температуре tR=150C	Е = 1,99105 МПа.

Допускаемые напряжения для стали марки ВСт3сп:

при температуре t_R=150C:  = 131 МПа ;

при гидроиспытании по формуле (3.71) при _т20 = 250 МПа :

Модуль продольной упругости для стали марки 10Х22Н10Т /6, табл.1.5/:

при температуре 20C	Е20 = 1,99105 МПа;
при температуре tR=150C	Е = 1,86105 МПа.

Наружное избыточное давление для расчета элементов корпуса:

p_нR = p_к + p_р ; (3.72)

p_нR = 0,085 + 0,48 = 0,565 МПа

Внутреннее избыточное давление для расчета элементов рубашки:

p_R = p_р =0,48 МПа.

Т.к. при данном давлении среда в рубашке – пар, гидростатическое давление не учитываем.

Пробное давление для корпуса аппарата (вакуум в рабочих условиях) :

p_пр = max1,5 p_нR _пр/; 0,2, МПа; (3.73)

p_пр = max1,50,565215/146; 0,2 = max1,25; 0,2 = 1,25 МПа

Гидростатическое давление столба воды при гидроиспытаниях:

p_гс = _вgH_в10^-6, МПа, ; (3.74)

где _в = 999 кг/м³ – плотность воды при 20C;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

H_в – высота столба воды.

Для корпуса H_в = H_к = 4,58 м:

p_гс = 9999,814,5810^-6 = 0,045 МПа.

Гидростатическое давление следует учитывать, если оно превышает 5% от расчетного:

p_гс  0,05 p_пр (3.75)

p_гс = 0,045 МПа; 0,05 p_пр = 0,051,25 = 0,063 МПа;

0,045 МПа  0,063 МПа

Т.к. условие (3.75) не выполняется, гидростатическое давление при гидроиспытаниях корпуса не учитываем.

Пробное давление для рубашки аппарата (0,07 МПа  p_R  0,5 МПа) :

p_пр = max1,5p_R _пр/; p_R + 0,2,МПа; (3.73б)

p_пр = max1,50,48227/131; 0,48 + 0,2 = max1,25; 0,68 = 1,25 МПа

Гидростатическое давление при гидроиспытаниях рубашки определяем по формуле (3.4), подставляя H_в = H_р = 3,813 м:

p_гс = 9999,813,81310^-6 = 0,037 МПа.

Проверяем условие (3.75):

p_гс = 0,037 МПа; 0,05 p_пр = 0,051,25 = 0,0625 МПа;

0,037 МПа  0,0625 МПа.

Т.к. условие (3.75) не выполняется, гидростатическое давление при гидроиспытаниях рубашки не учитываем.

Общее значение прибавки к расчетной толщине стенки:

c = c₁ + c₂ + c_3; (3.76)

где c₁ – прибавка на коррозию и эрозию;

c₂ – прибавка на минусовое значение предельного отклонения по толщине листа;

c₃ – технологическая прибавка.

Т.к. значение проницаемости материала стенок корпуса П  0,05 мм/год, принимаем c₁ = 1 мм.

Для рубашки:

с₁ = П_р_а ; (3.77)

с₁ = 0,112 = 1,2 мм

Для листового проката значение c₂ = 0,8 мм.

Значение технологической прибавки c₃ = 0.

Подставляем значения в формулу (3.77).

Для корпуса:

c = 1 + 0,8 + 0 = 1,8 мм

Для рубашки:

c = 1,2 + 0,8 + 0 = 2 мм