Отчет по практике в Казанский завод СК им. С. М. Кирова

OH – массовая доля гидроксильных групп в полиэфире, %.

(1,45÷0,5) и (1,425÷1,5) число молей толуилендиицозианата

К – массовая доля основного вещества в 1,4-бутандиоле, %.

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Устройство и характеристика основного оборудования.

 

Синтетический уретановый каучук СКУ-8М предполагается готовить в аппаратах с мешалкой.

Аппарат с мешалкой применяется  для получения однородной жидкой смеси и выравнивания концентрации реагентов по всему объему аппарата. При этом отвод тепла и выравнивание температуры реакционной смеси  при перемешивании значительно ускоряется. Таким образом, перемешивание необходимо для обоих стадий химического взаимодействия диффузионного (массообменного) процесса и соответственно химической реакции.

В данном случае применяется механическое перемешивание.

Реактор представляет собой вертикальный сосуд с перемешивающим устройством лопастного типа, вращение которого совпадает с осью аппарата. Корпус аппарата состоит их вертикальной цилиндрической обечайки, крышки, на которой установлен привод мешалки, люк , штуцера и днища.

Аппарат снабжен электроприводом, установленным вертикально на крышке аппарата. Это позволяет проводить ремонт уплотнения и вала мешалки без слива рабочей среды из аппарата. Привод состоит из мотора-редуктора , стоек, переходника, вала промежуточного и уплотнения.

Вал перемешивающего устройства  состоит из двух частей: вала верхнего и вала нижнего, соединенных между собой муфтой.

Для дополнительного подвода (отвода) тепла реактор снабжен рубашкой, состоящей из обечайки и днища. Рубашка крепится к корпусу.

Аппарат установлен на опоры.

 

 

 

 

Принцип действия основного оборудования.

В реактор с мешалкой самотеком  сливают полиэфир П-6, создают вакуум, включают мешалку и начинают нагревать. Для этого в рубашку через  пароводосмеситель подают водяной пар. По окончании сушки и стабилизации полиэфир охлаждают с подачей промышленной воды в рубашку аппарата и через загрузочный люк загружают  взвешенное количество 1,4-бутандиола. Процесс смешения 1,4-бутандиола, полиэфира и катализатора проводят при температуре (60-80°С) и атмосферном давлении в течение 0,5 часа. Затем, не останавливая мешалку, из дозера начинают подачу толуилендиизоцианата.

Реакция образования полимера экзотермична, то есть идет с выделением тепла. Поэтому в рубашку через К штуцера предусмотрена подача промышленной воды для поддержания режимной температуры в аппарате. Вывод конденсата производится через штуцер Л.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Технологические расчеты

Технологический расчет основного  оборудования.

Размер аппарата определяется его  производительностью:

Объем аппарата определяем по формуле

V=

³

Где g – производительность, кг/ч

t_преб. – время пребывания, ч

φ –коэффициент заполнения

ω – выход продукта с единицы объема

ω= w*ρ, где w=m_пр. / m_р.см.

m_{пр. –} масса продукта, кг/ч

m_р.см. – масса реакционной смеси, кг/ч

ρ – плотность реакционной смеси, кг/м³

 

w=

ω = 0,92*1130,75=1040,29 кг/м³

 

V= ³

Принимаем аппарат объемом 1м³

 

 

 

 

 

 

 

Техническая характеристика.

1. Расчетное давление в аппарате Или расчетное наружное давление	10 кгс/см2 7,0 кгс/см2
2. Расчетное давление в рубашке	6,0  кгс/см2
3. Расчетная температура в аппарате	100 ° С
4. Расчетная температура в рубашке	100 ° С
5. Рабочая среда в аппарате	Агрессивная, пожароопасная, токсичная
6. Внутренний диаметр аппарата	1000 мм
7. Внутренний диаметр рубашки	1100 мм
8. Материал аппарата	12x18H10T
9. Материал рубашки	Сталь В Сm3nc4

 

Примечание: допускается замена углеродистой стали на сталь с более высокими механическими свойствами, разрешенную «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», без пересчета.

 

Исходные данные.

Таблица 11

№	Наименование параметров	Обозначение	Величина
1	2	3	4
1	Рабочее давление в корпусе	Р	вакуум
2	Рабочее давление в рубашке	Р	6 кгс/см 2
3	Расчетное наружное давление на корпус	Рн	7 кгс/см2 ,1  кгс/см2
4	Расчетное внутренне давление в  рубашке	Рр	6 кгс/см 2
5	Рабочая температура в корпусе	t	150 ° C
6	Рабочая температура в рубашке	t´	200 ° C
7	Расчетная температура в корпусе	t	200 ° C
8	Расчетная температура в рубашке	t´	250 ° C
9	Допускается напряжение при t=200 ° C для материала Обечайки корпуса 12x18Н10Т Днища корпуса 08x22Н6Т	[r] [r] 1	1400 кгс/см 2 1930 кгс/см 2
10	Допускаемое напряжение при t= 250 ° C для материала рубашки Всm3nc4	[r] 1	1200 кгс/см 2
11	Модуль продольной упругости при  t=200 ° C для материалов 12x18H10T	E	1.97*106 кгс/см 2
12	Коэффициент запаса устойчивости	Пу	2,4
13	Коэффициент прочности сварного шва		1,0
14	Внутренний диаметр корпуса	D	100 см
15	Внутренний диаметр рубашки	D´	110 cм
16	Толщина стенки обечайки корпуса	S	1,0 см
17	Толщина стенки днища корпуса	S1”/S 1	0,8/1,0 см
18	Толщина стенки обечайки рубашки	S 1	0,8 см
19	Толщина стенки днища рубашки	S 11	0,6 см
20	Прибавка на коррозию	с	0,2 см
21	Длина обечайки корпуса по паспорту	l	109 см
22	Длина обечайки рубашки по паспорту	l 1	975 см

 

9.2 Расчет количества оборудования.

Количество оборудования определяется по формуле:

n= G_t *t/g*t_эф.

Где G_t – производительность аппарата,кг/год

t- коэффициент запаса прочности (1,05÷1,2)

g – производительность, кг/ч

t_эф. – эффективный фонд времени работы установки, ч

g=

n=

выбираем два реактора объемом 1 м³.

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Механический расчет.

Расчет обечайки, нагруженной наружным давлением P_н = 7 кгс/см²

Допускаемое наружное давление

7.36 кгс/см² > 7 кгс/см²

где допускаемое давление из условия  прочности

 кгс/см²

а допускаемое давление из условия устойчивости а пределах упругости:

B1 = min

Расчет эллиптического днища, нагруженного наружным давлением P_н = 7 кгс/см²

Допускаемое наружное давление:

 кгс/см² > 7 кгс/см²

 

где допускаемое давление из условий  прочности:

 кгс/см²

R=D

 

 

 

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

 

К_э

Где x=10*

H=0.25D=0.25*100=25 см.

Расчет мешалки.

Для перемешивания применяем  лопастную  мешалку

Диаметр мешалки равен:

dм=Dв/(1,4 ÷1,7),мм

где Dв-внутренний диаметр аппарата

dм=

b=0.1dм

b=0.1*700=70мм

hм=(0,1 ÷0,3)dм

hм-расстояние от днища аппарата до мешалки,мм

hм=0,3*700=210мм

Стандартные параметры для лопастной  мешалки dм=700мм

Скорость вращения:

ω=6,6 рад/сек

n=1,05сек^-1

n=63,0 об/мин

Мощность =0,16 кВт

Расчет  мощности:

Расчетная мощность N_м (Вт), потребляемая перемешивающим устройством собственно на перемешивание определяется по формуле:

 N_м=κ_N*ρ_с*h³*d_м⁵, Вт

где  d_м-диаметр мешалки, м

ρ_с-плотность перемешиваемой среды, кг/м³

h- частота вращения мешалки, об/сек

κ_N- критерий мощности 

κ_N зависит от центробежного критерия  Re_ц, отношение Dв/dм, типа перемешивающего устройства.

Центробежный критерий  Re_ц

                 Re_ц=ρ_сhd_м²/μ_с

где  μ_с- динамический коэффициент вязкости смеси, H ּсек/м²

 Re_ц=(1130,75*1,05*(0,7)²)/3000*10^-6=2*10⁵

κ_N=0,18

N_м=0,18*1130,75*(1,05)³*(0,7)⁵=39,6 Вт

Мощность, определяемая с учетом влияния внутренних устройств:

N=к₁*к₂*к₃*N_м

N=1.3*1.2*1.1*39.6=68 Bт

Мощность двигателя:

N_дв=  

где  - КПД редуктора ( =0,93)

-коэффициент запаса ( =1,25)

N_дв=

Выбирается электродвигатель типа ВАО-42-4 исполнение обычное  с мощностью 3,0 кВт и числом оборотов 270 об/мин

Размеры мешалки:

d_м=700 мм

d=50мм

b=70 мм

s=8 мм

m=6,3 кг

М_к^*=84Hм

М_к^*- наибольший крутящий момент при спусковой мощности.

 

Проверочный расчет вала.

Предварительный минимальный диаметр  вала:

d= 1.71 ³

^, м

где М` _к - расчетный крутящий момент на валу с перемешивающим устройством, Н*м

τ – допускаемое напряжение на кручение для материала вала. Для стали τ=44*10⁶ Н/м²

М`_к = , Н*м

где N`_м – расчетная мощность, расходуемая на перемешивание, Вт

ω – угловая скорость вращения перемешивающего устройства, рад/сек

М`_к =

Н*м

d=1.71

м

 

Масса единицы длины сплошного  вала:

m=

где ρ – плотность материала  вала, кг/м³ . Для стали ρ=7,85*10³ кг/м³

m=7.85*10³

Определим момент инерции поперечного сечения вала:

y=

y=

Определим коэффициенты к и а₁:

к=

а₁=

где М_м- масса перемешивающего устройства, кг

l₁ и L – длина соответствующих участков вала

к=

а₁=

По полученным значениям из графика  на рис. находим корень L частного уравнения:

L= f(к,а₁)= f(4,05;0,7)=1,4

Первую критическую скорость определяем по формуле:

где L – расчетная длина вала, м

E- модуль упругости материала вала, Н/м². Для стали E=2,2*10¹¹ Н/м².

ω₀₁= рад/сек

ω≤0,7 ω₀₁

6,6<2.6

Условие не выполняется. Конструктивно  диаметр вала принимаем 50 мм.

Расчет фланцевых соединений.

Конструктивные размеры фланца.

Толщина втулки принята s_о = 20 мм

s < s_o < l,3×s (16 < 20 < 20,8)

s_o – s < 5 (20 – 16 = 4 мм < 5 мм)

Толщина втулки:

s₁ = b₁×s_o = 1,4×20 = 28 мм

где  b₁ = 1,4 при D/s_о = 1600/ 20 = 80 мм

Высота втулки:

 мм.

Принимаем h_в = 50 мм = 0,05 м

Эквивалентная толщина втулки фланца

   мм

Диаметр болтовой окружности:

D_б > D + 2(s₁ +d_б + u) = 1600 + 2×(28 + 24 + 5) = 1714 мм,

где   u = 5 мм,    d_б = 24 мм, при     р_р = 0,6 МПа и D = 1600 мм.  

Принимаем

D_б = 1730 мм = 1,73 м.

Наружный диаметр фланца D_н > D_б + а = 1730 + 47 = 1777 мм,

где  а = 47 мм - для шестигранных гаек М24.

Принимаем D_н = 1780 мм = 1,78 м.

Наружный диаметр прокладки: D_н.п. = D_б – е = 1730- 70 = 1670 мм,

где  е = 70 мм - для плоских прокладок d_б = 1730 мм.

средний, диаметр прокладки D_с.п. = Д_н.п. - b = 1670-20 = 1650 мм = 1,67 м

где b = 20 мм - ширина плоской неметаллической прокладки для диаметра аппарата D = 1600 мм.

Количество болтов

n_б ³ p×D_б/t_ш = 3,14×1730/96 = 55,53,

где t_ш = 4×d_б = 4×24 = 96 мм -шаг расположения болтов.

Принимаем n = 68 , кратное четырём.

Высота фланца: мм

где    l_ф = 0,22  

Принимаем

h_ф = 42 мм = 0,042 м

Нагрузки, действующие на фланец.

Равнодействующая внутреннего давления:

 МН

Реакция прокладки.

R_п = p×D_с.п.×b_o×k_пр×р_р = 3,14×1,67×0,017×2,5×0,1 = 0,02 МН,

где     k_пр  = 2,5 - для паронита;

b_о - эффективная ширина прокладки

 м

Коэффициент жесткости фланцевого соединения: k_ж = 1,26

Болтовая нагрузка в условиях монтажа

F_б1 = k_ж×F_Д + R_П = 1,26×0,22 + 0,02 = 0,24 MН

Болтовая нагрузка в рабочих  условиях:

F_б2 = F_б1 + (1 – k_ж)×F_Д = 0,3 + (1 – 1,26)×0,22 = 0,3 МН

Приведённый изгибающий момент:      

M_о = 0,5×(D_б – D_с.п)×F_б1 = 0,5×(1,73-1,67)×0,24 = 0,0072 МН×м.

Проверка прочности и герметичности соединения.

Условия прочности болтов

  0,24/56×3,4×10^-4 = 12,6 МПа < 130 МПа

  0,3/56×3,4×10^-4 = 15,7 МПа < 126 МПа

Условие прочности неметаллической прокладки:

 0,3/3,14×1,67×0,02 = 2,8 МПа < 130 МПа

Максимальное напряжение в сечении фланца, ограниченном   размером s₁:

 МПа

 Максимальное напряжение в  сечении, ограниченном размером  s_о:

s_о = f_ф×s₁ = 1,25×6,9 = 8,6 МПа

Окружное напряжение в кольце фланца:

 МПа

Напряжение во втулке от внутреннего  давления:

Тангенциальное  МПа

Меридиональное  МПа

Условие прочности для сечения фланца, ограниченного размером          s₁ = 76 мм

;

 МПа < 195 МПа

Условие выполняется.

Условие прочности для сечения, ограниченного размером s_о = 20 мм,

 МПа < 1×170 МПа

Условие выполняется. 

Условие герметичности:

 рад < 0,009 рад

где [q] = 0,009 рад при D = 1600 мм < 2000 мм.

Условие выполняется.

Расчёт сопряжения рубашки с  корпусом.

Определение вспомогательных параметров.

- коэффициент осевого усилия

- коэффициент, учитывающий расстояние между корпусом сосуда и рубашкой

- коэффициент длины сопряжения

- коэффициент отношения прочности корпуса и рубашки

 

 

 относительная эффективная несущая длина конуса