1
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
Anna Brejecka
studia dzienne I stopnia 2011/2012
na kierunku Technologia Chemiczna
Temat:
Zaprojektować mieszalnik do wytworzenia zawiesiny ciała stałego w cieczy w
temperaturze T=70
o
C o żądanych parametrach: masa zawiesiny
z
G
=1200kg , stosunek
masowy ciała stałego do cieczy rozpraszającej wynosi
s
X =0,35, średnica ziarna ciała stałego
d
s
= 48
.
10
-6
m i gęstość ciała stałego
ρ
s
=1200 kg/m
3
Uwagi:
2
s
obr
n
05
,
1
0
=
1.
Charakterystyka techniczna aparatu.
1.1
Zastosowanie mieszalnika
Mieszalnik służący do wytwarzania mieszaniny dwufazowej typu ciecz-ciało stałe –
zawiesiny.
Masa zawiesiny
z
G
=1200kg, stosunek masowy
s
X =0,35, średnica ziarna ciała stałego
d
s
= 48
.
10
-6
m, temperatura pracy mieszalnika 70
o
C, gęstość ciała stałego
s
=1200 kg/m
3
Jako ciecz przyjmuję wodę.
Aparat posiada króciec wpustowy i wypustowy oraz właz z pokrywą.
1.2
Podstawowe parametry operacyjne
Nominalne obroty mieszadła:
Moc mieszania:
W
P
54
,
69
=
Moc silnika:
W
P
rz
4
,
190
=
Liczba przegród: 4
Ilość łap: 3
1.3
Rodzaj zastosowanego mieszadła
Zastosowanym mieszadłem jest mieszadło wirnikowe stalowe otwarte, czyli turbina
Rushtona o parametrach d=0,4m.
1.4
Ilość stosowanych mieszadeł
Zastosowano jedno mieszadło.
1.5
Umiejscowienie wału
Wał mieszadła umieszczony jest od góry w osi zbiornika (pionowo).
1.6
Pozycja aparatu
Aparat ustawiony jest pionowo na 3 łapach wraz z podporami.
1.7
Rysunek ideowy →
3
1.8
Charakterystyka materiałów
Czas użytkowania mieszalnika– 10 lat.
Materiał wykonawczy zbiornika – stal węglowa konstrukcyjna spawalna St-3.
Stal St-3 składa się z:
0,22 % węgla
1,10 % manganu
0,10-0,35% krzemu
Max 0,05% fosforu
Max 0,05% siarki.
4
2.
Część obliczeniowa
1. Podstawowe parametry fizykochemiczne układu
35
,
0
=
s
X
g
ę
sto
ść
wody w T:
343K
3
78
,
977
m
kg
c
=
ρ
3
1200
m
kg
s
=
ρ
s
Pa
c
⋅
⋅
=
−
4
10
07
,
4
η
lepkość wody w
T:343K
1.1. Przeliczanie X
s
na X
v
v
v
s
x
x
X
−
=
1
v
v
x
x
−
=
1
35
,
0
1.2. Obliczanie gęstości zawiesiny
s
v
c
v
s
c
z
x
x
ρ
ρ
ρ
ρ
ρ
)
1
(
−
+
⋅
=
1200
)
74
,
0
1
(
78
,
977
74
,
0
1200
78
,
977
⋅
−
+
⋅
⋅
=
z
ρ
1.3. Obliczanie lepkości zawiesiny
)
45
,
0
1
(
s
z
v
c
z
x
ρ
ρ
η
η
⋅
⋅
+
⋅
=
)
1200
05
,
1133
74
,
0
45
,
0
1
(
10
07
,
4
4
⋅
⋅
+
⋅
⋅
=
−
z
η
74
,
0
=
v
x
3
05
,
1133
m
kg
z
=
ρ
s
Pa
z
⋅
⋅
=
−
4
10
35
,
5
η
2. Bilans masowy
kg
G
z
1200
=
35
,
0
=
s
X
kg
G
c
889
=
kg
G
z
1200
=
2.1. Obliczenie masy cieczy
s
z
c
X
G
G
+
=
1
35
,
0
1
1200
+
=
c
G
2.2. Obliczenie masy ciała stałego
c
z
s
G
G
G
−
=
889
1200
−
=
s
G
kg
G
c
889
=
kg
G
s
311
=
3. Wyznaczenie objętości aparatu
3
05
,
1133
m
kg
z
=
ρ
kg
G
z
1200
=
3.1. Obliczenie objętości zawiesiny
z
z
z
G
V
ρ
=
05
,
1133
1200
=
z
V
3
06
,
1
m
V
z
=
5
3
06
,
1
m
V
z
=
3.2. Obliczenie objętości rzeczywistej
z
rz
V
V
⋅
=
2
,
1
06
,
1
2
,
1
⋅
=
rz
V
3
272
,
1
m
V
rz
=
4. Dobór zbiornika
3
272
,
1
m
V
rz
=
m
D
w
2
,
1
=
4.1. Obliczenie orientalnej średnicy aparatu
3
4
π
rz
w
V
D
=
3
272
,
1
4
π
⋅
=
w
D
Przyjmuję D
nom
=1200 [mm] na podstawie normy BN-75/2221-21,
pozostałe parametry:
V
nom
= 1,6[m
3
]
4.2. Dobór dennicy dolnej
Zgodnie z normą PN-69/M-35413 dobrano dennicę dolną o małej
wypukłości:
mm
h
h
h
h
d
w
c
d
191
151
40
=
+
=
+
=
m
V
m
h
wyobl
d
1045
,
0
191
,
0
=
=
4.3. Obliczenie objętości dennicy
c
w
wyobl
d
h
D
V
V
⋅
⋅
+
=
4
2
π
04
,
0
4
2
,
1
1045
,
0
2
⋅
⋅
+
=
π
d
V
4.4. Dobór kołnierza do dennicy
Zgodnie z normą
PN 67/H-74722
dobrano kołnierz
m
h
koł
115
,
0
=
m
D
w
17
,
1
=
m
D
w
2
,
1
=
3
6
,
1 m
V
nom
=
m
L
z
55
,
1
=
3
15
,
0
m
V
d
=
6
m
D
w
2
,
1
=
3
272
,
1
m
V
rz
=
3
13
,
0
m
V
koł
=
3
15
,
0
m
V
d
=
3
992
,
0
m
V
cyl
=
m
D
w
2
,
1
=
3
7850
m
kg
stali
=
ρ
m
H
cyl
877
,
0
=
m
g
m
B
p
012
,
0
12
,
0
=
=
4.5. Obliczenie objętości kołnierza
koł
w
koł
koł
h
D
V
mm
h
⋅
⋅
=
=
4
115
2
π
115
,
0
4
2
,
1
2
⋅
⋅
=
π
koł
V
4.6. Obliczenia objętości części walcowej zbiornika
koł
d
rz
cyl
koł
d
cyl
rz
V
V
V
V
V
V
V
V
−
−
=
+
+
=
13
,
0
15
,
0
272
,
1
−
−
=
cyl
V
4.7. Obliczenia wysokości części walcowej zbiornika
2
4
w
cyl
cyl
D
V
H
⋅
⋅
=
π
2
2
,
1
992
,
0
4
⋅
⋅
=
π
cyl
H
4.8. Dobór przegród
Wg normy BN-75/2225-06 dobieram zbiornik z 4 przegrodami o
szerokości B i grubości g.
w
p
w
D
g
D
B
⋅
=
⋅
=
01
,
0
1
,
0
4.9. Obliczenie masy 1 przegrody
stali
p
cyl
prz
g
B
H
m
ρ
⋅
⋅
⋅
=
7850
0012
,
0
12
,
0
877
,
0
⋅
⋅
⋅
=
prz
m
3
13
,
0
m
V
koł
=
3
992
,
0
m
V
cyl
=
m
H
cyl
877
,
0
=
m
g
m
B
p
012
,
0
12
,
0
=
=
kg
m
prz
99
,
0
=
5. Obliczenie minimalnej częstości obrotów
m
D
w
2
,
1
=
5.1. Obliczenie średnicy mieszadła
7
629
,
4
=
C
wg UDT
m
d
4
,
0
=
2
81
,
9
s
m
g
=
3
1200
m
kg
s
=
ρ
3
78
,
977
m
kg
c
=
ρ
s
Pa
c
⋅
⋅
=
−
4
10
07
,
4
η
35
,
0
=
s
X
m
d
s
6
10
48
−
⋅
=
s
Pa
c
⋅
⋅
=
−
4
10
07
,
4
η
2124
,
338460
Re
0
=
m
d
4
,
0
=
3
78
,
977
m
kg
c
=
ρ
d
d
D
w
=
=
3
2
,
1
3
Średnica mieszadła: 400mm
5.2. Obliczenie liczby Reynolds’a
3
1
)
(
)
(
)
(
Re
9
,
1
25
,
0
17
,
0
6
,
0
45
,
0
2
2
3
0
⋅
⋅
⋅
⋅
∆
⋅
⋅
⋅
⋅
=
d
d
X
g
d
C
s
s
c
c
c
ρ
ρ
η
ρ
3
1
)
4
,
0
10
48
(
35
,
0
)
78
,
977
22
,
222
(
)
)
10
07
,
4
(
78
,
977
81
,
9
4
,
0
(
629
,
4
Re
9
,
1
25
,
0
6
17
,
0
6
,
0
45
,
0
2
4
2
3
0
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
−
−
Z wykresu wyznaczam Ne
6
=
Ne
5.3. Obliczenie minimalnej liczby obrotów
c
c
d
n
ρ
η
⋅
⋅
=
2
0
0
Re
78
,
977
4
,
0
10
07
,
4
2
,
338460
2
4
0
⋅
⋅
⋅
=
−
n
Na podstawie normy BN-62/2201-03 i BN-62/2201-04
dobieram nominalne obroty mieszadła:
s
obr
n
05
,
1
0
=
m
d
4
,
0
=
2124
,
338460
Re
0
=
s
n
1
88
,
0
0
=
6. Obliczenie mocy mieszania
8
6
=
Ne
s
obr
n
05
,
1
0
=
m
d
4
,
0
=
3
78
,
977
m
kg
c
=
ρ
78
,
977
05
,
1
4
,
0
6
3
5
3
5
⋅
⋅
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
P
n
d
Ne
P
c
ρ
W
P
54
,
69
=
7. Obliczenie mocy silnika
m
H
cyl
877
,
0
=
m
D
w
2
,
1
=
W
P
54
,
69
=
73
,
0
1
=
k
5
,
2
5
,
1
3
2
=
=
k
k
wg UDT
W
P
rz
4
,
190
=
s
obr
n
05
,
1
0
=
8
,
1
=
e
X
wg UDT
2
7
,
121666666
m
N
k
=
7.1. Obliczenie współczynnika napełnienia mieszalnika cieczą
w
cyl
D
H
k
=
1
2
,
1
877
,
0
1
=
k
7.2. Obliczenie mocy rzeczywistej
3
2
1
k
k
k
P
P
rz
⋅
⋅
⋅
=
5
,
2
5
,
1
73
,
0
54
,
69
⋅
⋅
⋅
=
rz
P
7.3. Obliczenie momentu skręcającego
n
P
s
rz
M
⋅
=
163
,
0
05
,
1
4
,
190
163
,
0
⋅
=
s
M
7.4. Obliczenie naprężeń dopuszczalnych
Dla stali St3 dla której wartość Re wynosi wg normy:
PN-61/H-84020
2
7
10
9
,
21
m
N
R
e
⋅
=
e
e
X
R
k
=
8
,
1
10
9
,
21
7
⋅
=
k
7.5. Obliczenie dopuszczalnych naprężeń na skręcenia jednostronne
k
k
j
s
8
,
0
5
,
0
.
÷
=
7
,
121666666
6
,
0
.
⋅
=
j
s
k
73
,
0
1
=
k
W
P
rz
4
,
190
=
m
N
M
s
⋅
=
56
,
29
2
7
,
121666666
m
N
k
=
9
mm
m
C
5
,
0
0005
,
0
1
=
=
mm
C
1
2
=
0015
,
0
=
c
m
N
M
s
⋅
=
56
,
29
2
.
02
,
73000000
m
N
k
j
s
=
m
d
w
03
,
0
=
w
c
d
d
=
m
S
c
0076
,
0
=
Pa
p
atm
101325
=
3
05
,
1133
m
kg
z
=
ρ
m
H
cyl
877
,
0
=
2
81
,
9
s
m
g
=
m
d
w
03
,
0
=
m
S
c
0076
,
0
=
Pa
p
obl
05
,
111073
=
s
obr
n
05
,
1
0
=
7.6. Obliczenie naddatku grubości
3
2
1
c
c
c
c
+
+
=
7.7. Obliczenie średnicy wału mieszadła
c
k
M
d
j
s
s
w
+
⋅
=
3
.
71
,
1
0015
,
0
02
,
73000000
56
,
29
71
,
1
3
+
⋅
=
w
d
Na podstawie normy BN-74/2225-04 dobieram średnicę wału
równą:
m
d
w
03
,
0
=
7.8. Obliczenie grubości uszczelnienia dławika
c
c
d
S
⋅
⋅
=
−
2
10
4
,
4
03
,
0
10
4
,
4
2
⋅
⋅
=
−
c
S
7.9. Obliczenie wysokości dławika
c
dł
S
h
⋅
=
8
0076
,
0
8
⋅
=
dł
h
7.10. Obliczenie ciśnienia obliczeniowego
hyd
atm
obl
p
p
p
+
=
cyl
z
hyd
H
g
p
⋅
⋅
=
ρ
877
,
0
81
,
9
05
,
1133
⋅
⋅
=
hyd
p
05
,
9748
101325
+
=
obl
p
7.11. Obliczenie mocy traconej na skutek tarcia w dławnicy
)
1
1
,
0
exp(
2
2
0
−
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
c
dł
obl
c
w
S
h
p
S
d
n
P
)
1
0076
,
0
0608
,
0
1
,
0
exp(
05
,
111073
0076
,
0
03
,
0
05
,
1
2
2
0
−
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
P
2
.
02
,
73000000
m
N
k
j
s
=
0015
,
0
=
c
m
d
w
014
,
0
=
m
S
c
0076
,
0
=
m
h
dł
0608
,
0
=
Pa
p
hyd
05
,
9748
=
Pa
p
obl
05
,
111073
=
W
P
3
,
1
0
=
10
m
h
dł
0608
,
0
=
W
P
rz
4
,
190
=
W
P
3
,
1
0
=
85
,
0
=
d
η
7.12. Obliczenie mocy silnika
d
rz
s
P
P
P
η
0
+
=
85
,
0
3
,
1
4
,
190
+
=
s
P
W
P
s
5
,
225
=
8. Dobór silnika
W
P
s
5
,
225
=
Dobieram silnik na podstawie strony
http://www.motoreduktory.eu/index.php?option=com_content&
task=view&id=55&Itemid=1
Dobrałam silnik trójfazowy
SG 71-4A
o mocy znamionowej 0,25 kW i
prędkości synchronicznej 70 obr/min = 1,16 obr/s.
kg
m
sil
3
,
10
=
9. Dobór stojaka pod napęd
m
d
w
03
,
0
=
Na podstawie normy BN-73/2225-02 dobieram stojak pod napęd
S-425.
Parametry:
mm
D
mm
H
mm
h
z
425
470
34
=
=
=
kg
m
stoj
68
=
10. Dobór mieszadła
Piasta:
Na podstawie normy BN-75/2225-06 dobieram mieszadło
wirnikowe stalowe otwarte (turbina Rushtona) o parametrach:
m
d
4
,
0
=
kg
m
miesz
4
,
6
=
11
mm
b
mm
w
mm
l
mm
l
mm
d
mm
d
mm
d
p
p
12
3
,
43
28
50
70
75
40
1
2
1
=
=
=
=
=
=
=
Taroza:
mm
g
mm
d
6
300
3
=
=
Łopatka:
mm
c
mm
g
mm
l
mm
h
50
6
100
80
1
=
=
=
=
11. Dobór przekładni
Na podstawie katalogu strony:
www.kacperek.com.pl
Dobrano przekładnię zębatą HM 20/2
kg
m
przek
4
=
12. Dobór sprzęgła
Na podstawie normy BN-81/2225-11 dobrano sprzęgło o:
]
[
8
,
2
]
[
120
,
0
]
[
095
,
0
kg
m
m
L
m
D
sp
z
=
=
=
kg
m
sp
8
,
2
=
13. Dobór dławnicy
Na podstawie normy BN-74/2225-04 dobrano dławnicę do wału,
gdzie:
[ ]
[ ]
]
[
9
16
,
0
03
,
0
kg
m
m
d
m
d
dł
dł
nom
=
=
=
kg
m
dł
9
=
14. Dobór kołnierza pod dławnicę
Na podstawie normy BN-74/2225-05 dobrano kołnierz pod dławnice
o:
]
[
5
,
2
.
kg
m
dł
k
=
kg
m
dł
k
5
,
2
.
=
3.
Część konstrukcyjna
1. Obliczenie grubości ścianki płaszcza
1.1. Obliczenie naprężeń dopuszczalnych na rozrywanie (stal St3)
12
8
,
1
=
e
X
wg UDT
2
7
10
9
,
21
m
N
R
e
⋅
=
wg PN-61/H-84020
0
,
1
7
,
0
÷
=
dop
z
85
,
0
=
dop
z
85
,
0
=
z
Pa
p
obl
05
,
111073
=
m
D
w
2
,
1
=
2
7
,
121666666
m
N
k
=
a=1
mm
m
C
5
,
0
0005
,
0
1
=
=
wg UDT
lat
10
=
τ
rok
mm
s
1
,
0
=
m
g
00056
,
0
0
=
m
D
w
2
,
1
=
m
g
005
,
0
=
e
e
X
R
k
=
8
,
1
10
9
,
21
7
⋅
=
k
1.2. Wartość współczynnika a
Dla stosunku
4
,
1
≤
Dw
Dz
współczynnik a = 1
1.3. Wartość współczynnika wytrzymałości szwu
Dla dwustronnego złącza doczołowego współczynnik wytrzymałości
„z” wynosi:
z = 1,00·z
dop
85
,
0
00
,
1
⋅
=
z
1.4. Obliczenie grubości ścianki
obl
obl
w
p
z
k
a
p
D
g
−
⋅
⋅
⋅
=
3
,
2
0
05
,
111073
85
,
0
7
,
121666666
3
,
2
05
,
111073
2
,
1
0
−
⋅
⋅
⋅
=
g
1.5. Obliczenie rzeczywistej grubości ścianki
2
1
0
C
C
g
g
+
+
=
τ
⋅
=
s
C
2
10
1
,
0
2
⋅
=
C
001
,
0
0005
,
0
00056
,
0
+
+
=
g
Przyjmuję na podstawie
BN-65/2002-02
m
g
005
,
0
=
1.6. Obliczenie średnicy zewnętrznej
g
D
D
w
z
2
+
=
005
,
0
2
2
,
1
⋅
+
=
z
D
2
7
,
121666666
m
N
k
=
85
,
0
=
z
m
g
00056
,
0
0
=
mm
C
1
2
=
m
g
002
,
0
=
m
D
z
21
,
1
=
13
2. Sprawdzenie grubości ścianki płaszcza ze względu na sztywność
m
D
z
21
,
1
=
2
7
10
9
,
21
m
N
R
e
⋅
=
e
z
sz
R
D
g
)
5
,
2
(
10
95
,
2
5
+
⋅
=
7
5
10
9
,
21
)
5
,
2
21
,
1
(
10
95
,
2
⋅
+
⋅
=
sz
g
m
g
sz
005
,
0
=
3. Obliczenie grubości dennicy dolnej
d= 0,2m
m
D
z
21
,
1
=
m
g
005
,
0
=
57
,
2
=
ω
m
H
z
191
,
0
=
m
D
z
21
,
1
=
2
7
10
9
,
21
m
N
R
e
⋅
=
3.1. Obliczenie współczynnika ω
g
D
d
z
⋅
=
ω
W dnie przewidziano otwór o średnicy d= 0,2m
005
,
0
21
,
1
2
,
0
⋅
=
ω
h
c
i h
w
odczytujemy z normy PN-69/M-35413; dla D
w
=1200:
h
w
=151
h
c
=40
3.2. Obliczenie wysokości dennicy dolnej
151
40
+
=
+
=
z
w
c
z
H
h
h
H
3.3. Obliczenie współczynnika y
w
)
,
(
ω
z
z
w
D
H
f
y
=
21
,
1
191
,
0
=
z
z
D
H
wg UDT, y
w
zostało odczytane z tablicy 3.1
3.4. Obliczenie naprężeń dopuszczalnych dla dennicy dolnej
57
,
2
=
ω
m
H
z
191
,
0
=
16
,
0
=
z
z
D
H
61
,
4
=
w
y
14
55
,
1
=
e
X
wg UDT
z=1, gdyż dno jest
toczone w całości
0015
,
0
=
c
2
6
,
141290322
m
N
k
=
m
D
z
21
,
1
=
61
,
4
=
w
y
Pa
p
obl
05
,
111073
=
e
e
X
R
k
=
55
,
1
10
9
,
21
7
⋅
=
k
3.5. Obliczenie grubości ścianki dennicy
C
z
k
y
p
D
g
w
obl
z
+
⋅
⋅
⋅
⋅
=
4
0015
,
0
1
6
,
141290322
4
61
,
4
05
,
111073
21
,
1
+
⋅
⋅
⋅
⋅
=
d
g
Według normy PN-69/M-35413 przyjmuję, że g=6mm
Masa dennicy dolnej:
kg
M
d
d
74
.
=
2
6
,
141290322
m
N
k
=
m
g
d
0026
,
0
=
m
g
d
006
,
0
=
4. Obliczenie grubości dennicy górnej
2
7
10
9
,
21
m
N
R
e
⋅
=
65
,
1
=
e
X
wg UDT
m
d
125
,
0
=
otwór = króciec
m
D
z
21
,
1
=
4.1. Dobór dennicy wg normy
h
c
i r
w
odczytujemy z normy PN-69/M-35414; dla D
w
=1200:
r
w
=50
h
c
=40
4.2. Obliczenie wysokości dennicy dolnej
w
c
z
r
h
H
+
=
50
40
+
=
z
H
4.3. Obliczenie naprężeń dopuszczalnych dla dennicy dolnej
e
e
X
R
k
=
65
,
1
10
9
,
21
7
⋅
=
k
4.4. Obliczenie współczynnika
z
z
D
d
D
z
−
=
0
m
H
z
09
,
0
=
2
7
,
132727272
m
N
k
=
15
r
w
=50
0015
,
0
=
c
2
7
,
132727272
m
N
k
=
Pa
p
obl
05
,
111073
=
9
,
0
0
=
z
m
D
w
2
,
1
=
m
D
kr
37
,
1
=
wg PN-69/M-35414
m
g
g
006
,
0
=
3
7850
m
kg
stali
=
ρ
21
,
1
125
,
0
21
,
1
0
−
=
z
4.5. Obliczenie grubości ścianki dennicy
C
z
k
p
r
D
g
obl
w
w
+
⋅
⋅
−
⋅
=
0
)
(
35
,
0
0015
,
0
9
,
0
7
,
132727272
05
,
111073
)
05
,
0
2
,
1
(
35
,
0
+
⋅
⋅
−
⋅
=
g
Przyjmuję, że g=6mm wg normy PN-69/M-35414
5.5. Obliczenie masy dennicy górnej
stali
g
kr
g
d
g
D
M
ρ
π
⋅
⋅
⋅
=
2
.
.
)
2
(
7850
006
,
0
)
2
37
,
1
(
2
.
.
⋅
⋅
⋅
=
π
g
d
M
9
,
0
0
=
z
m
g
g
0027
,
0
=
m
g
g
006
,
0
=
kg
M
g
d
4
,
69
.
.
=
6. Wyznaczanie średnicy największego otworu niewymagającego wzmocnienia w płaszczu i dennicach
Pa
p
obl
05
,
111073
=
m
g
d
006
,
0
=
C
2
=0,001m
a = 1
2
6
,
141290322
m
N
k
=
m
D
w
2
,
1
=
m
D
z
21
,
1
=
082
,
0
=
r
z
6.1. Dennica dolna
)
(
3
,
2
)
(
2
2
C
g
k
a
C
g
D
p
z
w
obl
r
−
⋅
⋅
−
+
=
)
001
,
0
006
,
0
(
6
,
141290322
3
,
2
)
001
,
0
006
,
0
2
,
1
(
05
,
111073
−
⋅
⋅
−
+
⋅
=
r
z
Największa średnica otworu w dennicy dolnej nie wymagająca
wzmocnienia równa się najmniejszej z trzech podanych wartości:
2
,
0
35
,
0
)
1
)(
(
81
,
0
3
2
3
2
1
=
⋅
=
−
−
=
d
D
d
z
C
g
D
d
z
r
w
3
1
)
082
,
0
1
(
)
001
,
0
006
,
0
(
2
,
1
81
,
0
−
⋅
−
⋅
⋅
=
d
21
,
1
35
,
0
2
⋅
=
d
082
,
0
=
r
z
m
d
14
,
0
1
=
m
d
4
,
0
2
=
16
Pa
p
obl
05
,
111073
=
m
g
g
006
,
0
=
C
2
=0,001m
a = 1
2
7
,
132727272
m
N
k
=
m
D
w
2
,
1
=
m
D
z
21
,
1
=
088
,
0
=
r
z
Pa
p
obl
05
,
111073
=
m
g
005
,
0
=
C
2
=0,001m
a = 1
2
7
,
121666666
m
N
k
=
m
D
w
2
,
1
=
m
D
z
21
,
1
=
12
,
0
=
r
z
m
d
2
,
0
3
=
Wybieram zatem d
1
o wartości 0,14m
6.2. Dennica górna
)
001
,
0
006
,
0
(
7
,
132727272
3
,
2
)
001
,
0
006
,
0
2
,
1
(
05
,
111073
−
⋅
⋅
−
+
⋅
=
r
z
m
d
d
d
2
,
0
21
,
1
35
,
0
)
088
,
0
1
(
)
001
,
0
006
,
0
(
2
,
1
81
,
0
3
2
3
1
=
⋅
=
−
⋅
−
⋅
⋅
=
Wybieram zatem d
1
o wartości 0,14m
6.3. Płaszcz
)
001
,
0
005
,
0
(
7
,
121666666
3
,
2
)
001
,
0
005
,
0
2
,
1
(
05
,
111073
−
⋅
⋅
−
+
⋅
=
r
z
21
,
1
35
,
0
)
12
,
0
1
(
)
001
,
0
005
,
0
(
2
,
1
81
,
0
2
3
1
⋅
=
−
⋅
−
⋅
⋅
=
d
d
m
d
2
,
0
3
=
Wybieram zatem d
1
o wartości 0,13m
m
d
2
,
0
3
=
088
,
0
=
r
z
m
d
m
d
m
d
4
,
0
14
,
0
2
,
0
2
1
3
=
=
=
12
,
0
=
r
z
m
d
m
d
m
d
4
,
0
13
,
0
2
,
0
2
1
3
=
=
=
7. Dobór króćców
m
d
14
,
0
1
=
Podstawowe
parametry króćca:
Rura
Do dennicy górnej i dolnej wg BN-76/2211-40 dobrano króćce o
mm
D
nom
125
=
Króciec nie potrzebuje wzmocnienia, gdyż jego średnica jest
największą średnicą wycinanego otworu niewymagającego
wzmocnienia.
17
Mpa
p
mm
l
mm
d
mm
D
nom
z
nom
6
,
1
300
133
125
2
=
=
=
=
Kołnierz
kg
m
mm
H
l
mm
d
mm
g
mm
D
kr
otworów
o
z
29
,
11
55
8
18
22
250
=
=
=
=
=
=
Liczba śrub – 8
Gwint – M16
300
55
2
+
=
+
=
kr
kr
H
l
H
H
m
H
kr
355
,
0
=
8. Dobór kołnierza do płaszcza
m
D
w
2
,
1
=
Podstawowe
parametry
kołnierza:
mm
d
mm
D
mm
g
mm
D
mm
d
z
z
40
1380
38
1455
1220
0
0
=
=
=
=
=
Szyjka:
mm
r
mm
s
mm
H
mm
D
16
11
115
1255
2
=
=
=
=
Przylga:
mm
f
mm
D
5
1325
1
=
=
Liczba śrub – 32
Dobrano kołnierz wg PN-67/H-74722 (taki sam dobrano do dennicy
górnej) o średnicy
mm
D
nom
1200
=
18
MPa
p
nom
6
,
1
=
Gwint – M36
kg
m
koł
173
=
9. Dobór włazu
Parametry dla
włazu:
mm
D
wł
400
=
kg
m
wł
258
,
120
=
Parametry śrub dla
włazu:
Śruby z łbem
sześciokątnym
M24x100
masa 1 sztuki:
0,452 kg
liczba sztuk: 12
Parametry nakrętek
dla włazu:
masa nakrętki:
0,107 kg
liczba sztuk: 12
Parametry
uszczelek dla
włazu:
rodzaj: PZ
d=420mm
D=478mm
Parametry
kołnierza dla
pokrywy:
mm
d
mm
D
mm
g
mm
D
o
o
z
26
505
31
560
=
=
=
=
9.1. Właz dobieram wg normy BN-83/2211-25/02
19
kg
m
mm
c
mm
D
mm
D
l
otworów
3
,
29
15
408
396
12
7
2
=
=
=
=
=
Parametry nakładki
dla pokrywy:
mm
D
mm
D
mm
D
mm
D
mm
D
473
439
465
396
466
8
6
5
2
1
=
=
=
=
=
Parametry dna
pokrywy:
mm
h
kg
m
mm
s
mm
D
140
85
,
7
5
406
1
9
=
=
=
=
Masa pokrywy:
kg
m
pokrywy
2
,
38
=
Parametry rury dla
króćca włazu:
kg
m
mm
l
mm
s
mm
d
z
6
,
12
200
6
439
=
=
=
=
Parametry
kołnierza dla
króćca:
kg
m
l
mm
d
mm
D
mm
g
mm
D
otworów
o
o
z
3
,
23
12
26
505
32
560
=
=
=
=
=
=
20
Parametry nakładki
dla króćca:
kg
m
mm
D
mm
D
3
,
2
426
466
2
1
=
=
=
mm
D
wł
400
=
9.2. Obliczenia pierścienia wzmacniającego
•
Właz wymaga wzmocnienia:
4
2
wł
D
F
⋅
=
π
4
4
,
0
2
⋅
=
π
F
•
Obliczenia średnicy zewnętrznej pierścienia:
π
F
d
p
z
8
.
=
π
126
,
0
8
.
⋅
=
p
z
d
2
126
,
0
m
F
=
m
d
p
z
57
,
0
.
=
10. Obliczenia sprawdzające wybraną średnicę wału
m
H
cyl
877
,
0
=
m
h
koł
115
,
0
=
m
h
d
191
,
0
=
m
N
M
s
⋅
=
56
,
29
m
l
758
,
0
=
Pa
G
10
10
1
,
8
⋅
=
m
d
w
03
,
0
=
m
d
w
03
,
0
=
10.1. Obliczenia długości roboczej wału
)
115
,
0
191
,
0
877
,
0
(
3
2
)
(
3
2
+
+
⋅
=
+
+
⋅
=
l
h
h
H
l
koł
d
cyl
10.2. Obliczenia kąta skręcenia wału
4
32
w
s
d
G
l
M
⋅
⋅
⋅
⋅
=
π
ϕ
4
10
03
,
0
10
1
,
8
758
,
0
56
,
29
32
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
π
ϕ
10.3. Obliczenia momentu bezwładności wału
64
4
w
d
I
⋅
=
π
64
03
,
0
4
⋅
=
π
I
10.4. Obliczenia krytycznej częstości kątowej drgań wału
m
l
758
,
0
=
s
rad
0035
,
0
=
ϕ
4
8
10
4
m
I
−
⋅
=
21
kg
m
w
2
,
4
=
4
8
10
4
m
I
−
⋅
=
m
l
758
,
0
=
Pa
E
11
10
,1
2
⋅
=
3
3
2
1
l
m
EI
w
kr
⋅
⋅
=
π
ω
3
8
11
758
,
0
2
,
4
10
4
10
1
,
2
3
2
1
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
−
π
ω
kr
s
rad
kr
7
,
18
=
ω
4. Obliczenia masy aparatu pustego i zalanego
1. Obliczenia aparatu pustego
m
H
cyl
877
,
0
=
3
7850
m
kg
stali
=
ρ
m
D
w
2
,
1
=
m
D
z
21
,
1
=
3
017
,
0
m
V
cylind
=
kg
m
cylind
3
,
130
=
kg
m
wł
258
,
120
=
kg
M
g
d
4
,
69
.
.
=
kg
M
d
d
74
.
=
kg
m
koł
173
=
kg
m
kr
29
,
11
=
kg
m
prz
99
,
0
=
kg
m
sil
3
,
10
=
kg
m
stoj
68
=
1.1.
Część cylindryczna
cylind
w
cylind
z
cylind
H
D
H
D
V
⋅
⋅
−
⋅
⋅
=
4
4
2
2
π
π
877
,
0
4
2
,
1
877
,
0
4
21
,
1
2
2
⋅
⋅
−
⋅
⋅
=
π
π
cylind
V
cylind
cylind
V
m
⋅
=
ρ
7850
017
,
0
⋅
=
cylind
m
1.2.
Całkowita masa pustego aparatu
dł
k
dł
sp
przek
miesz
stoj
sil
prz
kr
koł
dd
gd
wł
cylind
pustego
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
.
.
.
4
2
2
+
+
+
+
+
+
+
⋅+
⋅+
⋅+
+
+
+
=
3
017
,
0
m
V
cylind
=
kg
m
cylind
3
,
130
=
22
kg
m
miesz
4
,
6
=
kg
m
przek
4
=
kg
m
sp
8
,
2
=
kg
m
dł
9
=
kg
m
dł
k
5
,
2
.
=
kg
m
pustego
498
,
869
=
2. Obliczenia aparatu zalanego
kg
m
pustego
498
,
869
=
z
G
=1200kg
z
pustego
G
m
M
+
=
1200
498
,
869
+
=
M
kg
M
498
,
2069
=
3. Dobór łap wspornych
kg
M
498
,
2069
=
m
D
w
2
,
1
=
Parametry łap:
mm
g
mm
g
mm
g
w
l
c
3
3
6
=
=
=
Dane dotyczące
łap:
kg
m
mm
e
mm
m
mm
s
mm
H
1
,
9
150
182
150
284
max
=
=
=
=
=
3.1. Obliczenie masy ruchowej
czyli ciężar przypadający na 2 łapy:
2
/
m
m
ruchowa
=
3.2. Dobór łap
Zgodnie z normą BN-221264/-02 i BN-64/2252-01 dobieram 3 łapy o
wielkości W=180.
Blacha wymaga wzmocnienia, gdyż minimalna grubość płaszcza nie
wymagająca wzmocnienia wynosi 6 mm, podczas gdy grubość
rzeczywista płaszcza wynosi 5 mm.
3.3. Dobór blachy wzmacniającej na podstawie normy BN-66/2212-
08
a=180mm
g=10mm
m=3,25kg
kg
m
ruchowa
749
,
1034
=
4. Sprawdzenie stateczności podpory
2
2
=
=
α
m
l
•
Smukłość podpory
F
I
l
min
α
λ
=
23
C100:
4
7
min
10
93
,
2
m
I
−
⋅
=
2
3
10
35
,
1
m
F
−
⋅
=
4
7
min
10
93
,
2
m
I
−
⋅
=
MPa
E
5
10
2
⋅
=
2
2
=
=
α
m
l
kN
F
kr
1
,
36
=
x=5
kg
M
498
,
2069
=
2
81
,
9
s
m
g
=
n=3
kg
M
498
,
2069
=
l=2m
kg
m
łapy
1
,
9
=
m
kg
G
c
6
,
10
=
wg PN-H-
93400:2003
wg normy
PN-H-93400:2003
wybrałam ceownik C100
3
7
10
35
,
1
10
93
,
2
2
2
−
−
⋅
⋅
⋅
=
λ
λ
jest większe od 100, więc korzystam ze wzoru Eulera
•
Stateczność podpory na wyboczenia
2
2
min
2
α
π
l
EI
F
kr
=
2
2
7
2
2
2
10
93
,
2
200000
⋅
⋅
⋅
⋅
=
−
π
kr
F
•
Obciążenia dopuszczalne
x
F
F
kr
dop
=
5
1
,
36
=
dop
F
•
Obciążenia rzeczywiste
n
Mg
F
rzecz
=
3
81
,
9
498
,
2069
⋅
=
rzecz
F
Spełniony jest warunek:
dop
rzecz
F
F
<
•
Ciężar ruchowy zbiornika z konstrukcją nośną
c
łapy
zb
G
l
m
m
G
⋅
⋅
+
+
=
3
3
6
,
10
2
3
1
,
9
3
498
,
2069
⋅
⋅
+
⋅
+
=
zb
G
•
Obliczanie powierzchni podkładek pod nogi wspornikowe
100
5
,
271
>
=
λ
kN
F
kr
1
,
36
=
kN
F
dop
22
,
7
=
kN
F
rzecz
77
,
6
=
kg
G
zb
398
,
2160
=
24
MPa
k
n
2
=
kg
G
zb
398
,
2160
=
n
zb
n
k
A
G
<
⋅
=
2
3
σ
więc:
n
zb
k
G
A
⋅
=
3
2
3
10
81
,
9
398
,
2160
6
⋅
⋅
⋅
=
−
A
m
A
059
,
0
=
5.
Obliczenie czasu wypływu
1. Czas wypływu z części cylindrycznej
mm
D
nom
125
=
m
D
w
2
,
1
=
m
H
cyl
877
,
0
=
2
012
,
0
m
f
=
2
13
,
1
m
F
=
2
81
,
9
s
m
g
=
62
,
0
=
α
1.1 Pole powierzchni otworu wylotowego
4
2
nom
D
f
⋅
=
π
4
125
,
0
2
⋅
=
π
f
1.2.
Pole powierzchni zwierciadła
4
2
w
D
F
⋅
=
π
4
2
,
1
2
⋅
=
π
F
1.3.
Czas opróżnienia zbiornika
∫
⋅
⋅
⋅
⋅
−
=
2
1
2
H
H
H
dH
g
f
F
α
τ
H
g
f
F
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
2
2
α
τ
877
,
0
81
,
9
2
62
,
0
012
,
0
13
,
1
2
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
τ
2
012
,
0
m
f
=
2
13
,
1
m
F
=
s
2
,
64
=
τ
25
6.
Spis oznaczeń z jednostkami
B - szerokość przegrody [m]
nom
D
- średnica wewnętrzna mieszalnika [m]
z
D
- średnica zewnętrzna mieszalnika [m]
zkol
D
- średnica zewnętrzna kołnierza [m]
zst
D
- średnica zewnętrzna stojaka [m]
z
G
- masa zawiesiny [kg]
cyl
H
- wysokość części cylindrycznej [m]
I – moment bezwładności [
2
m
kg
⋅
]
s
M - moment skręcający [
m
N
]
M
a
– masa aparatu pustego [kg]
M – masa zalanego aparatu [kg]
P
s
– moc silnika [W]
0
P - moc tracona na skutek tarcia dławnicy [W]
P - moc mieszania [W]
rz
P
- moc rzeczywista mieszania [W]
T - temperatura [
C
°
]
c
V - objętość fazy ciągłej [
3
m
]
d
V - objętość dennicy [
3
m
]
s
V - objętość ciała stałego [
3
m
]
w
V - objętość części walcowej [
3
m
]
cs
V - objętość zawiesiny [
3
m
]
s
X - stosunek masowy
d – średnica mieszadła [m]
s
d - średnica ziarna ciała stałego [m]
w
d - średnica wału [m]
d
c
– średnica dławika [m]
d
o
–max średnica otworu niewymagającego wzmocnienia [m]
g – grubość ścianki płaszcza [m]
0
g - minimalna grubość ścianki [m]
den
g
- grubość ścianki dennicy dolnej [m]
denII
g
- grubość ścianki dennicy górnej [m]
sz
g - grubość ścianki ze względu na sztywność [m]
h – wysokość zawieszenia mieszadła [m]
h
kol
– wysokość kołnierza [m]
h
dl
– wysokość kołnierza pod dławnicę [m]
h
st
– wysokość stojaka [m]
i
m - masa i-tego elementu [kg]
0
n - minimalna częstość obrotów [
s
obr.
]
n - częstość obrotów [
s
obr.
]
h
p - ciśnienie hydrostatyczne [Pa]
ow
p
- ciśnienie obliczeniowe [Pa]
26
atm
p
- ciśnienie obliczeniowe bez ciśnienia hydrostatycznego [Pa]
- wytrzymałość na zginanie
c
x - udział masowy cieczy
s
x - udział masowy ciała stałego
V
x - udział objętościowy ciała stałego
r
w
i
i
z
y
k
c
,
,
,
,
,
ω
α
-
współczynniki
bezwymiarowe
c
η
- lepkość fazy ciągłej [
s
Pa
⋅
]
s
η
- sprawność silnika
z
η
- lepkość zawiesiny [
s
Pa
⋅
]
c
ρ
- gęstość fazy ciągłej [
3
/ m
kg
]
s
ρ
- gęstość ciała stałego [
3
/ m
kg
]
z
ρ
- gęstość zawiesiny
τ
- czas eksploatacji aparatu [s]
Ne – liczba mocy
Re – liczba Reynolds’a
7.
Spis cytowanej literatury
1. Pikoń Jerzy, Atlas konstrukcji aparatury chemicznej, PWN, Warszawa, 1981
2. Pikoń Jerzy, Podstawy konstrukcji aparatury chemicznej, cz. I, PWN,
Warszawa, 1979
3. Pikoń Jerzy, Podstawy konstrukcji aparatury chemicznej, cz. II, PWN,
Warszawa, 1979
4. Pikoń Jerzy, Tablice do projektowania aparatury chemicznej, cz. I, PWN,
Kraków, 1974
5. http://www.pg.gda.pl/chem/Katedry/Maszyny/maszynoznawstwo.html
6. Dobrzański T. „Rysunek Techniczny Maszynowy” PWN, Warszawa
BN-75/2221-21 - Zbiorniki cylindryczne poziome i pionowe z dnami o małej wypukłości
PN-69/M35413 - Dna o małej wypukłości stalowe, tłoczone o średnicach wewnętrznych
od 600 do 3200 mm
BN-65/2201-03 - Nominalne prędkości obrotowe mieszadeł
BN-62/2201-04 - Nominalna średnica wałów mieszadeł
PN-61/H-84020 - Wykresy własności wytrzymałościowych i wielkości fizycznych stali
węglowych i stopowych
BN-74/2225-04 - Dławnice do wałów
BN-73/2225-02 - Stojaki napędów mieszadeł pionowych
BN-22126/-02
- Dobór wielkości łap
BN-74/2225-05 - Kołnierze pod dławnice
BN-76/2211-40
- Króćce z kołnierzami przyspawanymi okrągłymi z szyjką
27
Spis treści
1.
Charakterystyka techniczna aparatu.........................................................................................................2
1.1.
Zastosowanie mieszalnika...............................................................................................................2
1.2.
Podstawowe parametry operacyjne..............................................................................................2
1.3.
Rodzaj zastosowanego mieszadła...................................................................................................2
1.4.
Ilość zastosowanych mieszadeł.......................................................................................................2
1.5.
Umiejscowienie wału......................................................................................................................2
1.6.
Pozycja aparatu...............................................................................................................................2
1.7.
Rysunek ideowy..............................................................................................................................2
1.8.
Charakterystyka materiałów...........................................................................................................3
2.
Część obliczeniowa....................................................................................................................................4
2.1.
Podstawowe parametry fizykochemiczne układu...........................................................................4
2.2.
Bilans masowy................................................................................................................................4
2.3.
Wyznaczenie objętości aparatu......................................................................................................4
2.4.
Dobór zbiornika...............................................................................................................................5
2.5.
Obliczenie minimalnej częstości obrotów.......................................................................................6
2.6.
Obliczenie mocy mieszania.............................................................................................................7
2.7.
Obliczenie mocy silnika...................................................................................................................8
2.8.
Dobór silnika.................................................................................................................................10
2.9.
Dobór stojaka pod napęd..............................................................................................................10
2.10.
Dobór mieszadła........................................................................................................................10
2.11.
Dobór przekładni.......................................................................................................................11
2.12.
Dobór sprzęgła...........................................................................................................................11
2.13.
Dobór dławnicy..........................................................................................................................11
2.14.
Dobór kołnierza pod dławnicę...................................................................................................11
3.
Część konstrukcyjna
3.1.
Obliczenie grubości ścianki płaszcza.............................................................................................11
3.2.
Sprawdzenie grubości ścianki płaszcza ze względu na sztywność................................................12
3.3.
Obliczenie grubości dennicy dolnej...............................................................................................13
3.4.
Obliczenie grubości dennicy górnej..............................................................................................14
3.5.
Wyznaczenie średnicy największego otworu niewymagającego wzmocnienia w płaszczu i
dennicach......................................................................................................................................15
3.6.
Dobór króćców..............................................................................................................................16
3.7.
Dobór kołnierza do płaszcza.........................................................................................................17
3.8.
Dobór włazu..................................................................................................................................17
3.9.
Obliczenia sprawdzające wybraną średnicę wału.........................................................................20
4.
Obliczenia masy aparatu pustego i
zalanego...................................................................................................................................................21
4.1.
Obliczenia aparatu pustego..........................................................................................................21
4.2.
Obliczenia aparatu zalanego.........................................................................................................21
4.3.
Dobór łap wspornych....................................................................................................................21
4.4.
Sprawdzenie stateczności podpory...............................................................................................22
5. Obliczenie czasu wypływu..........................................................................................................................23
5.1. Czas wypływu z części cylindrycznej..............................................................................................23
6. Spis oznaczeń z jednostkami.......................................................................................................................25
7. Spis cytowanej literatury............................................................................................................................26
8. Rysunek ofertowy.