POLITECHNIKA POZNAŃSKA WYDZIAŁ TECHNOLOGII CHEMICZNEJ Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej Zakład Inżynierii i Aparatury Chemicznej
PROJEKT Z APARATURY PRZEMYSŁU CHEMICZNEGO
Rok akademicki : 2002/2003	Rok studiów : IV		Nr projektu : D1		Data oddania : 17.01.2003
Wykonała :		Sprawdziła :		Ocena :
Agata Kołakowska		mgr inż. J.Bednarz
TEMAT PROJEKTU: Zaprojektować mieszalnik do napowietrzania w Vc=3,0 m^3wody o temperaturze 20 °C. Współczynnik „gaz hold-up” definiowany jako udział objętościowy gazu w mieszaninie dwufazowej winien wynosić nie mniej niż Φg=0,35; Ψg=0,5
Uwagi:

1. Charakterystyka techniczna aparatu.

1.1.Temat projektu

Zaprojektować mieszalnik do dyspergowania CO₂ w V_c=3,0 m³ wody o temperaturze 20 °C. Współczynnik „gaz hold-up” definiowany jako udział objętościowy gazu w mieszaninie dwufazowej winien wynosić nie mniej niż Φ_g=0,35; Ψ_g=0,5

1.2. Dane projektowe

V_c=3,0 m³

T= 20 °C

Φ_g=0,35

Ψ_g=0,5

p=1 atm

1.3 Rozeznanie mediów roboczych

1.3.1 Faza zwarta , rozpraszająca - ciecz

H₂O(20 °C)

Gęstość: ρ_c= 998,21 kg/m³

Lepkość: ηc=1*10^-3 Pa*s

1.3.2 Faza rozpraszana - gaz

CO₂(20 °C)

Gęstość: :ρ_g= 1,81kg/m³

Lepkość: η_g =14,9*10^-6 Pa*s

DANE		OBLICZENIA		Wynik
		2 Obliczanie statyki procesu
Ψg=0,5 Vc=3,0 m^3		2.1 Wyznaczenie objętości wprowadzanych substratów Vg=Ψg * Vc Vg=0,5*3,0		Vg=1,5m^3
Vg=1,5m^3 Φg=0,35		2.2 Wyznaczanie objętości otrzymanej mieszaniny Vm=Vg/Φg Vm=1,5/0,35		Vm =4,29m^3
Vc=3,0 m^3 ρc=998,21 kg/m^3 Vg=1,5m^3 ρg =1,81 kg/m^3		2.3 Wyznaczanie mas wprowadzanych substratów Gc=Vc*ρc Gc=998,21*3,0 Gg=Vg*ρg Gg= 1,81 * 1,5		Gc=2994,63 kg Gg=2,72 kg
		3.1 Obliczenia konstrukcyjne
Vm=4,29m^3 Vdna=0,33m^3		3.1 Obliczanie pojemności aparatu H=D Vcyl=Vm-Vdna Vcyl=4,29-0,33 Vcyl=Dw^2*π/4*H Hcyl cieczy=4*Vcyl/π*D^2		Dw=1,76m Przyjęto Dw=1,8m H=1,8m Vcyl=3,98m^3(Mieszanina) Vcyl=4,59m^3 Hcyl cieczy=1,56m
D=3m H=3m		3.2 zestawienie inwariantów geometrycznych zbiornik-mieszadło 3.2.1Grubość ścianki zbiornika 3.2.2Średnica mieszadła: D/d=3 3.2.3Średnica tarczy 3.2.4 Odległość mieszadła od dna: h/d=1 3.2.5 Szerokość przegród B/D=0,1 3.2.6 Długość łopatek 3.2.7 Szerokość łopatek 3.2.8 Grubość łopatki 3.2.9Grubość tarczy		Przyjęto: d:=0,006m d=0,6m Przyjęto:0,63m Przyjęto:g2=0,47m h=0,63m B=0,18m ilość przegród przyjęto: 4 Przyjęto:a=0,155m Przyjęto: b=0,125m Przyjęto: g=0,008m Przyjęto: g3=0,008m
		4 Obliczenia energetyczne		Obliczenia Obliczen
φg=0,35		4.1 Udziały objętościowe układu dla dyspergowania φc=1-φg φc=1-0,35		φc=0,65
φg=0,35 φc=0,65 ρg= 1,81kg/m^3 ρc= 998,21 kg/m^3		4.2 Gęstość mieszaniny ρm=ρc*φc-ρg*φg ρm=998,21*0,65-1,81*0,35		ρm=648,2 kg/m^3
φg=0,35 φc=0,65 ηg =14,9*10^-6 Pa*s ηc=1*10^-3 Pa*s		4.3 Lepkość mieszaniny ηm=ηc*φc-ηg*φg ηm=1*10^-3*0,65-14,9*10^-6*0,35		ηm=9,872*10^-4Pa*s
C=0,194 a=0,75 b=0 Vmax=0,03m^3/s D=1,8m d=0,63m g=9,81m/s^2		4.4 Wyznaczanie krytycznej częstości obrotów Vmax/nd^3=C(n^2d/g)^a*(D/d)^b		n=1,83 Dla założonego typu mieszadła n0=2 Przyjęto n=3
n=3 1/s d=0,63m ρm=648,2 kg/m^3 ηm=9,872*10^-4Pa*s		4.5 Obliczenie liczby Reynoldsa Re=n*d^2*ρm/ηm Re=3*0,63^2*648,2/9,872*10^-4		Re=781819
n=3 1/s d=0,63m g=9,81m/s^2		4.6 Obliczani liczbyFroude'a Frm=n^2*d/g		Frm=0,58
Ne=6 n=3 1/s d=0,63m ρm=648,2 kg/m^3		4.7 Obliczanie mocy mieszania P=Ne*n^3*d^5*ρm P=6*3^3*0,63^5*648,2		P=10,5 kW
P=10,5 kW n=3 1/s d=0,63m ρm=648,2 kg/m^3		4.7.1 Obliczanie liczby mocy P0=P/ n^3*d^5*ρm P0=10,5/3^3*0,63^5*648,2		P0=6 kW
P=10,5 kW k1=0,86 k1=2 k3=1		4.7.2 Obliczanie mocy mieszania na wale Pw=0,86*2*2		Pw=36 kW
		4.8 Obliczanie wału mieszadła na drgania krytyczne
		4.8.1 Obliczanie średnicy wału ze stali ST3S
Pw=360000W n=3 1/s		4.8.2 Moment skręcający wału Ms=0,163Pw/n Ms=0,163*360000/3		Ms=2000 Nm
Ms=2000Nm Ks=5,4*10^7 Pa		4.8.3 średnica wału dw=(16Ms/π*Ks)^1/3		dw=0,057m Ze względu na duży moment skręcający przyjęto dw=0,085m
dw=0,085m		4.8.4 Moment bezwładności wału I=π*dw^4/64		I=2,56*10^-6
dw=0,085m ρstal=7850 kg/m^3 L=1,8m		4.8.5 Masa wału mwa=π*dw^2*l*ρstal/4		mwa=80kg
		4.8.6 Częstość krytyczna		Przyjęto z norm dla użytego rodzaju mieszadła: nkr=4 1/s
		5 Obliczenia wytrzymałościowe
		5.1 Obliczanie grubości powłoki płaszcza ze względu na sztywność i korozję
Re=2,1*10^8 N/m^2 Xe=1,8 zdop=0,8 Dw=1,8m		k= Re/ Xe k=2,1*10^8/1,8 Współczynnik wytrzymałości szwu Z=0,8*zdop Jednostronne złącze doczołowe bez podpawania Z=0,8*0,8 Założono, że: wtedy a=1,000 oraz pow=patm=101300Pa . g0=0,0011m		k=1,1*10^8 Z=0,64 g0=0,0011m
g0=0,0011m c1=0,0005m dla stali węglowej c2=s*τ s=0,0001m/rok τ=10lat		5.2 Określenie rzeczywistych grubości ścian aparatu g=g0+c c=c1+c2+c3 c2=10*0,0001 c3=0 Wobec braku dodatkowych naprężeń c=0,0005+0,001 g=0,0011+0,0015		c2=0,001m c=0,0015m g=0,0026m Przyjęto g=0,006m
Dz=1,8m Hz=0,266m Re=2,1*10^8 N/m^2 Xe=1,55		5.3 Obliczanie współczynnika wytrzymałości dna dotw=0,295m ω=3,1 yw=f(Hz/Dz,ω) k=Re/Xe		yw=3,56 k=1,35*10^8 N/m^2
D=1,8m pow=101300Pa yw=3,56 k=1,35*10^8 N/m^2 z=1		5.4 Obliczeniowa grubość ścianki		Gde=0,0012m
c1=0.002m s=0,0001m/rok τ=10 lat		5.5 Rzeczywista grubość ścianki g=g0+c c=c1+c2+c3 Przyjęto odchyłkę minusową przy tłoczeniu dna c1=0.002m c2=sτ c2=0,0001*10=0,001m g=0.0012m+0.001m+0.002m=0.00378m Przyjęto dennicę o grubości równej założonej g=0,006m.		g=0,006m.
		Dobór króćcy i kołnierzy Przyjęto króćce ośrednicach: Dla gazu: dk1=0,1m Dla wody: dk2=0,2m Dla mieszaniny: dk3=0,25m Przyjęto kołnierz ze stali wglowej z podkładką ze stali stopowej BN-84/2222-58/03: POŁĄCZENIE KOŁNIERZOWE WR-0,5-700-5/T- -Polonit 200 Kołnierz jest mocowany przy użyciu 60szt śrób M27x200
		5.7 Dobór dławicy i armatury
		5.8 Dobór silnika
		5.9 Dobór Sprzęgła, przekłdni i stojaka napędu
ρstal=7850 kg/m^3 Pow płaszcza= 1,8m*5,65m= 10,2m^2 g=0,006m mdna=151kg mwału=81kg mmieszadła=23kg mkołn=77kg mkróć=11,4kg,46,7kg+62,1kg		bliczane ciężaru aparatu Masa pustego aparatu: Mp=10,2*0,006*7850+2*151+81+23+77+11,4+46,7+ 62,1= 481+302+181+121=1100kg Masa mediów: Mm=998,21*3,0+1,5*1,81=3000kg M=1100+3000=4100kg		M=4100kg
		5.11 Dobór łap wspornych Przyjęto cztery łapy W125 z blachami wzmacniającymi wg BN-64/2212-02

-2-

---