Аппараты с механическими перемешивающими устройствами

Лекция 7

Емкостное оборудование

План:

1. Емкости без перемешивающих устройств (сборники);

2. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами.

 

Емкости без перемешивающих устройств (сборники)

Емкости без перемешивающих устройств – сборники – устанавливают между аппаратами различных технологических стадий производства с целью повышения коэффициента использования основного технологического оборудования, обеспечения ритмичности его работы, а также для сопряжения непрерывных и периодических стадий.

Номинальная вместимость сосудов и аппаратов определяется их внутренним объемом без учета объема открываемых крышек,
штуцеров и люков. Наличие защитной футеровки, покрытий и внутренних устройств при расчете внутреннего объема не учитывается.

Номинальная вместимость сборника:

,                                   (3.21)

где  – объем загружаемой в сборник жидкости, ;

 – коэффициент заполнения сборника (равен 0,7…0,8).

Номинальную вместимость (м³) цилиндрических аппаратов и сосудов, изготавливаемых из металлических материалов и пластических масс, следует выбирать из следующего ряда (ГОСТ 13372-78): 0,01; 0,016; 0,025; 0,040; 0,063; 0,100; 0,125; 0,160; 0,200; 0,250; 0,320; 0,400; 0,500; 0,630; 0,800; 1,00; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,20; 4,00; 5,00; 6,30; 8,00; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 32,0; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0; 100; 125; 100; 200.

Внутренний объем корпусов не должен отличаться от номинального более чем на 10% в сторону увеличения и на 5% в сторону уменьшения.

По внутреннему объему аппарата определяют диаметр и высоту, которые также должны соответствовать стандарту (ГОСТ 9617-76); внутренний диаметр сосуда или аппарата, изготовляемого из стальных листов или поковок, следует выбирать из ряда (мм): 400, (450), 500, (550), 600, (650), 700, 800, 900, 1000, (1100), 1200, (1300), 1400, (1500), 1600, (1700), 1800, (1900), 2000, 2200, 2400, 2500, 2600, 2800, 3000, 3200 3400, 3600, 3800, 4000, 4500, 5000, 5600, 6300, 7000, 7500, 8000, 8500, 9000, 9500, 10000, 11000, 12000, 14000, 16000, 18000, 20000. Размеры, заключенные в скобки, допускается применять лишь для обогревающих или охлаждающих рубашек сосудов и аппаратов. Длины обечаек корпусов сосудов и аппаратов, в том числе имеющие промежуточные разъемы, выбирают из следующего ряда (мм): 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2500, 2800, 3200, 3600, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500, 8000, 8500, 9000, 9500, 100000, 11000, 12000, 13000, 14000, 15000, 16000, 17000, 18000, 19000, 20000, 21000, 22000, 23000, 24000, 25000, 26000, 27000, 28000, 29000, 30000.

Основные размеры корпусов цилиндрических стальных сварных сосудов и аппаратов определены в ГОСТ 9931-79. Выпускаются аппараты девяти типов, из которых шесть вертикальных (обозначение В) и три горизонтальных (обозначение Г), с различными формами днища и крышек (Э – эллиптические; С – сферические; П – плоские; К – конические). Характеристика корпусов цилиндрических стальных сосудов и аппаратов приведена в таблице 3.8 . Основные размеры корпусов аппаратов типа ВЭП приведены в таблице 3.9 (по ГОСТ 9931-79).

 

Таблица 3.8 – Характеристика цилиндрических стальных сосудов и аппаратов

Тип аппарата	Исполнение	Корпус	Объем,
ГЭЭ	1	Горизонтальный с двумя эллиптическими днищами	0,001…200
	2	Горизонтальный с эллиптическим днищем и крышкой
ВЭЭ	1	Вертикальный с двумя эллиптическими днищами	0,01…32
	2	Вертикальный с эллиптическим днищем и крышкой
ВЭП	1	Вертикальный с эллиптическим днищем и плоским днищем	0,01…32
	2	Вертикальный с эллиптическим днищем и плоской крышкой
ГПП	1	Горизонтальный с двумя плоскими днищами	0,01…100
	2	Горизонтальный с плоскими днищами и крышкой
ВПП	1	Вертикальный с двумя плоскими днищами	1…32
	2	Вертикальный с плоскими днищами и крышкой
ВСП	1	Вертикальный с плоским и сферическим днищами	1…32
	2	Вертикальный с плоским днищем и сферической крышкой
ГКК	1	Горизонтальный с двумя коническими днищами (с углом при вершине 140º)	4…100
ВКЭ	1	Вертикальный с коническим днищем (с углами при вершине 60 и 90º) и эллиптическим днищем	0,04…50
	2	Вертикальный с коническим днищем (с углами при вершине 60 и 90º) и эллиптической крышкой
ВКП	1	Вертикальный с коническим днищем (с углами при вершине 60, 90 и 120º) и плоским днищем	0,025…100
	2	Вертикальный с коническим днищем (с углами при вершине 60, 90 и 120º) и плоской крышкой

 

Таблица 3.9 – Основные размеры корпуса типа ВЭП

Номинальный объем,	Внутренний диаметр ,	Длина цилиндрической части корпуса, ,	Площадь внутренней поверхности,
0,010	(250)	160	0,25
0,016	(300)	175	0,33
0,025	(350)	200	0,45
0,040	400	250	0,62
0,063	400	435	0,85
	500	240	0,84
0,100	500	425	1,14
0,125	500	555	1,34
0,160	600	465	1,55
0,200	600	610	1,82
0,250	700	535	2,08
0,320	700	715	2,49
0,400	800	665	2,86
0,500	800	860	3,37
0,630	1000	635	3,87
0,800	1000	855	4,54
1,00	1200	685	5,27
1,25	1200	905	6,10
1,60	1200	1215	7,27
2,00	1400	1065	8,35
2,50	1400	1390	9,87
3,20	1600	1325	11,4
4,0	1600	1725	13,40
5,00	1800	1665	15,40
6,30	1800	2175	18,30
8,00	2000	2215	21,30
10,00	2200	2265	24,70
12,50	2400	2365	28,60
16,00	2400	3140	34,40
20,00	2600	3335	39,90
25,00	2800	3595	46,30
32,00	3000	4030	54,80

 

Выбор емкостного оборудования производят исходя из суточного потока перерабатываемой жидкости, продолжительности операции(для периодического процесса) или скорости процесса (для непрерывного процесса). При выборе объема и числа аппаратов следует учитывать их габаритные размеры, производственные площади, которыми располагает предприятие, возможность технологического маневрирования, наличие параллельных потоков.

 

Аппараты с механическими перемешивающими устройствами

 

Аппараты с механическими перемешивающими устройствами применяются в микробиологических производствах для проведения различных химических реакций (например, нейтрализация, подкисление), для интенсификации массо- и теплообмена, а также для получения суспензий, эмульсий и смесей твердых веществ. Это смесители для приготовления растворов компонентов питательных сред, сборники культуральной жидкости, емкости для смешивания жидкостей со стабилизаторами или защитными средствами – реакторы и т. д.

При работе смесителей в периодическом режиме необходимо обеспечить высокий коэффициент полезного действия. Он определяется по формуле:

,                               (3.22)

где  – продолжительность основного процесса;

 – продолжительность вспомогательных операций (заполнение, опорожнение, разогрев, охлаждение, промывка, продувка аппарата и так далее);

 – общая продолжительность технологического цикла;

.

Коэффициент полезного действия должен быть равен 0,7…0,8.

Максимальное количество аппаратов периодического действия, обслуживаемых одним аппаратчиком, определяется из условия:

.

Условная часовая производительность установки (м³) рассчитывается по формуле:

,                                 (3.23)

где  – суточная производительность установки, ;

 – среднее время работы установки в сутки с учетом текущего ремонта и обслуживания, ; для аппаратов с перемешивающими устройствами при трехсменной работе равен 19…20 .

По заданным величинам часовой производительности длительности цикла, количеству аппаратов и коэффициенту заполнения можно определить номинальный объем аппарата:

,                                (3.24)

где  – коэффициент заполнения.

При работе смесителей в непрерывном режиме номинальный объем определяется по формуле:

,                                 (3.25)

где  – производительность установки, ;

 – число параллельных потоков;

 – средняя продолжительность пребывания среды в аппарате, .

Вертикальные цилиндрические стальные аппараты без покрытий, с полимерными и другими покрытиями, футерованные, а также аппараты из цветных металлов и сплавов объемами от 0,01 до 100 м³ и внутренним диаметром от 250 до 5000 мм с механическими перемешивающими устройствами регламентированы ГОСТ 20680-75. Эти аппараты предназначены для проведения различных физико-химических процессов в жидких средах с динамической вязкостью не более
500 Па·с и плотностью до 2000 кг/м³, давление в аппаратах не ниже 0,67 Па и не выше 6,4 МПа. Выпускаются аппараты десяти типов: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8 и 9 (рисунок 48). Высота цилиндрической части корпуса выбирается из унифицированного ряда.

Механические перемешивающие устройства состоят из трех основных частей: рабочего элемента – мешалки; вертикального, горизонтального или наклонного вала, на котором закреплена мешалка и электропривод, осуществляющий движение вала с мешалкой.В зависимости от частоты вращения мешалки могут быть быстроходные (частота вращения до 40 с^-1) и тихоходные (частота вращения не более 1 с^-1). К тихоходным относятся лопастные, рамные, якорные мешалки, к быстроходным – турбинные и винтовые. Мешалки располагаются вертикально по оси аппарата, на одном валу могут устанавливаться несколько ярусов мешалок.

Типы и размеры механических перемешивающих устройств для вертикальных аппаратов вместимостью от 0,01 до 100 м³ определены в ГОСТ 20680-75 (таблица 3.10).

 

 

Рисунок 48 – Схемы аппаратов с перемешивающими устройствами

 

Таблица 3.10 – Стандартные перемешивающие устройства

Тип мешалки	Схема	Диаметр, , мм
1	2	3	4
Лопастная		80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 630, 710, 800, 900, 100, 1120, 1250, 1400, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550	1,4…4,0
Трехлопастная (угол наклона лопасти 24º)		80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500	2,0…6,0
Шестилопастная (угол наклона лопасти 45º)
Клетьевая
Турбинная открытая		80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500	2,0…6,0
Турбинная закрытая
Винтовая
Шнековая		80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800	1,8…5,0
Якорная		200, 220, 250, 280, 300, 320, 350, 400, 450, 500, 530, 560, 600, 630, 710, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1060, 1120, 1180, 1250, 1320, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2120, 2240, 2360, 2500, 2650, 2800, 3000, 3150, 3350, 3550, 3750, 4000, 4250, 4500, 4750	1,05…1,3
Рамная
Ленточная		200, 300, 360, 450, 560, 630, 750, 850, 950, 1120, 1320, 1500, 1700, 1900, 2120, 2240, 2500, 2650, 2800, 3000, 3150, 3350, 3550, 3750, 4000, 4250, 4500, 4750	1,04…1,3
Ленточная со скребками		560, 630, 750, 850, 950, 1120 1320, 1500, 1700, 1900, 2120, 2240, 2500, 2650, 2800, 3000, 3150, 3350	1,04…1,1

 

Мощность (кВт), потребляемая мешалкой:

,                                 (3.26)

где  – критерий мощности, который зависит от характера движения среды и типа перемешивающего устройства;

 – плотность жидкости, ;

 – частота вращения мешалки, ;

 – диаметр мешалки, .

Критерий мощности  определяют по графику зависимости от значения критерия Рейнольдса и конструкции мешалки.

Критерий Рейнольдса:

,                               (3.27)

где  – коэффициент динамической вязкости перемешиваемой жидкости, .

Мощность электропривода мешалки рекомендуется рассчитывать по формуле:

,               (3.28)

где  – коэффициент, учитывающий наличие перегородок ( для аппаратов с перегородками равен 1, для аппаратов без перегородок – 1,25);

 – коэффициент наполнения (уровня жидкости) аппарата;

 – высота столба жидкости, ;

 – диаметр аппарата, ;

 – коэффициент, учитывающий наличие в сосуде внутренних устройств: при наличии гильзы термопары, трубы передавливания или уровнемера, равен 1,1…1,2; при наличии змеевика, размещенного вдоль стенки сосуда, – 2;

 – мощность, затрачиваемая на преодоление трения в уплотнениях вала перемешивающего устройства, ;

 – КПД привода мешалки (равен 0,85…0,95).

 зависит от вида уплотнения вала перемешивающего устройства. При манжетном уплотнении:

,                       (3.29)

где  – избыточное давление в аппарате, ;

 – коэффициент трения (равен 0,08 – 0,12);

 – диаметр вала мешалки, ;

 – частота вращения мешалки, .

При сальниковом уплотнении с мягкой набивкой:

,           (3.30)

где  и  – толщина и высота сальниковой набивки, ;

;                                    (3.31)

=(4 – 10) .                                (3.32)

При торцовых уплотнениях:

 .                             (3.33)

Ориентировочно диаметр вала можно вычислить:

,                                    (3.34)

где  – коэффициент, зависящий от типа мешалки, для турбинной мешалки равен 0,117; для трехлопастной – 0,166; для якорной – 0,05.

Для стандартных аппаратов с мешалками можно использовать электроприводы, указанные в таблице 3.11.

Таблица 3.11 – Характеристика электроприводов, применяемых в стандартных аппаратах

Номинальный объем аппарата,	Мощность электродвигателя,	Угловая скорость вращения выходного вала,
0,010	0,25…0,75	2,62…143
0,016
0,025
0,040	0,75…1,5	2,09
0,063
0,10	0,75…3,0
0,16	0,75…5,5
0,25	0,75…7,5	1,68…143
0,40	0,75…11	1,68…105
0,63
1,00	1,5…15	1,31…78,5
1,25
1,60	1,5…18,5
2,0	1,5…22	1,05…78,5
2,5
3,2	1,5…30
4,0
5,0	1,5…37	0,84…52,4
6,3	1,5…45
8,0
10,0	1,5…55
12,5
16	3,0…55
20	3,0…75	0,66…52,4
25	3,0…90	0,52…41,8
32	3,5…90
40
50	7,5…110	0,52…33,5
63	7,5…132	0,52…26,2
80	11…132	0,52…20,9
100

 

---

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1034; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!