125527 (Способы производства пищевых красителей), страница 7

₁ = 1,28 ^. lg (0,696 / 0,595) = 0,087.

Для расчета величины безразмерного коэффициента _ф будем использовать следующую формуле:

(4.33)

откуда получаем окончательное значение величины λ_ф

.

По формуле (4.31) окончательно определяем величину безразмерного коэффициента γ, которая равна:

Далее определяем величину безразмерного коэффициента φ₂ по следующей формуле:

(4.34)

Подставляя известные геометрические параметры корпуса мембранного фильтра, получим:

.

Окончательно податливость фланца, в соответствии с формулой (4.29), определится:

.

Усилие, возникающее от температурных деформаций, в соответствии с формулой (4.24), определится:

Н.

Находим коэффициент жесткости фланцевого соединения при условии, что стыкуемые фланцы одинаковой конструкции, используя следующую формулу:

, (4.35)

Подставляя известные параметры, окончательно получим:

.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи в аппарат сжатого диоксида углерода определится по следующей зависимости:

, (4.36)

где F – внешняя осевая растягивающая или сжимающая сила, Н;

М – внешний изгибающий момент, Н ^. м;

₂₀ – допускаемое напряжение для материала болта при 20 ⁰С, Н /м²;

Р_пр – максимальное давление обжатия прокладки, МПа;

f_б – расчетная площадь поперечного сечения болта, м².

Подставляя данные в формулу (4.36) рассчитываем величину болтовой нагрузки F₁:

Окончательно принимаем F₁ = 560832 Н.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях определится по формуле:

, (4.37)

После подстановки величин в формулу (4.37), получим:

Н.

Определим приведенный изгибающий момент, используя формулу:

, (4.38)

После подстановки известных величин окончательно получим:

М_о = 0,5 ^. (0,661 – 0,626) ^. 560832 = 9814,56 Н ^. м.

М_о = 0,5 ^. (0,661-0,626) ^. 501723 + (0,626-0,595-0,005) ^. 92286,8 ^. (230 ^. 10^-6/230 ^. 10^-6) = 9979,9 Н ^. м.

Окончательно принимаем максимальное значение изгибающего момента М = 9979,9 Н ^. м.

Проверяем условие прочности болтов по формуле:

, (4.39)

После подстановки величин F₁ и F₂ в формулу (4.39), получим:

МПа = 230 МПа;

МПа = 230 МПа.

Проверяем условие прочности неметаллических прокладок по следующей зависимости:

, (4.40)

где Р_пр - допускаемое давление на прокладку, МПа;

F_max – величина болтовой нагрузки, принимаемая максимальной из значений F₁ и F_2.

М 130 МПа.

Максимальное окружное напряжение в кольце фланца определится по формуле:

, (4.41)

где М_о – максимальный приведенный изгибающий момент, Н ^. м.

МПа.

Напряжение во втулке от внутреннего давления определим по следующим формулам:

тангенциальное

, (4.42)

меридиональное

, (4.43)

Подставляя в формулы (4.42) и (4.43) известные величины, получим:

МПа;

МПа.

Проверяем условие прочности фланцевого соединения по следующей формуле:

, (4.44)

где ₀ – допускаемое напряжение, принимаемое при количестве нагружений фланцевого соединения (сборка - разборка) не более 2 ^. 10³ по формуле:

, (4.45)

Подставляя известные значения в формулу (4.45), получим:

₀ = 0,003 ^. 2 ^. 10¹¹ = 600 ^. 10⁶ Па.

Тогда с учетом этого условие прочности запишется:

161,2 МПа 600 МПа.

Проверим условие герметичности фланцевого соединения по углу поворота фланца по следующей формуле:

, (4.46)

где = 0,013 рад. – допускаемый угол поворота фланца.

После подстановки известных параметров, получим:

рад.

Использовали для расчета величину h_ф = 35 мм, так как верхний фланец значительно ослаблен отверстиями под привод и ток.

3.6 Расчет конструкции опорных элементов мембранного фильтра

Для определения наибольшей массы аппарата в рабочем состоянии необходимо найти массы составляющих его корпус тел, фильтрующего элемента, мотор-редуктора, арматуры и т.д.

Принимаем массу аппарата в рабочем состоянии равной 200 кг. Аппарат выполнен из нержавеющей стали 12Н18Н9Т. Рабочая температура составляет 20-25 ⁰С. Монтаж аппарата производится на кирпичный фундамент 15.

Находим поверхность опор, используя формулу:

F (4.47)

где максимальный вес аппарата, кг;

_ф - допускаемое напряжение для фундамента, МПа.

м²

Принимаем из соображений устойчивости аппарата количество опор, равное 3. Тогда нагрузка на одну опору определится по формуле:

, (4.48)

где n – количество опор.

Н

Опоры будем изготовлять из стали Ст.3, для которой при заданных условиях работы аппарата допускаемое напряжение на сжатие можно принять равным допускаемому напряжению на растяжение, т.е. _сж = 100 МПа.

Пусть площадь одной опоры составляет 57,0 см², которая будет изготавливаться с одним ребром (m = 1). Также следует принять отношение вылета опоры к ее ширине а с = 0,72, тогда геометрические размеры опоры составят:

Г_i = К ^. Г_j, (4.49)

где Г_i, Г_j – геометрические размеры опоры, м;

К – коэффициент, характеризующий отношение вылета опоры к ее ширине.

Г₁ = 0,72 ^. 65 = 46,8 мм = 0,0468 м;

Г₂ = 0,72 ^. 90 = 64,8 = 0,0648 м.

Вылет опоры составит величину, определяемую по формуле:

А = а + 20 (4.50)

А = 46,8 + 20 = 66,8 70 мм = 0,07 м.

Используя графическую зависимость 15, находим коэффициент , зависящий от гибкости ребра опоры, равный 0,3. Тогда толщина ребра определится по формуле:

(4.51)

м

По конструктивным соображениям принимаем толщину ребра = 6 мм.

Проверяем фланговые швы на срез по следующей формуле:

, (4.52)

где h – размер катета сварного шва, м;

L – общая длина сварных швов, м;

_ш - допускаемое напряжение материала швов, МПа.

0,189 ^. 10⁶ Па 80 ^. 10⁶ Па

Условие выполняется.

3.7 Определение толщины слоя осадка при микрофильтрации 11

Сопротивление микрофильтрации состоит из сопротивления осадка и фильтрующей перегородки.

Сопротивление фильтрующей перегородки определяется по формуле:

, (4.53)

где R₀ – коэффициент сопротивления перегородки, 1/м.

R_n =16 ^. 10^{10 .} 0,35 ^. 10^-3 = 5,6 ^. 10⁷ н ^. с/м³.

Скорость микрофильтрации определяется как объем фильтрата, получаемый в единицу времени с единицы площади микрофильтрации. Если скорость микрофильтрации изменяется, то:

, (4.54)

где Р – разность давлений до и после фильтрующей перегородки, Н/м²;

R – сопротивление микрофильтрации, Н^. с/м³.

Из формулы (4.54) определим давление микрофильтрации:

₁ С ^. R_n = 5,6 ^. 10^{7 .} 0,00012 = 6720 н/м².

По 11 выбираем модуль сжатия осадка G = 5,8 ^. 10⁵ н/м².

Определим время накопления слоя осадка:

c.

Толщина осадка определится по формуле:

, (4.55)

где - объем осадка, приходящийся на единицу объема фильтрата, м³/м³;

₀ – структурное сопротивление нормального осадка, 1/м².

м.

3.8 Расчет болтового соединения

Расчет болтового соединения с зазором с использованием системы АПМ WinJoint. Система АПМ WinJoint предназначена для расчета соединений деталей машин. Название «WinJoint» происходит от слов «Windows» (так как система работает в среде Microsoft Windows) и «Joint» (соединение). Программа позволяет рассчитывать практически все виды соединений, встречающихся в современном машиностроении.

Расчет приведен в Приложении.

4. Выбор параметров контроля и управления процессом

Таблица. 4.1 Контролируемые и регулируемые параметры

4.1. Выбор приборов контроля, регуляторов и средств автоматизации