基苯酚甲醛树脂成套装置设计计量罐的设计毕业设计任务书.docx

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基苯酚甲醛树脂成套装置设计计量罐的设计毕业设计任务书

毕业设计

苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计——计量罐设计

Phenylphenolformaldehyderesincompletesetsofequipmentdesign—thedesignofthetank

徐州工业职业技术学院

毕业设计任务书

课题名称：

苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计

—计量罐的设计

课题性质：

工程设计类　

系名称：

机电工程系

专　　业：

　过程装备与自动化

班　　级：

过程装备与自动化

一．选题意义及背景

对于目前的酚醛树脂的生产和使用有可能因为甲醛处理不完全，影响生态环境，然而注意或加强治理，包括废水处理和废旧酚醛树脂产品及其复合材料的循环利用，可使酚醛树脂健康而快速发展。

而对于今后有关酚醛树脂的开发和研究工作，主要围绕着增强、阻燃、低烟以及成型适用性方面开展，向功能化、精细化发展，各国科学家部以高附加值的酚醛树脂材料为研究开发对象。

而对于整个合成树脂的装置中计量的工作必不可少。

2．毕业设计（论文）主要内容：

生产合成树脂生产装置设计——计量槽的结构设计

三．计划进度：

1.第一周：

查阅资料，完成论文的绪论，完成初步方案论证

2.第二周：

完成计量槽筒体封头壁厚及接管法兰的选用

3.第三周和第四周：

完成计量槽基本结构的设计制作

4.第五周：

查缺补漏，修改论文和图纸，并提交毕业设计相关资料，准备答辩

四．毕业设计（论文）结束应提交的材料：

１.毕业设计（论文）报告

２.毕业设计论文评阅表和交叉评阅表

３.答辩评分表

４.论文真实性承诺及指导教师声明

５.设计计算书

６.图纸

７.其它相关资料

指导教师教研室主任

年月日年月日

论文真实性承诺及指导教师声明

学生论文真实性承诺

本人郑重声明：

所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。

毕业生签名：

日期：

指导教师关于学生论文真实性审核的声明

本人郑重声明：

已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。

指导教师签名：

日期：

摘要

计量罐是根据生产工艺和技术要求，取得检测仪器得到的物料高低位差信号、通过信号放大自动控制物料进出口执行部件（如泵、阀等），对物料进行有效的计量和控制的一类储罐。

在工业领域，随着大多企业对于罐体的要求越来越多，所以储罐的发展也更上一层楼。

使得罐体呈现多样化、实用化。

计量罐就是储罐发展的重要基石。

本文主要介绍了在固定的工作环境中对计量槽结构的设计方案。

通过对计量槽的筒体封头支座等零部件进行计算选型来使计量罐体适应当地的工作条件而达到计量罐所处的作用，能够在工业领域得到广泛的应用。

关键词：

苯基苯酚树脂计量工业领域基石

Abstract

Meteringtankisaccordingtotherequirementsofproductionprocessandtechnology,theacquisitionofamaterialdetectionlevelinstrumentobtainsthedifferencesignal,thesignalamplificationcontrolthematerialinletandoutletexecutionunit（suchaspump,valveandsoon）,akindoftankmeasurementandcontroltothematerial.

Intheindustrialfield,asmostenterprisesandmorerequirementsforthebody,sothetankdevelopmentalsostriveforfurtherimprovement.Thetankhasdiversified,practical.Meteringtankisanimportantcornerstoneofthedevelopmentofthetank.

Thispapermainlyintroducesthefixedworkenvironmentdesignofthemeteringtankstructure.Theselectionofmeteringtankwascalculatedtoadapttolocalconditionstoachievethefunctionofmeteringtankthroughthemeteringtankcylinderheadsupportandothercomponents,canbewidelyusedintheindustrialfield.

Keywords:

phenylphenolresincalculateIndustrialareascornerstone

第一章绪论

1.1苯基苯酚甲醛树脂简介

1.1.1产品名称介绍

苯基苯酚甲醛树脂产品外观为淡黄色至红棕色粘稠液体或透明固体，能溶于乙醇。

有热塑性和热固性两种。

目前以油溶性邻苯基苯酚甲醛树脂为主，能做出寿命长、而且对水和碱稳定性能极好的清漆，这种清漆具有极强耐久性和耐候性，特别适用于潮湿寒冷和海上船只使用。

尤其是船舶漆，具有极佳的耐久性，特别适用于海上船只。

1.1.2产品合成简介

苯基苯酚甲醛树脂是以邻苯基苯酚和甲醛为原料，经阴离子交换树脂（或阳离子交换树脂）催化缩合、过滤、蒸馏等过程制得产品，研制出一种新型催化法工艺路线。

1.1.3产品中所需介质性质介绍

甲醛：

一种无色，有强烈刺激性和窒息性气味的气体；分子式为CH2O，分子量为30.03。

乙醇:

结构简式为C2H5OH，俗称酒精，它在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略带刺激性。

1.1.4产品现状及未来发展前景展望

我国在苯基苯酚甲醛树脂方面没有成熟的生产技术，仅检索到以邻苯基苯酚和甲醛为原料的氢氧化钠催化缩合工艺、以苯酚和甲醛为原料的氢氧化钠及盐酸催化缩合工艺，对于以苯基苯酚和甲醛为原料的无机酸、碱性阴离子交换树脂、酸性阳离子交换树脂催化缩合工艺末见报到。

这次实验，我们采用NaOH、HC1、H2SO、碱性阴离子交换树脂、酸性阳离子交换树脂催化剂制备苯基苯酚甲醛树脂。

碱催化法生产的苯基苯酚甲醛树脂,带有羟甲基为反应型树脂，酸催化法生产的苯基苯酚甲醛树脂，不带有羟甲基,为非反应型树脂。

苯基苯酚是重要的新型精细化工中间体。

邻苯基苯酚用途广泛，主要用于合成树脂、杀菌防腐剂、纺织印染助剂和表面活性剂等,对苯基苯酚主要用于涂料、热敏信息染料和印染助剂等。

国外多采用合成法生产邻苯基苯酚，主要企业在日本、美国和德国。

美国陶氏是最早厂家，主要采用氯苯为原料生产。

德国拜耳公司主要采用环己酮为原料，经过二聚脱氧生产邻苯基苯酚。

国外现已开发出从环己酮一步催化法合成邻苯基苯酚，时联产对苯基苯酚的方法，该技术关键在于催化剂制备与选择。

目前世界苯基苯酚总年产能力约7000吨，主要生产厂家有美国陶氏公司、英国煤化工产品公司、德国拜耳公司和日本三光兴产化学公司。

而苯基苯酚甲醛树脂将来的前景发展主要倾向于催化法的合成发展，包括高粘度苯基苯酚甲醛树脂的固体酸催化合成及低粘度苯基苯酚甲醛树脂的固体酸催化合成新工艺研究。

据资料分析我国市场需求量约1500～2500Ⅱ哲年，目前远远不能满足需求，随着我国石油化工快速发展，应尽快利用环己酮一步法催化合成苯基苯酚技术进行商品化开发。

1.2计量罐

1.2.1计量罐简介

计量罐按计量介质分为液体计量、粉末颗粒固体计量两大类。

按计量精度等级分为普通计量、精确计量两个等级。

制造计量罐采用材料分类有；碳钢、铝、钛、塑料、大容量计量罐采用碳钢外壳十内衬防腐有色金属板、碳钢外壳十内衬塑、衬胶。

结构有立式、卧式两种型式。

对于本生产流程中计量罐在其中的作用是举足轻重。

一方面是流程最开始的部分，主要作用是对按一定比例的原料甲醛和乙醇进行工作。

另一方面对于计量罐来说原料的进入需要充分考虑到介质对容器的影响及其完成计量工作之后的出处都是要充分做好准备。

而且此次的设计环境设立在一个封闭的实验室环境中，更需要各方面注意。

1.2.2通用计量方法及原理

采用液位计、超声波检测仪、压力测量仪等检测仪器测量物料在容器中高低差，计算出物料储存量，根据生产工艺和技术要求，取得检测仪器得到的物料高低位差信号、通过信号放大自动控制物料进出口执行部件（如泵、阀等），对物料进行有效的计量和控制。

它的特点是结构简单、操作方便、可实现自动化控制。

适用于物料储存、计量精度要求不高场合使用。

计量有定量检测、和称重检测两种计量方式。

定量检测计量：

它是在普通计量方法和原理基础上、通过对容器结构改进，最大限度地放大最终液体在测量管中的液位高底差而达到对物料高精度0.5%计量，它有两种产品适用不同的场所使用，一种是每只计量罐只能计量一种容量如20升、50升、100升、500升、1000升等规格。

适用人员对液体流量装置、设备检验使用准确性，和生产工艺中定量不变的场合使用。

另一种为了达到生产过程中需要改变定量数而改进的一种产品，它是通过对计量罐内部结构改造达到一只计量罐有几种定量计量功能，适用于对液体高精度计量又经常变更容量的生产工艺和场合。

称重检测计量：

采用重力计量加注的方法，无需计算液体重量，采用“托利多”称重传感器与称重终端来实现液体与其他原料比例加料。

为了精度被严格的检,整个系统采用三菱或西门子PLC控制，触摸屏显示操作,在计量时物料产生的波动被PLC中运算后自动补偿。

系统计量精确度被控制在0.5%。

1.2.3计量罐结构型式

计量罐结构型式分为：

上下封头立式、上封头下锥底立式、平盖下锥底立式、平底平盖立式、双封头卧式、平头封头卧式计量罐。

1.2.4罐体的国内外发展

压力容器制造随着技术的不断成熟，应用的范围也在随之增长其发展也越来越快，它主要表现在以下三个方面：

一是压力容器向大型化过渡，容器直径和壁厚成倍增长；二是低合金高强度钢的广泛应用，大部分压力容器均采用了各种级别的低合金高强度钢；三是焊接新工艺、新技术的广泛应用，使得焊接质量进一步提高，从而提高了这些大型产品质量的可靠性。

目前，压力容器用材料的主要研究成果和技术进步表现在以下几个方面：

①材料的高纯净度：

冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，极大地提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学性能指标，提高了压力容器的整体安全性；②材料的介质适应性：

针对各种腐蚀性介质和操作情况，已研究开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料，使之适合各种应用条件，给容器设计者以更多选择的空间，为长期安全生产提供了保证；③材料的应用界限：

针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究，准确地给出材料的适用范围。

中国是压力容器的生产大国，目前生产的目的主要是满足国内的需求。

随着我国加入WTO和国民经济持续高速发展，压力容器制造业今后也必然会有一个很大的发展，只有认清发展趋势，才能把握住自己的发展方向，才会使压力容器制造业有更好的发展。

第二章计量槽结构材料的选择确定

筒体封头材料：

根据此次中式装置反应的工作条件和环境为实验室且根据文献[2]故可取其材料为不锈钢0Cr18Ni9。

其在常温下的许用应力

t=137MPa，筒体内径为600mm,高度为700mm；封头根据文献[2]表2-3知取封头的直边高度h

支座材料：

根据JB/T4731[2],支座选用材料为0Cr18Ni9。

法兰材料：

由于法兰必须具有足够大的强度和刚度，以满足连接的条件，使之能够密封良好，也可使用不锈钢16Mn。

接管材料：

接管要求焊接性能好且耐腐性好。

选16Mn制作各型号接管。

第三章计量槽结构设计

3.1罐体的直径计算

已知通体容积V=0.03m3,求该罐体直径。

由于计量苯基苯酚甲醛树脂合成过程中的甲醛、乙醇混合溶液呈常温状态，故装料系数应取0.85，故而尽可能提高设备的利用率，因此罐体体积V与实际操作容积V的关系可表为：

V0=ηV=0.85×0.03=0.0255m3

对于液液物料，高径比H/Di为1~1.3，故可选取H/Di=1.2,则

故将计算结果圆整至公称直径标准系列

可选取筒体直径Di=600mm。

3.2罐体高度的计算

由上文已知Di=600mm,则查标准JB/T4746-2002可知该标准椭圆形封头的曲面高度hi=150mm,封头容积Vk=0.0352m3,则：

故筒体长度圆整为H=700mm。

于是H/Di=700/600=1.2,基本复核结果符合原定范围。

3.3圆筒厚度设计

在工作温度为常温的条件下，查文献[3]中表2-9《常用容器钢板（管）许用应力表》按设计温度25℃，取得

t=137MPa。

表2-11得钢板厚度负偏差为0.3；表2-10取焊缝系数为

=1，因材料为不锈钢故取C2=0且因其设计压力取负压值故按外压薄壁圆筒计算壁厚且只要满足筒体外压小于或等于筒体内压即可满足工艺条件。

1）因为工作条件需要对容器进行抽真空，即取计算外压力Pc=0.1Mpa。

设罐体名义厚度δn=4mm，则：

δe=δn-C=δn-（C1+C2）=4-0.3=3.7mmD0=Di+2δn=600+8=608mm

计算长度L=l+2hi（1/3）+2h=700+100+50=850mm

则L/D=1.398D0/δe=164.3>20

2）根据文献[3]图3-5（外压或轴向受压圆筒几何参数计算图）知：

L/D与D0/δe在图上交点处对应的值A为0.0045。

3）读图3-8得系数B=60Mpa,则：

4）由[P]>PC，故假定壁厚符合要求；若通过试验压力下的应力校核，可确定壁厚为4mm。

注:

铭牌及铭牌座设在筒体上500mm居中见装备图。

3.4封头厚度设计

压力容器封头分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。

而椭圆形封头应用最为广泛。

椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组成，直边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。

设计结合文献[2]，取封头公称直径DN=Di=600mm，选用标准椭圆形封头，即长短轴比值为2，由文献[2]中表2-3得封头曲面深度为150mm，直边高度取25mm。

1）设罐体名义厚度δn=4mm，则

δe=δn-C=3.7mmh0=hi+δn=154mm

2）D0/2h0=608/308=2，查文献[3]得K1=0.9，计算得：

R0=K1D0=0.9x608=547.2mmR0/δe=547.2/3.7=147.89

3）根据文献[4]表3-14计算系数A得：

4）由文献[2]中图3-8得系数B=20,由式3-15知：

5）由[P]>PC且接近PC,故椭圆形封头壁厚为4mm，符合设计要求。

3.5筒体和封头的结构设计

由筒体的结构为长圆柱形，具体见厚度设计。

需要指出的是筒体材料性能对装置的影响，由于外压圆筒有因刚度不够造成的失稳和强度不够造成的破坏，可见对外压筒体强度和刚度要求至高，所以校核期间应特别注意。

而对于椭圆形长短轴之比为2，即Di/2hi=2，得Hi=Di/4=150mm。

封头查文献[2]中表2-3、图2-1可知椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表3-1和图3-1。

由：

V=π/4DiL0+2V封（取装料系数为0.85），则：

V/0.85=π/4DiL0+2V封即：

算得L0=0.77mm,圆整后取为L0=1mm。

表3-1封头尺寸表

公称直径

Di/mm

曲面高度

hi/mm

直边高度

h/mm

内表面积A

容积

质量

600

150

0.436

0.0352

图3-1椭圆形封头（未按尺寸标注）

3.6接管、法兰的设计

本次设计的装置中在计量槽的罐体上分别设置了放空口、进料口、真空口、出料口、液位计口、真空表口和一个备用口。

以上接管材料皆为低合金钢管16Mn。

其各管口方位见图3-4-1。

根据文献[9]表3-32接管伸出长度除真空表口皆为100mm；表3.2.2确定法兰密封面除真空表口连接面形式为内螺纹外其余均采用RF（突面密封）。

且可确定六个法兰类型皆为板式平焊法兰。

其详细参数见图3-4-2，法兰各参数整理根据HG／T_20583-2011_《钢制化工容器结构设计规定》如表3-4。

图3-4-1管口方位图

图3-4-2板式平焊法兰（未按尺寸标注）

公称通径DN

管子外径A

连接尺寸

法兰厚度C

法兰内径B

坡口宽度

法兰理论重量kg

法兰管径D

螺栓孔中心圆直径K

螺栓孔直径

螺栓、螺柱

数量n

螺纹Th

M10

——

0.6

100

M10

——

0.73

表3-4PN0.6Mpa（6bar）板式平焊钢制管法兰

3.6.1放空口（a）

由于根据工艺要求所定，需开公称直径DN=25mm的放空口，故可根据钢制管法兰，基础（HG20592-2009）表1-1公称尺寸和钢管外径选用φ32x3.5的无缝钢管。

1）确定放空口公称直径为25mm,查文献[4]得其接管尺寸为Ø32x3.5mm。

2）由接管尺寸为Ø32x3.5选取法兰

a、已知Ø32x3.5接管法兰公称直径为25mm,即DN=25mm；

b、根据接管材料为16Mn和设计温度t=25℃，按照设计压力不得高于对应工作温度下最高无冲击工作压力的原则，查文献[5]得16Mn最高无冲击压力0.25Mpa,确定管法兰公称压力PN=0.25Mpa；

c、根据PN=0.25Mpa，DN=25mm，查文献[3]表4-6确定法兰类型为板式平焊法兰，突面密封面；表4-14确定垫片为石棉橡胶垫片，表4-15和4-16确定螺栓为A2-50，螺母为I型六角螺母；

d、查标准HG20593-1997知法兰结构尺寸。

综上所知：

HG20593-1997法兰PL20-0.25RF16Mn。

3.6.2进料口（b）

由于根据工艺要求所定，需开公称直径DN=25mm的进料口，故可根据钢制管法兰，基础（HG20592-2009）表1-1公称尺寸和钢管外径选用φ32x3.5的无缝钢管。

1）确定进料口公称直径为25mm,查文献[4]得其接管尺寸为Ø32x3.5mm。

2）由接管尺寸为Ø32x3.5选取法兰

a、已知Ø32x3.5接管法兰公称直径为25mm,即DN=25mm；

d、查标准HG20593-1997知法兰结构尺寸。

综上所知：

HG20593-1997法兰PL20-0.25RF16Mn。

3.6.3真空口（C）

由于根据工艺要求所定，需开公称直径DN=25mm的真空口，故可根据钢制管法兰，基础（HG20592-2009）表1-1公称尺寸和钢管外径选用φ32x3.5的无缝钢管。

1）确定真空口公称直径为25mm,查文献[4]得其接管尺寸为Ø32x3.5mm。

2）由接管尺寸为Ø32x3.5选取法兰

a、已知Ø32x3.5接管法兰公称直径为25mm,即DN=25mm；

c、根据PN=0.25Mpa，DN=25mm，查文献[3]表4-6确定法兰类型为板式平焊法兰，突面密封面；表4-14确定垫片为乙丙橡胶垫片，表4-15和4-16确定螺栓为A2-50，螺母为I型六角螺母；

d、查标准HG20593-1997知法兰结构尺寸。

综上所知：

HG20593-1997法兰PL20-0.25RF16Mn。

3.6.4出料口（d）

由于根据工艺要求所定，需开公称直径DN=25mm的出料口，故可根据钢制管法兰，基础（HG20592-2009）表1-1公称尺寸和钢管外径选用φ32x3.5的无缝钢管。

1）确定出料口公称直径为25mm,查文献[4]得其接管尺寸为Ø32x3.5mm。

2）由接管尺寸为Ø32x3.5选取法兰

a、已知Ø32x3.5接管法兰公称直径为25mm,即DN=25mm；

d、查标准HG20593-1997知法兰结构尺寸。

综上所知：

HG20593-1997法兰PL20-0.25RF16Mn。

3.6.5液位计口（e1-2）

由于根据工艺要求所定，需开两个公称直径DN=20mm的液位计口，故可根据钢制管法兰，基础（HG20592-2009）表1-1公称尺寸和钢管外径选用φ25x2.5的无缝钢管。

1）确定液位计口公称直径为20mm,查文献[4]得其接管尺寸为Ø25X2.5mm。

2）由接管尺寸为Ø25X2.5选取法兰

a、已知Ø25X2.5

接管法兰公称直径为20mm,即DN=20mm；

c、根据PN=0.6Mpa，DN=20mm，查文献[3]表4-6确定法兰类型为板式平焊法兰，突面密封面；表4-14确定垫片为乙丙橡胶垫片，表4-15和4-16确定螺栓为A2-50，螺母为I型六角螺母；

d、查标准HG20593-1997知法兰结构尺寸。

综上所

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