年產(chǎn)2000噸環(huán)氧樹(shù)脂車(chē)間工藝設(shè)計(jì)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、目 錄第1章 緒論41.1產(chǎn)品介紹41.2、生產(chǎn)工藝41.2.1一步法工藝51.2.2二步法工藝51.3、主要原材料5第2章 初步工藝流程設(shè)計(jì)72.1 工藝流程框圖：72.2工藝流程：8第3章 物料衡算93.1 計(jì)算條件與數(shù)據(jù)理：93.2 原料用量計(jì)算：103.3 縮合工段物料衡算：103.3.1 一次反應(yīng)：103.3.3回收過(guò)量環(huán)氧氯丙烷：124.3.4 環(huán)氧樹(shù)脂收集：13第4章 熱量衡算144.1對(duì)溶解釜進(jìn)行熱量衡算：144.2對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行熱量衡算：164.2.1冷卻階段：174.2.2反應(yīng)階段：174.2.3.回流脫水階段：174.3對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行熱量衡算：214.3.1脫苯所需熱量衡算：

2、214.3.2脫苯用冷凝器冷卻水用量計(jì)算：225.3 其它設(shè)備的選型24第5章 設(shè)備選型205.1溶解釜的設(shè)計(jì)205.1.1選材：205.1.2 確定參數(shù)：205.1.3計(jì)算筒體厚度：215.1.4計(jì)算封頭厚度：215.1.5校核筒體和封頭的水壓試驗(yàn)強(qiáng)度：225.1.6夾套的設(shè)計(jì)：205.1.7攪拌器的設(shè)計(jì)：205.2反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)：215.2.1選材：215.2.2確定參數(shù)：225.2.3計(jì)算筒體厚度：205.2.4計(jì)算封頭厚度：205.2.5校核筒體和封頭的水壓試驗(yàn)強(qiáng)度：215.2.6法蘭的選取：215.2.7夾套的設(shè)計(jì)：225.2.8攪拌器的設(shè)計(jì)：205.3回流脫水冷凝器的設(shè)計(jì)：205.3

3、.1定性溫度：215.3.2熱負(fù)荷計(jì)算：215.3.3確定流體的流徑：205.3.4計(jì)算平均溫度差：215.3.5選k值，估算傳熱面積：215.3.6選換熱器型號(hào)：225.4 過(guò)濾器的設(shè)計(jì)：205.5 蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)：205.5.1選材：205.5.2 確定參數(shù)：205.5.3計(jì)算筒體厚度：215.5.4計(jì)算封頭厚度：215.5.5校核筒體和封頭的水壓試驗(yàn)強(qiáng)度：225.5.6夾套的設(shè)計(jì)：225.5.7攪拌器的設(shè)計(jì)：205.6脫苯用冷凝器的設(shè)計(jì)：205.6.1定性溫度：215.6.2熱負(fù)荷計(jì)算：215.6.3確定流體的流徑：205.6.4計(jì)算平均溫度差：215.6.5選k值，估算傳熱面積：215.

4、6.6選換熱器型號(hào)：22第6章 廠區(qū)布置和車(chē)間布置設(shè)計(jì)266.1工廠設(shè)計(jì)的內(nèi)容與規(guī)范：266.2 廠址的選擇：276.3 車(chē)間的布置：276.3.1 輔助生產(chǎn)和行政-生活布置：276.3.2 廠房的布局：276.3.3 廠房的長(zhǎng)、寬、高和層數(shù)確定：286.3.4 廠房?jī)?nèi)布置：28第7章“三廢”處理及其綜合利用298.1 廢水的處理：298.2 套用和回收利用：29第8章 環(huán)氧樹(shù)脂安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)308.1環(huán)氧樹(shù)脂安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的重要性308.2環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)安全注意事項(xiàng)與勞動(dòng)保護(hù)措施308.2.1環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)原料安全毒性308.2.2環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)中勞動(dòng)保護(hù)注意事項(xiàng)318.2.3環(huán)境保護(hù)措施

5、31致謝32參考文獻(xiàn)33畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)

6、計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并

7、向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日年產(chǎn)3000噸環(huán)氧樹(shù)脂車(chē)間工藝設(shè)計(jì) 摘 要：環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)工藝一般分為一步法和二步法。目前低分子量液體環(huán)氧樹(shù)脂和中分子量固體環(huán)氧樹(shù)脂，一般都采用一步法工藝；高分子量環(huán)氧樹(shù)脂采用二步法。二步法工藝的優(yōu)點(diǎn)：與一步法相比，它具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備少、工時(shí)短、無(wú)三廢排放和產(chǎn)品質(zhì)量易調(diào)節(jié)控制等優(yōu)點(diǎn)。以雙酚a（bpa）為主要原材料，合成

8、的環(huán)氧樹(shù)脂稱(chēng)為雙酚a（bpa）型環(huán)氧樹(shù)脂，是目前產(chǎn)量最大、用途最廣的環(huán)氧樹(shù)脂，由于它的應(yīng)用遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的眾多領(lǐng)域，因此又稱(chēng)為通用型環(huán)氧樹(shù)脂。它屬于縮水甘油醚型。本文介紹了年產(chǎn)3000噸的環(huán)氧樹(shù)脂的車(chē)間設(shè)計(jì)，從技術(shù)、工程經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)管理等方面進(jìn)行了詳細(xì)的論述，內(nèi)容主要包括：設(shè)計(jì)依據(jù)，工藝路線論證，工藝流程設(shè)計(jì)，全流程物料衡算，全流程能量衡算，工藝設(shè)備選型與計(jì)算，車(chē)間布置設(shè)計(jì)，三廢處理及其綜合利用，勞動(dòng)組織，勞動(dòng)保護(hù)與安全生產(chǎn)，工程經(jīng)濟(jì)，工藝細(xì)節(jié)改進(jìn)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹(shù)脂；一步法；熱量衡算annual output of 3,000 tons of epoxy resin plant proc

9、ess design abstract:epoxy resin production process is generally divided into one-step and two-step. present in low molecular weight solid epoxy resins and liquid epoxy resin, generally using one-step process; high molecular weight epoxy resin with two-step. the advantages of two-step process: with o

10、ne step, it has the production process was simple, small, short working hours, no waste emissions and product quality and easy to adjust control and so on. to bisphenol a (bpa) as the main raw material, known as bisphenol epoxy resin synthesized a (bpa) type epoxy resin is the output of the largest

11、and most widely used epoxy resin, because of its application throughout the national economy many areas, so-called general epoxy resin. it is ether type. this article describes the annual output of 3,000 tons of epoxy resin of the plant design, technical, engineering economics, production management

12、 and other aspects are discussed in detail, mainly including: design basis, process line argument, process design, the whole process of material balance calculation, the whole process of energy balance, process equipment selection and calculation, workshop layout design, waste treatment and utilizat

13、ion, labor organizations, labor protection and safety, engineering economics, technical details of the improved design and so on. key words: epoxy resin; one-step; workshop process design第一章 緒論1.1產(chǎn)品介紹分子中含2個(gè)或2個(gè)以上環(huán)氧基的高分子化合物。最常用的雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂含2個(gè)環(huán)氧基?；瘜W(xué)名稱(chēng)：雙酚a二縮水甘油醚英文名稱(chēng)：diglycidyl ether of bis phenol a（縮寫(xiě)dgebp

14、a）環(huán)氧樹(shù)脂外觀：無(wú)色透明液體環(huán)氧樹(shù)脂用途：可用于金屬與非金屬的粘合劑，常用于生產(chǎn)環(huán)氧涂料，增強(qiáng)塑料或澆鑄成絕緣制件等，也用于處理紡織品，起防皺、防縮、耐水等作用。低分子量的環(huán)氧樹(shù)脂可用作pvc的穩(wěn)定劑。在化工及許多行業(yè)，乃至尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已獲得廣泛應(yīng)用。環(huán)氧樹(shù)脂涂料主要用于金屬保護(hù)涂層，如船舶、鋼鐵結(jié)構(gòu)等，同時(shí)還可作為陽(yáng)離子型電泳涂料的調(diào)漆料，大量用于汽車(chē)車(chē)身的底漆。環(huán)氧樹(shù)脂特性：可燃物。1.1.1環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢(shì)環(huán)氧樹(shù)脂的發(fā)明曾經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，它的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用僅是近40年的事情。在19世紀(jì)末和20世紀(jì)初兩個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)揭開(kāi)了環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)明的帷幕。遠(yuǎn)在1891年德國(guó)的li

15、ndmann用對(duì)苯二酚和環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)生成了樹(shù)脂狀產(chǎn)物。1909年俄國(guó)化學(xué)家prileschajew發(fā)現(xiàn)用過(guò)氧化苯甲醚和烯烴反應(yīng)可生成環(huán)氧化合物。這兩種化學(xué)反應(yīng)至今仍是環(huán)氧樹(shù)脂合成中的主要途徑。1934年schlack用胺類(lèi)化合物使含有大于一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的化合物聚合制得了高分子聚合物，并作為德國(guó)的專(zhuān)利發(fā)表。1938年這后的幾年間瑞士的pierre castan及美國(guó)的s.o.greenlee所發(fā)表的多項(xiàng)專(zhuān)利都揭示了雙酚a和環(huán)氧氯丙烷經(jīng)縮聚反應(yīng)能制得環(huán)氧樹(shù)脂；用有機(jī)多元胺類(lèi)或鄰苯二甲酸均可使樹(shù)脂固化，并具有優(yōu)良的粘接性。這些研究成果促使了美de voe-raynolds公司在1947年進(jìn)行了第一次

16、具有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值的環(huán)氧樹(shù)脂的制造。不久瑞士的ciba公司、美國(guó)的shell公司以及de chemical公司都開(kāi)始了環(huán)氧樹(shù)脂的工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用開(kāi)發(fā)工作。到了20世紀(jì)50年代初期環(huán)氧樹(shù)脂在電氣絕緣澆鑄、防腐蝕涂料、金屬的粘接等應(yīng)用領(lǐng)域有了突破。于是環(huán)氧樹(shù)脂作為一個(gè)行業(yè)蓬勃發(fā)展起來(lái)了。我國(guó)的環(huán)氧樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)始于1956年，在沈陽(yáng)、上海兩地首先獲得了成功。1958年上海開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)40余年的努力，我國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)和應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。目前生產(chǎn)廠家已達(dá)100余家。生產(chǎn)的品種、產(chǎn)量日益增多，質(zhì)量不斷提高，在現(xiàn)代化的建設(shè)中正起著越來(lái)越重要的作用。但是以生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量、品種方面和世界先進(jìn)水平相比

17、差距還很大。我們必須用跳躍式發(fā)展模式，向著“規(guī)模化、高純化、精細(xì)化、專(zhuān)用化、系列化、功能化”六化方向發(fā)展，才能滿(mǎn)足各行各業(yè)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的需求。1.1.2環(huán)氧樹(shù)脂的特點(diǎn)和用途粘接強(qiáng)度高，粘接面廣。幾乎可粘接所有的金屬和非金屬，有“萬(wàn)能膠”的美稱(chēng)。良好的加工性。加工時(shí)常溫常壓。廣泛用作涂料、灌封料及澆注料等。優(yōu)異的電絕緣性。用作絕緣材料、電工澆鑄及電子灌封機(jī)械強(qiáng)度高。用作結(jié)構(gòu)膠、高強(qiáng)耐磨地坪等。收縮率低，尺寸穩(wěn)定，不易變形，不易開(kāi)裂等。穩(wěn)定性好，防腐性能優(yōu)異。廣泛用作防腐涂料。1.1.3環(huán)氧樹(shù)脂的常用技術(shù)術(shù)語(yǔ)和質(zhì)量指標(biāo)（1）平均聚合度（n）分子中重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目稱(chēng)為聚合度。由于環(huán)氧樹(shù)脂是聚合度不同

18、的同系物的混合物，其聚合度的平均值稱(chēng)為平均聚合度。平均聚合度決定了環(huán)氧樹(shù)脂分子量的大小（2）平均分子量（m） 環(huán)氧樹(shù)脂的分子量與聚合度成正比例。所以也可以說(shuō)環(huán)氧樹(shù)脂是不同分子量的同系物的混合物，它們分子量的平均值稱(chēng)為平均分子量。（3）分子量分布由于環(huán)氧樹(shù)脂是分子量不等的同系物組成的混合物，其分子量具有多分散性，通常用分子量分布來(lái)表示。環(huán)氧樹(shù)脂在合成過(guò)程中，由于原材料的差異、工藝操作條件不同等，導(dǎo)致產(chǎn)品的分子量分布亦不相同。平均分子量相同的環(huán)氧樹(shù)脂，如果分子量分布不同，那么其某些物化性能也不同。分子量分布越窄，則樹(shù)脂性能越穩(wěn)定。（4）環(huán)氧基含量反應(yīng)活性極大的環(huán)氧基是環(huán)氧樹(shù)脂的重要官能團(tuán)，其含量的

19、大小直接影響使用性能，因此它是控制和鑒定環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的主要手段之一。實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)環(huán)氧基含量來(lái)劃分不同型號(hào)的環(huán)氧樹(shù)脂。環(huán)氧基含量有以下三種表示方法：a、環(huán)氧值（ev） 環(huán)氧值是我國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)廠家習(xí)慣采用的表示方法。它是指每100g環(huán)氧樹(shù)脂中所含的環(huán)氧當(dāng)量數(shù)稱(chēng)為環(huán)氧值。單位：eq/100g。 b、環(huán)氧當(dāng)量（en）環(huán)氧當(dāng)量是美國(guó)、西歐和日本習(xí)慣使用的表示方法。它是指含有克當(dāng)量環(huán)氧基的環(huán)氧樹(shù)脂的克數(shù)稱(chēng)為環(huán)氧當(dāng)量。單位：g/eq。環(huán)氧當(dāng)量、分子量和環(huán)氧值之間的換算關(guān)系：en=m/2=100/ev。 c、環(huán)氧基百分含量（ec）環(huán)氧基百分含量是俄羅斯、東歐等國(guó)習(xí)慣采用的表示方法。它是指環(huán)氧樹(shù)脂的每一分

20、子中所含環(huán)氧基的百分比含量。單位： 。它與環(huán)氧值之間的關(guān)系ec=ev43。（5）軟化點(diǎn)環(huán)氧樹(shù)脂是一種混合物，沒(méi)有明確的熔點(diǎn)，只有一個(gè)熔融溫度范圍，稱(chēng)為軟化點(diǎn)。單位：。（6）黏度黏度是環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用時(shí)十分重要的指標(biāo)，它對(duì)操作性、脫泡性等有很大影響。位：pa.s或mpa.s。黏度與分子量成正比例，黏度和軟化點(diǎn)在一定程度上反映出平均分子量和分子量分布的大小。單位換算pa.s(帕斯秒)=1000mpa.s(毫帕斯秒)1000cp(厘帕斯)。（7）雜質(zhì)含量環(huán)氧樹(shù)脂的主要雜質(zhì)包括總氯（有機(jī)氯、無(wú)機(jī)氯）、揮發(fā)份及帶色基團(tuán)等。現(xiàn)生產(chǎn)中要盡量減少雜質(zhì)的含量。1.1.4環(huán)氧樹(shù)脂的分類(lèi)由于原材料與生產(chǎn)工藝的不同，環(huán)氧

21、樹(shù)脂有許多種類(lèi)和型號(hào)，也有多種不同的分類(lèi)方法，若按其化學(xué)結(jié)構(gòu)和環(huán)氧基的結(jié)合方式可分為以下六大類(lèi)：縮水甘油醚型、縮水甘油酯型、縮水甘油胺型、脂環(huán)族型、線性脂肪族型和混合型環(huán)氧化烯烴。以雙酚a（bpa）為主要原材料，合成的環(huán)氧樹(shù)脂稱(chēng)為雙酚a（bpa）型環(huán)氧樹(shù)脂，是目前產(chǎn)量最大、用途最廣的環(huán)氧樹(shù)脂，由于它的應(yīng)用遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的眾多領(lǐng)域，因此又稱(chēng)為通用型環(huán)氧樹(shù)脂。它屬于縮水甘油醚型。雙酚a（bpa)型環(huán)氧樹(shù)脂，市場(chǎng)占有量約占環(huán)氧樹(shù)脂總量的85%。本書(shū)中所說(shuō)的環(huán)氧樹(shù)脂，如不加具體說(shuō)明，便是指bpa型環(huán)氧樹(shù)脂（又稱(chēng)e型環(huán)氧樹(shù)脂）。雙酚a（bpa）型環(huán)氧樹(shù)脂，根據(jù)其分子量的高低，可分為低分子量樹(shù)脂（m400）

22、、中等分子量樹(shù)脂（m400-1400）、高分子量樹(shù)脂（m14008000）和超高分子量樹(shù)脂（m10萬(wàn)45萬(wàn)）。雙酚a（bpa）型環(huán)氧樹(shù)脂的理化性能，隨分子量而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，其變化規(guī)律如下：分子量軟化點(diǎn)環(huán)氧值環(huán)氧當(dāng)量羥基含量固化物柔韌性固化物硬度固化溫度低分子量環(huán)氧樹(shù)脂的固化主要通過(guò)環(huán)氧基反應(yīng)，隨著分子量的增大，環(huán)氧基的用減少，羥基作用增大，超高分子量的環(huán)氧樹(shù)脂則不需要借助固化劑便能形成堅(jiān)韌的涂膜。1.2、生產(chǎn)工藝 環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)工藝一般分為一步法和二步法。目前低分子量液體環(huán)氧樹(shù)脂和中分子量固體環(huán)氧樹(shù)脂，一般都采用一步法工藝；高分子量環(huán)氧樹(shù)脂采用二步法。1.2生產(chǎn)工藝1.2.1一步法工藝 把雙

23、酚a(bpa)和環(huán)氧氯丙烷(ech)在氫氧化鈉作用下進(jìn)行縮聚，即開(kāi)環(huán)和閉環(huán)在同一反應(yīng)條件下進(jìn)行的工藝方法。周菊興提出的工藝是：將配方量的雙酚a和環(huán)氧氯丙烷在80下攪拌溶解，然后降溫至，滴加30的naoh。堿滴加完后保溫反應(yīng)一段時(shí)間，然后減壓回收未反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷。接著再次降溫到5o，滴加l5 的naoh，加完后保溫反應(yīng)。反應(yīng)完畢，加入苯，升溫溶解，然后靜置水洗，上層的樹(shù)脂苯溶液真空吸入脫水釜，殘液再加苯萃取一次，棄去下層鹽水溶液，萃取液仍吸入脫水釜。最后蒸出苯，得到清澈透明的樹(shù)脂。此外還有一次加堿法 ，即將堿改成一次滴加完，然后再蒸餾未反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷。這種方法工藝成熟，目前國(guó)內(nèi)的e一44樹(shù)脂

24、多是采用這種工藝生產(chǎn)。1.2.2二步法工藝vogel tomas 提出的工藝是：將雙酚a、環(huán)氧氯丙烷，同時(shí)加入三苯基膦鹵化物或三苯基膦作催化劑，升溫使體系在40120發(fā)生醚化反應(yīng)，生成氯醇醚。當(dāng)羥基轉(zhuǎn)化率達(dá)到80 90 后，在2o9o 以下一次性加入naoh水溶液，進(jìn)行閉環(huán)反應(yīng)。然后，在減壓下蒸盡環(huán)氧氯丙烷。加入有機(jī)溶劑，溶解粗產(chǎn)物，再加入水水洗至中性，靜置分去水層，最后蒸餾除去苯，得到樹(shù)脂產(chǎn)品。二步法也可以選擇銨鹽、膽堿作為催化劑 ,無(wú)機(jī)鹽 ，含硫有機(jī)化合物 ?？紤]到價(jià)格因素，國(guó)內(nèi)企業(yè)選用銨鹽的居多。與一步法比較，二步法反應(yīng)時(shí)間短，操作穩(wěn)定，溫度波動(dòng)小，易于控制產(chǎn)生的三廢少，質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)率高

25、，可生產(chǎn)系列環(huán)氧樹(shù)脂，對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)來(lái)說(shuō)，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備稍作改動(dòng)就可以上馬，是很經(jīng)濟(jì)的方法。該法最大的優(yōu)點(diǎn)是將開(kāi)環(huán)閉環(huán)分步進(jìn)行，而且可以在無(wú)水條件下進(jìn)行開(kāi)環(huán)，盡可能的減少了副反應(yīng)的發(fā)生。而且催化劑也有一定的選擇性，可使產(chǎn)物量子多為線型結(jié)構(gòu)，不易引起聚合反應(yīng)。該法的缺點(diǎn)是從樹(shù)脂中除去催化劑困難，而催化劑有一定的乳化作用，還對(duì)樹(shù)脂的固化過(guò)程有影響，能縮短樹(shù)脂的使用壽命，加大固化反應(yīng)的放熱量，因此要嚴(yán)格控制它的用量，并設(shè)法減少在樹(shù)脂中的殘留。但本設(shè)計(jì)由于產(chǎn)量低所以采用一步法。1.3、主要原材料表1-1環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格原材料名稱(chēng)結(jié)構(gòu)式分子量m質(zhì)量指標(biāo)雙酚a(bpa)-oh-.chch3cchh

26、3hocc228外觀：白色粒狀（或粉狀）結(jié)晶體熔點(diǎn)：155.5色度號(hào)（鉑鈷）：40環(huán)氧氯丙烷（ech）clo92.5外觀：無(wú)色透明液體 純度wt：99.5密度（20）g/cm3：1.1801.184色度（pt-co）:15甲苯（tol) ch392純度wt：99.5餾程：109112密度（20）g/cm3:0.8620.868色度（pt-co）號(hào)：15液堿naoh40naoh含量wt：48fe2o3含量wt：0.0031.3.1環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)的主要原材料的性質(zhì)bpa：白色片狀或粒狀晶體，不溶于水，能溶于醇、 醚、丙酮及堿性溶中，室溫下微溶于甲苯、二甲苯，加溫下溶解度急劇增加。ech：是一種易揮發(fā)

27、、無(wú)色透明液體，有毒！對(duì)皮膚有灼傷作用，能?chē)?yán)重刺激眼睛，具有和氯氣相似的刺激性氣味，有麻醉性，能溶解于醇、醚及甲苯中，微溶于水。比重.18，純品沸點(diǎn)116.2。取樣化驗(yàn)時(shí)，要取上層。液堿：淡紫色液體，無(wú)機(jī)械雜質(zhì)，強(qiáng)堿性，腐蝕性較強(qiáng)。甲苯：無(wú)色有芳香性氣味的易燃液體，有毒！不溶于水，能溶于醇、醚和丙酮。比重0.866，純品沸點(diǎn)110.28，取樣化驗(yàn)時(shí)，要取下層。第2章 初步工藝流程設(shè)計(jì)2.1 工藝流程框圖： 上一章已對(duì)工藝路線進(jìn)行了選擇，在此基礎(chǔ)上全面而細(xì)致地分析了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的組成和順序如下圖所示： 700c溶解雙酚a 環(huán)氧氯丙烷反應(yīng) 循環(huán)使用 naoh 減壓 環(huán)氧氯丙烷 溶解 苯 萃取反應(yīng)

28、下層鹽腳 naoh 回流冷卻靜置過(guò)濾脫苯成品2.2工藝流程：1. 把雙酚a投入溶解釜中，然后通過(guò)環(huán)氧氯丙烷，將夾套通水蒸氣的溫度加熱升溫到70oc左右。 2. 溶解后，用泵壓入帶攪拌的反應(yīng)釜內(nèi)，開(kāi)始攪拌，并滴加堿液?？刂品磻?yīng)溫度為50-55oc，維持一定時(shí)間至反應(yīng)結(jié)束后，再在 100減壓至94.661kpa，回收過(guò)量環(huán)氧氯丙烷供循環(huán)使用。3. 回收結(jié)束后再次加入苯溶解，在 65700c下再次加堿液，反應(yīng)結(jié)束后用夾套水冷卻，靜置，把苯溶液抽吸到回流脫水釜內(nèi)，下層的鹽腳可以加苯萃取一兩次，抽吸后放掉。4 在回流脫水釜內(nèi)回流至蒸出的苯清晰天水珠為止。然后冷卻，靜置. 經(jīng)過(guò)濾器至貯槽，沉降后抽人脫苯釜

29、脫除苯，先常壓無(wú)液溫110oc以上開(kāi)始減壓至140-143oc無(wú)餾出液為止，放料，即得成品。圖2-1一步法合成環(huán)氧樹(shù)脂工藝流程圖第3章 物料衡算3.1 計(jì)算條件與數(shù)據(jù)理：1. 設(shè)每年生產(chǎn)300天，則每天的產(chǎn)量為：md= (2000t0.94)/ 300= 7.09t/d2. 設(shè)以生產(chǎn)1t（1000kg）環(huán)氧樹(shù)脂為基準(zhǔn)由消耗定額 0.7t雙酚a/t環(huán)氧樹(shù)脂得雙酚a的消耗量m=0.7*1t=700kg由投料比得，各物料配方如下表3-1表3-1 原料單耗表原料名稱(chēng)投料比例質(zhì)量百分比 每噸消耗量（kg）環(huán)氧氯丙烷雙酚a苯 液體燒堿 501226122916.77001516.77003. 原料規(guī)格及產(chǎn)

30、品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：表 32 原料規(guī)格及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)表名稱(chēng)分子量?jī)艉趾栊噪s質(zhì)環(huán)氧氯丙烷92.5298%0.2%1.8%雙酚a228.2995%3%2%苯78.1196%0.2%3.8%液體燒堿40.0199.5%0.2%0.3%雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂332.0599%0.8%0.2%注：以上數(shù)據(jù)除直接在工廠收集到的以外，其他參照中國(guó)化工醫(yī)藥產(chǎn)品大全(卷一，卷二)和。3.2 原料用量計(jì)算： 反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)物純量計(jì)算： 為了較好地把握全過(guò)程，先假設(shè)理想情況進(jìn)行計(jì)算，即計(jì)算各反應(yīng)物的純量。這里所說(shuō)的純量是指既不包括反應(yīng)物及產(chǎn)品中的雜質(zhì)和反應(yīng)物過(guò)量的量，不包括每步反應(yīng)損失掉的產(chǎn)品量。這是一種理想情況，

31、在后面的計(jì)算中將恢復(fù)到實(shí)際情況，考慮所含雜質(zhì)的量、反應(yīng)物過(guò)量的量，以及反應(yīng)的收率等具體的問(wèn)題并進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算。由原料單耗可得每批原料用量如下表：表33 原料用量表名稱(chēng)純物質(zhì)(kg)含雜質(zhì)總用量(kg)環(huán)氧氯丙烷20679.421101.4雙酚a4963.05224.2苯10753.411201.5液體燒堿4963.04987.93.3 縮合工段物料衡算：3.3.1 一次反應(yīng)：98%環(huán)氧氯丙烷95%雙酚anaoh苯 5環(huán)氧氯丙烷雙酚a5反應(yīng)釜 5 圖3-1(1)對(duì)于輸入物料分四股，分別如下：98%的環(huán)氧氯丙烷中： 環(huán)氧氯丙烷：20679.4 水：21101.40.2%=42.2kg不溶雜質(zhì)：21

32、101.4l.8%=379.8kg 95%的雙酚a中：雙酚a：4963.0kg 水：5224.23%=156.7kg 不溶雜質(zhì)：5224.22%=104.5kg99.50%的naoh中：naoh：4963.0kg 水：5224.20.2%=10.4kg 不溶雜質(zhì)：5224.20.3%=15.7kg96%的苯中： 苯：10753.4 kg 水：11201.50.2%=22.4kg不溶雜質(zhì)：11201.53.8%=425.7kg(2)對(duì)于輸出物料的計(jì)算如下：隋性雜質(zhì)質(zhì)量不變：425.7+15.7+104.5+379.8=925.7g苯質(zhì)量不變：10753.4kg反應(yīng)的總方程式如下： 由上反應(yīng)方程式

33、：x/92.5*2.106=y/40*2.106=z/370*1=m/ 58.5*2.106=n/18*2.106=4963.0/228*1.106可得：x=3834.0kgy=1658.0kgz=7282.1kgm=2424.8kgn=746.1kg所以反應(yīng)后的各物料質(zhì)量如下:環(huán)氧氯丙烷: 20679.4-3834.0=16845.4kg環(huán)氧樹(shù)脂： 7282.1kg naoh： 4963-1658=3305.0kg以上計(jì)算可得到下列物料平衡表:表34縮合反應(yīng)物料平衡表輸入物料純物質(zhì)質(zhì)量(kg)輸出物料質(zhì)量(kg)98%的環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧氯丙烷20679.4環(huán)氧氯丙烷16845.4水422.2惰

34、性雜質(zhì)379.8環(huán)氧樹(shù)脂7282.195% 的雙酚a雙酚a4963.0水156.7苯10753.4惰性雜質(zhì)104.599.5%的naohnaoh4963.0惰性雜質(zhì)925.7水10.4惰性雜質(zhì)15.7水977.896%的苯苯10753.4水22.4nacl2424.8惰性雜質(zhì)425.7naoh3305.0總計(jì)42515.042515.0 3.3.3回收過(guò)量環(huán)氧氯丙烷：反應(yīng)釜所出物料5冷卻器 598%環(huán)氧氯丙烷 5圖 32 回收框圖設(shè)冷卻回收率為 97%：對(duì)于輸入物料為一股：環(huán)氧氯丙烷：16845.4 kg對(duì)于輸出物料為一股：環(huán)氧氯丙烷：16845.4 97%=16340.0kg由以上計(jì)算可得下

35、列物料平衡表： 表 3-5回收物料平衡表輸入物料 純物質(zhì)質(zhì)量(kg)輸出物料質(zhì)量（kg)98% 的環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧氯丙烷16845.4 環(huán)氧氯丙烷16340.0總計(jì)16845.4 16340.0收率：97%3.3.4 環(huán)氧樹(shù)脂收集：進(jìn)出料框圖如下： 環(huán)氧樹(shù)脂苯 naci水及少量的堿和鹽99環(huán)氧樹(shù)脂 回流脫水 脫苯 過(guò)濾 水及少量的堿和鹽 雜質(zhì) 回收苯 圖33環(huán)氧樹(shù)脂回收進(jìn)出料框圖設(shè)環(huán)氧樹(shù)脂的收率為94，最后得到99%的環(huán)氧樹(shù)脂(其中含水0.8%，含雜質(zhì)0.2%)，則99%的環(huán)氧樹(shù)脂： 環(huán)氧樹(shù)脂：7282.194%=6845.2 kg 水：6914.3 0.8%=55.3 kg雜質(zhì)：6914.30

36、.2%=13.8kg由以上計(jì)算可得下列物料平衡表表36環(huán)氧樹(shù)脂回收物料平衡表輸入物料質(zhì)量（kg）輸出物料純物質(zhì)質(zhì)量（kg）環(huán)氧樹(shù)脂7282.1成品環(huán)氧樹(shù)脂6845.2 收率：97%第4章 熱量衡算4.1 對(duì)溶解釜進(jìn)行熱量衡算 由化學(xué)工程手冊(cè)知雙酚a溶解熱可由下式估算： = = tmk1/m 式中 熔融熱，kcal/kg tm 熔點(diǎn)，k m 分子量 k1 系數(shù) 計(jì)算結(jié)果為：= = tmk1/m = （157+273）13.5/228 = 25.46 kcal/kg = 106.6 kj/kg則雙酚a溶解時(shí)吸熱量為： q1 = m1 = 106.64963.0 = 5.261105kj 設(shè)備向四周

37、散失的熱量可由下式計(jì)算： q3 = 10-3 其中 f 設(shè)備散熱表面積，m2 散熱表面向四周?chē)橘|(zhì)的傳熱系數(shù)，w/（m2） 散熱表面的溫度， 周?chē)橘|(zhì)溫度， 散熱持續(xù)的時(shí)間，s溶解釜有效容量為3 .5m3，若取r = 0.7 m，有效高度h = 1.95 m，則 f = = 23.140.71.95 = 8.57 m2 = 70 ， = 25 = 8.10.045（） = 8.10.045（70-25） = 6.08w/（m2） = 1800 s 計(jì)算結(jié)果為：q2= 10-3 = 8.576.08（70-25）180010-3 = 2.743103 kj原料升溫所需熱量可由下式計(jì)算： q3 =

38、 其中 = t1 = 298 k t2 = 343 k定性溫度為t =（t1+ t2）/2 = 320.5 k查得水在定性溫度下的定壓熱容為：= 4.174 kj/(kgk)由化學(xué)工程手冊(cè)知：定性溫度下的定壓熱容可由kopp規(guī)則估算，其估算式為：雙酚a ： = （）/m = （157.53 + 169.62 + 216.74）/228 = 1.317 kj/(kgk)環(huán)氧氯丙烷： = （）/m =（29.7+ 228.3 + 24.9+29.7）/92.5 =1.523 kj/(kgk)原料中環(huán)氧氯丙烷、水和雙酚a的質(zhì)量百分含量分別為： xw，環(huán)氧氯丙烷 = 20679.4/(20679.4

39、+ 4963.0+198.9) = 0.80 =198.9/ 25841.3 = 0.01 = 10.800.01 = 0.19則 = 0.801.523 + 0.014.174 + 0.191.317 = 1.510 kj/(kgk) 原料升溫所需熱量為： q3= = 1.51025841.350 = 1.756106 kj則溶解階段所需熱量為： q = q1+ 6q2 + q3 = 5.261105+ 61.756106 + 5.261105 = 2.30106kj若采用100的飽和水蒸氣供熱，冷凝為100飽和水，已知常壓下水的汽化熱為2258 kj/kg，設(shè)熱量利用率為80%。則溶解階段

40、單釜加熱水蒸氣用量為： m = 2.30106 / 22580.8 =1273.3 kg4.2 對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行熱量衡算4.2.1 冷卻階段溶解后的原料送入反應(yīng)釜之后，可采用夾套通冷卻水的方法使之由70冷卻至55，若冷卻水進(jìn)口溫度為25，出口溫度為40。由 得冷卻水用量為： = = 9348.4kg4.2.2 反應(yīng)階段(1) 對(duì)反應(yīng)熱的衡算 根據(jù)化工數(shù)據(jù)，環(huán)氧樹(shù)脂()標(biāo)準(zhǔn)生成焓可用下式估算： = - 由joback 法估算如下： = 68.29 + = 68.29 + （- 1212.59） = - 1144.3 kj/mol由cg法估算如下： = 6.829 + + = 6.829 + 527.

41、12 11.434 = 522.52 kj/mol則 = - = - 1144.3 522.52 = - 1666.82 kj/mol環(huán)氧氯丙烷()標(biāo)準(zhǔn)生成焓可用下式估算： = - 由joback 法估算如下： = 68.29 + = 68.29 + （- 207.2） = - 138.91 kj/mol由cg法估算如下： = 6.829 + + = 6.829 + 24.03 + 0 = 30.86 kj/mol則 = - = - 138.91 30.86 = - 169.77 kj/mol雙酚a(c)標(biāo)準(zhǔn)生成焓可用下式估算： = - = - - 由joback 法估算如下： = 68.29

42、 + = 68.29 + (- 311.53) = - 243.24 kj/mol由cg法估算如下： = 6.829 + + = 6.829 + 135.344 + 0 = 142.17 kj/mol由jobackreid 法估算如下： = - 0.88 + = - 0.88 + 27.72 = 26.84 kj/mol則 = - - = - 243.24 142.17 26.84 = - 412.25 kj/mol查出或計(jì)算出了產(chǎn)物與反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)生成焓如下：表4-1相關(guān)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)生成焓物料名稱(chēng)產(chǎn)物kj/mol物料名稱(chēng)反應(yīng)物kj/molnacl- 411.12naoh- 425.60h2o()-

43、 285.83環(huán)氧氯丙烷()- 169.77環(huán)氧樹(shù)脂()- 1666.82雙酚a(c)- 412.25 由此可計(jì)算出反應(yīng)熱為： = - = （-1666.82 411.122.106 285.832.106）- （- 425.602.106 169.772.106 412.251.106） = - 1424.8 kj/mol環(huán)氧氯丙烷和雙酚a的進(jìn)料溫度為55，系統(tǒng)反應(yīng)溫度為55。計(jì)算輸入焓如下：環(huán)氧氯丙烷和雙酚a輸入焓為： h（環(huán)氧氯丙烷，雙酚a 入）= = 0氫氧化鈉的輸入焓為： h（naoh溶液，入）= = 4963.01.308（55 - 25） = 1.95105 kj h（輸入）=

44、h（環(huán)氧氯丙烷，雙酚a入）+ h（naoh水溶液，入） = 0 +1.95105 =1.95105 kj計(jì)算輸出焓如下： h（輸出）= = （7282.1 1.495+ 2424.83.013 + 746.14.2 + 16845.41.523）（55 - 25） = 1.539106 kj則反應(yīng)階段放熱量為： q = = + h（輸出）- h（輸入） = - 1424.819.7 + 1.95105 1.539105 = - 1.372106 kj 反應(yīng)放出的熱可以通過(guò)夾套通冷卻水帶走，若冷卻水進(jìn)口溫度為25，出口溫度為45。由 q = 得反應(yīng)階段冷卻水用量為： = = 6435.0 kg4