年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧樹脂車間工藝設計設計說明：環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝一般分為一步法和二步法。目前低分子量液體環(huán)氧樹脂和中分子量固體環(huán)氧樹脂，一般都采用一步法工藝；高分子量環(huán)氧樹脂采用二步法。本設計用一步法工藝：把雙酚A(BPA)和環(huán)氧氯丙烷(ECH)在氫氧化鈉作用下進行縮聚，即開環(huán)和閉環(huán)在同一反響條件下進行的工藝方法。以雙酚A〔BPA〕為主要原材料，合成的環(huán)氧樹脂稱為雙酚A〔BPA〕型環(huán)氧樹脂，是目前產(chǎn)量最大、用途最廣的環(huán)氧樹脂，由于它的應用普及國民經(jīng)濟的眾多領域，因此又稱為通用型環(huán)氧樹脂。本設計用此類環(huán)氧樹脂。本文從生產(chǎn)工藝技術、經(jīng)濟、管理等方面對年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧樹脂進行了詳細的論述，內(nèi)容主要包括：設計依據(jù)，工藝路線論證，工藝流程設計，全流程物料衡算，全流程能量衡算，工藝設備選型與計算，車間布置設計，三廢處理及其綜合利用等。設計主要成果如下：每天產(chǎn)量理論值181.82t,實際產(chǎn)量為180.70t；實際年產(chǎn)量為5.96萬噸。用水蒸氣加熱的50000L閉式攪拌溶解釜；用冰鹽水冷卻的50000L搪玻璃閉式攪拌反響釜，材料為鎳鉻不銹鋼0Cr18Ni9。主要設備：漿式攪拌器；標準橢圓形上封頭，錐形下封頭；支承式支座，選用標準為JB/T472—92；釜夾套；1000L環(huán)氧氯丙烷回收釜；8000L苯貯槽；30000L脫苯釜；進出料管都選用普通無縫鋼管；泵選擇屏蔽泵B；過濾器。圖紙包括：1〕、工藝流程圖2〕、物料圖3〕、反響釜的裝配圖關鍵詞：環(huán)氧樹脂，一步法，車間工藝設計Annualoutputof60000tonsofepoxyresinplantprocessdesignDesignNotes:Epoxyresinproductionprocessisgenerallydividedintoone-stepandtwo-step.Presentinlowmolecularweightsolidepoxyresinsandliquidepoxyresin,generallyusingone-stepprocess;highmolecularweightepoxyresinwithtwo-step.Thisdesignonestepprocess:thebisphenolA(BPA)andepichlorohydrin(ECH)inthecondensationundertheactionofsodiumhydroxide,theopen-loopandclosed-loopinthesamereactionconditionsforprocessmethod.Thedesignoftheuseofsuchepoxyresin.TobisphenolA(BPA)asthemainrawmaterial,knownasbisphenolepoxyresinsynthesizedA(BPA)typeepoxyresinistheoutputofthelargestandmostwidelyusedepoxyresin,becauseofitsapplicationthroughoutthenationaleconomymanyareas,so-calledgeneralepoxyresin.Itisethertype.

Inthispaper,productiontechnology,economics,managementandotheraspectsofanannualoutputof60000tonsepoxydiscussedindetail,mainlyincluding:thedesignbasis,processroutefeasibilitystudies,processdesign,thewholeprocessmaterialbalance,thewholeprocessofenergyaccountancy,processequipmentselectionandcalculation,plantlayoutdesign,wastetreatmentandcomprehensiveutilization.Designofthemainresultsareasfollows:(1)dailyoutputofthetheoreticalvalue181.82t,actualproductionwas180.70t;actualannualoutputof59600tons.(2)linedwithclosedsteamheating50000Lstirtodissolvekettle;withicecoolingsaline50000Llinedclosedstirredtankreactor,D=3800mm,H=4600mm.Materialforthenickel-chromiumstainlesssteel0Cr18Ni9.(3)Mainequipment:Paddlemixers;standardellipsehead,conicallowerhead;bearingtypebearings,selectioncriteriaJB/T472-92;reactorjacket;1000Lepichlorohydrinrecoverytank;8000Lbenzenetank;30000Ldebenzenizedkettle;accesstomaterialsuseanordinarytubesareseamless;pumpshieldpumpselectionB;filter.(4)Drawingsinclude:1)processflowdiagrams,2)materials,3)reactorassemblydrawingKEYWORDS:Epoxyresin，one-step，workshopprocessdesign目錄1引言11.1環(huán)氧樹脂根本概述1化學性質11.1.2物理性質1分類11.2應用11.2.1環(huán)氧樹脂用途：1環(huán)氧樹脂特性：1改性方法：2結構與性能特點21.3生產(chǎn)情況31.3.1世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的地區(qū)分布：31.3.2世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的壟斷格局：31.3.3國內(nèi)環(huán)氧生產(chǎn)廠商情況：31.3.4需求品種:31.3.5市場前景：31.3.6環(huán)氧樹脂應用技術開發(fā)動向32生產(chǎn)工藝設計72.1工藝選擇72.1.1合成原理72.1.2生產(chǎn)工藝82.1.3一步法工藝82.1.4二步法工藝92.2主要原材料92.2.1環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格9環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料的性質103工藝流程113.1工藝流程：113.1.1環(huán)氧氯丙烷自動分相回收技術113.1.2薄膜脫苯工藝流程123.2工藝流程框圖：134.1計算條件與數(shù)據(jù)理：154.2原料用量計算：154.3縮合工段物料衡算：164.4回收過量環(huán)氧氯丙烷：184.5環(huán)氧樹脂收集：195熱量衡算205.1計算依據(jù)：205.1.1主要依據(jù)205.1.2重要符號：205.1.3主要公式：205.2熱量衡算：215.2.1溶解崗位：215.2.2反響崗位：226.1計算條件確定246.1.1操作工時與生產(chǎn)周期確實定：246.1.2反響器選擇246.2溶解工段反響崗位的設備選型：266.2.1溶解釜：266.2.2支座形式286.2.3攪拌漿設計286.2.4封頭的設計選型296.3反響工段反響崗位的設備選型：306.3.1反響釜306.3.2支座形式316.3.3反響釜的液位316.4各釜體夾套尺寸確實定326.5貯槽的設計336.5.1環(huán)氧氯丙烷回收釜336.5.2苯貯槽336.5.3脫苯釜336.6反響器上的接管及尺寸35溶解釜進料管356.6.2溶解釜出料管356.6.3反響釜進料管356.7泵的選擇356.8主要設備367工廠布置設計377.1工廠設計的內(nèi)容與標準：377.2廠址選擇的依據(jù)和原那么377.3車間的布置：387.3.1車間設備布置387.3.2車間設備平面布置397.3.3車間設備立面布置397.3.4管廊的布置407.3.5生活行政部門407.4給水、排水系統(tǒng)407.5電力供給及生產(chǎn)控制417.5.1電力供給417.5.2貯運417.5.3分析檢驗室、維修室418“三廢〞處理及其綜合利用428.1廢水的處理：428.1.1廢水的處理方法428.2回收利用：428.3廢渣的處理438.4噪聲439環(huán)氧樹脂平安生產(chǎn)和環(huán)境保護449.1環(huán)氧樹脂平安生產(chǎn)和環(huán)境保護的重要性449.2環(huán)氧樹脂生產(chǎn)平安考前須知與勞動保護措施449.2.1環(huán)氧樹脂生產(chǎn)原料平安毒性449.2.2環(huán)氧樹脂生產(chǎn)中勞動保護考前須知449.2.3環(huán)境保護措施459.2.4綠化概況459.2.5勞動平安、工業(yè)衛(wèi)生與消防4510概算與技術經(jīng)濟4710.1工程投資估算4710.2產(chǎn)品本錢估算4710.3財務評估47總結49參考文獻531引言1.1環(huán)氧樹脂根本概述環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的有機高分子化合物，除個別外，它們的相對分子質量都不高。環(huán)氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團為其特征，環(huán)氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結構。由于分子結構中含有活潑的環(huán)氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反響而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結構的高聚物?；瘜W性質環(huán)氧樹脂固化過程為放熱反響，當使用快速催化劑鑄造大型零件時需要注意散熱，防止溫度上升過高到達小分子沸騰溫度。1.1.2物理性質環(huán)氧樹脂外觀：無色透明液體；其密度：1.1～1.2克/立方厘米〔與固化程度有關〕。分類環(huán)氧樹脂的分類目前尚未統(tǒng)一，一般按照強度、耐熱等級以及特性分類，環(huán)氧樹脂的主要品種有16種，包括通用膠、結構膠、耐溫膠、耐低溫膠、水下，潮濕面用膠、導電膠、光學膠、點焊膠、環(huán)氧樹脂膠膜、發(fā)泡膠、應變膠、軟質材料粘接膠、密封膠、特種膠、涉嫌被固化膠、土木建筑膠16種。1.2應用1.2.1環(huán)氧樹脂用途：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)，乃至尖端科學技術領域內(nèi)已獲得廣泛應用。環(huán)氧樹脂涂料主要用于金屬保護涂層，如船舶、鋼鐵結構等，同時還可作為陽離子型電泳涂料的調(diào)漆料，大量用于汽車車身的底漆。環(huán)氧樹脂特性：形式多樣。各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應各種應用對形式提出的要求，其范圍可以從極低的粘度到高熔點固體。固化方便。選用各種不同的固化劑，環(huán)氧樹脂體系幾乎可以在0～180℃溫度范圍內(nèi)固化。粘附力強。環(huán)氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質具有很高的粘附力。環(huán)氧樹脂固化時的收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應力小，這也有助于提高粘附強度。收縮性低。環(huán)氧樹脂和所用的固化劑的反響是通過直接加成反響或樹脂分子中環(huán)氧基的開環(huán)聚合反響來進行的，沒有水或其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性〔小于2%〕。力學性能。固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學性能。電性能。固化后的環(huán)氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐外表漏電、耐電弧的優(yōu)良絕緣材料?；瘜W穩(wěn)定性。通常，固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環(huán)氧體系的其它性能一樣，化學穩(wěn)定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當?shù)剡x用環(huán)氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學穩(wěn)定性能。尺寸穩(wěn)定性。上述的許多性能的綜合，使環(huán)氧樹脂體系具有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性。耐霉菌。固化的環(huán)氧樹脂體系耐大多數(shù)霉菌，可以在苛刻的熱帶條件下使用。改性方法：選擇固化劑；添加反響性稀釋劑；添加填充劑；添加別種熱固性或熱塑性樹脂；改進環(huán)氧樹脂本身。結構與性能特點在環(huán)氧樹脂的各個應用領域中，其最終的使用性能是由環(huán)氧樹脂固化物提供的。環(huán)氧樹脂固化物的士性能取決于固化物的分子結構。而固化物的分子結構及其形成那么取決與環(huán)氧樹脂的結構及性能、固化劑的結構及性能、添加劑的結構及性能，以及環(huán)氧樹脂的固化歷程。這里，先就雙酚A型環(huán)氧樹脂的結構對壞氧樹脂及其固化物性能的影響作一些介紹。常用環(huán)氧樹脂固化劑有脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、樹脂類、叔胺，另外在光引發(fā)劑的作用下紫外線或光也能使環(huán)氧樹脂固化。常溫或低溫固化一般選用胺類固化劑，加溫固化那么常用酸酐、芳香類固化劑。環(huán)氧值是鑒定環(huán)氧樹脂質量的最主要指標，環(huán)氧樹脂的型號劃分就是根據(jù)環(huán)氧值的不同來區(qū)分的。環(huán)氧值是指100克樹脂中所含環(huán)氧基的克當量數(shù)。1.3生產(chǎn)情況1.3.1世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的地區(qū)分布：環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)主要集中在中、日、歐三個地區(qū)，其他還有韓國、美國、臺灣地區(qū)、泰國、南非和委內(nèi)瑞拉等。中國大陸的生產(chǎn)能力約占世界總生產(chǎn)能力的60%。1.3.2世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的壟斷格局：世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)，主要由Shell、Dow、Ciba三大巨頭所壟斷，另外日本的東都化成、大日本油墨、日本環(huán)氧樹脂制造公司，韓國的國都化學〔與日本東都化成合資〕等幾家以其先進的生產(chǎn)工藝在世界環(huán)氧行業(yè)中亦占令人矚目的一席之地。1.3.3國內(nèi)環(huán)氧生產(chǎn)廠商情況：中國環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廠家有一百多家，但除了岳陽和無錫等少數(shù)幾家外，大都規(guī)模很小。由于目前國內(nèi)環(huán)氧樹脂廠大多規(guī)模小，牌號品種單一，設備落后，樹脂質量較低；在目前Shell、Dow、Ciba以及日本幾家公司正加緊對中國環(huán)氧消費市場滲透搶占的情況下，國內(nèi)廠家面臨著極為嚴峻的挑戰(zhàn)。1.3.4需求品種:目前，世界上使用最廣泛的品種是雙酚A型環(huán)氧，其次是溴化雙酚A型和酚醛型環(huán)氧，其它品種生產(chǎn)使用量很小。國內(nèi)實際生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂只有雙酚A型的幾個牌號。據(jù)統(tǒng)計，1997年全國環(huán)氧樹脂需求量約為110kt，生產(chǎn)量約為30kt，進口量約為60kt。國內(nèi)環(huán)氧的生產(chǎn)品種牌號很單一，主要為雙酚A型。由于國產(chǎn)環(huán)氧品質較差，許多要求高的場合須進口國外高品質環(huán)氧，如高品質液體環(huán)氧、溴化環(huán)氧、酚醛環(huán)氧等。目前環(huán)氧樹脂主要用于涂料行業(yè)和電子行業(yè)。復合材料成型用環(huán)氧樹脂〔主要應用于電子行業(yè)的印刷電路板〕占四分之一。1.3.5市場前景：中國是全球最大也是最后一塊環(huán)氧樹脂市場處女地，中國環(huán)氧市場前景十分廣闊。環(huán)氧涂料〔防腐、防海洋生物污染〕。專家預測，2000年我國海洋涂料需4萬噸，其中大局部是環(huán)氧防腐涂料。容器制造業(yè)持續(xù)高速開展，罐頭涂料需要越來越多的環(huán)氧樹脂。水性環(huán)氧涂料前途無量。中國是世界第四大粉末涂料生產(chǎn)國，也是亞洲最大的粉末涂料生產(chǎn)國。我國政府已把粉末涂料和水性涂料確定為今后優(yōu)先開展品種，而水性環(huán)氧涂料又在水性涂料行業(yè)中占重要地位。1.3.6環(huán)氧樹脂應用技術開發(fā)動向環(huán)氧樹脂技術開發(fā)動向向高性能化、高附加值開展，重視環(huán)境保護和生產(chǎn)的平安性。特殊結構環(huán)氧樹脂和助劑產(chǎn)品向著精細化、功能化、能在特殊環(huán)境下固化開展。固化產(chǎn)物具有高韌性、高強度、耐輻照、耐上下溫方向開展。由此特種樹脂、固化劑、稀釋劑的品種將會有更大開展，形成多品種小批量的生產(chǎn)格局。隨著高分子物理學近期的開展，品種的開展已集中于采用化學或非化學合成的方法，通過共混、合金的手段來制得環(huán)氧一橡膠、環(huán)氧．熱塑性塑料、各種有機無機的填充料復合物以及環(huán)氧樹脂基無機納米復合材料。1.4開展簡史環(huán)氧樹脂的創(chuàng)造曾經(jīng)歷了相當長的時期。早在1891年，德國的Lindmann用對苯二酚與環(huán)氧氯丙烷反響，縮聚成樹脂并用酸酐使之固化。但是它的使用價值沒有被揭示。1930年，瑞士的PierreCastan和美國的S.O.Greenlee進一步進行研究，用有機多元胺使上述樹脂固化，顯示出很高粘接強度，這才引起了人們的重視。廣泛地講，環(huán)氧樹脂可以從含有鏈烯基的母體化合物合成，也可以從含有活性氫原子的母體化合物合成。20世紀初首先報導了烯烴的環(huán)氧化，但直到20世紀40年代中期，Swern和他在美國農(nóng)業(yè)部的合作伙伴開始研究聚不飽和天然油的環(huán)氧化時，此項技術也僅應用于高相對分子質量單環(huán)氧化合物的生產(chǎn)并引起廣泛的工業(yè)化規(guī)模開發(fā)的興趣。10年之后才應用于環(huán)氧樹脂合成技術之中。大約在20世紀20年代中期已經(jīng)報導了雙酚A與環(huán)氧氯丙烷反響產(chǎn)物，15年后首創(chuàng)了不穩(wěn)定的環(huán)氧化脂肪胺中間產(chǎn)物的生產(chǎn)技術。1933年德國的Schlack[1]研究現(xiàn)代雙酚A環(huán)氧樹脂同雙酚A的別離技術。盡管一年之后Schlack報導了雙環(huán)氧化合物同有機酸、無機酸、胺和硫醇的反響，但確定雙酚A環(huán)氧樹脂的工業(yè)價值的還是瑞士DeTreyFreres公司的Castan和美國Devoe&Rayno1ds公司的Greenlee。1936年，Castan生產(chǎn)了琥珀色環(huán)氧氯丙烷一雙酚A樹脂，并同鄰苯二甲酸酐反響生產(chǎn)出用于澆鑄和模塑制品的具有工業(yè)意義的熱固性制品。1939年年初Greenlee也單獨生產(chǎn)出了高分子質量雙酚A環(huán)氧氯丙烷樹脂并用于高級熱固性涂料。1937年到1939年歐洲曾嘗試用環(huán)氧樹脂補牙，但沒有成功。除此之外，在第二次世界大戰(zhàn)前，沒有全面開發(fā)環(huán)氧樹脂技術。戰(zhàn)后不久Devoe&Rayno1ds開始試生產(chǎn)涂料樹脂，而CIBA公司得到DeTreyFreres許可，開始進一步開展液體涂料、層壓材料和粘接劑用液體環(huán)氧樹脂。1943年Castan的根本專利授權。然而環(huán)氧樹脂第一次具有工業(yè)價值的制造是在1947年由美國的Devoe-Raynolds公司完成的，它開辟了環(huán)氧氯丙烷一雙酚A樹脂的技術歷史，環(huán)氧樹脂開始了工業(yè)化開發(fā)，且被認為是優(yōu)于老的酚醛樹脂和聚酯樹脂的一種技術進步。這種樹脂幾乎能與大多數(shù)其他熱固性塑料的性能相媲美，在一些特種應用領域其性能優(yōu)于酚醛和聚酪。不久瑞士的CIBA(汽巴)公司、美國的Shell(殼脾)和Dow(道)公司開始了環(huán)氧樹脂的工業(yè)化生產(chǎn)和應用開發(fā)工作。20世紀50年代后期，美國的兩個主要公司，汽巴和Devoe-Raynolds繼續(xù)研究縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂，殼牌化學公司只提供環(huán)氧氯丙烷，聯(lián)合碳化物塑料公司首先制造酚醛樹脂和雙酚A，歐洲汽巴和殼牌集中開發(fā)了環(huán)氧樹脂。1955年夏季，四種根本環(huán)氧樹脂在美國獲得生產(chǎn)制造許可證，DowChemicalco．和Reichho1d化合物公司建立了環(huán)氧樹脂生產(chǎn)線。在普通雙酚A環(huán)氧樹脂生產(chǎn)應用的同時，一些新型的環(huán)氧樹脂相繼問世。如1956年美國聯(lián)合碳化物公司開始出售脂環(huán)族環(huán)氧樹脂，1959年Dow化學公司生產(chǎn)酚醛環(huán)氧樹脂。大約在1960年，Koppers，co．生產(chǎn)了鄰甲酚醛環(huán)氧，1965年初，汽巴開始生產(chǎn)和經(jīng)銷該種樹脂。在1955～1965年期間，環(huán)氧樹脂質量明顯提高，雙酚A環(huán)氧樹脂已有所有的平均相對分子質量等級的牌號。酚醛環(huán)氧確立了明顯的耐高溫應用的優(yōu)級性能。殼牌化學品公司和聯(lián)碳塑料生產(chǎn)多官團能酚縮水甘油醚等特種耐溫樹脂，制造商還提供了脂肪族多元醇一環(huán)氧氯丙烷樹脂。UnioCarbide開發(fā)了對氨基苯酚三縮水甘油醚樹脂。1957年有關環(huán)氧樹脂的合成工藝的專利問世，是由ShellDevelopmetco．申請的，該專利研究了固化劑和填加劑的應用工藝方法，揭示了環(huán)氧樹脂固化物的應用。過醋酸法合成的環(huán)氧樹脂最初是1956年由美國聯(lián)合碳化物公司推出，1964年轉賣給聯(lián)碳塑料。在歐洲，工業(yè)化脂環(huán)族環(huán)氧樹脂于20世紀60年代初問世，1963年通過汽巴公司引入美國，1965年汽巴引進聯(lián)碳塑料的許多多官能團環(huán)氧的品種，大約1960年FMCCORP．開始經(jīng)銷環(huán)氧化聚丁二烯。70年代中期，美國、加拿大、英國、瑞士、西德、比利時、阿根廷、墨西哥、波蘭、捷克斯洛伐克和蘇聯(lián)都開始制造雙酚A環(huán)氧樹脂和一些新型環(huán)氧樹脂。70年代開始了低氯含量的電子級應用，相繼五元環(huán)海因環(huán)氧、氫化雙酚A環(huán)氧等耐老化樹脂和四溴雙酚A環(huán)氧、含溴環(huán)氧化合物等阻燃型環(huán)氧樹脂得到開展。80年代開發(fā)了復合胺、酚醛結構的新型多官能團環(huán)氧樹脂以滿足復合材料工業(yè)需要。最近又開發(fā)了水性環(huán)氧樹脂和稠環(huán)耐溫耐濕環(huán)氧樹脂。由于環(huán)氧樹脂品種的增加和應用技術的開發(fā)，環(huán)氧樹脂在電氣絕緣、防腐涂料、金屬結構粘接等領域的應用有了突破：于是環(huán)氧樹脂作為一個行業(yè)蓬勃地開展起來；目前它的品種、應用開發(fā)仍很活潑，從1960年以來，已有數(shù)百種環(huán)氧樹脂完成工業(yè)化開發(fā)，已有40～50種不同結構的環(huán)氧可商品化制造或由中間試驗廠提供，同時與之相適用的100多種工業(yè)化固化劑和許許多多的改性劑和稀釋劑與之配套，正謂方興未艾。中國研制環(huán)氧樹脂始于1956年，在沈陽、上海兩地首先獲得了成功。1958年上海、無錫開始了工業(yè)化生產(chǎn)。20世紀60年代中期開始研究一些新型的脂環(huán)族環(huán)氧：酚醛環(huán)氧樹脂、聚丁二烯環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺環(huán)氧樹脂等，到70年代末期中國已形成了從單體、樹脂、輔助材料，從科研、生產(chǎn)到應用的完整的工業(yè)體系。環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的物理機械性能、電絕緣性能、耐藥品性能和粘結性能，可以作為涂料、澆鑄料、模壓料、膠粘劑、層壓材料以直接或間接使用的形式滲透到從日常生活用品到高新技術領域的國民經(jīng)濟的各個方面。例如：飛機、航天器中的復合材料、大規(guī)模集成電路的封裝材料、發(fā)電機的絕緣材料、鋼鐵和木材的涂料、機械土木建筑用的膠粘劑、乃至食品罐頭內(nèi)壁涂層和金屬抗蝕電泳涂裝等都大量使用環(huán)氧樹脂。它已成為國民經(jīng)濟開展中不可缺少的材料。它的產(chǎn)量和應用水平也可以從一個側面反映一個國家的工業(yè)技術的興旺程度。2生產(chǎn)工藝設計2.1工藝選擇雙酚A(即二酚基丙烷)型環(huán)氧樹脂，在環(huán)氧樹脂中它原材料易得，本錢最低，是環(huán)氧樹脂家族中產(chǎn)量最大、用途最為普遍的一大品種。雙酚A型環(huán)氧樹脂具有粘接、防腐蝕、成型性和熱穩(wěn)定性能，在機械、電氣和耐化學藥品性方面的性能非常優(yōu)越。由于有這些性能，它可以作為涂料、膠粘劑和成型材料，并在電氣、電子、光學機械、工程技術、土木建筑及文體用品制造等領域中得到了廣泛的應用。環(huán)氧樹脂的應用領域十分廣泛，以直接或間接使用形式幾乎普及所有工業(yè)領域。目前國外生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂的品種多而且雜，但最主要的還是雙酚A型環(huán)氧樹脂，約占總產(chǎn)量的90%。它具有優(yōu)良的粘接性、電絕緣性、耐熱性和化學穩(wěn)定性收縮率和吸水率小，機械強度好。45%-55%用作涂料，其次是電絕緣材料、增強材料和粘接劑等。根據(jù)其相對分子質量的高、低可分為低相對分子質量環(huán)氧樹脂〔M≤400〕、中等相對分子質量環(huán)氧樹脂〔M＝400-1400〕、高相對分子質量環(huán)氧樹脂〔M＝1400－8000〕和超高分子量樹脂〔M＝10萬－45萬〕。雙酚A〔BPA〕型環(huán)氧樹脂的理化性能，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↑環(huán)氧值↓環(huán)氧當量↑羥基含量↑固化物柔韌性↑固化物硬度↓固化溫度↑2.1.1合成原理雙酚A型環(huán)氧樹脂是由二酚基丙烷(雙酚A)和環(huán)氧氯丙烷在堿性催化劑(通常用NaoH)作用下縮聚而成。其反響歷程的說法不一，尚無定論，本書不作探討。但是，大體上說來，在合成過程中主要的反響可能如下：(1)在堿催化下，雙酚A的羥基與環(huán)氧氯丙烷的環(huán)氧基反響，生成端基為氯化羥基的化合物．開環(huán)反響。(2)氯化羥基與Na0H反響，脫HCl再形成環(huán)氧基．閉環(huán)反響。(3)新生成的環(huán)氧基與雙酚A的羥基反響生成端羥基化合物．丌環(huán)反響。(4)端羥基化合物與環(huán)氧氯丙烷反響生成端氯化羥基化合物．開環(huán)反響。(5)生成的氯化羥基與NaOH反響，脫HCl再生成環(huán)氧基．閉環(huán)反響。在環(huán)氧氯丙烷過量情況下，繼續(xù)不斷地進行上述開環(huán)．開環(huán)一閉環(huán)反響，最終即可得到二端基為環(huán)氧基的雙酚A型環(huán)氧樹脂。上述反響是縮聚過程中的主要反響。此外還可能有一些不希望有的副反響，如環(huán)氧基的水解反映、酚羥基與環(huán)氧基的反常加成反響等。假設能嚴格控制適宜的反響條件(如投料配比，NaoH用量、濃度及投料方式，反響溫度，加料順序、含水量等)，即可將副反響控制到最低限度。從而能獲得預定相對分子質量的、端基為環(huán)氧基的線型環(huán)氧樹脂。調(diào)節(jié)雙酚A和環(huán)氧氯丙烷的用量比，可以制得平均相對分子質量不同的環(huán)氧樹脂。2.1.2生產(chǎn)工藝環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝一般分為一步法和二步法。目前低分子量液體環(huán)氧樹脂和中分子量固體環(huán)氧樹脂，一般都采用一步法工藝；高分子量環(huán)氧樹脂采用二步法。一步法工藝是把雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在NaOH作用下進行縮聚，即開環(huán)和閉環(huán)反響在同一反響條件下進行的。國內(nèi)產(chǎn)量最大的E-44環(huán)氧樹脂就是采用一步法工藝合成的。二步法工藝是雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在催化劑(如季銨鹽)作用下，第一步通過加成反響生成二酚基氯丙烷醇醚中間體，第二步在NaOH存在下進行反響生成環(huán)氧樹脂。二步法的優(yōu)點是：反響時間短，操作穩(wěn)定，溫度波動小，易于控制；加堿時間短，可防止環(huán)氧氯丙烷大量水解；產(chǎn)品質量好而且穩(wěn)定，產(chǎn)率高。國產(chǎn)E-51、E-54環(huán)氧樹脂就是采用二步法工藝合成的產(chǎn)品。此法是在高溫進行反響，所以副反響多，生成物中有支鏈結構。不僅環(huán)氧值偏低，而且溶解性很差，甚至反響中會凝鍋。上述反響是縮聚過程中的主要反響。此外還可能有一些不希望有的副反響，如環(huán)氧基的水解反響、酚羥基與環(huán)氧基的反常加成反響等。假設能嚴格控制適宜的反響條件(如投料配比，NaoH用量、‘濃度及投料方式，反響溫度，加料順序、含水量等)，即可將副反響控制到最低限度。從而能獲得預定相對分子質量的、端基為環(huán)氧基的線型環(huán)氧樹脂。調(diào)節(jié)雙酚A和環(huán)氧氯丙烷的用量比，可以制得平均相對分子質量不同的環(huán)氧樹脂。2.1.3一步法工藝把雙酚A(BPA)和環(huán)氧氯丙烷(ECH)在氫氧化鈉作用下進行縮聚，即開環(huán)和閉環(huán)在同一反響條件下進行的工藝方法。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。堿滴加完后保溫反響一段時間，然后減壓回收未反響的環(huán)氧氯丙烷。接著再次降溫到5O℃，滴加l5％的NaOH，加完后保溫反響。反響完畢，參加苯，升溫溶解，然后靜置水洗，上層的樹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，然后再蒸餾未反響的環(huán)氧氯丙烷。這種方法工藝成熟，目前國內(nèi)的E一44樹脂多是采用這種工藝生產(chǎn)。2.1.4二步法工藝VogelTomas提出的工藝是：將雙酚A、環(huán)氧氯丙烷，同時參加三苯基膦鹵化物或三苯基膦作催化劑，升溫使體系在40～120℃發(fā)生醚化反響，生成氯醇醚。當羥基轉化率到達80％～90％后，在20～90℃以下一次性參加NaOH水溶液，進行閉環(huán)反響。然后，在減壓下蒸盡環(huán)氧氯丙烷。參加有機溶劑，溶解粗產(chǎn)物，再參加水水洗至中性，靜置分去水層，最后蒸餾除去苯，得到樹脂產(chǎn)品。二步法也可以選擇銨鹽、膽堿作為催化劑,無機鹽，含硫有機化合物。考慮到價格因素，國內(nèi)企業(yè)選用銨鹽的居多。與一步法比擬，二步法反響時間短，操作穩(wěn)定，溫度波動小，易于控制．產(chǎn)生的三廢少，質量穩(wěn)定，產(chǎn)率高，可生產(chǎn)系列環(huán)氧樹脂，對于國內(nèi)企業(yè)來說，對現(xiàn)有設備稍作改動就可以上馬，是很經(jīng)濟的方法。該法最大的優(yōu)點是將開環(huán)閉環(huán)分步進行，而且可以在無水條件下進行開環(huán)，盡可能的減少了副反響的發(fā)生。而且催化劑也有一定的選擇性，可使產(chǎn)物量子多為線型結構，不易引起聚合反響。該法的缺點是從樹脂中除去催化劑困難，而催化劑有一定的乳化作用，還對樹脂的固化過程有影響，能縮短樹脂的使用壽命，加大固化反響的放熱量，因此要嚴格控制它的用量，并設法減少在樹脂中的殘留。此法是在高溫進行反響，所以副反響多，生成物中有支鏈結構。不僅環(huán)氧值偏低，而且溶解性很差，甚至反響中會凝鍋。本設計由于產(chǎn)量低、要求轉化率高、無副產(chǎn)品、費用少、所以采用一步法。2.2主要原材料2.2.1環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格表2.1環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格原材料名稱結構式分子量M質量指標雙酚A(BPA)OH-.CHCH3CCHH3HO——CC—228外觀：白色粒狀〔或粉狀〕結晶體，熔點：≥155.5℃色度號〔鉑－鈷〕：≤40環(huán)氧氯丙烷〔ECH〕ClOO78外觀：無色透明液體純度wt％：≥99.5密度〔20℃〕g/cm3：0.88色度〔Pt-Co〕:≤15苯92純度wt％：≥99.5餾程℃：109～112密度〔20℃〕g/cm3:0.862～0.868色度〔Pt-Co〕號：≤15液體燒堿NaOH40晶體，含量wt％：≥99.5環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料的性質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)、無色透明液體，有毒！對皮膚有灼傷作用，能嚴重刺激眼睛，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1.18，純品沸點116.2℃。取樣化驗時，要取上層。液堿：淡紫色液體，無機械雜質，強堿性，腐蝕性較強。苯：無色透明液體。有芳香氣味。具強折光性。易揮發(fā)。能與乙醇、乙醚、丙酮任意混溶，微溶于水。3工藝流程工藝流程的選擇原那么是：有一定的科學先進性和一定的科學水平，能表達社會經(jīng)濟效益以及可操作性強。在兼顧企業(yè)的實際情況同時制定出工藝流程簡短、技術成熟、投資少、生產(chǎn)本錢低、適應生產(chǎn)的連續(xù)化，使整個生產(chǎn)裝置到達高水平。工藝流程的選擇和論證是在實驗室和生產(chǎn)性試驗的根底上進行的。3.1工藝流程：把雙酚A投入溶解釜中，然后通過環(huán)氧氯丙烷、苯，將夾套通水蒸氣的溫度加熱升溫到70OC左右。溶解后，用泵壓入帶攪拌的反響釜內(nèi)，開始攪拌，并滴加堿。控制反響溫度為50OC，維持一定時間至反響結束后，回收過量環(huán)氧氯丙烷供循環(huán)使用。回收結束后過濾，靜置，把苯溶液抽吸到回流脫苯釜內(nèi)，下層的鹽腳抽吸后放掉。在回流脫苯釜內(nèi)回流至蒸出的苯清晰無水珠為止。然后冷卻，靜置.經(jīng)過濾器至貯槽，沉降后抽入脫苯釜脫除苯，先常壓110OC以上開始減壓至140-143OC無餾出液為止，放料，即得成品。包裝?？菰锖蟮姆勰娣庞谫A料斗中，先測定產(chǎn)品的分子量、密度等有關性能，然后按每袋25kg裝袋輸送到倉庫以備出廠。3.1.1環(huán)氧氯丙烷自動分相回收技術由于反響中環(huán)氧氯丙烷是過量的，縮合反響后的水和過量的環(huán)氧氯丙烷在102℃形成共沸物一同被蒸出，進入冷凝器冷凝后，水和環(huán)氧氯丙烷自動分層，進入環(huán)氧氯丙烷自動分相器，環(huán)氧氯丙烷自動分相器是利用環(huán)氧氯丙烷和水的密度的不同進行別離的。利用U型彎，使環(huán)氧氯丙烷能夠自動穩(wěn)定回流．圖3.1分相器結構圖在反響單元中別離出的含環(huán)氧氯丙烷廢水〔含環(huán)氧氯丙烷約6.58%〕經(jīng)泵輸送至汽提塔，塔頂?shù)玫江h(huán)氧氯丙烷和水的共沸物，分相別離出的環(huán)氧氯丙烷供生產(chǎn)循環(huán)使用，塔釜得到的廢水和分相別離后的廢水去現(xiàn)有污水處理站。無論進料中的環(huán)氧氯丙烷和水的含量和流量為多少，只要充分分層即可，環(huán)氧氯丙烷只能通過分相器底部通過U型彎流出，而水只能通過上部溢流口流出。3.1.2薄膜脫苯工藝流程進入半成品貯罐的樹脂甲苯溶液，用泵輸送至薄膜蒸發(fā)器(MA305)(經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制)，進入薄膜蒸發(fā)器的物料迅速在蒸發(fā)器內(nèi)形成膜狀，在其夾套蒸汽的加熱下，苯不斷揮發(fā)，經(jīng)冷凝冷卻器(E502)回收輸送至苯貯罐，環(huán)氧樹脂進入樹脂中間罐(V503)，中間罐的樹脂放入成品罐(V501A／B)，用泵送至灌裝機進行產(chǎn)品裝桶。薄膜脫苯技術的關鍵設備是薄膜蒸發(fā)器，其原理就是樹脂苯溶液由中間儲罐通過輸送泵以切線方向進入薄膜蒸發(fā)器，進入薄膜蒸發(fā)器后迅速在蒸發(fā)器的內(nèi)外表形成薄膜，在蒸發(fā)器夾套內(nèi)的蒸氣連續(xù)加熱下，苯溶劑在加熱下蒸發(fā)后經(jīng)冷凝器冷卻回收進入苯儲罐；隨著樹脂苯溶液沿著薄膜蒸發(fā)器內(nèi)壁不斷下降，苯不斷揮發(fā)，樹脂與苯便別離開了，樹脂流入樹脂接受器。反響完畢后靜置，除去上層堿水后用沸水洗滌十幾次，除去樹脂中的殘堿及副產(chǎn)物鹽類?；厥者^量的環(huán)氧氯丙烷后，然后放出局部鹽腳和反響中間相(下批使用)，最后物料放入過濾器。反響生成的NaCl鹽溶解在水中，靜止排出飽和鹽水。，然后排放廢水〔含鹽及堿〕和反響中間相〔主要為含甲苯的老化樹脂〕。3.2工藝流程框圖：上一章已對工藝路線進行了選擇，在此根底上全面而細致地分析了整個生產(chǎn)過程的組成和順序如以下圖所示：圖3.2工藝流程框圖溶解雙酚A溶解苯、環(huán)氧氯丙烷反響循環(huán)使用反響NaOH分相環(huán)氧氯丙烷萃取反響后萃取反響后回流回流冷卻冷卻靜置過濾過濾脫苯脫苯成品4物料衡算4.1計算條件與數(shù)據(jù)理：1〕設每年生產(chǎn)330天，那么每天的產(chǎn)量為：Md=60000÷330=181.82t/d一天生產(chǎn)兩批，那么每批的產(chǎn)量為m=181.82t/2=90.91t2〕設以生產(chǎn)1t〔1000kg〕環(huán)氧樹脂為基準原料單耗如下：表4.1原料單耗表原料名稱投料比例環(huán)氧氯丙烷雙酚A純苯液體燒堿(100%)557.3kg687.5kg235.2kg240.9kg原料規(guī)格及產(chǎn)品質量標準如下：表4.2原料規(guī)格及產(chǎn)品質量標準表名稱分子量凈含含水分含惰性雜質環(huán)氧氯丙烷92.5298%0.2%1.8%雙酚A228.2995%3%2%純苯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《中國化工醫(yī)藥產(chǎn)品大全》(卷一，卷二)和<<化工原料商品手冊>>。4.2原料用量計算：反響過程中的反響物純量計算：為了較好地把握全過程，先假設理想情況進行計算，即計算各反響物的純量。這里所說的純量是指既不包括反響物及產(chǎn)品中的雜質和反響物過量的量，不包括每步反響損失掉的產(chǎn)品量。這是一種理想情況，在后面的計算中將恢復到實際情況，考慮所含雜質的量、反響物過量的量，以及反響的收率等具體的問題并進行詳細的計算。由原料單耗可得每批原料用量如下表：表4.3原料用量表名稱用量(kg)環(huán)氧氯丙烷55730雙酚A68750純苯23520液體燒堿240904.3縮合工段物料衡算：98%98%環(huán)氧氯丙烷95%雙酚ANaOH苯5環(huán)氧氯丙烷雙酚環(huán)氧氯丙烷雙酚A5反響釜5圖4.1(1)對于輸入物料分四股，分別如下：①98%的環(huán)氧氯丙烷中：環(huán)氧氯丙烷：55730×98%=54615.40kg水：55730×0.2%=111.46kg不溶雜質：55730×l.8%=1003.14kg②95%的雙酚A中：雙酚A：68750×95%=65312.5kg水：68750×3%=2062.5kg不溶雜質：68750×2%=1375kg③99.50%的NaOH中：NaOH：24090×99.5%=23969.55kg水：24090×0.2%=48.15kg不溶雜質：24090×0.3%=72.27kg④96%的苯中：苯：23520×96%=22579.2kg水：23520×0.2%=47.04kg不溶雜質：23520×3.8%=893.76kg(2)對于輸出物料的計算如下：設縮合反響的轉化率等于收率，即為95%，那么：反響的總方程式如下22892.5×233236.5×265312.5×0.95xyz由上反響方程式：x/92.5×2=y/332=z/36.5×2=62046.875/228可得：x=50340.05kg,y=90348.96kg,z=19865.89kg所以反響后的各物料質量如下:雙酚A:65312.5×(1-95%)=3265.625kg環(huán)氧氯丙烷：54615.4-50345.05=4270.35kgHCl：19865.89kg環(huán)氧樹脂：90348.96kgNaOH+HCl=NaCl+H?O4036.558.518x19865.89yz那么有x/40=y/58.5=z/18×2=19865.89/36.5可得：x=21770.83kg,y=31839.85kg,z=9796.88kg故NaOH=24090-21770.83=2319.17kg以上計算可得到以下物料平衡表表4.4縮合反響物料平衡表輸入物料純物質質量(kg)輸出物料質量(kg)98%的環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧氯丙烷54615.4環(huán)氧氯丙烷4270.35水111.46惰性雜質1003.14雙酚A3265.62595%的雙酚A雙酚A65312.5水2062.5環(huán)氧樹脂90348.96惰性雜質137599.5%的NaOHNaOH23969.5596%的苯22579.2水48.18惰性雜質72.2799.5%的NaOH2319.1796%的苯苯22579.2水47.04參與反響物質中水和雜質49246.695惰性雜質893.76NaCl31839.85總計1720901720904.4回收過量環(huán)氧氯丙烷：圖4.2回收框圖98%環(huán)氧氯丙烷5冷卻器98%環(huán)氧氯丙烷5冷卻器5反響釜所出物料5設冷卻回收率為97%：對于輸入物料為一股：環(huán)氧氯丙烷：4270.35kg對于輸出物料為一股：環(huán)氧氯丙烷：4270.35×97%=4142.24kg由以上計算可得以下物料平衡表：表4.5回收物料表輸入物料純物質質量(kg)回收物料質量(kg)98%的環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧氯丙烷4270.35環(huán)氧氯丙烷質4142.24總計4270.354142.24收率：97%4.5環(huán)氧樹脂收集：進出料框圖如下：圖4.3環(huán)氧樹脂回收進出料框圖99%的環(huán)氧樹脂99%的環(huán)氧樹脂回收脫苯回收脫苯釜99%的環(huán)氧樹脂96%的苯96%的苯96%的苯出料分兩股，環(huán)氧樹脂：環(huán)氧樹脂：90348.96kg②苯：22579.2kg5熱量衡算5.1計算依據(jù)：5.1.1主要依據(jù)能量守恒定律能衡是能量衡算的結果為根底進行的，還必須收集有關物料的熱力學數(shù)據(jù)(例如比熱容、反響熱、相變熱等)5.1.2重要符號：Cp——定壓比熱容kgJ/(kg，OC)Q熱量kJ5.1.3主要公式：1)Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式(5.1)式中Q1--一物料帶入到設備的熱量kJQ2——加熱劑或冷卻劑傳給設備和所處理物料的熱量kJQ3——過程熱效應kJQ4一一物料離開設備所帶走的熱量kJQ5——加熱和冷卻設備所消耗的熱量kJQ6——設備向環(huán)境散失的熱量kJ2)間接蒸汽加熱的蒸汽消耗量：D=Q2/[H-C(T-273)]式(5.2)式中:D加熱蒸汽消耗量kgQ2——由加熱蒸汽傳給所處理物料及設備的熱量kgJH——水蒸汽的熱焓kgJ/kgC——冷凝水的比熱容，可取4.l8k.J/(kg×K)T——冷凝水的溫度kg.——熱利用率，保溫設備取，不保溫設備取3)W=Q2/C(TK-TH)式(5.3)式中:W——冷卻劑的消耗量kgC——冷卻劑的平均比熱容kJ/(kgK)TK冷卻劑的最終溫度KTH——冷卻劑的最初溫度K4)Q2=KAttm式(5.4〕式中：Q2加熱劑或冷卻劑傳給設備和所處理物料的熱量K——總傳熱面積·t——反響時間tm平均推動力5.2熱量衡算：5.2.1溶解崗位：投入原料以后溫度從25OC升至70OC溶解；由于此處設備為搪玻璃開式攪拌器，外圍夾套，反響過程中Q3、Q5、Q6忽略不計。物料帶入設備的熱量由于各股物料都是在常溫(25℃)下參加，設其為基準，即Q1=0?；瘜W反響過程的反響熱在反響釜內(nèi)進行的反響主要溶解反響，根據(jù)經(jīng)驗，該反響熱相對于總熱量較小，可忽略，所以，Q3=0。離開設備物料帶走的熱量由工藝條件可知離開設備的物料環(huán)氧氯丙烷〔55730kg〕和純苯〔23520kg〕，離開溫度為70℃，進入溫度為25℃。查得環(huán)氧氯丙烷的比熱容為CP1=0.133kgJ/(kgg·℃)，苯的比熱容為CP2=1.9kgJ/(kgg·℃)那么：Q41=CP1×m1×△t=0.133×55730×(70-25)Q42=CP2×m2×△t=1.9×23520×(70-25)所以，Q4=Q41+Q42=2344504.05kgJ設備吸收熱量及熱損失查閱資料〔《化工工藝設計》〕后，按經(jīng)驗設：Q5+Q6=15％Q2式(5.5〕換熱劑與設備和物料傳遞Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6所以，Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=Q4+15％Q2即：Q2=Q4/0.85=2758240.06kJ間接蒸汽加熱的蒸汽消耗量：D=Q2/[H-C(T-273)]式(5.6〕式中:D加熱蒸汽消耗量kgQ2——由加熱蒸汽傳給所處理物料及設備的熱量kJH——水蒸汽的熱焓kJ/kgC——冷凝水的比熱容，可取4.l8kgJ/(kg×K)T——冷凝水的溫度kg——熱利用率，保溫設備取，不保溫設備取那么加熱所需的水蒸氣量為D=Q2/〔△H-CpTk〕式(5.7〕其中△H=2261.425kgJ/kgCp=4.1868kgJ/kg℃D=2758240.06/〔2261.425-100×4.1868〕×0.94=1496.81kg5.2.2反響崗位：圖5.1絡合反響溫度變化圖溫度70oCoC保持50oC2h水降溫25oC時間h如上圖所示反響中溫度的變化分為3個階段，其中在70oC-50oC這一段要用冰鹽水降溫，由于冰鹽水的制迨本錢較高，所以應回收利用，這里把其用量作為計算重點，進行計算。初始溫度為70oC，末態(tài)溫度為50oC，根據(jù)經(jīng)驗，該反響熱相對于總熱量較小，可忽略，所以，Q3=0。故Q3=0求Q：Q=C×m×t式(5.8〕對于環(huán)氧氯丙烷：Q1=55730×0.133×(70-50)=148241.8kJ對于苯：Q2=23520×l.9×(70-50)=893760kJQ=Q1+Q2=1045561.8kJ求冰鹽水的用量：Q2=-QM1=Q2/C(Tk-Th)式(5.9〕取冰鹽水的平均比熱容:C=4.0kJ/(kg.OC),Tk=0℃,Th=50℃那么消耗的冰鹽水：M1=-1045561.8/{4.0×(0-50)}=5227.809kg保溫反響2h階段：在反響過程中初、末溫度均為50℃，查得反響熱H=-11952.788kJ那么此時需消耗的冰鹽水：M2=/C(Tk-Th)=-11952.788/{4.0×(0-50)}=597.64kg式(5.10〕每批消耗的冰鹽水M=M1+M2=5825.45kg.6設備選型6.1計算條件確定6.1.1操作工時與生產(chǎn)周期確實定：表6.1工段工序操作工時〔h〕縮合備料投料〔環(huán)氧氯丙烷、雙酚A1.00升溫1.00保溫2.00回收過量環(huán)氧氯丙烷0.5處理降溫0.75苯回收2.00環(huán)氧樹脂回收1.00處理產(chǎn)品1.006.1.2反響器選擇反響過程的根本特征決定了適宜的反響器形式。例如氣固相反響過程大致是用固定床反響器、流化床反響器或移動床反響器。但是適宜的選型那么需考慮反響的熱效應、對反響轉化率和選擇率的要求、催化劑物理化學性態(tài)和失活等多種因素，甚至需要對不同的反響器分別作出概念設計，進行技術的和經(jīng)濟的分析以后才能確定。常用反響器的類型有：①管式反響器。由長徑比擬大的空管或填充管構成，可用于實現(xiàn)氣相反響和液相反響。②釜式反響器。由長徑比擬小的圓筒形容器構成，常裝有機械攪拌或氣流攪拌裝置，可用于液相單相反響過程和液液相、氣液相、氣液固相等多相反響過程。用于氣液相反響過程的稱為鼓泡攪拌釜〔見鼓泡反響器〕；用于氣液固相反響過程的稱為攪拌釜式漿態(tài)反響器。③有固體顆粒床層的反響器。氣體或(和)液體通過固定的或運動的固體顆粒床層以實現(xiàn)多相反響過程，包括固定床反響器、流化床反響器、移動床反響器、涓流床反響器等。固定床反響器中的催化劑不限于顆粒狀，網(wǎng)狀催化劑早已應用于工業(yè)上。目前，蜂窩纖維狀催化劑也已被廣泛使用。固定床反響器是研究比擬充分的多相反響器，④塔式反響器。用于實現(xiàn)氣液相或液液相反響過程的塔式設備，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等⑤噴射反響器。利用噴射器進行混合，實現(xiàn)氣相或液相單相反響過程和氣液相、液液相等多相反響過程管式反響器。①管式反響器一種呈管狀、長徑比很大的連續(xù)操作反響器。這種反響器可以很長，如丙烯二聚的反響器管長以公里計。反響器的結構可以是單管，也可以是多管并聯(lián)；可以是空管，如管式裂解爐，也可以是在管內(nèi)填充顆粒狀催化劑的填充管，以進行多相催化反響，如列管式固定床反響器。管式反響器反響速率很低時所需管道過長，工業(yè)上不易實現(xiàn)。②釜式反響器管式反響器屬于平推流反響器，釜式反響器屬于全混流反響器。管式反響器的停留時間一般要短一些，而釜式反響器的停留時間一般要長一些，從移走反響熱來說，管式反響器要難一些，而釜式反響器容易一些，可以在釜外設夾套或釜內(nèi)設盤管解決，釜式反響器一種低高徑比的圓筒形反響器，用于實現(xiàn)液相單相反響過程和液液、氣液、液固、氣液固等多相反響過程。器內(nèi)常設有攪拌〔機械攪拌、氣流攪拌等〕裝置。在高徑比擬大時，可用多層攪拌槳葉。在反響過程中物料需加熱或冷卻時，可在反響器壁處設置夾套，或在器內(nèi)設置換熱面，也可通過外循環(huán)進行換熱。釜式反響器按操作方式可分為：間歇釜式反響器：間歇釜操作靈活，易于適應不同操作條件和產(chǎn)品品種，適用于反響時間較長的產(chǎn)品生產(chǎn)。間歇釜的缺點是：需有裝料和卸料等輔助操作，但有些反響過程，如一些發(fā)酵反響和聚合反響，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)尚有困難，至今還采用間歇釜。間歇操作反響器系將原料按一定配比一次參加反響器，待反響到達一定要求后，一次卸出物料。連續(xù)操作反響器系連續(xù)參加原料，連續(xù)排出反響產(chǎn)物。當操作到達定態(tài)時，反響器內(nèi)任何位置上物料的組成、溫度等狀態(tài)參數(shù)不隨時間而變化。半連續(xù)操作反響器也稱為半間歇操作反響器，介于上述兩者之間，通常是將一種反響物一次參加，然后連續(xù)參加另一種反響物。反響到達一定要求后，停止操作并卸出物料。間歇反響器的優(yōu)點是設備簡單，同一設備可用于生產(chǎn)多種產(chǎn)品，尤其適合于醫(yī)藥、染料等工業(yè)部門小批量、多品種的生產(chǎn)。另外，間歇反響器中不存在物料的返混，對大多數(shù)反響有利。連續(xù)釜式反響器,或稱連續(xù)釜連續(xù)釜攪拌作用會造成釜內(nèi)流體的返混。在要求轉化率高或有串聯(lián)副反響的場合，釜式反響器中的返混現(xiàn)象是不利因素。3〕流化床反響器流化床反響器是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態(tài)，并進行氣固相反響過程或液固相反響過程的反響器。在用于氣固系統(tǒng)時，又稱沸騰床反響器。根據(jù)所給年產(chǎn)量確定每天生產(chǎn)的噸數(shù)，由于日產(chǎn)量較大應采用一日多批量生產(chǎn)，假設采用多個反響釜進行連續(xù)生產(chǎn)，設備本錢將大大提高，在節(jié)省開支及時間等因素的考慮下，應采用間歇式操作，每天生產(chǎn)1批每批2個流程，采用2套反響設備生產(chǎn)批次和反響釜。由于在反響過程中有腐蝕性物質的參加，所以材料應選用耐腐蝕材料。對該反響器選用鎳鉻不銹鋼，0Cr18Ni9.鋼板標準為GB4237。6.2溶解工段反響崗位的設備選型：6.2.1溶解釜：各純物質體積計算列表：表6.2溶解工段物料體積表物質質量m(kg)密度(kg/l)體積v〔l)雙酚A687501.19557531.38環(huán)氧氯丙烷557301.1847228.81苯235200.8826727.27那么每批物料的總體積為：Vd=〔57531.38+47228.81+26727.27〕/4=142692.11/4=32871.87L考慮到雙酚A，加反響釜后體積會增大，因此裝料系數(shù)η=0.7V=Vd/η=32871.87/0.7=46959.81L取整V=50000L式(6.1〕Vg=V×η式(6.2〕=50000×0.7=35000L查《化工工藝設計手冊》〔下〕：選取公式容積為50000L搪玻璃閉式攪拌容器，閉式攪拌容器通常都包含一定壓力，反響器之類的設備，密閉帶攪拌。開式是直接和大氣連通，不承受壓力。其中重要參數(shù)為A=2480dm2、D=38dm,、H=46dm所以容器壁厚δd=PD/(2[σ]tΦ-P)+C式(6.3〕公式中[σ]t=114MpaΦ=1C=0.8所以容器壁厚δd=PD/(2[σ]tΦ-P)+C=1.01×3800/2×114×1-1.01+0.8=17.71mm對壁厚圓整取δd=18mm校核傳熱面積：由于溶解釜是采用夾套加熱，且選用水蒸氣作為加熱介質，所以傳熱系數(shù)計算如下：1)求釜側傳熱膜系數(shù)1：1=0.73(/D)(nd2)0.65(CP/)0.33(/w)0.24式(6.4)式中：1——釜側傳熱膜系數(shù)W/(m2.K)；D攪拌釜的直徑m；d——攪拌器的直徑m；n——攪拌器的轉速rps；——液體的密度kg/m2；Cp——液體的比熱J/(kg.K)；——液體的導熱系數(shù)W/(m.K)；μ——液體在釜內(nèi)溫度時的粘度Pa.S;w——液體在壁溫時的粘度Pa.s；在此計算中個，各參量如下：D=3.8m；d=3.61m；n=80r/min=80/60rps；=〔55730+68750+23520+24090)/181147.37=0.95Kg/L查《化工原理》(陳敏恒)可得到各組分Cp。代入公式：=0.2574W/〔m.K〕式(6.5)μ=1.121×10-3Pa.S取/w=1，把各系數(shù)代入公式中得：1=0.73(/D)(nd2)0.65(CP/)0.33(/w)0.24=1480.24W/(m2.K)2)求傳熱系數(shù)K；搪玻璃釜的釜壁分兩局部，一局部為鑄鐵層，另一局部為鍍上去的搪瓷層,其參數(shù)如下：鑄鐵層厚度為20mm，=62.8W/(m.K)查《化工工藝設計手冊》(第三版，下冊)：搪玻璃設備玻璃層厚度一般為0.8--2.0mm，取1.0mm查《化工工程手冊》(第二版，上卷)：搪瓷導熱系數(shù)：0.87一1.l6W/(m.K)。取0.9W/(m.K)那么K=1/(1/+∑/)式(6.6)=950.51KJ/(m2.h.K)料液進、出口溫度分別為250C和700C，設水蒸汽進、出溫度分別為1000C和700C，那么有：tm=(25-100)÷㏑〔25-100〕=16.47OC式(6.7〕冷卻時間t=1hA=Q2/Ktmt=22.13m2<2480dm2所以選取的搪玻璃開式攪拌反響罐可行。6.2.2支座形式支座選用耳式B型帶墊板支座。選用標準為JB/T472—92。具體參數(shù)如下：材料為Q235—A?F，墊板材料為0Cr18Ni9。耳座用4個，厚度δ=40mm6.2.3攪拌漿設計通過攪拌能使單體溶液分散成液滴，防止塊狀聚合。攪拌的另一個作用是加速反響熱的傳遞，防止溫度過高而發(fā)生爆聚，保證反響的正常進行。攪拌器的分類方法有很多，主要由以下幾種。1〕按槳葉攪拌結構：分為平葉、斜〔折〕葉、彎葉、螺旋面葉式攪拌器。漿式、渦輪式攪拌器都有平葉和斜葉結構；推進式、螺桿式和螺帶式的槳葉為螺旋面葉結構。根據(jù)安裝要求又可分為整體式和剖分式，便于把攪拌器直接固定在攪拌軸上而不用撤除聯(lián)軸器等其他部件。2〕按攪拌器的用途：分為低黏流體用攪拌器、高黏流體用攪拌器。用于低黏流體的攪拌器有：推進式、漿式、開啟渦輪式、圓盤渦輪式、布魯馬金式、板框漿式、三葉后完式等。用于高黏流體的攪拌器有：錨式、框式、鋸齒圓盤式、螺旋漿式、螺帶式等。3〕按流體流動形態(tài)：分為軸向流攪拌器和徑向流攪拌器。有些攪拌器在運轉時，流體即產(chǎn)生軸向流又產(chǎn)生徑向流的稱為混合流型攪拌器。推進式攪拌器是軸流型的代表，平直葉圓盤渦輪攪拌器是徑流型的代表，而斜葉渦輪攪拌器是混合流型的代表。反響釜攪拌器一個好的選型方法最好具備兩個條件，一是選擇結果合理，一是選擇方法簡便，而這兩點卻往往難以同時具備。由于液體的粘度對攪拌狀態(tài)有很大的影響，所以根據(jù)攪拌介質粘度大小來選型是一種根本的方法。幾種典型的攪拌器都隨粘度的上下而有不同的使用范圍。隨粘度增高的各種攪拌器使用順序為推進式、渦輪式、漿式、錨式和螺帶式等，這里對推進式的分得較細，提出了大容量液體時用低轉速，小容量液體時用高轉速。這個選型不是絕對地規(guī)定了使用漿型的限制，實際上各種漿型的使用范圍是有重疊的。根據(jù)攪拌過程的目的與攪拌器造成的流動狀態(tài)判斷該過程所適用的漿型，這是一種比擬合用的方法。由于被攪拌流體黏度高，且攪拌的作用是要將物料充分混合，所以攪拌漿葉的形式選為錨式攪拌器。其具體設計參數(shù)如下：Z=1攪拌漿直徑d=0.95D=0.95×38=36.1dm式(6.8〕攪拌轉速n=20r/min攪拌器底部與溶解釜底部的距離=0.05d=1.81dm6.2.4封頭的設計選型下封頭選擇下封頭選取標準橢圓形封頭。具體參數(shù)如下：D=3800mm封頭內(nèi)徑d=0.2D=760mm〔HG/T2268-2023〕封頭高度h=0.25D=0.25×3800=950mm封頭側面積=1.083D2=1.083×3.82=15.64m2式(6.9〕封頭體積=0.131D3=0.131×3.83=7.19m3上封頭選擇由于反響體系屬于黏度流體，為使流體能順利快速的流入反響釜，所以上封頭選用90度錐形封頭。具體參數(shù)如下：D=3800mm封頭內(nèi)徑d=0.2D=760mm封頭高度h=0.5D=0.5×3800=1900mm式(6.10〕封頭側面積=1.11D2=1.11×3.82=16.03m2式(6.11〕封頭體積=0.1309D3=0.1309×3.83=7.18m3式(6.12〕6.3反響工段反響崗位的設備選型：6.3.1反響釜各純物質體積計算列表：表6.3縮合工段反響崗位物料體積表物質質量m(kg)密度(kg/l)體積v〔l)雙酚A687501.19557531.38NaOH240902.1511204.65環(huán)氧氯丙烷557301.1847228.81苯235200.8826727.27那么每批物料的總體積為：Vd=〔57531.38+11204.65+47228.81+26727.27〕/4=142692.11/4=35673.03L間歇釜式反響器體積計算VR=Q(+)式(6.13〕式中VR—反響器有效體積，m3。Q—平均每秒鐘需處理的物料體積，m3h；—非反響時間，h；—反響時間，h；VR=35.67303×(0.5+0.5)=35.67303m3考慮到雙酚A、NaOH為固體，加反響釜后體積會增大，因此裝料系數(shù)η=0.7V=VR/η=35673.03/0.7=50960.04L取整V=50000LVg=50000×0.7=35000L查《化工工藝設計手冊》〔下〕：選取公式容積為50000L搪玻璃閉式攪拌容器，其中重要參數(shù)為A=2480dm2，壁厚30mm.，取D=38dm,、H=46dm。由于在反響過程中有腐蝕性物質的參加，所以材料應選用耐腐蝕材料。對該反響器選用鎳鉻不銹鋼，0Cr18Ni9.鋼板標準為GB4237。查《化工工藝設計手冊》(第三版下冊)，相關參數(shù)如下：表6.4縮合工段反響設備參數(shù)公稱容積VN/L50000夾套換熱面積/m224.8公稱壓力PN容器內(nèi)：0.3Mpa；夾套內(nèi)：0.12Mpa介質溫度及容器材料0—2000oC〔材料為Q235-A,Q235-B〕或高于-20—200OC(材料為20R)攪拌軸公稱直徑dN/mm3610電動機功率/kW錨式攪拌器5.55.5框式攪拌器槳式攪拌器葉輪式攪拌器7.5電動機型式Y型或YB型系列〔同步轉速1500r/min〕攪拌軸公稱轉速錨式、框式攪拌器63r/min、80/min；槳式攪拌器80r/min、125r/min；葉輪式攪拌器125r/min懸掛式支座A5×4支承式支座5t×4參考質量/kg193006.3.2支座形式支座選用耳式B型帶墊板支座。選用標準為JB/T472—92。具體參數(shù)如下：材料為Q235—A?F，墊板材料為0Cr18Ni9。耳座用4個，厚度δ=40mm6.3.3反響釜的液位最高液位反響釜體積VR=50m3下封頭體積V頭=7.18m3下封頭高度h=1900mm在釜體中的實際反響液體積V1=50-7.18=42.82m3H1=V1×4/πD2式(6.14〕所以H1=42.82×4/πD2=42.82×4/〔3.14×3.82〕=3.78m所以，最高液位H=H1+h=3.78+1.9=5.68m(2)最低液位最低液位H=1/3D=1/3×3.8=1.27m最低液面要求為防止樹脂老化，半管加熱的高度不能超過最低液面，當反響釜中只剩下樹脂的時候體積最小，因此液面高度最低。樹脂的密度ρ=1.2×103kg/m3樹脂質量90348.96kg，每次投入量90348.96/4=22587.24故V=22587.24/1.2×103=19m3H1=V1×4/πD2=1.67m兩者比擬，故最低液面為1.67m。6.4各釜體夾套尺寸確實定所謂夾套就是在釜體外側用焊接或法蘭連接的方式裝設各種形狀的鋼結構，是與釜體外壁形成密封的空間。在此空間內(nèi)通入加熱或冷卻物質，可加熱或冷卻反響釜內(nèi)的物料。夾套筒體的高度主要由傳熱面積確定，一般不應低于料液高度，以保證充分傳熱。根據(jù)裝料系數(shù)、操作容積，夾套的筒體高度為：式(6.15〕釜夾套高度m查《化工設備機械根底》殼體直徑在3800mm時，夾套直徑為mm6.5貯槽的設計6.5.1環(huán)氧氯丙烷回收釜回收環(huán)氧氯丙烷裝置的潔凈度要求比擬高，環(huán)氧氯丙烷也具有一定的腐蝕性，應選鎳鉻不銹鋼。環(huán)氧氯丙烷回收質量m=4142.24kg環(huán)氧氯丙烷密度ρ=1.18×103kg/m3故回收釜體積V=4142.24/4×1.18×103=0.88m3取整900L，查化工工藝設計手冊用1000L釜。其中直徑D=1100mm高H=1330mm6.5.2苯貯槽苯質量m=23520/4=5880kg密度0.8786g/mL苯貯槽體積V=5880/878.6=6.70m3取整V=8000L，查化工工藝設計手冊用1000L釜。其中直徑D=2000mm高H=2400mm6.5.3脫苯釜脫苯釜的體積V=V苯+V環(huán)氧樹脂=19+6.70=25.70m3縮合工段苯回收崗位設備選型：查化工工藝設計手冊(第三版，下冊)：取K型搪玻璃蒸餾容器系列中的3000L蒸餾釜。相關的尺寸參數(shù)和管口參數(shù)如下；表6.5縮合工段苯回收設備參數(shù)公稱容積VN/L3000公稱直徑K型1750DN/mmF、P型1750計算容積VJ/L34983630D012201220D119001900D221962196D314001400-H025592100H1700560H2649-H3400400H4310680H512001600H16001800表6.6縮合工段苯回收設備管口特性參數(shù)公稱容積容器蓋管口公稱直徑夾套管口公稱直徑蒸餾口a入手孔a溫度計口t視鏡S1S2備用孔b放料口f進出口氣閥g放凈口an1n2n3n43000400400×30015012510012555G3/4//G1/2//注：以上表格中，上排為K型容器的管口參數(shù)，下排為F、P型容器的管口參數(shù)。6.6反響器上的接管及尺寸由于物料為黏度流體，取u=4m/s，進出料管都選用普通無縫鋼管溶解釜進料管流入時間為0.5h那么進料管尺寸計算如下體積流量VS=V/t=57.53+47.23/4×1800=0.01455m3/s進料管內(nèi)徑d=[4Vs/﹙πu﹚]0.5=[4×0.01455/﹙3.14×4﹚]0.5=68.1mm圓整取d=69mm溶解釜出料管溶解產(chǎn)物出料時間定為0.5h，取u=4m/s體積流量VS=V/t=23.070/1800=0.0128m3/s出料管內(nèi)徑d=[4Vs/﹙πu﹚]0.5=[4×0.0128/﹙3.14×4﹚]0.5=63.8mm圓整取d=64mm進出料管都選用普通無縫鋼管反響釜進料管流入時間為0.5h那么進料管尺寸計算如下體積流量VS=V/t=35.67/1800=0.0198m3/s進料管內(nèi)徑d=[4Vs/﹙πu﹚]0.5=[4×0.0198/﹙3.14×4﹚]0.5=79.4mm圓整取d=80mm那么均取管道為內(nèi)徑80mm普通無縫鋼管6.7泵的選擇備料投料操作工時0.5h其中V=32871.87L那么流量65.74m3/h所以根據(jù)化工工藝手冊選泵：屏蔽泵B流量0.1—400m3/h揚程10—24m溫度-70—3806.8主要設備表6.7設備情況一覽表設備名稱數(shù)量材料溶解釜1搪玻璃反響釜1鎳鉻不銹鋼脫苯釜1不銹鋼環(huán)氧氯丙烷罐1鎳鉻不銹鋼苯貯罐1不銹鋼過濾