環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝設計

1、目 錄中文摘要第一章 緒論1.1環(huán)氧樹脂定義1.2、環(huán)氧樹脂發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢1.3、環(huán)氧樹脂的特點和用途1.4、環(huán)氧樹脂的常用技術術語和質(zhì)量指標1.5、環(huán)氧樹脂的分類第二章 環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料2.1、環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格2.2、環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料的性質(zhì)第3章 工藝流程設計3.1 工藝流程框圖3.2工藝流程敘述第4章 廠區(qū)布置和車間布置設計4.1工廠設計的內(nèi)容與規(guī)范4.2 廠址的選擇4.3 車間的布置4.3.1 輔助生產(chǎn)和行政-生活布置4.3.2 廠房的布局4.3.3 廠房的長、寬、高和層數(shù)確定.4.3.4 廠房內(nèi)布置第5章“三廢”處理及其綜合利用5.1 廢水的處理5.

2、2 套用和回收利用5.3、環(huán)境保護措施第6章 環(huán)氧樹脂安全生產(chǎn)和環(huán)境保護摘 要：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。二步法工藝的優(yōu)點：與一步法相比，它具有生產(chǎn)工藝簡單、設備少、工時短、無三廢排放和產(chǎn)品質(zhì)量易調(diào)節(jié)控制等優(yōu)點。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，由于它的應用遍及國民經(jīng)濟的眾多領域，因此又稱為通用型環(huán)氧樹脂。它屬于縮水甘油醚型。本文介紹了年產(chǎn)3000噸的環(huán)氧樹脂的車間設計，從技術、工程經(jīng)濟、生產(chǎn)管理等方面進

3、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，車間布置設計，三廢處理及其綜合利用，勞動組織，勞動保護與安全生產(chǎn)，工程經(jīng)濟，工藝細節(jié)改進設計等內(nèi)容。關鍵詞：環(huán)氧樹脂；二步法；車間工藝設計論 述1.1環(huán)氧樹脂定義定義：分子中含2個或2個以上環(huán)氧基的高分子化合物。最常用的雙酚A型環(huán)氧樹脂含2個環(huán)氧基?；瘜W名稱：雙酚A二縮水甘油醚英文名稱：Diglycidyl ether of bis phenol A（縮寫DGEBPA） 1.2、環(huán)氧樹脂發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢環(huán)氧樹脂的發(fā)明曾經(jīng)歷了相當長的時期，它的工業(yè)化生產(chǎn)和應用僅是近40年的事情。在19世紀末和20世紀初兩個重大的發(fā)現(xiàn)揭開了環(huán)

4、氧樹脂發(fā)明的帷幕。遠在1891年德國的Lindmann用對苯二酚和環(huán)氧氯丙烷反應生成了樹脂狀產(chǎn)物。1909年俄國化學家Prileschajew發(fā)現(xiàn)用過氧化苯甲醚和烯烴反應可生成環(huán)氧化合物。這兩種化學反應至今仍是環(huán)氧樹脂合成中的主要途徑。1934年Schlack用胺類化合物使含有大于一個環(huán)氧基團的化合物聚合制得了高分子聚合物，并作為德國的專利發(fā)表。1938年這后的幾年間瑞士的Pierre castan及美國的S.O.Greenlee所發(fā)表的多項專利都揭示了雙酚A和環(huán)氧氯丙烷經(jīng)縮聚反應能制得環(huán)氧樹脂；用有機多元胺類或鄰苯二甲酸均可使樹脂固化，并具有優(yōu)良的粘接性。這些研究成果促使了美De Voe-R

5、aynolds公司在1947年進行了第一次具有工業(yè)生產(chǎn)價值的環(huán)氧樹脂的制造。不久瑞士的CIBA公司、美國的Shell公司以及De Chemical公司都開始了環(huán)氧樹脂的工業(yè)化生產(chǎn)及應用開發(fā)工作。到了20世紀50年代初期環(huán)氧樹脂在電氣絕緣澆鑄、防腐蝕涂料、金屬的粘接等應用領域有了突破。于是環(huán)氧樹脂作為一個行業(yè)蓬勃發(fā)展起來了。我國的環(huán)氧樹脂的開發(fā)始于1956年，在沈陽、上海兩地首先獲得了成功。1958年上海開始工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)過40余年的努力，我國環(huán)氧樹脂生產(chǎn)和應用得到了迅速的發(fā)展。目前生產(chǎn)廠家已達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)代化的建設中正起著越來越重要的作用。但是以生產(chǎn)

6、規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量、品種方面和世界先進水平相比差距還很大。我們必須用跳躍式發(fā)展模式，向著“規(guī)?；?、高純化、精細化、專用化、系列化、功能化”六化方向發(fā)展，才能滿足各行各業(yè)對環(huán)氧樹脂的需求。1.3、環(huán)氧樹脂的特點和用途（1）粘接強度高，粘接面廣。幾乎可粘接所有的金屬和非金屬，有“萬能膠”的美稱。（2）良好的加工性。加工時常溫常壓。廣泛用作涂料、灌封料及澆注料等。（3）優(yōu)異的電絕緣性。用作絕緣材料、電工澆鑄及電子灌封（4）機械強度高。用作結(jié)構(gòu)膠、高強耐磨地坪等。（5）收縮卛低。尺寸穩(wěn)定，不易變形，不易開裂等。（6）穩(wěn)定性好，防腐性能優(yōu)異。廣泛用作防腐涂料。1.4、環(huán)氧樹脂的常用技術術語和質(zhì)量指標（1）平

7、均聚合度（n）分子中重復結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目稱為聚合度。由于環(huán)氧樹脂是聚合度不同的同系物的混合物，其聚合度的平均值稱為平均聚合度。平均聚合度決定了環(huán)氧樹脂分子量的大?。ǎ┢骄肿恿浚∕） 環(huán)氧樹脂的分子量與聚合度成正比例。所以也可以說環(huán)氧樹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為平均分子量。（3）分子量分布由于環(huán)氧樹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表示。環(huán)氧樹脂在合成過程中，由于原材料的差異、工藝操作條件不同等，導致產(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，則樹脂性能越穩(wěn)

8、定。（）環(huán)氧基含量反應活性極大的環(huán)氧基是環(huán)氧樹脂的重要官能團，其含量的大小直接影響使用性能，因此它是控制和鑒定環(huán)氧樹脂質(zhì)量的主要手段之一。實際生產(chǎn)中可根據(jù)環(huán)氧基含量來劃分不同型號的環(huán)氧樹脂。環(huán)氧基含量有以下三種表示方法： a、環(huán)氧值（Ev） 環(huán)氧值是我國環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廠家習慣采用的表示方法。它是指每100g環(huán)氧樹脂中所含的環(huán)氧當量數(shù)稱為環(huán)氧值。單位：eq/100g。 b、環(huán)氧當量（En）環(huán)氧當量是美國、西歐和日本習慣使用的表示方法。它是指含有克當量環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂的克數(shù)稱為環(huán)氧當量。單位：g/eq。環(huán)氧當量、分子量和環(huán)氧值之間的換算關系：En=M/2=100/Ev。 c、環(huán)氧基百分含量（Ec）

9、環(huán)氧基百分含量是俄羅斯、東歐等國習慣采用的表示方法。它是指環(huán)氧樹脂的每一分子中所含環(huán)氧基的百分比含量。單位： 。它與環(huán)氧值之間的關系Ec=Ev43。（）軟化點 環(huán)氧樹脂是一種混合物，沒有明確的熔點，只有一個熔融溫度范圍，稱為軟化點。單位：。（）黏度 黏度是環(huán)氧樹脂應用時十分重要的指標，它對操作性、脫泡性等有很大影響。單位：Pa.s或mpa.s。黏度與分子量成正比例，黏度和軟化點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)。（）雜質(zhì)含量環(huán)氧樹脂的主要雜質(zhì)包括總氯（有機氯、無機氯）、揮發(fā)份及帶色基團等。現(xiàn)生產(chǎn)中要盡

10、量減少雜質(zhì)的含量。1.5、環(huán)氧樹脂的分類由于原材料與生產(chǎn)工藝的不同，環(huán)氧樹脂有許多種類和型號，也有多種不同的分類方法，若按其化學結(jié)構(gòu)和環(huán)氧基的結(jié)合方式可分為以下六大類：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，由于它的應用遍及國民經(jīng)濟的眾多領域，因此又稱為通用型環(huán)氧樹脂。它屬于縮水甘油醚型。雙酚A（BPA)型環(huán)氧樹脂，市場占有量約占環(huán)氧樹脂總量的85%。本書中所說的環(huán)氧樹脂，如不加具體說明，便是指BPA型環(huán)氧樹脂（又稱E型環(huán)氧樹脂）。雙酚A

11、（BPA）型環(huán)氧樹脂，根據(jù)其分子量的高低，可分為低分子量樹脂（M400）、中等分子量樹脂（M400-1400）、高分子量樹脂（M14008000）和超高分子量樹脂（M10萬45萬）。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低分子量環(huán)氧樹脂的固化主要通過環(huán)氧基反應，隨著分子量的增大，環(huán)氧基的作用減少，羥基作用增大，超高分子量的環(huán)氧樹脂則不需要借助固化劑便能形成堅韌的涂膜。第二章 環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料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(jié)構(gòu)式分

12、子量M質(zhì)量指標雙酚A(BPA)-OH-.CHCH3CCHH3HOCC228外觀：白色粒狀（或粉狀）結(jié)晶體熔點：155.5色度號（鉑鈷）：40環(huán)氧氯丙烷（ECH） ClO92.5外觀：無色透明液體 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：15液堿（48NaOH） NaOH40NaOH含量wt：48Fe2O3含量wt：0.0032、環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料的性質(zhì)（1）BPA：白色片狀或粒狀晶體，不溶于水，能溶于醇、 醚、丙酮及

13、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。（2）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.18，純品沸點116.2。取樣化驗時，要取上層。（3）液堿：淡紫色液體，無機械雜質(zhì)，強堿性，腐蝕性較強。（4）甲苯：無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110.28，取樣化驗時，要取下層。第3章 工藝流程設計3.1 工藝流程框圖： 上一章已對工藝路線進行了選擇，在此基礎上全面而細致地分析了整個生產(chǎn)過程的組成和順序如下圖所示：3.

14、1. 1 合成： 700C溶解雙酚A 環(huán)氧氯丙烷反應 循環(huán)使用 NaOH 減壓 環(huán)氧氯丙烷 溶解 苯 萃取反應 下層鹽腳 NaOH 回流冷卻靜置過濾脫苯成品3.2工藝流程敘述：下面流程是從中試角度來進行描述的，其中所用投料量1. 把雙酚A投入溶解釜中，然后通過環(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釜內(nèi)，開始攪拌，并滴加堿液。控制反應溫度為50-55OC，維持一定時間至反應結(jié)束后，再在 100減壓至94.661kPa，回收過量環(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，反應結(jié)束后用夾套水冷卻，靜置，把苯

15、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)過濾器至貯槽，沉降后抽人脫苯釜脫除苯，先常壓無液溫110OC以上開始減壓至140-143OC無餾出液為止，放料，即得成品。第4章 廠區(qū)布置和車間布置設計4.1工廠設計的內(nèi)容與規(guī)范：工廠布置是設計的一個要環(huán)節(jié)，其布置是否合理，不僅與施工、安裝、建設、投資密切相關，而且與車間建成后的生產(chǎn)、管理、安全 和經(jīng)濟效益密切相關。 工廠布置涉及的對是生產(chǎn)過程中使用的機器設備，各種物料和從事生產(chǎn)的操作人員工廠布置的基本任務是結(jié)合廠區(qū)自然條件和外部條件確定生產(chǎn)工廠中各種機器設備的

16、空間位置，使獲得最經(jīng)濟合理的物料和人員的流動路線。就大的空間范圍而言，就是在一個地區(qū)內(nèi)廠位置的確定是為就尋找最佳的廠外運輸路線 ；就小范圍而言，就是在一個廠區(qū)內(nèi)，廠房位置的確定是為了尋找最佳的廠內(nèi)運輸路線。這說明廠址選擇工作和工廠布置工作任務的一致性，同時，也說明在不同工作階段工廠布置的著重點。 對于工廠布置，按我國習慣分法，可劃分廠區(qū)布置和車間布置。 車間布置是工藝專業(yè)向其他非工藝專業(yè)提供開展車間設計的基礎資料之一。若車間布置不合理，不僅將直接影響到操作條件的好壞、生產(chǎn)的正常進行和設備的安全運行，而且還導致基建時工程造價高、施工安裝不便，甚至造成車間建成出現(xiàn)一系列生產(chǎn)和管理的負面問題；因此本

17、設計在車間布置時嚴格遵守如下設計規(guī)范和規(guī)定： GBJl6-87 建筑設計防火規(guī)范 (1987年) T536-79 工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準 (1978年) GBJ87-85 工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計規(guī)范 (1985年) HGJ21-89 化工企業(yè)爆炸和火災危險環(huán)境電力設計規(guī)格(化學工業(yè)部 1989年) 中華人民共和國 炸危險場所電氣安全規(guī)程 (1987年，試行)藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范 (1998年修改)藥品生產(chǎn)管理規(guī)范 (中國醫(yī)藥工業(yè)公司，1985年)潔凈廠房規(guī)范 (GB50073-2001)4.2 廠址的選擇：廠址選擇應從國家政策、經(jīng)濟、環(huán)境保護等多方面綜合考慮雙酚A和環(huán)氧氯丙烷的這條生產(chǎn)工藝路線屬于

18、污染較嚴重的一種，建議不要把廠址選在市區(qū)。如果選址選在城郊，最好選在下水側(cè)，以防止氰化物對城市用水造成污染。另外，選址最好是在交通較為方便的地方，便于原料和產(chǎn)品的運輸。4.3 車間的布置：本設計在確定了車間的火災危險類別、爆炸與火災危險性場所等級、衛(wèi)生標準、車間建筑 (構(gòu)筑)物、露天場所的主要尺寸和全部工藝設備的空間位置后對車間進行了如下布置。4.3.1 輔助生產(chǎn)和行政-生活布置： 車間由生產(chǎn)部分、輔助生產(chǎn)部分和行政-生活部分組成。輔助生產(chǎn)部分包括配電房、化驗室、機修車間、原料、輔料和成品倉庫等；行政-生活部分包括辦公室、工人休息室、廁所。 在設計過程中既考慮了車間內(nèi)部生產(chǎn)、輔助生產(chǎn)、管理和生

19、活的協(xié)調(diào)，又考慮了車間與廠區(qū)供水、供電、供熱和管理部分的呼應，使之成為一個有機整體。其中對采光、采暖和通風要求較高的辦公室、化驗室布置在南面，而對這些要求相對較低的更衣室、廁所、浴室則布置在北面，其他輔助生產(chǎn)部分布置在底層，兼顧了廠區(qū)供電、供水、供熱和管理方便的各方面要求，從而使之成為一個有機的可持續(xù)運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。另外，在布置過程中考慮到節(jié)約建筑面積和土建工程量，減少土建投資以及利于設備的安裝和檢修、通風和排毒，以及利于車間的改建和擴建，將部分設備進行了露天布置。4.3.2 廠房的布局：在縮合車間與還原車間生產(chǎn)規(guī)模小車間中各工段聯(lián)系緊密，生產(chǎn)無顯著差異，產(chǎn)房面積小，地勢平坦在符合建筑設計防火規(guī)范

20、（GBJ 16-87）和工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準（TJ36-79）的前提下，選擇了集中式。車間的生產(chǎn)，輔助生產(chǎn)和生活-行政部分集中安排在一棟廠房內(nèi)。4.3.3 廠房的長、寬、高和層數(shù)確定：廠房采用 636柱網(wǎng)，長27m，寬l5m；廠房的高度，主要決定于工藝，安裝和檢修要求，同時也考慮通風，采光和安全的要求，根據(jù)設備布置高度和車間布置情況選擇了6m高度，操作臺 2.3m高度，作三層布置的單層廠房 。4.3.4 廠房內(nèi)布置： 生產(chǎn)部分包括生產(chǎn)車間的縮合工段、離心工段、結(jié)晶工段和環(huán)氧氯丙烷回收工段和苯回收工段，壓濾分離工段、結(jié)晶工段、離心分離和重結(jié)晶工段。生產(chǎn)部分的設備采用兩行布置，工人背光操作。布置設

21、備儀器時盡量符合了工藝的順序，保證了水平方向和垂直方向上的連續(xù)性. 對于有壓差的設備，充分利用高位差，采用上下層布置方法，充分利用其高位差。所以，廠房總體布置時采用了把換熱器放置在最上層，計量罐、高位槽安放在第二層，主要設備 (如反應罐，配氨罐等)水平布置在中間層 (第三層)，離心機、過濾機、貯槽等布置在最底層 (地面)的布置方法。 對于相同或同類型的設備、操作性質(zhì)相似的設備，盡可能的放置在一起，。在安全生產(chǎn)都合理布局的前提下，為了最大限度縮短設備間的管道長度，我們按工藝流程先后順序把工藝設備 (主要是反應罐)安排在一起，全部靠墻直線排列，保證了車間內(nèi)部的緊湊和美觀。 另外，為了方便苯和甲苯的

22、蒸餾，就把蒸餾崗位放在相關反應和離心設備的附近第5章“三廢”處理及其綜合利用“三廢”的隨意排放是造成環(huán)境污染的主要原因，也是物質(zhì)的損失和能源的浪費，應該進行處理。治理方法大致分為改革工藝、“三廢”的無害化、“三廢”的資源化，下面就后兩條進行分析。5.1 廢水的處理：本生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的工業(yè)廢水，大量含有甲苯等簡單化合物，考慮到回收的成本較高，使用天然生物處理，利用水中和土壤中廣泛存在的微生物的生物降解作用. 進行廢水生物處理，達到廢水排放標準后排放。5.2 套用和回收利用： 本設計工藝中大量使用苯、甲苯作為溶劑、助濾劑，直接排放不僅會大大提高成本，而且會對環(huán)境造成巨大的危害，所以需要回收利用。在

23、計算和車間的布置中己對回收工藝作了詳紹的說明。甲苯回收并不是直接把廢液放入蒸餾釜進行，而是先加一定量的水，在對混合液進行蒸餾。加水的量與甲苯的含量大概相等。這樣做的目的是讓水與甲苯產(chǎn)生共沸，使蒸餾溫度降低，減少能耗量。第6章 環(huán)氧樹脂安全生產(chǎn)和環(huán)境保護一、環(huán)氧樹脂安全生產(chǎn)和環(huán)境保護的重要性生產(chǎn)環(huán)氧樹脂的主要原材料大多易燃易爆、有毒、有腐蝕性，生產(chǎn)過程屬于釡式生產(chǎn)，生產(chǎn)連續(xù)、帶壓、高溫、有電，稍有不慎則會造成各類事故。生產(chǎn)過程中排放的廢水、廢氣、廢渣和噪聲必須得到科學治理，達到國家規(guī)定容許濃度才能排放，否則，會對周圍環(huán)境造成嚴重污染，禍害社會和四鄰，破壞安定團結(jié)，危及子孫后代。搞好安全和環(huán)保工作

24、是發(fā)展環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的必要條件。隨著環(huán)氧樹脂生產(chǎn)設備的大型化，密閉化和控制的高度自動化，環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)環(huán)境得到了根本性改善。安全與勞動保護設施也越來越完善。環(huán)氧樹脂生產(chǎn)中不產(chǎn)生工業(yè)廢氣，但廢水與廢渣的處理不可忽視。二、環(huán)氧樹脂生產(chǎn)安全注意事項與勞動保護措施1. 環(huán)氧樹脂生產(chǎn)原料安全毒性（1）ECH：由于環(huán)氧基與氯取代基的存在，其毒性很強。ECH有難聞的異味，對人的眼、鼻、咽喉、皮膚等有很強的刺激性。（2）BPA：是一種毒性很低的固體原料，LD50為2400mg/kg。但在投料及儲運中有一定的粉塵污染，應注意防護。（3）NaOH：是強堿，具有極強腐蝕性，對人的眼睛、皮膚極易造成傷害。（4）溶劑：目前使用最多的是甲苯。甲苯是一種毒性比較重的溶劑，長期接觸對人體呼吸道及肝臟均能造成損害。