高分子合成醇酸樹脂的原料課程設(shè)計(jì)

1、高分子材料課程設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：復(fù)材1102姓名：馬騰嬌 學(xué) 號(hào)：110690228指導(dǎo)老師：白永梅 時(shí) 間：72014、01、03目錄第一章緒論1?1產(chǎn)品概述41?2合成醇酸樹脂的原料51?3醇酸樹脂的合成原理121?4合成工藝131?4?1按合成原料分類141?4?2按工藝分類17第二章設(shè)計(jì)內(nèi)容2?1設(shè)計(jì)依據(jù)212?2設(shè)計(jì)原則212?2?1生產(chǎn)規(guī)模 212?2?2生產(chǎn)方式 212?2?3投料方式 222?2?4流程特點(diǎn) 222?2?5設(shè)備選型原則 232?2?6生產(chǎn)制度 232?2?7原料的技術(shù)規(guī)格1 232?3物料衡算過程242.4熱量衡算27 TOC o 1-5 h z 2?4?1熱量衡算

2、概述272?4?2熱量衡算27第三章.反應(yīng)釜及其配件3?1反應(yīng)釜與稀釋釜的選型2313?2反應(yīng)釜與封頭厚度的確定7323?3攪拌槳8 333?4支座及夾套的選型12353?5視鏡人孔及接管12363?6攪拌槳電機(jī)、減速器383?7油泵的選型383?8輸送泵的選型 383?9真空緩沖罐的選取16 393?10廢水接收罐的設(shè)計(jì)393?11CO2系統(tǒng)的確定17 403?12冷凝器的選擇與設(shè)計(jì)18 40參考書目41第一章緒論1?1產(chǎn)品概述多元醇和多元酸可以進(jìn)行縮聚反應(yīng)，所生成的縮聚物大分子主鏈上含有 許多酯基(-COO-),這種聚合物稱為聚酯。涂料工業(yè)中，將脂肪酸或油脂改性的聚酯樹脂稱為醇酸樹脂(al

3、kyd resin),而將大分子主鏈上含有不飽和雙鍵的聚酯 稱為不飽和聚酯,其它的聚酯則稱為飽和聚酯。這三類聚酯型大分子在涂料工業(yè) 中都有重要的應(yīng)用醇酸樹脂指由多元醇、多元酸與油或其脂肪酸反應(yīng)生成的產(chǎn)物, 它不同于單純由多元醇、多元酸制成的聚酯樹脂。醇酸樹脂是由多元醇、多元酸 和一元酸縮聚而成的線性樹脂，具有合成技術(shù)成熟、制造工藝簡便、原料易得到 以及樹脂涂膜綜合性能好等特點(diǎn)，在涂料用合成樹脂中用量最大用途最廣。但醇 酸樹脂涂料也存在一些缺點(diǎn)，如涂膜干燥緩慢、硬度低、耐水性差等，這將導(dǎo)致施 工周期延長,也影響其應(yīng)用范圍。醇酸樹脂同時(shí)還具有原料容易獲得，生產(chǎn)工藝簡易，性能優(yōu)良，施工方便的特 點(diǎn)。

4、同時(shí)，它本身就是一種漆料，能制成清漆、磁漆、底漆、膩?zhàn)拥?，還可以與硝 化棉、過氯乙烯樹脂、氨基樹脂、氯化橡膠、環(huán)氧樹脂等合用，提高和改進(jìn)其他 各類涂料產(chǎn)品的性能。1?2合成醇酸樹脂的原料一.多元醇制造醇酸樹脂的多元醇主要有丙三醇（甘油）、三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷、 季戊四醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇等。其羥基的個(gè)數(shù)稱為該醇的官能 度,丙三醇為3官能度醇，季戊四醇為四官能度醇。根據(jù)醇羥基的位置，有伯羥基、 仲羥基和叔羥基之分。它們分別連在伯碳、仲碳和叔碳原子上。羥基的活性順序?yàn)?伯羥基仲羥基叔羥基常見多元醇的物性見下表：單體名稱結(jié)構(gòu)式相對(duì)分子質(zhì)量溶點(diǎn)沸點(diǎn)/ C 密度/g/cm3丙

5、三醇（甘油）92.0918290 1.26三羥甲基丙烷 134.12 5659(295) 1.1758季戊四醇 136.15189260 1.38乙二醇 62.07 -13.3197.2 1.12二乙二醇 106.12 -8.3244.5 1.118丙二醇 76.09 -60187.31.036用三羥甲基丙烷合成的醇酸樹脂具有更好的抗水解性、抗氧化穩(wěn)定性、 耐堿性和熱穩(wěn)定性,與氨基樹脂有良好的相容性。此外還具有色澤鮮艷、保色力 強(qiáng)、耐熱及快干的優(yōu)點(diǎn)。乙二醇和二乙二醇主要同季戊四醇復(fù)合使用，以調(diào)節(jié)官 能度，使聚合平穩(wěn)，避免膠化。二.有機(jī)酸有機(jī)酸可以分為兩類:一元酸和多元酸。一元酸主要有:苯甲酸、

6、松香酸以及脂肪酸(亞麻油酸、妥爾油酸、豆油 酸、菜籽油酸、椰子油酸、蓖麻油酸、脫水蓖麻油酸等)；多元酸包括:鄰苯二甲酸ff (PA)、間苯二甲酸IPA、對(duì)苯二甲酸TPA、順 丁烯二酸酐MA、己二酸入入、癸二酸SE、偏苯三酸酐(TMA)等。多元酸單體中以 鄰苯二甲酸酐最為常用，引入間苯二甲酸可以提高耐候性和耐化學(xué)品性，但其溶 點(diǎn)高、活性低，用量不能太大；己二酸AA和癸二酸SE含有多亞甲基單元,可以用 來平衡硬度、韌性及抗沖擊性;偏苯三酸酐(TMA)的酐基打開后可以在大分子鏈上 引入羧基，經(jīng)中和可以實(shí)現(xiàn)樹脂的水性化，用作合成水性醇酸樹脂的水性單體。一元酸主要用于脂肪酸法合成醇酸樹脂，亞麻油酸、桐油

7、酸等干性油脂肪 酸感性較好，但易黃變、耐候性較差;豆油酸、脫水蓖麻油酸、菜籽油酸、妥爾油 酸黃變較弱,應(yīng)用較廣泛;椰子油酸、蓖麻油酸不黃變，可用于室外用漆和淺色漆的生產(chǎn)。苯甲酸可以提高耐水性，由于增加了苯環(huán)單元，可以改善涂膜的干性和硬 度，但用量不能太多，否則涂膜變脆。一些有機(jī)酸物性見下表：單體名稱狀態(tài)(25C)相對(duì)分子質(zhì)量溶點(diǎn)/C酸值/(mgKOH/g)碘值苯 ff (PA) 固 148.11 131 785間苯二甲酸 IPA 固 166.13 330 676順丁烯二酸酐 MA固 98.06 52.6199.7 1145己二酸入入固146.14 152 768癸二酸、 固 202.24 13

8、3偏苯三酸酐(TMA) 固192 165 876.5苯甲酸固122 122 460松香酸固340 70 165桐油酸固 280 48.5、B- 180220豆油酸液 285195202 135亞麻油酸液280180220脫水篦麻油酸液293187195 138143菜油酸液 285195202 120130妥爾油酸液310180 105130椰子油酸液208263275 911篦麻油酸液310175185 8593二聚酸液 566190198三油脂油類有桐油、亞麻仁油、豆油、棉籽油、妥爾油、紅花油、脫水蓖麻油、蓖麻油、椰子油等。植物油是一種三脂肪酸甘油酯。三個(gè)脂肪酸一般不同，可以是飽和酸、單

9、烯酸、雙烯酸或三烯酸，但是大部分天然油脂中的脂肪酸主要為十八碳酸,也可能 含有少量月桂酸（十二碳酸）、豆蔻酸（十四碳酸）和軟脂酸（十六碳酸）等飽和脂肪 酸,脂肪酸受產(chǎn)地、氣候甚至加工條件的重要影響。重要的不飽和脂肪酸有：油酸（十八碳烯-9-酸）：亞油酸（十八碳二烯-9,12-酸）：亞麻酸（十八碳三烯-9,12,15-酸）：桐油酸（十八碳三烯-9,11,13-酸）蓖麻油酸（12-羥基十八碳烯-9-酸）：因此，構(gòu)成油脂的脂肪酸非常復(fù)雜，植物油酸是各種飽和脂肪酸和不飽和 脂肪酸的混合物。油類一般根據(jù)其碘值將其分為:干性油、不干性油和半干性油。干 性 油:碘值N140,每個(gè)分子中雙鍵數(shù)N6個(gè)；不干性油

10、:碘值100,每個(gè)分子中雙鍵數(shù)4個(gè)；半干性油:碘值100?140,每個(gè)分子中雙鍵數(shù)46個(gè)。四、油脂的質(zhì)量指標(biāo)外觀、氣味:植物油一般為清澈透明的淺黃色或棕紅色液體，無異味, 其顏色色號(hào)小于5號(hào)。若產(chǎn)生酸敗，則有酸臭味，表示油品變質(zhì)，不能使用。密度:油比水輕，大多數(shù)都在0.900.94 g/cm3之間。粘度:植物油的黏度相差不大。但是桐油由于含有共軛三烯酸結(jié)構(gòu)， 黏度較高;篦麻油含羥基，氫鍵的作用使其黏度更高。酸價(jià)：酸價(jià)用來測(cè)量油脂中游離酸的含量。通常以消耗一克油中所含 的酸,所需的氫氧化鉀之量來計(jì)量。合成醇酸樹脂的精制油的酸價(jià)應(yīng)小于5.0 mg KOH/g 油。皂化值和酯值:皂化1g油中全部脂肪

11、酸所需KOH的毫克數(shù)為皂化值; 將皂化1g油中化合脂肪酸所需KOH的毫克數(shù)稱為酯值。皂化值二酸值+酯值不皂化物:皂化時(shí),不能與KOH反應(yīng)且不溶于水的物質(zhì)。主要是一些高 級(jí)醇類、烴類等。這些物質(zhì)影響涂膜的硬度、耐水性。熱析物:含有磷脂的油料（如豆油、亞麻油）中加入少量鹽酸或甘油， 可使其在高溫下（240-280C）凝聚析出。為使油品的質(zhì)量合格，適合醇酸樹脂的生產(chǎn),合成醇酸樹脂的植物油必須 經(jīng)過精制才能使用。否則會(huì)影響樹脂質(zhì)量甚至合成工藝。精制方法包括堿漂和土 漂處理，俗稱“雙漂”。堿漂主要是去除油中的游離酸、磷脂、蛋白質(zhì)及機(jī)械雜質(zhì), 也稱為“單漂”?！皢纹焙蟮挠驮儆盟嵝云廖降羯兀疵撋?/p>

12、及其它不良雜 質(zhì)，才能使用。目前最常用的精制油品為豆油、亞麻油和蓖麻油。亞麻油屬干性油，故干 性好，但保色性差、涂膜易黃變。蓖麻油為不干性油，同椰子油類似，保色保光性 好。大豆油取自大豆種子，大豆油是世界上產(chǎn)量最多的油脂。大豆毛油的顏色因大豆的品種及產(chǎn)地的不同而異。一般為淡黃、略綠、深褐色等。精煉過的大豆油為淡黃色。大豆油半干性油，綜合性能較好。常見的植物油的主要物性見下表：油品酸值碘值皂化值密度/g/cm3,20C 色澤/號(hào)（鐵鉆比色法）桐油 69 1601731901950.9360.940912亞麻油 14 1751971841950.970.938 912豆油 14 120143185

13、1950.9210.928912松漿油妥爾油14 130 1901950.9360.94016 TOC o 1-5 h z 脫水蓖麻油廣5 1251451881950.9260.9376棉籽油 15 1001161891980.9170.92412篦麻油 24 8191 1731880.9550.964912椰子油 1 4 7.510.5 2532680.9170.91941?3醇酸樹脂的合成原理甘油和苯酐的摩爾比按2;3投料，則該體系的的平均官能度為：（2X3+3 X2）/（2+3）=2.4,其Crothers凝膠點(diǎn)為Pc=2/2.4=0.833,因此，若官能團(tuán)的反應(yīng) 程度超過凝膠點(diǎn)，就生成

14、體型結(jié)構(gòu)縮聚物。其結(jié)構(gòu)可表示如下：這種樹脂遇熱不融，亦不能溶于有機(jī)溶劑，具有熱固性，不能用作成膜物 質(zhì)。所以制造醇酸樹脂時(shí)先將甘油與脂肪酸酯化或甘油與油脂醇解生成單脂肪酸 甘油酯，使甘油由3官能度變?yōu)?官能度，然后再與2官能度的苯酐縮聚。此時(shí)體 系為2-2線型縮聚體系，苯酐、甘油、脂肪酸按1:1:1摩爾比合成醇酸樹脂的理 想結(jié)構(gòu)為：上述大分子鏈中引入了脂肪酸殘基，降低了甘油的官能度，同時(shí)也使大分子 鏈的規(guī)整度、結(jié)晶度、極性降低，從而提高了漆膜的透明性、光澤和柔韌性和施 工性。若使用干性脂肪酸（或干性油），則在催干劑的作用下，可在空氣中進(jìn)一步發(fā) 生氧化聚合、干燥成膜。1?4合成工藝醇酸樹脂的合成

15、工藝按所用原料的不同可分為（1）醇解法；（2）脂肪酸法。 從工藝上可以分為（1）溶劑法（2）熔融法。熔融法設(shè)備簡單、利用率高、安全，但 產(chǎn)品色深、結(jié)構(gòu)不均勻、批次性能差別大、工藝操作較困難，主要用于聚酯合成。 醇酸樹脂合成主要采用溶劑法生產(chǎn)。溶劑法中常用二甲苯的蒸發(fā)帶出酯化水，經(jīng) 過分水器的油水分離后重新流回反應(yīng)釜，如此反復(fù)，推動(dòng)聚酯化反應(yīng)的進(jìn)行，生成 醇酸樹脂。釜中二甲苯用量決定反應(yīng)溫度，存在如下關(guān)系。二甲苯用量/% 10 8 7 5 4 3反應(yīng)溫度/0C 1881952002102052152202302302402402551?4?1按合成原料分類醇解法與脂肪酸法的比較醇解法 脂肪酸法優(yōu)

16、點(diǎn)（1）成本較低（2）工藝簡單易控（3）原料腐蝕性?。?）配方設(shè)計(jì)靈活，質(zhì)量易控（2）聚合速度較快(3)樹脂干性較好、涂膜較硬缺點(diǎn)(1)酸值不易下降樹脂干性較差、涂膜較軟(1)工藝較復(fù)雜,成本高(2)原料腐蝕性較大脂肪酸易凝固，冬季投料困難目前國內(nèi)兩種方法皆有應(yīng)用，脂肪酸法呈上升趨勢(shì)。一醇解法醇解法是醇酸樹脂合成的重要方法。由于油脂與多元酸(或酸酐)不能互 溶,所以用油脂合成醇酸樹脂時(shí)要先將油脂醇解為不完全的脂肪酸甘油酯(或季 戊四醇酯)，不完全的脂肪酸甘油酯是一種混和物，其中含有單酯、雙酯和沒有反 應(yīng)的甘油及油脂，單酯含量是一個(gè)重要指標(biāo)，影響醇酸樹脂的質(zhì)量。其反應(yīng)如下：醇解醇解時(shí)要注意甘油用

17、量、催化劑種類和用量及反應(yīng)溫度，以提高反應(yīng)速度 和甘油一酸酯含量。此外，還要注意以下幾點(diǎn)：用油要經(jīng)堿漂、土漂精制，至少要經(jīng)堿漂。通入惰性氣體保護(hù)(CO2或N2),也可加入抗氧劑，防止油脂氧化。常用LiOH作催化劑,用量為油量的0.02%左右。醇解反應(yīng)是否進(jìn)行到應(yīng)有深度，須及時(shí)用醇容忍度法檢驗(yàn)以確定其終 點(diǎn)。用季戊四醇醇解時(shí)，由于其官能度大、溶點(diǎn)高，醇解溫度比甘油高，一般在 230250C 之間。聚酯化反應(yīng)醇解完成后，即可進(jìn)入聚酯化反應(yīng)。將溫度降到180C，分批加入苯酐,加 入回流溶劑二甲苯，在180220C之間縮聚。二甲苯得加入量影響脫水速率，二甲 苯用量提高，雖然可加大回流量，但同時(shí)也降低了

18、反應(yīng)溫度，因此回流二甲苯用量 一般不超過8%,而且隨著反應(yīng)進(jìn)行，當(dāng)出水速率降低時(shí)，要逐步放出一些二甲苯， 以提高溫度,進(jìn)一步促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。聚酯化易采取逐步升溫工藝，保持正常出水速 率,應(yīng)避免反應(yīng)過于劇烈造成物料夾帶，影響單體配比和樹脂結(jié)構(gòu)。另外，攪拌也 應(yīng)遵從先慢后快的原則，使聚合平穩(wěn)、順利進(jìn)行。保溫溫度及時(shí)間隨配方而定， 而且與油品和油度有關(guān)。干性油及短油度時(shí)，溫度易低。半干性油、不干性油及 長油度時(shí)，溫度應(yīng)稍高些。聚酯化反應(yīng)關(guān)注出水速率和出水量，并按規(guī)定時(shí)間取樣，測(cè)定酸值和黏度， 達(dá)到規(guī)定后降溫、稀釋，經(jīng)過過濾，制得漆料。下圖為醇解法溶劑法生產(chǎn)醇酸樹脂的工藝流程簡圖。脂肪酸法脂肪酸可以與苯

19、酐、甘油互溶，因此脂肪酸法合成醇酸樹脂可以單鍋反 應(yīng)。同聚酯合成工藝、設(shè)備接近。脂肪酸法合成醇酸樹脂一般也采用溶劑法。反 應(yīng)釜為帶夾套的不銹鋼反應(yīng)釜，裝有攪拌器、冷凝器、惰性氣體進(jìn)口、加料、放 料口、溫度計(jì)和取樣裝置。為實(shí)現(xiàn)油水分離,在橫置冷凝器下部配置一個(gè)油水分 離器，經(jīng)分離得二甲苯溢流回反應(yīng)釜循環(huán)使用。1?4?2按工藝分類1熔融法熔融法是個(gè)老方法，現(xiàn)在已較少使用，但它設(shè)備簡單，一次性投資較低, 防水要求較低。生產(chǎn)時(shí)將多元醇、多元酸、脂肪酸直接加入反應(yīng)釜內(nèi)，在攪拌及 通入惰性氣體下升溫,在適當(dāng)?shù)臏囟龋?00-250C）下酯化反應(yīng)。如使用油則先將油 與多元醇（甘油）加入反應(yīng)釜，在適當(dāng)?shù)臏囟龋?

20、00-240C）及惰性氣體的保護(hù)下醇 解。醇解時(shí)定期取樣測(cè)定醇解程度。達(dá)到要求后稍稍降溫（不低于180C）加入苯 二甲酸酐。因苯二甲酸酐開環(huán)反應(yīng)約在160C下進(jìn)行,且是放熱反應(yīng)。如降溫太 多將有大量的苯二甲酸酐不能反應(yīng)積存下來。所以加完苯二甲酸酐的溫度不要低 于180C。按工藝規(guī)定可以低溫和高溫分段進(jìn)行酯化反應(yīng)。如果先低溫酯化反應(yīng), 可以先在180-200C保持一段時(shí)間；如果是直接高溫酯化反應(yīng),升溫不宜過快，在 200-230C酯化反應(yīng)是脫水特別劇烈。因此要按工藝規(guī)定控制升溫速度。溫度達(dá) 到規(guī)定后即保持恒定，進(jìn)行酯化反應(yīng)。在酯化全過程中，始終通入惰性氣體以幫助 攪拌，排除酯化反應(yīng)產(chǎn)生的水汽及防

21、止反應(yīng)物氧化。反應(yīng)釜排空口聯(lián)通苯二甲酸 酐捕集器,有抽風(fēng)裝置使釜內(nèi)稍呈負(fù)壓以利水汽排出，但不能過大，免得苯二甲酸 酐升華太多。在酯化反應(yīng)過程中定期取樣測(cè)酸值與粘度（開始每隔2-3小時(shí)強(qiáng)有 力的攪拌裝置與較強(qiáng)的冷卻能力，罐內(nèi)配好配方規(guī)定量的溶劑將樹脂溶化，這樣 即使已經(jīng)凝膠化的樹脂也能馬上溶解開來，而且釜內(nèi)樹脂的粘度與溶解后樹脂溶 液的濃度相差不太大。溶解完畢的樹脂要調(diào)整粘度與固體分，經(jīng)過過濾凈化即成 為醇酸樹脂溶液或稱漆料。放入儲(chǔ)罐或裝桶。經(jīng)過一段貯存期即可制漆，或作商 品出售。有時(shí)樹脂不經(jīng)稀釋在熱狀態(tài)過濾凈化，以100%成分出售（此種形式的產(chǎn) 品已較少）。熔融法的缺點(diǎn)：反應(yīng)不如溶劑法均勻；

22、，以后每隔15-30分鐘0。粘度與酸值達(dá)到工藝規(guī)定后停止加熱。釜體可 稍降溫。然后將樹脂放入或壓入（抽入）稀釋罐內(nèi)。稀釋罐的容積至少為反應(yīng)釜的 兩倍,要配備與溶劑法相比反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長；顏色較溶劑法深反應(yīng)物料損失較大，本二甲酸酐升華排除釜外損失大。本二甲酸酐與多 元醇的比例不能固定；因此醇酸樹脂的配方只能根據(jù)設(shè)備與工藝的經(jīng)驗(yàn)配方，而 不能較科學(xué)的設(shè)計(jì)；酯化反應(yīng)階段始終需要惰性氣體的保護(hù)，增加成品。2溶劑法溶劑法是利用有機(jī)溶劑（主要為芳香烴類溶劑）作為共沸液體幫助酯化。它是在熔融法基礎(chǔ)上改進(jìn)的方法。在酯化階段加入反應(yīng)物量的3%-10%的溶劑（主 要為芳香烴類溶劑，用二甲苯時(shí)居多）。調(diào)整溶劑的量可

23、在不同的溫度得到強(qiáng)烈的 回流。在酯化階段蒸發(fā)的氣體（水與溶劑）通過冷凝器凝縮收集在自動(dòng)油水分離器 中，溶液溢流回到反應(yīng)釜中繼續(xù)在釜內(nèi)與酯化生成的水共沸蒸出，幫助脫水，循環(huán) 作用。分離器中積存的水可以自分離器放出，可以稱量一觀察酯化反應(yīng)程度。脂 肪烴溶劑因溶解苯二甲苯酸酐能力不強(qiáng)，容易堵塞冷凝管，故不使用。溶劑法反應(yīng) 溫度比較容易控制，通過增減溶劑量來進(jìn)行控制。脂肪酸法制醇酸樹脂用溶劑法時(shí)與熔融法基本相同。只是在投入多元酸、 多元醇、脂肪酸的同時(shí)加入了溶劑，升溫進(jìn)行酯化反應(yīng)，共沸脫水。不許通入惰性 氣體。其他步驟相同。醇解法制醇酸樹脂,醇解階段兩個(gè)方法是相同的，都是先加入多元醇、油、催化劑，在惰

24、性氣體保護(hù)下反應(yīng)達(dá)到要求的醇解程度。溶劑法的不同處在于酯化 操作時(shí)加完苯二甲酸酐之后要加入溶劑二甲苯。酯化反應(yīng)時(shí)不需要通入惰性氣 體。酯化反應(yīng)的控制，溶劑法與熔融法相同，都是定期取樣測(cè)酸值與粘度,達(dá)到工 藝要求時(shí)放入稀釋罐，溶解成溶液，經(jīng)調(diào)整固體分與粘度后過濾凈化，送入儲(chǔ)存或 裝桶。貯存一個(gè)穩(wěn)定期，即可制漆或出售。有的在溶劑法生產(chǎn)醇酸樹脂時(shí)，在反應(yīng)釜上裝有蒸汽加熱分餾柱，柱內(nèi)裝 有填料，反應(yīng)時(shí)蒸汽經(jīng)過分流柱后進(jìn)入冷凝器。這個(gè)設(shè)備有利于含有低沸點(diǎn)成分 的配方，如含有苯甲酸、乙二醇，沒有分流柱則損失太大。同時(shí)對(duì)常規(guī)醇酸樹脂的 制造，將有利于溶劑與水的分離，加快酯化反應(yīng)速率。分餾柱用蒸汽加熱，可使反

25、 應(yīng)的水蒸出，而其他醇、酸、部分溶劑回流回收。經(jīng)冷凝器回到反應(yīng)釜內(nèi)的二甲苯的溫度不可過高，因?yàn)樵谶^高溫度下，水 在二甲苯內(nèi)溶解度將大增，如果?；胤磻?yīng)釜的水增多，不利于酯化反應(yīng)進(jìn)行。特別 是在酯化反應(yīng)后期已出水很少，如二甲苯帶水回釜內(nèi)將延長酯化反應(yīng)時(shí)間。低溫 時(shí)苯二甲酸酐在二甲苯中的溶解度下降，會(huì)造成冷凝管被堵塞的危險(xiǎn)。平衡既要 少帶水而要低溫，又要多溶解苯二甲酸酐而要高溫這對(duì)矛盾時(shí)，一般應(yīng)使返回反 應(yīng)釜的二甲苯溫度控制在2540C。酯化反應(yīng)生成的水自油水分離器放出，應(yīng)收 集計(jì)量，以便了解酯化反應(yīng)程度。二甲苯返回反應(yīng)釜的管路上應(yīng)有流量計(jì)以控制 回流速度。溶劑法與熔融法相比有以下幾點(diǎn)：(1)酯化顏

26、色較淺而且比較均勻；收率較高，因無苯二甲酸酐與多元醇的損失,多元酸、多元醇比例保持基本不 變酯化溫度比較低；酯化反應(yīng)周期比較短；溫度容易控制，反應(yīng)釜容易清洗第二章設(shè)計(jì)內(nèi)容2?1設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，依據(jù)樹脂合成工藝、化工設(shè)備與機(jī)械設(shè)計(jì)等，并查閱相關(guān)專業(yè)資料，結(jié)合現(xiàn)今反應(yīng)釜設(shè)計(jì)最新趨勢(shì)，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)?年產(chǎn)2700噸 醇酸樹脂反應(yīng)釜設(shè)計(jì)。2?2設(shè)計(jì)原則2?2?1生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)2700噸醇酸樹脂反應(yīng)釜設(shè)計(jì)，實(shí)行間歇式生產(chǎn)。2?2?2生產(chǎn)方式醇酸樹脂生產(chǎn)方式依據(jù)縮聚反應(yīng)實(shí)施的方法的不同，分為熔融縮聚法，溶 劑共沸脫水法，減壓法三種。熔融縮聚法:利用醇、酸直接熔融縮聚，除加入反應(yīng)物外，不再加入其他

27、物 料。利用醇、水的沸點(diǎn)差，結(jié)合惰性氣體的通入，使反應(yīng)過程中生成的水分離出來。溶劑共沸脫水法:在縮聚反應(yīng)過程中加入溶劑（如甲苯、二甲苯）利用甲苯 和水的共沸點(diǎn)較水的低，將反應(yīng)生成的水迅速帶出，促使縮聚反應(yīng)完成。優(yōu)點(diǎn)是反 應(yīng)比較平穩(wěn)，易控制,制品顏色較淺，但需要一套水回流系統(tǒng)，且需注意防火。減壓法:在縮聚反應(yīng)進(jìn)行到2/3?3/4時(shí)，抽真空減壓脫水，減壓速度為10 分鐘真空度增加100mmHg,真空度到600?700mmHg為止，待反應(yīng)物料酸值達(dá)到要 求。此是樹脂含水量較少,分子量較大。本設(shè)計(jì)中采用溶劑法合成。2?2?3投料方式合成樹脂所用原料油固體和液體物料兩種，一種是通過高 位計(jì)量槽直接投料，

28、另一種是通過泵將物料打入計(jì)量槽投料。后者較準(zhǔn)確。本設(shè) 計(jì)中液體投料方式采用第二種方式。固體物投料方式，采用直接投入反應(yīng)釜，簡單 經(jīng)濟(jì)。2?2?4流程特點(diǎn) 在投料過程中，根據(jù)投料的時(shí)機(jī)不同，分為“一步法”和“二步法”?！耙徊椒ā笔侵冈谏a(chǎn)過程中，原料按配比在反應(yīng)初期一次性投料合成 樹脂?！岸椒ā笔侵冈谏a(chǎn)過程中，原料、單體分批投入反應(yīng)釜。實(shí)踐證明在相同條件下,兩種方法所生產(chǎn)的樹脂性能不同?！岸椒ā彼?生產(chǎn)樹脂的熱變形溫度及物理性能比“一步法”所生產(chǎn)的要好，比如熱轉(zhuǎn)變點(diǎn)， 巴氏硬度，彎曲模量等。根據(jù)上述兩種方法，所得樹脂性能比較和目前多數(shù)廠家所 采用方法，本設(shè)計(jì)采用“二步法”。先將液體原料甘油

29、、蓖麻油、二甲苯投入反應(yīng)釜中升溫到160C后再加 入苯酐升溫到210C反應(yīng)。2?2?5設(shè)備選型原則主要設(shè)備的選用應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模,通過計(jì)算確定反應(yīng)釜和稀釋釜等設(shè)備 的型號(hào)和規(guī)格，同時(shí)要注意工藝條件對(duì)設(shè)備的特殊要求，如耐溫程度、耐腐蝕程度, 同時(shí)在滿足條件下盡量選擇價(jià)廉物美產(chǎn)品。2?2?6生產(chǎn)制度工作日確定:一年按365天計(jì)，除去假日與設(shè)備檢修的時(shí)間，工作日共計(jì) 300 天。2?2?7原料的技術(shù)規(guī)格1原料 蓖麻油甘油 苯酐 二甲苯分子量 930.0092.09 148.11106.17摩爾比 0.615 0.728 1.000 純度 96.50% 95.50% 99.95% 100%密度/g/ml

30、 0.961.261.530.86外觀無色或微黃澄清粘稠液體無色澄明粘稠液體白色片塊無色透 明液體2?2?8配方設(shè)計(jì)由甘油、苯酐、蓖麻油經(jīng)酯化縮聚而制得的醇酸樹脂的配方見下表原料 分子量密度g/cm3摩爾比純度蓖麻油 930 0.960.615 96.5甘油 92.09 1.260.728 95.5苯酐 148.11 1.531 99.95二甲苯 106.17 0.86-2?3物料衡算過程一日產(chǎn)量計(jì)算：實(shí)際工作日為300天，則聚酯日產(chǎn)量：一釜生產(chǎn)，假設(shè)每天生產(chǎn)3釜，即每釜每次生產(chǎn)3噸產(chǎn)品固含量60%,即每釜每次的固體產(chǎn)物60%*31.8噸各原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)二甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)3 1/30（即二甲苯的回

31、流量是產(chǎn)量的1/30）各原料的理論體積原料總體積裝料系數(shù)6 75%進(jìn)料時(shí)間二甲苯投料時(shí)間二甲苯的粘度低于水的粘度,可以近似的看做水的輸送。選擇65Y-60B的泵 Q19.8m3/h3H38m壓頭一定夠高度軸功率W3.75KW電機(jī)功率W5.5KW查得甘油的黏度，蓖麻油黏度查的蓖麻油粘度下出料時(shí)間根據(jù)GB/T14976-94選用外徑77mm 壁厚3.5mm的管子標(biāo)準(zhǔn)彎頭當(dāng)量長度為2m,全開截止閥當(dāng)量長度為22mP219.7KPa2.4熱量衡算2?4?1熱量衡算概述化工生產(chǎn)過程中，各工序都要求有確定的溫度等工藝條件，并伴有能量的傳 遞或轉(zhuǎn)移以保證穩(wěn)定生產(chǎn)。熱量衡算的主要內(nèi)容是確定傳入或傳出的能量，計(jì)

32、算 傳熱面積以決定換熱設(shè)備的工藝尺寸。2?4?2熱量衡算一物料吸熱物料吸熱主要反映在物料從室溫20C升到反應(yīng)溫度160C過程中。在反應(yīng)過 程中,物料所吸收熱量可認(rèn)為由夾套內(nèi)的加熱油來提供。反應(yīng)體系中三種物料的 吸熱情況分別為:除去苯酐后各物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)二反應(yīng)加熱在反應(yīng)即將結(jié)束的時(shí)候反應(yīng)放熱最少總體積 V1831L AH-10.5KJ/mol反應(yīng)每秒放熱 10.5*0.0293/1000*30515633J/S可以忽略不及反應(yīng)放出的熱量每60kg二甲苯每秒回流的質(zhì)量0.3kg/s二甲苯汽化熱為r二347kJ/kg,所選鋼材16MnR的傳熱系數(shù)為K16MnR 800W/m2. C夾套面積7.26.

33、5可知夾套合用2?4?3反應(yīng)時(shí)間在反應(yīng)釜內(nèi)的溫度到達(dá)160C時(shí)加入苯酐，苯酐首先和甘油反應(yīng)生成二聚 體。二級(jí)反應(yīng)速率公式定積分式160C210C第三章反應(yīng)釜及其配件3?1反應(yīng)釜與稀釋釜的選型2反應(yīng)釜與稀釋釜選型主要是依據(jù)生產(chǎn)規(guī)模來確定其大小型號(hào)。一.反應(yīng)釜和封頭的選型2根據(jù)物料衡算選定反應(yīng)釜，公稱直徑DN1400mm,長徑比L/DN1,則釜的高度L1DN1x14001400mm,容積V1 n D2L/42.15m3 選擇橢圓形封頭，公稱直徑 DN1400mm,曲面高度hi350mm,直面高度h225mm,內(nèi)表面積Fi2.32m2,容積 V20.398m3則反應(yīng)釜總體積V V1 + V2 2.1

34、5+0.398*22.95m3反應(yīng)釜的總面積F 總 n DL+2Fi6.15+2*2.3210.79 m2二稀釋釜和封頭的選型稀釋釜的容積為反應(yīng)釜的兩倍6,選定稀釋釜的尺寸如下：公稱直徑 DN1600mm,長徑比 L/DN1.3,則釜的高度 L1.3DN1600*1.32080mm,容積 V14.18m3 選擇橢圓形封頭，公稱直徑DN1600mm,曲面高度hi400mm,直面高度h225mm,內(nèi)表 面積 Fi2.89m2,容積 V20.587m3則稀釋總體積 V V1 + V2 4.18+0.587x25.354m33?2反應(yīng)釜與封頭厚度的確定7一.反應(yīng)釜選擇壁厚為8mm二封頭選擇壁厚為8mm

35、查得封頭質(zhì)量142kg3?3攪拌槳8槳的選擇根據(jù)反應(yīng)物的粘度和密度選擇槳的攪拌是五級(jí)攪拌對(duì)攪拌槳的直徑進(jìn)行粘度校正軸的剛度與強(qiáng)度的計(jì)算11軸強(qiáng)度的計(jì)算 選用45號(hào)鋼材，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的條件是軸剛度的計(jì)算3?4支座及夾套的選型12一.反應(yīng)釜的公稱直徑為1400m,由此選擇A型支座尺寸如下表支座號(hào)允許載荷Q/KN適用DN高度h底板筋板墊板螺栓（孔）質(zhì)量/kg11 b1 5 1 S1 12 b2 5 2 b3 5 3 e d 螺紋 6/22 40 1400420 170 120 10 60 180 140 10 240 10 50 24 M20 52515.83 60 1600420 210 160 14

36、 80 240 180 12 300 12 60 30 M24 60028.9所以所選支座合用。Sn下安裝高度638mm。二夾套封頭曲面高度hi350mm,直面高度h225mm,內(nèi)表面積Fi2.32m23?5視鏡 人孔及接管12 一.選擇視鏡的材料為鋼化硼硅玻璃（耐溫300C）13,選擇尺寸如下公稱直徑DN/mm 工程壓力PN/MPa D D1 b1 b2 H螺柱 質(zhì) 量 /kg數(shù)量n直徑d80 0.98160 130 36 24 86 8 M12 6.8二.人孔 選擇板式平焊法蘭人孔（突孔），選擇尺寸如下工程壓力/MPa公稱直徑/mm螺栓或螺柱總質(zhì)量回轉(zhuǎn)蓋/kg規(guī)格數(shù)量0.6500 M20

37、20 130/138三接管選擇接管直徑為100mm,選擇接管直徑為100mm,外徑108mm,接管長度150mm153?6攪拌槳電機(jī)、減速器選用1.1Kw的電機(jī) 1400r/min選用減速比i17的單級(jí)立式擺線針輪減速器 許用轉(zhuǎn)矩400mm得到實(shí)際轉(zhuǎn)速N82.3r/min3?7油泵的選型根據(jù)輸送流體的特性，以及本設(shè)計(jì)使用的高溫介質(zhì)，選用 100Y?60B離心泵。選用兩臺(tái)油泵，一開一備，確保在生產(chǎn)過程中能穩(wěn)定持續(xù)的輸送載體。查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（上）,100Y?60B型離心油泵的主要參數(shù)如下：流量:120m3/h 揚(yáng)程:38m 轉(zhuǎn)速:2950r/min效率:66%軸功率：13.3kw電機(jī)功率：17

38、kw允許汽蝕余量:4.2m葉輪出口寬度16.5mm葉輪直徑184mm3?8 輸送泵的選型丙二醇要求10min內(nèi)輸送完畢，則流量為Q15971.8：10：1000X6035.83m3/h苯乙烯要求15min內(nèi)輸送完畢，則流量為Q28220.23：15：1000X6032.88 m3/h查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)流體常用流體范圍，得又累流速為0.5?2m/s，根據(jù) 關(guān)系算圖可選得DN80mm管。材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti含Mo不銹鋼，管壁厚2.5mm。（注: 管彎均為90彎頭；由于溫度降低,p、u增大，AP增大，因此所選的泵應(yīng)能滿足 最低溫度下的要求，對(duì)于武漢地區(qū)取最低溫度為10C。）查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)選

39、用YG型油泵65YG38,有關(guān)參數(shù)如下：流量:50 m3/h揚(yáng)程:24電機(jī)功率:7.5kw轉(zhuǎn)速:2950r/min允許汽蝕余量:2.6m效率:72%3?9真空緩沖罐的選取16原則:按鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定設(shè)計(jì)。 要求:為外壓容器，按外壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)。耐壓1kgf/cm2容積1000L材質(zhì)：20g鋼（含碳量為萬分之二），壓力容器專用 鋼種。取 L/DN1 DN1000mmL1000mm查材料與零部件上冊(cè)，可得:壁厚s 5mm取負(fù)公差0.3mm腐蝕余量為1mm則 L/D01000/1000+3.7X20.9927D0/6 01000+3.7X2/3.7272.33?10廢水接收罐的設(shè)計(jì)

40、原則:按鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定設(shè)計(jì)。要求:耐壓1kgf/cm3容積1000L材質(zhì)A3鋼簡體選?。喝?L/DN1DN1000mmL1000mm 壁厚取 6 5mm3?11CO2系統(tǒng)的確定17通入CO2目的:保護(hù)生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品，防止空氣 中的氧氣與原料反應(yīng)而使樹脂變色。同時(shí)幫助去掉水分，加速反應(yīng)進(jìn)行，并起到攪 拌作用。CO2系統(tǒng)要求:在投料前排除反應(yīng)釜中的空氣。3?12冷凝器的選擇與設(shè)計(jì)18在合成樹脂生產(chǎn)過程中，要用到分餾冷凝器 和臥式冷凝器。分餾冷凝器的選擇:最常用的有塔板式分餾柱和填料式分餾柱兩 類。前者結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)高，后者結(jié)構(gòu)簡單易制造，目前合成樹脂廠多采用填料式分 餾冷凝器,因此選用填料式分餾冷凝器。臥式冷凝器的選擇：目前化工廠使用熱交 換器常用的有列管式換熱器，螺旋板式換熱器,板翅式換熱器，而合成樹脂廠目前 多采用列管式換熱器。列管式換熱器又可分