年產(chǎn)1100噸環(huán)氧樹脂畢業(yè)設(shè)計

1、第一篇設(shè)計說明書1.1產(chǎn)品介紹分子中含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(xué)名稱：雙酚A二縮水甘油醚英文名稱：DiglycidyletherofbisphenolA縮寫DGEBPA)環(huán)氧樹脂外觀：無色透明液體環(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(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

2、脂特性：可燃物。1.1.1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(dāng)長的時期，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)初兩個重大的發(fā)現(xiàn)揭開了環(huán)氧樹脂發(fā)明的帷幕。遠(yuǎn)在1891年德國的Lindmann用對苯二酚和環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)生成了樹脂狀產(chǎn)物。1909年俄國化學(xué)家Prileschajew發(fā)現(xiàn)用過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(tuán)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Pierrecastan及美國的北京化工大學(xué)北方

3、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計- -S.O.Greenlee所發(fā)表的多項(xiàng)專利都揭示了雙酚A和環(huán)氧氯丙烷經(jīng)縮聚反應(yīng)能制得環(huán)氧樹脂；用有機(jī)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。2010年開始全球范圍內(nèi)環(huán)氧樹脂各主要應(yīng)用市場的需求出現(xiàn)恢復(fù)性增長，2014-2018年中國環(huán)氧樹脂行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測分析報告數(shù)據(jù)顯示2011-2013年美國和西歐的環(huán)氧樹脂需求量分別以.2%和2.8%的速度增長，2014-2018年將繼續(xù)保持2%-3%的增長，而受益于中國市場的快速發(fā)展，全球環(huán)氧樹脂需求量將以5%左右的速度增長。雖然全球的環(huán)氧樹脂業(yè)已進(jìn)入成熟期，根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的預(yù)測，未來年全球環(huán)氧樹脂行業(yè)復(fù)合增長率

4、在4%-5%左右。但從國內(nèi)市場看,2002-2013年國內(nèi)環(huán)氧樹脂表觀消費(fèi)量年復(fù)合增長率創(chuàng)0%以上，遠(yuǎn)高于全球環(huán)氧樹脂行業(yè)的平均增長率預(yù)計未來國內(nèi)環(huán)氧樹脂行業(yè)仍能穩(wěn)定增長，一方面是全球產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移使得電子、船舶等下游行業(yè)都轉(zhuǎn)移到中國生產(chǎn)，拉動了對環(huán)氧樹脂的需求；另一方面，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量在不斷提高，與國外企業(yè)相比逐漸具備比較優(yōu)勢。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的預(yù)測，在我BGDP繼續(xù)保持高增長的態(tài)勢下，未來幾年國內(nèi)環(huán)氧樹脂需求量年復(fù)合增長率可達(dá)10%左右，2015年消費(fèi)總量將達(dá)到150萬噸，占到全球環(huán)氧樹脂消費(fèi)市場60%左右。112環(huán)氧樹脂的特點(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，

5、有“萬能膠”的美稱。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。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(xué)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(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

6、，由于它的應(yīng)用遍及國民經(jīng)濟(jì)的眾多領(lǐng)域。雙酚A(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IW400)、中等分子量樹脂(1=400-1400)、高分子量樹脂(1=14008000)和超高分子量樹脂(M=10萬一45萬)。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f軟化點(diǎn)f環(huán)氧值(環(huán)氧當(dāng)量f羥基含量f固化物柔韌性f固化物硬度(固化溫度f低分子量環(huán)氧樹脂的固化主要通過環(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)氧樹脂則不需要借助固化劑便能形成堅韌的涂膜。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。

7、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。1.2.1一步法工藝把雙酚A(BPA)和環(huán)氧氯丙烷(ECH)在氫氧化鈉作用下進(jìn)行縮聚，即開環(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：將配方量的雙酚和環(huán)氧氯丙烷在80C下攪拌溶解，然后降溫至。C,滴加30%的NaOH。堿滴加完后保溫反應(yīng)一段時間，然后減壓回收未反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷。接著再次降溫到OC,滴加15%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

8、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，然后再蒸餾未反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷。這種方法工藝成熟，目前國內(nèi)的一44樹脂多是采用這種工藝生產(chǎn)。1.2.2二步法工藝VogelTomas提出的工藝是：將雙醐、環(huán)氧氯丙烷，同時加入三苯基膦鹵化物或三苯基膦作催化劑，升溫使體系在0120C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2090C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，得到樹脂產(chǎn)品。二步法也可以選擇銨鹽、膽堿作為催化劑,無機(jī)鹽，含硫有機(jī)化合物?？紤]到價格因素，國內(nèi)

9、企業(yè)選用銨鹽的居多。與一步法比較，二步法反應(yīng)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(zhì)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(shè)備稍作改動就可以上馬，是很經(jīng)濟(jì)的方法。該法最大的優(yōu)點(diǎn)是將開環(huán)閉環(huán)分步進(jìn)行，而且可以在無水條件下進(jìn)行開環(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)法減少在樹脂中的殘留。但本設(shè)計由于產(chǎn)量低所以采用一步法。第2章初步工藝流程設(shè)計工

10、藝流程框圖：第一章已對工藝路線進(jìn)行了選擇，在此基礎(chǔ)上全面而細(xì)致地分析了整個生產(chǎn)過程的組成和順序如下圖所示：700C冷卻靜置過濾脫苯第3章物料衡算計算條件與數(shù)據(jù)理：1.設(shè)每年生產(chǎn)300天，則每天的產(chǎn)量為：M=(1100tF0.94)/300=3.90t/dd2設(shè)以生產(chǎn)It(1000kg)環(huán)氧樹脂為基準(zhǔn)由消耗定額0.7t雙酚A/t環(huán)氧樹脂得雙酚A的消耗量m=0.7*lt=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投料比例質(zhì)量百分比每噸消耗量(kg)環(huán)氧氯丙烷502916.7雙酚A12700苯261516.7液體燒堿127003.原料規(guī)格及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：表32原料規(guī)格

11、及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)表名稱分子量凈含含水分含惰性雜質(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(卷卷二)和化工原料商品手冊。原料用量計算：反應(yīng)過程中的反應(yīng)物純量計算：為了較好地把握全過程，先假設(shè)理想情況進(jìn)行計算，即計算各反應(yīng)物的純量。這里所說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，在后面的計算中將恢復(fù)到實(shí)際情況，考

12、慮所含雜質(zhì)的量、反應(yīng)物過量的量，以及反應(yīng)的收率等具體的問題并進(jìn)行詳細(xì)的計算。由原料單耗可得每批原料用量如下表：表33原料用量表名稱純物質(zhì)(Kg)含雜質(zhì)總用量(kg)環(huán)氧氯丙烷11375.1311607.28雙酚A27302873.69苯5915.136161.59液體燒堿27302743.72縮合工段物料衡算一次反應(yīng)：圖3-1(1)對于輸入物料分四股，分別如下：98%的環(huán)氧氯丙烷中：環(huán)氧氯丙烷：11375.13水：11607.28X0.2%=23.21Kg不溶雜質(zhì)：11607.28Xl.8%=208.93Kg95%的雙酚A中：雙酚A：2730Kg水：2873.69X3%=86.21.7Kg不溶

13、雜質(zhì)：5224.2X2%=57.47Kg99.50%的NaOH中：NaOH：2730Kg水：2743.72X0.2%=5.49Kg不溶雜質(zhì)：2743.72X0.3%=8.23Kg96%的苯中：苯：5915.13Kg水：6161.59X0.2%=12.32Kg不溶雜質(zhì)：6161.59X3.8%=234.14Kg(2)對于輸出物料的計算如下：隋性雜質(zhì)質(zhì)量不變：208.93+57.47+8.23+234.14=508.77kg苯質(zhì)量不變5915.13Kg反應(yīng)的總方程式如下：bhCHiC.Ha-CHCHi：HCWe+n+2)NaCI+Cn+2)HiLI0.25nn故最后取C=0.25mm,該筒體可用6

14、mm厚Q235A鋼板制作。15.1.4計算封頭厚度采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,其厚度可按下式計算:PDS=ci-0-0.5Pc式中Pc0.11MPa；D=1600mm；u=113MPai0=0.85；取C=4mm2則0.11x1600S=2x113x0.850.5x0.11=0.92mmS=SCd2=0.92+4=4.92mm查得C=0.25mm1+C=4.92+0.251=5.17mm圓整后取厚度為S=6mm,復(fù)驗(yàn)SX6%=6X6%=0.360.25nn故最后取C=0.25mm,該圭寸頭可用6mm厚Q235A鋼板制作。15.1.5校核筒體和封頭的水壓試驗(yàn)強(qiáng)度根據(jù)式a廣笙戶0.25nn故最后取C=0.

15、25mm,該筒體可用6mm厚Q235A鋼板制作。1計算封頭厚度采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,其厚度可按下式計算:S二卩-0.5Pc式中Pc取C=4mm2則0.11MPa；=1600mmLI=113MPa0=0.85；0.11x16002x113x0.85-0.5x0.11=0.92mmS=SCd2=0.92+4=4.92mm查得C=0.25mm1S+C=4.92+0.25d1=5.17mm圓整后取厚度為S=6mm,復(fù)驗(yàn)SX6%=6X6%=0.360.25nn故最后取C=0.25mm,該圭寸頭可用6mm厚Q235A鋼板制作。1校核筒體和封頭的水壓試驗(yàn)強(qiáng)度根據(jù)式P(D+S)2GTie0.25nn故最后取C=

16、0.25mm,該筒體可用6mm厚Q235A鋼板制作。1脫苯冷凝器的設(shè)計由于設(shè)了3個蒸發(fā)器,故需設(shè)3個冷凝器定性溫度苯的定性溫度為:80+802=80C冷卻水的定性溫度為:25+652=45C熱負(fù)荷計算2.556x106x1031800=9.47X105W確定流體的流徑該設(shè)計任務(wù)的熱流體為苯和水的蒸氣,冷流體為水,為使熱流體通過殼壁向空氣中散熱,提高冷卻效果,令苯和水的蒸氣走殼程,冷卻水走管程。計算平均溫度差暫按單殼程、四管程考慮,逆流時平均溫度差:苯蒸氣80C-80C冷卻水65C-25CAt15C55CAtAtAt=21mAtln2At5515ln55=30.8C155.6.5At選K值，估算

17、傳熱面積1因殼程為蒸氣，0=1選用單殼程可行。當(dāng)高溫流體為有機(jī)質(zhì)蒸氣，低溫流體為水時，查猱=600W/(mC)則換熱面積為：S=QKAtm=9.47xlO5600 x30.8=51.2m2選換熱器型號可選固定管板式換熱器根據(jù)化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊，所選換熱器主要參數(shù)如:下外殼直徑500mm公稱壓力1.6MPa管子外徑025X2.5管子數(shù)164管長4500mm管程數(shù)NP2管子排列方式正三角形管程流通面積0.0257m2則此換熱器的實(shí)際換熱面積為:S=加d(L0.1)00=1043.14X0.025X(4.5-0.1)=56.62m故此換熱器能滿足換熱要求。第6章經(jīng)濟(jì)核算6.1工廠設(shè)計的內(nèi)容與

18、規(guī)范：工廠布置是設(shè)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(shè)、投資密切相關(guān)，而且與車間建成后的生產(chǎn)、管理、安全和經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。工廠布置涉及的對是生產(chǎn)過程中使用的機(jī)器設(shè)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(wù)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(jī)器設(shè)備的空間位置，使獲得最經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(yùn)輸路線。這說明廠址選擇工作和工廠布置工作任務(wù)的一致性，同時，也說明在不同工作階段工廠布置的著重點(diǎn)。對于工廠布置，按我國習(xí)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(shè)計的基礎(chǔ)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(jìn)行和設(shè)備的安全運(yùn)行，而且還導(dǎo)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(fù)面問題；因此本設(shè)計在車間布置時嚴(yán)格遵守如下設(shè)計規(guī)范和規(guī)定：GBJ16-87建筑設(shè)計防火規(guī)范（1987年）T536-79工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（19