醇溶性酚醛樹脂工藝設(shè)計

PAGEPAGE8醇溶性酚醛樹脂工藝設(shè)計學(xué)院名稱化學(xué)化工學(xué)院班級學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師醇溶性酚醛樹脂工藝設(shè)計說明書一、引言酚醛樹脂也叫電木，又稱電木粉，英文名稱phenolicresin,簡稱PF，比重1.25~1.30，是酚與醛經(jīng)聚合制得的合成樹脂統(tǒng)稱。酚醛樹脂有熱塑性和熱固性兩類。熱塑性酚醛樹脂（或稱兩步法酚醛樹脂），為淺色至暗褐色脆性固體，溶于乙醇、丙酮等溶劑中，長期具有可溶可熔性，僅在六亞甲基四胺或聚甲醛等交聯(lián)劑存在下才固化(加熱時可快速固化)。主要用于制造壓塑粉，也用于制造層壓塑料、清漆和膠粘劑。熱固性酚醛樹脂（或稱一步法酚醛樹脂），可根據(jù)需要制成固體、液體和乳液，都可在熱或（和）酸作用下不用交聯(lián)劑即可交聯(lián)固化。為指導(dǎo)樹脂合成和成型加工，常將其固化過程分為A、B、C三個階段。具有可溶可熔性的預(yù)聚體稱作A階酚醛樹脂;交聯(lián)固化為不溶不熔的最終狀態(tài)稱C階酚醛樹脂；在溶劑中溶脹但又不完全溶解，受熱軟化但不熔化的中間狀態(tài)稱B階酚醛樹脂,熱固性酚醛樹脂存放過程中粘度逐漸增大，最后可變成不溶不熔的C階樹脂。因此,其存放期一般不超過3～6個月。熱固性酚醛樹脂可用于制造各種層壓塑料、壓塑粉、層壓塑料；制造清漆或絕緣、耐腐蝕涂料；制造日用品、裝飾品；制造隔音、隔熱材料等。常見的高壓電插座、膠粘劑和改性其他高聚物。根據(jù)溶劑的不同，分為醇溶和水溶。能溶解在水里而不溶于醇的為水溶醇不溶酚醛樹脂；能溶解在醇里而不溶于水的為醇溶水不溶酚醛樹脂；兩者都能溶解的為醇溶水溶酚醛樹脂。酚醛樹脂具有良好的耐酸性能、力學(xué)性能、耐熱性能，廣泛應(yīng)用于防腐蝕工程、膠粘劑、阻燃材料、砂輪片制造等行業(yè)。二、醇溶性酚醛樹脂工藝設(shè)計1．原料：生產(chǎn)醇溶性酚醛樹脂的原料名稱含量苯酚98%(質(zhì)量分數(shù)，含雜質(zhì))甲醛37%(質(zhì)量分數(shù))氨水（催化劑）20%(質(zhì)量分數(shù))乙醇95%(V/V)2．配料比：苯酚∶甲醛（37%）=1∶1.2（摩爾比）3．產(chǎn)品質(zhì)量：固含量：60%水：﹤8%游離苯酚：﹤5%（存于樹脂中）氨水的用量：5%（為純苯酚質(zhì)量的5%）合成

酚醛樹脂的合成反應(yīng)分為兩步，首先是苯酚與甲醛的加成反應(yīng)，隨后是縮合及縮聚反應(yīng)。即：

1、加成反應(yīng)在適當條件下，一元羥甲基苯酚繼續(xù)進行加成反應(yīng)，就可生成二元及多元羥甲基苯酚：酚與醛的摩爾比

酚醛樹脂是酚類與醛類反應(yīng)合成的產(chǎn)物，所以兩者必須有適當?shù)哪柋龋魏我环N原料極大的過量，都不可能生成酚醛樹脂。當反應(yīng)采取酚與醛的摩爾比為1：1時，理想狀態(tài)下，應(yīng)可生成線型結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂，但因沒有更多的甲醛分子，苯酚的三個反應(yīng)活化點并沒有充分起作用，故而不能形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂。

若反應(yīng)采取酚稍過量，例如醛與酚的摩爾比為2：3，則不能產(chǎn)生足夠的羥甲基，縮聚反應(yīng)達到一定階段就會停止，只能得到較低分子量的線型結(jié)構(gòu)酚醛樹脂：與上相反，若反應(yīng)采取醛過量，即兩者摩爾比大于1，則反應(yīng)初期的加成反應(yīng)，易于形成二元及多元羥甲基酚：酚醛樹脂合成的第一步產(chǎn)物(一元羥甲基苯酚)繼續(xù)進行加成反應(yīng)二元及多元羥甲基苯酚的速率都遠比一元羥甲基苯酚生成的速率快，也比一元羥甲基苯酚繼續(xù)反應(yīng)速率快，所以更有利于生成二元及多元羥甲基苯酚，它們經(jīng)縮聚反應(yīng)就會生成帶支鏈的樹脂分子；只有醛過量達到一定水平，能夠保證生成較多量的三羥甲基苯酚的情況下，反應(yīng)初期才能有一定支鏈結(jié)構(gòu)的大分子，也才有可能繼續(xù)進行交聯(lián)反應(yīng)最終形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2.縮合及縮聚反應(yīng)

縮合及縮聚反應(yīng)，隨反應(yīng)條件的不同可以發(fā)生在羥甲基苯酚與苯酚分子之間，也可發(fā)生在各個羥甲基苯酚分子之間在以氨水為催化劑的堿性條件下，主要發(fā)生以下反應(yīng)：四、生產(chǎn)流程或生產(chǎn)方案1．生產(chǎn)流程方案用苯酚、甲醛為原料，控制摩爾比在1∶1.2，使其在堿性環(huán)境下縮合成樹脂，經(jīng)真空脫水后制得成品。本工藝利用真空吸入原料苯酚,室內(nèi)供熱系統(tǒng)提供水蒸汽作為熱源。其他原料來自高位槽并可加入適量乙醇用以調(diào)節(jié)粘度避免結(jié)垢。2.工藝流程簡圖和參數(shù)流程簡圖如圖圖所示：熔融縮聚分離脫水溶液縮聚苯酚（98％）熔融縮聚分離脫水溶液縮聚甲醛（37%）氨水（20%）脫酚醛水乙醇溶液醇溶性酚醛樹脂的生產(chǎn)工藝流程簡圖工藝參數(shù)如表所示：醇溶性酚醛樹脂的生產(chǎn)工藝參數(shù)合成階段脫水階段調(diào)稀階段原料20℃-70℃75℃（2.5～3h）冷卻到50℃冷卻水—20℃升到30℃—水蒸汽—75℃降到40℃—整個生產(chǎn)周期如圖所示：6060℃苯酚(進料10min)酚醛樹脂85℃-95℃預(yù)聚體85℃-95℃酚醛樹脂85℃-95℃預(yù)聚體85℃-95℃預(yù)聚體70℃甲醛(進料10min)40min30min氨水(進料5min)冷氨水(進料5min)卻酚醛樹脂75℃酚醛樹脂75℃酚醛樹脂50℃酚醛樹脂75℃產(chǎn)品加乙醇調(diào)稀冷卻真空脫水產(chǎn)品20min30min180min醇溶性酚醛樹脂的生產(chǎn)周期生產(chǎn)流程簡述(1).向反應(yīng)釜內(nèi)加料a按樹脂生產(chǎn)配方要求，依次分別對苯酚、甲醛進行計量后加入反應(yīng)釜；b攪拌均勻后，測pH值。根據(jù)配方要求及原料混合液的pH值，加入適當量的堿性催化劑，最終pH值一般在7.0～11.0范圍內(nèi)。(2).縮聚反應(yīng)a加熱攪拌下，向反應(yīng)釜夾套內(nèi)通蒸汽加熱，緩慢：逐步升溫至60℃，用真空將苯酚吸入反應(yīng)釜內(nèi)，通入蒸汽保溫；將37%的甲醛水溶液以苯酚∶甲醛=1∶1.2（mol）的比例緩慢加入反應(yīng)釜內(nèi)，開啟電動攪拌系統(tǒng)開始攪拌；再加入濃度為20%的氨水催化劑，加熱升溫至70℃,由于縮聚反應(yīng)的放熱效應(yīng)，溫度會自動上升。當溫度升至78℃時，即用循環(huán)冷卻水調(diào)節(jié)，使反應(yīng)溫度緩緩上升并保溫在85℃～95℃間（不超過95℃）。放熱量一般為586.1kJ/kg(苯酚與甲醛反應(yīng)放熱速率)。反應(yīng)溫度用夾套內(nèi)通蒸汽(表壓)及冷卻水(流量)的辦法來調(diào)節(jié)。b縮聚。在維持物料沸騰狀態(tài)下進行縮聚反應(yīng)。在縮聚反應(yīng)進行同時，上升蒸汽通過冷凝器冷凝后回流。根據(jù)冷凝液量及清澈度(由清變渾)可一般性判斷縮聚反應(yīng)的進程。必要時，在縮聚后期可補加一定量催化劑，以促進縮聚反應(yīng)后期的反應(yīng)速率。(3)反應(yīng)終止隨著反應(yīng)進行，樹脂分子量逐步升高，并不溶于水中。反應(yīng)物開始分為兩個液相，靜置下可分為明顯兩層，上層為以水為主的水溶液，下層為樹脂液?？s聚反應(yīng)自回流液出現(xiàn)混濁開始約30min后即可取樣測黏度或相對密度，一般當以4號涂料杯中測試結(jié)果為20～40s/60℃，即可作為縮聚操作終點。（4）.脫水反應(yīng)物系中的水來自福爾馬林中所含的水和酚、醛縮聚反應(yīng)釋出的水，為了獲得合格的固體酚醛樹脂，必須脫除這些水分。另外，脫水過程也同時帶出了反應(yīng)物系中的殘余酚、醛、甲醇、催化劑等，有利于酚醛樹脂質(zhì)量的提升。脫水過程，酚醛樹脂的分子量還會有稍稍增大，這是應(yīng)該注意的問題。為了順利脫水，其操作是在真空減壓下進行的，且隨水分的逐漸脫除，反應(yīng)物系黏度不斷上升，真空度和物料溫度均將不斷提高。脫水終點，視釜內(nèi)樹脂透明和黏度情況多次取樣，直至合格。（5）稀釋在樹脂脫水到達終點后，向反應(yīng)釜夾套內(nèi)通人冷卻水使物料降至接近常溫，再加入乙醇并不斷攪拌使形成均勻溶液。最后自然冷卻到40℃出料，即為產(chǎn)品；此種溶液一般是配成50%左右的濃度。五、生產(chǎn)過程所需設(shè)備1.溶液縮聚階段：反應(yīng)釜、冷卻器、夾套、冷料槽2.分離脫水階段：真空系統(tǒng)、真空泵、反應(yīng)釜3熔融縮聚階段：反應(yīng)釜、真空系統(tǒng)4稀釋階段：稀釋釜六、主要設(shè)備選型1.反應(yīng)釜的選擇查《化工工藝設(shè)計手冊》第三版，選擇搪玻璃攪拌設(shè)備。搪玻璃設(shè)備是由含硅量高的玻璃質(zhì)釉噴涂在鋼板表面，經(jīng)920℃～960℃多次高溫搪燒、使玻璃質(zhì)釉密著于金屬胎表面而成。搪玻璃設(shè)備的性能是：①耐腐蝕性能耐無機酸、有機酸、有機溶劑及pH值小于或等于12的堿溶液，但對強堿、氫氟酸及溫度大于180℃、濃度大于30%的磷酸不適用。②不粘性光滑的玻璃面對介質(zhì)不粘且容易清洗。③絕緣性適用于介質(zhì)在過程中易產(chǎn)生靜電的場合。④隔離性玻璃層將介質(zhì)與容器鋼胎隔離、鐵離子不溶入介質(zhì)。⑤保鮮性玻璃層對介質(zhì)具有優(yōu)良的保鮮性能。搪玻璃設(shè)備出廠前玻璃層均經(jīng)20kV高電壓檢驗，不導(dǎo)電為合格。玻璃層厚度一般為0.8～2.0㎜。成品玻璃面耐溫差急變性能為：熱沖擊120℃，冷沖擊110℃。搪玻璃設(shè)備、管子、管件及人手孔等配套件系列已有新標準，選用時應(yīng)注意說明。2.換熱器（脫水冷凝器）的選型選擇25×2.5mm的換熱管。選擇管內(nèi)流速：查《化工原理》上冊（表4-13）選取管內(nèi)流速為6m/s。因為蒸汽中含有少量苯酚,苯酚有毒,所以選擇蒸汽走管程,循環(huán)冷卻水走殼程。3.貯存容器的選擇查《化工工藝設(shè)計手冊》第三版選擇貯存容器：甲醛選擇玻璃鋼平底橢圓封頭儲罐，且底部應(yīng)裝有用來加熱的熱水或蒸汽盤管，以便在環(huán)境溫度低時實施必要的加熱，防止槽內(nèi)甲醛溶液的聚合，貯槽外面應(yīng)有隔熱層，且要在內(nèi)壁進行防護處理，涂上防護層，多用過氯乙烯漆、環(huán)氧樹脂漆等，每2～3年重漆一次4.緩沖