年產(chǎn)3000噸環(huán)氧樹(shù)脂車間工藝設(shè)計(jì) 蔡成云

1、西北農(nóng)林科技大學(xué)植保學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書目 錄中文摘要英文摘要第一章 緒論1.1環(huán)氧樹(shù)脂定義1.2、環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢(shì)1.3、環(huán)氧樹(shù)脂的特點(diǎn)和用途1.4、環(huán)氧樹(shù)脂的常用技術(shù)術(shù)語(yǔ)和質(zhì)量指標(biāo)1.5、環(huán)氧樹(shù)脂的分類第二章 環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)的主要原材料2.1、環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格2.2、環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)的主要原材料的性質(zhì)第3章 工藝流程設(shè)計(jì)3.1 工藝流程框圖3.2工藝流程敘述第4章 物料衡算4.1 計(jì)算條件與數(shù)據(jù)理4.2 原料用量計(jì)算4.3 縮合工段物料衡算4.3.1 溶解4.3.3回收過(guò)量環(huán)氧氯丙烷4.3.4 環(huán)氧樹(shù)脂收集第5章 熱量衡算.5.1計(jì)算依據(jù)5.2 常用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)5.3縮合

2、工段熱量衡算 第6章 設(shè)備選型 6.1計(jì)算條件確定.6.1.1 操作工時(shí)與生產(chǎn)周期的確定6.2 縮合工段反應(yīng)崗位的設(shè)備選型.6.2.1物料體積計(jì)算6.2.2反應(yīng)釜的選型6.2.3校核傳熱面積6.3.1縮合工段苯回收崗位設(shè)備選型6.3 其它設(shè)備的選第7章 廠區(qū)布置和車間布置設(shè)計(jì)7.1工廠設(shè)計(jì)的內(nèi)容與規(guī)范7.2 廠址的選擇7.3 車間的布置7.3.1 輔助生產(chǎn)和行政-生活布置7.3.2 廠房的布局7.3.3 廠房的長(zhǎng)、寬、高和層數(shù)確定.7.3.4 廠房?jī)?nèi)布置第8章“三廢”處理及其綜合利用8.1 廢水的處理8.2 套用和回收利用3、環(huán)境保護(hù)措施第九章 環(huán)氧樹(shù)脂安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)31西北農(nóng)林科技大學(xué)植

3、保學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書年產(chǎn)3000噸環(huán)氧樹(shù)脂車間工藝設(shè)計(jì) 蔡成云摘 要：環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂和中分子量固體環(huán)氧樹(shù)脂，一般都采用一步法工藝；高分子量環(huán)氧樹(shù)脂采用二步法。二步法工藝的優(yōu)點(diǎn)：與一步法相比，它具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備少、工時(shí)短、無(wú)三廢排放和產(chǎn)品質(zhì)量易調(diào)節(jié)控制等優(yōu)點(diǎn)。以雙酚A（BPA）為主要原材料，合成的環(huán)氧樹(shù)脂稱為雙酚A（BPA）型環(huán)氧樹(shù)脂，是目前產(chǎn)量最大、用途最廣的環(huán)氧樹(shù)脂，由于它的應(yīng)用遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的眾多領(lǐng)域，因此又稱為通用型環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂的車間設(shè)計(jì)，從技術(shù)、工程經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)管理等方面進(jìn)行了詳細(xì)的

4、論述，內(nèi)容主要包括：設(shè)計(jì)依據(jù)，工藝路線論證，工藝流程設(shè)計(jì)，全流程物料衡算，全流程能量衡算，工藝設(shè)備選型與計(jì)算，車間布置設(shè)計(jì)，三廢處理及其綜合利用，勞動(dòng)組織，勞動(dòng)保護(hù)與安全生產(chǎn)，工程經(jīng)濟(jì)，工藝細(xì)節(jié)改進(jìn)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹(shù)脂；二步法；車間工藝設(shè)計(jì)Annual output of 3,000 tons of epoxy resin plant process design CaichengyunAbstract:Epoxy resin production process is generally divided into one-step and two-step. Present in l

5、ow molecular weight solid epoxy resins and liquid epoxy resin, generally using one-step process; high molecular weight epoxy resin with two-step. The advantages of two-step process: with one step, it has the production process was simple, small, short working hours, no waste emissions and product qu

6、ality and easy to adjust control and so on. To bisphenol A (BPA) as the main raw material, known as bisphenol epoxy resin synthesized A (BPA) type epoxy resin is the output of the largest and most widely used epoxy resin, because of its application throughout the national economy many areas, so-call

7、ed general epoxy resin. It is ether type. This article describes the annual output of 3,000 tons of epoxy resin of the plant design, technical, engineering economics, production management and other aspects are discussed in detail, mainly including: design basis, process line argument, process desig

8、n, the whole process of material balance calculation, the whole process of energy balance, process equipment selection and calculation, workshop layout design, waste treatment and utilization, labor organizations, labor protection and safety, engineering economics, technical details of the improved

9、design and so on. KEY WORDS: Epoxy resin; two-step; workshop process design緒 論1.1環(huán)氧樹(shù)脂定義定義：分子中含2個(gè)或2個(gè)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(shù)脂含2個(gè)環(huán)氧基?；瘜W(xué)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(shù)脂發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢(shì)環(huán)氧樹(shù)脂的發(fā)明曾經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)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(gè)重大的發(fā)現(xiàn)揭開(kāi)了環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)明的帷幕。遠(yuǎn)在1891年德國(guó)的Lindmann用

10、對(duì)苯二酚和環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)生成了樹(shù)脂狀產(chǎn)物。1909年俄國(guó)化學(xué)家Prileschajew發(fā)現(xiàn)用過(guò)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(shù)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(gè)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(guó)的專利發(fā)表。1938年這后的幾年間瑞士的Pierre castan及美國(guó)的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(shù)脂；用有機(jī)多元胺類或鄰苯二甲酸均可使樹(shù)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-Raynolds公司在1947年進(jìn)行了第一次具有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)

11、值的環(huán)氧樹(shù)脂的制造。不久瑞士的CIBA公司、美國(guó)的Shell公司以及De Chemical公司都開(kāi)始了環(huán)氧樹(shù)脂的工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用開(kāi)發(fā)工作。到了20世紀(jì)50年代初期環(huán)氧樹(shù)脂在電氣絕緣澆鑄、防腐蝕涂料、金屬的粘接等應(yīng)用領(lǐng)域有了突破。于是環(huán)氧樹(shù)脂作為一個(gè)行業(yè)蓬勃發(fā)展起來(lái)了。我國(guó)的環(huán)氧樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)始于1956年，在沈陽(yáng)、上海兩地首先獲得了成功。1958年上海開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)40余年的努力，我國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)和應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。目前生產(chǎn)廠家已達(dá)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(shè)中正起著越來(lái)越重要的作用。但是以生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量、品種方面和世界先進(jìn)水平相比差距還很大。我

12、們必須用跳躍式發(fā)展模式，向著“規(guī)?；⒏呒兓?、精細(xì)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(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的需求。1.3、環(huán)氧樹(shù)脂的特點(diǎn)和用途（1）粘接強(qiáng)度高，粘接面廣。幾乎可粘接所有的金屬和非金屬，有“萬(wàn)能膠”的美稱。（2）良好的加工性。加工時(shí)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(jī)械強(qiáng)度高。用作結(jié)構(gòu)膠、高強(qiáng)耐磨地坪等。（5）收縮卛低。尺寸穩(wěn)定，不易變形，不易開(kāi)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(shù)脂的常用技術(shù)術(shù)語(yǔ)和質(zhì)量指標(biāo)（1）平均聚合度（n）分子中重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目稱為聚合度。由于環(huán)

13、氧樹(shù)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(shù)脂分子量的大?。ǎ┢骄肿恿浚∕） 環(huán)氧樹(shù)脂的分子量與聚合度成正比例。所以也可以說(shuō)環(huán)氧樹(shù)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(shù)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(lái)表示。環(huán)氧樹(shù)脂在合成過(guò)程中，由于原材料的差異、工藝操作條件不同等，導(dǎo)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(shù)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(shù)脂性能越穩(wěn)定。（）環(huán)氧基含量反應(yīng)活性極大的環(huán)氧基是環(huán)氧樹(shù)脂的重要官

14、能團(tuán)，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(shù)脂質(zhì)量的主要手段之一。實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)環(huán)氧基含量來(lái)劃分不同型號(hào)的環(huán)氧樹(shù)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(guó)環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)廠家習(xí)慣采用的表示方法。它是指每100g環(huán)氧樹(shù)脂中所含的環(huán)氧當(dāng)量數(shù)稱為環(huán)氧值。單位：eq/100g。 b、環(huán)氧當(dāng)量（En）環(huán)氧當(dāng)量是美國(guó)、西歐和日本習(xí)慣使用的表示方法。它是指含有克當(dāng)量環(huán)氧基的環(huán)氧樹(shù)脂的克數(shù)稱為環(huán)氧當(dāng)量。單位：g/eq。環(huán)氧當(dāng)量、分子量和環(huán)氧值之間的換算關(guān)系：En=M/2=100/Ev。 c、環(huán)氧基百分含量（Ec） 環(huán)氧基百分含量是俄羅斯、東歐等國(guó)習(xí)慣采用的表示方法。它是

15、指環(huán)氧樹(shù)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(guān)系Ec=Ev×43。（）軟化點(diǎn) 環(huán)氧樹(shù)脂是一種混合物，沒(méi)有明確的熔點(diǎn)，只有一個(gè)熔融溫度范圍，稱為軟化點(diǎn)。單位：。（）黏度 黏度是環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用時(shí)十分重要的指標(biāo)，它對(duì)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(diǎn)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(shù)脂的主要雜質(zhì)包括總氯（有機(jī)氯、無(wú)機(jī)氯）、揮發(fā)份及帶色基團(tuán)等?，F(xiàn)生產(chǎn)中要盡量減少雜質(zhì)的含量。1.5、環(huán)氧樹(shù)脂的分類由于

16、原材料與生產(chǎn)工藝的不同，環(huán)氧樹(shù)脂有許多種類和型號(hào)，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(shù)脂稱為雙酚A（BPA）型環(huán)氧樹(shù)脂，是目前產(chǎn)量最大、用途最廣的環(huán)氧樹(shù)脂，由于它的應(yīng)用遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的眾多領(lǐng)域，因此又稱為通用型環(huán)氧樹(shù)脂。它屬于縮水甘油醚型。雙酚A（BPA)型環(huán)氧樹(shù)脂，市場(chǎng)占有量約占環(huán)氧樹(shù)脂總量的85%。本書中所說(shuō)的環(huán)氧樹(shù)脂，如不加具體說(shuō)明，便是指BPA型環(huán)氧樹(shù)脂（又稱E型環(huán)氧樹(shù)脂）。雙酚A（BPA）型環(huán)氧樹(shù)脂，根據(jù)其分子量的高低，可

17、分為低分子量樹(shù)脂（M400）、中等分子量樹(shù)脂（M400-1400）、高分子量樹(shù)脂（M14008000）和超高分子量樹(shù)脂（M10萬(wàn)45萬(wàn)）。雙酚A（BPA）型環(huán)氧樹(shù)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(diǎn)環(huán)氧值環(huán)氧當(dāng)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(shù)脂的固化主要通過(guò)環(huán)氧基反應(yīng)，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(shù)脂則不需要借助固化劑便能形成堅(jiān)韌的涂膜。第二章 環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)的主要原材料1、環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格表2-1環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格原材料名稱結(jié)構(gòu)式分子量M質(zhì)量指標(biāo)雙酚A(BPA)-OH-.CH

18、CH3CCHH3HOCC228外觀：白色粒狀（或粉狀）結(jié)晶體熔點(diǎn)：155.5色度號(hào)（鉑鈷）：40環(huán)氧氯丙烷（ECH） ClO92.5外觀：無(wú)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(hào)：15液堿（48NaOH） NaOH40NaOH含量wt：48Fe2O3含量wt：0.0032、環(huán)氧樹(shù)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、丙酮及堿性溶中，室溫下微溶于甲苯、二甲苯，加溫下溶

19、解度急劇增加。（2）ECH：是一種易揮發(fā)、無(wú)色透明液體，有毒！對(duì)皮膚有灼傷作用，能嚴(yán)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(diǎn)116.2。取樣化驗(yàn)時(shí)，要取上層。（3）液堿：淡紫色液體，無(wú)機(jī)械雜質(zhì)，強(qiáng)堿性，腐蝕性較強(qiáng)。（4）甲苯：無(wú)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(diǎn)110.28，取樣化驗(yàn)時(shí)，要取下層。第3章 工藝流程設(shè)計(jì)3.1 工藝流程框圖： 上一章已對(duì)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(gè)生產(chǎn)過(guò)程的組成和順序如下圖所示：3.1. 1 合成： 700C溶解雙酚A 環(huán)氧氯

20、丙烷反應(yīng) 循環(huán)使用 NaOH 減壓 環(huán)氧氯丙烷 溶解 苯 萃取反應(yīng) 下層鹽腳 NaOH 回流冷卻靜置過(guò)濾脫苯成品3.2工藝流程敘述：下面流程是從中試角度來(lái)進(jìn)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(guò)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(yīng)釜內(nèi)，開(kāi)始攪拌，并滴加堿液。控制反應(yīng)溫度為50-55OC，維持一定時(shí)間至反應(yīng)結(jié)束后，再在 100減壓至94.661kPa，回收過(guò)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(yīng)結(jié)束后用夾套水冷卻，靜置，把苯溶液抽吸到回流脫水釜內(nèi)，下層的鹽腳可以加苯萃

21、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(guò)濾器至貯槽，沉降后抽人脫苯釜脫除苯，先常壓無(wú)液溫110OC以上開(kāi)始減壓至140-143OC無(wú)餾出液為止，放料，即得成品。第4章 物料衡算4.1 計(jì)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：Md= 3000t÷300= 10t/d一天生產(chǎn)兩批，則每批的產(chǎn)量為m=10t/2=5t2.設(shè)以生產(chǎn)1t（1000kg）環(huán)氧樹(shù)脂為基準(zhǔn)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純苯甲苯液體燒堿 (100%)557.3Kg687.5Kg235.2Kg277.5Kg240

22、.9Kg3. 原料規(guī)格及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：表 42 原料規(guī)格及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)表名稱分子量?jī)艉趾栊噪s質(zhì)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%甲苯92.1498.5%0.5%0.4%硫酸98.0888%0.5%11.5%液體燒堿40.0199.5%0.2%0.3%雙酚A型環(huán)氧樹(shù)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(guó)化工醫(yī)藥產(chǎn)品大全(卷一，卷二)和<<化工原料商品手冊(cè)>>。設(shè) 每一單元的操作的收率如下：一次反應(yīng)：95%二次反應(yīng)：95%過(guò)慮：90%脫苯：

23、95%4.2 原料用量計(jì)算： 反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)物純量計(jì)算： 為了較好地把握全過(guò)程，先假設(shè)理想情況進(jìn)行計(jì)算，即計(jì)算各反應(yīng)物的純量。這里所說(shuō)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(guò)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(jì)算中將恢復(fù)到實(shí)際情況，考慮所含雜質(zhì)的量、反應(yīng)物過(guò)量的量，以及反應(yīng)的收率等具體的問(wèn)題并進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算。反應(yīng)方程式如下：由原料單耗可得每批原料用量如下表：表43 原料用量表名稱用量(Kg)環(huán)氧氯丙烷2843.4純苯1225.0甲苯1408.6液體燒堿1210.6雙酚A3472.24.3 縮合工段物料衡算：4.3.1 一次反應(yīng)：98%環(huán)氧氯丙烷95%雙酚

24、ANaOH苯 5環(huán)氧氯丙烷雙酚A5反應(yīng)釜 5 (1)對(duì)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：2843.4 ×98%=Kg 水：2843.3 ×0.2%=5.6866Kg不溶雜質(zhì)：2843.3×l.8%=51.18Kg 95%的雙酚A中：雙酚A：3472.2×95%=3298.59Kg 水：3472.2 ×3%=104.166Kg 不溶雜質(zhì)：3472.2×2%=69.444Kg99.50%的NaOH中：NaOH：. 1210.6×99.5%=1204.547Kg 水：1210.6×0.2%=2

25、.4212Kg 不溶雜質(zhì)：. 1210.6×0.3%=3.6318Kg96%的苯中： 苯：1408.6×96%=1352.26 Kg 水：1408.6×0.2%=2.8172Kg不溶雜質(zhì)：1408.6×3.8%=53.53Kg(2)對(duì)于輸出物料的計(jì)算如下：設(shè)縮合反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率等于收率，即為95%，則：隋性雜質(zhì)質(zhì)量不變：51.18+69.44+3.63+53.53=177.78 Kg苯質(zhì)量不變：1352.26Kg反應(yīng)的總方程式如下： 228 94×2 332 37.5×2 3472.2 x y z由上反應(yīng)方程式： x/94×2=

26、y/332=z/37.5×2=3472.2/ 228可得：x=2266.57kg,y=5056.01kg,z=1142.17kg所以反應(yīng)后的各物料質(zhì)量如下:雙酚A: 3472.2×(1-95%)= 173.61Kg環(huán)氧氯丙烷： 2701.23-2266.57=434.66Kg HCl： 1142.17Kg環(huán)氧樹(shù)脂： Kg以上計(jì)算可得到下列物料平衡表表44縮合反應(yīng)物料平衡表輸入物料純物質(zhì)質(zhì)量(Kg)輸出物料質(zhì)量(Kg)98%的環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧氯丙烷2701.23環(huán)氧氯丙烷434.66水5.6868惰性雜質(zhì)51.18雙酚A173.695% 的雙酚A雙酚A3298.59水104.1

27、6環(huán)氧樹(shù)脂5056.01惰性雜質(zhì)69.4499.5%的NaOHNaOH1204.54苯1352.26水2.4212惰性雜質(zhì)3.6318惰性雜質(zhì)177.7896%的苯苯1352.26水2.8172水115.09惰性雜質(zhì)53.53HCl1142.17總計(jì)8849.498452.08 收率：95.5%4.3.3回收過(guò)量環(huán)氧氯丙烷：98%環(huán)氧氯丙烷 5冷卻器 5反應(yīng)釜所出物料5圖 45 回收框圖設(shè)冷卻回收率為 97%：對(duì)于輸入物料為一股：環(huán)氧氯丙烷：434.66 Kg對(duì)于輸出物料為一股：環(huán)氧氯丙烷：434.66×97%=421.62Kg由以上計(jì)算可得下列物料平衡表：輸入物料純物質(zhì)質(zhì)量(Kg)

28、輸出物料質(zhì)量g)98% 的環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧氯丙烷434.66環(huán)氧氯丙烷質(zhì)421.62總計(jì)434.66421.62表 4-6回收物料平衡表收率：97%4.3.4 環(huán)氧樹(shù)脂收集：進(jìn)出料框圖如下： 99%的環(huán)氧樹(shù)脂 下層鹽腳 回收脫水釜99%的環(huán)氧樹(shù)脂96%的苯 90%HCI 96%的苯 圖47環(huán)氧樹(shù)脂回收進(jìn)出料框圖出料分三股，設(shè)餾出液為 99%環(huán)氧樹(shù)脂 (含 1%的水和雜質(zhì))，則： 99%的環(huán)氧樹(shù)脂：環(huán)氧樹(shù)脂：5056.01×99%=5005.45 Kg 水：5056.01× 0.8%=40.45 Kg雜質(zhì)：5056.01×0.2%=10.11Kg 苯：1352.26&

29、#215;96%=1298.17Kg 水：1352.26×0.2%=2.70Kg殘余雜質(zhì)：1352.26×3.8%=51.38KgHCl：1142.17×90%= 1027.95Kg水：1142.17×7%=79.95Kg雜質(zhì)：1142.17×3%=34.26Kg 水：40.45+2.70+79.95=123.1kg雜質(zhì)：10.11+51.38+34.26=95.75Kg回收后：環(huán)氧樹(shù)脂：5005.45kg由以上計(jì)算可得下列物料平衡表輸入物料質(zhì)量（Kg）輸出物料純物質(zhì)質(zhì)量（Kg）環(huán)氧樹(shù)脂5056.01成品環(huán)氧樹(shù)脂5005.4苯1352.26HC

30、l1027.95HCl1142.17苯1298.17水123.1水123.1殘余雜質(zhì)95.75殘余雜質(zhì)95.75合計(jì)7769.29合計(jì)7550.37表48 環(huán)氧樹(shù)脂回收物料平衡表收率：97% 第5章 熱量衡算5.1計(jì)算依據(jù)：1.主要依據(jù)能量守恒定律能衡是能量衡算的結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行的，還必須收集有關(guān)物料的熱力學(xué)數(shù)據(jù) (例如比熱容、反應(yīng)熱、相變熱等)2.重要符號(hào)： Cp定壓比熱容 KJ/ (Kg，OC) Cs固體的比熱容KJ/ (Kg,0C) Q-熱量KJ3.主要公式：(1) Q1+ Q2+ Q3=Q4+ Q5+Q6 (5-1) 式中 Q1-一物料帶入到設(shè)備的熱量 KJ Q2加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備和

31、所處理物料的熱量 KJ Q3過(guò)程熱效應(yīng) KJ Q4一一物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量 KJ Q5加熱和冷卻設(shè)備所消耗的熱量 KJ Q6設(shè)備向環(huán)境散失的熱量 KJ （2）q r =q f （5-2） q r =q c （5-3）式中 q r-標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 q f-標(biāo)準(zhǔn)生成熱 q c-標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 -化學(xué)計(jì)量數(shù)， 生成物為正，反應(yīng)物為負(fù)（3）q r（t）= qr o-（t-25）C P （5-4）式中：q r（t）-任意溫度t下的反應(yīng)熱KJ/molqr o -標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 KJ/molt-任意溫度0C(4) 化合物的比熱容C=（1/M）nCa （5-5）式中：M化合物的分子量 n分子中同種元素原子數(shù) Ca元素

32、的原子比熱容（5）有機(jī)化合物的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱與該化合物完全燃燒所需的氧原子數(shù)成直線關(guān)系，即 q c =a+xb （5-6）式中： a、b-常數(shù)，與化合物結(jié)構(gòu)有關(guān) x化合物完全燃燒時(shí)所需的氧原子數(shù)（6）qr o =- q f0KJ/mol （5-7）式中： 反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，反應(yīng)物為負(fù)，生成 物為正(7)間接蒸汽加熱的蒸汽消耗量： D= Q2/ H-C (T-273) (5-8)式中: D-加熱蒸汽消耗量 Kg Q2由加熱蒸汽傳給所處理物料及設(shè)備的熱量 KJ H水蒸汽的熱焓 KJ/Kg C冷凝水的比熱容，可取 4.l8KJ/(Kg×K) T冷凝水的溫度 Kg熱利用率，保溫設(shè)

33、備取 0.97-0.98，不保溫設(shè)備取 0.93-0.95(8)W = Q2/ C (TK-TH) (5-9)式中:W冷卻劑的消耗量 Kg C冷卻劑的平均比熱容 KJ/(Kg)<K) TK -冷卻劑的最終溫度 K TH冷卻劑的最初溫度 K(9)Q2 =KAttm （5-10） 式中：Q2-加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備和所處理物料的熱量 K總傳熱面積· t反應(yīng)時(shí)間 tm-平均推動(dòng)力5.2 常用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)：1. 比熱容：液體的比熱容由藥廠反應(yīng)設(shè)備及車間工藝設(shè)計(jì)（蔣作良） P208表6-4求液體的比熱容和P209公式6-17求固體化合物的比熱容。計(jì)算如下：求雙酚A的比熱容(M =157.

34、56g/mol)： C=( 1/ 157.56)×(6×7.535+4×9.628+1×25.953+1×25.953+2×16.74) = 1. 07KJ/(Kg.0C ) CP= 168.4288×10-3KJ/ mo1.0C求NaOH的比熱容 (M=39.995 g/mol)：C= (1/ 39.995)×(25.953+16.74+ 9.628)= 1.308KJ/(Kg.0C ) CP = 52.321×10-3 KJ/mo1.0C求苯的比熱容 (M=117.16 g/mol): C= (1/1

35、17.16)×(8×7.535+7×9.628+1×25.953) = 1.730KJ/Kg.0C) CP= 202.73×10-3KJ/ mo1.0C求環(huán)氧氯丙烷的比熱容 (M=46 g/mol)： C= (1/46)×(41.7+ 28.3+ 44) = 2.478KJ/(Kg.0C ) Cp= 113.99×10-3KJ/mol .OC求水的比熱容 (M=18 g/mol)： C=40184KJ/(Kg.OC)求甲苯的比熱容(M=49 g/mol)C= (1/49)×(1×25.953+1×

36、;7.535+1×25.953) = 1.213 KJ/mol .OC CP =39.44 41×10-3 KJ/ mo1.0C2. 汽化熱：查化工原理（陳敏恒）附錄可得： 苯：1gH=202Kcal/mol=845.73Kj/Kg 水：1gH=539 Kcal/mol=2256.69 Kj/Kg 甲苯：1gH=363 Kj/Kg3.溶解熱和反應(yīng)熱：由于這兩種過(guò)程熱計(jì)算較為復(fù)雜，故把它放在后面根據(jù)具體需要進(jìn)行計(jì)算。5.3縮合工段熱量衡算：1 反應(yīng)崗位：過(guò)程中需要滴加苯，在半小時(shí)內(nèi)滴加完畢。加溫至30度時(shí)，關(guān)閉冷凍節(jié)門，攪拌反應(yīng)4小時(shí)。縮合工段反應(yīng)崗位的溫度變化過(guò)程如下：溫度

37、 70 oCoC 保持50 oC2h 水降溫 25 oC 保持溫度反應(yīng)2h 20 oC 25oC 時(shí)間 h 解 51 反應(yīng)溫度變化圖如上圖所示絡(luò)合反應(yīng)中溫度的變化分為五個(gè)階段，其中在50oC-25 oC這一段要用冰鹽水降溫，由于冰鹽水的制迨成本較高，所以應(yīng)回收利用，這里把其用量作為計(jì)算重點(diǎn)，所以進(jìn)行計(jì)算。 初始溫度為 50oC，末態(tài)溫度為 25 oC，故Q3=0 (1)求Q1： 對(duì)于環(huán)氧氯丙烷：QIA =(96.908+35.12)×2.434×(-25+50)=61105.57KJ 對(duì)于氫氧化鈉：QlB =180.89×l.308×(-25+50)=5

38、916.23 KJ 對(duì)于雙酚 A：QlC =126.63×l.074×(-25+50)=3400.02 KJ 對(duì)于苯：QID =103.37×l.730×(-25+50)=4470.75 KJ 對(duì)于水：QIE= (86.14+0.38+0.26+2.15+482.60)×4.184×(-25+50) = 59782.04 KJ Q1=- QIA +QIB+IC +QID +QIE =134674. 61 KJ (2)求Q4.,Q5，Q6： 因?yàn)槟B(tài)溫度與基準(zhǔn)溫度相同 所以Q4=0，Q5=Q6=0(與環(huán)境溫度相差不大)(3)求Q2： O

39、2=-Q1=-13467.61 KJ(4)求冰鹽水的用量： 取 Q2的絕對(duì)值，則： W=Q2/ C (Tk-Th)取冰鹽水的平均比熱容:C=4.0 KJ/(Kg.OC), Tk =0 , Th -10則每天消耗的冰鹽水：W=134674.61KJ/4.0×0-(-10)=3366.87 Kg1. 保溫反應(yīng) 2h階段： 基準(zhǔn)溫度為 25，初態(tài)溫度和末態(tài)溫度均為 25又因?yàn)?Q5+Q6=5%(Q4+Q5+Q6)，所以Q5=0，Q6=0(1)標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱與生成熱的換算：qf0+qc0 =nqc0求qf 0（標(biāo)準(zhǔn)生成熱KJ/mol）A.求雙酚A的q c X=11.5a=390.2 b=215.

40、37q c=390.2+11.5×215.37=2866.96KJ/molB.環(huán)氧氯丙烷的q c X=19.5q c=20.51+19.5×218.3=4277.36KJ/mol（2）求Q3：反應(yīng)方程式如下：NaOH2 + + 2HClCp52.321 168.4288 153.629 238.6258 59.4441 75.6單位：10-3 KJ/ mo1.0Cqr0 =77.53-（-52.321-168.428-153.629+238.625+59.441+75.60）×5×10-3 =77.526KJ/molQ3=77.526×126.

41、63×1000×95%/157.5=59214.36KJ（3）求Q2:Q2=Q4+Q5+Q6+Q1-Q3=-59214.36KJ(4)球冰鹽水的用量：取Q2的絕對(duì)值，則：W=Q2/C(Tk-Th) (4-14)取冰鹽水的平均比熱容：C=4.0 KJ/ （Kg.0C），Tk=00C ，Th=100C 則每天消耗的鹽水：W=59214.36KJ/4.00-(-10)=1480.36Kg 第6章 設(shè)備選型 6.1計(jì)算條件確定6.1.1 操作工時(shí)與生產(chǎn)周期的確定：工 段工序操作工時(shí)（h）縮合備料投料（環(huán)氧氯丙烷、雙酚A1.00自然升溫0.5保溫2.00回收過(guò)量環(huán)氧氯丙烷0.50處理

42、降溫0.50苯回收2.00環(huán)氧樹(shù)脂回收0.50處理產(chǎn)品0.756.1.2 日生產(chǎn)批次和反應(yīng)釜個(gè)數(shù)的確定：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(yīng)采用一日多批量生產(chǎn)，若采用多個(gè)反應(yīng)釜進(jìn)行生產(chǎn)，設(shè)備成本將大大提高，在節(jié)省開(kāi)支及時(shí)間等因素的考慮下，應(yīng)采用間歇式操作，每天生產(chǎn)1批每批2個(gè)流程，采用2套反應(yīng)設(shè)備。6.2 縮合工段反應(yīng)崗位的設(shè)備選型：1.物料體積計(jì)算：各純物質(zhì)體積計(jì)算列表：表 62 縮合工段反應(yīng)崗位物料體積表物質(zhì)質(zhì)量 m (kg)密度(kg/l)體積v （l)雙酚A8395.621.1957025.62 NaOH3529.812.151641.77環(huán)氧氯丙烷8825.211.18

43、7478.99苯4060.520.884614.23則每批物料的總體積為：Vd =（7025.62+1641.77+7478.99+4614.23）/9=20760.61/9=2306.73L2.反應(yīng)釜的選型：由物料衡算求出每天需處理的物料體積后，即可進(jìn)行計(jì)算反應(yīng)釜的實(shí)際容積，公式如下：nVT =Vd（/）/24 （6-1） 式中:Vd -每天需處理的物料體積；VT-反應(yīng)釜的容積；-反應(yīng)釜的裝料系數(shù)；-每批操作需要的反應(yīng)時(shí)間；/ -每批操作需要的輔助時(shí)間；n-反應(yīng)釜應(yīng)安裝的個(gè)數(shù)；-反應(yīng)釜生產(chǎn)能力的后備系數(shù)。計(jì)算時(shí)，在反應(yīng)釜的容積VT 和臺(tái)數(shù)n這兩個(gè)變量中必須先確定一個(gè)，由于臺(tái)數(shù)一般不會(huì)很多，通

44、常可以用幾個(gè)不同的n值來(lái)算出相應(yīng)的VT值，然后再?zèng)Q定采用哪一組n和VT 值比較合適。在本次設(shè)計(jì)中由于產(chǎn)量不大，因此設(shè)定：/ =24 ，n=1；其中，取1.1，取0.75根據(jù)公式nVT =Vd（/）/24得出:VT =(2306.73×24×1.1/（24×0.75×1） =3075.64L查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（下）：選取公式容積為3000L搪玻璃開(kāi)式攪拌容器，其中重要參數(shù)為A=9.3m2，另外選取六葉直葉圓盤渦輪攪拌器。3.校核傳熱面積：由于縮合反應(yīng)釜是采用夾套冷卻，且選用冰鹽水作為冷卻介質(zhì)，所以傳熱系數(shù)計(jì)算如下：求釜側(cè)傳熱膜系數(shù)1：1 =0.73(/D)

45、(nd2)0.65(CP/)0.33(/w)0.24 (6-2)式中：1釜側(cè)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(zhuǎn)速rps； 液體的密度kg/ m2； Cp液體的比熱J/ (kg.K)； 液體的導(dǎo)熱系數(shù)W/ (m.K)； 液體在釜內(nèi)溫度時(shí)的粘度 Pa. S; w液體在壁溫時(shí)的粘度Pa. s；在此計(jì)算中個(gè)，各參量如下：D=1600mm=1.6m； d= 800mm=0.8m；n= 80r/min= 80/60rps；=（969.08+18.89+126.63+103.37+526.96+35.12)/2053.76 =0.95Kg/m2查化工原理

46、 (陳敏恒)可得到各組分Cp。代入公式：=80%乙醇+20%水=0.172×80%+0.599×20%=0.2574W/（m.K）=80%乙醇+20%水 =1.15×80%+1.005×20%=1.121mPa=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 1 = 0.73(0.2574÷1.6)(80/60×0.802×950/1.210)0.65×(2670×1.121×10-3/0.2647)0.33 =1480.24W/(m2.K) 求夾套側(cè)傳熱膜系數(shù)2：De=D1-DN=1600-1450=150mm=0.15m （5-4）則Re=Deu/其中：-水在夾套內(nèi)的流速m/s：Re=0.15&#