年產(chǎn)5萬噸酸樹脂涂料的車間工藝設(shè)計

年產(chǎn)5萬噸酸樹脂涂料車間工藝設(shè)計指導(dǎo)教師姓名專業(yè)技術(shù)職務(wù)副教授 ABSTRACT 第一章緒論 1 1.1.1醇酸樹脂的發(fā)展 1.1.3國外發(fā)展狀況 21.1.4醇酸樹脂生產(chǎn)前景 21.2醇酸樹脂的組成 31.2.1植物油 31.2.2多元醇 1.2.3多元酸 41.2.4溶劑 5 51.2.6催干劑 51.3醇酸樹脂的分類 51.4醇酸樹脂的合成工藝 6 6 71.4.3熔融法和溶劑法 7 7第二章醇酸樹脂的工藝流程 2.1本設(shè)計選用的生產(chǎn)工藝 2.1.1醇酸樹脂合成方法的選擇 2.1.2醇酸樹脂縮聚工藝的選擇 2.1.3醇酸樹脂催化劑的選擇 2.1.4醇酸樹脂催干劑的選擇 2.1.5醇酸樹脂防結(jié)皮劑的選擇 2.1.6醇酸樹脂輔料的選擇 2.1.7醇酸樹脂植物油的選擇 2.1.8醇酸樹脂多元醇的選擇 2.1.9醇酸樹脂溶劑的選擇 2.1.10醇酸樹脂終點控制的選擇 2.1.11醇酸樹脂加熱和冷卻方式的選擇 2.1.12本設(shè)計的創(chuàng)新之處 2.2醇酸樹脂生產(chǎn)條件設(shè)計 2.2.1主要原料及參數(shù) 2.2.2生產(chǎn)醇酸樹脂的規(guī)格 2.3配方設(shè)計 2.4生產(chǎn)工藝及流程 2.4.1醇酸樹脂生產(chǎn)工藝 第三章醇酸樹脂的物料衡算 3.1原始數(shù)據(jù)及所需技術(shù)資料 3.2對反應(yīng)釜的物料衡算 3.3兌稀罐的物料衡算 3.4整個系統(tǒng)的物料衡算 第四章醇酸樹脂的能量衡算 204.1反應(yīng)釜的熱量衡算 204.1.1計算依據(jù)及基準 20 204.2冷卻水消耗量 4.2.1反應(yīng)釜需移走的熱量 4.2.2兌稀釜需移走的熱量 4.2.3所需冷卻水總計 4.3電能消耗量 22第五章設(shè)備的選擇 5.1反應(yīng)釜的設(shè)計 5.1.2反應(yīng)釜容積的計算 5.1.3封頭的選擇 23 5.1.5法蘭的選擇 5.1.6接管的選擇 5.1.7雷諾數(shù)的計算和攪拌器功率的計算 5.1.8反應(yīng)釜設(shè)計圖 5.2兌稀罐設(shè)計 5.2.1兌稀釜容積的計算 265.3冷凝器設(shè)計 265.3.1傳熱面積的計算 5.3.2冷凝器的選型 275.4填料塔的設(shè)計 5.4.1塔徑的計算 5.4.2填料層高度的計算 5.5泵的設(shè)計 285.5.1離心泵體積流量的計算 285.5.2輸送丙三醇的泵 295.5.3輸送醇酸樹脂涂料的成品泵 5.6工藝設(shè)備一覽表 第六章醇酸樹脂生產(chǎn)中常出現(xiàn)的問題 306.1常見問題及對策 第七章車間設(shè)備布置設(shè)計 7.1車間設(shè)備布置的原則 7.1.1車間設(shè)備布置設(shè)計 7.1.2車間設(shè)備布置的原則 7.1.3車間設(shè)立面布置的原則 327.2車間設(shè)備布置 7.2.1車間設(shè)備平面布置 7.2.2車間設(shè)備立面布置 第八章公用工程 8.4通風(fēng) 33參考文獻 34 山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)I醇酸樹脂由于綜合性能好，原料廣泛，不依賴石油產(chǎn)品，性價比高，一直以來都是產(chǎn)量最大的樹脂之一。醇酸樹脂涂料在涂料中占據(jù)重要地位，為中高檔涂料的主要產(chǎn)品。醇酸樹脂涂料是由多元醇、二元酸和植物油酯化而得的。本設(shè)計采用溶劑法制備醇酸樹脂。本設(shè)計是生產(chǎn)5萬噸醇酸樹脂涂料的車間設(shè)計，主要通過對醇酸樹脂進行物料衡算，能量衡算，反應(yīng)釜、兌稀罐、填料塔等工藝設(shè)備的設(shè)計及選型，從而繪制出工藝流程圖、物料流程圖、生產(chǎn)車間的立面圖和平面圖。同時，根據(jù)需要對車間進行設(shè)計，繪制出車間布置圖。關(guān)鍵詞：醇酸樹脂溶劑法反應(yīng)釜車間設(shè)計Alkyresinhasbeenoneofthelargestresinbecauseofgoodcomprehensiveperformance,awiderangeofrawmaterialsandnotdependentonpetroleumproducts.Alkyresincoatingplaysanimportantpositioninthecoatingandinthehigh-gradecoatingproducts.Alkyresinpaintiscomposedofpolyol,vegetableoilandpolybasicacid.Thedesigncarrysolventmethodtopreparetoalkydresin.Thedesignistoproduce50000tonsofalkyresincoatingandtodesignworkshopofthealkyresincoating.Andthearticleistodesignmaterialbalance,energybalanceandselectreactionkettle,dilutedtank,packedtoweranddrawtheprocessflowdiagramandflowchartofmaterials,andworkshop.Accordingtothedesignofworkshopofthealkyresincoating,Idrawaworkshoplayout.Keywords:alkyresin;solventmethod;reactionkettle;designworkshop山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計1第一章緒論●19世紀中期德國合成了醇酸樹脂。●1912年美國通用電氣公司用鄰苯二甲酸酐和甘油經(jīng)縮合制成醇酸樹脂，代替電絕緣材料——蟲膠?！?927年美國R.H.基恩爾利用樹脂性質(zhì)依多元酸而異的特點，開發(fā)出適于各種用途的醇酸樹脂的制造方法，特別是用苯酐或順酐制造涂料用樹脂，同年由通用電氣公司進行工業(yè)化生產(chǎn)。●醇酸樹脂用于涂料對涂料工業(yè)來說，是一個新的突破，是涂料發(fā)展史上重要的轉(zhuǎn)折點，使涂料突破了傳統(tǒng)的以干性油和天然樹脂合并熬制油漆，而真正成為化學(xué)工業(yè)的部門-涂料?！衲壳?，醇酸樹脂涂料產(chǎn)量很大，約占涂料工業(yè)總量的20%～25%。1.1.2國內(nèi)發(fā)展狀況醇酸樹脂漆類是我國發(fā)展最早的合成樹脂漆，也是產(chǎn)量最大、質(zhì)量穩(wěn)定的一類合成樹脂漆。自六十年代以來，涂料行業(yè)就連續(xù)多年進行質(zhì)量評比，以達到互相促進、提高質(zhì)量之目的。醇酸樹脂和由該樹脂制造的涂料，在我國涂料工業(yè)中占有重要的地位始終為中高檔涂料的主要產(chǎn)品。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1998~2001年，我國醇酸樹脂漆與其他含醇酸樹脂的氨基、硝基漆、過氯乙烯漆、聚氨酯漆的產(chǎn)量占據(jù)著涂料市場的主要份額[1]。詳見表1-1表1-1我國醇酸樹脂涂料產(chǎn)量今年狀況1998產(chǎn)量及占總產(chǎn)量比例1999產(chǎn)量及占總產(chǎn)量比例2000產(chǎn)量及占總產(chǎn)量比例2001產(chǎn)量及占總產(chǎn)量比例醇酸樹脂漆348719/30.99363962/21.8327299/27.07349168/25.61氨基漆58538/5.2399277/5.9598584/8.15硝基漆59333/3.5548501/4.0152232/3.87過氯乙烯漆686/0.048200/0.61聚氨酯漆30055/2.67從表中數(shù)據(jù)可以看出，醇酸樹脂涂料產(chǎn)量大，品種多，應(yīng)用廣泛，市場前山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計2景廣闊，可以稱為涂料工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。其中，用中油度干性醇酸樹脂制成的涂料，是醇酸樹脂涂料中主要的一類，其特點是能常溫干燥，干燥速率也比一般油基涂料快。它的涂膜戶外耐久性好，可達三年以上。另外它的漆膜光亮豐滿，平整堅韌，對金屬有很好的附著力，因此廣泛用于金屬木材表面的涂覆，一般大中型交通車輛、電機機械設(shè)備以及其他一些不易烘烤的工業(yè)制品等，大都采用配套的醇酸膩子、底漆、磁漆來噴涂，不僅裝飾效果好，而且比其他油基涂料能大大延長被涂飾物的使用壽命，其中以木制品尤佳；而用長油度干性醇酸樹脂制成的涂料，可比中油度醇酸樹脂涂料涂覆性能好，柔韌保光，便于施工，特別是用于井架、橋梁、電塔、大型廠房等鋼鐵結(jié)構(gòu)制件的噴漆。因此，醇酸樹脂涂料及其他含有醇酸樹脂的改性產(chǎn)品傳入我國后即迅速得到推廣應(yīng)用[2l。第一次世界大戰(zhàn)后，化學(xué)工業(yè)的大發(fā)展，為醇酸樹脂的發(fā)展提供了條件。特別是以催化氧化法生產(chǎn)苯二甲酸酐的出現(xiàn)，為醇酸樹脂提供了充足又易于生產(chǎn)的廉價原料，以此，醇酸樹脂走上快速發(fā)展的道路。從1931年溶劑法醇酸樹脂制造開始，1938年醇酸樹脂與脲醛樹脂縮合成功，1942年苯乙烯改性醇酸樹脂出現(xiàn)，1952年觸變性醇酸樹脂研制成功，1955年水溶性醇酸樹脂誕生，1967年無油醇酸樹脂投入工業(yè)化生產(chǎn)。到了21世紀的今天，各種有新原料改性的醇酸樹脂不斷出現(xiàn)，他們的質(zhì)量、性能更好。在國外，醇酸樹脂涂料始終占據(jù)著30%左右的涂料生產(chǎn)市場。1.1.4醇酸樹脂生產(chǎn)前景醇酸樹脂的生產(chǎn)工藝經(jīng)過多年改進完善，日漸成熟，與其它的生產(chǎn)具有對設(shè)備要求不高，所需原材料來源廣泛，市場前景廣闊的特點，更對生產(chǎn)廠家充滿了生產(chǎn)工藝上，如果在醇酸樹脂中加入有機溶劑、催化劑，就可以制成常溫干燥的C01-1醇酸清漆和C30-11醇酸干烘絕緣漆等。如果加入顏料、填充劑、溶劑、催化劑和其他原料，又可制成常溫自干性膩子、底漆、防銹漆和各種花色的醇酸瓷漆。醇酸樹脂還可以與硝化棉、聚氨酯樹脂、氨基樹脂、丙烯酸樹脂、有機硅樹脂及過氧乙烯樹脂等匹配。制成硝基漆、聚氨酯漆、氨基漆、丙烯酸漆、有機硅漆、過氧乙烯漆等涂料品種，豐富了涂料的品種。從施工應(yīng)用講，醇酸樹脂既可采用刷涂、噴涂，又可浸涂。能自干又能低溫烘干。由于它有這些優(yōu)良性能和廣泛的用途，所以醇酸樹脂具有范圍廣，品種多，需求量大的特點。但是，像其他所有漆一樣，醇酸樹脂也有其缺點，如在漆膜硬度、耐水與耐堿、干燥性、打磨行等方面均有不足，這些缺點客觀上制約了醇酸山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計3樹脂的發(fā)展。一次醇酸樹脂要想得到更好的發(fā)展，就需要不斷改進，不斷地吸取國外在醇酸樹枝上的研發(fā)成果，提高自身的品質(zhì)3]。1.2醇酸樹脂的組成生產(chǎn)醇酸樹脂的主要原料可分四類：一是精制植物油類；二是多元醇類；三是多植物油使用最多的是豆油、亞麻油和脫水蓖麻油。植物油使用時需精制，如不精制去除雜質(zhì)，會直接影響制漆的質(zhì)量，并給生產(chǎn)工藝帶來困難。植物油中的雜質(zhì)主要有：①混入油中的機械雜質(zhì)和固體雜質(zhì)；②與水形成乳化的雜質(zhì)，如蛋白質(zhì)、黏液質(zhì)以及樹脂類雜質(zhì)等；③溶于油中的雜質(zhì)，如游離酸、磷脂、色素、生育酸以及烴類蠟等。生產(chǎn)醇酸樹脂通常對植物油進行堿漂和土漂處理，堿漂和土漂處理的工藝過程稱為“雙漂”。這是因為用堿精制的植物油，可以除去油中過量的游離酸、磷脂、蛋白質(zhì)、黏液和機械雜質(zhì)。它也成為“單漂”?！皢纹焙蟮闹参镉涂捎糜谥圃煊托云帷６a(chǎn)醇酸樹脂，還要對單漂后的植物油用酸性漂土，用以吸附除去色素，降低顏色。植物油的質(zhì)量指標包括①外觀、氣味②密度③黏度④酸值⑤皂化值和酯值⑥不皂化物⑦熱析物⑧碘值。部分植物油主要物性見表1-2表1-2部分植物油主要物性油度酸值碘值皂化值密度色澤(鐵鈷比色桐油0.936～0.940亞麻油0.927～0.938豆油0.921～0.928妥爾油脫水蓖麻油蓖麻油0.936～0.9400.926～0.937681～910.955～0.964椰子油7.5～10.5253～2680.917～0.9194山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計4醇是帶有羥基官能團的有機化合物。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、丙二醇等。根據(jù)醇羥基的位置，分為伯羥基、仲羥基和叔羥基。羥基的活性順序：伯羥基>仲羥基>叔羥基。常見多元醇的基本物性見表1-3表1-3醇酸樹脂合成常用多元醇的物性單體名稱結(jié)構(gòu)式分子量熔點(沸點)(℃)密度(g/cm3丙三醇(甘油)CH?OHCHOHCH?OH92.0918(290)1.26三羥甲基丙烷H?CH?CC(CH?OH)?季戊四醇乙二醇HO(CH?)?OH二乙二醇HO(CH?)?O(CH?)?OH丙二醇脂肪酸；多元酸包括鄰苯二甲酸酐、間苯二甲酸酐、對苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐等。一元酸主要用于脂肪酸法合成醇酸樹脂，各種有機酸的性能不同，對應(yīng)制備樹脂性能各異。一些有機酸物性見表1-4。1-4常見多元酸的物性單體名稱狀態(tài)分子量熔點(℃)酸值碘值苯酐(PA)固間苯二甲酸固順丁烯二酸酐固苯甲酸固豆油酸液山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計5常用溶劑有200號溶劑油、甲苯、二甲苯、重芳烴、醋酸丁酯等。溶劑的特性及作用。(1)溶解涂料成膜物質(zhì)；(2)增加涂料的貯存穩(wěn)定性；(3)能賦予涂料良好的成膜性能；(4)能賦予涂料良好的施工性能。若使用醇解法合成醇酸樹脂，醇解時需使用催化劑。醇解催化劑可以加快醇解速度，且使合成的樹脂清澈透明，其用量一般占油量的0.02%。聚酯化反應(yīng)也可以加入催化劑，主要是有機錫類。催干劑是醇酸涂料的主要助劑，其作用是加速漆膜的氧化、聚合、干燥，達到快干的目的。以鈷、錳鹽和一些氧化態(tài)存在的金屬皂最為常用。1、醇酸樹脂按加入油的種類不同分類：(1)干性油醇酸樹脂由高不飽和脂肪酸或油脂制備的醇酸樹脂，可以自干或低溫烘干，溶劑用200號溶劑油。該類醇酸樹脂通過氧化交聯(lián)干燥成膜。干性油漆膜的干燥需要很長時間，原因是它們分子量較低，需要多步反應(yīng)才能形成交聯(lián)的大分子。醇酸樹脂相當于大分子的油，只需少量交聯(lián)點，即可使漆膜干燥，漆膜性能當然也遠超過干性油漆膜。直接涂刷成薄層，在室溫與氧作用下轉(zhuǎn)化成連續(xù)的固體薄膜，可制成自干型與烘干型的清漆及磁漆。(2)不干性油醇酸樹脂其不能直接用作涂料，而是與其他種類樹脂混合作用。(3)半干性油醇酸樹脂其性能在干性油醇酸樹脂性能和不干性油醇酸樹脂性能之間。2、醇酸樹脂按油和苯酐的含量不同分類：醇酸樹脂中的油含量對醇酸樹脂性能影響很大，油含量以油度表示，定義如下：油度(OL)的含義是醇酸樹脂配方中油脂的用量Wo與樹脂理論產(chǎn)量Wr之比，以%表示：OL=Wo/Wr×100%。酸樹脂的品種見表1-5山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計6表1-5醇酸樹脂的品種品種油的含量苯酐含量短油度醇酸樹脂中油度醇酸樹脂長油度醇酸樹脂極長油度醇酸酯1.4醇酸樹脂的合成工藝醇酸樹脂的制備方法按所用原料的不同可分為四種，即醇解法、酸解法、脂肪酸法以及脂肪酸-油法。工藝上可分為溶劑法和熔融法兩種。下面主要介紹醇直接用植物油作原料合成醇酸樹脂，可以降低成本。如果將油(蓖麻油除外)、甘油、苯二甲酸酐直接混合在一起，加熱酯化，不能成為均勻?qū)?，總是分為兩層，上層是油，下層是甘油和苯二甲酸酐形成的聚酯，反映到一定程度即行膠化，而上層依然是油，所以必須采用有效地步驟，以改變這種狀態(tài)，將有先有甘油醇化，生成甘油的不完全脂肪酸酯，再與苯二甲酸酐酯化，這樣在酯化時就能形成均相醇解是直接用植物油制造醇酸樹脂過程中一個極端重要的步驟。它是影響醇酸樹脂分子量分布和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，醇解作用的目的是制成甘油的不完全脂肪酸聚酯，特別是甘油一酸酯。醇解反應(yīng)在油相內(nèi)進行，是可逆反應(yīng)。反應(yīng)達到平衡后，體系有甘油一酸酯、油和甘油等組分。其中，甘油一酸酯是得到的產(chǎn)物，含兩個羥基，可與二元酸反應(yīng)生成大分子樹脂。采用精制油醇解，使用堿性催化劑可使醇解易于進行。甘油一酸酯在醇解平衡體系的含量標志醇解反應(yīng)的深度，至少占25%左右才可得到透明均一的醇酸樹脂溶液。甘油一酸酯含量高，不僅醇酸樹脂透明度好，而且分子量分布窄，涂膜耐水性好，硬度提高。催化劑能加快達到醇解平衡的時間，但不能改變醇解深度。由于醇解反應(yīng)是可逆反應(yīng)，甘油一酸酯的含量只能達到一定高度，雖然增加多元醇對油的分子比可以增加醇解深度，但一個適當?shù)拇妓針渲浞?，醇超量是有限制的，一般醇酸樹脂醇解產(chǎn)量中甘油一酸酯含量在50%~65%。醇解法生產(chǎn)醇酸樹脂的工藝一般是：在惰性氣體保護下，加入油，在攪拌情況下升溫至220~250℃,然后加入多元醇和催化劑，維持反應(yīng)釜內(nèi)溫度220~250℃山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計7進行醇解。當醇解達到終點時，加入多元酸(酐),并在210~260℃下進行聚酯化反應(yīng)，得到醇酸樹脂。醇解終點的控制：用測定反應(yīng)物中甘油一酸酯含量來確定醇解反應(yīng)終點是比較準確的，可采用高碘酸氧化法測定，也可用色譜法測定。但測定速度比較慢，不符合生產(chǎn)控制的要求。實際生產(chǎn)中采用甲醇或乙醇溶解度法測定醇解反應(yīng)程度。測試樣醇溶解度法是根據(jù)油(蓖麻油除外)原來是不溶于甲醇或乙醇的，又是非極性的，醇是極性的。隨著醇解反應(yīng)的進行，油逐漸轉(zhuǎn)變成甘油一酸酯、甘油二酸酯，極性變大。與醇類的混溶度也隨著增大，甘油一酸酯的含量越大與醇的相互混溶度的越大。具體操作為取1mL醇解物于試管內(nèi)，在規(guī)定溫度下以一定的濃度的無水甲醇或乙醇進行滴定，至開始渾濁作為終點。所用甲醇或乙醇的毫升數(shù)為容忍度。醇容忍度與甘油一酸酯的含量對一個配方有其對應(yīng)值，故可用來說明在固定條件下甘油一酸酯的含量。也可用醇解液的電阻變化來判定醇解終點。此法不需取樣，適應(yīng)性強，并可用電腦控制，其原理是反應(yīng)物料在醇解過程中電阻值逐漸降低到最低值，然后電阻達到平衡，指示出醇解終點。1.4.2脂肪酸法所用原料是從植物油中制的脂肪酸或合成的脂肪酸，制造醇酸樹脂時，可將脂肪酸、多元醇、多元酸一起投入反應(yīng)釜中加熱酯化，可獲得均相的醇酸樹脂。脂肪酸法的優(yōu)點是生產(chǎn)工時短，和醇解法相比，其生成的醇酸樹脂分子量比較窄，并且分布較均勻，其分子側(cè)鏈排列也較規(guī)整，對稱性增加，樹脂粘度小(在相同反應(yīng)程度下相比),因此脂肪酸涂膜耐久性提高。缺點是用油制備脂肪酸，增加了工序，增加消耗，提高成本。醇解反應(yīng)是通過酯化反應(yīng)，逐步聚合成大分子，反應(yīng)中產(chǎn)生水，必須及時排除體系之外，以保證酯化反應(yīng)正常進行。用通惰性氣體與出口排氣法排除酯化反應(yīng)生成的水成為熔融法，用二甲苯與反應(yīng)水形成共沸物蒸出以除去反應(yīng)水的方法成為溶劑法。熔融法是將反應(yīng)物熱煉，通惰性氣體(CO?)鼓泡把酯化反應(yīng)水帶出液面，反應(yīng)器出口處排氣裝置帶出，并通過補集器回收帶出的苯酐，苯酐易升華，易隨氣體帶出反應(yīng)器。其優(yōu)點是設(shè)備附件少，投資少。但所得樹脂顏色較深，突出的缺點是苯酐損失量大，且苯酐的損失隨惰性氣體(CO?)氣體通入量大小，排氣量大小變化，難以按預(yù)定的配方制得所要求的醇酸樹脂，性能不穩(wěn)定。國內(nèi)外多用溶劑法取代，溶劑法減少了苯酐的損失，能按設(shè)計的配方制的預(yù)定性能的醇酸樹脂，樹脂分子量分布比熔融法均勻，顏色淺。1.5醇酸樹脂的進展山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計8醇酸樹脂是美國通用電氣公司Kienle于1927年提出的。自問世以來，醇酸樹脂以其原料來源廣泛，配方靈活，善于通過種種改性而賦于各種性能特色而成為涂料行業(yè)用量最大、用途最廣的合成樹脂。在涂料行業(yè)合成樹脂中應(yīng)用比例可達70%,對涂料的性能有著決定性的影響。由醇酸樹酯調(diào)配的醇酸漆到目前為止仍然是涂料市場上最重要的涂料品種之一，其產(chǎn)量約占涂料工業(yè)總量的傳統(tǒng)的不飽和油(脂肪酸)改性的醇酸樹脂分子中具有羥基、羧基、雙鍵、酯基等反應(yīng)基團，還可以通過化學(xué)合成途徑引入其他活性基團，使醇酸具有能廣泛進行化學(xué)改性的基礎(chǔ)。醇酸樹脂分子極性主鏈和非極性側(cè)鏈，能夠與很多樹脂及化合物較好混溶，為醇酸進行各種物理改性提供了條件?，F(xiàn)在合成化學(xué)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了很多可以用來改性的單體，化學(xué)制劑和新型樹脂，這為醇酸樹脂的多方面改性創(chuàng)造了條件。(一)物理改性將改性劑在合適溫度下用機械方法混溶在醇酸樹脂中，在混溶和成膜過程中與醇酸樹脂并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種改性成為物理改性。主要的物理改性見表表1-6醇酸樹脂的物性改性劑醇酸性能改進備注硝基纖維束不干性或干性油的短、中油醇酸改性干率、硬度、耐化學(xué)藥品性、耐溶劑型；缺點：固體分低，耐久性差，柔韌性降低類似的改性有其他纖維素橡膠及其衍生物聚碳酸酯自干性中、長油醇酸樹脂亞麻油、橡膠籽油、脫水蓖麻油醇酸改性干率、柔韌性、硬度、耐磨性、防火性和耐水性；缺點：耐溶劑性較差改性干率、硬度、耐水性、耐化學(xué)藥品性、抗劃傷型和絕緣性；缺點：貴缺點：價格貴一些合成橡膠的氯化產(chǎn)品可以和環(huán)氧樹脂改性醇酸相比(二)化學(xué)改性化學(xué)改性是將改性劑和醇酸樹脂分子中反應(yīng)基團起化學(xué)反應(yīng)(在和其成膜過程中)分為改性劑起羧基和羥基作用及雙鍵作用的反應(yīng)三大類。山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計9(1)改性劑起羧基作用的化學(xué)改性聚氨酯的改性聚氨酯醇酸因價格比其他的聚氨酯涂料便宜，使用的溶劑要求不高，而又比醇酸干性好、硬度高，對化學(xué)藥品穩(wěn)定而廣泛得到應(yīng)用。聚氨酯改性醇酸可用于木材底漆、清漆和各種低材的磁漆。聚氨酯改性醇酸分為聚氨酯油和聚氨酯醇酸。制取氨酯油和聚氨酯醇酸一般分兩步法：植物油醇解(或脂肪酸酯化)和引入氨基鍵。第一步：制取用植物油或它們的脂肪酸改性的含羥基齊聚物。第二步：借助醇解物(或脂肪酸酯化物)中過量的羥基和二異氰酸酯相互作用制取氨酯油和聚氨酯醇酸，進行生成氨基甲酸酯的反應(yīng)。(2)改性劑起羥基作用的化學(xué)反應(yīng)環(huán)氧樹脂的改性環(huán)氧樹脂改性醇酸樹脂可以提高醇酸樹脂的耐熱、耐水性、耐堿性。改性漆膜附著力。環(huán)氧樹脂可以在合成過程或成膜過程中引入醇酸樹脂。環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基和醇酸中羧基和羥基反應(yīng)B.醇酸樹脂合成過程中引入環(huán)氧樹脂這一改性主要指改性氣干性醇酸樹脂，干性植物油和多元醇進行醇解后，降溫加入醇酸樹脂，與醇解物進行反應(yīng)，然后加苯酐酯化。環(huán)氧樹脂分子量不要過大，加量不能多，否則樹脂粘度不易控制，產(chǎn)品不透明，還可能影響氣干性。還可以用環(huán)氧樹脂，干性油脂肪酸、苯酐和多元醇進行合成反應(yīng)制成環(huán)氧樹脂改性氣干性醇酸樹脂。環(huán)氧樹脂加入5%以上，涂膜性能就可以獲得改進。這種改性醇酸樹脂可以用于水稀釋型橋梁防腐涂料。(3)利用雙鍵反應(yīng)的化學(xué)改性苯乙烯類改性醇酸樹脂的耐水、耐堿和耐化學(xué)品性比較劣于很多成膜物質(zhì)。用苯乙烯改性的醇酸樹脂可以克服醇酸樹脂的上述不足。制備苯乙烯化醇酸有四種普遍方法：A、脂肪酸苯乙烯化后然后用甘油、苯酐酯化B、植物油苯乙烯化后用甘油醇解形成單甘油酯，然后用苯酐酯化C、預(yù)制成的單甘油酯苯乙烯化后用多元酸酯化D、脂肪酸的苯乙烯化山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計第二章醇酸樹脂的工藝流程2.1本設(shè)計選用的生產(chǎn)工藝2.1.1醇酸樹脂合成方法的選擇(1)成本低；(2)工藝簡單以控制(3)原料腐蝕性小經(jīng)分析比較，選醇解法合成醇酸樹脂。醇酸樹脂的合成在縮聚工藝上可分為熔融法和溶劑法。溶劑法與熔融法相比(1)減少了苯酐的損失；(2)能按設(shè)計的配方制的預(yù)定性能的醇酸樹脂，樹脂分子量分布比熔融法均(3)制的醇酸樹脂顏色淺。經(jīng)分析比較，選擇溶劑法合成醇酸樹脂2.1.3醇酸樹脂催化劑的選擇醇酸樹脂用催化劑大多是堿金屬鹽類，它們有氧化鉛、氧化鈣、氫氧化鋰等。一般認為氧化鉛做催化劑反應(yīng)速度最快，而且能提高樹脂制漆后的漆膜耐水，硬度等性能。缺點是：(2)采用兩步法生產(chǎn)，如果反應(yīng)釜長期不清洗，氧化鉛經(jīng)高溫氧化可還原成鉛沉在反應(yīng)釜底，始終影響熟知的顏色，同時由于數(shù)量的損耗，醇解效果也受影響；(3)油中的某些雜質(zhì)可能使其中毒，失去催化劑的作用。為克服氧化鉛的的缺點，可以采用氫氧化鋰做催化劑，它能提高醇酸樹脂的經(jīng)分析比較，選擇氫氧化鋰作催化劑。2.1.4醇酸樹脂催干劑的選擇醇酸樹脂常用的催干劑是鈷干料、鋅干料和鈣干料三種。鈷干料的主要作用能加快氧化聚合性樹脂漆膜氧化干燥的有機酸金屬皂。鈷干料催干效應(yīng)高，不受濕度和溫度的影響。是干料中的主干料，干料有很強的傳遞氧的作用，能使涂料表干加快，但單獨使用，易造成表面結(jié)膜封閉，里層干燥山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計緩慢，起皺皮。因此，常用與其他干料配合使用效果更佳。鋅干料是干料中的助干料，長與鈷干料聯(lián)合使用。其作用是提高主干料的催化作用，同時推遲氧化的油分子局部的快速聚合，使其聚合全面而均勻。其又是良好的濕潤劑，便于貯藏。鈣干料也是干料中的助干料，作用基本與鋅干料基本相同。因此，選擇鈷干料和鋅干料為醇酸樹脂的催干劑。2.1.5醇酸樹脂防結(jié)皮劑的選擇醇酸樹脂用防結(jié)皮劑主要是甲乙酮肟。在醇酸樹脂的生產(chǎn)中用來防止表面氧化和結(jié)皮。在城模時因易于揮發(fā)而不同于別的漆膜的干燥。因此，選擇甲乙酮肟作醇酸樹脂的防結(jié)皮劑。2.1.6醇酸樹脂輔料的選擇醇酸樹脂常用輔料有燒堿、乙醇、KOH標液、酚酞、CO?和濾布等。燒堿白色固體，易溶于水，受潮后吸收CO?成為Na?CO?,它具有強堿性，易腐蝕，去油污性強。乙醇為白色透明液體，濃濃酒味。乙醇易溶于水，與甲苯混合的溶劑，可溶解樹脂。乙醇在終點測定中具有一定的作用。KOH標液，堿性溶液，可中和醇酸樹脂反應(yīng)中的游離酸。反應(yīng)中的游離酸決定醇酸樹脂的反應(yīng)程度。因此用KOH標液測酸值來測定醇酸樹脂的反應(yīng)程度。酚酞用來標定KOH的量。酚酞在酸性條件下為無色，中性條件為粉紅色，堿性條件為深紅色。當KOH的量加到剛能達到飽和狀態(tài)時，酚酞就由無色轉(zhuǎn)為CO?氣體從醇酸樹脂生產(chǎn)反應(yīng)一開始就應(yīng)接通，直到反應(yīng)終結(jié)關(guān)閉，它在反應(yīng)中起封閉物料，防止氧化，促進攪拌的作用。濾布起過濾作用，用來除掉樹脂中所所含雜質(zhì)與顆粒較大物質(zhì)，使樹脂清澈透明和均勻。因此，選燒堿、乙醇、KOH標液、酚酞、CO?和濾布作醇酸樹脂的輔料。2.1.7醇酸樹脂植物油的選擇植物油的油度過長或過短都對生產(chǎn)要求較嚴，油度越長，醇解速度越慢，醇解溫度越高，醇解時間越長，容忍度越小，故選用生產(chǎn)中油度的樹脂。選用的植物油，必須經(jīng)過精制以除去油中的游離脂肪酸、色素、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)。而植物油的碘值越大，則醇解速度就越快。如亞麻油(碘值174)>豆油(碘值125～140)>玉米油(碘值114)>棉籽油(碘值102)。為減短醇解時間，本設(shè)計將采用經(jīng)過雙漂的亞麻油。山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計2.1.8醇酸樹脂多元醇的選擇在相同條件下，多元醇的醇解速度規(guī)律是：三羥甲基丙烷>甘油>季戊四醇。如果多元醇用量增加，其醇解速度則相應(yīng)加速。甘油和三羥甲基丙烷的含量和質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響，如果含量偏低，將影響醇解，酸值下降很慢，反應(yīng)終點很難控制，同時也能影響到樹脂色澤等質(zhì)量問題，所以一定要嚴格控制原材料的質(zhì)量。鈉法生產(chǎn)的季戊四醇熔點比鈣法的熔點要低，醇解時的溫度一定要達到其熔點的溫度，否則就不能使醇解物形成均相體系，并導(dǎo)致醇解緩慢使反應(yīng)時間過長而對質(zhì)量不利。季戊四醇含有鹽類等雜質(zhì)，會影響到樹脂質(zhì)量。鈉法生產(chǎn)的季戊四醇如有甲酸鈉存在會引起樹脂色澤變深；鈣法生產(chǎn)的季戊四醇如有甲酸鈣則會引起透明度下降。工業(yè)季戊四醇不是純凈物，由于季戊四醇之間會發(fā)生醚化反應(yīng)，在季戊四醇中會存在著二季戊四醇、三季戊四醇等。若二季戊四醇、三季戊四醇等雜質(zhì)量過大，會使生成物粘度上升過快，影響樹脂的質(zhì)量，增加樹脂凈化的難考慮以上因素及原料成本，本設(shè)計將采用甘油作為多元醇。2.1.9醇酸樹脂溶劑的選擇因為在酯化工段時需要用二甲苯與酯化過程生成的水共沸蒸出，故選用二甲苯作為溶劑，同時，為降低成本，再選用200號溶劑油作為溶劑與二甲苯混合使二甲苯不溶于水，能與乙醇、乙醚、芳香烴和脂肪烴溶劑混溶。由于其溶解力強，揮發(fā)速度適中，是短油醇酸樹脂、乙烯樹脂、氯化橡膠和聚氨酯樹脂的主要溶劑。也是瀝青和石油瀝青的溶劑，在硝基纖維素涂料中可用做稀釋劑。在二甲苯中加入20%～30%的正丁醇，可提高二甲苯對氨基樹脂漆料和環(huán)氧樹脂等的溶解力。由于二甲苯既可以用于常溫干燥涂料，也可用于烘漆，因此是目前涂料工業(yè)中應(yīng)用面最廣，使用量最大的一種溶劑。200號溶劑油的溶解力屬中等范圍，可與很多有機溶劑互溶?？扇芙馍?，精制油，也可溶解低粘度的聚合油。但對高粘度的聚合油溶解能力差。酚醛樹脂漆類、酯膠漆料，醇酸調(diào)合樹脂及長油度醇酸樹脂可以全部用200號油漆溶劑油溶解。中油度醇酸樹脂需要和少量芳香烴一起使用，短油度醇酸樹脂及其他合成樹脂不能用200號油漆溶劑油溶解。除此之外，甘油松香酯，改性酚醛樹脂，達馬樹脂，天然瀝青和是由瀝青都可以溶于200號油漆溶劑油，所以它在涂料工業(yè)2.1.10醇酸樹脂終點控制的選擇一般都采用甲醇或乙醇容忍度方法以及電導(dǎo)測定法(醇解儀)來測試和控制山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計醇解反應(yīng)終點。1.甲醇容忍度法甲醇容忍度法主要常用于短油度和中油度甘油醇酸樹脂產(chǎn)品中控制醇解物的終點。具體的做法是取1體積反應(yīng)混合物與3體積無水甲醇混合，在25℃下，如能得到透明溶液，即達到醇解終點，否則應(yīng)繼續(xù)醇解。2.乙醇容忍度法乙醇容忍度法用于長油度甘油醇酸樹脂和季戊四醇醇酸樹脂產(chǎn)品中控制其醇解物的終點。具體的做法是取1體積反應(yīng)混合物與4體積95%乙醇混合，在25℃下，如能得到透明溶液，即達到醇解終點，否則應(yīng)繼續(xù)醇解。3.電導(dǎo)測定法電導(dǎo)測定法又叫醇解儀法，該法是利用電導(dǎo)儀的兩個電極裝入反應(yīng)釜內(nèi)，在醇解過程中，觀察儀表上的電導(dǎo)率曲線變化，待電導(dǎo)率曲線升到高峰點(即拐點)后，又突然下降，然后曲線再趨向平衡，此刻的高峰點就作為醇解終點。電導(dǎo)測定法雖然簡便，但是不夠準確，因為本設(shè)計生產(chǎn)中油度醇酸樹脂，因此采用甲醇的容忍度法進行終點控制。2.1.11醇酸樹脂加熱和冷卻方式的選擇(1)加熱方式：本工藝的加熱主要是針對反應(yīng)釜的加熱升溫，溫度需達到200攝氏度以上，查閱相關(guān)資料后，決定采用熱導(dǎo)油循環(huán)加熱。熱導(dǎo)油采用電熱絲加(2)冷卻方式：由于反應(yīng)過程不需要溫度急速下降，所以采用冷卻水冷卻的方式，使用后的冷水繼續(xù)打回冷水池循環(huán)使用，在冷水池上方加裝一臺大風(fēng)扇加速循環(huán)水的降溫。2.1.12本設(shè)計的創(chuàng)新之處通過回流系統(tǒng)的改進來提高酯化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。溶劑法一般采用二甲苯與水共沸法蒸出反應(yīng)生成的水，水和二甲苯蒸汽經(jīng)冷凝后進入分離器，將水排出體系外，如果二甲苯和水分離不好，二甲苯夾帶少量的水回到反應(yīng)釜，將使酯化時間延長，樹脂的透明度差。所以本設(shè)計為了使二甲苯和水很好地分離，是用填料塔代替通常的蒸出管，分水后的溶劑不直接回流入反應(yīng)釜中，而是用循環(huán)泵打入填料塔頂部，回流液與釜內(nèi)蒸出的共沸物蒸汽在填料塔內(nèi)進行良好的傳熱傳質(zhì)，使共沸物蒸汽中夾帶的低分子多元醇、脂肪酸冷卻流回反應(yīng)釜，以減少低分子反應(yīng)物的損失。進入反應(yīng)釜的冷溶劑在填料塔內(nèi)被初步加熱，進入反應(yīng)釜后不致使反應(yīng)物溫度波動過大，減少熱量的消耗。2.2醇酸樹脂生產(chǎn)條件設(shè)計山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計表2-1醇酸樹脂的主要原料及參數(shù)主要原料化學(xué)式熔點/℃沸點/℃相對密度甘油苯二甲酸酐亞麻油二甲苯200號溶劑油2.2.2生產(chǎn)醇酸樹脂的規(guī)格油度：50%純度：50%表2-2所生產(chǎn)醇酸樹脂的規(guī)格粘度酸值/mgKOH/固體份醇酸樹脂是一類重要的涂料用樹脂，它是以多元醇、多元酸及植物油(或高級不飽和脂肪酸)為原料合成的一種油改性聚酯。它的出現(xiàn)使涂料工業(yè)打破了以干性油與天然樹脂為傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，使涂料工業(yè)走上了現(xiàn)代化的化學(xué)合成的工業(yè)道路，開創(chuàng)了涂料工業(yè)的新紀元。醇酸樹脂的合成原料豐富、品種多、合成工藝簡單、配方變化大。另外在干燥速率、附著力、光澤、硬度、保光性和耐候性等方面遠遠優(yōu)于天然的油性漆；醇酸樹脂不僅可單獨使用，而且還可同其他樹脂配伍；它可應(yīng)用于各種底材。因此，自1927年工業(yè)化生產(chǎn)以來，醇酸樹脂漆已成為一類重要的涂料品種。據(jù)統(tǒng)計，目前醇酸樹脂占涂料用樹脂產(chǎn)量的40%。所以，醇酸樹脂合成配方的理論研究具有重要的實際意義[19]。(1)官能團有機化合物分子中能起化學(xué)反應(yīng)作用的活性基團稱為官能團，如甘油分子中含三個羥基，官能團為3,苯酐分子有兩個羧基參與反應(yīng)，官能團為2。醇酸樹脂反應(yīng)的平均官能度Fav=反應(yīng)中總的官能團數(shù)/反應(yīng)物的總分子數(shù)=(A+B)/C。如果醇超量，F(xiàn)av=2A/C。A、B、C為多元酸、多元醇的當量數(shù)數(shù)山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計和反應(yīng)物的總的分子數(shù)。(2)醇超量R=B/A,體系中醇的總的當量數(shù)與酸的總的當量數(shù)之比，植物油要分解為甘油與脂肪酸兩部分，分別計入醇與酸的總的當量數(shù)中。OH%超量=(R-1)×100%,若只考慮外加醇的%過量，則有OH%超量=(r-1)×100%(r為不考慮植物油分解產(chǎn)生的甘油和脂肪酸，體系中醇的當量數(shù)與酸的當量數(shù)之比)。(3)醇酸樹脂常數(shù)KK=C/A,K=1是一個理論常數(shù)，在實際配方計算中可使K稍大。2.3.2配方計算按油度計算配方，油度=油量/樹脂理論值×100=油量/(多元醇+多元酸+油量-酯化產(chǎn)生的水)。按解方程方法得：油量=要求的油度，%×(酯化苯酐的多元醇的量+苯酐的量+過量多元醇的量-酯化產(chǎn)生的水的量)÷(100-要求的油度，%)在這個關(guān)系式中，油度已知為50%,假設(shè)多元酸二甲酸酐為1mol(2當量),則酯化2當量的苯二甲酸酐所需多元醇為2當量，酯化產(chǎn)生的水為18g,只有“過量多元醇”為未知，可以根據(jù)經(jīng)驗從表2-3中查的。表2-3油度與苯酐酯化過量羥基數(shù)的關(guān)系[12]苯酐酯化過量羥基數(shù)0005注：a.多元醇為甘油；b.羥基過量數(shù)是外加多元醇對外加多元酸的羥基過量數(shù)，是OH%超量，有(r-1)×100%的來。由所設(shè)計的醇酸樹脂的油度為50%,根據(jù)上述計算方法計算配方，由表2-2知油度為50%的醇酸樹脂其過量羥基數(shù)為10%,苯二甲酸酐當量值為74,甘油的當量值為30.7。由油量=油量=要求的油度，%×(酯化苯酐的多元醇的量+苯酐的量+過量多元醇的量-酯化產(chǎn)生的水的量)÷(100-要求的油度，%)=50×(2×30.7+2×74+2×30.7×10%-18)÷(100-50)=197.54則醇酸樹脂的配方為：亞麻油甘油苯二甲酸酐山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計按當量表示：苯二甲酸酐=148÷74=2.000表2-4配方解析成分加料量kgABC樹脂成分%亞麻油0.70550.7055甘油(油內(nèi))0.70550.2354干油0.7341苯酐總計413.08理論出水量醇酸樹脂的量注：其中，A、B、C分別是酸的當量數(shù)，醇的當量數(shù)，物質(zhì)總的摩爾數(shù)。羥基與羧基的比值R=B/A=2.9055/2.7055=1.074催化劑用量控制在植物油質(zhì)量的0.02%~0.06%所以我們?nèi)〈呋瘎㎜iOH=197.54×0.04%=0.08測凝膠點的一個經(jīng)驗方法：二元酸摩爾數(shù)/多元醇摩爾數(shù)<1二元酸摩爾數(shù)為1,甘油摩爾數(shù)為0.7341,亞麻油摩爾數(shù)為0.7055所以凝膠點=1÷(0.7341+0.7055)=0.695<1所以此配方可行，反應(yīng)不發(fā)生凝膠。2.4生產(chǎn)工藝及流程醇酸樹脂的工藝流程要經(jīng)過醇解反應(yīng)、酯化反應(yīng)、稀釋、過濾四道工序完成。如圖2-2醇酸樹脂的工藝流程圖山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計200200號溶劑油醇解LiOH苯酐CO?氣體醇酸樹脂二甲苯亞麻油甘油助劑酯化過濾稀釋圖2-2醇酸樹脂的工藝流程圖2.4.1醇酸樹脂生產(chǎn)工藝(1)醇解反應(yīng)1、將亞麻油、甘油全部由原料高位槽加入反應(yīng)釜內(nèi)(醇解和酯化在同一反應(yīng)釜內(nèi)進行),開動攪拌。通入二氧化碳，升溫，在1小時內(nèi)升溫至120℃,停止攪拌加LiOH催化劑，再開動攪拌。2、在1小時內(nèi)升溫至200℃,保持至取樣測定到醇解終點。(2)酯化反應(yīng)3、醇解后，在20分鐘內(nèi)分批加入苯二甲酸酐。4、加完苯二甲酸酐后，停止通二氧化碳，立即加入部分二甲苯，同時升溫。5、在2小時內(nèi)升溫至200℃,保持1小時。6、再以2小時升溫至230℃,保持1小時后開始取樣測量酸值、黏度、顏色，做好記錄。(3)稀釋7、當黏度達到8-11s時立即停止加熱，關(guān)閉反應(yīng)釜出氣閥門，通入二氧化碳，將反應(yīng)液壓入至兌稀釜，冷卻到150℃加入200號油漆溶劑油，剩下的二甲苯制成樹脂溶液。(4)過濾8、冷卻到60℃以下通過過濾器過濾，輸入貯存罐貯存并檢驗。第三章醇酸樹脂的物料衡算衡算公式：進料量=出料量+損失量山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模：50000t/a生產(chǎn)時間：年工作日330天，每天工作24小時。生產(chǎn)方式：連續(xù)式生產(chǎn)生產(chǎn)量：每天1批其產(chǎn)品是50%醇酸樹脂溶液，其中每天醇酸樹脂含量為75.75t,溶劑200號溶劑油15.15t,二甲苯為56.64t,用于回流的二甲苯為3.96t。3.2對反應(yīng)釜的物料衡算反應(yīng)釜的物料進出情況如下圖3-1苯酐，二甲苯亞麻油甘油醇解酯化醇酸樹脂二甲苯水圖3-1反應(yīng)釜的進出料情況所以進料量=亞麻油+甘油+苯酐+二甲苯出料量=醇酸樹脂+水根據(jù)設(shè)計要求，每天生產(chǎn)50%醇酸樹脂的量為：根據(jù)生產(chǎn)工藝，在反應(yīng)釜內(nèi)主要進行的醇解反應(yīng)和酯化反應(yīng)根據(jù)配方，在醇解階段需投入：亞麻油(雙漂)=197.54÷395.08×75.75t=37.88t甘油(95%)=67.54÷395.08×75.75=12.95t酯化階段需加入：二甲苯一般加入量占反應(yīng)總物料的4%~6%,假設(shè)加入二甲苯占總物料的5%,由總物料=37.88t+12.95t+28.38t=79.21t,所以，加入二甲苯的量=79.21×5%=3.96t(二甲苯不參與反應(yīng)，隨醇酸樹脂一起進入兌稀罐)。山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計所以，進料量約等于出料量，反應(yīng)釜物料平衡。3.3兌稀罐的物料衡算兌稀罐的物質(zhì)進出情況如下圖3-2200號溶劑油200號溶劑油二甲苯100%醇酸樹脂二甲苯50%醇酸樹脂兌稀罐圖3-2兌稀罐的物質(zhì)進出情況根據(jù)生產(chǎn)工藝可知，在兌稀罐里主要是醇酸樹脂的兌?。核赃M料量=100%醇酸樹脂+二甲苯+200號溶劑油出料量=50%醇酸樹脂溶液根據(jù)設(shè)計要求，每天需生產(chǎn)100%醇酸樹脂的量50%醇酸樹脂的溶液的量為50000t/330=151.5t所以，進料量=出料量3.4整個系統(tǒng)的物料衡算整個系統(tǒng)物質(zhì)進出情況如下圖3-3山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計亞麻油、苯酐甘油、二甲苯200號溶劑油50%的醇酸樹脂涂料水圖3-3整個系統(tǒng)物料進出情況進料量=亞麻油+苯酐+甘油+二甲苯+200號溶劑油出料量=50%的醇酸樹脂涂料+水=151.5+3.45=154.95t忽略誤差，進料量=出料量，所以，整個系統(tǒng)物料守恒。第四章醇酸樹脂的能量衡算4.1反應(yīng)釜的熱量衡算間歇式生產(chǎn)熱量衡算基本方程式：Q物料帶入+Q熱負荷=Q物料帶出+Q熱損失化學(xué)熱量衡算一般方程式：Q?+Q?+Q?=Q?+Qs+Q?其中：Q?所處理的物料帶入設(shè)備的熱量；Q?換熱劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量(符號規(guī)定加熱劑加入熱量為Q?化學(xué)過程的反應(yīng)熱與伴隨的溶解或蒸發(fā)等物理過程所放出或吸Q?離開設(shè)備物料帶走的熱量；Q?消耗于設(shè)備中對各個部分(釜身、封頭、釜底等)加熱的熱量；Q?設(shè)備向周圍散失的熱量，又稱熱損失。4.1.2熱量計算山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(1)由于各種物料都是在常溫(25℃)下加入，設(shè)其為基準，即Q?=0。(2)在反應(yīng)釜內(nèi)進行的反應(yīng)主要有醇解反應(yīng)與酯化反應(yīng)，根據(jù)經(jīng)驗，該反應(yīng)熱相對于總熱量較小，可忽略，所以，Q?=0。(3)由工藝條件可知離開設(shè)備的物料主要為醇酸樹脂(75.75t)和二甲苯(3.96t),離開溫度為230℃,進入溫度為25℃。查得醇酸樹脂的比熱容為二甲苯的比熱容為Q?2=Cp?×m?×△t=1.7×3.96×1000×(230-25)(4)查閱資料《化工工藝設(shè)計》后，按經(jīng)驗設(shè)：Qs+Q?=15%Q2。所以，反應(yīng)釜內(nèi)傳遞的總熱量Q?=4.73×10?KJ4.2冷卻水消耗量4.2.1反應(yīng)釜需移走的熱量由生產(chǎn)工藝可知，反應(yīng)釜冷卻水主要用于對共沸汽的冷凝回流。1.7KJ/(Kg·℃),沸點為139℃;水的氣化潛熱為2258.4KJ/Kg,比熱容為4.183KJ/(Kg.℃),沸點為100℃,二甲苯與水的共沸點為92℃。蒸發(fā)出的二甲苯、水出冷凝器的溫度為50℃。4.2.2兌稀釜需移走的熱量由生產(chǎn)工藝可知，兌稀釜的冷卻水主要用于對從反應(yīng)釜生產(chǎn)出來的醇酸樹脂查得醇酸樹脂的比熱容為2.5KJ/(Kg·℃),由工藝條件可知△t=230-150=80℃4.2.3所需冷卻水總計所以，總熱負荷Qo=Q7+Q8+Q9=9.08×10?KJ+1.02×10?KJ+1.52×10?KJ山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計C:水的比熱容，4.183KJ/(Kg·℃)△T:水的始溫差，℃(設(shè)水的出口溫度為25℃,出口溫度為30℃)4.3電能消耗量由生產(chǎn)工藝可知，本設(shè)計主要加熱設(shè)備為反應(yīng)釜，所以熱量主要消耗在反應(yīng)釜上。而熱量主要由熱媒提供，設(shè)其提供總熱量為Q?o。E(KW·h)=Q?o/n=5.74×10?KJ÷3600÷0.9=1.77×10?KW-hn:電熱器的效率(取0.9)第五章設(shè)備的選擇本設(shè)計選用專用醇酸樹脂反應(yīng)釜，該反應(yīng)釜采用夾套式傳熱，以導(dǎo)熱油進行加熱，而導(dǎo)熱油直接由電熱管進行加熱，其中攪拌器選用螺帶式攪拌器。由于在反應(yīng)過程中有腐蝕性物質(zhì)的加入，所以材料應(yīng)選用耐腐蝕材料。對該反應(yīng)器選用鎳鉻不銹鋼，0Cr18Ni9.鋼板標準為GB4237。在100℃下的允許用應(yīng)力為114Mpa。5.1.2反應(yīng)釜容積的計算由生產(chǎn)工藝可知，該反應(yīng)為間歇式反應(yīng)。間歇反應(yīng)釜的反應(yīng)釜容積計算公式(5-1)為：公式(5-1)公式(5-1)注：V為反應(yīng)釜的容積t:每批操作周期(t=24h);m:反應(yīng)釜臺數(shù)(m=3);φ:裝料系數(shù)，通常取D=0.7-0.8(取φ=0.8);山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計Vc:每批處理的物理量，m3;每批處理的物料如下表5-1表5-1每批處理物料量甘油苯酐亞麻油二甲苯處理量/t相對密度圓整，取公稱容積為32m3的反應(yīng)釜。實際裝料系數(shù)為φ=0.77,符合要求。根據(jù)《GB9845-88鋼制機械攪拌容器型式及主要參數(shù)》,公稱容積為32m3,反應(yīng)釜高H=4000mm反應(yīng)釜內(nèi)徑D=3000mm根據(jù)上述計算結(jié)果，在查閱相關(guān)設(shè)備制造商的資料及生產(chǎn)產(chǎn)品類型后，決定采用常州市聚能鍋爐設(shè)備有限公司的反應(yīng)釜。所選反應(yīng)釜的規(guī)格如下表5-2:表5-2反應(yīng)釜規(guī)格內(nèi)鍋直徑mm夾套直徑mm電動機功率kw減速機型號攪拌轉(zhuǎn)速r.p.mBLB450-11-45該反應(yīng)設(shè)計壓力為1.01×105Pa,設(shè)計溫度為350℃所以容器壁厚δd=PDi/(2[o]tφ-P)+C=1.01×3000÷(2×114×1-1.01)+0.8=14.15mm公式中[o]t=114MpaC=0.8對壁厚圓整取δd=15mm封頭選取標準橢圓形封頭。根據(jù)筒體的內(nèi)徑和橢圓形封頭標準(JB1154-73),材料為：16MnR,選擇封山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計頭的參數(shù)如下表5-3:表5-3封頭參數(shù)公稱直徑Dg/mm曲面高度h1/mm直邊高度h2/mm厚度S/mm內(nèi)表面積F/m2容積V/m3質(zhì)量G/kg支座選取耳式支座A型，帶墊板，墊板材料與筒體材料相同。根據(jù)支座標準JB4725,所選支座的參數(shù)如下表5-4:表5-4支座參數(shù)允許載荷適用范圍容器直徑高度H底板筋板L?b?墊板L?b?E地腳螺栓dM法蘭選擇乙型平焊法蘭，墊片選擇非金屬軟墊片，石棉橡膠板，法蘭材料為16MnR,螺栓材料為40MnVB,螺母材料40Mn。所選法蘭參數(shù)如下表5-5:表5-5法蘭參數(shù)pN/MPDN/m螺柱法蘭/mm螺柱??056634516211827M2484山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計液體進料的進料時間定為60min。流體流速為2m/s,流體為丙三醇進料體積V=m/p=12.95×103/1260=10.28m3體積流量Vs=V/t=10.28÷3600=0.003m3/s進料管內(nèi)徑d=0.044m取標準內(nèi)徑為45mm。所以進料管選公稱直徑為45mm的普通無縫鋼管。液體出料的出料時間定為60min,且物料為高粘流體，設(shè)流速u為1m/s。設(shè)醇酸樹脂密度為990kg/m2則出料體積V=m/p=75.75×103÷990=75.52m3體積流量Vs=V/t=75.52÷3600=0.021m3's進料管內(nèi)徑d=0.164m取標準內(nèi)徑為168mm。所以進料管選公稱直徑為168mm的普通無縫鋼管。由于被攪拌流體黏度很高，且攪拌的作用是要將物料充分混合，所以攪拌漿葉的形式選為螺帶式攪拌漿。其具體設(shè)計參數(shù)如下：攪拌漿直徑d=0.95D=0.95×3000=2850mm;螺距S=d;b/d=1/10;攪拌漿高度Hm=d+h=2850+800=3650mm,h為封頭高度；攪拌轉(zhuǎn)速n=10r/min;攪拌器底部與反應(yīng)釜底部的距離C=0.01d=28.50mm。5.1.7雷諾數(shù)的計算和攪拌器功率的計算μ:液體黏度，Pa:s公式(5-2)取d=600mm,所以，p平=(0.93×47.82%+1.26×11.17%+1.53×41.01%)×1000=1213kg/m3山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計查得亞麻油、甘油在25℃的黏度分別為200mPa·s、45mPa·s。所以μ=(200×37.88÷(37.88+12.95)+45×12.95÷(37.88+12.95))]×103取n=2.5r/sRe>4000流動類型屬于湍流。由功率準數(shù)Np與雷諾數(shù)Re的關(guān)系曲線l20:得功率準數(shù)為Np=6由攪拌器的功率P=Nppn3d?=6×1213×2.53×0.6?=8842.77W=8.84KW見圖紙公式(5-3)V=(V?+V?)/φ公式(5-3)V?:每批處理的醇酸樹脂量，m3;V?:每批兌入溶劑量，m3;φ:裝料系數(shù)，取中=0.8。每批處理的物料，表5-6表5-6每批處理的物料量二甲苯200號溶劑油處理量/t密度/g/cm3V?=74.15m3(前面已計算);分三臺兌稀罐進行兌稀，所以每臺兌稀罐的V=196.8÷3=65.6m3。設(shè)計兌稀罐的規(guī)格為φ5000×3500mm。5.3冷凝器設(shè)計山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計由前已經(jīng)計算出冷凝器需移走的熱量(在酯化過程蒸發(fā)出的二甲苯、水，由生產(chǎn)經(jīng)驗可知，流出時間約1小時)。Q=9.08×10?KJ+1.02×10?KJ=1.01×107KJ(能量衡算：4.2.1反應(yīng)釜需移走的熱量)由工藝測得蒸發(fā)出的二甲苯、水出冷凝器的溫度為50℃,二甲苯進冷凝器的溫度為150℃,冷凝水進口溫度為25℃?！鱰=(△ti-△t?)ln(△t?/△t?)=[(150-50)-(50-25)]÷1n[(150-50)÷(50-25)]=104℃由于循環(huán)冷卻水易結(jié)垢，為便于水垢清理，應(yīng)使循環(huán)水走管程，蒸出物走殼程，選用φ25×2的不銹鋼管，管內(nèi)流速取μ=0.5m/s,循環(huán)冷卻水在25℃下的物性數(shù)據(jù)為：μ=8.973×10?Pa·s;p=997.0kg/m3;Cp=4.1785kJ/(kg℃);λ=0.60825W/(m·℃)查得：殼程的傳熱系數(shù)αo=290W/(m2·℃);污垢熱阻Rsi=0.000344W/(m2·℃);Rso=0.000172W/(m2·℃)管壁的導(dǎo)熱系數(shù)λ=45W/(m2·℃)do=0.021md=0.025mdm=(do+d;)/2=0.023mb=0.002m1/K=do/(a;d;)+Rsi(do/d;)+bdo/(λdm)+Rso+1/a?代入數(shù)據(jù)解得：K=112W/(m2.℃)所以，冷凝器的傳熱面積S=Q/(K△T)=2.81×10°/(112×104)=241m2,分三臺冷凝器冷凝，所以每臺冷凝器的傳熱面積S=80.3m2故取公稱面積為80m2的冷凝器。根據(jù)上述計算結(jié)果，在查閱相關(guān)設(shè)備制造商的資料及生產(chǎn)產(chǎn)品類型后，決定采用無錫市政海石化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的列管式換熱器。選用設(shè)備規(guī)格如下：根據(jù)生產(chǎn)需要，選用列管式冷凝器，形式為固定管板式，材料選不銹鋼管。管子長度選4000mm,尺寸為φ25×2.5。見下表5-7表5-7冷凝器參數(shù)表公稱直徑/mm管程數(shù)管子數(shù)換熱面積/m2管程截面積/m22山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計5.4填料塔的設(shè)計D=V[Vs/(π/4*u)]Vs:氣體體積流量，m3/s;公式(5-4)[21]為質(zhì)量流量，水的質(zhì)量為3.45t,二甲苯質(zhì)量為3.96t。共沸溫度為92℃,此時水蒸氣密度為463.6kg/m3,二甲苯密度為360kg/m3。所以，Vs=V水蒸氣+V二甲苯=2.13×10?m3/s選擇，三臺填料塔，所以，每臺填料塔通過的氣體流量為7.1×10?m3/s。根據(jù)經(jīng)驗值一般取u=0.2~1.0m/s,取u=0.3m/s,根據(jù)經(jīng)驗，D<0.5m時，填料塔高度H=2D=0.034m5.5泵的設(shè)計5.5.1離心泵體積流量的計算用離心泵抽取清水供給冷凝器。位置最高的冷凝器位于4層，高度約25m,故應(yīng)選用揚程大于20m的離心泵(見4.4.1反應(yīng)釜需移走的熱量)體積流量Qw=Qm/p=96.6m3/h(由生產(chǎn)工藝知醇解時間約5h)。(2)兌稀釜冷凝器的流量：W(Kg)=Q÷(C×△T)兌稀釜需移走的熱量),所以最大質(zhì)量流量Qm?=7.27×10?÷3=2.42×10kg/h,體積流量Q?=Qm?/p=242m3/h(由生產(chǎn)工藝知冷卻時間約3h),故清水泵應(yīng)滿足最大體積流量需求：Q=Qv+Qw?=338.6m3/h,分三臺離心泵進行抽取清水，所以每臺離心泵需滿足的體積流量Qv=112.9m3/h。山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計根據(jù)上述計算結(jié)果，在查閱相關(guān)設(shè)備制造商的資料及生產(chǎn)產(chǎn)品類型后，決定采用上海上一泵業(yè)制造有限公司生產(chǎn)的S型單級雙吸清水離心泵。表5-8所選S型單級雙吸清水離心泵性能參數(shù)。表5-8s型單級雙吸清水離心泵性能參數(shù)型號流量m3/h必需汽蝕余轉(zhuǎn)速r/min電動機功率5.5.2輸送丙三醇的泵該泵主要輸送丙三醇溶液，輸送溫度t=25℃。無腐蝕性。正常流量Vs=所以根據(jù)化工工藝手冊選泵：屏蔽泵B流量0.1—400m3/h揚程10—240m溫度-70—3805.5.3輸送醇酸樹脂涂料的成品泵反應(yīng)液黏度定為0.26pa.s,密度p=1290Kg/m3屏蔽泵B流量0.1—400m3/h揚程10—240m溫度-70—3805.6工藝設(shè)備一覽表圖5-9工藝設(shè)備一覽表編號設(shè)備名稱規(guī)格1合成反體積設(shè)計溫度設(shè)計壓力材質(zhì)攪拌器形式軸功率應(yīng)釜3螺帶式2冷凝器公稱壓力換熱面積列管管徑列管長度3旋風(fēng)公型號流量設(shè)計溫度設(shè)計壓力山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計4離器原料貯罐WF-2DH5催化劑貯罐6原料計量罐7催化劑計量罐8真空緩沖罐9生成水計量罐原料泵型號揚程介質(zhì)丙三醇工作溫度催化劑泵氫氧化鋰真空泵空氣第六章醇酸樹脂生產(chǎn)中常出現(xiàn)的問題6.1常見問題及對策(1)問題：醇解液沒有隨乙醇的增加而變渾，反應(yīng)變清[21]分析：醇解過程已完成，醇解液渾濁是由于多元醇過量。對策：檢查配方加入量是否正確。(2)問題：樹脂乳化分析：可能原因是冷凝器漏水，沒有及時分水，水就進入了反應(yīng)釜。對策：將樹脂中的水脫去。采用二甲苯回流將水帶出。(3)問題：酯化時漲釜分析：①加料時，由于加料過快，溫度過高，或原料含水過多，使得反應(yīng)水和其他水分蒸發(fā)不及時，造成漲釜；②加料后升溫過急，酯化溫度過高，反應(yīng)劇烈，短時間即生成大量水，不易消散蒸發(fā)；③油水分離器內(nèi)水位過高，造成回流溶劑夾帶大量水溢回。[22山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計對策：①加料時如發(fā)現(xiàn)漲釜，應(yīng)立即停止加料，封閉釜口，進行降溫，減小回流。跟據(jù)實際情況，把原料分批投入，必須使用合格的原料；②加料后升溫過急及保溫酯化溫度過高造成漲釜，立即降溫，減小脫水溶劑回流，并通過視鏡不斷觀察釜內(nèi)情況，如發(fā)現(xiàn)打沫器不能消除大量的泡沫，可考慮適量加一點硅油(投料量的十萬分之一),絕對不可多用，以免影響以后的制漆效果。當狀況消除后，在較低溫度下保溫一段時間，然后緩慢升溫到規(guī)定溫度保溫酯化；③酯化過程中，應(yīng)經(jīng)常查看油苯水分離器中的水位情況，及時排放酯化水，以免回溢到釜內(nèi)引起瀑沸。(4)問題：黏度增長緩慢，酸值下降快。分析：多元酸少加或多元醇及油脂多加。對策：檢查配料情況，如配料錯誤，則按配方調(diào)整補齊。第七章車間設(shè)備布置設(shè)計1、從經(jīng)濟和壓降觀點出發(fā)，設(shè)備布置應(yīng)順從工藝流程，但若與安全、維修和施工矛盾時，允許有所調(diào)整l23]。2、根據(jù)地形、主導(dǎo)風(fēng)向等條件進行設(shè)備布置，有效的利用車間建筑面積(包括空間)和土地(盡量采用露天布置及建筑物能合并者盡量合并)。3、明火設(shè)備必須布置在處理可燃液體或氣體設(shè)備的全年最小頻率風(fēng)向的下側(cè)，并集中布置在裝置(車間)邊緣。4、控制室和配電室應(yīng)布置在生產(chǎn)區(qū)域的中心部位，并在危險區(qū)外。5、充分考慮本裝置(車間)與其他部門在總平面布置圖上的位置，力求緊湊、聯(lián)系方便，縮短輸送管線，達到節(jié)省管材費用及運行費用的目的。7、所采取的勞動保護、防火要求、防腐蝕措施要符合有關(guān)標準、規(guī)范的要9、設(shè)備安全通道、人流、物流方向應(yīng)錯開。車間平面布置首先必須適合全廠總平面布置的要求，應(yīng)盡可能使個車間的平山東輕工業(yè)學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計面布置在總體上達到協(xié)調(diào)、整齊、緊湊、美觀，相互融合，渾成一體。其次，必須從生產(chǎn)需要出發(fā)，最大限度的滿足生產(chǎn)包括設(shè)備維修的要求。即要符合流程、滿足生產(chǎn)、便于管理、便于運輸、利于設(shè)備安裝和維修。第三，生產(chǎn)要安全。即要全面妥善的解決防火、防爆、防毒、防腐、衛(wèi)生等方面的問題，符合國家的各項有關(guān)規(guī)定。第四，要考慮將來擴建及增建的余地，為今后生產(chǎn)發(fā)展、品種改革、技術(shù)改造提供方便。但這些一定要最有效的利