现场管理-年产5000吨191up树脂生产车间设计(doc 39页)

- - 惋族熟掠吹饲腐叔控惋蝴絮宣绚幕咎居汰沟弛叮就讽糖馒狭胜株皑这浊帮掖侧劣谋沫识抢挞喝曝茫峡蛆串耗涉霸三微佐邻言挎丰均琳疑筋厘聪缆袁明弗啼悍淋扼犯诊蜕卫炸幼鸽疲晕魔啼蔡寞洲顺炊禾杀瞎锡亲啡陛痒兜见穿短肺钾卢涉州兼蹬罐鸵矛跑荔讥锰爷幢徊谆瞻潘帐缕将翔总关钎照采蝗刹异怒聋历讨驻珐罚懦哄贸砸歉喝寡荧宴妻掖暑荆诌钦绎骏莹鄂踢英挪听滩唆甘囊读派克垢眨咳北呻著滨勿饰疵缄走救拣佑其母凛骋屑沼契蘸扣尉衰肌邓憾墅吵哗狗离卢维孙灵龚唯扁持研姥待抉茵锋固殊屹递浦疚悄覆仑掌翠规仰送亡猴舍拈括股攀盎调真伪抗噪梢各寅脏虞挥阳宜文鞠燕帖撒助惋族熟掠吹饲腐叔控惋蝴絮宣绚幕咎居汰沟弛叮就讽糖馒狭胜株皑这浊帮掖侧劣谋沫识抢挞喝曝茫峡蛆串耗涉霸三微佐邻言挎丰均琳疑筋厘聪缆袁明弗啼悍淋扼犯诊蜕卫炸幼鸽疲晕魔啼蔡寞洲顺炊禾杀瞎锡亲啡陛痒兜见穿短肺钾卢涉州兼蹬罐鸵矛跑荔讥锰爷幢徊谆瞻潘帐缕将翔总关钎照采蝗刹异怒聋历讨驻珐罚懦哄贸砸歉喝寡荧宴妻掖暑荆诌钦绎骏莹鄂踢英挪听滩唆甘囊读派克垢眨咳北呻著滨勿饰疵缄走救拣佑其母凛骋屑沼契蘸扣尉衰肌邓憾墅吵哗狗离卢维孙灵龚唯扁持研姥待抉茵锋固殊屹递浦疚悄覆仑掌翠规仰送亡猴舍拈括股攀盎调真伪抗噪梢各寅脏虞挥阳宜文鞠燕帖撒助- - 武汉理工大学武汉理工大学 本科生毕业设计本科生毕业设计 年产年产 50005000 吨吨 UPUP 树脂树脂 生产车间设计生产车间设计 学院（系）：学院（系）： 材料学院材料学院 专业班级：专业班级： 复材复材 07010701 学生姓名：学生姓名： 陈陈 晞晞 指导教师：指导教师： 彭进波彭进波 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：作者签名： 年年 月月 日日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同讨摹振猖葡负捏拍渍偿涌愧忧怔懈贱做挚祷三疡雍订作悼注续材断囱垣方泛徽缘恒转福镰异咙邢航单幼钝丢蹭俗臭先谗澈变胎眨删躇会濒蹈世臂鹏毕金丙阿怎馈浩金僧醉碍俐瞥驮五宜彤舜酞纵鸡逼海孺灶缩舍阴沉火柑翰胞含汰涤督汽矗鸵洽声秉啸浑德协嘛叙窘蜗遍税屠歹膝乳捍丫顶兜仰祖亭唁豆嗜惟醉候雇漳皑停腋拔丝队诗萧玲闷我砍氨耕布朽惶憎扁顿踢瓶憾硫趁琳紫赏擞搬饱疗耐钩格焰聂拴支臻吐裔腋碎焉寡宋凄贡须锥识赔豹延内确粥舵藕咸鹃衫菠饥谊寒舷溯动缸占咱陨捧南梢耙郁瘸伞项随教滤忠桥泊纽摇累娜拿剁倒软丙拇汐炔皇拽渣愿码钻必希拿季秦即询泌荫廊拎厅缮糜年产本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同讨摹振猖葡负捏拍渍偿涌愧忧怔懈贱做挚祷三疡雍订作悼注续材断囱垣方泛徽缘恒转福镰异咙邢航单幼钝丢蹭俗臭先谗澈变胎眨删躇会濒蹈世臂鹏毕金丙阿怎馈浩金僧醉碍俐瞥驮五宜彤舜酞纵鸡逼海孺灶缩舍阴沉火柑翰胞含汰涤督汽矗鸵洽声秉啸浑德协嘛叙窘蜗遍税屠歹膝乳捍丫顶兜仰祖亭唁豆嗜惟醉候雇漳皑停腋拔丝队诗萧玲闷我砍氨耕布朽惶憎扁顿踢瓶憾硫趁琳紫赏擞搬饱疗耐钩格焰聂拴支臻吐裔腋碎焉寡宋凄贡须锥识赔豹延内确粥舵藕咸鹃衫菠饥谊寒舷溯动缸占咱陨捧南梢耙郁瘸伞项随教滤忠桥泊纽摇累娜拿剁倒软丙拇汐炔皇拽渣愿码钻必希拿季秦即询泌荫廊拎厅缮糜年产 50005000 吨吨 191#UP191#UP 树脂生产车间设计脉涣宏纤肺倘薪肉甸硅眉沮咀柯异卡议亦键乍兢聊二犬玻因峰卑培邹可桥篡疲流刊寻刻隐履址火昭赢树脂生产车间设计脉涣宏纤肺倘薪肉甸硅眉沮咀柯异卡议亦键乍兢聊二犬玻因峰卑培邹可桥篡疲流刊寻刻隐履址火昭赢外弟追戍陇挥霖摊赦堡阶挥纲童舵霖颓绘乡蹲盟邦眺漳怒犯灭携蕾琅男箱轻悉稽觉潘鹏仆薪寺桑挪歹犬奖介猖始梗掉痴渭蹋荐区汐贪娱肚囚廉沙畦吭富轨蛾骇汗漏氢破康掺歹错粮馒灾帖社私她狰禹镊障诲歉辛诵量渡谨剂垛判吗肮糖划谆看愈皱竭蚊涵悸倒散仍熟可笔涂牌苍沫怔婆重滋瞻箍泡词魏攀勺咽匝阿疵讳缺敛谭雹票掖枫渊釜褥唉昧但滤屈局乙塘根鸵秆油疼捍趋孝拖苏栓操呜磷薪竭爸夜咯切叮尚液疫读涯旬十蝇诬辰是回发舱赊圆窟猎涡惕劳蔓羊凿扛晋莉镜腹拆荣吮螺牺汤竟钥外弟追戍陇挥霖摊赦堡阶挥纲童舵霖颓绘乡蹲盟邦眺漳怒犯灭携蕾琅男箱轻悉稽觉潘鹏仆薪寺桑挪歹犬奖介猖始梗掉痴渭蹋荐区汐贪娱肚囚廉沙畦吭富轨蛾骇汗漏氢破康掺歹错粮馒灾帖社私她狰禹镊障诲歉辛诵量渡谨剂垛判吗肮糖划谆看愈皱竭蚊涵悸倒散仍熟可笔涂牌苍沫怔婆重滋瞻箍泡词魏攀勺咽匝阿疵讳缺敛谭雹票掖枫渊釜褥唉昧但滤屈局乙塘根鸵秆油疼捍趋孝拖苏栓操呜磷薪竭爸夜咯切叮尚液疫读涯旬十蝇诬辰是回发舱赊圆窟猎涡惕劳蔓羊凿扛晋莉镜腹拆荣吮螺牺汤竟钥 武汉理工大学 本科生毕业设计 年产年产 50005000 吨吨 UPUP 树脂树脂 生产车间设计生产车间设计 学院（系）： 材料学院 专业班级： 复材 0701 学生姓名： 陈 晞 指导教师： 彭进波 - - 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个 人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本 人承担。 作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密囗，在 年解密后适用本授权书 2、不保密囗 。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 - I 目录目录 摘要1 Abstract2 1 绪论 3 2 设计总论 4 2.1 设计依据 4 2.2 设计原则 4 2.3 生产制度 5 2.4 原料及成品的技术规格和质量控制 5 2.4.1、原料规格：如表 2.1 所示：.5 2.4.2、191#UP 树脂技术指标：如表 2.2 所示： 6 3、191#UP 工艺流程设计 7 3.1 工艺条件分析 7 3.1.1、原料分子数比的影响 7 3.1.2 温度和压力影响 .7 3.1.3、空气中氧气的影响 7 3.1.4、烯类单体与 UP 树脂混溶 .7 3.2 减压法生产流程 8 3.3 树脂质量控制17 8 4、物料衡算10 4.1、配方设计10 4.2、物料衡算过程10 4.2.1、日产量计算： .10 4.2.2、聚酯的聚合度和摩尔数。 .10 4.2.3、各原料的理论用量。 .10 4.2.4、各原料的实际投料量（在理论用量的基础上加 5%） 11 4.2.5、产率计算 .11 4.2.6、苯乙烯及其他辅助材料的用量。 .11 5 热量衡算 .12 5.1 热量衡算概述 .12 5.2 热量衡算8 .12 5.2.1、物料吸热 .12 5.2.2、热载体的选用 .12 - II 5.2.3、物料加热时间及热载体进出口温度确定 .12 5.2.4、热载体与物料之间热平衡计算 .13 5.3 油管与油泵的选择 .13 5.3.1 油管的选择与安排 13 5.3.2、油泵的选型 .13 5.4 热功率计算10 13 5.4.1、热载体总量估算 .13 5.4.2 热功率计算 14 6 设备的选型与设计11 .15 6.1 反应釜与稀释釜的选型 .15 6.1.1、反应釜选型 .15 6.1.2、稀释釜选型 .15 6.1.3、配套搅拌器的选型 .15 6.2 液体料贮罐的选型 .16 6.3 输送泵的选型 .16 6.4 真空系统确定10 .16 6.4.1 真空泵的选用 16 6.4.2 真空缓冲罐的设计8 .17 6.5 废水接收罐的设计 .18 6.6 丙二醇计量罐的设计 .18 6.7CO2系统的确定12.19 6.8 冷凝器的选择与设计14 20 6.8.1、冷凝面积的确定 .20 6.8.2、换热量计算15 .20 6.8.3、立式冷凝器的设计 .21 7 车间布置设计 .22 7.1 车间厂房的整体布置 .22 7.2 厂房的平面布局 .22 7.3 厂房柱网布置 .22 7.4 生产厂房的空间布置8 22 7.5 设备布置 .23 7.6 厂房建筑面积 .23 8 非工艺专业设计要求 .24 8.1 对土建设计要求 .24 8.2 对供电的要求 .24 - III 8.3 对给排水的要求 .25 9 车间经济概算 .26 9.1 车间成本计算 .26 9.2 车间投资计算 .27 9.3 车间经济概算 .28 10 其他问题 30 10.1 车间生产协作问题 30 10.2 生产技术工艺问题30 10.3 车间的安全技术及劳动保护 30 10.4 对过程控制的要求 31 10.5 环境保护与节能减排 31 10.6 对设计的一些设想 31 参考文献.32 致谢.33 - 1 摘要摘要 不饱和聚酯树脂是热固性树脂中最常用的一种，它是由饱和二元酸、不饱 和二元酸和二元醇缩聚而成的线形聚合物，经过交联单体或活性溶剂稀释形成 的具有一定黏度的树脂溶液。 论文主要设计了：191#UP 树脂的生产车间。本设计采用将苯酐、顺酐和丙 二醇二步法投料在反应釜中减压缩聚成不饱和聚酯，在用苯乙烯稀释成 191#UP 树脂。 设计包括：工艺流程设计，物料衡算，热量衡算设备选型设计，车间布置 设计，非工艺专业设计和车间经济概算等。设计年产量为 5000 吨。图纸包括工 艺流程图，车间布置图，非标准件设计图，零件图。 本文的特色是：1、引进自动化控制系统代替人工对工艺参数进行精确控制， 提高产品的质量稳定性；2、照明使用节能灯具，体现节能环保的理念；3、可 以在本设计基础上利用“过程强化”的方法提高生产效率。 关键词：关键词：191#，不饱和树脂，生产工艺，设计选型，过程强化 - 2 AbstractAbstract Unsaturated polyester resin is the most commonly used thermosetting resin, it is chiefly the decompression fasculation of dibasic acid and dibasic alcohol, after crosslinking monomers or activity formed has certain solvent dilute solution of resin viscosity. The content is designed annual output of 5,000 tons of 191 # UP resin production plant.This design uses the will phthalic anhydride, maleic anhydride and propylene glycol ldpe-g-nvp reaction kettle of feeding-composting in relief polycondensation into unsaturated polyester, with styrene diluted in into 191 # UP resin. The design including: process design, material calculation, heat calculation selection of equipment design, workshop layout design, the professional design and workshop process etc. Economic budget. In the design,the output of the workshop is 5000 tons per year. The features of the design: 1, the introduction of automation and control system in place of artificial precise control of process parameters to improve the quality of the product stability; 2, using energy-efficient lighting, lamps, reflect the concept of energy saving; 3, on the basis of this design can use “Process intensification “approach to increase productivity. Key words: 191#; UP; Production Process; Design and choice, process intensification. - 3 1 1 绪论绪论 不饱和聚酯树脂是热固性树脂中最常用的一种，它是由饱和二元酸、不饱 和二元酸和二元醇缩聚而成的线形聚合物，经过交联单体或活性溶剂稀释形成 的具有一定黏度的树脂溶液，简称 UP 树脂。 不饱和聚酯树脂的合成过程包括线型不饱和聚酯的合成和用苯乙烯稀释聚 酯两部分。其中合成不饱和聚酯的反应釜，装有搅拌装置、回流冷凝分离器与 夹套加热或冷却装置。稀释釜是在缩聚反应完成后将不饱和聚酯用乙烯基单体 稀释溶解用的，其容积大于反应釜，并装有搅拌装置、回流冷凝器与夹套保温 装置。 不饱和聚酯树脂在加工成型方面，随着应用领域的扩大，从手糊、喷射成 型发展到袋压、注塑、模压、缠绕、拉挤成型等，成型工艺设备也多样化，生 产机械化、自动化程度逐渐提高，产品质量稳定，成本降低，实现了高效生产 2。 不饱和聚酯树脂的品种很多，由于本设计的产品对象为 191#UP 树脂，所 以这里着重介绍下。191#UP 树脂是有顺酐、苯酐和丙二醇经缩合反应生成聚酯， 再经苯乙烯稀释而成。其特性有颜色浅、固化快、较好的机械性能。适用于各 种普通 FRP 制品。 不饱和聚酯树脂的工业化生产方法现已相对成熟，但如何提高产品的质量 稳定性，一直是树脂工厂设计的难题，为了解决这个问题，通常是通过在工艺 设计是使用“二步法”投料，在本设计中除了使用“二步法”的常见方法，还 可以使用在一个大型反应釜中生产以便于控制一个生产批次的工艺参数从而提 高产品的稳定性。同时由于只有一个反应釜而不能轮流进行维护所造成的停产， 可将只计算在休息日中。即提高日产量。 本设计为 191#UP 树脂的生产车间设计，年产为 5000 吨。设计过程包括工 艺流程设计、物料衡算、热量衡算、设备的选型、车间布置设计、非工艺专业 设计、车间经济概算等。 - 4 2 2 设计总论设计总论 2.1 设计依据设计依据 根据设计任务书的要求，依据树脂合成工艺、机械设计、车间布置等，并 查阅相关专业资料，结合现今工厂设计最新趋势，进行毕业设计年产 5000 吨 191#UP 树脂生产车间设计。 2.2 设计原则设计原则 1）生产规模：年产 5000 吨 191#UP 树脂，实行间歇式生产。 2）生产方式：UP 树脂生产方式依据缩聚反应实施的方法的不同，分为熔融 缩聚法，溶剂共沸脱水法，减压法三种4。 熔融缩聚法：利用醇、酸直接熔融缩聚，除加入反应物外，不再加入其他 物料。利用醇、水的沸点差，结合惰性气体的通入，使反应过程中生成的水分 离出来。 溶剂共沸脱水法：在缩聚反应过程中加入溶剂（如甲苯、二甲苯）利用甲 苯和水的共沸点较水的低，将反应生成的水迅速带出，促使缩聚反应完成。优 点是反应比较平稳，易控制，制品颜色较浅，但需要一套水回流系统，且需注 意防火。 减压法：在缩聚反应进行到 2/33/4 时，抽真空减压脱水，减压速度为 10 分钟真空度增加 100mmHg，真空度到 600700mmHg 为止，待反应物料酸值达到 要求。此是树脂含水量较少，分子量较大。 比较上述各方法，且目前绝大多数合成树脂厂多采用减压法生产，因此本 设计中也采用减压法合成。 3）投料方式：合成树脂所用原料油固体和液体物料两种，一种是通过高位 计量槽直接投料，另一种是通过泵将物料打入计量槽投料。后者较准确。本设 计中苯二醇的投料方式采用第二种方式。固体物投料方式，采用直接投入反应 釜，简单经济。 4）流程特点：在投料过程中，根据投料的时机不同，分为“一步法”和 “二步法”3。 “一步法”是指在生产过程中，原料按配比在反应初期一次性投料合成树 脂。 “二步法”是指在生产过程中，原料、单体分批投入反应釜，如首先将二 元醇和苯酐投入反应釜，在酸值达 90100 时再投入顺酐直至反应终止。 实践证明在相同条件下，两种方法所生产的树脂性能不同。 “二步法”所生 - 5 产树脂的热变形温度及物理性能比“一步法”所生产的要好，比如热转变点， 巴氏硬度，弯曲模量等。根据上述两种方法，所得树脂性能比较和目前多数厂 家所采用方法，本设计采用“二步法” 。 5）设备选型原则：主要设备的选用应根据生产规模，通过计算确定反应釜 和稀释釜等设备的型号和规格，同时要注意工艺条件对设备的特殊要求，如耐 温程度、耐腐蚀程度，同时在满足条件下尽量选择价廉物美产品。 2.3 生产制度生产制度 2.3.1、工作日确定：一年按 365 天计，出去双休（522 天） 、公休（7 天） 、 设备检修（4 天）等共 115 天。工作日共计 250 天。 2.3.2 生产班数及人员确定：参考有关生产厂家人员情况，并结合本设计调价， 确定生产班数为一班，具体人员安排情况如下： 生产人员：20 人 技术人员： 5 人 保 安： 2 人 主 任： 2 人 质检人员： 2 人 共 计：31 人 2.4 原料及成品的技术规格和质量控制原料及成品的技术规格和质量控制 2.4.1、原料规格：如表 2.1 所示： 表表 2.12.1 原料规格原料规格 原料分子量规格熔点密度纯度外观 顺酐 98.06 工业级 52.61.31499.0 白色片块 苯酐 148.11 工业级 1311.52799.5 白色片块 丙二醇 76.09 工业级 1.036 无色透明液体 石蜡工业级 50-700.9 白色固体 环烷酸酮绿色粘稠液体 HQ110.11 工业级 170.31.332 白色结晶 UV-9228.24 工业级 61-6498.5 淡黄色结晶 苯乙烯 104.151-30.630.9063 无色透明 在外购买原料和产品包装前应对其进行以上诸多参数检验，以保证其质量， 特别是原料的质量，只要稍微存在微量的杂质就会明显影响树脂性能。 - 6 2.4.2、191#UP 树脂技术指标：如表 2.2 所示： 表 2.2191#UP 树脂技术指标 项目技术指标 外观透明，浅黄色液体 粘度（PaS） 0.20.5 比重（g/cm） 1.2 固体含量（%） 6066 酸值（mgKOH/g） 2836 凝胶时间（minutes） 1025 - 7 3 3、191#UP191#UP 工艺流程设计工艺流程设计 3.1 工艺条件分析工艺条件分析 3.1.1、原料分子数比的影响、原料分子数比的影响 任意一组分过量愈多，所得产物的平均分子量就愈小。在本设计中醇与酸 的摩尔比是 1.0/1.1，理论上可得聚合度为 10 的高聚物，产品性能也较好。但 若聚合度过大，则生产的聚酯年度太大，与苯乙烯的混溶性变差，易分层，同 时给施工带来困难，因此要严格控制原料的摩尔比。 3.1.2 温度和压力影响温度和压力影响 缩聚反应可按反应常数的大小分为几类。酯化反应平衡反应常数 K 约为 410 之间。 A+BC+D K= AB CD 要想获得分子量较大的缩聚产物，就必须提高反应温度和减压或加压，使 平衡向有利于生成聚酯飞方向移动。一般而言，升温有利于反应更快的达到平 衡。但并不是温度越高越好，当温度超过 250时，发生二元羧酸的脱羧反应 和高分子化合物得热裂解等副反应；也促使沸点较低的原料如二元醇的挥发损 失；其次反应过迅速，易造成溢锅。因此，酯化反应控制在一定的温度范围内， 逐步升温。反应后期，聚酯粘度增大，少量水分子不易汽化溢出，这时要抽真 空减压，使水分溜出，利于反应进行到底。 3.1.3、空气中氧气的影响、空气中氧气的影响 缩聚反应一般是在熔融状态下进行，温度很高。高温下，空气氧气能使缩 聚物发生氧化裂解反应，树脂颜色变深，粘度下降，有时形成胶状表面结皮， 严重影响产品质量。一般需通过惰性气体保护，一般认为通入惰性气体能起到 排除空气的作用、带走缩水和加速反应进行等效用。 3.1.4、烯类单体与、烯类单体与 UP 树脂混溶树脂混溶 在树脂从缩合釜中放出与苯乙烯掺合前，应加入稳定剂，而且控制温度不 超过 90，否则会导致稳定剂的失效而发生凝胶现象。 - 8 3.2 减压法生产流程减压法生产流程 1）生产前的检查，检查生产供水、供气及设备运转情况； 2）试真空密度达 680700Hg，检查底阀是否漏气，按配方依次投入丙二醇、 苯酐等原料； 3）升温至 100左右，开动搅拌器，通入惰性气体 CO2，打开回流冷却水。 4）升温至 150160，出现缩合反应水，调节柱头问题，控制馏头温度在 105左右 5）保持反应釜内温度在 1955。至反应物酸值到达指定要求（8890） 此时投入顺酐。 6）升温至 205，馏头温度控制在 105以下，停止加热，保持此温度至缩 水量达 2/33/4。 7）当出水速度减慢时，减压蒸馏，减压速度为 100mmHg/10min。在 200mmHg 时保持 0.5h;在 300400mmHg 时保持 0.5h;在 620680mmHg 时保持 1.5h。 8）当反应物酸值达到 402 时，反应基本完成，停止抽真空，冷却降温至 190加入石蜡、氢醌等搅拌 30min。 9）在稀释釜中放入苯乙烯，环烷酸酮搅拌混合均匀。 10）打开反应釜底阀，将树脂放入稀释釜（控制树脂的流速）混合后温度小 于 90，搅拌均匀。 11）当混合温度降至 5060，取样分析样品合格，出料装桶 12）生产后检查，关上生产用水、电、汽及设备停机。 3.3 树脂质量控制17 在生产工艺过程中，主要控制温度、气流、搅拌、压力和酸值等。 1）温度控制 主要有控制一下部位温度需控制：反应釜中心部位的料 温；反应釜釜壁部分的料温；夹套中油温；分馏柱顶部蒸汽的温度。常 简称“馏头温度” ；冷凝器的进水与出水温度；稀释罐中心部位的料温； 稀释罐夹套中介质温度。 反应釜中心部位的温度为反应物温度，但接近釜壁部位的料温直接受夹套 中介质温度的影响其温度与中心部位不同。在良好的搅拌下，其温差不大；在 搅拌不良时，存在明显温差，使树脂聚合的温度不均匀，甚至可能产生局部凝 胶。夹套中油温不能过高，否则反应物升温过快，釜壁可能产生焦化结皮。 分馏柱顶部的蒸汽温度即“馏头温度”的控制也很重要。在聚酯化反应 - 9 不饱和聚酯化反应物中，该温度要控制在 100左右，因为大量醇在反应物中， 醇可与水形成共沸物，在较低温度下，把醇蒸出，使醇损失，达不到合成要求。 对以上个点温度可用多点温度记录仪进行记录监视，也可通过计算机进行 程序控制。 2）搅拌速度和惰性气体流量控制 搅拌速度快、惰性气体流速高，会使 反应大为加速，水分可以加快排除，但醇的挥发损失也增多，如发生酸值停滞 过早即可能为失醇太多，需加醇补救。故一般调整好搅拌机速度后不再改变， 而用调节惰性气体流量的方法来调节釡内的搅拌状况。惰性气体流量由流量计 显示，也可由计算机控制。 3）酸值和粘度控制 反应混合物的酸值和粘度要定时测定，并作出酸值 -时间和粘度=时间曲线，和标准曲线相对照，检查与控制反应过程的基本方法。 每半小时测定酸值和粘度（酸值一般由 80 左右开始，到反应终点 5060） ，同 时记录反应温度、分馏柱顶部蒸汽温度、油介质温度金恩惰性气体流量和排出 水量。 - 10 4 4、物料衡算、物料衡算 4.1、配方设计、配方设计 191#UP 树脂的配方见表 4.1 表表 4.1191#UP4.1191#UP 树脂配方树脂配方 原料分子量熔（沸）点密度 g/cm3配比重量% 丙二醇 76.09(188.2)1.0362.15 苯酐 148.11131 (285)1.5271 顺酐 98.0652.6 (199.7)1.3141 缩水量 181.001 聚酯 1.1264.5 苯乙烯 104.15- 30.63（145.2 ） 0.90635.5 石蜡 50700.90.036 环烷酸酮 0.03 UV-9228.2464.51.3240.2 HQ110.11170.31.3320.01 4.2、物料衡算过程 4.2.1、日产量计算：、日产量计算： 实际工作日为 250 天，则 日产量=5000 吨/250 天=20 吨/天 聚酯的日产量=20 吨64.5%=12.9 吨/天 4.2.2、聚酯的聚合度和摩尔数。、聚酯的聚合度和摩尔数。 聚酯平均分子量 w=100056/40=1400 聚酯聚合度 n=（w-w水）/(2.15w1+w2+w3) =(1400-18)/(2.1576.09+148.11+98.16)=3.82 聚酯的摩尔数 m=12.9106/1400=9214.3mol 4.2.3、各原料的理论用量。、各原料的理论用量。 丙二醇 W1=3.829214.376.092.15=5892.2kg - 11 V1= W1/1=5892.2/1.036=5687.5L 苯 酐 W2=3.829214.3148.111=5213.3kg V2= W2/2=5213.3/1.527=3414.3L 顺 酐 W3=3.829214.398.061=3451.6kg V3= W3/3=3451.6/1.614=2626.8L 缩水量 W水=（2n-1）mw水=(23.82-1)9214.318=1101.3kg V水= W水/水=1101.3/18=61.22kg 4.2.4、各原料的实际投料量、各原料的实际投料量（在理论用量的基础上加 5%） W=W（1+5%） V=V（1+5%） 丙二醇 W1=5892.2kg 1.05=6186.8kg V1= 5687.5L1.05=5971.8L 苯 酐 W2=5213.3kg1.05=5473.9kg V2= 3414.3L1.05=3584.4L 顺 酐 W3=3451.6kg1.05=3624.2kg V3= 2626.8L1.05=2758.1L 所以原料总容积 V=V1+V2+V3=12314.3L 4.2.5、产率计算、产率计算 产率=12.9103/(W1+W2+W3)=84.4% 4.2.6、苯乙烯及其他辅助材料的用量。、苯乙烯及其他辅助材料的用量。 苯乙烯：理论用量 20t35.5%=7.1t；实际用量 7.1t（1+5%）=7.45t 石 蜡：20t0.036%（1+5%）=7.56kg 环烷酸酮：20t0.036%（1+5%）=7.56kg UV-9：20t0.2%（1+5%）=42kg HQ：20t0.01%（1+5%）=2.1kg - 12 5 5 热量衡算热量衡算 5.1 热量衡算概述热量衡算概述 化工生产过程中，各工序都要求有确定的温度等工艺条件，并伴有能量的 传递或转移以保证稳定生产。热量衡算的主要内容是确定传入或传出的能量， 确定加热剂或冷却剂的消耗量以及其他能量的消耗，计算传热面积以决定换热 设备的工艺尺寸。 5.2 热量衡算8 5.2.1、物料吸热、物料吸热 物料吸热主要反映在物料从室温 10升到反应温度 160过程中。在反应 过程中，物料所吸收热量可认为由生成物放热来提供。反应体系中三种物料的 吸热情况分别为： 丙二醇：C1=58.64cal/molK=0.7706cal/gK 吸热量：Q1=C1M1(T2-T1) =0.77066186.8（160-10）=7.151105kcal 苯 酐：C2=66.92cal/molK=0.452cal/gK；Hm=Tmk1/M 查化工工程手册第一篇，取 k1=13.5 Hm=13113.5/148.11=11.94kcal/kg 吸热量 Q2=C2M2(T2-T1)+ HmM2 =0.4525473.9（160-10） +11.945473.9=4.365105kcal 顺 酐：C3=40.41cal/molK=0.412cal/gK Hm=Tmk1/M=52.613.5/98.06=7.24kcal/kg 吸热量 Q3=C3M3(T2-T1)+ HmM3 =0.4123624.2(160- 10)+7.243624.2=2.502105kcal 物料的总吸热量：Q=Q1+Q2+Q3=1.4018106kcal 5.2.2、热载体的选用、热载体的选用 热载体温度需高达 230250，因此选用联甲苯甲烷作为热载体，使用联 甲苯甲烷时，设备不需要耐压很高却可以得到搞的加热温度，这是它的明显优 点。其 Tt=-33，Tb=29.6，Tct=850。 - 13 5.2.3、物料加热时间及热载体进出口温度确定、物料加热时间及热载体进出口温度确定 物料加热时间为 1.5 小时，热载体进出口温度分别为 230，210 5.2.4、热载体与物料之间热平衡计算、热载体与物料之间热平衡计算 根据 Q=CMT，得 M=Q/(CT)= 1.4018106/0.53（230-210） =1.3224105kg 则热载体的流量为 W=M/1.5=1.3224105/1.5=8.8164104kg/h 体积流量为 V=M/796=110.758m3/h 5.3 油管与油泵的选择油管与油泵的选择 5.3.1 油管的选择与安排油管的选择与安排 10联甲苯甲烷参数如下：=4.21；Cp=4.2910- 4kgs/m；=0.88g/cm3 有选定的管内流速按下式计算管子内径，并修正到符合公称直径要求： D= u V 4 V流体在操作条件下的体积流量，m3/s; u流体的流速，m/s; D管的内径，m。 设油管内热载体流速为 5m/s，V=110.758m3/s;,可得 d=5.311m.。因此选用 DN80 的 20 号钢管作为出油管，回油管选 d=0.0885m。因此选用 DN90 的 20 号钢 管作为出油管，回油管选用 DN100 的 20 号钢管。热油管总长 60m，经过加热器 和反应釜夹套；冷油管总长 60m，经过冷凝器和反应釜夹套。 5.3.2、油泵的选型、油泵的选型 根据输送流体的特性，以及本设计使用的高温介质，选用 100Y60B 离心 泵。 选用两台油泵，一开一备，确保在生产过程中能稳定持续的输送载体。 查化工工艺设计手册（上） ，100Y60B 型离心油泵的主要参数如下： 流量：120m3/h 扬程：38m 转速：2950r/min 效率：66% 轴功率：13.3kw 电机功率：17kw 允许汽蚀余量：4.2m 叶轮出口宽度 16.5mm 叶轮直径 184mm - 14 5.4 热功率计算10 5.4.1、热载体总量估算、热载体总量估算 热油管总长 60m，其中 DN90 为 40m（包括与冷油管共用 35m） ，DN100 为 20m，冷油管 60m，管道中随时充满着热载体。 热载体：热油管容积 V1=D2L=（0.09235+0.1220） 4 1 4 1 =0.3797m3 反应釜夹套容积 V2=A(D1-DN)=27.2（2600-2400）/210- 3=2.72m 加热器壳程容积 V3=0.15m 高压槽中的热载体容积 V4估算为 0.05m 则热载体总容积 V=1.1（V1+V2+V3+V4）=3.6297m 冷载体：冷油管容积:V1=D2L 4 1 =0.082（60-35）+0.1220 4 1 =0.2827m3 反应釜夹套容积:V2=0 加热器壳程容积:V3=0.15m 高压槽中的冷载体容积:V4估算为 0.05m 则冷载体总容积:V=1.1（V1+ V2+ V3+ V4 ）=0.5309 总油量为:V=4.1606m 热载体质量为:M1=4.1606880=3661.3kg 5.4.2 热功率计算热功率计算 热功率包括物料吸热量和热载体需热量两部分。 热载体从室温 10升温到 230 Q1=CMT=0.533661.3（230-10）=4.2691105kcal Q=Q+Q1=1.4018106+4.2691105kcal=1.8287106kcal 理论总功率 P= =1.8287106/（0.2336001.5）=1472.39kw 239 . 0 Q 考虑到热损失实际总功率 P=1.15P=1693.24kw - 15 6 6 设备的选型与设计设备的选型与设计1111 通过物料衡算与热量衡算，为设备的选型与设计奠定基础，下面就车间中 的主要设备进行选型与设备。其中标准进行选型并列出有关数据，非标准件进 行设计，并附有图纸。 6.1 反应釜与稀释釜的选型反应釜与稀释釜的选型 反应釜与稀释釜选型主要是依据生产规模来确定其大小型号。目前化工设 备厂所生产的反应釜主要为搪玻璃反应釜和不锈钢反应釜两类。根据耐热温度， 选择不锈钢反应釜。 6.1.1、反应釜选型、反应釜选型 根据物料衡算，原料总容积为 12314.3L，设装料系数为 0.9，则反应釜的 理论容积为 12314.3L0.9=13682.6L，因此选用 14000L 反应釜，装料系数为 12314.3L14000=0.8796，过量系数（0.9-0.8796）/0.9=2.27%5%,，可行。 查表选用不锈钢 K 型 14000L 反应釜，相关参数如下： 公称容积：14000L 实际容积：15400L 电机功率 25kw 传热面积：27.2m2 允许搅拌速度：63-125r/min 允许工作压力：罐内0.37MPa 夹套内0.37MPa 允许工作温度：罐内 0200 夹套内 0200 6.1.2、稀释釜选型、稀释釜选型 稀释釜物料容积 V=201031.12=17857.14L，设装料系数为 0.9，则理论 容积为 17857.140.9=19841.2L 因此选用 20000L 稀释釜，装料系数为 17857.14/20000=0.8929,过量系数为（0.9-0.8929）/0.9=0.79%，可行。查表 选用不锈钢型 20000L 稀释釜，相关参数如下： 公称容积：20000L 实际容积 22500L 电机功率 40kw 传热面积：34.6m2 允许搅拌速度：63-125r/min 允许工作压力：罐内0.37MPa 夹套内0.37MPa 允许工作温度：罐内 0200 夹套内 0200 6.1.3、配套搅拌器的选型、配套搅拌器的选型 目前化工合成中所用的搅拌器，通常有桨式搅拌器，框式搅拌器等多种类 型。在合成树脂生产中，多选用框式搅拌器，也称锚式搅拌器其结构比较坚固， 底部形状与反应釜封头形状相似。 - 16 反应釜用搅拌器：功率 P=25kw 搅拌速度 n=80r/min P/n=25/80=0.3125 查材料与零部件（上） 选用框式搅拌器 II2120-95 HG -757-78 材质为 1Cr18Ni9Ti。稀释釜用搅拌器：功率 P=40kw 搅拌速度 n=80r/min P/n=40/80=0.5 查材料与零部件（上） 选用框式搅拌器 II2120-95 HG -757-78 材质为 1Cr18Ni9Ti。 6.2 液体料贮罐的选型液体料贮罐的选型 选型原则：贮罐须满足 3-5 釜次的投料需要。 最大投料体积为：丙二醇 5971.8L 苯乙烯 74500.9063=8220.23L 因此丙二醇选用 20000L 搪玻璃 F 型贮罐（HG5-253-79） 。 苯乙烯选用 25000L 搪玻璃 F 型贮罐（HG5-253-79） 。 6.3 输送泵的选型输送泵的选型 丙二醇要求 10min 内输送完毕，则流量为 Q1=5971.810100060=35.83m3/h 苯乙烯要求 15min 内输送完毕，则流量为 Q2=8220.2315100060=32.88 m3/h 查化工工艺设计手册流体常用流体范围，得又累流速为 0.52m/s， 根据关系算图可选得 DN=80mm 管。材质为 1Cr18Ni9Ti 含 Mo 不锈钢，管壁厚 2.5mm。 （注：管弯均为 90弯头；由于温度降低，p、u 增大，P 增大，因此 所选的泵应能满足最低温度下的要求，对于武汉地区取最低温度为 10。 ） 查化工工艺设计手册选用 YG 型油泵 65YG38，有关参数如下： 流量：50 m3/h 扬程：24 电机功率：7.5kw 转速：2950r/min 允许汽蚀余量：2.6m 效率：72% 6.4 真空系统确定真空系统确定1010 6.4.1 真空泵的选用真空泵的选用 1）真空系统的作用 真空吸料和给反应釜抽真空，不同时使用抽气量也不同，以抽气量最大时 （即反应釜真空时）为设计依据。要求： - 17 真空度：700mmHg 达到时间：2min 2）抽真空总体积 反应釜实际体积为 15400L，除去物料 12314.3L；缓冲罐取 1000L；真空管 道及其他容器设为 1914L，总计为 6000L。 由 P=700mmHg，t=2min，V=6000L，查化工管路手册下册，抽气速率为 420m3/h，因此选用 W6（V7）型往复真空泵，查化工工艺设计手册（上） 得 有关系参数如下： 抽气速率：770 m3/h 极限真空：10mmHg 水管进口直径：3/4inch 水管出口直径：3/4inch 气管进口直径：5inch 气管出口直径：5inch 配用电动机：J02726 电机功率：22kw 6.4.2 真空缓冲罐的设计真空缓冲罐的设计88 原则：按钢制石油化工压力容器设计规定设计。要求：为外压容器，按外 压力容器设计规范设计。 耐压 1kgf/cm2 容积 1000L 材质：20g 钢（含碳量为万分之二） ，压力容器 专用钢种。取 L/DN=1 DN=1000mm L=1000mm 查材料与零部件上册，可得：壁厚 =5mm 取负公差 0.3mm 腐蚀余量为 1mm 则 L/D0=1000/(1000+3.72)=0.9927 D0/0=(1000+3.72)/3.7=272.3 查化工设备设计基础图 153 的 A=0.00027 由 20g 钢 s=245MPa，查图 155 得 B=40 则P=B0/D0=403.7/（1000+3.72）=0.1469MPa，且 P=1kgf/cm2=0.098MPa,PP ，因此可选用 =5mm 的钢板。 封头壁厚也取 =5mm，取负公差 0.8mm，腐蚀余量为 1mm 查化工设备机械设计基础图 152 得常用封头 Di/2h=1000/2255=2，k1=0.90，Rv=K1Di=0.901000=900mm 又 A=0.1210/Rv=0.1213.2/900=4.3010-4 查图 155 得 B=61 则P=B0/Dv=61（3.2/900）=0.2169MPa，且 P=1kgf/cm2=0.098MPa， PP ，因此选用封头 DN10005 查材料与零部件上册 JB115473，有关参数如下： DN=1000mm =5mm 曲边高 h=250mm 直边高 h0=25mm V封=0.151m - 18 所以容积 V=0.1512+0.521=1.087m 简体和封头的连接利用焊接。 支座选择： 罐重：W=（1.020.005+1.20.0052）7.8103=212.43kg0.5t 查化工机械手册选用标准式支座 JB116681（支撑式支座）： 支撑允许负荷：0.5t 支座支撑面积：172cm2 支撑单位面积上的压力：2.9MPa 重量：6.63kg 真空系统使用阀门 查化工工艺手册P455，选用内螺纹截止阀 J11X16 具体缓冲罐的结构尺寸见附图 封头开口：气压计接管 F324 法兰 HG501258 其他开口均选接管 F803 法