年产1100吨环氧树脂毕业设计

1、第一篇设计说明书1.1产品介绍分子中含2个或2个以上环氧基的高分子化合物。最常用的双酚A型环氧树脂含2个环氧基。化学名称：双酚A二缩水甘油醚英文名称：DiglycidyletherofbisphenolA缩写DGEBPA)环氧树脂外观：无色透明液体环氧树脂用途：可用于金属与非金属的粘合剂，常用于生产环氧涂料，增强塑料或浇铸成绝缘制件等，也用于处理纺织品，起防皱、防缩、耐水等作用。低分子量的环氧树脂可用作PVC的稳定剂。在化工及许多行业，乃至尖端科学技术领域内已获得广泛应用。环氧树脂涂料主要用于金属保护涂层，如船舶、钢铁结构等，同时还可作为阳离子型电泳涂料的调漆料，大量用于汽车车身的底漆。环氧树

2、脂特性：可燃物。1.1.1环氧树脂发展历史、现状及趋势环氧树脂的发明曾经历了相当长的时期，它的工业化生产和应用仅是近40年的事情。在19世纪末和20世纪初两个重大的发现揭开了环氧树脂发明的帷幕。远在1891年德国的Lindmann用对苯二酚和环氧氯丙烷反应生成了树脂状产物。1909年俄国化学家Prileschajew发现用过氧化苯甲醚和烯烃反应可生成环氧化合物。这两种化学反应至今仍是环氧树脂合成中的主要途径。1934年Schlack用胺类化合物使含有大于一个环氧基团的化合物聚合制得了高分子聚合物，并作为德国的专利发表。1938年这后的几年间瑞士的Pierrecastan及美国的北京化工大学北方

3、学院毕业设计- -S.O.Greenlee所发表的多项专利都揭示了双酚A和环氧氯丙烷经缩聚反应能制得环氧树脂；用有机多元胺类或邻苯二甲酸均可使树脂固化，并具有优良的粘接性。2010年开始全球范围内环氧树脂各主要应用市场的需求出现恢复性增长，2014-2018年中国环氧树脂行业产销需求与投资预测分析报告数据显示2011-2013年美国和西欧的环氧树脂需求量分别以.2%和2.8%的速度增长，2014-2018年将继续保持2%-3%的增长，而受益于中国市场的快速发展，全球环氧树脂需求量将以5%左右的速度增长。虽然全球的环氧树脂业已进入成熟期，根据前瞻产业研究院的预测，未来年全球环氧树脂行业复合增长率

4、在4%-5%左右。但从国内市场看,2002-2013年国内环氧树脂表观消费量年复合增长率创0%以上，远高于全球环氧树脂行业的平均增长率预计未来国内环氧树脂行业仍能稳定增长，一方面是全球产业转移使得电子、船舶等下游行业都转移到中国生产，拉动了对环氧树脂的需求；另一方面，国内企业生产产品的质量在不断提高，与国外企业相比逐渐具备比较优势。根据前瞻产业研究院的预测，在我BGDP继续保持高增长的态势下，未来几年国内环氧树脂需求量年复合增长率可达10%左右，2015年消费总量将达到150万吨，占到全球环氧树脂消费市场60%左右。112环氧树脂的特点和用途粘接强度高，粘接面广。几乎可粘接所有的金属和非金属，

5、有“万能胶”的美称。良好的加工性。加工时常温常压。广泛用作涂料、灌封料及浇注料等。优异的电绝缘性。用作绝缘材料、电工浇铸及电子灌封机械强度高。用作结构胶、高强耐磨地坪等。收縮率低，尺寸稳定，不易变形，不易开裂等。稳定性好，防腐性能优异。广泛用作防腐涂料。1.1.3环氧树脂的分类由于原材料与生产工艺的不同，环氧树脂有许多种类和型号，也有多种不同的分类方法，若按其化学结构和环氧基的结合方式可分为以下六大类：缩水甘油醚型、缩水甘油酯型、缩水甘油胺型、脂环族型、线性脂肪族型和混合型环氧化烯烃。以双酚A(BPA)为主要原材料，合成的环氧树脂称为双酚(BPA)型环氧树脂，是目前产量最大、用途最广的环氧树脂

6、，由于它的应用遍及国民经济的众多领域。双酚A(BPA)型环氧树脂，根据其分子量的高低，可分为低分子量树脂IW400)、中等分子量树脂(1=400-1400)、高分子量树脂(1=14008000)和超高分子量树脂(M=10万一45万)。双酚A(BPA)型环氧树脂的理化性能，随分子量而呈现规律性的变化，其变化规律如下：分子量f软化点f环氧值(环氧当量f羟基含量f固化物柔韧性f固化物硬度(固化温度f低分子量环氧树脂的固化主要通过环氧基反应，随着分子量的增大，环氧基的用减少，羟基作用增大，超高分子量的环氧树脂则不需要借助固化剂便能形成坚韧的涂膜。1.2、生产工艺环氧树脂生产工艺一般分为一步法和二步法。

7、目前低分子量液体环氧树脂和中分子量固体环氧树脂，一般都采用一步法工艺；高分子量环氧树脂采用二步法。1.2.1一步法工艺把双酚A(BPA)和环氧氯丙烷(ECH)在氢氧化钠作用下进行缩聚，即开环和闭环在同一反应条件下进行的工艺方法。周菊兴提出的工艺是：将配方量的双酚和环氧氯丙烷在80C下搅拌溶解，然后降温至。C,滴加30%的NaOH。碱滴加完后保温反应一段时间，然后减压回收未反应的环氧氯丙烷。接着再次降温到OC,滴加15%的NaOH，加完后保温反应。反应完毕，加入苯，升温溶解，然后静置水洗，上层的树脂苯溶液真空吸入脱水釜，残液再加苯萃取一次，弃去下层盐水溶液，萃取液仍吸入脱水釜。最后蒸出苯，得到清

8、澈透明的树脂。此外还有一次加碱法，即将碱改成一次滴加完，然后再蒸馏未反应的环氧氯丙烷。这种方法工艺成熟，目前国内的一44树脂多是采用这种工艺生产。1.2.2二步法工艺VogelTomas提出的工艺是：将双醐、环氧氯丙烷，同时加入三苯基膦卤化物或三苯基膦作催化剂，升温使体系在0120C发生醚化反应，生成氯醇醚。当羟基转化率达到80%90%后，在2090C以下一次性加入NaOH水溶液，进行闭环反应。然后，在减压下蒸尽环氧氯丙烷。加入有机溶剂，溶解粗产物，再加入水水洗至中性，静置分去水层，最后蒸馏除去苯，得到树脂产品。二步法也可以选择铵盐、胆碱作为催化剂,无机盐，含硫有机化合物。考虑到价格因素，国内

9、企业选用铵盐的居多。与一步法比较，二步法反应时间短，操作稳定，温度波动小，易于控制产生的三废少，质量稳定，产率高，可生产系列环氧树脂，对于国内企业来说，对现有设备稍作改动就可以上马，是很经济的方法。该法最大的优点是将开环闭环分步进行，而且可以在无水条件下进行开环，尽可能的减少了副反应的发生。而且催化剂也有一定的选择性可使产物量子多为线型结构，不易引起聚合反应。该法的缺点是从树脂中除去催化剂困难，而催化剂有一定的乳化作用，还对树脂的固化过程有影响，能缩短树脂的使用寿命加大固化反应的放热量，因此要严格控制它的用量，并设法减少在树脂中的残留。但本设计由于产量低所以采用一步法。第2章初步工艺流程设计工

10、艺流程框图：第一章已对工艺路线进行了选择，在此基础上全面而细致地分析了整个生产过程的组成和顺序如下图所示：700C冷却静置过滤脱苯第3章物料衡算计算条件与数据理：1.设每年生产300天，则每天的产量为：M=(1100tF0.94)/300=3.90t/dd2设以生产It(1000kg)环氧树脂为基准由消耗定额0.7t双酚A/t环氧树脂得双酚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原料单耗表原料名称投料比例质量百分比每吨消耗量(kg)环氧氯丙烷502916.7双酚A12700苯261516.7液体烧碱127003.原料规格及产品质量标准如下：表32原料规格

11、及产品质量标准表名称分子量净含含水分含惰性杂质环氧氯丙烷92.5298%0.2%1.8%双酚A228.2995%3%2%苯78.1196%0.2%3.8%液体烧碱40.0199.5%0.2%0.3%双酚A型环氧树脂332.0599%0.8%0.2%注：以上数据除直接在工厂收集到的以外，其他参照中国化工医药产品大全(卷卷二)和化工原料商品手册。原料用量计算：反应过程中的反应物纯量计算：为了较好地把握全过程，先假设理想情况进行计算，即计算各反应物的纯量。这里所说的纯量是指既不包括反应物及产品中的杂质和反应物过量的量，不包括每步反应损失掉的产品量。这是一种理想情况，在后面的计算中将恢复到实际情况，考

12、虑所含杂质的量、反应物过量的量，以及反应的收率等具体的问题并进行详细的计算。由原料单耗可得每批原料用量如下表：表33原料用量表名称纯物质(Kg)含杂质总用量(kg)环氧氯丙烷11375.1311607.28双酚A27302873.69苯5915.136161.59液体烧碱27302743.72缩合工段物料衡算一次反应：图3-1(1)对于输入物料分四股，分别如下：98%的环氧氯丙烷中：环氧氯丙烷：11375.13水：11607.28X0.2%=23.21Kg不溶杂质：11607.28Xl.8%=208.93Kg95%的双酚A中：双酚A：2730Kg水：2873.69X3%=86.21.7Kg不溶

13、杂质：5224.2X2%=57.47Kg99.50%的NaOH中：NaOH：2730Kg水：2743.72X0.2%=5.49Kg不溶杂质：2743.72X0.3%=8.23Kg96%的苯中：苯：5915.13Kg水：6161.59X0.2%=12.32Kg不溶杂质：6161.59X3.8%=234.14Kg(2)对于输出物料的计算如下：隋性杂质质量不变：208.93+57.47+8.23+234.14=508.77kg苯质量不变5915.13Kg反应的总方程式如下：bhCHiC.Ha-CHCHi：HCWe+n+2)NaCI+Cn+2)HiLI0.25nn故最后取C=0.25mm,该筒体可用6

14、mm厚Q235A钢板制作。15.1.4计算封头厚度采用标准椭圆形封头,其厚度可按下式计算:PDS=ci-0-0.5Pc式中Pc0.11MPa；D=1600mm；u=113MPai0=0.85；取C=4mm2则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圆整后取厚度为S=6mm,复验SX6%=6X6%=0.360.25nn故最后取C=0.25mm,该圭寸头可用6mm厚Q235A钢板制作。15.1.5校核筒体和封头的水压试验强度根据式a广笙戶0.25nn故最后取C=0.

15、25mm,该筒体可用6mm厚Q235A钢板制作。1计算封头厚度采用标准椭圆形封头,其厚度可按下式计算:S二卩-0.5Pc式中Pc取C=4mm2则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圆整后取厚度为S=6mm,复验SX6%=6X6%=0.360.25nn故最后取C=0.25mm,该圭寸头可用6mm厚Q235A钢板制作。1校核筒体和封头的水压试验强度根据式P(D+S)2GTie0.25nn故最后取C=

16、0.25mm,该筒体可用6mm厚Q235A钢板制作。1脱苯冷凝器的设计由于设了3个蒸发器,故需设3个冷凝器定性温度苯的定性温度为:80+802=80C冷却水的定性温度为:25+652=45C热负荷计算2.556x106x1031800=9.47X105W确定流体的流径该设计任务的热流体为苯和水的蒸气,冷流体为水,为使热流体通过壳壁向空气中散热,提高冷却效果,令苯和水的蒸气走壳程,冷却水走管程。计算平均温度差暂按单壳程、四管程考虑,逆流时平均温度差:苯蒸气80C-80C冷却水65C-25CAt15C55CAtAtAt=21mAtln2At5515ln55=30.8C155.6.5At选K值，估算

17、传热面积1因壳程为蒸气，0=1选用单壳程可行。当高温流体为有机质蒸气，低温流体为水时，查猱=600W/(mC)则换热面积为：S=QKAtm=9.47xlO5600 x30.8=51.2m2选换热器型号可选固定管板式换热器根据化工容器及设备简明设计手册，所选换热器主要参数如:下外壳直径500mm公称压力1.6MPa管子外径025X2.5管子数164管长4500mm管程数NP2管子排列方式正三角形管程流通面积0.0257m2则此换热器的实际换热面积为:S=加d(L0.1)00=1043.14X0.025X(4.5-0.1)=56.62m故此换热器能满足换热要求。第6章经济核算6.1工厂设计的内容与

18、规范：工厂布置是设计的一个要环节，其布置是否合理，不仅与施工、安装、建设、投资密切相关，而且与车间建成后的生产、管理、安全和经济效益密切相关。工厂布置涉及的对是生产过程中使用的机器设备各，种物料和从事生产的操作人员工厂布置的基本任务是结合厂区自然条件和外部条件确定生产工厂中各种机器设备的空间位置，使获得最经济合理的物料和人员的流动路线。就大的空间范围而言，就是在一个地区内厂位置的确定是为就寻找最佳的厂外运输路线；就小范围而言，就是在一个厂区内，厂房位置的确定是为了寻找最佳的厂内运输路线。这说明厂址选择工作和工厂布置工作任务的一致性，同时，也说明在不同工作阶段工厂布置的着重点。对于工厂布置，按我国习惯分法，可划分厂区布置和车间布置。车间布置是工艺专业向其他非工艺专业提供开展车间设计的基础资料之一。若车间布置不合理，不仅将直接影响到操作条件的好坏、生产的正常进行和设备的安全运行，而且还导致基建时工程造价高、施工安装不便，甚至造成车间建成出现一系列生产和管理的负面问题；因此本设计在车间布置时严格遵守如下设计规范和规定：GBJ16-87建筑设计防火规范（1987年）T536-79工业企业设计卫生标准（19