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1、材料与化学工程学院化工过程分析与合成大作业题目： 年产3万吨腐植酸改性脲醛树脂工艺设计课 题 类 别：工艺设计说明书学 生 姓 名： 学 号： 班 级： 专业（全称）：化学工程与工艺指 导 教 师： 2011年 4月18日 年产3万吨腐植酸改性脲醛树脂工艺设计摘要：本设计产品是改性脲醛树脂，合成反应主要由加成反应和缩聚反应两部分组成。由于脲醛树脂胶的原料是尿素和甲醛，原料来源丰富，且生产工艺简单、成本低、胶接性耐水性好、固化速度快、胶层无色以及使用方便等优点，很快成为我国人造板生产的主要粘合剂，目前约占木材工业用量的80%以上，但随着应用领域和用量的增加。脲醛树脂胶制品中散发出来的游离甲醛污染
2、环境，特别是用该板材制成家具和进行家庭装潢后会释放出残留甲醛和挥发性有机物（VOC），对人体皮肤、呼吸道和眼睛粘膜有刺激作用，因而造成对人体的危害。本工艺专门针对如何降低散发游离的甲醛和改性脲醛树脂做了合理设计。脲醛树脂是应用最为广泛的氨基树脂两个反应是先加成后缩聚，但又没有明显的界限，受反应条件影响只是在弱碱性条件下加成反应占优势，在弱酸性介质中缩聚反应进行的较顺利。本设计是年产900吨氨基树脂工厂设计，主要进行了工艺计算、设备选型，并绘制了全厂平面布置图、工艺流程图、物料流程图、生产车间的立面图和平面图。关键词： 腐植酸；改性脲醛树脂；尿素； 车间设计；工厂设计目 录摘 要I第一章 绪论1
3、1.1 厂址及气象条件11.2 工厂设计可行性分析11.2.1 设计任务和依据11.2.2 氨基树脂的应用及发展概况11.2.3 具体生产产品的确定21.2.4 本课题预解决的主要问题2第二章 产品与原料的性质与规格32.1 改性三聚氰胺脲醛树脂的质量标准和规格32.2生产脲醛树脂的原料的特性与规格3第三章 合成工艺设计和分析53.1 游离甲醛的来源53.2 降低游离甲醛含量的途径53.3 三聚氰胺改性脲醛(MUF)树脂的合成73.4 合成过程中原料对反应结果的影响73.4.1 甲醛与尿素摩尔比的影响：73.4.2三聚氰胺用量的影响83.5不同工艺条件下改性脲醛树脂的合成结果103.5.1加成
4、反应阶段各工艺参数变化对改性脲醛树脂的影响113.5.2缩聚反应阶段各工艺参数的变化对改性脲醛树脂的影响113.6 改性脲醛树脂合成工艺路线12主要反应123.7 合成脲醛树脂树脂工艺133.7.1 反应阶段143.7.2 脱水阶段143.7.3 后处理阶段143.7.4 生产工艺流程叙述14第四章 工艺计算154.1 原始数据及所需技术资料154.2 物料衡算154.2.1对反映釜进行物料衡算：164.2.2对蒸发器做物料衡算：174.2.3对整个系统做物料平衡计算17第五章 设备工艺计算及其选型185.1 搅拌反应釜的设计185.1.1 物料衡算：185.1.2热量衡算：195.1.3 材
5、料选择225.1.4釜体的设计计算225.1.5 封头的设计选型235.1.6 封头与釜体的连接形式245.1.7 支座形式245.1.8 反应釜的液位245.19 搅拌装置的设计245.1.10 传动装置设计255.1.11 传热装置设计255.1.12 反应器上的接管及尺寸265.2 蒸发器 单效蒸发器275.2.1对蒸发器做物料衡算：275.2.2原料液流量275.3 泵的选择295.3.1输送甲醛的泵295.3.2 输送成品泵295.4 换热器选型295.5 储罐的设计305.5.1 储罐305.5.2 高位计量槽305.6旋风分离器选型30第六章 工厂布置316.1工厂布置的基本任务
6、316.1.1工厂布置原则316.1.2 厂区布置总图说明336.2车间布置336.2.1车间布置基本原则和要求：336.2.2车间布置图说明35第七章 公用工程367.1 通风367.2 采暖367.3 照明36第八章设备一览表37第九章 设计小结389.1小结38第十章 参 考 文 献39致 谢40第一章 绪论1.1 厂址及气象条件1. 厂区位置：合肥经济开发区2. 地势：厂区地势平整3. 常年主导风向：东北风， 平均风力二级4. 气温：最高气温 40 最低气温 105. 冻土深度：10cm6. 地下水位：25m7. 运输条件：公路，铁路1.2 工厂设计可行性分析1.2.1 设计任务和依据
7、本次设计根据章祥林老师的化工过程分析与开发课程结课课题年产3万吨腐植酸改性脲醛树脂的工艺设计设计任务书，联系自己在大学三年中所学的各种知识及实习过程中收集的资料，并且在参观了安利合成革、丰乐农化、氯碱化工厂的生产车间及初步了解化工生产的过程以后进行该课题的设计。1.2.2 脲醛树脂的应用及发展概况脲醛树脂又称尿素甲醛树脂，是由尿素与甲醛缩聚而成的热固性树脂性物质的总称，是一类重要的氨基树脂。一般是无色到浅色液体或白色固体，无味，硬度高，耐油，抗霉，耐光性好。若在树脂中加入纤维素则可增进其机械性质，变为玻璃似的透明度的乳浊性物体，极为美观。脲醛树脂终端应用十分广泛，主要用于木材加工工业及家具行业
8、作粘合剂和胶粘树脂，广泛应用于木器加工、胶合板、刨花板、中密度纤维板、人造板材的生产及室内装修等行业，其消费占脲醛树脂消费的80%左右 。还在农业、园艺上用作缓效肥料、用作膜塑材料、纸张和纺织处理剂、涂料以及用作保温材料和吸音材料及建筑材料的发泡制品等。此产品还可用来制作化妆品和药品的容器盖、餐具、照相器材部件、钮扣和长效肥料，尿素树脂在国内各大胶合板厂及涂料、塑料、机械工业有需求。目前，世界上脲醛树脂的主要生产、消费和地区是美国、西欧、日本。多年来，上述国家和地区在该领域占主导地位。国内脲醛 树脂90%以上 用作脲醛胶生产，脲醛胶大约 80%是 由木材加工企业自产自用，只有大约20%是 由化
9、工企业生产再销售给木材加工 企业。国内脲醛树脂生产企业中，万吨/年以上的企业较少，多为木材加工企业自己配套的小脲醛树脂装置 。国内木材加工企业多达3000余家，脲醛胶的生产极为分散，生产专业化水平低，产品质量差，特别是游离甲醛含量高，污染严重。随着国家从2002年开始执行新的室内装饰材料卫生标准等相关法规，脲醛胶的生产格局正在发生以下变化：环保型脲醛的产量迅速提高、脲醛树脂的比例逐渐提高、粉状脲醛树脂的比例逐渐提高。目前我国脲醛树脂产量约为160万吨，环保型脲醛树脂全国生产能力大约20万吨，预计2015年国内脲醛树脂产量将达到200万吨，需求量将达到240万吨左右，市场空间大，发展前景好，其中
10、环保型脲醛树脂在国内的发展潜力更大。 1.2.3 本课题预解决的主要问题脲甲醛树脂。英文缩写UF。耐弱酸、弱碱，绝缘性能好，耐磨性极佳，价格便宜，但遇强酸、强碱易分解，耐水性和电性能较差，耐热性也不高，所以要解决的是降低甲醛释放量，改变脲醛树脂特性。本设计将通过合适的工艺，使用腐植酸（umic-acid以下简称HA）代替部分尿素来达到降低成本提高利润，同时使对HA 进行羟甲基化改性，可减小芳环上的位阻， 提高其分子结构中氰基和异氰酸酯基的反应活性，从而能有效降低UF 中游离甲醛释放量。由HUF 胶粘剂压制的人造板， 其甲醛释放量达到GB 18 580-2001 标准中E1级指标要求。第二章 产
11、品与原料的性质与规格2.1 改性腐植酸脲醛树脂的质量标准和规格pH值 7.58.0游离甲醛% 0.15固含量% 65左右粘度 0.26Pa.s 2.2生产脲醛树脂的原料的特性与规格 尿素（CH4N2O）相对分子质量：60 标准生成焓：Hf=-47.1KJ/mol外观：白色结晶 热容：Cp=93.3J/mol.k含氮量（以干基计）% 46.3 缩二脲含量% 0. 5水分含量：0. 5 铁（Fe2O3）含量%：0.002游离氨（NH3）含量%：0.01 水不溶物含量%：0.02工业甲醛（福尔马林溶液）的物理性质外观：无色透明液体，在低温时能自聚成微浑 37%含量密度 815Kg/m3 标准生成焓：
12、Hf=-116KJ/mol甲醛含量，g/100g：370.5 甲醇含量，g/100g：12甲酸含量g/100ml：0.04 铁含量，g/100ml：0.0005灼烧残渣含量，g/100ml：0.005 闪点，：60沸点，：96 贮存温度，：15.632.2氢氧化钠（NaOH）相对分子质量: 40 含量:40%密度:2.130g/m3 熔点: 318.4 沸点: 1390 甲酸（HCOOH）密度: 1.22 g/m3 含量:10%熔点: 8.6 沸点: 100.8闪点: 68.9 粘度: 1.784 mpa.s腐植酸：（HA）腐植酸不是单一的化合物，而是芳香族酸的混合物。由碳、氢、氧、氮和少量硫
13、、磷组成。是内表面积很大的高分子有机物,吸湿性强(风干的腐植酸含水可达25%),具有吸附多种微量元素的能力。腐植酸组分主要分为三个组分即：黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸。它们的分子量、颜色，以及所能溶的试剂也不同。如表所示： 腐植酸组分及性质 组分分子量颜色可溶性黄腐酸300400淡黄色溶于 水 或稀酸棕腐酸200020000深棕色溶于丙酮或乙醇黑腐酸104106黑褐色不溶于水或稀酸、丙酮或乙醇.煤基腐植酸 造煤植物在成煤过程中，受到微生物和水介质的作用，经过分解和合成的变化，形成腐植酸。泥炭是由植物变成煤第一阶段的产物，还保留有植物残体，但出现了腐植酸。泥炭转化为褐煤的过程叫成岩作用，它主要受温度、压力等地质化学因素的影响，植物残体消失了，腐植酸继续存在，但含量上有变化，性质上产生差别。 褐煤向烟煤演变时，腐植酸失水、脱羧、缩合直到消失，形成中性物质，煤化学上称为腐黑物。烟煤自然风化或者人工氧化形成腐植酸。 .发酵(生化)腐植酸 以农作物秸秆、酒厂废液、糖厂废渣和其他农副产品等非煤资源为原料，采用生物技术与化学技术结合，或纯微生物发酵技术制取的腐植酸。 工艺设计采用黄腐酸取平均分子质量为350。第三章 合成工艺
