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1、 产1500吨双酚A型环氧树脂的工艺设计摘要：本设计采用一步法工艺生产双酚A型环氧树脂，即把环氧氯丙烷和双酚A在催化剂氢氧化钠作用下进行缩合，是在同一条件下进行开环和闭环反应的生产工艺，得到的是低分子量的液态环氧树脂。本文从合成工艺、生产技术、车间布置、环境保护等方面对年产1500吨的双酚A型环氧树脂进行了详细的设计与计算，设计内容主要包括：工艺流程设计，工艺路线选择，生产过程物料衡算与能量衡算，工艺设备的选型与计算，车间布置设计，三废处理及其综合利用等。关键词：双酚A型环氧树脂；一步法；工艺设计iAnnual output 1,500 Tons Bisphenol A Epoxyres in
2、 Process DesignAbstract：The design uses a one-step process to produce bisphenol A epoxy resins,epichlorohydrin and bisphenol A that is under the effect of sodium hydroxide condensation catalyst,the production process is performed open-loop and closed-loop response under the same conditions,the obtai
3、ned low molecular weight epoxy resin is a liquid. From the aspects of the synthesis process,production technology,plant layou,and environmental protection on the annual output of 1,500 tons bisphenol A resin detail design and calculation,design should include： process design,process route selection,
4、production process material balance and energy balance,Selection and calculation of process equipment,plant layout design,waste treatment and comprehensive utilization.KEY WORDS： BisphenolAepoxyresins ; One-step; Workshop process designii中文摘要英文摘要 目录1引言11.1环氧树脂发展史11.2双酚A型环氧树脂的特点和用途11.3双酚A型环氧树脂生产原料21.
5、3.1环氧树脂生产的主要原材料及规格2表1.1环氧树脂的主要原材料及规格21.3.2环氧树脂生产的主要原材料的性质31.4双酚A型环氧树脂合成方法31.4.1合成原理31.4.2合成方法42工艺流程设计52.1 工艺流程框图52.2工艺流程叙述63物料衡算73.1 计算条件与数据理73.2环氧树脂收集73.3缩合工段物料衡算：83.4回收过量环氧氯丙烷104热量衡算124.1对溶解釜进行热量衡算124.1.1溶解阶段124.1.2冷却阶段144.1.3反应阶段154.2 脱苯所需热量计算184.3 脱苯用冷凝器冷却水用量计算205 设备选型215.1反应釜的设计215.1.1选材225.1.2
6、确定参数225.1.3计算筒体厚度225.1.4计算封头厚度235.1.5校核筒体和封头的水压试验强度235.1.6法兰的选取245.1.7夹套的设计245.1.8接管的设计265.1.9搅拌器的设计265.2 脱苯用冷凝器的设计295.2.1定性温度295.2.2平均温度下的物性数据305.2.3平均传热温差305.2.4冷却液用量305.2.5管程传热系数315.2.6壳程传热系数315.2.7传热面积315.2.8工艺结构尺寸325.2.9传热管排列和分程方法325.2.10壳体内径325.2.11接管325.3换热器核算335.3.1壳程对流传热系数核算335.3.2管程对流传热系数核
7、算335.3.3传热系数K345.3.4传热面积345.3.5管程流动阻力355.3.6壳程阻力356工厂布置设计386.1工厂设计的内容与规范386.2 厂址选择的依据和原则396.3车间的布置396.3.1车间设备布置406.3.2 车间设备平面布置416.3.3 车间设备立面布置416.4给水、排水系统426.5电力供应及生产控制426.5.1电力供应426.5.2原料及产品的贮运426.5.3分析检验室、维修室437三废处理及其综合利用447.1废水的处理447.2回收利用457.3废渣的处理457.4噪声458环氧树脂安全生产和相应的环境保护468.1环氧树脂安全生产和环境保护的重要
8、性468.2环氧树脂生产安全注意事项与相应劳动保护措施468.2.1环氧树脂生产原料的毒性468.2.2环氧树脂生产中劳动保护注意事项478.2.3环境保护措施478.2.4绿化概况488.2.5劳动安全、工业卫生与消防48iv南华大学化学化工学院毕业设计 1引言1.1环氧树脂发展史分子中含有两个或更多个环氧基团的树脂即为环氧树脂，它从发明到规模化生产经历了相当长的时间。早在十九世纪后期的1891年，德国人Lindmann就曾经把环氧氯丙烷和对苯二酚反应，缩聚成树脂并用酸酐使其得到固化，但其使用价值并没有被及时发现。到了二十世纪前期，一直没有人进行进一步的研究，当瑞士人Pierre Casta
9、n和美国人S.O.Greenlee对合成环氧树脂进行进一步研究的时候已经到了1930年，在之后的1934年， Schlack把含有一个以上的环氧基团的化合物用胺类化合物聚合成高分子，并在德国公开发表专利。到了 1938年，瑞士Pierre castan和美国的S.O.Greenlee发表的专利，可以看出，他们已经发现双酚A和环氧氯丙烷经过缩聚反应可以产生环氧树脂，再加入有机胺或邻苯二甲酸盐就可以使树脂固化，并且它表现出优异的粘附性能。这些发现促使美国的De Voe-Raynolds公司在1947年首次在工业中开始了环氧树脂的生产。瑞士CIBA公司，美国的Shell公司以及De Chemical
10、公司也开始了环氧树脂的工业化生产，并在此基础上进行进一步的开发和应用工作。环氧树脂在浇铸，防腐蚀涂料，金属粘合剂，电绝缘性的应用等领域等都在1950取得了突破。环氧树脂作为一个行业蓬勃发展。我国从1958才开始对环氧树脂进行研究，但很快就投入了生产。在当前，双酚A型环氧树脂的产量占到了环氧树脂总产量的85%以上。1.2双酚A型环氧树脂的特点和用途 双酚A型环氧树脂是由双酚A和环氧氯丙烷在碱性条件下经过缩合，经水洗、脱溶剂精制成的高分子化合物。通常根据环氧树脂分子量的高低，把它分为超高分子量树脂（M10万45万），高分子量树脂（M14008000），中等分子量树脂（M400-1400）和低分子量
11、树脂（M400）。双酚A型环氧树脂的性能，随分子量的升高也表现出一定的变化规律。规律如下：分子量上升、环氧值降低、 软化点上升、 固化物硬度下降、羟基含量上升、固化物柔韧性增强、固化温度上升环氧树脂的固化在不同分子量时期主要作用的基团是不同的，在低分子量时主要是通过环氧基的反应，当随着分子量的逐渐增大时，羟基的作用逐渐增大，而环氧基的作用明显减小，所以超高分子量的环氧树脂不需要借助固化剂便可以形成坚韧的涂膜。 因为环氧树脂被称为人工橡胶，其制品具有良好的物理机械性能、电气绝缘性能等、耐化学药品性，故广泛应用于涂料、玻璃钢、胶黏剂、灌封、电子浇铸、层压板、包装等领域。1.3双酚A型环氧树脂生产原
12、料1.3.1环氧树脂生产的主要原材料及规格表1.1环氧树脂的主要原材料及规格双酚A(BPA)228.29外观：白色粒状（或粉状）结晶体熔点：155.5密度：1.195g/环氧氯丙烷（ECH） 92.52外观：无色透明液体 纯度：99.5 wt密度（20）：1.1801.184 g/沸点：117.9苯 78.11纯度：99.5 wt馏程：109112密度：0.8620.868g/沸点：80氢氧化钠 NaOH40.01Fe2O3含量：0.003 wt密度：2.13g/ 1.3.2环氧树脂生产的主要原材料的性质 1.双酚A：白色片状或粒状的晶体,有毒，室温下轻微溶于苯、甲苯、二甲苯，溶解度随温度增加
13、急剧增加,不溶于水，溶于醚、醇、丙酮和碱性溶剂。 2.环氧氯丙烷：有仿氯气味，无色，有毒，不稳定，对眼睛有强烈的刺激，有麻醉性有潜在致癌性，微溶于水，可溶解于醚、醇及甲苯中。取样化验时，要取上层。 3.氢氧化钠：白色半透明的晶状固态，具有强碱性，易溶于水，腐蚀性较强。 4.苯：无色有甜味的透明液体，难溶于水，但是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强。1.4双酚A型环氧树脂合成方法1.4.1合成原理双酚A型环氧树脂是在碱性催化剂(通常用NaoH)作用下由环氧氯丙烷和双酚A经缩合而成，反应历程在学术界还没有统一的认识。但其合成反应大体如下： 1.开环反应：双酚A的羟基和
14、环氧氯丙烷在碱的催化下，环氧基发生反应，生成端基为氯化羟基的化合物。2.闭环反应：氯化羟基和Na0H发生反应，之后脱HCl形成环氧基。3.开环反应：新生成的环氧基和双酚A的羟基发生反应生成具有端羟基的化合物。 4.开环反应：端羟基化合物和环氧氯丙烷进一步反应生成具有端氯化羟基的化合物。 5.闭环反应：生成的氯化羟基再NaOH反应，然后脱HCl生成环氧基。在环氧氯丙烷过量情况下，连续进行上述开环一闭环反应，最终即可得到端基为环氧基的双酚A型环氧树脂。由于双酚A型环氧树脂的反应历程较复杂，学术界尚有争论上述反应是缩聚过程中可能的主要反应。此外还可能有一些不可避免的副反应，如酚羟基与环氧基的反常加成反应和环氧基的水解反映等。若反应条件得到严格的控制(如投料配比、NaoH用量及投料快慢、反应过程的温度、加料顺序、原料纯度等等)，副反应即可受到控制，就可获得预定相对分子质量的线型双酚A型环氧树脂。投料时调节双酚A与环氧氯丙烷的用量比，就
