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441I摘要本次环氧树脂的间歇操作生产工艺采用CYD—014型,将双酚A与环氧***丙烷在氢氧化钠的作用下进行缩聚反应,年生产量为5000吨,,,。通过物料衡算得到物料平衡图,物料首先由溶解釜到反应釜,再到精制釜,最后到脱溶剂系统、废聚物处理和包装;在各个流程中都存在工艺上的损耗和机械损耗,%,%%,%,%%;最后通过物料衡算和热量衡算的数据绘制工艺流程图和车间平面布置图。在物料衡算和热量衡算的基础上进行设备的设计,反应釜材质选用不锈钢,其容积为25m3,,,,。关键词:环氧树脂;物料衡算;热量衡算;反应釜武汉工程大学邮电与信息工程学院化工原理课程设计说明书1IIAbstractTheintermittentoperationoftheepoxyresinproductiontechnologybyCYD-014type,calledBPAwithECHintheroleofsodiumhydroxidepolycondensationreaction,annualproductionof5000tons,,,,materialfirstbydissolvingkettletothereactionkettle,totherefinedkettle,finallytotakeoffthesolventsystems,wastepolymerprocessingandpackaging;Existineveryprocesstechnologyonlossandmechanicalloss,%,%%,%,%%;,thereactionkettlechoosestainlesssteelmaterial,itsvolumeis25m3,,,,:epoxyresin;Materialbalance;Heatbalance;[1]是指分子结构中含有2个或2个以上环氧基并在适当的化学试剂存在下能形成三维网状固化物的化合物的总称,是一类重要的热固性树脂。环氧树脂既包含环氧基的低聚物,也包括含环氧基的低分子化合物。环氧树脂作为粘胶剂、涂料和复合材料等的树脂基体,广泛运用于水利、交通、机械、电子、家电、汽车及航空航天等领域。(1)力学性能高环氧树脂具有很强的内聚力,材料结构致密,所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用性树脂。(2)附着力强环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基以及醚键、***键、酯键等极性基团,赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材等极性基材以优良的附着力。 (3)固化收缩率小一般为1%~2%。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8%~10%;不饱和聚酯树脂为4%~6%;有机硅树脂为4%~8%)。线胀系数也很小,一般为6×10-5/℃。所以固化后体积变化不大。(4)工艺性好环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物,所以可低压成型或接触压成型。能与各种固化剂配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。(5)电绝缘性优良环氧树脂是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物,所以可低压成型或接触压成型。能与各种固化剂配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。(6)稳定性好,抗化学药品性优良不合碱、盐等杂质的环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温),其贮存期为1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。因此环氧树脂大量用作防腐蚀底漆,又因环氧树脂固化物呈三维网状结构,又能耐油类等的浸渍,大量应用于油槽、油轮、飞机的整体油箱内壁衬里等。武汉工程大学邮电与信息工程学院化工原理课程设计说明书244(7)环氧固化物的耐热性一般为70~100℃环氧树脂的耐热品种可达200℃或更高。环氧树脂也存在一些缺点,比如耐候性差,环氧树脂中一般含有芳香醚键,固化物经日光照射后易降解断链,所以通常的双酚A型环氧树脂固化物在户外晒,易失去光泽,逐渐粉化,因此不宜作用户外的面漆。环氧树脂低温固化性能差,一般需在10℃以上固化,在10℃以下则固化缓慢,对于大型物体如船舶、桥梁、港湾、油槽等寒季施工十分不便。,且新品种不断增多,因此到目前为此还没有一种较明确的分类方法。一、按化学结构分类(1)缩水甘油类环氧树脂(2)非缩水甘油类环氧树脂二、按官能团的数量分类按分子中官能团的数量,环氧树脂可分为双官能团环氧树脂和多官能团环氧树脂。对反应性树脂而言,官能团数的影响是非常重要的。典型的双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂属于双官能团环氧树脂。多官能团环氧树脂是指分子中含有2个以上的环氧基的环氧树脂。三、按状态分类按室温下的状态,环氧树脂可分为液态环氧树脂和固态环氧树脂。液态树脂指相对分子质量较低的树脂,可用作浇注料、无溶剂胶粘剂和涂料等。固态树脂是相对分子质量较大的环氧树脂,是一种热塑性的固态低聚物,可用于粉末涂料和固态成型材料等。(1)多元酚、多元醇、多元醇或多元***等含活泼氢原子的化合物与环氧***丙烷等含环氧基的化合物经缩聚而得;武汉工程大学邮电与信息工程学院化工原理课程设计说明书344(2)链状或环装双烯烃类化合物的双键与过氧酸经环氧化而成。,它使金属结构受到破坏,造成设备报废。金属的腐蚀在国民经济中造成了大量的资源和能源浪费,全世界每年因腐蚀造成的经济损失约在10000亿美元,为火灾、风灾和地震造成损失的总和。涂装防腐涂料作为最有效、最经济、应用最普遍的防腐方法,受到了国内外广泛的关注和重视。随着建筑、交通、石化、电力等行业的发展,防腐涂料的市场规模已经仅次于建筑涂料而位居第二位。据统计,2004年我国防腐涂料总产量达到60万t,预计2020年将突破100万t大关。环氧树脂涂料是最具代表性的、用量最大的高性能防腐涂料品种。主要有以下几种。(2)电器绝缘环氧树脂涂料绝缘涂料是电机、电器制造必不可少的材料,其质量的好坏对电工设备的技术经济指标和运行寿命起着关键的作用。电气绝缘涂料是绝缘材料中的重要组成部分,主要包括漆包线绝缘漆、浸渍绝缘漆、覆盖绝缘漆、硅钢片绝缘漆、黏合绝缘漆等。电气绝缘涂料必须具有较好的综合性能,如一般涂料的机械性能、防腐蚀性能,以及优异的绝缘性能。环氧树脂或改性后的环氧树脂具有这些综合性能,因此可作为电气绝缘涂料使用。电气绝缘环氧树脂涂料主要包括环氧漆包线绝缘漆、环氧浸渍绝缘漆、环氧覆盖绝缘漆、环氧硅钢片绝缘漆等。环氧漆包线绝缘漆是漆包线绝缘漆中的小品种,一般是采用高相对分子质量的环氧树脂E-05、E-06,固化剂为醇溶性酚醛树脂,主要用于潜水电机、化工厂用电机、冷冻机电机、油浸式变压器的绕组和线圈。环氧漆包线绝缘漆主要是利用环氧树脂优良的耐化学品性、耐湿热性、耐冷冻性,但缠绕性、耐热冲击性有限,因此其应用领域受到限制。环氧浸渍绝缘漆是浸渍漆中的一大品种。主要包括环氧酯烘干绝缘漆、无溶剂环氧树脂绝缘漆、沉浸型无溶剂漆、滴浸型无溶剂漆等。(3)汽车、船舶等交通工具用环氧树脂涂料汽车车身用环氧树脂涂料主要是离子电泳涂料,它一般是以水作分散剂的水性环氧树酯涂料,多采用电沉积法进行涂装,其腐蚀性能非常优越,专门用于大型生产如汽车车身等的钢铁制品的底漆涂料。武汉工程大学邮电与信息工程学院化工原理课程设计说明书444船舶用涂料主要是指船只、舰艇,以及海上石油钻采平台、码头的钢柱及钢铁结构件免受海水腐蚀的专用涂料,主要有车间底漆、船底防锈漆、船壳漆、甲板漆以及压载水舱漆、饮水舱漆、油舱漆等。车间底漆主要用于车间内成批钢铁材料的预处理,是造船预涂保养钢板的主要底漆,一般为环氧树脂富锌底漆,通常为3罐装,甲组分为超细锌粉,其用量以干膜中锌粉含量82%~85%为宜,乙组分为E-20环氧树脂液中加入氧化铁及膨润土、气相二氧化硅,丙组分为聚酰***固化剂液,其***值为200。船底防锈漆是指涂刷在船舰水线以下,长期浸在水中的船用防锈涂料,也可用于深水码头钢柱、海上钻采石油、天然气平台等的钢柱及钢铁结构。环氧树脂沥青防锈涂料及纯环氧树脂防锈涂料能经受长期海水浸泡、干湿交替、阴暗潮湿的环境,是船底防锈漆中的佼佼者。船壳漆是指涂刷在水线之上的船用防锈涂料,要求附着力强、耐水性好、耐磨、耐候性好。室温固化环氧-聚酰***涂料固化后能得到坚韧、附着力强、耐水、耐磨的涂层,所以能作为长效的船壳漆。为提高漆的耐候性,配方中加入耐候性好的颜料。甲板漆除要求有耐水、耐晒、耐磨、耐洗刷外,还要求耐石油、机油及具有防滑作用。环氧树脂类甲板漆由底漆、中间漆和面漆三组涂料组成,底漆为环氧树脂富锌底漆,中间漆为环氧树脂云母氧化铁底漆,面漆为环氧树脂甲板漆。(4)食品容器用环氧树脂涂料食品容器是指贮存食品的罐、桶等容器,至今金属容器仍占首位,主要有白铁、马口铁、铝箔等金属品种。为了防止食品在长期的贮存期内金属容器在食品的条件下发生腐蚀,就必须在金属容器内壁涂上涂料。由于食品是一种特殊商品,必然要求涂料固化后对金属的附着力强,涂膜保***好,耐焊药性强,耐腐蚀性好(尤其是针对罐装液体食品),且必须符合食品卫生标准。环氧树脂通常是和其他树脂并用后才用作食品罐头内壁涂料的。主要有环氧树脂/酚醛树脂涂料,环氧树脂/甲酚甲醛树脂涂料、环氧树脂/氨基树脂涂料、环氧树脂/聚酰***树脂涂料等。①生产规模:5000吨②生产时间:8000小时/年③反应原料及组成配方(每批次)双酚A4200kg;烧碱3160kg(浓度30%);环氧***丙烷2000kg;甲苯7100kg;锌粉少量。(工艺耗损和机械耗损)分配如下:(%双酚A为基准计算收率和耗损)溶解釜损耗:%;反应釜损失:%;精制釜损失:%;脱溶剂损失:%;废聚物处理损失:%;包装及扫地损失:%[2]又称双酚A缩水甘油醚型环氧树脂,因原料来源方便、成本低,所以在环氧树脂中应用最广,产量最大,约占环氧树脂总量的85%以上,双酚A型环氧树脂是由双酚A和环氧***丙烷和在氢氧化钠催化下反应制得的,双酚A和环氧***丙烷都是二官能度化合物,所以合成所得的树脂是线型结构。反应原理如下:双酚A型环氧树脂实际上是由低分子量的二环氧甘油醚、双酚A以及部分高分子量聚合物组成。。低、中分子量的树脂一般用一步法合成,而高分子量的树脂既可用一步法,也可以用二步法合成。武汉工程大学邮电与信息工程学院化工原理课程设计说明书644⑴一步法一步法是将一定摩尔比的双酚A和环氧***丙烷在NaOH作用下进行缩聚,用于合成低、中分子量的双酚A型环氧树脂。国产的E-20、E-12、E-14和E-44等环氧树脂均是采用一步法生产的。一步法又可分为水洗法、溶剂法和溶剂萃取法。水洗法是先将双酚A溶于10%的NaOH水溶液中,在一定温度下一次性加入环氧***丙烷,使之进行反应,反应完毕后静置,除去上层碱液,然后用沸水洗涤十几次,除去树脂中残存的碱和盐类,最后脱水即得产品。溶剂萃取法与水洗法基本相同,只是在后处理时在除去上层碱水后,不是先用沸水洗涤,而是先用溶剂将树脂萃取出来,再经水洗、过滤和脱除溶剂得产品。此法生产的树脂杂质比水洗法少,树脂透明度好。国内厂家多采用此法。溶剂法是先将双酚A、环氧***丙烷和有机溶剂投入反应釜中,搅拌溶解后,升温到50~75℃,滴加NaOH溶液使之进行反应。也可先加入催化剂使反应物醚化,然后再加入NaOH溶液脱HCl进行闭环反应。到达反应终点后加入大量的溶剂进行萃取,之后进行水洗、过滤,脱除溶剂后即得产品。本法反应温度易于控制,树脂透明度好,杂质少,收率高。⑵二步法二步法又有本体聚合法和催化聚合两种。本体聚合法是将低分子量的环氧树脂和双酚A加热溶解后,再在200℃高温下反应2h即得产品。本体聚合法市在高温下进行,副反应多,生成物中有支链,产品不仅环氧值低,而且溶解性差,反应过程中甚至会出现凝锅现象。催化聚合法是将低分子量的双酚A型环氧树脂和双酚A加热到80~120℃溶解,然后加入催化剂使其反应,因反应放热而自然升温,放热完毕后冷至150~170℃,过滤即可得到产品。一步法是在水介质中呈乳液状态进行的,后处理较困难,树脂的分子量分布较宽,有机***含量高,不易制得环氧值高、软化点也高的树脂产品。而二步法是在有机溶剂中呈均相状态进行的,反应较平稳,树脂分子量分布较窄,后处理相对较容易,有机***含量低、环氧值和软化点可通过原料配比和反应温度来控制。二步法具有工艺简单、操作方便、投资少,以及工时短、无三废、产品质量易控制和调节等优点,因而目前受到重视。武汉工程大学邮电与信息工程学院化工原理课程设计说明书