高分子课程设计

1、高分子材料课程设计 专业班级：复材1102 姓 名：马腾娇 学 号：110690228 指导老师：白永梅 时 间：2014、01、03目录第一章. 绪论1·1产品概述41·2 合成醇酸树脂的原料51·3 醇酸树脂的合成原理121·4 合成工艺131·4·1 按合成原料分类141·4·2 按工艺分类17第二章. 设计内容2·1设计依据212·2设计原则212·2·1生产规模212·2·2生产方式212·2·3投料方式222·2&

2、#183;4流程特点222·2·5设备选型原则232·2·6生产制度232·2·7原料的技术规格1232·2·8配方设计232·3物料衡算过程242.4热量衡算272·4·1热量衡算概述272·4·2热量衡算27第三章.反应釜及其配件3·1 反应釜与稀释釜的选型2313·2反应釜与封头厚度的确定7323·3 搅拌桨8333·4 支座及夹套的选型12353·5 视镜 人孔及接管 12363·6 搅拌桨电机、减

3、速器383·7 油泵的选型383·8 输送泵的选型383·9 真空缓冲罐的选取16393·10 废水接收罐的设计393·11 CO2系统的确定 17403·12 冷凝器的选择与设计1840参考书目4144 第一章. 绪论1·1产品概述多元醇和多元酸可以进行缩聚反应，所生成的缩聚物大分子主链上含有许多酯基（COO），这种聚合物称为聚酯。涂料工业中，将脂肪酸或油脂改性的聚酯树脂称为醇酸树脂（alkyd resin），而将大分子主链上含有不饱和双键的聚酯称为不饱和聚酯，其它的聚酯则称为饱和聚酯。这三类聚酯型大分子在涂料工业中都有重

4、要的应用醇酸树脂指由多元醇、多元酸与油或其脂肪酸反应生成的产物，它不同于单纯由多元醇、多元酸制成的聚酯树脂。醇酸树脂是由多元醇、多元酸和一元酸缩聚而成的线性树脂，具有合成技术成熟、制造工艺简便、原料易得到以及树脂涂膜综合性能好等特点，在涂料用合成树脂中用量最大用途最广。但醇酸树脂涂料也存在一些缺点，如涂膜干燥缓慢、硬度低、耐水性差等，这将导致施工周期延长，也影响其应用范围。醇酸树脂同时还具有原料容易获得，生产工艺简易，性能优良，施工方便的特点。同时，它本身就是一种漆料，能制成清漆、磁漆、底漆、腻子等，还可以与硝化棉、过氯乙烯树脂、氨基树脂、氯化橡胶、环氧树脂等合用，提高和改进其他各类涂料产品的

5、性能。1·2 合成醇酸树脂的原料一. 多元醇制造醇酸树脂的多元醇主要有丙三醇（甘油）、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇、乙二醇、1，2丙二醇、1，3丙二醇等。其羟基的个数称为该醇的官能度，丙三醇为3官能度醇，季戊四醇为四官能度醇。根据醇羟基的位置，有伯羟基、仲羟基和叔羟基之分。它们分别连在伯碳、仲碳和叔碳原子上。羟基的活性顺序为：伯羟基仲羟基叔羟基常见多元醇的物性见下表 ：单体名称结构式相对分子质量溶点(沸点)/ 密度/(g/cm3)丙三醇（甘油）92.0918(290)1.26三羟甲基丙烷134.125659（295）1.1758季戊四醇136.15189(260)1.38乙二

6、醇62.07-13.3(197.2)1.12二乙二醇106.12-8.3(244.5)1.118丙二醇76.09-60(187.3)1.036用三羟甲基丙烷合成的醇酸树脂具有更好的抗水解性、抗氧化稳定性、耐碱性和热稳定性，与氨基树脂有良好的相容性。此外还具有色泽鲜艳、保色力强、耐热及快干的优点。乙二醇和二乙二醇主要同季戊四醇复合使用，以调节官能度，使聚合平稳，避免胶化。二. 有机酸有机酸可以分为两类：一元酸和多元酸。一元酸主要有：苯甲酸、松香酸以及脂肪酸（亚麻油酸、妥尔油酸、豆油酸、菜籽油酸、椰子油酸、蓖麻油酸、脱水蓖麻油酸等）；多元酸包括：邻苯二甲酸酐（PA）、间苯二甲酸(IPA)、对苯二甲

7、酸(TPA)、顺丁烯二酸酐(MA)、己二酸(AA)、癸二酸(SE)、偏苯三酸酐（TMA）等。多元酸单体中以邻苯二甲酸酐最为常用，引入间苯二甲酸可以提高耐候性和耐化学品性，但其溶点高、活性低，用量不能太大；己二酸(AA)和癸二酸(SE)含有多亚甲基单元，可以用来平衡硬度、韧性及抗冲击性；偏苯三酸酐（TMA）的酐基打开后可以在大分子链上引入羧基，经中和可以实现树脂的水性化，用作合成水性醇酸树脂的水性单体。一元酸主要用于脂肪酸法合成醇酸树脂，亚麻油酸、桐油酸等干性油脂肪酸感性较好，但易黄变、耐候性较差；豆油酸、脱水蓖麻油酸、菜籽油酸、妥尔油酸黄变较弱，应用较广泛；椰子油酸、蓖麻油酸不黄变，可用于室外

8、用漆和浅色漆的生产。苯甲酸可以提高耐水性，由于增加了苯环单元，可以改善涂膜的干性和硬度，但用量不能太多，否则涂膜变脆。 一些有机酸物性见下表：单体名称状态（25）相对分子质量溶点/酸值/（mgKOH/g）碘值苯酐（PA）固148.11131785间苯二甲酸(IPA)固166.13330676顺丁烯二酸酐(MA)固98.0652.6(199.7)1145己二酸(AA)固146.14152768癸二酸(SE)固20224133偏苯三酸酐（TMA）固192165876.5苯甲酸固122122460松香酸固34070165桐油酸固28048.5、-180220豆油酸液285195202135亚麻油酸液

9、280180220脱水篦麻油酸液293187195138143菜油酸液285195202120130妥尔油酸液310180105130椰子油酸液208263275911篦麻油酸液3101751858593二聚酸液566190198三. 油脂油类有桐油、亚麻仁油、豆油、棉籽油、妥尔油、红花油、脱水蓖麻油、蓖麻油、椰子油等。植物油是一种三脂肪酸甘油酯。三个脂肪酸一般不同，可以是饱和酸、单烯酸、双烯酸或三烯酸，但是大部分天然油脂中的脂肪酸主要为十八碳酸，也可能含有少量月桂酸（十二碳酸）、豆蔻酸（十四碳酸）和软脂酸（十六碳酸）等饱和脂肪酸，脂肪酸受产地、气候甚至加工条件的重要影响。重要的不饱和脂肪酸有

10、：油酸（十八碳烯-9-酸）：亚油酸（十八碳二烯-9，12-酸）：亚麻酸（十八碳三烯-9,12,15-酸）：桐油酸（十八碳三烯-9,11,13-酸）蓖麻油酸（12-羟基十八碳烯-9-酸）： 因此，构成油脂的脂肪酸非常复杂，植物油酸是各种饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的混合物。油类一般根据其碘值将其分为：干性油、不干性油和半干性油。干 性 油：碘值140，每个分子中双键数6个；不干性油：碘值100，每个分子中双键数4个；半干性油：碘值100140，每个分子中双键数46个。四、油脂的质量指标 外观、气味：植物油一般为清澈透明的浅黄色或棕红色液体，无异味，其颜色色号小于5号。若产生酸败，则有酸臭味，表示油品

11、变质，不能使用。 密度：油比水轻，大多数都在0.900.94 g/cm3之间。 粘度：植物油的黏度相差不大。但是桐油由于含有共轭三烯酸结构，黏度较高；篦麻油含羟基，氢键的作用使其黏度更高。 酸价: 酸价用来测量油脂中游离酸的含量。通常以消耗一克油中所含的酸，所需的氢氧化钾之量来计量。合成醇酸树脂的精制油的酸价应小于5.0 mg KOH/g(油)。 皂化值和酯值：皂化1g油中全部脂肪酸所需KOH的毫克数为皂化值；将皂化1g油中化合脂肪酸所需KOH的毫克数称为酯值。皂化值酸值酯值 不皂化物：皂化时，不能与KOH反应且不溶于水的物质。主要是一些高级醇类、烃类等。这些物质影响涂膜的硬度、耐水性。 热析

12、物：含有磷脂的油料（如豆油、亚麻油）中加入少量盐酸或甘油，可使其在高温下（240280）凝聚析出。为使油品的质量合格，适合醇酸树脂的生产，合成醇酸树脂的植物油必须经过精制才能使用。否则会影响树脂质量甚至合成工艺。精制方法包括碱漂和土漂处理，俗称“双漂”。碱漂主要是去除油中的游离酸、磷脂、蛋白质及机械杂质，也称为“单漂”。“单漂”后的油再用酸性漂土吸附掉色素（即脱色）及其它不良杂质，才能使用。目前最常用的精制油品为豆油、亚麻油和蓖麻油。亚麻油属干性油，故干性好，但保色性差、涂膜易黄变。蓖麻油为不干性油，同椰子油类似，保色保光性好。大豆油取自大豆种子，大豆油是世界上产量最多的油脂。大豆毛油的颜色因

13、大豆的品种及产地的不同而异。一般为淡黄、略绿、深褐色等。精炼过的大豆油为淡黄色。大豆油半干性油，综合性能较好。常见的植物油的主要物性见下表：油品酸值碘值皂化值密度/(g/cm3，20)色泽/号（铁钴比色法）桐油691601731901950.9360.940912亚麻油141751971841950.970.938912豆油141201431851950.9210.928912松浆油(妥尔油)141301901950.9360.94016脱水蓖麻油151251451881950.9260.9376棉籽油151001161891980.9170.92412篦麻油2481911731880.955

14、0.964912椰子油147.510.52532680.9170.9194 1·3 醇酸树脂的合成原理甘油和苯酐的摩尔比按2;3投料，则该体系的的平均官能度为：（2×33×2）/（23）2.4，其Crothers 凝胶点为Pc2/2.40.833,因此，若官能团的反应程度超过凝胶点，就生成体型结构缩聚物。其结构可表示如下：这种树脂遇热不融，亦不能溶于有机溶剂，具有热固性，不能用作成膜物质。所以制造醇酸树脂时先将甘油与脂肪酸酯化或甘油与油脂醇解生成单脂肪酸甘油酯，使甘油由3官能度变为2官能度，然后再与2官能度的苯酐缩聚。此时体系为22线型缩聚体系，苯酐、甘油、脂肪酸

15、按1:1:1摩尔比合成醇酸树脂的理想结构为：上述大分子链中引入了脂肪酸残基，降低了甘油的官能度，同时也使大分子链的规整度、结晶度、极性降低，从而提高了漆膜的透明性、光泽和柔韧性和施工性。若使用干性脂肪酸（或干性油），则在催干剂的作用下，可在空气中进一步发生氧化聚合、干燥成膜。1·4 合成工艺醇酸树脂的合成工艺按所用原料的不同可分为（1）醇解法；（2）脂肪酸法。从工艺上可以分为（1）溶剂法（2）熔融法。熔融法设备简单、利用率高、安全，但产品色深、结构不均匀、批次性能差别大、工艺操作较困难，主要用于聚酯合成。醇酸树脂合成主要采用溶剂法生产。溶剂法中常用二甲苯的蒸发带出酯化水，经过分水器的

16、油水分离后重新流回反应釜，如此反复，推动聚酯化反应的进行，生成醇酸树脂。釜中二甲苯用量决定反应温度，存在如下关系。二甲苯用量/%1087543反应温度/0C1881952002102052152202302302402402551·4·1 按合成原料分类醇解法与脂肪酸法的比较醇解法脂肪酸法优点（1）成本较低（2）工艺简单易控（3）原料腐蚀性小（1）配方设计灵活，质量易控（2）聚合速度较快（3）树脂干性较好、涂膜较硬缺点（1）酸值不易下降（2）树脂干性较差、涂膜较软（1）工艺较复杂，成本高（2）原料腐蚀性较大（3）脂肪酸易凝固，冬季投料困难目前国内两种方法皆有应用，脂肪酸法呈

17、上升趋势。 一 醇解法醇解法是醇酸树脂合成的重要方法。由于油脂与多元酸（或酸酐）不能互溶，所以用油脂合成醇酸树脂时要先将油脂醇解为不完全的脂肪酸甘油酯（或季戊四醇酯）， 不完全的脂肪酸甘油酯是一种混和物，其中含有单酯、双酯和没有反应的甘油及油脂，单酯含量是一个重要指标，影响醇酸树脂的质量。其反应如下：1醇解 醇解时要注意甘油用量、催化剂种类和用量及反应温度，以提高反应速度和甘油一酸酯含量。此外，还要注意以下几点：（1）用油要经碱漂、土漂精制，至少要经碱漂。（2）通入惰性气体保护（CO2或N2）,也可加入抗氧剂，防止油脂氧化。（3）常用LiOH作催化剂，用量为油量的0.02左右。（4）醇解反应是

18、否进行到应有深度，须及时用醇容忍度法检验以确定其终点。 用季戊四醇醇解时，由于其官能度大、溶点高，醇解温度比甘油高，一般在230250之间。2聚酯化反应 醇解完成后，即可进入聚酯化反应。将温度降到180，分批加入苯酐，加入回流溶剂二甲苯，在180220之间缩聚。二甲苯得加入量影响脱水速率，二甲苯用量提高，虽然可加大回流量，但同时也降低了反应温度，因此回流二甲苯用量一般不超过8，而且随着反应进行，当出水速率降低时，要逐步放出一些二甲苯，以提高温度，进一步促进反应进行。聚酯化易采取逐步升温工艺，保持正常出水速率，应避免反应过于剧烈造成物料夹带，影响单体配比和树脂结构。另外，搅拌也应遵从先慢后快的原

19、则，使聚合平稳、顺利进行。保温温度及时间随配方而定，而且与油品和油度有关。干性油及短油度时，温度易低。半干性油、不干性油及长油度时，温度应稍高些。 聚酯化反应关注出水速率和出水量，并按规定时间取样，测定酸值和黏度，达到规定后降温、稀释，经过过滤，制得漆料。下图为醇解法溶剂法生产醇酸树脂的工艺流程简图。脂肪酸法脂肪酸可以与苯酐、甘油互溶，因此脂肪酸法合成醇酸树脂可以单锅反应。同聚酯合成工艺、设备接近。脂肪酸法合成醇酸树脂一般也采用溶剂法。反应釜为带夹套的不锈钢反应釜，装有搅拌器、冷凝器、惰性气体进口、加料、放料口、温度计和取样装置。为实现油水分离，在横置冷凝器下部配置一个油水分离器，经分离得二甲

20、苯溢流回反应釜循环使用。1·4·2 按工艺分类1熔融法熔融法是个老方法，现在已较少使用，但它设备简单，一次性投资较低，防水要求较低。生产时将多元醇、多元酸、脂肪酸直接加入反应釜内，在搅拌及通入惰性气体下升温，在适当的温度（200-250）下酯化反应。如使用油则先将油与多元醇（甘油）加入反应釜，在适当的温度（200-240）及惰性气体的保护下醇解。醇解时定期取样测定醇解程度。达到要求后稍稍降温（不低于180）加入苯二甲酸酐。因苯二甲酸酐开环反应约在160下进行，且是放热反应。如降温太多将有大量的苯二甲酸酐不能反应积存下来。所以加完苯二甲酸酐的温度不要低于180。按工艺规定可以

21、低温和高温分段进行酯化反应。如果先低温酯化反应，可以先在180-200保持一段时间；如果是直接高温酯化反应，升温不宜过快，在200-230酯化反应是脱水特别剧烈。因此要按工艺规定控制升温速度。温度达到规定后即保持恒定，进行酯化反应。在酯化全过程中，始终通入惰性气体以帮助搅拌，排除酯化反应产生的水汽及防止反应物氧化。反应釜排空口联通苯二甲酸酐捕集器，有抽风装置使釜内稍呈负压以利水汽排出，但不能过大，免得苯二甲酸酐升华太多。在酯化反应过程中定期取样测酸值与粘度（开始每隔2-3小时强有力的搅拌装置与较强的冷却能力，罐内配好配方规定量的溶剂将树脂溶化，这样即使已经凝胶化的树脂也能马上溶解开来，而且釜内

22、树脂的粘度与溶解后树脂溶液的浓度相差不太大。溶解完毕的树脂要调整粘度与固体分，经过过滤净化即成为醇酸树脂溶液或称漆料。放入储罐或装桶。经过一段贮存期即可制漆，或作商品出售。有时树脂不经稀释在热状态过滤净化，以100%成分出售（此种形式的产品已较少）。熔融法的缺点：反应不如溶剂法均匀；，以后每隔15-30分钟0。粘度与酸值达到工艺规定后停止加热。釜体可稍降温。然后将树脂放入或压入（抽入）稀释罐内。稀释罐的容积至少为反应釜的两倍，要配备与溶剂法相比反应时间相对较长；颜色较溶剂法深反应物料损失较大，本二甲酸酐升华排除釜外损失大。本二甲酸酐与多元醇的比例不能固定；因此醇酸树脂的配方只能根据设备与工艺的

23、经验配方，而不能较科学的设计；酯化反应阶段始终需要惰性气体的保护，增加成品。2溶剂法溶剂法是利用有机溶剂（主要为芳香烃类溶剂）作为共沸液体帮助酯化。它是在熔融法基础上改进的方法。在酯化阶段加入反应物量的3%-10%的溶剂（主要为芳香烃类溶剂，用二甲苯时居多）。调整溶剂的量可在不同的温度得到强烈的回流。在酯化阶段蒸发的气体（水与溶剂）通过冷凝器凝缩收集在自动油水分离器中，溶液溢流回到反应釜中继续在釜内与酯化生成的水共沸蒸出，帮助脱水，循环作用。分离器中积存的水可以自分离器放出，可以称量一观察酯化反应程度。脂肪烃溶剂因溶解苯二甲苯酸酐能力不强，容易堵塞冷凝管，故不使用。溶剂法反应温度比较容易控制，

24、通过增减溶剂量来进行控制。 脂肪酸法制醇酸树脂用溶剂法时与熔融法基本相同。只是在投入多元酸、多元醇、脂肪酸的同时加入了溶剂，升温进行酯化反应，共沸脱水。不许通入惰性气体。其他步骤相同。醇解法制醇酸树脂，醇解阶段两个方法是相同的，都是先加入多元醇、油、催化剂，在惰性气体保护下反应达到要求的醇解程度。溶剂法的不同处在于酯化操作时加完苯二甲酸酐之后要加入溶剂二甲苯。酯化反应时不需要通入惰性气体。酯化反应的控制，溶剂法与熔融法相同，都是定期取样测酸值与粘度，达到工艺要求时放入稀释罐，溶解成溶液，经调整固体分与粘度后过滤净化，送入储存或装桶。贮存一个稳定期，即可制漆或出售。有的在溶剂法生产醇酸树脂时，在

25、反应釜上装有蒸汽加热分馏柱，柱内装有填料，反应时蒸汽经过分流柱后进入冷凝器。这个设备有利于含有低沸点成分的配方，如含有苯甲酸、乙二醇，没有分流柱则损失太大。同时对常规醇酸树脂的制造，将有利于溶剂与水的分离，加快酯化反应速率。分馏柱用蒸汽加热，可使反应的水蒸出，而其他醇、酸、部分溶剂回流回收。经冷凝器回到反应釜内的二甲苯的温度不可过高，因为在过高温度下，水在二甲苯内溶解度将大增，如果常回反应釜的水增多，不利于酯化反应进行。特别是在酯化反应后期已出水很少，如二甲苯带水回釜内将延长酯化反应时间。低温时苯二甲酸酐在二甲苯中的溶解度下降，会造成冷凝管被堵塞的危险。平衡既要少带水而要低温，又要多溶解苯二甲

26、酸酐而要高温这对矛盾时，一般应使返回反应釜的二甲苯温度控制在2540。酯化反应生成的水自油水分离器放出，应收集计量，以便了解酯化反应程度。二甲苯返回反应釜的管路上应有流量计以控制回流速度。溶剂法与熔融法相比有以下几点： （1）酯化颜色较浅而且比较均匀；（2） 收率较高，因无苯二甲酸酐与多元醇的损失，多元酸、多元醇比例保持基本不变酯化温度比较低；酯化反应周期比较短；（3） （3）温度容易控制，反应釜容易清洗 第二章. 设计内容2·1设计依据根据设计任务书的要求，依据树脂合成工艺、化工设备与机械设计等，并查阅相关专业资料，结合现今反应釜设计最新趋势，进行课程设计年产2700吨醇酸树脂反应

27、釜设计。2·2设计原则2·2·1生产规模 年产2700吨醇酸树脂反应釜设计，实行间歇式生产。2·2·2生产方式醇酸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。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

28、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。本设计中采用溶剂法合成。2·2·3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。本设计中液体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。2·2·4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”。 “一步法”是指在生产过程中，原料按配比在反应初

29、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。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”。先将液体原料甘油、蓖麻油、二甲苯投入反应釜中升温到160后再加入苯酐升温到210反应。2·2·5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

30、选择价廉物美产品。2·2·6生产制度工作日确定：一年按365天计，除去假日与设备检修的时间，工作日共计300天。2·2·7 原料的技术规格1原料蓖麻油甘油苯酐二甲苯分子量930.00 92.09 148.11 106.17摩尔比0.615 0.728 1.000 纯度96.50%95.50%99.95%100%密度/g/ml0.96 1.26 1.53 0.86外观无色或微黄澄清粘稠液体无色澄明粘稠液体白色片块无色透明液体2·2·8配方设计由甘油、苯酐、蓖麻油经酯化缩聚而制得的醇酸树脂的配方见下表 原料分子量密度g/cm3摩尔比纯度%

31、蓖麻油9300.960.61596.5甘油92.091.260.72895.5苯酐148.111.53199.95二甲苯106.170.86-2·3物料衡算过程一. 日产量计算：实际工作日为300天，则聚酯日产量：一釜生产，假设每天生产3釜，即每釜每次生产3吨产品固含量60%，即每釜每次的固体产物60%*3=1.8吨二. 各原料的质量分数二甲苯质量分数=1/30（即二甲苯的回流量是产量的1/30）三. 各原料的理论体积四. 原料总体积装料系数=75%五. 进料时间二甲苯投料时间二甲苯的粘度低于水的粘度，可以近似的看做水的输送。选择65Y-60B的泵 Q=19.8m3/h3 H=38m

32、 压头一定够高度轴功率W=3.75KW 电机功率W=5.5KW查得甘油的黏度，蓖麻油黏度 查的蓖麻油粘度下 六. 出料时间 根据GB/T14976-94选用外径77mm 壁厚3.5mm的管子 标准弯头当量长度为2m，全开截止阀当量长度为22mP=219.7KPa2.4热量衡算2·4·1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，计算传热面积以决定换热设备的工艺尺寸。2·4·2热量衡算一. 物料吸热物料吸热主要反映在物料从室温20升到反应温度160过程中。在

33、反应过程中，物料所吸收热量可认为由夹套内的加热油来提供。反应体系中三种物料的吸热情况分别为：，除去苯酐后各物料的质量分数二. 反应加热在反应即将结束的时候反应放热最少总体积V=1831L H=-10.5KJ/mol反应每秒放热10.5*0.0293/1000*3051=5633J/S可以忽略不及反应放出的热量每60kg二甲苯每秒回流的质量0.3kg/s二甲苯汽化热为r二=347kJ/kg，所选钢材16MnR的传热系数为K16MnR= 800W/(m2. ) 夹套面积7.26.5 可知夹套合用2·4·3反应时间在反应釜内的温度到达160时加入苯酐，苯酐首先和甘油反应生成二聚体

34、。二级反应速率公式定积分式 160 210 第三章. 反应釜及其配件3·1 反应釜与稀释釜的选型2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。一. 反应釜和封头的选型2根据物料衡算选定反应釜，公称直径DN=1400mm，长径比L/DN=1，则釜的高度L=1DN=1x1400=1400mm，容积V1=D2L/4=2.15m3 选择椭圆形封头，公称直径DN=1400mm，曲面高度hi=350mm，直面高度h2=25mm，内表面积Fi=2.32m2，容积V2=0.398m3 则反应釜总体积V= V1 + V2 =2.15+0.398*2=2.95m3 反应釜的总面积F总=DL+2

35、Fi=6.15+2*2.32=10.79 m2二. 稀释釜和封头的选型稀释釜的容积为反应釜的两倍6，选定稀释釜的尺寸如下：公称直径DN=1600mm，长径比L/DN=1.3，则釜的高度L=1.3DN=1600*1.3=2080mm，容积V1=4.18m3 选择椭圆形封头，公称直径DN=1600mm，曲面高度hi=400mm，直面高度h2=25mm，内表面积Fi=2.89m2，容积V2=0.587m3 则稀释总体积V= V1 + V2 =4.18+0.587x2=5.354m33·2反应釜与封头厚度的确定7一. 反应釜 选择壁厚为8mm二. 封头 选择壁厚为8mm查得封头质量142kg

36、3·3 搅拌桨8一. 桨的选择 根据反应物的粘度和密度选择桨的搅拌是五级搅拌 对搅拌桨的直径进行粘度校正 二. 轴的刚度与强度的计算11轴强度的计算 选用45号钢材，扭转强度的条件是轴刚度的计算 3·4 支座及夹套的选型12一. 反应釜的公称直径为1400m，由此选择A型支座尺寸如下表支座号允许载荷Q/KN适用DN高度h底板筋板垫板螺栓（孔）质量/kgl1b11S1l2b22b33ed螺纹/22401400420170120106018014010240105024M2052515.83601600420210160148024018012300126030M2460028

37、.9所以所选支座合用。Sn下安装高度638mm。二. 夹套封头曲面高度hi=350mm，直面高度h2=25mm，内表面积Fi=2.32m2 3·5 视镜 人孔及接管 12 一.选择视镜的材料为钢化硼硅玻璃（耐温<300）13，选择尺寸如下公称直径DN/mm工程压力PN/MPaDD1b1b2H螺柱质量/kg数量n直径d800.981601303624868M126.8 二.人孔 选择板式平焊法兰人孔（突孔），选择尺寸如下工程压力/MPa公称直径/mm螺栓或螺柱总质量回转盖/kg规格数量0.6500M2020130/138三. 接管选择接管直径为100mm，选择接管直径为100mm

38、，外径108mm，接管长度150mm153·6 搅拌桨电机、减速器选用1.1Kw的电机 1400r/min选用减速比i=17的单级立式摆线针轮减速器 许用转矩400mm得到实际转速N=82.3r/min3·7 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.

39、5mm 叶轮直径184mm3·8 输送泵的选型丙二醇要求10min内输送完毕，则流量为Q1=5971.8÷10÷1000×60=35.83m3/h苯乙烯要求15min内输送完毕，则流量为Q2=8220.23÷15÷1000×60=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

40、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%3·9 真空缓冲罐的选取16 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+3.7×2)=0.99

41、27D0/0=(1000+3.7×2)/3.7=272.33·10 废水接收罐的设计原则：按钢制石油化工压力容器设计规定设计。要求：耐压1kgf/cm3 容积1000L 材质A3钢简体选取：取L/DN=1 DN=1000mm L=1000mm 壁厚取=5mm3·11 CO2系统的确定 17 通入CO2目的：保护生产过程中的产品，防止空气中的氧气与原料反应而使树脂变色。同时帮助去掉水分，加速反应进行，并起到搅拌作用。CO2系统要求：在投料前排除反应釜中的空气。3·12 冷凝器的选择与设计18 在合成树脂生产过程中，要用到分馏冷凝器和卧式冷凝器。分馏冷凝器的选择：最常用的有塔板式分馏柱和填料式分馏柱两类。前者结构复杂造价高，后者结构简单易制造，目前合成树脂厂多采用填料式分馏冷凝器，因此选用填料式分馏冷凝器。卧式冷凝器的选择：目前化工厂使用热交换器常用的有列管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，而合成树脂厂目前多采