化工仪表课程设计报告书

.../大学化工仪表课程设计设计题目：乳液涂料生产控制学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：姓名：学号：辅导教师：组员：目录TOC\o"1-2"\h\z\u表面工程课程设计任务书11概况11.1设计要求11.2设计任务书：11.3设计技术标准和规范22设计基础资料22.1乳胶漆材料23涂料生产工艺33.1涂料制造流程33.2生产设备63.3乳胶漆生产工艺104主要控制内容104.1流量控制104.2分散设备温度控制104.3助剂加料速度控制114.4调涂料罐转速控制115重点设备装置115.1去离子水及装置115.2水处理126容器及仪表的选用13[参考文献]14·表面工程课程设计任务书1设计题目：乳液涂料生产控制2设计背景：近年来,我国建筑涂料,特别是乳胶漆在生产能力、技术水平和产品服务等方面均取得了长足的进步,其总体技术水平已达到国际90年代的先进水平。建筑涂料作为建筑内外墙装饰主体材料的地位正在确立。国内建筑涂料生产企业众多,规模甚小,据有关部门统计年产值在100万元以上的涂料生产厂达4500多家,其中年产10000吨以上规模的企业不足1%,大多数年产量在1000吨以下,产品档次低,品种少,类同产品低价竞销,粗制滥造产品欺市,无序竞争,自毁市场。一般认为,乳胶漆的制造无非是将各种原料进行机械混合,等于一种物理混合过程。实际上,此混合过程并非如此简单,除所用原料质量外,不同的加料顺序及助剂的不同应用方法,所得到的结果完全不同,即使应用最好的原料,由于生产方法不当或错误而导致所得成品的质量得不到保证。概况设计要求1、针对给定的题目,查阅资料。首先掌握题目的内容,具体包含题目的生产过程、反应、分离原理、操作过程、工艺流程、注意事项。本题设计的内容及重点等。2、针对给定的工艺过程,设计出详细具体控制方案,具体为画出控制方案图,图纸为A3纸〔上交。编写设计说明书,具体内容为：题目设计要求,每一设备、原件的名称选型〔型号、厂家、具体参数。如：序号名称型号规格mm厂家其它1热电偶K5*750天津宏达科技有限公司螺纹m163、写出每个控制系统的控制过程,注意事项。4、注意参考文献,要在说明书后标注。包括：作者、文题、文献名称、年、卷、页数等设计任务书：根据给定的生产方法、工艺流程图及具体的控制要求,设计出能够进行正常生产的化工过控制方案。设计技术标准和规范《工业建筑防腐设计规范》GB50046-96《工业企业设计标准》TJ36-79《性能指标参照》GB/T9756-20012设计基础资料2.1乳胶漆材料1.轻钙轻钙是轻质碳酸钙,又称沉淀碳酸钙,简称轻钙。2.钛白。不耐酸。立德粉又称为锌钡白,它耐热性良好,可改善耐候性,防藻,降低成本以及其具有优异的遮蔽力的白度。3.金红石是就是较纯的二氧化钛,一般含二氧化钛在95％以上,是提炼钛的重要矿物原料,是生产金红石型钛白粉的最佳原料。4.流平剂：固态和液态两种能有效降低涂饰液表面张力,提高其流平性和均匀性的一类物质。可改善涂饰液的渗透性,能减少刷涂时产生斑点和斑痕的可能性,增加覆盖性,使成膜均匀、自然。5.增稠剂：它可以提高物系粘度,使物系保持均匀的稳定的悬浮状态或乳浊状态,或形成凝胶。6.分散剂：促使物料颗粒均匀分散于介质中,形成稳定悬浮体的药剂。7.界面剂是一种胶粘剂,一般都是由醋酸乙烯—乙烯制成。具有超强的粘接力、优良的耐水性、耐老化性。3涂料生产工艺3.1涂料制造流程3.1.1涂料的基本组成乳胶漆以乳液为主要成膜物质,这里所指的乳液通常是合成树脂乳液,合成树脂乳液的常见品种有：聚醋酸乙烯、醋丙、醋顺、醋叔、VAE、苯丙、纯丙、硅丙、氟碳乳液等。乳胶漆主要由乳液、颜填料、多种助剂和水组成。3.1.2制造流程：预分散——研磨——混合调整——调色——检测——过滤罐装1>颜填料在乳胶漆中的分散颜填料在乳胶漆中的分散可分解为相互关联的3个过程：1>润湿。以颜料润湿剂、分散剂置换原来吸附在颜料表面的空气和水,并为分散和稳定过程作好准备2>分散。施加剪切力于颜填料,通过高速分散机和研磨机使颜填料附聚体和聚集体分离开来,同时以润湿剂、分散剂分散润湿新暴露的表面；3>稳定化。分散剂在润湿颜填料表面后吸附于其上,以双电层、物理屏蔽、氢键等作用使之分散稳定化,颜料分散稳定化是颜料颗粒间相互吸引和相互排斥的平衡。为了使颜填料得到好的分散,并在涂料中保持稳定的分散状态,有两点非常重要：一是根据颜填料的特性选择合适的润湿分散剂；二是采用有效的分散、研磨设备对颜填料进行分散〔粒子分离。分散过程的加料顺序是：先将分散、润湿等多种助剂溶解或稀释在水中,然后加入颜填料。颜填料的加入顺序是：先加入较难分散的颜料,如钛白粉、相关颜料等,然后加入相关填料。生产白色涂料时,常加入增白剂和群青,须先将它们用水溶解后再加入浆料中分散。颜填料分散加料时应进行低速搅拌,加料完毕后再提高搅拌速度。一般加料时转速为300miin/r’高速分散时叶轮的线速度为1640m/min。由于颜料浆的粘度较大,高速分散时温度可能会上升较多,如果温度过高应停机冷却。为了提高分散效率,可采用适当偏心分散,以消除死角。当颜填料分散到一定细度,再延长分散时间是没有效果的,所以要注意随时检查细度,细度合格后即可停止分散。一般填料经高速分散后,细度仍可能达不到乳胶漆的生产要求〔一般为+#!<左右,所以须再用研磨机进行研磨,最普遍使用的是砂磨机。经高速分散机分散、混合均匀的浆料再加入砂磨机研磨,一般砂磨机研磨的物料粘度不宜太高,所以增稠剂常在后面调漆时加入。也有些涂料生产厂用三辊研磨机或球磨机将钛白粉、有色颜料粉等磨成色浆后加入高速分散机中和各种填料混合分散,省去了砂磨机研磨的工序。近年来,在建筑乳胶漆生产中开始大量应用各种超细粉料,由于超细粉料或超细粉料的浆料较易分散,经高速分散机分散后已经达到细度要求,就可省去研磨工序。2>.配制初始涂料将研磨细度合格的白浆分批慢速加入到乳液中,待前批加入搅拌均匀后再加入后一批。白浆在乳液中的混合搅拌速度一般为100-200r/min,搅拌叶轮不宜采用圆盘锯齿状的,而应该用锚式、三叶桨状式等,目的是要求整个物料在低速搅拌混合中能全部翻动而无死角。这里需要特别解释的是,为什么要把白浆分批慢速加入到乳液中去,而不是把乳液分批慢速加入到白浆中去.这是因为：白浆中助剂的相对含量较高,特别是其中的成膜助剂,它对乳液有较大的凝聚性,很容易损害乳液的化学稳定性,把白浆分批慢速加入到乳液中去搅拌混合,就是为避免乳液粒子或粒子团与高浓度的成膜助剂接触,而尽量防止损伤乳液的化学稳定性。当然,在乳胶漆的生产配方中,如果成膜助剂用量较少,固体粉料用量很多,乳液用量也不太高,在这种情况下,无论是将白浆加入到乳液中还是把乳液加入到白浆中,都不会产生或肉眼看不出有异常现象。例如,某种高光泽乳胶漆的生产配方中,多种成膜助剂的使用总量为70-85kg<指生产1000kg乳胶漆,下同,颜填料的使用总量为160-180kg,乳液的使用量多达600-700kg,在生产这种乳胶漆时,如果把乳液加入到研磨好的白浆中去,就极易使乳液粒子凝聚而产生象鱼仔一样的小软颗粒,这是乳液破乳的一种现象。所以,在乳胶漆生产过程中,把白浆分批慢速加入到乳液中搅拌混和的生产工艺,对防止乳液凝聚、破乳,保证产品质量而言,是相对安全的。3>乳胶漆成品的配制初涂料经消泡、配色和增稠后才成为乳胶漆成品。1>乳胶漆消泡乳胶漆中抑、消泡剂的加入方法,最好是先将一部分抑、消泡剂〔以抑泡剂为主,一般可取总量的1/3-1/2在分散、研磨白浆之前加入,其余的则加入到初涂料中,甚至在乳胶漆品生产就绪、包装之前还可少量加入,后者以消泡剂为主。至于抑、消泡剂的加入品种和使用总量,应根据乳胶漆的粘稠度、乳液的品种及用量等因素而定,还应参考抑、消泡剂生产厂或供应商的推荐用量并通过乳胶漆制成后静置24h的涂装效果来确定。2>乳胶漆的配色乳胶漆的配色,应该在色浆生产厂的指导下,通过实践、再实践的反复过程,才能达到满意的效果。3>乳胶漆的增稠乳胶漆的增稠<主要针对液体类有机增稠剂而言>,通常先用水稀释,在低速搅拌下以细流方式缓慢地分批将其加入到初涂料即未增稠的乳胶漆中,并充分搅拌均匀,使乳胶漆达到满意、适宜的粘稠度。应特别提醒的是：要注意防止因局部增稠剂浓度过高而使乳液结团或形成颗粒,甚至无法有效地分散开,给生产操作带来很大麻烦。4>乳胶膝的生产工艺流程普通乳胶膝的生产工艺流程如下：1将水〔最好用去离子水,地下水不能使用和多种助剂5包括分散剂、润湿剂、流平剂、防腐防霉剂、成膜助剂、缓冲剂、消泡剂、防锈剂、增白剂等6混合,并进行低速搅拌；2加入白色颜填料〔固体粉料、羟乙基纤维素〔789水溶液后进行高速分散,必要时进行研磨制成白浆；3把白浆分批慢速加入到乳液中,待前批加入的白浆料经低速搅拌均匀后才可加入后一批的白浆料,再继续低速搅拌均匀得初涂料。4用增稠剂调整初涂料的粘稠度,用色浆调配初涂料的颜色及其深浅度,或再加些消泡剂即为乳胶漆成品,经过滤、称量、包装、检验合格后就可入库或上市销售3.1.3制造流程图备注：QC1是原材料；QC2是工艺检控；QC3是成品检验3.2涂料生产设备3.2.1色漆生产流程如下：预分散——研磨——调色配制——过滤包装生产步骤〔1预分散将颜料在一定设备中先与部分漆料混合,以制得属于颜料色浆半成品的拌合色浆,同时利于后续研磨；〔2研磨分散将预分散后的拌合色浆通过研磨分散设备进行充分分散,得到颜料色浆；〔3调漆向研磨的颜料色浆加入余下的基料、其他助剂及溶剂,必要时进行调色,达到色漆质量要求；〔4净化包装通过过滤设备除去各种杂质和大颗粒,包装制得成品涂料。涂料生产的主要设备有分散设备、研磨设备、调漆设备、过滤设备、输送设备等。3.2.3生产设备1预分散设备预分散可使颜料与部分漆料混合,变成颜料色浆半成品。是色浆生产的第一道工序。目的：①使颜料混合均匀；②使颜料得到部分湿润；③初步打碎大的颜料聚集体。属以混合为主,起部分分散作用,为下一步研磨工序做准备。预分散效果的好坏,直接影响到研磨分散的质量和效率。用到设备主要是高速分散机。高速分散机除用来做分散设备外,同时可作色漆生产设备,比如生产色漆的颜料属于易分散颜料,或者色漆细度要求不高,这时,可直接用高速分散机分散生产色漆。其结构见图2-1。<为落地式高速分散机>由机身、传动装置、主轴和叶轮组成。图2-1落地式高速分散机外形图机身装液压升降和回转装置,液压升降由齿轮油泵提供压力油使机头上升,下降时靠自重,下降速度由行程节流阀控制。回转装置可使机头回转360°,转动后有手柄锁紧定位。传动装置由电机通过V型带传动,电机可三速或双速,或带式无级调速、变频调速等。转速由几百转／分到上万转／分,功率几十上百千瓦不等。高速分散机的关键部件是锯齿圆盘式叶轮,如图2-2。图2-2高速分散机叶轮示意图叶轮直径与搅拌槽选用大小有直接关系,经验数据表明,搅拌槽直径由φ=2.8—4.0D<D：叶轮直径>,分散效果最理想。叶轮的高速旋转使漆浆呈现滚动的环流,并产生一个很大的旋涡。在叶轮边缘2.5—5cm处,形成一个湍流区,在这个区域,颜料粒子受到较强的剪切和冲击作用,使其很快分散到漆浆中。叶轮的转速以叶轮圆周速度达到大约20m／s时,便可获得满意的分散效果。过高,会造成漆浆飞溅,增加功率消耗。Vmax=20--30m／s。分散机的安装方式分：落地式,适合于拉缸作业,另一种安装在架台上,可以一个分散机供几个固定罐使用。现阶段,高速分散机出现了不少改型产品,有其各自特点,使得分散机的应用范围更广。如：双轴双叶轮高速分散机,见图2-3；双速高速分散机<双轴单叶轮分散机、双轴双速搅拌机>等。图2-3双轴双叶轮高速分散机2研磨分散设备研磨设备是色漆生产的主要设备,基本型式分两类,一类带研磨介质,如砂磨机、球磨机,另一类不带研磨介质,依靠抹研力进行分散,像三辊机、单辊机等。带研磨介质的设备依靠研磨介质<如玻璃珠、钢珠、卵石等>在冲击和相互滚动或滑动时产生的冲击力和剪切力进行研磨分散。通常用于流动性好的中、低粘度漆浆的生产,产量大,分散效率高。不带研磨介质的研磨分散设备,可用于粘度很高,甚至成膏状物料的生产。3调漆设备除前面讲到的高速分散机可用来调漆配色外,大批量生产时,一般用调漆罐,也就是平常所说的调色缸。调漆罐安装于高于地面的架台上,其结构相对简单,见图2-10,由搅拌装置、驱动电机、搅拌槽几部分组成。搅拌桨可安装在底部及侧面,电机可单速或多速。图2—10电动机直联的高速调漆罐1—驱动电机；2—搅拌槽；3—锯齿圆盘式桨叶；4—出料口4过滤设备漆料在生产过程中不可避免会混入飞尘、杂质,有时产生漆皮,在出厂包装前,必须加以过滤。用于色漆过滤的常用设备有罗筛、压滤机、振动筛、袋式过滤器、管式过滤器和自清洗过滤机等。3.3乳胶漆生产工艺乳胶漆是颜料的水分散体和聚合物的水分散体〔乳液的混合物,这二者本身都已含有多种表面活性剂,为了获得良好的施工和成膜性质,又添加了许多表面活性剂。这些表面活性剂除了化学键合或化学吸附外,都在动态地作吸附/脱吸附平衡,而表面活性剂间又有相互作用,如使用不当,有可能导致分散体稳定性的破坏。因此,在颜料和聚合物两种分散体进行混合时,投料次序就显得特别重要。典型的投料顺序如下：①水；②杀菌剂；③成膜溶剂；④增稠剂；⑤颜料分散剂；⑥消泡剂、润湿剂；⑦颜填料；⑧乳液；⑨pH调整剂；⑩其他助剂；⑾水和/或增稠剂溶液。操作步骤是：将水先放入高速搅拌机中,在低速下依次加入杀菌剂、成膜溶剂、增稠剂、颜料分散剂、消泡剂、润湿剂,混合均匀后,将颜、填料用缓缓加入叶轮搅起的旋涡中。加入颜填料后,调节叶轮与调漆桶底的距离,使旋涡成浅盆状,加完颜料后,提高叶轮转速,为防止温度上升过多,应停车冷却,停车时刮下桶边粘附的颜填料。随时测定刮片细度,当细度合格,即分散完毕。分散完毕后,在低速下逐渐加入乳液、PH调整剂,再加入其他助剂,然后用水和/或增稠剂溶液调整粘度,过筛出料。4.主要控制内容4.1流量控制流量控制：由LL型腰轮计量计DDZ-2型仪表气关阀电气转换器构成,IHK型化工离心泵将分离的甲苯回流,流体流过电远传式转子流量计,流量计测得流量信号输入DDZ-2型仪表,DDZ-2型仪表输出电信号通过电气转换器,电信号变为气信号控制气关阀开关,当流量计测得流量过多时,通过控制系统控制气关阀关闭,停止回流。4.2分散设备温度控制温度控制系统：由铜电阻CuWZC-331温度计可动法兰防水式配套仪表气关阀电气转换器构成,铜电阻温度计Cu测得温度电信号输入配套仪表DDZ-2型,配套仪表输出电信号到电气转换器,电信号转换成气信号,控制气关阀,当温度过高时控制系统自动控制关闭气关阀加热蒸汽停止流动停止加热,温度下降后系统控制控制气关阀开启,继续为系统加热,气关阀用突面对焊法兰连接,方便拆卸。温度控制器原理：有机械式的和电子式的,机械式的采用两层热膨胀系数不同金属压在一起,温度改变时,他的弯曲度会发生改变,当弯曲到某个程度时,接通〔或断开回路,使得制冷〔或加热设备工作。电子式的通过热电偶、铂电阻等温度传感装置,把温度信号变换成电信号,通过单片机、PLC等电路控制继电器使得加热〔或制冷设备工作〔或停止。还有水银温度计型的,温度到就会有触点和水银接通4.3助剂加料速度控制加料速度控制：由电远传式转子流量计DDZ-2型仪表电气转换器气关阀构成,电远传式转子流量计测的流量输入DDZ-2型仪表,DDZ-2型仪表将电信号传入电气转换器,传出气信号控制气关阀开关,从而控制加料速度,当加料速度过大控制系统控制气关阀自动关闭。流量控制：由LL型腰轮计量计DDZ-2型仪表气关阀电气转换器构成,IHK型化工离心泵将分离的甲苯回流,流体流过电远传式转子流量计,流量计测得流量信号输入DDZ-2型仪表,DDZ-2型仪表输出电信号通过电气转换器,电信号变为气信号控制气关阀开关,当流量计测得流量过多时,通过控制系统控制气关阀关闭,停止回流。4.4调涂料罐转速控制转速控制系统：由电动机,变频器,DDZ-2型仪表,LTZ型冲塞流量计,截止阀组成,液位将液位高度信号输入DDZ-2型仪表,DDZ-2型将电信号传入电气转换器,转换器根据液位控制变频器,变频器改变电动机转速。液位控制系统：由UTK型浮筒液位控制器DDZ-2型仪表截止阀构成〔气开阀,液位将液位高度信号输入DDZ-2型仪表,DDZ-2型将电信号传入电气转换器,传出气信号控制截止阀的开关,从而实现液位控制,当液位过高时控制系统控制截止阀自动关闭.5．重点设备装置5.1去离子水及装置去离子水及装置1去离子水定义去离子水〔deionizedwater是指除去了呈离子形式杂质后的纯水。国际标准化组织ISO/TC147规定的"去离子"定义为："去离子水完全或不完全地去除离子物质,主要指采用离子交换树脂处理方法。"现在的工艺主要采用RO反渗透的方法制取。应用离子交换树脂去除水中的阴离子和阳离子,但水中仍然存在可溶性的有机物,可以污染离子交换柱从而降低其功效,去离子水存放后也容易引起细菌的繁殖。2去离子水制取工艺及其特点1、离子交换树脂制取去离子水的传统水处理方式,其基本工艺流程为：原水→多介质过滤器→活性炭过滤器→精密过滤器→阳床→阴床→混床→后置保安过滤器→用水点。2、反渗透水处理设备与离子交换设备进行组合制取去离子水的方式,其基本工艺流程为：原水→多介质过滤器→活性炭过滤器→精密过滤器→反渗透设备→混床→超纯水箱→超纯水泵→后置保安过滤器→用水点。〔特点：污染小,自动化程度高,初期投入中等,价格适中3、反渗透设备与电去离子〔EDI设备进行搭配制取去离子水的的方式,这是一种制取超纯水的最新工艺,也是一种环保,经济,发展潜力巨大的超纯水制备工艺,其基本工艺流程为：原水→多介质过滤器→活性炭过滤器→精密过滤器→反渗透设备→电去离子〔EDI→超纯水箱→超纯水泵→后置保安过滤器→用水点。3去离子水装置及流程

1、概述

采用离子交换法,可以把水中呈离子态杂质去除,这一过程是通过离子交换剂〔树脂进行的,离子交换树脂具有不同的活性交换基因,又有阳、阴、强、弱之分,一般带有酸性功能基,能与阳离子交换的树脂称为阳离子交换树脂,带有碱性功能基,与能阴离子交换的树脂称阴离子交换树脂。利用树脂的不同交换基因的特点,可以进行深度除盐,制取高纯水。

2、工作原理

混床,是将阴阳树脂按一定比例装填在同一交换器中,运行前将它们混合均匀。此时被处理水在通过混合离子交换床后,所产生的氢离子和氢氧根离子立即生成溶解度很低的水,很少形成阳离子或阴离子交换时的反离子。可以使交换反应进行很彻底,所得水质很好,所以混合床串联在反渗透或一级复床除盐系统后面,用于纯水或高纯水的制备。混床分为单、双床、抛光床、双床可一用一备；可串联使用,以提高产水水质,有效利用树脂的交换容量；当生产用水量大时,可并联使用,运行相当灵活、方便。

3、应用范围

主要应用于医药、化妆品、电子、化工、电力等行业的水处理中,用于反渗透、离子交换复床、超滤系统等的后处理,通过用于对水中阴阳离子的置换,生产出超纯水。

4、性能特点

1、置换效果好、再生周期长,再生费用低;

2、使用、管理简便,运行费用低。

3、设备产水效果好,占地面积小。

4、树脂经过再生可多次使用,树脂寿命长。

5、产水电阻率为10-18MΩ￠CM<25C>,二氧化硅含量〔SIO2≤0.02mg/L。5.2水处理水处理简单讲,"水处理"便是通过物理的、化学的手段,去除水中一些对生产、生活不需要的物质的过程。是为了适用于特定的用途而对水进行的沉降、过滤、混凝、絮凝,以及缓蚀、阻垢等水质调理的过程。水处理的效果可以通过水质标准衡量。2基本概念为达到成品水〔生活用水、生产用水或可排放废水的水质要求而对原料水〔原水的加工过程。1.加工原水为生活或工业的用水时,称为给水处理；2.加工废水时,则称废水处理。废水处理的目的是为废水的排放〔排入水体或土地或再次使用〔见废水处置、废水再用。在循环用水系统以及水的再生处理中,原水是废水,成品水是用水,加工过程兼具给水处理和废水处理的性质。水处理还包括对处理过程中所产生的废水和污泥的处理及最终处置〔见污泥处理和处置,有时还有废气的处理和排放问题。水的处理方法可以概括为三种方式：①最常用的是通过去除原水中部分或全部杂质来获得所需要的水质；②通过在原水中添加新的成分来获得所需要的水质；③对原水的加工不涉及去除杂质或添加新成分的问题。水中杂质和处理方法水中杂质包括挟带的粗大物质、悬浮物、胶体和溶解物。粗大的物质如河中漂浮的水草、垃圾、大型水生物、废水中的砂砾以及大块污物等。给水工程中,粗大杂质由取水构筑物的设施去除,不列入水处理的范围。废水处理中,去除粗大的杂质一般属于水的预处理部分。悬浮物和胶体包括泥沙、藻类、细菌、病毒以及水中原有的和在水处理过程中所产生的不溶解物质等。溶解物有无机盐类、有机化合物和气体。去除水中杂质的处理方法很多,主要方法的适用范围可以大致