年产3000吨环氧树脂车间工艺设计 蔡成云

目录TOC\o"1-3"\u中文摘要英文摘要第一章绪论1.1环氧树脂定义1.2、环氧树脂发展历史、现状及趋势1.3、环氧树脂的特点和用途1.4、环氧树脂的常用技术术语和质量指标1.5、环氧树脂的分类第二章环氧树脂生产的主要原材料2.1、环氧树脂生产的主要原材料及规格2.2、环氧树脂生产的主要原材料的性质第3章工艺流程设计3.1工艺流程框图3.2工艺流程叙述第4章物料衡算4.1计算条件与数据理4.2原料用量计算4.3缩合工段物料衡算4.3.1溶解4.3.3回收过量环氧氯丙烷4.3.4环氧树脂收集第5章热量衡算.5.1计算依据5.2常用热力学数据计5.3缩合工段热量衡算第6章设备选型6.1计算条件确定.6.1.1操作工时与生产周期的确定6.2缩合工段反应岗位的设备选型..2反应釜的选型6.2.3校核传热面积6.3.1缩合工段苯回收岗位设备选型6.3其它设备的选第7章厂区布置和车间布置设计7.1工厂设计的内容与规范7.2厂址的选择7.3车间的布置7.3.1辅助生产和行政-生活布置7.3.2厂房的布局7.3.3厂房的长、宽、高和层数确定.7.3.4厂房内布置第8章“三废”处理及其综合利用8.1废水的处理8.2套用和回收利用3、环境保护措施第九章环氧树脂安全生产和环境保护年产3000吨环氧树脂车间工艺设计蔡成云摘要：环氧树脂生产工艺一般分为一步法和二步法。目前低分子量液体环氧树脂和中分子量固体环氧树脂，一般都采用一步法工艺；高分子量环氧树脂采用二步法。二步法工艺的优点：与一步法相比，它具有生产工艺简单、设备少、工时短、无三废排放和产品质量易调节控制等优点。以双酚A（BPA）为主要原材料，合成的环氧树脂称为双酚A（BPA）型环氧树脂，是目前产量最大、用途最广的环氧树脂，由于它的应用遍及国民经济的众多领域，因此又称为通用型环氧树脂。它属于缩水甘油醚型。本文介绍了年产3000吨的环氧树脂的车间设计，从技术、工程经济、生产管理等方面进行了详细的论述，内容主要包括：设计依据，工艺路线论证，工艺流程设计，全流程物料衡算，全流程能量衡算，工艺设备选型与计算，车间布置设计，三废处理及其综合利用，劳动组织，劳动保护与安全生产，工程经济，工艺细节改进设计等内容。关键词：环氧树脂；二步法；车间工艺设计Annualoutputof3,000tonsofepoxyresinplantprocessdesignCaichengyunAbstract:Epoxyresinproductionprocessisgenerallydividedintoone-stepandtwo-step.Presentinlowmolecularweightsolidepoxyresinsandliquidepoxyresin,generallyusingone-stepprocess;highmolecularweightepoxyresinwithtwo-step.Theadvantagesoftwo-stepprocess:withonestep,ithastheproductionprocesswassimple,small,shortworkinghours,nowasteemissionsandproductqualityandeasytoadjustcontrolandsoon.

TobisphenolA(BPA)asthemainrawmaterial,knownasbisphenolepoxyresinsynthesizedA(BPA)typeepoxyresinistheoutputofthelargestandmostwidelyusedepoxyresin,becauseofitsapplicationthroughoutthenationaleconomymanyareas,so-calledgeneralepoxyresin.Itisethertype.

Thisarticledescribestheannualoutputof3,000tonsofepoxyresinoftheplantdesign,technical,engineeringeconomics,productionmanagementandotheraspectsarediscussedindetail,mainlyincluding:designbasis,processlineargument,processdesign,thewholeprocessofmaterialbalancecalculation,thewholeprocessofenergybalance,processequipmentselectionandcalculation,workshoplayoutdesign,wastetreatmentandutilization,labororganizations,laborprotectionandsafety,engineeringeconomics,technicaldetailsoftheimproveddesignandsoon.KEYWORDS:Epoxyresin;two-step;workshopprocessdesign绪论1.1环氧树脂定义定义：分子中含2个或2个以上环氧基的高分子化合物。最常用的双酚A型环氧树脂含2个环氧基。化学名称：双酚A二缩水甘油醚

英文名称：DiglycidyletherofbisphenolA（缩写DGEBPA）1.2、环氧树脂发展历史、现状及趋势环氧树脂的发明曾经历了相当长的时期，它的工业化生产和应用仅是近40年的事情。在19世纪末和20世纪初两个重大的发现揭开了环氧树脂发明的帷幕。远在1891年德国的Lindmann用对苯二酚和环氧氯丙烷反应生成了树脂状产物。1909年俄国化学家Prileschajew发现用过氧化苯甲醚和烯烃反应可生成环氧化合物。这两种化学反应至今仍是环氧树脂合成中的主要途径。1934年Schlack用胺类化合物使含有大于一个环氧基团的化合物聚合制得了高分子聚合物，并作为德国的专利发表。1938年这后的几年间瑞士的Pierrecastan及美国的S.O.Greenlee所发表的多项专利都揭示了双酚A和环氧氯丙烷经缩聚反应能制得环氧树脂；用有机多元胺类或邻苯二甲酸均可使树脂固化，并具有优良的粘接性。这些研究成果促使了美DeVoe-Raynolds公司在1947年进行了第一次具有工业生产价值的环氧树脂的制造。不久瑞士的CIBA公司、美国的Shell公司以及DeChemical公司都开始了环氧树脂的工业化生产及应用开发工作。到了20世纪50年代初期环氧树脂在电气绝缘浇铸、防腐蚀涂料、金属的粘接等应用领域有了突破。于是环氧树脂作为一个行业蓬勃发展起来了。我国的环氧树脂的开发始于1956年，在沈阳、上海两地首先获得了成功。1958年上海开始工业化生产。经过40余年的努力，我国环氧树脂生产和应用得到了迅速的发展。目前生产厂家已达100余家。生产的品种、产量日益增多，质量不断提高，在现代化的建设中正起着越来越重要的作用。但是以生产规模、产品质量、品种方面和世界先进水平相比差距还很大。我们必须用跳跃式发展模式，向着“规模化、高纯化、精细化、专用化、系列化、功能化”六化方向发展，才能满足各行各业对环氧树脂的需求。1.3、环氧树脂的特点和用途（1）粘接强度高，粘接面广。几乎可粘接所有的金属和非金属，有“万能胶”的美称。（2）良好的加工性。加工时常温常压。广泛用作涂料、灌封料及浇注料等。（3）优异的电绝缘性。用作绝缘材料、电工浇铸及电子灌封（4）机械强度高。用作结构胶、高强耐磨地坪等。（5）收縮卛低。尺寸稳定，不易变形，不易开裂等。（6）稳定性好，防腐性能优异。广泛用作防腐涂料。1.4、环氧树脂的常用技术术语和质量指标（1）平均聚合度（n）分子中重复结构单元的数目称为聚合度。由于环氧树脂是聚合度不同的同系物的混合物，其聚合度的平均值称为平均聚合度。平均聚合度决定了环氧树脂分子量的大小（２）平均分子量（M）环氧树脂的分子量与聚合度成正比例。所以也可以说环氧树脂是不同分子量的同系物的混合物，它们分子量的平均值称为平均分子量。（3）分子量分布由于环氧树脂是分子量不等的同系物组成的混合物，其分子量具有多分散性，通常用分子量分布来表示。环氧树脂在合成过程中，由于原材料的差异、工艺操作条件不同等，导致产品的分子量分布亦不相同。平均分子量相同的环氧树脂，如果分子量分布不同，那么其某些物化性能也不同。分子量分布越窄，则树脂性能越稳定。（４）环氧基含量反应活性极大的环氧基是环氧树脂的重要官能团，其含量的大小直接影响使用性能，因此它是控制和鉴定环氧树脂质量的主要手段之一。实际生产中可根据环氧基含量来划分不同型号的环氧树脂。环氧基含量有以下三种表示方法：a、环氧值（Ev）

环氧值是我国环氧树脂生产厂家习惯采用的表示方法。它是指每100g环氧树脂中所含的环氧当量数称为环氧值。单位：eq/100g。b、环氧当量（En）环氧当量是美国、西欧和日本习惯使用的表示方法。它是指含有１克当量环氧基的环氧树脂的克数称为环氧当量。单位：g/eq。环氧当量、分子量和环氧值之间的换算关系：En=M/2=100/Ev。c、环氧基百分含量（Ec）环氧基百分含量是俄罗斯、东欧等国习惯采用的表示方法。它是指环氧树脂的每一分子中所含环氧基的百分比含量。单位：％。它与环氧值之间的关系Ec=Ev×43。（５）软化点环氧树脂是一种混合物，没有明确的熔点，只有一个熔融温度范围，称为软化点。单位：℃。（６）黏度黏度是环氧树脂应用时十分重要的指标，它对操作性、脱泡性等有很大影响。单位：Pa.s或mpa.s。黏度与分子量成正比例，黏度和软化点在一定程度上反映出平均分子量和分子量分布的大小。单位换算１Pa.s(帕斯秒)=1000mpa.s(毫帕斯秒)＝1000cP(厘帕斯)。（７）杂质含量环氧树脂的主要杂质包括总氯（有机氯、无机氯）、挥发份及带色基团等。现生产中要尽量减少杂质的含量。1.5、环氧树脂的分类由于原材料与生产工艺的不同，环氧树脂有许多种类和型号，也有多种不同的分类方法，若按其化学结构和环氧基的结合方式可分为以下六大类：缩水甘油醚型、缩水甘油酯型、缩水甘油胺型、脂环族型、线性脂肪族型和混合型环氧化烯烃。以双酚A（BPA）为主要原材料，合成的环氧树脂称为双酚A（BPA）型环氧树脂，是目前产量最大、用途最广的环氧树脂，由于它的应用遍及国民经济的众多领域，因此又称为通用型环氧树脂。它属于缩水甘油醚型。双酚A（BPA)型环氧树脂，市场占有量约占环氧树脂总量的85%。本书中所说的环氧树脂，如不加具体说明，便是指BPA型环氧树脂（又称E型环氧树脂）。双酚A（BPA）型环氧树脂，根据其分子量的高低，可分为低分子量树脂（M≤400）、中等分子量树脂（M＝400-1400）、高分子量树脂（M＝1400－8000）和超高分子量树脂（M＝10万－45万）。双酚A（BPA）型环氧树脂的理化性能，随分子量而呈现规律性的变化，其变化规律如下：分子量↑软化点↑环氧值↓环氧当量↑羟基含量↑固化物柔韧性↑固化物硬度↓固化温度↑低分子量环氧树脂的固化主要通过环氧基反应，随着分子量的增大，环氧基的作用减少，羟基作用增大，超高分子量的环氧树脂则不需要借助固化剂便能形成坚韧的涂膜。第二章环氧树脂生产的主要原材料1、环氧树脂生产的主要原材料及规格表2-1环氧树脂生产的主要原材料及规格原材料名称结构式分子量M质量指标双酚A(BPA)----OH-CHCH3CCHH3HO——CC—228外观：白色粒状（或粉状）结晶体熔点℃：≥155.5色度号（铂－钴）：≤40环氧氯丙烷（ECH）ClOO92.5外观：无色透明液体纯度wt％：≥99.5密度（20℃）g/cm3：1.180～1.184色度（Pt-Co）:≤15甲苯（TOL)CH392纯度wt％：≥99.5馏程℃：109～112密度（20℃）g/cm3:0.862～0.868色度（Pt-Co）号：≤15液碱（48％NaOH）NaOH40NaOH含量wt％：≥48Fe2O3含量wt％：≤0.0032、环氧树脂生产的主要原材料的性质（1）BPA：白色片状或粒状晶体，不溶于水，能溶于醇、醚、丙酮及碱性溶中，室温下微溶于甲苯、二甲苯，加温下溶解度急剧增加。（2）ECH：是一种易挥发、无色透明液体，有毒！对皮肤有灼伤作用，能严重刺激眼睛，具有和氯气相似的刺激性气味，有麻醉性，能溶解于醇、醚及甲苯中，微溶于水。比重１.18，纯品沸点116.2℃。取样化验时，要取上层。（3）液碱：淡紫色液体，无机械杂质，强碱性，腐蚀性较强。（4）甲苯：无色有芳香性气味的易燃液体，有毒！不溶于水，能溶于醇、醚和丙酮。比重0.866，纯品沸点110.28℃，取样化验时，要取下层。第3章工艺流程设计3.1工艺流程框图：上一章已对工艺路线进行了选择，在此基础上全面而细致地分析了整个生产过程的组成和顺序如下图所示：3.1.1合成70溶解双酚A溶解环氧氯丙烷反应循环使用反应NaOH减压环氧氯丙烷减压溶解溶解苯萃取反应下层盐脚萃取反应NaOH回流回流冷却冷却静置过滤过滤脱苯脱苯成品3.2工艺流程叙述：下面流程是从中试角度来进行描述的，其中所用投料量1.把双酚A投入溶解釜中，然后通过环氧氯丙烷，将夹套通水蒸气的温度加热升温到70OC左右。2.溶解后，用泵压入带搅拌的反应釜内，开始搅拌，并滴加碱液。控制反应温度为50-55OC，维持一定时间至反应结束后，再在100减压至94.661kPa，回收过量环氧氯丙烷供循环使用。3.回收结束后再次加入苯溶解，在65~7004在回流脱水釜内回流至蒸出的苯清晰天水珠为止。然后冷却，静置.经过滤器至贮槽，沉降后抽人脱苯釜脱除苯，先常压无液温110OC以上开始减压至140-143OC无馏出液为止，放料，即得成品。第4章物料衡算4.1计算条件与数据理：1.设每年生产300天，则每天的产量为：Md=3000t÷300=10t/d一天生产两批，则每批的产量为m=10t/2=5t2.设以生产1t（1000kg）环氧树脂为基准原料单耗如下：表4-1原料单耗表原料名称投料比例环氧氯丙烷双酚A纯苯甲苯液体烧碱(100%)557.3Kg687.5Kg235.2Kg277.5Kg240.9Kg3.原料规格及产品质量标准如下：表4—2原料规格及产品质量标准表名称分子量净含含水分含惰性杂质环氧氯丙烷92.5298%0.2%1.8%双酚A228.2995%3%2%纯苯78.1196%0.2%3.8%甲苯92.1498.5%0.5%0.4%硫酸98.0888%0.5%11.5%液体烧碱40.0199.5%0.2%0.3%双酚A型环氧树脂332.0599%0.8%0.2%注：以上数据除直接在工厂收集到的以外，其他参照《中国化工医药产品大全》(卷一，卷二)和<<化工原料商品手册>>。设每一单元的操作的收率如下：一次反应：95%二次反应：95%过虑：90%脱苯：95%4.2原料用量计算：反应过程中的反应物纯量计算：为了较好地把握全过程，先假设理想情况进行计算，即计算各反应物的纯量。这里所说的纯量是指既不包括反应物及产品中的杂质和反应物过量的量，不包括每步反应损失掉的产品量。这是一种理想情况，在后面的计算中将恢复到实际情况，考虑所含杂质的量、反应物过量的量，以及反应的收率等具体的问题并进行详细的计算。反应方程式如下：由原料单耗可得每批原料用量如下表：表4—3原料用量表名称用量(Kg)环氧氯丙烷2843.4纯苯1225.0甲苯1408.6液体烧碱1210.6双酚A3472.24.3缩合工段物料衡算：4.3.1一次反应98%环氧氯丙烷98%环氧氯丙烷95%双酚ANaOH苯5环氧氯丙烷双酚环氧氯丙烷双酚A5反应釜5(1)对于输入物料分四股，分别如下：①98%的环氧氯丙烷中：环氧氯丙烷：2843.4×98%=Kg水：2843.3×0.2%=5.6866Kg不溶杂质：2843.3×l.8%=51.18Kg②95%的双酚A中：双酚A：3472.2×95%=3298.59Kg水：3472.2×3%=104.166Kg不溶杂质：3472.2×2%=69.444Kg③99.50%的NaOH中：NaOH：.1210.6×99.5%=1204.547Kg水：1210.6×0.2%=2.4212Kg不溶杂质：.1210.6×0.3%=3.6318Kg④96%的苯中：苯：1408.6×96%=1352.26Kg水：1408.6×0.2%=2.8172Kg不溶杂质：1408.6×3.8%=53.53Kg(2)对于输出物料的计算如下：设缩合反应的转化率等于收率，即为95%，则：①隋性杂质质量不变：51.18+69.44+3.63+53.53=177.78Kg②苯质量不变：1352.26Kg反应的总方程式如下：22894×233237.5×23472.2xyz由上反应方程式：x/94×2=y/332=z/37.5×2=3472.2/228可得：x=2266.57kg,y=5056.01kg,z=1142.17kg所以反应后的各物料质量如下:③双酚A:3472.2×(1-95%)=173.61Kg④环氧氯丙烷：2701.23-2266.57=434.66Kg⑤HCl：1142.17Kg⑥环氧树脂：Kg以上计算可得到下列物料平衡表表4—4缩合反应物料平衡表输入物料纯物质质量(Kg)输出物料质量(Kg)98%的环氧氯丙烷环氧氯丙烷2701.23环氧氯丙烷434.66水5.6868惰性杂质51.18双酚A173.695%的双酚A双酚A3298.59水104.16环氧树脂5056.01惰性杂质69.4499.5%的NaOHNaOH1204.54苯1352.26水2.4212惰性杂质3.6318惰性杂质177.7896%的苯苯1352.26水2.8172水115.09惰性杂质53.53HCl1142.17总计8849.498452.08收率：95.5%4.3.3回收98%环氧氯丙烷5冷却器98%环氧氯丙烷5冷却器5反应釜所出物料5图4—5回收框图设冷却回收率为97%：对于输入物料为一股：环氧氯丙烷：434.66Kg对于输出物料为一股：环氧氯丙烷：434.66×97%=421.62Kg由以上计算可得下列物料平衡表：输入物料纯物质质量(Kg)输出物料质量g)98%的环氧氯丙烷环氧氯丙烷434.66环氧氯丙烷质421.62总计434.66421.62表4-6回收物料平衡表收率：97%4.3.4进出料框图如下：99%的环氧树脂99%的环氧树脂下层盐脚回收脱水釜下层盐脚回收脱水釜99%的环氧树脂96%的苯90%HCI96%的苯96%的苯图4—7环氧树脂回收进出料框图出料分三股，设馏出液为99%环氧树脂(含1%的水和杂质)，则：99%的环氧树脂：环氧树脂：5056.01×99%=5005.45Kg水：5056.01×0.8%=40.45Kg杂质：5056.01×0.2%=10.11Kg②苯：1352.26×96%=1298.17Kg水：1352.26×0.2%=2.70Kg残余杂质：1352.26×3.8%=51.38Kg③HCl：1142.17×90%=1027.95Kg水：1142.17×7%=79.95Kg杂质：1142.17×3%=34.26Kg水：40.45+2.70+79.95=123.1kg杂质：10.11+51.38+34.26=95.75Kg回收后：环氧树脂：5005.45kg由以上计算可得下列物料平衡表输入物料质量（Kg）输出物料纯物质质量（Kg）环氧树脂5056.01成品环氧树脂5005.4苯1352.26HCl1027.95HCl1142.17苯1298.17水123.1水123.1残余杂质95.75残余杂质95.75合计7769.29合计7550.37表4—8环氧树脂回收物料平衡表收率：97%第5章热量衡算5.1计算依据： 1.主要依据能量守恒定律能衡是能量衡算的结果为基础进行的，还必须收集有关物料的热力学数据(例如比热容、反应热、相变热等)2.重要符号：Cp——定压比热容KJ/(Kg，OC)Cs——固体的比热容KJ/(Kg,0CQ-----热量KJ3.主要公式：(1)Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6(5-1)式中Q1--一物料带入到设备的热量KJQ2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量KJQ3——过程热效应KJQ4一一物料离开设备所带走的热量KJQ5——加热和冷却设备所消耗的热量KJQ6——设备向环境散失的热量KJ（2）qr=∑qf（5-2）qr=∑qc（5-3）式中qr----标准反应热qf----标准生成热qc----标准燃烧热σ-----化学计量数，生成物为正，反应物为负（3）qr（t）=qro-（t-25）∑CP（5-4）式中：qr（t）---任意温度t下的反应热KJ/molqro-------标准反应热KJ/molt----------任意温度0(4)化合物的比热容C=（1/M）∑nCa（5-5）式中：M————化合物的分子量n————分子中同种元素原子数Ca——————元素的原子比热容（5）有机化合物的标准燃烧热与该化合物完全燃烧所需的氧原子数成直线关系，即qc=∑a+x∑b（5-6）式中：a、b------常数，与化合物结构有关x————化合物完全燃烧时所需的氧原子数（6）qro=-∑qf0KJ/mol（5-7）式中：——反应方程式中各物质的化学计量系数，反应物为负，生成物为正(7)间接蒸汽加热的蒸汽消耗量：D=Q2/[H-C(T-273)](5-8)式中:D----加热蒸汽消耗量KgQ2——由加热蒸汽传给所处理物料及设备的热量KJH——水蒸汽的热焓KJ/KgC——冷凝水的比热容，可取4.l8KJ/(Kg×K)T——冷凝水的温度Kg——热利用率，保温设备取0.97-0.98，不保温设备取0.93-0.95(8)W=Q2/C(TK-TH)(5-9)式中:W——冷却剂的消耗量KgC——冷却剂的平均比热容KJ/(Kg)<K)TK---冷却剂的最终温度KTH——冷却剂的最初温度K(9)Q2=KAttm（5-10）式中：Q2----加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量K——总传热面积·t——反应时间tm----平均推动力5.2常用热力学数据计：1.比热容：液体的比热容由《药厂反应设备及车间工艺设计》（蒋作良）P208表6-4求液体的比热容和P209公式6-17求固体化合物的比热容。计算如下：①求双酚A的比热容(M=157.56g/mol)：C=(1/157.56)×(6×7.535+4×9.628+1×25.953+1×25.953+2×16.74)=1.07KJ/(Kg.0CP=168.4288×10-3KJ/mo1.0C②求NaOH的比热容(M=39.995g/mol)：C=(1/39.995)×(25.953+16.74+9.628)=1.308KJ/(Kg.0CCP=52.321×10-3KJ/mo1③求苯的比热容(M=117.16g/mol):C=(1/117.16)×(8×7.535+7×9.628+1×25.953)=1.730KJ/Kg.0CP=202.73×10-3KJ/mo1④求环氧氯丙烷的比热容(M=46g/mol)：C=(1/46)×(41.7+28.3+44)=2.478KJ/(Kg.0Cp=113.99×10-3KJ/mol.OC⑤求水的比热容(M=18g/mol)：C=40184KJ/(Kg.OC)⑥求甲苯的比热容(M=49g/mol)C=(1/49)×(1×25.953+1×7.535+1×25.953)=1.213KJ/mol.OCCP=39.4441×10-3KJ/mo12.汽化热：查《化工原理》（陈敏恒）附录可得：苯：1gH=202Kcal/mol=845.73Kj/Kg水：1gH=539Kcal/mol=2256.69Kj/Kg甲苯：1gH=363Kj/Kg3.溶解热和反应热：由于这两种过程热计算较为复杂，故把它放在后面根据具体需要进行计算。5.3缩合工段热量衡算：1反应岗位：过程中需要滴加苯，在半小时内滴加完毕。加温至30度时，关闭冷冻节门，搅拌反应4小时。缩合工段反应岗位的温度变化过程如下：温度70oCoC保持50oC2h水降温25oC保持温度反应2h20oC25oC时间h解5—1反应温度变化图如上图所示络合反应中温度的变化分为五个阶段，其中在50oC-25oC这一段要用冰盐水降温，由于冰盐水的制迨成本较高，所以应回收利用，这里把其用量作为计算重点，所以进行计算。初始温度为50oC，末态温度为25oC，故Q3=0(1)求Q1：对于环氧氯丙烷：QIA=(96.908+35.12)×2.434×(-25+50)=61105.57KJ对于氢氧化钠：QlB=180.89×l.308×(-25+50)=5916.23KJ对于双酚A：QlC=126.63×l.074×(-25+50)=3400.02KJ对于苯：QID=103.37×l.730×(-25+50)=4470.75KJ对于水：QIE=(86.14+0.38+0.26+2.15+482.60)×4.184×(-25+50)=59782.04KJQ1=-QIA+QIB+IC+QID+QIE=134674.61KJ(2)求Q4.,Q5，Q6：因为末态温度与基准温度相同所以Q4=0，Q5=Q6=0(与环境温度相差不大)(3)求Q2：O2=-Q1=-13467.61KJ(4)求冰盐水的用量：取Q2的绝对值，则：W=Q2/C(Tk-Th)取冰盐水的平均比热容:C=4.0KJ/(Kg.OC),Tk=0℃,Th-10℃则每天消耗的冰盐水：W=134674.61KJ/{4.0×[0-(-10)]}=3366.87Kg1.保温反应2h阶段：基准温度为25℃，初态温度和末态温度均为又因为Q5+Q6=5%(Q4+Q5+Q6)，所以Q5=0，Q6=0(1)标准燃烧热与生成热的换算：qf0+qc0=∑nqc0求qf0（标准生成热KJ/mol）A.求双酚A的qcX=11.5∑a=390.2∑b=215.37qc=390.2+11.5×215.37=2866.96KJ/molB.环氧氯丙烷的qcX=19.5qc=20.51+19.5×218.3=4277.36KJ/mol（2）求Q3：反应方程式如下：NaOHNaOH22++2HClCp52.321168.4288153.629238.625859.444175.6单位：10-3KJ/mo1qr0=77.53-（-52.321-168.428-153.629+238.625+59.441+75.60）×5×10-3=77.526KJ/molQ3=77.526×126.63×1000×95%/157.5=59214.36KJ（3）求Q2:Q2=Q4+Q5+Q6+Q1-Q3=-59214.36KJ(4)球冰盐水的用量：取Q2的绝对值，则：W=Q2/C(Tk-Th)(4-14)取冰盐水的平均比热容：C=4.0KJ/（Kg.0C），Tk=00C，Th=100C则每天消耗的盐水：W=59214.36KJ/{4.0[0-(-10)]}=1480.36Kg第6章设备选型6.1计算条件确定6.1.1工段工序操作工时（h）缩合备料投料（环氧氯丙烷、双酚A1.00自然升温0.5保温2.00回收过量环氧氯丙烷0.50处理降温0.50苯回收2.00环氧树脂回收0.50处理产品0.756.1.2根据所给年产量确定每天生产的吨数，由于日产量较大应采用一日多批量生产，若采用多个反应釜进行生产，设备成本将大大提高，在节省开支及时间等因素的考虑下，应采用间歇式操作，每天生产1批每批2个流程，采用2套反应设备。6.2缩合工段反应岗位的设备选型：1.物料体积计算：各纯物质体积计算列表：表6—2缩合工段反应岗位物料体积表物质质量m(kg)密度(kg/l)体积v（l)双酚A8395.621.1957025.62NaOH3529.812.151641.77环氧氯丙烷8825.211.187478.99苯4060.520.884614.23则每批物料的总体积为：Vd=（7025.62+1641.77+7478.99+4614.23）/9=20760.61/9=2306.73L2.反应釜的选型：由物料衡算求出每天需处理的物料体积后，即可进行计算反应釜的实际容积，公式如下：nVT=Vd（/）/24（6-1）式中:Vd-----每天需处理的物料体积；VT-----反应釜的容积；------反应釜的装料系数；------每批操作需要的反应时间；/-----每批操作需要的辅助时间；n-------反应釜应安装的个数；------反应釜生产能力的后备系数。计算时，在反应釜的容积VT和台数n这两个变量中必须先确定一个，由于台数一般不会很多，通常可以用几个不同的n值来算出相应的VT值，然后再决定采用哪一组n和VT值比较合适。在本次设计中由于产量不大，因此设定：/=24，n=1；其中，取1.1，取0.75根据公式nVT=Vd（/）/24得出:VT=(2306.73×24×1.1/（24×0.75×1）=3075.64L查《化工工艺设计手册》（下）：选取公式容积为3000L搪玻璃开式搅拌容器，其中重要参数为A=9.3m2，另外选取六叶直叶圆盘涡轮搅拌器。3.校核传热面积：由于缩合反应釜是采用夹套冷却，且选用冰盐水作为冷却介质，所以传热系数计算如下：①求釜侧传热膜系数1：1=0.73(/D)(nd2)0.65(CP/)0.33(/w)0.24(6-2)式中：1——釜侧传热膜系数W/(m2.K)；D----搅拌釜的直径m；d——搅拌器的直径m；n——搅拌器的转速rps；——液体的密度kg/m2；Cp——液体的比热J/(kg.K)；——液体的导热系数W/(m.K)；μ——液体在釜内温度时的粘度Pa.S;w——液体在壁温时的粘度Pa.s；在此计算中个，各参量如下：D=1600mm=1.6m；d=800mm=0.8m；n=80r/min=80/60rps；=（969.08+18.89+126.63+103.37+526.96+35.12)/2053.76=0.95Kg/m2查《化工原理》(陈敏恒)可得到各组分Cp。代入公式：=80%乙醇+20%水=0.172×80%+0.599×20%=0.2574W/（m.K）μ=80%乙醇+20%水=1.15×80%+1.005×20%=1.121mPa=1.121×10-3Pa.S取/w=1，把各系数代入公式中得：1=0.73(/D)(nd2)0.65(CP/)0.33(/w)0.241=0.73(0.2574÷1.6)(80/60×0.802×950/1.210)0.65×(2670×1.121×10-3/0.2647)0.33=1480.24W/(m2.K)求夹套侧传热膜系数2：De=D1-DN=1600-1450=150mm=0.15m（5-4）则Re=Deu/其中：-----水在夹套内的流速m/s：Re=0.15×0.02×1050/8×10-4=3937.5﹥3600所以接下式计算：2=9300（0.8/De0.2）=9300×（0.020.8÷0.150.2）=594.41W/(m2.K)③求传热系数K；搪玻璃釜的釜壁分两部分，一部分为铸铁层，另一部分为镀上去的搪瓷层,其参数如下：铸铁层厚度为20mm，=62.8W/(m.K)查《化工工艺设计手册》(第三版，下册)：搪玻璃设备玻璃层厚度一般为0.8--2.Onnn，取1.0mm查《化工工程手册》(第二版，上卷)：搪瓷导热系数：0.87一1.l6W/(m.K)。取0.9W/(m.K)则K=1/(1/1+1/2+∑/)=1/(1/1480.24+1/594.41+0.O2/62.8+0.001/0.9)=1÷O.003787489=264.O3W/(m2.K)=950.51KJ/(m2.h.K)由于t3—t4段能流密度最高，故选取这一段来计算，料液进、出口温度分别为500C和250C，设冰盐水进、出温度分别为-1O0tm={[50-(-10)-(25-0)}÷㏑[50-（-10）]/（25-0）=39.98OC冷却时间t=0.5hA=Q2/Ktmt=134674.61/(950.51)×39.98×0.5)=7.O9m2<9.3m所以选取的V=3000L，A=9.3m2的搪玻璃开式搅拌反应罐可行。查《化工工艺设计手册》(第三版下册)，相关参数如下：表6-3缩合工段反应设备参数序号2122公称容积VN/L3000公称直径DN/mmL系列1450S系列1600计算容积VJ/L31553380容积系数VN/VJ0.950.89夹套换热面积/m29.39.3公称压力PNDN≤1300时，容器内：0.25、0.6、1.0Mpa；夹套内：0.6MpaDN≥1450时，容器内：0.25、0.6Mpa；夹套内：0.6Mpa；介质温度及容器材料0—2000oC（材料为Q235-A,Q235-B）或高于-20—200OC(材料为20R)搅拌轴公称直径dN/mm95电动机功率/kW锚式搅拌器5.05.5框式搅拌器桨式搅拌器叶轮式搅拌器7.5电动机型式Y型或YB型系列（同步转速1500r/min）搅拌轴公称转速锚式、框式搅拌器63r/min、80/min；桨式搅拌器80r/min、125r/min；叶轮式搅拌器125r/min传动装置机型=1\*ROMANI减速机型号CWS125-300机型=2\*ROMANII、=3\*ROMANIIIBLD-3悬挂式支座A5×4支承式支座2.5t×4参考质量/kg335036686.3其它设备的选型6.3.1表6-6缩合工段乙醇回收物料体积表名称质量m(kg)密度(kg/1)体积V(1)苯4060.580.881538.10水7600.998761.52杂质140270每批物料总体积为：Vd=1538.10+761.52+70=2369.62(1)取装料系数为0.75，则蒸馏釜体积为：VT=Vd÷0.75=2369.62÷0.75=3159.49(1)查化工工艺设计手册(第三版，下册)：取K型搪玻璃蒸馏容器系列中的300表6—7缩合工段乙醇回收设备参数公称容积VN/L3000公称直径K型1750DN/mmF、P型1750计算容积VJ/L34983630D012201220D119001900D221962196D314001400-H025592100H1700560H2649-H3400400H4310680H51201600H16001800表6-8缩合工段乙醇回收设备管口特性参数公称容积容器盖管口公称直径夹套管口公称直径蒸馏口a入手孔a温度计口t视镜S1S2备用孔b放料口f进出口放气阀g放净口an1n2n3n43000400400×3001501251001256565G3/4//G1/2//注：以上表格中，上排为K型容器的管口参数，下排为F、P型容器的管口参数。第7章厂区布置和车间布置设计7.1工厂设计的内容与规范：工厂布置是设计的一个要环节，其布置是否合理，不仅与施工、安装、建设、投资密切相关，而且与车间建成后的生产、管理、安全和经济效益密切相关。工厂布置涉及的对是生产过程中使用的机器设备，各种物料和从事生产的操作人员工厂布置的基本任务是结合厂区自然条件和外部条件确定生产工厂中各种机器设备的空间位置，使获得最经济合理的物料和人员的流动路线。就大的空间范围而言，就是在一个地区内厂位置的确定是为就寻找最佳的厂外运输路线；就小范围而言，就是在一个厂区内，厂房位置的确定是为了寻找最佳的厂内运输路线。这说明厂址选择工作和工厂布置工作任务的一致性，同时，也说明在不同工作阶段工厂布置的着重点。对于工厂布置，按我国习惯分法，可划分厂区布置和车间布置。车间布置是工艺专业向其他非工艺专业提供开展车间设计的基础资料之一。若车间布置不合理，不仅将直接影响到操作条件的好坏、生产的正常进行和设备的安全运行，而且还导致基建时工程造价高、施工安装不便，甚至造成车间建成出现一系列生产和管理的负面问题；因此本设计在车间布置时严格遵守如下设计规范和规定：GBJl6-87建筑设计防火规范(1987年)T536-79工业企业设计卫生标准(1978年)GBJ87-85工业企业噪声控制设计规范(1985年)HGJ21-89化工企业爆炸和火灾危险环境电力设计规格(化学工业部1989年)中华人民共和国炸危险场所电气安全规程(1987年，试行)药品生产质量管理规范(1998年修改)药品生产管理规范(中国医药工业公司，1985年)洁净厂房规范(GB50073-2001)7.2厂址的选择：厂址选择应从国家政策、经济、环境保护等多方面综合考虑双酚A和环氧氯丙烷的这条生产工艺路线属于污染较严重的一种，建议不要把厂址选在市区。如果选址选在城郊，最好选在下水侧，以防止氰化物对城市用水造成污染。另外，选址最好是在交通较为方便的地方，便于原料和产品的运输。7.3车间的布置：本设计在确定了车间的火灾危险类别、爆炸与火灾危险性场所等级、卫生标准、车间建筑(构筑)物、露天场所的主要尺寸和全部工艺设备的空间位置后对车间进行了如下布置。7.3.1车间由生产部分、辅助生产部分和行政-生活部分组成。辅助生产部分包括配电房、化验室、机修车间、原料、辅料和成品仓库等；行政-生活部分包括办公室、工人休息室、厕所。在设计过程中既考虑了车间内部生产、辅助生产、管理和生活的协调，又考虑了车间与厂区供水、供电、供热和管理部分的呼应，使之成为一个有机整体。其中对采光、采暖和通风要求较高的办公室、化验室布置在南面，而对这些要求相对较低的更衣室、厕所、浴室则布置在北面，其他辅助生产部分布置在底层，兼顾了厂区供电、供水、供热和管理方便的各方面要求，从而使之成为一个有机的可持续运转的系统。另外，在布置过程中考虑到节约建筑面积和土建工程量，减少土建投资以及利于设备的安装和检修、通风和排毒，以及利于车间的改建和扩建，将部分设备进行了露天布置。7.3.2在缩合车间与还原车间生产规模小车间中各工段联系紧密，生产无显著差异，产房面积小，地势平坦在符合建筑设计防火规范（GBJ16-87）和工业企业设计卫生标准（TJ36-79）的前提下，选择了集中式。车间的生产，辅助生产和生活-行政部分集中安排在一栋厂房内。7.3.3厂房采用6—3—6柱网，长27m，宽l5m；厂房的高度，主要决定于工艺，安装和检修要求，同时也考虑通风，采光和安全的要求，根据设备布置高度和车间布置情况选择了6m高度，操作台2.3m高度，作三层布置的单层厂房。7.3.4厂房内生产部分包括生产车间的缩合工段、离心工段、结晶工段和环氧氯丙烷回收工段和苯回收工段，压滤分离工段、结晶工段、离心分离和重结晶工段。生产部分的设备采用两行布置，工人背光操作。布置设备仪器时尽量符合了工艺的顺序，保证了水平方向和垂直方向上的连续性.对于有压差的设备，充分利用高位差，采用上下层布置方法，充分利用其高位差。所以，厂房总体布置时采用了把换热器放置在最上层，计量罐、高位槽安放在第二层，主要设备(如反应罐，配氨罐等)水平布置在中间层(第三层)，离心机、过滤机、贮槽等布置在最底层(地面)的布置方法。对于相同或同类型的设备、操作性质相似的设备，尽可能的放置在一起，。在安全生产都合理布局的前提下，为了最大限度缩短设备间的管道长度，我们按工艺流程先后顺序把工艺设备(主要是反应罐)安排在一起，全部靠墙直线排列，保证了车间内部的紧凑和美观。另外，为了方便苯和甲苯的蒸馏，就把蒸馏岗位放在相关反应和离心设备的附近。第8章“三废”处理及其综合利用“三废”的随意排放是造成环境污染的主要原因，也是物质的损失和能源的浪费，应该进行处理。治理方法大致分为改革工艺、“三废”的无害化、“三废”的资源化，下面就后两条进行分析。8.1废水的处理：本生产工艺中产生的工业废水，大量含有甲苯等简单化合物，考虑到回收的成本较高，使用天然生物处理，利用水中和土壤中广泛存在的微生物的生物降解作用.进行废水生物处理，达到废水排放标准后排放。8.2套用和回收利用：本设计工艺中大量使用苯、甲苯作为溶剂、助滤剂，直接排放不仅会大大提高成本，而且会对环境造成巨大的危害，所以需要回收利用。在计算和车间的布置中己对回收工艺作了详绍的说明。甲苯回收并不是直接把废液放入蒸馏釜进行，而是先加一定量的水，在对混合液进行蒸馏。加水的量与甲苯的含量大概相等。这样做的目的是让水与甲苯产生共沸，使蒸馏温度降低，减少能耗量。第九章环氧树脂安全生产和环境保护一、环氧树脂安全生产和环境保护的重要性生产环氧树脂的主要原材料大多易燃易爆、有毒、有腐蚀性，生产过程属于釡式生产，生产连续、带压、高温、有电，稍有不慎则会造成各类事故。生产过程中排放的废水、废气、废渣和噪声必须得到科学治理，达到国家规定容许浓度才能排放，否则，会对周围环境造成严重污染，祸害社会和四邻，破坏安定团结，危及子孙后代。搞好安全和环保工作是发展环氧树脂生产的必要条件。随着环氧树脂生产设备的大型化，密闭化和控制的高度自动化，环氧树脂的生产环境得到了根本性改善。安全与劳动保护设施也越来越完善。环氧树脂生产中不产生工业废气，但废水与废渣的处理不可忽视。二、环氧树脂生产安全注意事项与劳动保护措施1.环氧树脂生产原料安全毒性（1）ECH：由于环氧基与氯取代基的存在，其毒性很强。ECH有难闻的异味，对人的眼、鼻、咽喉、皮肤等有很强的刺激性。（2）BPA：是一种毒性很低的固体原料，LD50为2400mg/kg。但在投料及储运中有一定的粉尘污染，应注意防护。（3）NaOH：是强碱，具有极强腐蚀性，对人的眼睛、皮肤极易造成伤害。（4）溶剂：目前使用最多的是甲苯。甲苯是一种毒性比较重的溶剂，长期接触对人体呼吸道及肝脏均能造成损害。因操作失误造成急性中毒事故的后果更为严重。2、环氧树脂生产中劳动保护注意事项（1）技术上不断发展进步，采用先进的生产工艺、先进的设备与控制技术，实现生产过程的密闭化、自动化；工业废水的回收利用；工艺废渣的无害化处理等等。（2）岗位操作现场应有良好的通风设施，避免有害气体的积聚（3）用低毒的溶剂取代毒性较重的溶剂。现在有的生产厂用甲基异丁基酮、正丁醇或混合溶剂来替代甲苯。（4）操作区域与非操作区域应有一定的距离，生产区与生活区要严格分开。（5）任何人进入操作区，都必须穿戴劳动保护用品。（6）生产岗位备有事故应急抢救药品柜，内有烫伤、洗眼等药水。（7）所有操作人员都要进行定期安全教育，熟悉自己操作的装置的水、电、汽、气的控制开关、阀门；熟悉消防设施的部位与使用方法；熟悉紧急停车程序、报警信号的内容和处理方法。（8）所有操作人员应定期（半年或一年）进行体检，主要是呼吸道、血液和肝功能。3、环境保护措施（1）从工艺技术上不断改进，节能降耗。（2）废水的分级处理，尽量减少有毒有害废水的排放量。像前面讲的，将水洗废水用来脱盐泥，脱盐泥废水再送污水处理装置处理，达标排放，废水中的盐，应尽可能回收作为工业用盐。（3）废渣也应分步骤处理。过去，环氧树脂废聚物与盐泥一道排放，污水处理十分困难。现在，我们对废聚物分级萃取，用溶剂将其中夹带的粗树脂萃取出来，送下批料精制工序，萃取后的废渣滤饼再送去焚烧处理。结语踉踉跄跄地忙碌了两个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。点击运行，也基本达到预期的效果，虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头。但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方，譬如功能不全、外观粗糙、底层代码的不合理数不胜数。可是，我又会有点自恋式地安慰自己：做一件事情，不必过于在乎最终的结果，可贵的是过程中的收获。以此语言来安抚我尚没平复的心。设计过程中我的收获是很多的，这些收获也是平时无法获得的。首先，我原来.所学的专业知识得到了整合与升华.有些课程(如物理化学、化工原理、化工仅表及荑自动化、化工制图、文献检索)，我们平时根本无法认识其重要性，但在设计过程中，这些知识的灵活运用恰好成了设计的亮点所在。毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想借次机会感谢四年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。我的毕业指导老师陈老师，他总是以一位长辈的风范来容谅我的无知和冲动，给我不厌其烦的指导。在此，特向他大学生活即将匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。”大学四年，但它给我的影响却不能用时间来衡量，这四年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。参考文献1.陈敏恒，丛德滋等，化工原理，北京：化学工业出版社，20002.环氧树脂生产与应用(第二版)\o"王德中"王德中\o"化学工业出版社"化学工业出版社3.化工原理(杨祖荣)(二版)杨祖荣\o"化学工业出版社"化学工业出版社3.油脂化工产品工艺学\o"冯光炷"冯光炷主编\o"化学工业出版社"化学工业出版社4.化工工艺设计手册.第三版\o"中国石化集团上海工程有限公司"中国石化集团上海工程有限公司编\o"化学工业出版社"化学工业出版社5.化工工艺学（第二版）\o"薛荣书"薛荣书，\o"谭世语"谭世语主编\o"重庆大学出版社"重庆大学出版社6.化工仪表及自动化（第四版）\o"厉玉鸣"厉玉鸣主编\o"化学工业出版社"化学工业出版社7.化工设计(陈声宗)(二版)\o"陈声宗"陈声宗\o"化学工业出版社"化学工业出版社8.化工设计概论\o"侯文顺"侯文顺\o"化学工业出版社"化学工业出版社9.化工设备设计手册（上下卷）\o"朱有庭"朱有庭，\o"曲文海"曲文海，\o"于浦义"于浦义主编\o"化学工业出版社"化学工业出版社

附录资料:不需要的可以自行删除目视管理的定义目视管理就是通过视觉导致人的意识变化的一种管理方法。在日常活动中，我们是通过“五感”（视觉、嗅觉、听觉、触觉、味觉）来感知事物的。其中，最常用的是“视觉”。据统计，人的行动的60%是从“视觉”的感知开始的。因此，在企业管理中，强调各种管理状态、管理方法清楚明了，达到“一目了然”，从而容易明白、易于遵守，让员工自主性地完全理解、接受、执行各项工作，这将会给管理带来极大的好处。现场里，每天都会发生各种不同的异常问题。现场里有两种可能的情况存在：流程在控制状态下或是在控制状态之外。前者意味着生产顺利，后者表示出了问题。可视管理的运作包含以现物、图例、表单及绩效记录，清楚地展示出来，以便管理人员及作业人员，能经常记住那些影响质量、成本及交期（QCD）成功与否的要素。这些要素包括了企业整体策略的展现，乃至生产绩效数字、最近的员工提案建议一览表。所以，可视管理为现场管理不可或缺的基础之一。现场的问题要让它能看得出来。假使无法检测出异常的话，就无法管理好整个流程了。所以可视管理的第一个原则，就是要使问题曝光。如果冲床上的模具坏了，生产出不合格品又无人知道的话，那不久就会生产出堆积如山的不合格品；然而，附有“自动化”装置的机器，只要一有不合格品发生，即能自动停止生产。当机器自动停止，问题即能看得出来。大部分从现场产生的信息，经过许多管理阶层的传达，最后才送到最高管理人员，因此在往上级呈报途中，信息就愈来愈抽象且还远离了事实。然而，在实施可视管理的场所，管理人员只要一走入现场，一眼即可看出问题的所在。而且可以在当时、当场下达指示。可视管理的技法，使得现场的员工得以解决这些问题。制造业的现场，最好要做成：一旦检测到异常之处，生产线即能停止生产。大野耐一曾说过，一条绝不会停止的生产线，不是太完美了（当然，这是不可能的），就是极端地差劲。当生产线一旦停止，每一个人都能意识到发生了问题，然后会追究以确保此生产线不会再因相同的原因停止下来。“能停止的生产线”，是现场可视管理最好的例子之一。如果可视管理存在的第一个理由，是要使问题能看得出来的话，那么第二个理由，就是要使作业人员及督导人员能当场直接地接触到现场的事实。可视管理是一种很可行的方法，用以判定每件事是否在控制状态之下，以及异常发生的时刻，即能发送警告的信息。当可视管理发挥功能时，现场每个人就能做好流程管理及改善现场，实现QCD的目标。对管理者来说，管理本身也许会带来优越感，但对被管理者来说并不是件愉快的事情。“尽管减少管理、尽量自主管理”这一符合人性要求的管理法则，只有在目视管理中才能发挥得淋漓尽致。实施目视管理，即使部门之间、全员之间并不相互了解，但通过眼睛观察就能正确地把握企业的现场运行状况，判断工作的正常与异常，这就能够实现“自主管理”目的。省却许多无谓的请求、命令、询问，使得管理系统能高效率地运作。可视管理的5M现场里，管理人员必须管理5个M：人员（Manpower）、机器（Machines）、材料（Materials）、方法（Methods）及测量（Measurements）。任何与5M有关的异常问题，都必须视察使之可视化。1人员方面（作业员）♠作业员的士气如何呢？可由提案建议件数、质量圈参与率及缺勤次数来衡量。你如何知道生产线上，今天谁缺席，由谁替代他的工作？这些事项要在现场做成“可视化”。♠你如何知道作业员的技能？现场里的公布栏，可以张帖出谁已接受过何种工作训练，谁还需要再施以其他的训练。♠你如何知道作业员的工作方法是正确的呢？“标准化”即是用来规定正确的工作方法之用，例如：作业要领书及作业标准书都必须陈列出来。2机器方面你如何知道机器正在制造良好质量的产品？是否附有自动化及防错装置：一有错误发生时，机器就能立即自动停止下来。当管理人员看到一部停下来的机器时，我们必须