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1、反响釜的设计名目第一章. 绪论 (1)1.1 产品概述 (1)1.2 合成醇酸树脂的原料 (1)1.3 醇酸树脂的合成原理 (5)1.4 合成工艺 (6)1.4.1 按合成原料分类 (7) 2聚酯化反响 (8)1.4.2 按工艺分类 (9) 其次章. 设计内容 (11)2.1 设计依据 (11)2.2 设计原则 (12)2.2.1 生产规模(12)2.2.2 生产方式(12)2.2.3 投料方式(12)2.2.4 流程特点(12)2.2.5 设备选型原则 (13)2.2.6 生产制度 (13)2.2.7 原料的技术规格 (13)2.2.8 配方设计 (14)2.3 物料衡算过程 (14)12.
2、4 热量衡算 (17)2.4.1 热量衡算概述 (17)2.4.2 热量衡算 (17)3.1 反响釜与稀释釜的选型 (19)3.2 反响釜与封头厚度确实定 (20)3.3 搅拌桨 (21)3.4 支座及夹套的选型 (23)3.5 视镜人孔及接收 (24)3.6 搅拌桨电机、减速器 (25)3.7 油泵的选型 (25)3.8 输送泵的选型 (26)3.9 真空缓冲罐的选取 (26)3.10 废水接收罐的设计 (26)3.11 CO2 系统确实定 (26)3.12 冷凝器的选择与设计 (27) 参考书目 (27)心得与体会 (29)第一章. 绪论11 产品概述多元醇和多元酸可以进展缩聚反响，所生成
3、的缩聚物大分子主链上含有很多酯基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 lkydresin，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要的应用醇酸树脂指由多元醇、多元酸与油或其脂肪酸反响生成的产物，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，如涂膜枯燥缓慢、硬度低、耐水性差等，这将导致施工
4、周期延长，也影响其应用范围。醇酸树脂同时还具有原料简洁获得，生产工艺简易，性能优良，施工便利的特点。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性能。12 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XX 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。依据醇羟基的位置，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。羟基的活性挨次为：伯羟
5、基仲羟基叔羟基常见多元醇的物性见下表 ： 单体名称构造式相对分子质量 溶点(沸点) / 密度/(g/cm 3) 丙三醇XX 油 OHCH(OH)CH HOCH 22 92.09 18(290) 1.26 三羟甲基丙烷 3223OH)C(CH CHCH 134.12 5659295 1.1758 季戊四醇42OH)C(CH136.15189(260)1.38乙 二 醇OH)HO(CH2262.07-13.3(197.2) 1.12 二乙二醇OH )O(CH )HO(CH 2222 106.12-8.3(244.5) 1.118 丙二醇OH CH(OH)CH CH 23 76.09-60(187.
6、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 外还具有色泽明媚、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，以调整官能度，使聚合平稳，幸免胶化。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 P 、间苯二甲酸(IP)、对苯二甲酸(TP)、顺丁烯二酸酐(M)、己二酸、癸二酸(SE)、偏苯三酸酐TM 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
7、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TM 的酐基翻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
8、名称状态25 相对分 子质量 溶点/ 酸值/mgKOH/g 碘值苯酐P固 148.11 131 785间苯二甲酸(IP)固 166.13 330 676顺丁烯二酸酐(M)固 98.06 52.6(199.7) 1145己二酸固 146.14 152 768癸二酸(SE)固 20224 133偏苯三酸酐TM固 192 165 876.5苯甲酸固 122 122 460松香酸固 340 70 165桐油酸固 280 48.5、- 180220 豆油酸液 285 195202 135亚麻油酸液 280 180220 脱水篦麻油酸液 293 187195 138143 菜油酸液 285 195202
9、120130妥尔油酸液 310 180 105130 椰子油酸液 208 263275 911篦麻油酸液 310 175185 8593 二聚酸液 566 190198三. 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 XX 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，但是大局部自然油脂中的脂肪酸主要为十八碳酸，也可能含有少量月 XX 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：油酸十八碳烯 -9-酸：COOH )CH(CH CH )
10、(CH CH 72723=亚油酸十八碳二烯-9，12-酸：COOH )CH(CH CH CHCH CH )(CH CH 722423= 亚麻酸十八碳三烯-9,12,15-酸：COOH)CH(CHCHCHCHCHCHCHCHCHCH 722223=桐油酸十八碳三烯-9,11,13-酸COOH)CH(CHCHCHCHCHCH)(CHCH 72323=蓖麻油酸12-羟基十八碳烯-9-酸：COOH )CH(CH CH CH(OH)CH )(CH CH 722523=因此，构成油脂的脂肪酸格外简单，植物油酸是各种饱和脂 肪酸和不饱和脂肪酸的混合物。油类一般依据其碘值将其分为：干性油、不干性油和半干性 油
11、。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。五. 油脂的质量指标 外观、气味：植物油一般为清亮透亮的浅黄色或棕红色液体，无异味，其颜色色号小于 5 号。假设产生酸败，则有酸臭味， 表示油品变质，不能使用。 密度：油比水轻，大多数都在 0.900.94 g/cm 3 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构造，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
12、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 反响且不溶于水的物质。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。热析物：含有磷脂的油料如豆油、亚麻油中参加少量 盐酸或 XX 油，可使其在高温下240280分散析出。为使油品的质量合格，适合醇酸树脂的生产，合成醇酸树脂 的植物油必需经过精制才能使用。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
13、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 69 160173 190195 0.936
14、0.940 912 亚麻油 14 175197 184195 0.970.938 912 豆油 14 120143 185195 0.9210.928 912松浆油(妥尔油)14 130 190195 0.9360.940 16脱水蓖麻油15 125145 188195 0.9260.937 6棉籽油 15 100116 189198 0.9170.924 12 篦麻油 24 8191 173188 0.9550.964 912 椰子油 14 7.510.5 253268 0.9170.919 413 醇酸树脂的合成原理XX 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：2332
15、/232.4，其 Crothers 凝胶点为 Pc2/2.40.833,因此，假设官能团的反响程度超过凝胶点，就生成体型构造缩聚物。其构造可表示如下：O CH 2 CH CH 2 O C C O OOO CH 2 CH CH 2 O C C O OOO CH 2 CH CH 2 O O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 XX 油与脂肪酸酯化或 XX 油与油脂醇解生成单脂肪酸 XX 油酯，使 XX 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、XX 油、脂肪酸按 1:1:1 摩尔比合
16、成醇酸树脂的抱负构造为：O CH 2 CH CH 2 O C C OO O O CO R=O CH 2 CH CH 2 O C C OO O C O R* n上述大分子链中引入了脂肪酸残基，降低了 XX 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亮性、光泽和柔韧性和施工性。假设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、枯燥成膜。14 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。熔融法设备简洁、利用率高、安全，但产品色深、构造不均匀、批次性能差异大、工艺操作较困难，主要
17、用于聚酯合成。醇酸树脂合成主要承受溶剂法生产。溶剂法中常用二甲苯的蒸发带出酯化水，经过分水器的油水分别后重流回反响釜，如此反复，推动聚酯化反响的进展，生成醇酸树脂。釜中二甲苯用量打算反响温度，存在如下关系。141 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本钱较低 2工艺简洁易控 3原料腐蚀性小1配方设计敏捷，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工艺较简单，本钱高 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
18、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 XX 油酯或季戊四醇酯， 不完全的脂肪酸XX 油酯是一种混和物，其中含有单酯、双酯和没有反响的 XX 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 反响如下：醇解：n 1CH O C R 2 + m 1 CH OH OCH 2 O C R 3 OOCH 2 O C R 1CH 2 OH CH 2 OH CH 2 O C R 1CH OH + CH CH 2 O C R 3OOCH 2 OHCH 2 OH O C R 2聚酯化：n 2 CH O C R 2 + m 2 CH 2 OHCH 2 OH OC O C O
19、OO CH 2 CH CH 2 O C C O OO C O R 2 O+H 2O1醇解醇解时要留意 XX 油用量、催化剂种类和用量及反响温度， 以提高反响速度和 XX 油一酸酯含量。此外，还要留意以下几点：（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,也可参加抗氧剂， 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） 醇解反响是否进展到应有深度，须准时用醇容忍度法 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XX 油高，一般在 230250之间。2聚酯化反响醇解完成后，即可进入聚酯化反响。将
20、温度降到 180，分批参加苯酐，参加回流溶剂二甲苯，在 180220之间缩聚。二甲苯得参加量影响脱水速率，二甲苯用量提高，虽然可加大回流量，但同时也降低了反响 温度，因此回流二甲苯用量一般不超过 8，而且随着反响进展，当出水速率降低时，要逐步放出一些二甲苯，以提高温度，进一步促进反响进展。聚酯化易采 取逐步升温工艺，保持正常出水速率，应幸免反响过于猛烈造成物料夹带，影响 单体配比和树脂构造。另外，搅拌也应遵从先慢后快的原则，使聚合平稳、顺当进 行。保温温度准时间随配方而定，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。聚酯化反响关注出水速率和出
21、水量，并按规定时间取样，测 定酸值和黏度，到达规定后降温、稀释，经过过滤，制得漆料。以下图为醇解法溶剂法生产醇酸树脂的工艺流程简图。醇酸树脂二脂肪酸法脂肪酸可以与苯酐、XX 油互溶，因此脂肪酸法合成醇酸树脂可以单锅反响。同聚酯合成工艺、设备接近。脂肪酸法合成醇酸树脂一般也承受溶剂法。反响釜为带夹套的不锈钢反响釜，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 现油水分别，在横置冷凝器下部配置一个油水分别器，经分别得二甲苯溢流回反响釜循环使用。142 按工艺分类1 熔融法熔融法是个老方法，现在已较少使用，但它设备简洁，一次性投资较低，防水要求较低。生产时将多元醇、多元酸、
22、脂肪 酸直接参加反响釜内，在搅拌及通入惰性气体下升温，在适当的温度200-250下酯化反响。如使用油则先将油与多元醇XX油参加反响釜，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。到达要求后稍稍降温不低于 180参加苯二甲酸酐。因苯二甲酸酐开环反响约在160下进展，且是放热反响。如降温太多将有大量的苯二甲酸 酐不能反响积存下来。所以加完苯二甲酸酐的温度不要低于180。按工艺规定可以低和气高温分段进展酯化反响。假设先低温酯化反响，可以先在 180-200保持一段时间；假设是直接高温酯化反响，升温不宜过快，在 200-230酯化反响是脱水特别猛烈。因此要按工艺规定操
23、纵升温速度。温度到达规定后即保持恒定，进展酯化反响。在酯化全过程中，始终通入惰性气 体以帮助搅拌，排解酯化反响产生的水汽及防止反响物氧化。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 反响过程中定期取样测酸值与粘度开头每隔 2-3 小时强有力的搅拌装置与较强的冷却力量，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。
24、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：反响不如溶剂法均匀；，以后每隔 15-30 分钟 0。粘度与酸值到达工艺规定后停顿加热。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响釜的两倍，要配备与溶剂法相比反响时间相对较长；颜色较溶剂法深反响物料损失较大，本二甲酸酐升华排解釜外损失大。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 据设备与工艺的阅历配方，而不能较科学的设计；酯化反响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。它是在熔融法根底上
25、改进的方法。在酯化阶段参加反响物量的 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猛烈的回流。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别器中，溶液溢流回到反响釜中连续在釜内与酯化生成的水共沸蒸出，帮助脱水，循环作用。分别器中积存的水可以自分别器 放出，可以称量一观看酯化反响程度。脂肪烃溶剂因溶解苯二甲苯酸酐力量不强，简洁堵塞冷凝管，故不使用。溶剂法反响温度比较简洁操纵，通过增减溶剂量来进展操纵。脂肪酸法制醇酸树脂用溶剂法时与熔融法根本一样。只是在 投入多元酸、多元醇、脂肪酸的同时参加了溶剂，升温进展酯化 反响，共沸脱水。不许通入惰性气体
26、。其他步骤一样。醇解法制醇酸树脂，醇解阶段两个方法是一样的，都是先参加多元醇、油、催化剂，在惰性气体保护下反响到达要求的醇解 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。酯化反响时不需要通入惰性气体。酯化反响的操纵，溶剂法与熔融法一样，都是定期取样测酸值与粘度，到达工 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，在反响釜上装有蒸汽加热分 馏柱，柱内装有填料，反响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
27、对常规醇酸树脂的制造，将有利于溶剂与水的分别，加快酯化反响速率。分馏柱用蒸汽加热，可使反响的水蒸出，而其他醇、酸、局部溶剂回流回收。经冷凝器回到反响釜内的二甲苯的温度不行过高，由于在过高温度下，水在二甲苯内溶解度将大增，假设常回反响釜的水增多，不利于酯化反响进展。特别是在酯化反响后期已出水很少， 如二甲苯带水回釜内将延长酯化反响时间。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急。平衡既要少带水而要低温，又要多溶解苯二甲酸酐而要高温这对冲突时， 一般应使返回反响釜的二甲苯温度操纵在 2540。酯化反响生成的水自油水分别器放出，应收集计量，以便了解酯化反响程度。二甲苯返回反响釜
28、的管路上应有流量计以操纵回流速度。溶剂法与熔融法相比有以下几点：酯化颜色较浅而且比较均匀；收率较高，因无苯二甲酸酐与多元醇的损失，多元酸、多元醇比例保持根本不变酯化温度比较低；酯化反响周期比较短；温度简洁操纵，反响釜简洁清洗其次章. 设计内容21 设计依据依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，结合现今反响釜设计最趋势， 进展课程设计年产 2700 吨醇酸树脂反响釜设计。22 设计原则221 生产规模年产 2700 吨醇酸树脂反响釜设计，实行间歇式生产。222 生产方式醇酸树脂生产方式依据缩聚反响实施的方法的不同，分为熔 融缩聚法，溶剂共沸脱水法，减压
29、法三种。熔融缩聚法：利用醇、酸直接熔融缩聚，除参加反响物外， 不再参加其他物料。利用醇、水的沸点差，结合惰性气体的通入， 使反响过程中生成的水分别出来。溶剂共沸脱水法：在缩聚反响过程中参加溶剂如甲苯、二甲苯利用甲苯和水的共沸点较水的低，将反响生成的水快速带出，促使缩聚反响完成。优点是反响比较平稳，易操纵，制品颜 色较浅，但需要一套水回流系统，且需留意防火。减压法：在缩聚反响进展到 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 600 700mmHg 为止，待反响物料酸值到达要求。此是树脂含水量较少，分子量较大。本设计中承受溶剂法合成。223 投料
30、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承受其次种方式。固体物投料方 式，承受直接投入反响釜，简洁经济。224 流程特点在投料过程中，依据投料的时机不同，分为“一步法”和“二 步法”。“一步法”是指在生产过程中，原料按配比在反响初期一次 性投料合成树脂。“二步法”是指在生产过程中，原料、单体分批投入反响釜。实践证明在一样条件下，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， 比方热转变点，XX 氏硬度，弯曲模量等。依据上述两种方法， 所得
31、树脂性能比较和目前多数厂家所承受方法，本设计承受“二步法”。先将液体原料 XX 油、蓖麻油、二甲苯投入反响釜中升温到160后再参加苯酐升温到 210反响。225 设备选型原则主要设备的选用应依据生产规模，通过计算确定反响釜和稀释釜等设备的型号和规格，同时要留意工艺条件对设备的特别要求，如耐温程度、耐腐蚀程度，同时在满足条件下尽量选择价廉 物美产品。226 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。227 原料的技术规格原料蓖麻油 XX 油苯酐二甲苯分子量 930.00 92.09 148.11 106.17摩尔比 0.615 0.728 1.0
32、00纯度 96.50% 95.50% 99.95% 100%密度/g/ml 0.96 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亮液体228 配方设计由 XX 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% 蓖麻油930 0.96 0.615 96.5 XX 油 92.09 1.26 0.728 95.5 苯酐 148.11 1.53 199.95 二甲苯106.170.86-23 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：2700/=9/300/吨年吨天年天一釜生产，假设
33、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9300.615=0.7239300.615+92.090.728+148.111?蓖蓖麻油的质量分数92.090.728=0.0859300.615+92.090.728+148.111?XXXX 油的质量分数148.111=0.1889300.615+92.090.728+148.111?苯苯酐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3m 0.7231.8=1.412650.960.965m p x p 总蓖蓖蓖蓖
34、麻油的理论体积 V 3m 0.085 1.8=0.12780.9551.260.955p m p x 总 XXXXXXXX 油的理论体积 V 3m 0.188 1.8=0.22140.99951.530.9995p m p x 总苯苯苯苯酐的理论体积 V 3m 0.06=0.0700.86m p 甲苯甲苯苯二甲苯的理论体积 V 四. 原料总体积 装料系数=75% 3=+=1.412 +0.1278 +0.2214+0.070=1.8312m 总蓖XX 苯甲苯原料总体积 V V V V +V 3=+/0.75=1.412+0.1278+0.2214+0.070/0.75=2.45m 总蓖 XX
35、苯甲苯反响釜总体积 VV V V +V 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=19.8m 3/hH=38m 压头肯定够高度 轴功率 W=3.75KW 电机功率 W=5.5KW330.07012.819.8/m t s m h=时间 查得 XX 油的黏度=1.5P s?XX 油，蓖麻油黏度=0.95P s?蓖231.5=/=/=11901.2610m s cSt ?XXXX 动力学黏度230.95=/=/=9890.9610m s cSt ?蓖蓖查的蓖麻油粘度下52%91%89%Q H C C C =3q =91%q =0.9
36、119.8=18.018m /h?二蓖蓖麻油流量1.412t =283=4.8min q 18.018/3600s 蓖蓖二 V350%87%87%q =0.8719.8=17.226m /h Q H C C C =?二 XX 油0.1278t =27=0.5min q 17.226/3600s XXXX 二V 六. 出料时间-33s V 1.8321min V =2.XXm /15min 60900ss 假设 15 抽完每秒钟体积u =0.5m/s管设流速 s 2V =3.14/4=68.3m mu d d 管 依据 GB/T14976-94 选用外径 77mm 壁厚3.5mm 的管子-3s
37、2V 2.XX=0.528m/s x3.14/40.0049 3.14/4u d 校正校正 du 0.0700.528x1000Re=26.41.4p p 管 64=2.4Re 2211 22+=+22e fu P u P W h +12 列伯努利方程 gZ gZ 22+=(+)2e fl l u h d 22122+=(-)+(+)22e l l P u u g d +21Z Z标准弯头当量长度为 2m ，全开截止阀当量长度为 22m e =42+22=30m ? 当量长度221330.5287.7+300.528=9.84+(2.4x +1.5)110/20.072P x kg m + P
38、=219.7KP2.4 热量衡算241 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，计算传热面积以打算换热设备的工艺尺寸。242 热量衡算一. 物料吸热物料吸热主要反映在物料从室温 20升到反响温度 160 过程中。在反响过程中，物料所吸取热量可认为由夹套内的加热油来供给。反响 体系中三种物料的吸热状况分别为：3o =1.810J/(kg )C C ?蓖蓖麻油比热， 3o =2.410J/(kg )C C ?XXXX 油比热3o =1.7410J/(kg )C C ?二二甲苯比热 除去苯酐后各
39、物料的质量分数330.731=0.8563+3+330.731+30.087+3/30?，蓖蓖二蓖 XX 蓖麻油330.087=0.102 3+3+330.731+30.087+3/30?， XXXX 二蓖 XXXX 油33/30=0.0391 3+3+330.731+30.087+3/30?，二二二蓖 XX 二甲苯3333o =+=1.8100.856+2.4100.102+1.74100.0391=1.85810J/(kg ) C C C C ?，二二平蓖蓖 XXXX 平均比热 Co o ,3820XX0m 1.858*10*1800(160-20)=4.68*10JC C Q C T -
40、= 平液从所吸取的热量,516MnR 20+160K S T =800x7.1x(210+20-)=7.910J/s 28516MnR 4.6810Jt =592s=9.8min K S T 7.910J/s Q= 加加热时间二. 反响加热在反响马上完毕的时候反响放热最少311=k COOH 0.398100.1790.4110.0293mol OH L S -=?=?总体积 V=1831L H=-10.5KJ/mol反响每秒放热 10.5*0.0293/1000*3051=5633J/S 可以无视不及反响放出的热量216MnR K=800W/(m )C ?传热系数每 60kg 二甲苯每秒回流
41、的质量 0.3kg/ss m =0.3kg/s 二则二甲苯每秒回流的质量 二甲苯汽化热为r 二=347kJ/kg ，所选钢材 16MnR 的传热系数为K 16MnR =800W/(m 2. )s =r x m =0.3347=104.1kJ/s二二吸则加热所需要的热量 Q 216MnR 16MnR 104.11000=K =6.5m K 80020 S T S T 吸吸 Q Q 传热面积夹套面积 7.26.5 可知夹套合用2.4.3 反响时间在反响釜内的温度到达 160时参加苯酐，苯酐首先和 XX 油反响生成二聚体。二级反响速率公式定积分式 1ln -b bx kt b x -=-=exp(-
42、) E kRT Elnk=ln-RT 1221k 11l n =k E R T T -3320.0751059.41011ln =(-8.314210+273.15161+273.15k ? -320.07510=0.188k ?-32k =0.39810? 6n 20.73110/930=0.768/V 3.05C mol L?蓖蓖 总蓖麻油浓度6n 30.08710/92.09C =0.91/V 3.05mol L?XXXX 总 XX 油浓度6n 30.18310/148.11=1.249/V 3.05C mol L?苯苯 总苯酐浓度16011(-)1 2.498 1.481 kt =ln
43、 =ln -(-) 2.73- 2.498 2.73 1.249bxbb x ? 1t=1.3 h21021(-)1 1.249 0.411 kt =ln =ln-(-) 1.481 - 1.249 1.481 0.179 bxbb x ? 2t =1.99h12t =t + t =3.3 h 反反响时间第三章. 反响釜及其配件31 反响釜与稀释釜的选型反响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. 反响釜和封头的选型依据物料衡算选定反响釜，公称直径 DN=1400mm ，长径比 L/DN=1，则釜的高度 L=1DN=1x1400=1400mm ， 容积 V 1= D 2L/4
44、=2.15m 3选择椭圆形封头，公称直径 DN=1400mm ，曲面高度h i=350mm ，直面高度h 2=25mm ，内外表积F i =2.32m 2，容积V 2=0.398m 3 则反响釜总体积 V= V 1 + V 2 =2.15+0.398*2=2.95m 3 反应釜的总面积 F 总=DL+2Fi=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响釜的两倍，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 V 1=4.18m 3选择椭圆形封头，公称直径 DN=1600mm ，曲面高度h i=400mm ，直面高度 h 2=25mm ，内外表积 F i =2.89m 2，容积V 2=0.587m 3则稀释总体积 V= V 1 + V 2 =4.18+0.587x2=5.354m 332 反响釜与封头厚度确实定一. 反响釜0.3MP C P =计算压力 t =134MP 许用应力2C 1.5mm=腐蚀裕量 1