年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧樹脂工藝設(shè)計

1、 年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧樹脂車間工藝設(shè)計 設(shè)計說明：環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝一般分為一步法和二步法。目前低分子量液體環(huán)氧樹脂和中分子量固體環(huán)氧樹脂，一般都采用一步法工藝；高分子量環(huán)氧樹脂采用二步法。本設(shè)計用一步法工藝：把雙酚A(BPA)和環(huán)氧氯丙烷(ECH)在氫氧化鈉作用下進行縮聚，即開環(huán)和閉環(huán)在同一反應(yīng)條件下進行的工藝方法。 以雙酚A（BPA）為主要原材料，合成的環(huán)氧樹脂稱為雙酚A（BPA）型環(huán)氧樹脂，是目前產(chǎn)量最大、用途最廣的環(huán)氧樹脂，由于它的應(yīng)用遍及國民經(jīng)濟的眾多領(lǐng)域，因此又稱為通用型環(huán)氧樹脂。本設(shè)計用此類環(huán)氧樹脂。本文從生產(chǎn)工藝技術(shù)、經(jīng)濟、管理等方面對年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧樹脂進行了詳細的論述，內(nèi)容主要包括：

2、設(shè)計依據(jù)，工藝路線論證，工藝流程設(shè)計，全流程物料衡算，全流程能量衡算，工藝設(shè)備選型與計算，車間布置設(shè)計，三廢處理及其綜合利用等。設(shè)計主要成果如下：1 每天產(chǎn)量理論值181.82t,實際產(chǎn)量為180.70t；實際年產(chǎn)量為5.96萬噸。2 用水蒸氣加熱的50 000L閉式攪拌溶解釜；用冰鹽水冷卻的50 000L搪玻璃閉式攪拌反應(yīng)釜，材料為鎳鉻不銹鋼0Cr18Ni9 。3 主要設(shè)備： 漿式攪拌器；標準橢圓形上封頭，錐形下封頭；支承式支座，選用標準為JB/T47292；釜夾套 ；1 000L環(huán)氧氯丙烷回收釜 ；8 000L苯貯槽； 3 0000L脫苯釜；進出料管都選用普通無縫鋼管 ；泵選擇屏蔽泵B；過

3、濾器。4 圖紙包括：1）、工藝流程圖 2）、物料圖 3）、反應(yīng)釜的裝配圖 關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂，一步法，車間工藝設(shè)計Annual output of 60 000 tons of epoxy resin plant process design Design Notes:Epoxy resin production process is generally divided into one-step and two-step. Present in low molecular weight solid epoxy resins and liquid epoxy resin, generally u

4、sing one-step process; high molecular weight epoxy resin with two-step. This design one step process: the bisphenol A (BPA) and epichlorohydrin (ECH) in the condensation under the action of sodium hydroxide, the open-loop and closed-loop in the same reaction conditions for process method.The design

5、of the use of such epoxy resin.To bisphenol A (BPA) as the main raw material, known as bisphenol epoxy resin IIsynthesized A (BPA) type epoxy resin is the output of the largest and most widely used epoxy resin, because of its application throughout the national economy many areas, so-called general

6、epoxy resin. It is ether type. In this paper, production technology, economics, management and other aspects of an annual output of 60 000 tons epoxy discussed in detail, mainly including: the design basis, process route feasibility studies, process design, the whole process material balance, the wh

7、ole process of energy accountancy, process equipment selection and calculation, plant layout design, waste treatment and comprehensive utilization.Design of the main results are as follows:(1) daily output of the theoretical value 181.82t, actual production was 180.70t; actual annual output of 59 60

8、0 tons. (2) lined with closed steam heating 50 000L stir to dissolve kettle; with ice cooling saline 50 000L lined closed stirred tank reactor, D = 3 800mm, H = 4 600mm. Material for the nickel-chromium stainless steel0Cr18Ni9 .(3) Main equipment: Paddle mixers; standard ellipse head, conical lower

9、head; bearing type bearings, selection criteria JB/T472-92; reactor jacket; 1 000L epichlorohydrin recovery tank; 8000L benzene tank; 30 000L debenzenized kettle; access to materials use an ordinary 環(huán)氧樹脂設(shè)計說明 Design Notestubes are seamless; pump shield pump selection B; filter. (4)Drawings include: 1

10、) process flow diagrams , 2) materials, 3 ) reactor assembly drawingKEY WORDS : Epoxy resin，one-step， workshop process designII 環(huán)氧樹脂設(shè)計說明 目錄目 錄1引 言11.1環(huán)氧樹脂基本概述11.1.1化學(xué)性質(zhì)11.1.2物理性質(zhì)11.1.3分類11.2應(yīng)用11.2.1 環(huán)氧樹脂用途：11.2.2環(huán)氧樹脂特性：11.2.3改性方法：21.2.4結(jié)構(gòu)與性能特點21.3生產(chǎn)情況31.3.1世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的地區(qū)分布：31.3.2世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的壟斷格局：31.3.3國內(nèi)環(huán)

11、氧生產(chǎn)廠商情況：31.3.4需求品種:31.3.5市場前景：31.3.6環(huán)氧樹脂應(yīng)用技術(shù)開發(fā)動向32生產(chǎn)工藝設(shè)計72.1工藝選擇72.1.1合成原理72.1.2生產(chǎn)工藝82.1.3一步法工藝82.1.4二步法工藝92.2主要原材料92.2.1環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格92.2.2環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料的性質(zhì)103工藝流程113.1工藝流程：113.1.1環(huán)氧氯丙烷自動分相回收技術(shù)113.1.2薄膜脫苯工藝流程123.2 工藝流程框圖：134.1 計算條件與數(shù)據(jù)理：154.2 原料用量計算：154.3 縮合工段物料衡算：164.4回收過量環(huán)氧氯丙烷：184.5 環(huán)氧樹脂收集：195 熱量衡

12、算205.1計算依據(jù)：205.1.1主要依據(jù)205.1.2重要符號：205.1.3主要公式：205.2熱量衡算：215.2.1溶解崗位：215.2.2 反應(yīng)崗位：226.1計算條件確定246.1.1 操作工時與生產(chǎn)周期的確定：246.1.2反應(yīng)器選擇246.2 溶解工段反應(yīng)崗位的設(shè)備選型：266.2.1溶解釜：266.2.2 支座形式286.2.3 攪拌漿設(shè)計286.2.4 封頭的設(shè)計選型296.3 反應(yīng)工段反應(yīng)崗位的設(shè)備選型：306.3.1反應(yīng)釜306.3.2 支座形式316.3.3反應(yīng)釜的液位316.4各釜體夾套尺寸的確定326.5貯槽的設(shè)計336.5.1環(huán)氧氯丙烷回收釜336.5.2苯貯

13、槽336.5.3脫苯釜336.6 反應(yīng)器上的接管及尺寸356.6.1溶解釜進料管356.6.2溶解釜出料管356.6.3反應(yīng)釜進料管356.7 泵的選擇356.8主要設(shè)備367工廠布置設(shè)計377.1工廠設(shè)計的內(nèi)容與規(guī)范：377.2 廠址選擇的依據(jù)和原則377.3 車間的布置：387.3.1車間設(shè)備布置387.3.2 車間設(shè)備平面布置397.3.3 車間設(shè)備立面布置397.3.4 管廊的布置407.3.5 生活行政部門407.4給水、排水系統(tǒng)407.5電力供應(yīng)及生產(chǎn)控制417.5.1電力供應(yīng)417.5.2貯運417.5.3分析檢驗室、維修室418 “三廢”處理及其綜合利用428.1 廢水的處理：

14、428.1.1 廢水的處理方法428.2 回收利用：428.3廢渣的處理438.4噪聲439環(huán)氧樹脂安全生產(chǎn)和環(huán)境保護449.1環(huán)氧樹脂安全生產(chǎn)和環(huán)境保護的重要性449.2環(huán)氧樹脂生產(chǎn)安全注意事項與勞動保護措施449.2.1環(huán)氧樹脂生產(chǎn)原料安全毒性449.2.2環(huán)氧樹脂生產(chǎn)中勞動保護注意事項449.2.3環(huán)境保護措施459.2.4綠化概況459.2.5勞動安全、工業(yè)衛(wèi)生與消防4510概算與技術(shù)經(jīng)濟4710.1 項目投資估算4710.2產(chǎn)品成本估算4710.3 財務(wù)評估47總結(jié)49參考文獻53環(huán)氧樹脂設(shè)計說明 1引言1引 言1.1環(huán)氧樹脂基本概述 環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的

15、有機高分子化合物，除個別外，它們的相對分子質(zhì)量都不高。環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團為其特征，環(huán)氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。1.1.1化學(xué)性質(zhì) 環(huán)氧樹脂固化過程為放熱反應(yīng)，當使用快速催化劑鑄造大型零件時需要注意散熱，防止溫度上升過高達到小分子沸騰溫度。1.1.2物理性質(zhì) 環(huán)氧樹脂外觀：無色透明液體；其密度：1.11.2克/立方厘米（與固化程度有關(guān)）。1.1.3分類環(huán)氧樹脂的分類目前尚未統(tǒng)一，一般按照強度、耐熱等級以及特性分類，環(huán)氧樹脂的主要品種

16、有16種，包括通用膠、結(jié)構(gòu)膠、耐溫膠、耐低溫膠、水下，潮濕面用膠、導(dǎo)電膠、光學(xué)膠、點焊膠、環(huán)氧樹脂膠膜、發(fā)泡膠、應(yīng)變膠、軟質(zhì)材料粘接膠、密封膠、特種膠、涉嫌被固化膠、土木建筑膠16種。1.2應(yīng)用 1.2.1 環(huán)氧樹脂用途： 可用于金屬與非金屬的粘合劑，常用于生產(chǎn)環(huán)氧涂料，增強塑料或澆鑄成絕緣制件等，也用于處理紡織品，起防皺、防縮、耐水等作用。低分子量的環(huán)氧樹脂可用作PVC的穩(wěn)定劑。在化工及許多行業(yè)，乃至尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已獲得廣泛應(yīng)用。環(huán)氧樹脂涂料主要用于金屬保護涂層，如船舶、鋼鐵結(jié)構(gòu)等，同時還可作為陽離子型電泳涂料的調(diào)漆料，大量用于汽車車身的底漆。1.2.2環(huán)氧樹脂特性：1 形式多樣。各種樹

17、脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應(yīng)各種應(yīng)用對形式提出的要求，其范圍可以從極低的粘度到高熔點固體。2 固化方便。選用各種不同的固化劑，環(huán)氧樹脂體系幾乎可以在0180溫度范圍內(nèi)固化。3 粘附力強。環(huán)氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質(zhì)具有很高的粘附力。環(huán)氧樹脂固化時的收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，這也有助于提高粘附強度。4 收縮性低。環(huán)氧樹脂和所用的固化劑的反應(yīng)是通過直接加成反應(yīng)或樹脂分子中環(huán)氧基的開環(huán)聚合反應(yīng)來進行的，沒有水或其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性（小于2%）。5 力學(xué)性能。固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

18、6 電性能。固化后的環(huán)氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優(yōu)良絕緣材料。7 化學(xué)穩(wěn)定性。通常，固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環(huán)氧體系的其它性能一樣，化學(xué)穩(wěn)定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當?shù)剡x用環(huán)氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學(xué)穩(wěn)定性能。8 尺寸穩(wěn)定性。上述的許多性能的綜合，使環(huán)氧樹脂體系具有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性。9 耐霉菌。固化的環(huán)氧樹脂體系耐大多數(shù)霉菌，可以在苛刻的熱帶條件下使用。1.2.3改性方法：1 選擇固化劑；2 添加反應(yīng)性稀釋劑；3 添加填充劑；4 添加別種熱固性或熱塑性樹脂；5 改良環(huán)氧樹脂本身。1.2.4結(jié)構(gòu)與性能特

19、點 在環(huán)氧樹脂的各個應(yīng)用領(lǐng)域中，其最終的使用性能是由環(huán)氧樹脂固化物提供的。環(huán)氧樹脂固化物的士性能取決于固化物的分子結(jié)構(gòu)。而固化物的分子結(jié)構(gòu)及其形成則取決與環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)及性能、固化劑的結(jié)構(gòu)及性能、添加劑的結(jié)構(gòu)及性能，以及環(huán)氧樹脂的固化歷程。這里，先就雙酚A型環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)對壞氧樹脂及其固化物性能的影響作一些介紹。常用環(huán)氧樹脂固化劑有脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、樹脂類、叔胺，另外在光引發(fā)劑的作用下紫外線或光也能使環(huán)氧樹脂固化。常溫或低溫固化一般選用胺類固化劑，加溫固化則常用酸酐、芳香類固化劑。環(huán)氧值是鑒定環(huán)氧樹脂質(zhì)量的最主要指標，環(huán)氧樹脂的型號劃分就是根據(jù)環(huán)氧值的不同來區(qū)分的。環(huán)氧值是

20、指100克樹脂中所含環(huán)氧基的克當量數(shù)。1.3生產(chǎn)情況1.3.1世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的地區(qū)分布：環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)主要集中在中、日、歐三個地區(qū)，其他還有韓國、美國、臺灣地區(qū)、泰國、南非和委內(nèi)瑞拉等。中國大陸的生產(chǎn)能力約占世界總生產(chǎn)能力的60%。1.3.2世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的壟斷格局：世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)，主要由Shell、Dow、Ciba三大巨頭所壟斷，另外日本的東都化成、大日本油墨、日本環(huán)氧樹脂制造公司，韓國的國都化學(xué)（與日本東都化成合資）等幾家以其先進的生產(chǎn)工藝在世界環(huán)氧行業(yè)中亦占令人矚目的一席之地。1.3.3國內(nèi)環(huán)氧生產(chǎn)廠商情況：中國環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廠家有一百多家，但除了岳陽和無錫等少數(shù)幾家外，大都規(guī)模很小

21、。由于目前國內(nèi)環(huán)氧樹脂廠大多規(guī)模小，牌號品種單一，設(shè)備落后，樹脂質(zhì)量較低；在目前Shell、Dow、Ciba以及日本幾家公司正加緊對中國環(huán)氧消費市場滲透搶占的情況下，國內(nèi)廠家面臨著極為嚴峻的挑戰(zhàn)。1.3.4需求品種: 目前，世界上使用最廣泛的品種是雙酚A型環(huán)氧，其次是溴化雙酚A型和酚醛型環(huán)氧，其它品種生產(chǎn)使用量很小。國內(nèi)實際生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂只有雙酚A型的幾個牌號。據(jù)統(tǒng)計，2021年全國環(huán)氧樹脂需求量約為110kt，生產(chǎn)量約為30kt，進口量約為60kt。國內(nèi)環(huán)氧的生產(chǎn)品種牌號很單一，主要為雙酚A型。由于國產(chǎn)環(huán)氧品質(zhì)較差，許多要求高的場合須進口國外高品質(zhì)環(huán)氧，如高品質(zhì)液體環(huán)氧、溴化環(huán)氧、酚醛環(huán)氧等

22、。目前環(huán)氧樹脂主要用于涂料行業(yè)和電子行業(yè)。復(fù)合材料成型用環(huán)氧樹脂（主要應(yīng)用于電子行業(yè)的印刷電路板）占四分之一。1.3.5市場前景：中國是全球最大也是最后一塊環(huán)氧樹脂市場處女地，中國環(huán)氧市場前景十分廣闊。環(huán)氧涂料（防腐、防海洋生物污染）。專家預(yù)測，2021 年我國海洋涂料需4萬噸，其中大部分是環(huán)氧防腐涂料。容器制造業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，罐頭涂料需要越來越多的環(huán)氧樹脂。水性環(huán)氧涂料前途無量。中國是世界第四大粉末涂料生產(chǎn)國，也是亞洲最大的粉末涂料生產(chǎn)國。我國政府已把粉末涂料和水性涂料確定為今后優(yōu)先發(fā)展品種，而水性環(huán)氧涂料又在水性涂料行業(yè)中占重要地位。 1.3.6環(huán)氧樹脂應(yīng)用技術(shù)開發(fā)動向 環(huán)氧樹脂技術(shù)開發(fā)動

23、向向高性能化、高附加值發(fā)展，重視環(huán)境保護和生產(chǎn)的安全性。特殊結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂和助劑產(chǎn)品向著精細化、功能化、能在特殊環(huán)境下固化發(fā)展。固化產(chǎn)物具有高韌性、高強度、耐輻照、耐高低溫方向發(fā)展。由此特種樹脂、固化劑、稀釋劑的品種將會有更大發(fā)展，形成多品種小批量的生產(chǎn)格局。隨著高分子物理學(xué)近期的發(fā)展，品種的發(fā)展已集中于采用化學(xué)或非化學(xué)合成的方法，通過共混、合金的手段來制得環(huán)氧一橡膠、環(huán)氧熱塑性塑料、各種有機無機的填充料復(fù)合物以及環(huán)氧樹脂基無機納米復(fù)合材料。 1.4 發(fā)展簡史環(huán)氧樹脂的發(fā)明曾經(jīng)歷了相當長的時期。早在1891年，德國的Lindmann用對苯二酚與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)，縮聚成樹脂并用酸酐使之固化。但是它的

24、使用價值沒有被揭示。1930年，瑞士的Pierre Castan和美國的S.O.Greenlee進一步進行研究，用有機多元胺使上述樹脂固化，顯示出很高粘接強度，這才引起了人們的重視。廣泛地講，環(huán)氧樹脂可以從含有鏈烯基的母體化合物合成，也可以從含有活性氫原子的母體化合物合成。20世紀初首先報導(dǎo)了烯烴的環(huán)氧化，但直到20世紀40年代中期，Swern和他在美國農(nóng)業(yè)部的合作伙伴開始研究聚不飽和天然油的環(huán)氧化時，此項技術(shù)也僅應(yīng)用于高相對分子質(zhì)量單環(huán)氧化合物的生產(chǎn)并引起廣泛的工業(yè)化規(guī)模開發(fā)的興趣。10年之后才應(yīng)用于環(huán)氧樹脂合成技術(shù)之中。大約在20世紀20年代中期已經(jīng)報導(dǎo)了雙酚A與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)產(chǎn)物，15年

25、后首創(chuàng)了不穩(wěn)定的環(huán)氧化脂肪胺中間產(chǎn)物的生產(chǎn)技術(shù)。1933年德國的Schlack1研究現(xiàn)代雙酚A環(huán)氧樹脂同雙酚A的分離技術(shù)。盡管一年之后Schlack報導(dǎo)了雙環(huán)氧化合物同有機酸、無機酸、胺和硫醇的反應(yīng)，但確定雙酚A環(huán)氧樹脂的工業(yè)價值的還是瑞士De Trey Freres公司的Castan和美國Devoe&Rayno1ds公司的Greenlee。1936年，Castan生產(chǎn)了琥珀色環(huán)氧氯丙烷一雙酚A樹脂，并同鄰苯二甲酸酐反應(yīng)生產(chǎn)出用于澆鑄和模塑制品的具有工業(yè)意義的熱固性制品。1939年年初Greenlee也獨自生產(chǎn)出了高分子質(zhì)量雙酚A環(huán)氧氯丙烷樹脂并用于高級熱固性涂料。1937年到1939

26、年歐洲曾嘗試用環(huán)氧樹脂補牙，但沒有成功。除此之外，在第二次世界大戰(zhàn)前，沒有全面開發(fā)環(huán)氧樹脂技術(shù)。戰(zhàn)后不久Devoe&Rayno1ds開始試生產(chǎn)涂料樹脂，而CIBA公司得到De Trey Freres許可，開始進一步發(fā)展液體涂料、層壓材料和粘接劑用液體環(huán)氧樹脂。1943年Castan的基本專利授權(quán)。然而環(huán)氧樹脂第一次具有工業(yè)價值的制造是在1947年由美國的Devoe-Raynolds公司完成的，它開辟了環(huán)氧氯丙烷一雙酚A樹脂的技術(shù)歷史，環(huán)氧樹脂開始了工業(yè)化開發(fā)，且被認為是優(yōu)于老的酚醛樹脂和聚酯樹脂的一種技術(shù)進步。這種樹脂幾乎能與大多數(shù)其他熱固性塑料的性能相媲美，在一些特種應(yīng)用領(lǐng)域其性能優(yōu)

27、于酚醛和聚酪。不久瑞士的CIBA(汽巴)公司、美國的Shell(殼脾)和Dow(道)公司開始了環(huán)氧樹脂的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用開發(fā)工作。20世紀50年代后期，美國的兩個主要公司，汽巴和Devoe-Raynolds繼續(xù)研究縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂，殼牌化學(xué)公司只提供環(huán)氧氯丙烷，聯(lián)合碳化物塑料公司首先制造酚醛樹脂和雙酚A，歐洲汽巴和殼牌集中開發(fā)了環(huán)氧樹脂。1955年夏季，四種基本環(huán)氧樹脂在美國獲得生產(chǎn)制造許可證，Dow Chemical co和Reichho1d化合物公司建立了環(huán)氧樹脂生產(chǎn)線。在普通雙酚A環(huán)氧樹脂生產(chǎn)應(yīng)用的同時，一些新型的環(huán)氧樹脂相繼問世。如1956年美國聯(lián)合碳化物公司開始出售脂環(huán)族環(huán)氧樹脂

28、，1959年Dow化學(xué)公司生產(chǎn)酚醛環(huán)氧樹脂。大約在1960年，Koppers，co生產(chǎn)了鄰甲酚醛環(huán)氧，1965年初，汽巴開始生產(chǎn)和經(jīng)銷該種樹脂。在19551965年期間，環(huán)氧樹脂質(zhì)量明顯提高，雙酚A環(huán)氧樹脂已有所有的平均相對分子質(zhì)量等級的牌號。酚醛環(huán)氧確立了明顯的耐高溫應(yīng)用的優(yōu)級性能。殼牌化學(xué)品公司和聯(lián)碳塑料生產(chǎn)多官團能酚縮水甘油醚等特種耐溫樹脂，制造商還提供了脂肪族多元醇一環(huán)氧氯丙烷樹脂。Unio Carbide開發(fā)了對氨基苯酚三縮水甘油醚樹脂。1957年有關(guān)環(huán)氧樹脂的合成工藝的專利問世，是由Shell Developmet co申請的，該專利研究了固化劑和填加劑的應(yīng)用工藝方法，揭示了環(huán)氧樹

29、脂固化物的應(yīng)用。過醋酸法合成的環(huán)氧樹脂最初是1956年由美國聯(lián)合碳化物公司推出，1964年轉(zhuǎn)賣給聯(lián)碳塑料。在歐洲，工業(yè)化脂環(huán)族環(huán)氧樹脂于20世紀60年代初問世，1963年通過汽巴公司引入美國，1965年汽巴引進聯(lián)碳塑料的許多多官能團環(huán)氧的品種，大約1960年FMC CORP開始經(jīng)銷環(huán)氧化聚丁二烯。70年代中期，美國、加拿大、英國、瑞士、西德、比利時、阿根廷、墨西哥、波蘭、捷克斯洛伐克和蘇聯(lián)都開始制造雙酚A環(huán)氧樹脂和一些新型環(huán)氧樹脂。70年代開始了低氯含量的電子級應(yīng)用，相繼五元環(huán)海因環(huán)氧、氫化雙酚A環(huán)氧等耐老化樹脂和四溴雙酚A環(huán)氧、含溴環(huán)氧化合物等阻燃型環(huán)氧樹脂得到發(fā)展。80年代開發(fā)了復(fù)合胺、酚

30、醛結(jié)構(gòu)的新型多官能團環(huán)氧樹脂以滿足復(fù)合材料工業(yè)需要。最近又開發(fā)了水性環(huán)氧樹脂和稠環(huán)耐溫耐濕環(huán)氧樹脂。由于環(huán)氧樹脂品種的增加和應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)，環(huán)氧樹脂在電氣絕緣、防腐涂料、金屬結(jié)構(gòu)粘接等領(lǐng)域的應(yīng)用有了突破：于是環(huán)氧樹脂作為一個行業(yè)蓬勃地發(fā)展起來；目前它的品種、應(yīng)用開發(fā)仍很活躍，從1960年以來，已有數(shù)百種環(huán)氧樹脂完成工業(yè)化開發(fā)，已有4050種不同結(jié)構(gòu)的環(huán)氧可商品化制造或由中間試驗廠提供，同時與之相適用的100多種工業(yè)化固化劑和許許多多的改性劑和稀釋劑與之配套，正謂方興未艾。中國研制環(huán)氧樹脂始于1956年，在沈陽、上海兩地首先獲得了成功。1958年上海、無錫開始了工業(yè)化生產(chǎn)。20世紀60年代中期開

31、始研究一些新型的脂環(huán)族環(huán)氧：酚醛環(huán)氧樹脂、聚丁二烯環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺環(huán)氧樹脂等，到70年代末期中國已形成了從單體、樹脂、輔助材料，從科研、生產(chǎn)到應(yīng)用的完整的工業(yè)體系。環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的物理機械性能、電絕緣性能、耐藥品性能和粘結(jié)性能，可以作為涂料、澆鑄料、模壓料、膠粘劑、層壓材料以直接或間接使用的形式滲透到從日常生活用品到高新技術(shù)領(lǐng)域的國民經(jīng)濟的各個方面。例如：飛機、航天器中的復(fù)合材料、大規(guī)模集成電路的封裝材料、發(fā)電機的絕緣材料、鋼鐵和木材的涂料、機械土木建筑用的膠粘劑、乃至食品罐頭內(nèi)壁涂層和金屬抗蝕電泳涂裝等都大量使用環(huán)氧樹脂。它已成為國民經(jīng)濟發(fā)展中不可缺少的材料。它的產(chǎn)

32、量和應(yīng)用水平也可以從一個側(cè)面反映一個國家的工業(yè)技術(shù)的發(fā)達程度。23環(huán)氧樹脂設(shè)計說明 2生產(chǎn)工藝設(shè)計2生產(chǎn)工藝設(shè)計2.1工藝選擇雙酚A(即二酚基丙烷)型環(huán)氧樹脂，在環(huán)氧樹脂中它原材料易得，成本最低，是環(huán)氧樹脂家族中產(chǎn)量最大、用途最為普遍的一大品種。雙酚A型環(huán)氧樹脂具有粘接、防腐蝕、成型性和熱穩(wěn)定性能，在機械、電氣和耐化學(xué)藥品性方面的性能非常優(yōu)越。由于有這些性能，它可以作為涂料、膠粘劑和成型材料，并在電氣、電子、光學(xué)機械、工程技術(shù)、土木建筑及文體用品制造等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。環(huán)氧樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，以直接或間接使用形式幾乎遍及所有工業(yè)領(lǐng)域。目前國外生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂的品種多而且雜，但最主要的還

33、是雙酚A型環(huán)氧樹脂，約占總產(chǎn)量的90%。它具有優(yōu)良的粘接性、電絕緣性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性收縮率和吸水率小，機械強度好。45%-55%用作涂料，其次是電絕緣材料、增強材料和粘接劑等。根據(jù)其相對分子質(zhì)量的高、低可分為低相對分子質(zhì)量環(huán)氧樹脂（M400）、中等相對分子質(zhì)量環(huán)氧樹脂（M400-1400）、高相對分子質(zhì)量環(huán)氧樹脂（M14008000）和超高分子量樹脂（M10萬45萬）。雙酚A（BPA）型環(huán)氧樹脂的理化性能，隨分子量而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，其變化規(guī)律如下：分子量軟化點環(huán)氧值環(huán)氧當量羥基含量固化物柔韌性固化物硬度固化溫度2.1.1合成原理雙酚A型環(huán)氧樹脂是由二酚基丙烷(雙酚A)和環(huán)氧氯丙烷在堿性催

34、化劑(通常用NaoH)作用下縮聚而成。其反應(yīng)歷程的說法不一，尚無定論，本書不作探討。但是，大體上說來，在合成過程中主要的反應(yīng)可能如下：(1)在堿催化下，雙酚A的羥基與環(huán)氧氯丙烷的環(huán)氧基反應(yīng)，生成端基為氯化羥基的化合物開環(huán)反應(yīng)。(2)氯化羥基與Na0H反應(yīng)，脫HCl再形成環(huán)氧基閉環(huán)反應(yīng)。(3)新生成的環(huán)氧基與雙酚A的羥基反應(yīng)生成端羥基化合物丌環(huán)反應(yīng)。(4)端羥基化合物與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)生成端氯化羥基化合物開環(huán)反應(yīng)。(5)生成的氯化羥基與NaOH反應(yīng)，脫HCl再生成環(huán)氧基閉環(huán)反應(yīng)。在環(huán)氧氯丙烷過量情況下，繼續(xù)不斷地進行上述開環(huán)開環(huán)一閉環(huán)反應(yīng)，最終即可得到二端基為環(huán)氧基的雙酚A型環(huán)氧樹脂。上述反應(yīng)是縮

35、聚過程中的主要反應(yīng)。此外還可能有一些不希望有的副反應(yīng)，如環(huán)氧基的水解反映、酚羥基與環(huán)氧基的反常加成反應(yīng)等。若能嚴格控制合適的反應(yīng)條件(如投料配比，NaoH用量、濃度及投料方式，反應(yīng)溫度，加料順序、含水量等)，即可將副反應(yīng)控制到最低限度。從而能獲得預(yù)定相對分子質(zhì)量的、端基為環(huán)氧基的線型環(huán)氧樹脂。調(diào)節(jié)雙酚A和環(huán)氧氯丙烷的用量比，可以制得平均相對分子質(zhì)量不同的環(huán)氧樹脂。2.1.2生產(chǎn)工藝 環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝一般分為一步法和二步法。目前低分子量液體環(huán)氧樹脂和中分子量固體環(huán)氧樹脂，一般都采用一步法工藝；高分子量環(huán)氧樹脂采用二步法。 一步法工藝是把雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在NaOH作用下進行縮聚，即開環(huán)和閉環(huán)反應(yīng)

36、在同一反應(yīng)條件下進行的。國內(nèi)產(chǎn)量最大的E-44環(huán)氧樹脂就是采用一步法工藝合成的。二步法工藝是雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在催化劑(如季銨鹽)作用下，第一步通過加成反應(yīng)生成二酚基氯丙烷醇醚中間體，第二步在NaOH存在下進行反應(yīng)生成環(huán)氧樹脂。二步法的優(yōu)點是：反應(yīng)時間短，操作穩(wěn)定，溫度波動小，易于控制；加堿時間短，可避免環(huán)氧氯丙烷大量水解；產(chǎn)品質(zhì)量好而且穩(wěn)定，產(chǎn)率高。國產(chǎn)E-51、E-54環(huán)氧樹脂就是采用二步法工藝合成的產(chǎn)品。此法是在高溫進行反應(yīng)，所以副反應(yīng)多，生成物中有支鏈結(jié)構(gòu)。不僅環(huán)氧值偏低，而且溶解性很差，甚至反應(yīng)中會凝鍋。 上述反應(yīng)是縮聚過程中的主要反應(yīng)。此外還可能有一些不希望有的副反應(yīng)，如環(huán)氧基的水

37、解反應(yīng)、酚羥基與環(huán)氧基的反常加成反應(yīng)等。若能嚴格控制合適的反應(yīng)條件(如投料配比，NaoH用量、濃度及投料方式，反應(yīng)溫度，加料順序、含水量等)，即可將副反應(yīng)控制到最低限度。從而能獲得預(yù)定相對分子質(zhì)量的、端基為環(huán)氧基的線型環(huán)氧樹脂。調(diào)節(jié)雙酚A和環(huán)氧氯丙烷的用量比，可以制得平均相對分子質(zhì)量不同的環(huán)氧樹脂。2.1.3一步法工藝 把雙酚A(BPA)和環(huán)氧氯丙烷(ECH)在氫氧化鈉作用下進行縮聚，即開環(huán)和閉環(huán)在同一反應(yīng)條件下進行的工藝方法。周菊興提出的工藝是：將配方量的雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在80下攪拌溶解，然后降溫至，滴加30的NaOH。堿滴加完后保溫反應(yīng)一段時間，然后減壓回收未反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷。接著再次降

38、溫到5O，滴加l5 的NaOH，加完后保溫反應(yīng)。反應(yīng)完畢，加入苯，升溫溶解，然后靜置水洗，上層的樹脂苯溶液真空吸入脫水釜，殘液再加苯萃取一次，棄去下層鹽水溶液，萃取液仍吸入脫水釜。最后蒸出苯，得到清澈透明的樹脂。此外還有一次加堿法 ，即將堿改成一次滴加完，然后再蒸餾未反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷。這種方法工藝成熟，目前國內(nèi)的E一44樹脂多是采用這種工藝生產(chǎn)。2.1.4二步法工藝Vogel Tomas 提出的工藝是：將雙酚A、環(huán)氧氯丙烷，同時加入三苯基膦鹵化物或三苯基膦作催化劑，升溫使體系在40120發(fā)生醚化反應(yīng)，生成氯醇醚。當羥基轉(zhuǎn)化率達到80 90 后，在2090 以下一次性加入NaOH水溶液，進行閉環(huán)

39、反應(yīng)。然后，在減壓下蒸盡環(huán)氧氯丙烷。加入有機溶劑，溶解粗產(chǎn)物，再加入水水洗至中性，靜置分去水層，最后蒸餾除去苯，得到樹脂產(chǎn)品。二步法也可以選擇銨鹽、膽堿作為催化劑 ,無機鹽 ，含硫有機化合物 ?？紤]到價格因素，國內(nèi)企業(yè)選用銨鹽的居多。與一步法比較，二步法反應(yīng)時間短，操作穩(wěn)定，溫度波動小，易于控制產(chǎn)生的三廢少，質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)率高，可生產(chǎn)系列環(huán)氧樹脂，對于國內(nèi)企業(yè)來說，對現(xiàn)有設(shè)備稍作改動就可以上馬，是很經(jīng)濟的方法。該法最大的優(yōu)點是將開環(huán)閉環(huán)分步進行，而且可以在無水條件下進行開環(huán)，盡可能的減少了副反應(yīng)的發(fā)生。而且催化劑也有一定的選擇性，可使產(chǎn)物量子多為線型結(jié)構(gòu)，不易引起聚合反應(yīng)。該法的缺點是從樹脂中除

40、去催化劑困難，而催化劑有一定的乳化作用，還對樹脂的固化過程有影響，能縮短樹脂的使用壽命，加大固化反應(yīng)的放熱量，因此要嚴格控制它的用量，并設(shè)法減少在樹脂中的殘留。此法是在高溫進行反應(yīng)，所以副反應(yīng)多，生成物中有支鏈結(jié)構(gòu)。不僅環(huán)氧值偏低，而且溶解性很差，甚至反應(yīng)中會凝鍋。本設(shè)計由于產(chǎn)量低、要求轉(zhuǎn)化率高、無副產(chǎn)品、費用少、所以采用一步法。2.2主要原材料2.2.1環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格 表2.1環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格原材料名稱結(jié)構(gòu)式分子量M質(zhì)量指標雙酚A(BPA)-OH-.CHCH3CCHH3HOCC228外觀：白色粒狀（或粉狀）結(jié)晶體，熔點：155.5色度號（鉑鈷）：40環(huán)氧氯丙烷（

41、ECH） ClO78外觀：無色透明液體 純度wt：99.5密度（20）g/cm3：0.88色度（Pt-Co）:15苯 92純度wt：99.5餾程：109112密度（20）g/cm3:0.8620.868色度（Pt-Co）號：15 液體燒堿 NaOH40晶體，含量wt：99.5 2.2.2環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料的性質(zhì)BPA：白色片狀或粒狀晶體，不溶于水，能溶于醇、醚、丙酮及堿性溶中，室溫下微溶于甲苯、二甲苯，加溫下溶解度急劇增加。ECH：是一種易揮發(fā)、無色透明液體，有毒！對皮膚有灼傷作用，能嚴重刺激眼睛，具有和氯氣相似的刺激性氣味，有麻醉性，能溶解于醇、醚及甲苯中，微溶于水。比重1.18，純品

42、沸點116.2。取樣化驗時，要取上層。液堿：淡紫色液體，無機械雜質(zhì)，強堿性，腐蝕性較強。苯：無色透明液體。有芳香氣味。具強折光性。易揮發(fā)。能與乙醇、乙醚、丙酮任意混溶，微溶于水。環(huán)氧樹脂設(shè)計說明 3工藝流程 3工藝流程工藝流程的選擇原則是：有一定的科學(xué)先進性和一定的科學(xué)水平，能體現(xiàn)社會經(jīng)濟效益以及可操作性強。在兼顧企業(yè)的實際情況同時制定出工藝流程簡短、技術(shù)成熟、投資少、生產(chǎn)成本低、適應(yīng)生產(chǎn)的連續(xù)化，使整個生產(chǎn)裝置達到高水平。工藝流程的選擇和論證是在實驗室和生產(chǎn)性試驗的基礎(chǔ)上進行的。3.1工藝流程：1 把雙酚A投入溶解釜中，然后通過環(huán)氧氯丙烷、苯，將夾套通水蒸氣的溫度加熱升溫到70OC左右。2

43、溶解后，用泵壓入帶攪拌的反應(yīng)釜內(nèi)，開始攪拌，并滴加堿。控制反應(yīng)溫度為50OC，維持一定時間至反應(yīng)結(jié)束后，回收過量環(huán)氧氯丙烷供循環(huán)使用。3 回收結(jié)束后過濾，靜置，把苯溶液抽吸到回流脫苯釜內(nèi)，下層的鹽腳抽吸后放掉。4 在回流脫苯釜內(nèi)回流至蒸出的苯清晰無水珠為止。然后冷卻，靜置. 經(jīng)過濾器至貯槽，沉降后抽入脫苯釜脫除苯，先常壓110OC以上開始減壓至140-143OC無餾出液為止，放料，即得成品。5 包裝。干燥后的粉末，存放于貯料斗中，先測定產(chǎn)品的分子量、密度等有關(guān)性能，然后按每袋25kg裝袋輸送到倉庫以備出廠。3.1.1環(huán)氧氯丙烷自動分相回收技術(shù)由于反應(yīng)中環(huán)氧氯丙烷是過量的，縮合反應(yīng)后的水和過量的

44、環(huán)氧氯丙烷在102形成共沸物一同被蒸出，進入冷凝器冷凝后，水和環(huán)氧氯丙烷自動分層，進入環(huán)氧氯丙烷自動分相器，環(huán)氧氯丙烷自動分相器是利用環(huán)氧氯丙烷和水的密度的不同進行分離的。利用U型彎，使環(huán)氧氯丙烷能夠自動穩(wěn)定回流圖3.1 分相器結(jié)構(gòu)圖 在反應(yīng)單元中分離出的含環(huán)氧氯丙烷廢水（含環(huán)氧氯丙烷約6.58 %）經(jīng)泵輸送至汽提塔，塔頂?shù)玫江h(huán)氧氯丙烷和水的共沸物，分相分離出的環(huán)氧氯丙烷供生產(chǎn)循環(huán)使用，塔釜得到的廢水和分相分離后的廢水去現(xiàn)有污水處理站。 無論進料中的環(huán)氧氯丙烷和水的含量和流量為多少，只要充分分層即可，環(huán)氧氯丙烷只能通過分相器底部通過U型彎流出，而水只能通過上部溢流口流出。3.1.2薄膜脫苯工藝

45、流程 進入半成品貯罐的樹脂甲苯溶液，用泵輸送至薄膜蒸發(fā)器(MA305)(經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制)，進入薄膜蒸發(fā)器的物料迅速在蒸發(fā)器內(nèi)形成膜狀，在其夾套蒸汽的加熱下，苯不斷揮發(fā)，經(jīng)冷凝冷卻器(E502)回收輸送至苯貯罐，環(huán)氧樹脂進入樹脂中間罐(V503)，中間罐的樹脂放入成品罐(V501AB)，用泵送至灌裝機進行產(chǎn)品裝桶。 薄膜脫苯技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備是薄膜蒸發(fā)器，其原理就是樹脂苯溶液由中間儲罐通過輸送泵以切線方向進入薄膜蒸發(fā)器，進入薄膜蒸發(fā)器后迅速在蒸發(fā)器的內(nèi)表面形成薄膜，在蒸發(fā)器夾套內(nèi)的蒸氣連續(xù)加熱下，苯溶劑在加熱下蒸發(fā)后經(jīng)冷凝器冷卻回收進入苯儲罐；隨著樹脂苯溶液沿著薄膜蒸發(fā)器內(nèi)壁不斷下降，苯不斷揮發(fā)，樹脂

46、與苯便分離開了，樹脂流入樹脂接受器。反應(yīng)完畢后靜置，除去上層堿水后用沸水洗滌十幾次，除去樹脂中的殘堿及副產(chǎn)物鹽類?；厥者^量的環(huán)氧氯丙烷后，然后放出部分鹽腳和反應(yīng)中間相(下批使用)，最后物料放入過濾器。反應(yīng)生成的NaCl鹽溶解在水中，靜止排出飽和鹽水。，然后排放廢水（含鹽及堿）和反應(yīng)中間相（主要為含甲苯的老化樹脂）。3.2 工藝流程框圖： 上一章已對工藝路線進行了選擇，在此基礎(chǔ)上全面而細致地分析了整個生產(chǎn)過程的組成和順序如下圖所示： 圖3.2工藝流程框圖溶解雙酚A 苯、環(huán)氧氯丙烷 反應(yīng) 循環(huán)使用 NaOH 分相 環(huán)氧氯丙烷 萃取反應(yīng)后 下層 鹽腳 回流冷卻靜置過濾脫苯 成品環(huán)氧樹脂設(shè)計說明 4物

47、料衡算 4 物料衡算4.1 計算條件與數(shù)據(jù)理：1）設(shè)每年生產(chǎn)330天，則每天的產(chǎn)量為：Md=60 000÷330= 181.82t/d 一天生產(chǎn)兩批，則每批的產(chǎn)量為m =181.82t/2=90.91t2）設(shè)以生產(chǎn)1t（1 000kg）環(huán)氧樹脂為基準 原料單耗如下： 表4.1 原料單耗表 原料名稱投料比例環(huán)氧氯丙烷雙酚A純苯液體燒堿 (100%)557.3kg687.5kg235.2kg240.9kg3） 原料規(guī)格及產(chǎn)品質(zhì)量標準如下：表4.2 原料規(guī)格及產(chǎn)品質(zhì)量標準表名稱分子量凈含含水分含惰性雜質(zhì)環(huán)氧氯丙烷92.5298%0.2%1.8%雙酚A228.2995%3%2%純苯78.11

48、96%0.2%3.8%液體燒堿40.0199.5%0.2%0.3%雙酚A型環(huán)氧樹脂332.0599%0.8%0.2%注：以上數(shù)據(jù)除直接在工廠收集到的以外，其他參照中國化工醫(yī)藥產(chǎn)品大全(卷一，卷二)和<<化工原料商品手冊>>。4.2 原料用量計算： 反應(yīng)過程中的反應(yīng)物純量計算： 為了較好地把握全過程，先假設(shè)理想情況進行計算，即計算各反應(yīng)物的純量。這里所說的純量是指既不包括反應(yīng)物及產(chǎn)品中的雜質(zhì)和反應(yīng)物過量的量，不包括每步反應(yīng)損失掉的產(chǎn)品量。這是一種理想情況，在后面的計算中將恢復(fù)到實際情況，考慮所含雜質(zhì)的量、反應(yīng)物過量的量，以及反應(yīng)的收率等具體的問題并進行詳細的計算。由原料單

49、耗可得每批原料用量如下表：表4.3 原料用量表名稱用量(kg)環(huán)氧氯丙烷 55 730雙酚A 68 750純苯 23 520液體燒堿 24 0904.3 縮合工段物料衡算：98%環(huán)氧氯丙烷95%雙酚ANaOH苯 5環(huán)氧氯丙烷雙酚A5反應(yīng)釜 5 圖4.1(1)對于輸入物料分四股，分別如下：98%的環(huán)氧氯丙烷中： 環(huán)氧氯丙烷：55 730×98%=54 615.40kg 水：55 730×0.2%=111.46kg不溶雜質(zhì)：55 730×l.8%=1 003.14kg 95%的雙酚A中：雙酚A：68 750×95%=65 312.5kg 水：68 750×3%=2 062.5kg 不溶雜質(zhì)：68 750×2%=1 375kg99.50%的NaOH中：NaOH：24 090×99.5%=23 969.55kg 水：24 090×0.2%=48.15kg 不溶雜質(zhì)：24 090×0.3%=72.27kg96%的苯中： 苯：23 520×96%=22 579.2kg 水：23 520×0.