年產(chǎn)4800噸水性涂料車間工藝設計

目錄１設計任務書 11.1項目 11.2設計內(nèi)容 11.3設計規(guī)模 11.4設計依據(jù) 11.5產(chǎn)品用途 11.6原料方案 21.7產(chǎn)品方案 41.8技術指標 41.9生產(chǎn)方式 6２工藝路線及流程設計 62.1涂料工藝基礎 62.2工藝路線的選擇 72.3流程圖的設計 7３盤式分散釜的設計說明 103.1高速分散機設備分散原理 103.2設備參數(shù) 12４涂料生產(chǎn)技術 134.1涂料配方原理 134.2配方設計 14５物料衡算 155.1涂料體積濃度PVC計算： 155.2涂料干膜臨界PVC(CPVC)計算： 165.3涂膜比體積濃度Δ計算: 16６投產(chǎn)條件 16７投資與成本估算 167.1車間裝置人員配置表 167.2經(jīng)濟評價構建 177.3成本估算 177.4市場預測 197.5項目效益和風險分析 19８安全環(huán)保生產(chǎn)要求 19年產(chǎn)4800噸水性涂料車間工藝設計１設計任務書1.1項目水性涂料車間的工藝設計1.2設計內(nèi)容1.2.1生產(chǎn)工藝設計1.2.2設計盤式分散釜1.3設計規(guī)模1.3.1年產(chǎn)：4800噸1.3.2年生產(chǎn)日：300天1.3.3日生產(chǎn)能力：4800/300=16噸/天1.4設計依據(jù)該設計說明書是依據(jù)上海**有限公司的生產(chǎn)技術資料的基礎上，并結合設計任務書的內(nèi)容年產(chǎn)4800噸車間技術要求,以及（1）化學工業(yè)標準匯編─涂料與顏料（上/下冊GB/T2001年)；（2）涂料工業(yè)用原材料技術標準手冊(1991年)；（3）中華人民共和國國家標準合成樹脂乳液外墻涂料GB/T9755-2001代替GB/T9755-1995；（4）中華人民共和國國家標準合成樹脂乳液內(nèi)墻涂料GB/T9756-2001等技術標準而設計的。1.5產(chǎn)品用途廣泛地應用于室內(nèi)外墻面裝飾，金屬表面的防銹，起保溫、防污等作用。1.6原料方案1.6.1水作為良好的溶劑,取代油性溶劑型,具有零污染、低成本、操作使用方便、非易燃等特點，但具有較高的表面張力（約為72mN/m），必須通過添加助劑（即表面活性劑）來改善，同時水中的鈣、鎂離子和塵埃顆粒也極大影響涂料的性能。1.6.2助劑涂料配方設計中的助劑匹配技術，關系到它的組成結構與性能關系，助劑的敏感性、選擇性、凸顯效應、協(xié)同效應和特性疊加效應。助劑匹配技術是助劑應用理念的創(chuàng)新與實踐，發(fā)掘并展示助劑在涂料制造、貯運、涂裝及應用中的特殊功效。助劑結構與性能關系:常用助劑有乳化劑、防縮孔劑、流平劑、消光劑、阻聚劑、流變(觸變)劑、固化促進劑、光引發(fā)劑、潤濕分散劑、防污劑、防霉防腐劑、增光劑、消泡劑、氟碳表面活性劑、成膜助劑、增稠劑、附著力促進劑及顏填料表面處理劑等，每種助劑都有特定的組成結構與性能。涂料中為了降低水的表面張力，需加入助劑。涂料涂布后，隨著溶劑的揮發(fā)，濕膜的表面張力隨之提高，如果接近或大于底材的潤濕張力，即展布系數(shù)接近零或小于零，如果濕膜尚未失去流動性，則會產(chǎn)生縮孔現(xiàn)象；如果濕膜已失去流動性，則縮孔就會被抑制住，但溫度稍有提高，黏度下降而又具有流動性，縮孔又產(chǎn)生。所以，降低成膜聚合物的表面張力可提高涂料的抗縮孔性。同樣，降低水的表面張力到與一般底材的濕膜張力差不多時，可減小接觸角，增加潤濕程度，從而減少涂膜中出現(xiàn)氣泡、橘子皮和貝納爾流窩等。通常使用水/有機助劑體系可達到，其中，較好的是乙二醇丁醚20%水溶液。1.6.3顏料顏料在涂料中可以顯現(xiàn)顏色,賦予涂膜以遮蓋力,然后它的作用并不僅是色彩和裝飾性.,還對涂料的流變性,耐侯性,耐化學品性有影響,并關系到機械性質。由于顏料的粒徑小，表面積大，所以可以吸附成膜聚合物而使顏料顆粒成為準交聯(lián)點，使漆膜機械強度提高。為使顏料在涂料中的作用提高到最高限度，所以選用顏料必須注意到粒度、形狀、水溶性、折謝率以及是否有特殊功能等。成膜聚合物在紫外線的輻射下會引起降解，而大多數(shù)顏料具有吸收紫外線的功能，所以為了提高漆膜的耐侯性，應正確使用顏料。如圖為不同粒徑的SiO2處理的TiO2對紫外線的透過率：SKIPIF1<0圖1-1.TiO2對紫外線的透過率PP膜厚度：54μm顏料濃度：9%（涂膜）1-無顏料2-常規(guī)鈦白粉（0.3μm）3-微粒化鈦白粉（0.015μm）4-細微末鈦白粉（0.035μm）漆膜表面污染物的腐蝕而出現(xiàn)微粉化，可以通過加入光反應催化劑，如銳鈦型二氧化鈦，其原因：（1）TiO2有催化有機物光解的能力。有機物可被光解，許多無機物塵埃之所以能緊密地黏結在墻體上，這是因為有有機物作為塵埃與漆面間的黏結劑，隨后有機物被分解為塵埃易被雨水沖走。（2）由于催化光氧化可使漆膜表面產(chǎn)生大量羥基從而成為超親水表面，另外，二氧化鈦的光致雙親現(xiàn)象也有可能產(chǎn)生自凈作用。本設計配方所用金紅石型TiO2，由于結構上的特殊性，即它在CPVC以前有一個最高的遮蓋力，濃度大于22%時遮蓋力反而下降，在18~22%之間變化不大，為節(jié)省TiO2用量，含量為18%即可，圖示如下：SKIPIF1<0CPVC=0.22圖1-2.CPVC=0.22若在不影響光澤度的情況下，加入一些惰性顏料取代不起作用的TiO2顆粒，則可降為15%。1.7產(chǎn)品方案1.7.1產(chǎn)品名稱水性涂料(外墻乳膠漆)1.7.2產(chǎn)品性狀白色或其他顏色(由白色調(diào)色而得)水性面漆和底漆1.7.3理化性能該乳膠漆涂膜使用苯丙乳液作為成膜物，密度約為1~1.5g/ml,黏度為95~103KU（內(nèi)外墻略有不同）具有很好附著力、柔韌性、耐水性、高強度、耐化學品和優(yōu)良防腐性，同時具有良好的光澤、豐滿度、耐侯性和抗紫外線等特點，大量用于中高檔的內(nèi)外墻建筑面。1.8技術指標1.8.1產(chǎn)品分等產(chǎn)品分為三個等級：優(yōu)等品、一等品、合格品。

1.8.2要求合成樹脂乳液外墻涂料產(chǎn)品應符合表1的技術要求。表1.外墻涂料產(chǎn)品技術要求項目指標優(yōu)等品一等品合格品容器中狀態(tài)無硬塊攪拌后呈均勻狀態(tài)刷涂二道無障礙不變質2正常施工性低溫穩(wěn)定性干燥時間（表干）/h≤涂膜外觀對比率白色和淺色≥0.930.900.87耐水性96h無異常48h無異常耐堿性耐洗刷性次≥20001000500耐人工氣候老化性白色和淺色600h無起跑，不脫落，無裂紋400h無起跑，不脫落，無裂紋250h無起跑，不脫落，無裂紋粉化，等級≤12商定變色，等級≤其他色耐沾污性（白色或淺色，%≤151520涂層耐溫變性（5次循環(huán)）無異常淺色是指以白色涂料為主要成分，添加適量色漿后配制成的淺色涂料形成的涂膜所呈現(xiàn)的淺顏色，GB/T15608-1995中4.3.2規(guī)定明度值為6到9之間(三刺激值中的YD65≥31.26)。合成樹脂乳液內(nèi)墻涂料產(chǎn)品應符合表2的技術要求。表2.內(nèi)墻涂料產(chǎn)品技術要求項目指標優(yōu)等品一等品合格品容器中狀態(tài)施工性低溫穩(wěn)定性干燥時間（表干）/h≤涂膜外觀對比率白色和淺色≥耐堿性耐洗刷性次≥無硬塊攪拌后呈均勻狀態(tài)刷涂二道無障礙不變質2正常0．950.930.9024h無異常1000500200淺色是指以白色涂料為主要成分，添加適量色漿后配制成的淺色涂料形成的涂膜所呈現(xiàn)的淺顏色按GB/T15608-1995中4.3.2規(guī)定明度值為6到9之間(三刺激值中的YD65≥31.26)。1.9生產(chǎn)方式該車間設計為產(chǎn)量較小的精細化工產(chǎn)品，故采用下單→投料→生產(chǎn)→包裝→出廠間歇式批量生產(chǎn)。2工藝路線及流程設計2.1涂料工藝基礎建筑涂料是由分散介質（液體）和分散相（固體粉末）組成的多相混合物。這種多項體系中的相界面多，各組成物相互作用復雜，因此體系處于不穩(wěn)定狀態(tài)，易發(fā)生分離現(xiàn)象。而涂料生產(chǎn)則是有效的加工顏料均勻地分散在基料中。以顏料為分散相（不連續(xù)相），以基料為連續(xù)相的非均相分散體系。顏料和基料間的相界面性質，決定著分散過程進行的難易、完成的速度、基料的相對穩(wěn)定性、涂料的施工性能和涂膜的性能等。將顏料均勻地分散于涂料體系中經(jīng)過潤濕、研磨和分散三個階段。（1）潤濕指基料（樹脂或分散液）置換顏料粒子表面上吸附的氣體或污染物，進一步附著在顏料表面上的過程。液體基料滲入顏料孔隙的速度可表達為：SKIPIF1<0式中μ——液體滲入的平均速度（cm/s）θ——接觸角的余弦σ——涂料的表面張力（mN/m）η——涂料的黏度（Pa.s）R——毛細管的半徑（cm）L——孔隙的長度（cm）說明，液體基料滲入顏料粒子毛細管中的速度與顏料粒子集體中毛細孔徑R的大小、液體基料的表面張力σ和液固相之間接觸角的余弦成正比，而與液體基料的黏度和毛細孔隙的長度成反比。因此，對于任何指定的滲入深度，顏料聚集體越松散，即其中的毛細孔徑越大，液體基料的表面張力越大，固液接觸角的余弦越大，以及液體基料的黏度越低，液體基料向顏料聚集體的毛細孔隙中的滲透速度越大，亦即有利于提高潤濕速率。（2）研磨指將顏料聚集粒子團用機械打開和分離而變成孤立的原始粒子或更小的聚集粒子團的過程。（3）分散指已潤濕的粒子移動到液體基料中使粒子永久分離的過程。2.2工藝路線的選擇（1）水性乳膠漆相對油性作為溶劑的涂料來說，從環(huán)保的角度出發(fā)，提倡零污染，無公害等意識，又結合到配方的原理，小型涂料廠生產(chǎn)可由研磨機、分散釜以及輔助設備組成，用少量的投資即可投產(chǎn)，通過間歇式投料、生產(chǎn)、包裝、出廠進行。（2）對于大中型企業(yè)，綜合考慮原材料、污水、廢料的利用通常采用管道輸送液體水、乳液、助劑，預混合器，帶有反應參數(shù)變化的攪拌釜，機械化終端包裝程序等。此設計綜合考慮原料的充分使用、能源消耗及副產(chǎn)品的處理符合后者。2.3流程圖的設計2.3.1乳膠漆生產(chǎn)的典型工藝路線可以用如下圖2-1表示SKIPIF1<02.3.2建筑涂料是通過生產(chǎn)工藝上的原材料加工制作而得到的產(chǎn)品.沒有工藝過程就沒有產(chǎn)品,工藝過程是通過生產(chǎn)設備實施的,而沒有生產(chǎn)設備就無所謂的工廠.因而生產(chǎn)設備對于建筑涂料的生產(chǎn)至關重要.一般地說建筑涂料的生產(chǎn)包括以下幾個工藝過程:①樹脂或乳液或者其他成膜材料的生產(chǎn);②助劑和顏、填料的混合分散;③顏、填料的研磨;④涂料的配制;⑤過濾、包裝.其中，涂料混合和高速分散過程又包括(1)在預混罐中,首先投入水、顏料分散劑和其他助劑,攪拌均勻后再投顏、填料；(2)需要加入多種顏料時,按先投入難分解的顏料,后投入易分散的顏料的順序進行;(3)需要加入多種填料時,按先投入密度較小的、吸水量較大、粒徑較細的填料的順序進行;(4)在攪拌下投料,將粉料加到旋渦處.投料速度要和漿液混合情況一致,投料過快會引起結團和附壁,每加完一袋顏料粉之后,應把黏附在罐壁上和攪拌軸的粉體刮入漿液中,攪勻,然后,再投下一袋.全部粉料投后,應用工藝水徹底清洗罐內(nèi)壁.繼續(xù)維持攪拌一段時間,令其很好的混勻并讓顏、填料充分潤濕后再去研磨分散.2.3一般具有規(guī)模的涂料廠有水性建筑涂料和溶劑型建筑涂料之分,二者并不適于在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn),其工藝布置也略有不同.但總的來說,都要經(jīng)過圖2-2幾個主要的過程,要實施這些工藝過程,根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的大小,自動化程度的高低,外購設備的功能等可以布置出基本功能相同、加工水平不同的生產(chǎn)工藝線.SKIPIF1<0成套設備生產(chǎn)能力說明：（1）此設備在A型（略）的基礎上增加一個調(diào)漆罐，提高生產(chǎn)效率。該設備設計產(chǎn)量為500~1000t，占地40m2(長10m，寬3m，高3.2m（2）SDL－Ｃ～Ｈ一體化涂料生產(chǎn)設備：從SDL－E型起每增加一個系列，設備的配置程度也隨之復雜化。例如SDL－E可年產(chǎn)2500~5000t配置說明：控制系統(tǒng)以PLC為主控器，由液晶顯示器和PLC控制系統(tǒng)組成操作系統(tǒng)；閥門均采用氣動球閥，開啟和關閉閥門可進行自動控制。工藝參數(shù)可以由顯示器顯示，如輸入的電功率，研磨機，高速分散機，攪拌機轉速，物料重量等主控點：物料的稱量計算，進料，研磨機，高速分散機，攪拌器轉速的調(diào)節(jié)，出料，灌裝，操作人員可通過主控室控制即可。表3.SDL－Ｂ設備配置明細表序號系統(tǒng)名稱設備名稱規(guī)格數(shù)量單位1電控系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)電控柜，繼電器，熱保護層，開關電線1套2吸料系統(tǒng)真空泵5.5kw1臺真空泵緩沖槽不銹鋼1臺液體吸入槽不銹鋼1臺粉體吸入槽不銹鋼1臺添加劑槽不銹鋼1臺液體計量器GPT數(shù)控1臺3制漿系統(tǒng)不銹鋼分散罐800～1000L帶封頭1臺高速分散機22kw雙分散盤2臺4調(diào)漆系統(tǒng)不銹鋼調(diào)漆器1000～2000L帶封頭1臺低速攪拌機7.5kw1臺5出料過渡系統(tǒng)空壓機7.5kw1套反沖式過濾機不銹鋼1臺6灌裝系統(tǒng)罐裝機組合件1套7管路系統(tǒng)管路附件球閥，接頭1套8操作平臺平臺6X3X2鋼板及護欄1套附圖1:中小型涂料廠的設備配置（即佰鑫TFJ-300調(diào)速分散機圖）附圖2:大批量生產(chǎn)涂料的一體化設備配置圖（即SDL－Ｂ型一體化涂料生產(chǎn)車間剖面圖）3盤式分散釜的設計說明3.1高速分散機設備分散原理盤式葉輪的外型為圓盤鋸狀，如圖3-1所示，高速盤式分散機分散盤的正常位置、容器的相對尺寸、原始投料液面高度和運轉中的物料流向：設分散盤直徑為D，容器的直徑取2.5D~3.5D，容器的高徑比約1（注：容器高度〈分散機升降高度h+0.5D〉。平斜底，傾角5°左右，底與容器側壁以圓弧角過渡，容器內(nèi)部應無擋板和死角。運轉時，分散盤離容器底部距離為0.5D~1D，原始投料深度取1D~2D。SKIPIF1<0圖3-1.盤式葉輪在流體中分散效果圖容器尺寸和投料的正確設計會產(chǎn)生如下的效果：高速盤式分散機在正確的操作條件下，分散盤的旋轉（理想的圓周速度約為2700cm/s）會使顏料漿液呈現(xiàn)滾動的環(huán)流，不飛濺或浪涌，在環(huán)流空穴處應該可以看到部分分散盤。旋渦的形狀應該是這樣：位于漿液頂部和表面靠近旋渦的顏料粒子在圍繞容器循環(huán)一周之前呈螺旋狀下降到渦流的底部。根據(jù)流體動力學理論，流動的流體，可以有兩種截然不同的方式運動，剪切速率較低時的層流方式和剪切速率足夠大時的湍流方式。雷諾數(shù)Re為2000通常作為一臨界值來劃分管道中的層流和湍流。旋渦狀的湍流有利于顏料漿的混合，但這只是未曾分散好的顏料漿的混合。與此相反，層流雖然不能提供有效的混合，但是層流的拉力能夠撕開顏料附聚塊，達到有效的分散作用。因此，為了保證高速分散工藝中顏料的有效分散，重要的是應獲得顏料漿的層流狀態(tài)。按照流體運動方程式，雷諾數(shù)Re由式3-1確定SKIPIF1<0（式3-1）式中ρ——密度，g/cm3;V——速，cm/s;X——特征線性因次，cm,對于高速分散而言，為分散盤至容器底部的距離；η——黏度，Pa.s。要達到令人滿意的分散效果，葉輪的圓周速率必須達到大約20m/s以上。但是，過高的轉速，也會造成液漿的飛濺和使圓盤葉輪過多的暴露而導致混入空氣，無謂地增加了功率的消耗。一般葉輪的最高圓周速度約為25~30m/s。本設計分散釜中流體狀態(tài)測試-雷諾數(shù)Re的測定：SKIPIF1<0假設KU=100的流體在進行，對應的黏度為125000MPa.s.通過計算該過程為層流狀態(tài)，故該盤式高速分散釜設計符合要求，可使涂料達到理想的分散狀態(tài)。3.2設備參數(shù)以某產(chǎn)品系列型號高速攪拌機為例，其主要技術參數(shù)如表4所示。表4.高速攪拌機的技術參數(shù)型號參數(shù)TFJ-200TFJ-250TFJ-300TFJ-350TFJ-400TFJ-450主機功率(kW）4~5.55.5~7.57.5~1111~1518.5~2222~30分散軸轉（r/min）125~1250125~1250125~12500125~12500125~12500125~12500分散輪直徑（mm）200250300350400450升降（mm）0~10000~10000~12000~12000~15000~1500泵功（kW）1.11.11.11.11.11.1重量（kg）150015001800180022002400外形尺寸mmA170017002100210024172417B173017302026206023802480C80080093093011001200佰鑫公司所用的TFJ-300調(diào)速分散機見附圖1,其參數(shù)如表5所示：表5.TFJ-300技術參數(shù)最大轉速1200r/min葉輪的直徑300mm升降程1100mm安裝高度3300mm電機功率22kw4涂料生產(chǎn)技術4.1涂料配方原理實際生產(chǎn)中,顏料在涂料中的含量極大地影響其性能，其用量可以用吸油量估計：在100g顏料中，將亞麻油逐滴加入，并隨時用刮刀混合，研磨，至最后可使全部顏料黏結在一起成球，若繼續(xù)加入，則體系變稀，此時，所用油量為該顏料的吸油量（OA）：OA=SKIPIF1<0式中表明，達到吸油量時，意味著顏料表面吸滿了油，顆粒間隙充滿了油，此時若繼續(xù)加入，則自然黏度便下降。顏料體積濃度是指涂料中顏料和填料的體積與配方中所有非揮發(fā)組分(包括合成樹脂乳液中的固體成分、顏料和填料等)的總體積之比，即：SKIPIF1<0要使涂料具有良好的光澤度、遮蓋力、透過性和強度等性能，必須使顏料的含量達到干漆膜的臨界PVC（即CPVC）：CPVC=SKIPIF1<0式中ρ為顏料的密度93.5為亞麻油的密度當PVC達到CPVC時，各種性能（包括漆膜密度、抗拉強度、附著力、孔隙率、滲透性、起泡性、著色力等）都有一個轉折點。當PVC增加時，漆膜內(nèi)顏料體積分子表面的平滑度下降，因此光澤度下降，遮蓋力增加。當達到CPVC以后，若再增加，漆膜內(nèi)就開始有空隙，此時，漆的透過性大大增加，因此，防腐性能明顯下降，防污能力也變差。由于漆膜里有空氣，增加了光的散射，遮蓋力迅速增加，著色力增加；但和強度有關的性能卻因漆膜內(nèi)出現(xiàn)了空隙而明顯下降。不同PVC的顏料充分利用于不同的表面上，故又采用PVC和CPVC比作為比體積濃度Δ：Δ=SKIPIF1<0在配方中應重視Δ，例如高質量有光汽車面漆、工業(yè)用漆和民用漆，其Δ值在0.1-0.5，半光的建筑用漆，Δ為0.6-0.8，而無光的內(nèi)外墻涂料在1.0左右，天花板漆大于1.0，金屬保護氣底漆的Δ為0.75-0.90。4.2配方設計表6.設計BX-1水性外墻涂料新配方（以生產(chǎn)100kg計）序號物料名稱質量分數(shù)/%用量/kg作用廠家備注1水40溶劑2乙二醇0.20.2抗凍劑，成膜助劑，延緩劑黃山魯京3PK－1000.50.5分散劑中化建4OP－100.30.3乳化劑淄博良永5AMP－950.20.2多功能助劑美國TOWS

6Hyonic4360.10.1潤濕劑普羅門7JLJ－60.30.3消泡劑上海富畦8金紅石TiO21818顏料9重鈣3232惰性填料建安鎮(zhèn)江10有機膨潤土0.50.5增稠劑安吉宇宏11JLJ－60.10.1消泡劑上海富畦浮動值12乳液1010基料江門天海8~20％13JS—pph0.20.2成膜助劑上海錦山14NordersC150.10.1防腐劑15203流平劑0.10.1流變改性劑長沙歐化16GC—24400.20.2增稠劑5物料衡算5.1涂料體積濃度PVC計算：SKIPIF1<05.2涂料干膜臨界PVC(CPVC)計算：SKIPIF1<05.3涂膜比體積濃度Δ計算:SKIPIF1<0通過計算得出結論,比體積濃度符合(內(nèi)外墻涂料在1.0左右)指標,故可以按照設計進行生產(chǎn)。6投產(chǎn)條件機械設備：見表3.廠房面積：200平方米的主廠房和30-40平方米的倉庫及中控室動力裝置：液壓高真空泵一套、氣泵、設備裝機功率22千瓦7投資與成本估算7.1車間裝置人員配置表表7.序號職能名稱