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年產(chǎn)1500噸醋酸乙烯乳膠漆的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)
——溶解釜的設(shè)計(jì)
摘 要： 聚醋酸乙烯乳膠漆作為一種水性涂料，它的出現(xiàn)和發(fā)展適應(yīng)了改善人類對(duì)生存環(huán)境的要求。它是白色粘稠液體，可加入各色色槳配成不同顏色的涂料。主要用于建筑物的內(nèi)外墻涂飾，還可以用作金屬表面的涂飾。該涂料以水為溶劑，所以具有安全無(wú)毒、施工方便的特點(diǎn)，易噴涂、刷涂和滾涂，干燥快、保色性好、透氣性好。聚醋酸乙烯乳膠漆采用乳液聚合的生產(chǎn)工藝。乳液聚合的基本工藝有間歇聚合、半連續(xù)聚合、連續(xù)聚合、預(yù)乳液以及種子乳液聚合等。半連續(xù)分批加料乳液聚合能很好地控制聚合速度和操作彈性，且適應(yīng)性強(qiáng)，單體轉(zhuǎn)化率高（﹥99﹪），乳液性質(zhì)穩(wěn)定。該生產(chǎn)工藝目前還是工業(yè)化生產(chǎn)聚醋酸乙烯乳膠漆的主要方法。
關(guān)鍵詞：乳膠漆，溶解釜，半連續(xù)乳液聚合，分批加料
1500Tons of Vinyl Acetate
Emulsion Paint Production Process
Dissolve The Axe - Design
Abstract: As a kind of coating, the polyvinyl acetate emulsion paint appears to the development and improvement of the living environment of mankind. It is white viscous liquid, can add different colors of color of the paint. It is mainly used for building exterior daub and can also be used as a metal surface finishing. This coating with water for solvent, so is non-toxic, convenient
construction, easy spraying, brush and roll, fast drying, it good, good permeability. Polyvinyl acetate emulsion paint by emulsion polymerization process. The basic technology of emulsion polymerization is intermittent polymerization, the semi-continuous polymerization, continuous emulsion polymerization, such as seed emulsion polymerization. The semi-continuous partial charging emulsion polymerization can easily control polymerization rate and elasticity of operation, and high adaptability (﹥99﹪), monomer latex properties stable. The production technology or industrial production according to the main method of emulsion paint of vinyl acetate.
Keywords: emulsion paint, Dissolve The Axe, half a continuous emulsion polymerization, partial charging
目錄
摘 要 1
ABSTRACT 1
1概述 2
1.1乳膠漆的定義 2
1.2 乳膠漆的組成 2
1.2.1乳液 2
1.2.2顏料 2
1.2.3填充料 2
1.2.4助劑 3
1.3 乳膠漆的物理性質(zhì) 3
1.4乳膠漆的分類 3
1.5 乳膠漆的發(fā)展 5
1.6乳膠漆的應(yīng)用現(xiàn)狀 5
1.7全世界的發(fā)展情況 6
1.8我國(guó)的發(fā)展情況 7
1.9 三廢的處理 7
1.9.1 廢水 7
1.9.2 廢水成分 8
1.9.3處理方法和工藝 8
1.9.4處理結(jié)果 8
1.9.5 清潔生產(chǎn) 8
2 生產(chǎn)方案的確定 9
2.1醋酸乙烯乳膠漆的生產(chǎn)工藝 9
2.2聚醋酸乙烯乳膠漆合成工藝條件 10
2.2.1引發(fā)劑對(duì)乳液粘度、固含量的影響 10
2.2.2乳化劑用量對(duì)乳液粘度的影響 11
2.2.3反應(yīng)溫度對(duì)乳液粘度、固含量的影響 12
2.2.4單體純度對(duì)乳液粘度、固含量的影響 13
2.3 聚醋酸乙烯乳液的配方 13
2.4聚醋酸乙烯乳液常用乳膠漆的配方 14
3生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述 15
3.1乳液流程 15
3.1.1乳液的生產(chǎn)流程 15
3.1.2乳液生產(chǎn)流程框圖 16
3.2乳膠漆生產(chǎn) 16
3.2.1聚醋酸乙烯乳液生產(chǎn)乳膠漆工藝流程框圖 16
4 乳膠漆的質(zhì)量及性能指標(biāo) 16
4.1聚醋酸乙烯的質(zhì)量指標(biāo) 16
4.2乳膠漆的性能指標(biāo) 17
5 溶解釜的設(shè)計(jì)及計(jì)算 18
5.1設(shè)計(jì)要求和條件 18
5.2物料計(jì)算 18
5.3反應(yīng)器內(nèi)徑和高度計(jì)算 19
5.4 溶解釜夾套的直徑、高度和傳熱面積 20
5.5溶解釜厚度的計(jì)算 21
5.5.1夾套筒體、封頭厚度 21
5.5.2內(nèi)筒筒體厚度的計(jì)算 22
5.6溶解釜攪拌器的設(shè)計(jì) 23
5.6.1攪拌機(jī)的型式與選擇 23
5.6.2反應(yīng)釜的傳動(dòng)裝置 24
5.6.3攪拌軸的加工要求 24
5.7熱量衡算 24
6設(shè)備工藝計(jì)算結(jié)果 26
結(jié)束語(yǔ) 27
參考文獻(xiàn) 28
謝辭 29
XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 題 目 年 產(chǎn) 1500 噸 醋 酸 乙 烯 乳 膠 漆 溶 解 釜 的 設(shè) 計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)名稱 化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師 20 xx 年 5 月 28 日 目錄 摘 要 1 ABSTRACT 1 1 概述 2 1 1 乳膠漆的定義 2 1 2 乳膠漆的組成 2 1 2 1 乳液 2 1 2 2 顏料 2 1 2 3 填充料 2 1 2 4 助劑 3 1 3 乳膠漆的物理性質(zhì) 3 1 4 乳膠漆的分類 3 1 5 乳膠漆的發(fā)展 5 1 6 乳膠漆的應(yīng)用現(xiàn)狀 5 1 7 全世界的發(fā)展情況 6 1 8 我國(guó)的發(fā)展情況 7 1 9 三廢的處理 7 1 9 1 廢水 7 1 9 2 廢水成分 8 1 9 3 處理方法和工藝 8 1 9 4 處理結(jié)果 8 1 9 5 清潔生產(chǎn) 8 2 生產(chǎn)方案的確定 9 2 1 醋酸乙烯乳膠漆的生產(chǎn)工藝 9 2 2 聚醋酸乙烯乳膠漆合成工藝條件 10 2 2 1 引發(fā)劑對(duì)乳液粘度 固含量的影響 10 2 2 2 乳化劑用量對(duì)乳液粘度的影響 11 2 2 3 反應(yīng)溫度對(duì)乳液粘度 固含量的影響 12 2 2 4 單體純度對(duì)乳液粘度 固含量的影響 13 2 3 聚醋酸乙烯乳液的配方 13 2 4 聚醋酸乙烯乳液常用乳膠漆的配方 14 3 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述 15 3 1 乳液流程 15 3 1 1 乳液的生產(chǎn)流程 15 3 1 2 乳液生產(chǎn)流程框圖 16 3 2 乳膠漆生產(chǎn) 16 3 2 1 聚醋酸乙烯乳液生產(chǎn)乳膠漆工藝流程框圖 16 4 乳膠漆的質(zhì)量及性能指標(biāo) 16 4 1 聚醋酸乙烯的質(zhì)量指標(biāo) 16 4 2 乳膠漆的性能指標(biāo) 17 5 溶解釜的設(shè)計(jì)及計(jì)算 18 5 1 設(shè)計(jì)要 求和條件 18 5 2 物料計(jì)算 18 5 3 反應(yīng)器內(nèi)徑和高度計(jì)算 19 5 4 溶解釜夾套的直徑 高度和傳熱面積 20 5 5 溶解釜厚度的計(jì)算 21 5 5 1 夾套筒體 封頭厚度 21 5 5 2 內(nèi)筒筒體厚度的計(jì)算 22 5 6 溶解釜攪拌器的設(shè)計(jì) 23 5 6 1 攪拌機(jī)的型式與選擇 23 5 6 2 反應(yīng)釜的傳動(dòng)裝置 24 5 6 3 攪拌軸的加工要求 24 5 7 熱量衡算 24 6 設(shè)備工藝計(jì)算結(jié)果 26 結(jié)束語(yǔ) 27 參考文獻(xiàn) 28 謝辭 29 1 年產(chǎn) 1500 噸醋酸乙烯乳膠漆的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 溶解釜的設(shè)計(jì) 摘 要 聚醋酸乙烯乳膠漆作為一種水性涂料 它的出現(xiàn)和發(fā)展適應(yīng)了改善人類對(duì)生存 環(huán)境的要求 它是白色粘稠液體 可加入各色色槳配成不同顏色的涂料 主要用于建筑物 的內(nèi)外墻涂飾 還可以用作金屬表面的涂飾 該涂料以水為溶劑 所以具有安全無(wú)毒 施 工方便的特點(diǎn) 易噴涂 刷涂和滾涂 干燥快 保色性好 透氣性好 聚醋酸乙烯乳膠漆 采用乳液聚合的生產(chǎn)工藝 乳液聚合的基本工藝有間歇聚合 半連續(xù)聚合 連續(xù)聚合 預(yù) 乳液以及種子乳液聚合等 半連續(xù)分批加料乳液聚合能很好地控制聚合速度和操作彈性 且適應(yīng)性強(qiáng) 單體轉(zhuǎn)化率高 99 乳液性質(zhì)穩(wěn)定 該生產(chǎn)工藝目前還是工業(yè)化生產(chǎn) 聚醋酸乙烯乳膠漆的主要方法 關(guān)鍵詞 乳膠漆 溶解釜 半連續(xù)乳液聚合 分批加料 2 1500Tons of Vinyl Acetate Emulsion Paint Production Process Dissolve The Axe Design Abstract As a kind of coating the polyvinyl acetate emulsion paint appears to the development and improvement of the living environment of mankind It is white viscous liquid can add different colors of color of the paint It is mainly used for building exterior daub and can also be used as a metal surface finishing This coating with water for solvent so is non toxic convenient construction easy spraying brush and roll fast drying it good good permeability Polyvinyl acetate emulsion paint by emulsion polymerization process The basic technology of emulsion polymerization is intermittent polymerization the semi continuous polymerization continuous emulsion polymerization such as seed emulsion polymerization The semi continuous partial charging emulsion polymerization can easily control polymerization rate and elasticity of operation and high adaptability 99 monomer latex properties stable The production technology or industrial production according to the main method of emulsion paint of vinyl acetate Keywords emulsion paint Dissolve The Axe half a continuous emulsion polymerization partial charging 3 1 概述 1 1 乳膠漆的定義 在我國(guó) 人們習(xí)慣上把以合成樹(shù)脂乳液為基料 以水分為分散介質(zhì) 加入 顏料 填料 也叫體質(zhì)顏料 和助劑 經(jīng)一定工藝過(guò)程制成涂料 叫做合成樹(shù) 脂乳膠漆 簡(jiǎn)稱乳膠漆 要有叫乳膠涂料 乳膠漆是合成樹(shù)脂固體微粒在水 嚴(yán)格說(shuō)來(lái) 各種助劑的水溶液 中的分散體和顏料 填料顆粒在水 嚴(yán)格來(lái) 說(shuō) 也是各種助劑的水溶液 中分散體的混合物 1 2 乳膠漆的組成 通常 乳膠漆由合成樹(shù)脂乳液 顏料 填料 助劑和水組成 其中乳液是 核心 一般決定乳膠漆的性能 1 2 1 乳液 乳液是影響乳膠漆性能的最主要的原料 外觀類似牛奶 由一些石油化工 原料如醋酸乙烯 丙烯酸酯 苯乙烯等 在水中經(jīng)過(guò)聚合化學(xué)反應(yīng)制成 因采 用的原料和工藝的不同 乳液在性能上也有差別 它的主要作用是起到粘結(jié) 抗水 抗堿和抗日光老化的性能 1 2 2 顏料 乳膠漆大多數(shù)是白色或以白色為基礎(chǔ)的淺淡顏色 顏料主要采用鈦白粉和 立德粉 鋅鋇白 彩色顏料多數(shù)對(duì)人體無(wú)害 但劣質(zhì)顏料含鉛 1 2 3 填充料 填充料起填充作用 填充料可以充實(shí)漆膜 增加遮蓋力 有些還賦予乳膠 漆不易沉淀和良好的涂刷性等 常用的填充料有碳酸鈣 大白粉 滑石粉 高嶺土 瓷土 硫酸鋇 重晶石粉 硅灰石粉等 這些都是天然礦物原料 對(duì)人體無(wú)害 1 2 4 助劑 4 助劑的種類較多 有增稠劑 成膜助劑和殺菌劑 為了防止乳膠漆在貯運(yùn) 過(guò)程中沉淀 以及涂刷垂直表面時(shí)不流墜 要添加增稠劑等助劑 常用的是纖 維素醚類 為了在氣溫較低的情況下 也能使乳膠漆膜干燥延長(zhǎng)施工季節(jié) 一 般廠家均加入一些成膜助劑 常采用多元醇類及其衍生物等 乳膠漆在貯存過(guò) 程中 或干燥成膜后 受到無(wú)處不在的微生物的污染 加之有適宜溫度和濕度 很易使漆桶中的漆敗壞 破乳產(chǎn)生惡臭 漆膜則滋生霉菌 發(fā)黑脫落 為了防 止微生物的滋生 生產(chǎn)廠家要加入殺菌劑 1 3 乳膠漆的物理性質(zhì) 它以水為分散介質(zhì) 無(wú)毒無(wú)味 安全 屬環(huán)境友好型涂料 他可用水稀釋 用水清洗 使用方便他的成膜物質(zhì)是不溶于水的合成聚合物 只是以微粒的形 式分散于水中 所以干燥成膜后 涂膜也不溶于水 切保留了一定的毛細(xì)孔 因此具有拒水透氣性 1 4 乳膠漆的分類 1 4 1 水溶性內(nèi)墻乳膠漆 水溶性內(nèi)墻乳膠漆無(wú)污染 無(wú)毒 無(wú)火災(zāi)隱患 易于涂刷 干燥迅速 漆 膜耐水 耐擦洗性好 色彩柔和 水溶性內(nèi)墻乳膠漆 以水作為分散介質(zhì) 無(wú) 有機(jī)溶劑性毒氣體帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題 透氣性好 避免了因涂膜內(nèi)外溫度壓 力差而導(dǎo)致的涂膜起泡弊病 適合未干透的新墻面涂裝 1 4 2 水溶性涂料 水溶性涂料價(jià)格低廉 具有一定的裝飾性和保護(hù)性 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單 所用 的資源豐富 原材料易得 耐擦洗性不如乳膠漆 一般在 10 次以下 易起皮 脫落 開(kāi)裂 起泡 耐候性差 在農(nóng)村市場(chǎng)占有較大份額 1 4 3 溶劑型內(nèi)墻乳膠漆 溶劑型內(nèi)墻乳膠漆 以高分子合成樹(shù)脂為主要成膜物質(zhì) 必須使用有機(jī)溶 劑為稀釋劑 該涂料用一定的顏料 填料及助劑經(jīng)混合研磨而制成 是一種揮 5 發(fā)性涂料 價(jià)格比水溶性內(nèi)墻乳膠漆和水溶性涂料要高 因此類涂料使用易燃 溶劑在施工中易造成火災(zāi) 但在低溫施工時(shí)性能好于水溶性內(nèi)墻乳膠漆和水溶 性涂料有良好的耐候性和耐污染性 有較好的厚度 光澤 耐水性 耐堿性 但在潮濕的基層上施工易起皮起泡 脫落等 1 4 4 通用型乳膠漆 通用型乳膠漆代表一大類通用型乳膠漆 適合不同消費(fèi)層次要求 是目前 占市場(chǎng)份額最大的一種產(chǎn)品 最普通的為無(wú)光乳膠漆 效果白而沒(méi)有光澤 刷 上確保墻體干凈 整潔 具備一定的耐刷洗性 具有良好的遮蓋力 典型的是 一種絲綢墻面漆 手感跟綢緞面一樣光滑 細(xì)膩 舒適 側(cè)墻可看出光澤度 正面看不太明顯 這種乳膠漆對(duì)墻體比較苛刻 如若是舊墻面返新 底材稍有 不平 燈光一打就會(huì)顯示出光澤不一至 因此對(duì)施工要求也比較高 施工時(shí)要 求活做得非常細(xì)致 才能盡顯其高雅 細(xì)膩 精致之效果 1 4 5 抗污乳膠漆 抗污乳膠漆是具有一定抗污功能的乳膠漆 對(duì)一些水溶性污漬 例如水性 筆 手印 鉛筆等都能輕易擦掉 一些油漬也能沾上清潔劑擦掉 但對(duì)一些化 學(xué)性物質(zhì)如化學(xué)墨汁等 就不會(huì)擦到恢復(fù)原析 只是耐污性好些 具有一定的 抗污作用 不是絕對(duì)的抗污 1 4 6 抗菌乳膠漆 人們對(duì)健康潔凈的生態(tài)化居住環(huán)境的追求越來(lái)越強(qiáng)烈 對(duì)抗菌功能的產(chǎn)品 也越來(lái)越重視 抗菌乳膠漆除具有涂層細(xì)膩豐滿 耐水 耐霉 耐候性外 還 個(gè)有抗菌功能 它的出現(xiàn)推動(dòng)了建筑涂料的發(fā)展 目前理想的抗菌材料為無(wú)機(jī) 抗菌劑 它有金屬離子型無(wú)機(jī)抗菌劑和氧化物型抗菌劑 對(duì)常見(jiàn)微生物 金黃 色葡萄球菌 大腸桿菌 白色念珠菌及酵母菌 霉菌等具有殺滅和抑制作用 選用抗菌乳膠漆可在一定程度上改善生活環(huán)境 1 4 7 叔碳漆 叔碳漆的基料是基于叔碳酸乙烯酯的共聚物 由于叔碳酸乙烯酯上有一個(gè) 6 龐大的多支鏈的叔碳基團(tuán) 對(duì)基料分子鏈起到保護(hù)作用 并具有溶劑性的增塑 作用 因此叔碳漆具有出色的漆膜性能 同時(shí)具有優(yōu)異的耐受性能 裝飾性能 施工性能 環(huán)保健康性能 不含甲醛 VOC 極低 1 5 乳膠漆的發(fā)展 乳膠漆的發(fā)展長(zhǎng)河中是短暫的 涂料的發(fā)展已有以千年計(jì)的歷史 而如乳 膠漆的發(fā)展只有 50 多年的歷史 可見(jiàn) 乳膠漆還是涂料中的年輕一員 1 6 乳膠漆的應(yīng)用現(xiàn)狀 發(fā)達(dá)國(guó)家日前建筑涂料以乳膠漆為主 美 法 英 荷 意 德等國(guó)乳膠 漆的產(chǎn)量已占建筑涂料總產(chǎn)量的 50 日本的建筑外墻 80 采用了乳膠漆 世 界乳膠漆的年產(chǎn)量已達(dá) 600 萬(wàn)噸 國(guó)外乳膠漆的品種繁多 主要品種有 醋酸 乙烯系 丙烯酸酯系 苯乙烯系 聚氨酯系 環(huán)氧系 氯乙烯系 含氟系 馬 來(lái)酸系 無(wú)皂乳液系 核 殼乳液系 各國(guó)所采用乳液合成方法也有十多種 但 世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)使用乳膠漆的品種也有所偏重 如美國(guó)以發(fā)展純丙烯酸 和醋酸乙烯乳液涂料為主 日本以苯乙烯 丙烯酸酯乳液涂料為主 西歐各國(guó) 則以醋酸乙烯乳液涂料為主 如用叔碳酸乙烯酯單體改性醋酸乙烯乳膠漆得到 迅速發(fā)展 國(guó)外內(nèi)墻涂料以高中檔乳膠漆為主 有純丙烯酸乳膠漆 苯丙乳膠 漆 醋酸 丙烯酸乳膠漆 乙烯 醋酸乙烯乳膠漆和醋酸乙烯乳膠漆等 浴室 衛(wèi)生間 廚房墻和頂棚多采用高濕態(tài)下有附著力的丙烯酸乳膠漆 國(guó)外的外墻 涂料多采用耐候性好的 有良好透氣性的乳膠漆 其中丙烯酸乳膠漆比例較大 聚醋酸乙 烯乳膠漆居次位 另外還有聚氨脂系乳膠漆和環(huán)氧系乳膠漆等 1 7 全世界的發(fā)展情況 聚合物是涂料的最重要的組分 從某種意義上說(shuō) 聚合物的發(fā)展水平就代 表了涂料的發(fā)展水平 同樣 乳液是乳膠漆的關(guān)鍵組分 所以也可以說(shuō) 乳液 發(fā)展情況就是乳膠漆發(fā)展情況的縮影 表 1 按年序列出重要的涂料聚合物問(wèn)世 的大約時(shí)間 表 1 涂料用聚合物問(wèn)世大事記 7 年份 獲得專利的聚合物名稱 年份 獲得專利的聚合物名稱 1907 1912 1913 1915 1920 1921 1925 1926 1930 1930 1930 1935 酚醛樹(shù)脂 丙烯酸樹(shù)脂 松香改性酚醛樹(shù)脂 其他改性酚醛樹(shù)脂 醇酸樹(shù)脂 油溶性酚醛樹(shù)脂 氯化樹(shù)脂 與醇酸樹(shù)脂結(jié)合的脲醛樹(shù) 脂 氯乙烯聚合物 漆用油性乳液 1935 1940 1941 1945 1944 1946 1950 1947 1950 1950 1951 聚乙烯醇縮丁醛 用于磷化底 漆 三聚氰胺甲醛樹(shù)脂 苯乙烯 丙烯酸酯和環(huán)戊二烯 改性油 有機(jī)硅樹(shù)脂和聚合物 丁二烯 苯乙烯共聚乳液 聚醋酸乙烯乳液 環(huán)氧樹(shù)脂 不飽和聚酯樹(shù)脂 丙烯酸乳液 年份 獲得專利的聚合物名稱 年份 獲得專利的聚合物名稱 1951 1955 1954 1955 1956 1960 環(huán)氧 聚酰胺混合物 觸變性醇酸樹(shù)脂 水溶性 分散性熱固定樹(shù)脂 氨酯油和聚氨酯醇酸 揮發(fā)漆用熱塑性丙烯酸樹(shù) 脂 1956 1960 1961 1965 磁漆用熱固定性丙烯酸樹(shù)脂 有機(jī)硅共聚物 流化床法涂裝粉末涂料申請(qǐng)專 利 陰極電泳漆用環(huán)氧樹(shù)脂 丙烯 酸樹(shù)脂和其他樹(shù)脂 氟聚合物 從表 1 可以看出 在 1930 1935 年 開(kāi)發(fā)了漆用油性乳液 1946 1950 年 用 乳液聚合法合成了丁二烯 苯乙烯乳液 簡(jiǎn)稱丁苯乳液 和醋酸乙烯乳液 醋酸 乙烯乳液的問(wèn)世 一起支撐的乳液取代了涂膜耐候性不好 易變黃的丁苯乳膠 漆 隨著新單體的開(kāi)發(fā) 乳膠漆局和技術(shù)的進(jìn)步 各種助劑的發(fā)展 乳膠漆北 8 方技術(shù)的改進(jìn) 乳膠漆逐漸地的發(fā)展成熟 他不斷地蠶食著溶劑涂料的固有領(lǐng) 域 在建筑內(nèi)墻涂裝方面 乳膠漆幾乎獨(dú)占鰲頭 在建筑外墻涂裝領(lǐng)域 乳膠 漆已成為龍頭老大 在防水涂料 防火涂料 工業(yè)涂料和維護(hù)涂料等范圍內(nèi) 乳膠漆也有非凡的表現(xiàn) 乳膠漆成為異類全能漆種已為時(shí)不遠(yuǎn) 1 8 我國(guó)的發(fā)展情況 我國(guó)乳膠漆的發(fā)展緊跟世界發(fā)展潮流 據(jù)報(bào)道 1958 年 前天津化工研究 院與前北京市油漆廠合作 上海涂料研究所與上海振華造漆廠合作 幾乎同時(shí) 地投產(chǎn)醋酸乙烯均聚物乳液和相應(yīng)的平滑內(nèi)墻乳膠漆 并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性的施工 與此同時(shí) 天津化工研究院與上海涂料研究所還開(kāi)發(fā)了醋酸乙烯 順二酸二丁脂 共聚物乳液和外用乳膠漆的制備技術(shù) 這是我國(guó)乳膠漆發(fā)展的開(kāi)端 20 世紀(jì) 80 年代末以來(lái) 隨著改革開(kāi)放的政策 世界乳業(yè)生產(chǎn)巨頭羅門(mén)哈 斯 Rohm Haas 巴斯夫 Union Carbide 現(xiàn)為 Dow Chemical 來(lái)我國(guó)設(shè) 廠生產(chǎn)乳膠 世界著名的 BYK 聯(lián)合膠體 Allied Colloids 等等們紛紛來(lái) 我國(guó)設(shè)立代表處 供應(yīng)助劑 同時(shí)卜內(nèi)門(mén) ICI 立邦 Nippon 迪諾瓦 多種 部隊(duì) 浩浩蕩蕩開(kāi)進(jìn)我國(guó)建廠生產(chǎn)乳膠漆 我國(guó)乳膠漆的發(fā)展情況喜人 只要我 們狠抓質(zhì)量 培育市場(chǎng) 搞好服務(wù) 不斷創(chuàng)新 乳膠漆的明天一定會(huì)更好 1 9 三廢的處理 乳膠漆生產(chǎn)過(guò)程中 由于沖洗設(shè)備 貯罐和管道等 會(huì)產(chǎn)生一定量的廢水 廢水處理后 又會(huì)產(chǎn)生部分廢渣 大中型乳膠漆生產(chǎn)企業(yè) 在投料設(shè)置吸風(fēng)罩 會(huì)派出少量的含塵廢氣 因此 要做好 三廢 的處理 尤其是廢水的處理 1 9 1 廢水 要盡量減少?zèng)_洗水的數(shù)量 從源頭上控制廢水排放量 1 9 2 廢水成分 乳膠漆廢水主要成分與乳膠漆相似 即乳液 鈦白粉 碳酸鈣 滑石粉 立德粉 高嶺土和其他顏料等 根據(jù)生產(chǎn)的品種不同 即配方不同而略有變化 9 COD 化學(xué)耗氧量 平均值約為 750mg L 隨沖水量而變化 pH 值在 7 左右 1 9 3 處理方法和工藝 工業(yè)廢水的處理方法很多 油生化法 吸附法 化學(xué)氧化法 電滲析法 絮凝沉淀法等 應(yīng)用最廣 成本最低的處理方法是絮凝沉淀法 1 9 4 處理結(jié)果 乳膠漆廢水經(jīng) PX 絮凝劑處理后 COD 平均值在 100mg L 以下 去除約達(dá) 88 色度濁度下降相當(dāng)明顯 上清液清澈透明 無(wú)色無(wú)味 其處理結(jié)果如下 表 表 2 乳膠漆廢水處理結(jié)果 進(jìn)水 出水 COD mg L 1 顏色 pH COD mg L 1 顏色 pH COD 去除率 749 825 621 紅色 深藍(lán) 白色 6 5 7 0 6 5 7 0 6 5 7 0 92 107 65 無(wú)色透明 無(wú)色透明 無(wú)色透明 6 0 6 0 6 0 88 87 90 實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明 采用 PX 為絮凝劑 破乳 絮凝一步法處理乳膠漆 1 廢水 具有設(shè)備簡(jiǎn)單 占地少 操作方便 效率好等優(yōu)點(diǎn)乳膠漆廢水經(jīng) 處理后達(dá)到企業(yè)一級(jí)排放要求 2 廢渣 廢渣處理的絮凝沉淀物經(jīng)干化后的廢渣 以及除塵設(shè)備收下來(lái)的 灰等 可做膩?zhàn)宇惍a(chǎn)品的填料 也可送至磚瓦廠的原料 3 廢氣 廢氣可經(jīng)除塵設(shè)備后排入大氣 1 9 5 清潔生產(chǎn) 是指產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程和預(yù)期消費(fèi)中能合理利用自然資源 把環(huán)境的危害較 少最小 是社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益最大化的一種生產(chǎn)模式 2 生產(chǎn)方案的確定 10 2 1 醋酸乙烯乳膠漆的生產(chǎn)工藝 當(dāng)前 乳液聚合的基本工藝有間歇聚合 半連續(xù)聚合 連續(xù)聚合 預(yù)乳液 以及種子乳液聚合等 選擇乳液聚合工藝的更具是對(duì)聚合物乳液技術(shù)性能要求 單體的性質(zhì) 聚合熱的排除等 另外 在聚合過(guò)程中 由于乳液是一個(gè)熱力學(xué) 亞穩(wěn)系統(tǒng) 具有產(chǎn)生乳膠粒子凝聚現(xiàn)象的可能 因此通常要采取后過(guò)濾措施 將粗顆?；蚰畚锍?以保證產(chǎn)品質(zhì)量 凝聚物的有無(wú)以及產(chǎn)生的多少與聚 合過(guò)程中體系的穩(wěn)定性密切相關(guān) 它是聚合生產(chǎn)的成功和失敗 產(chǎn)品有無(wú)使用 價(jià)值的關(guān)鍵所在 它不僅取決于乳液配方設(shè)計(jì) 也取決于聚合的工藝條件及工 藝操作 1 間歇式乳液聚合 所謂間歇式乳液聚合 就是把規(guī)定量的水 乳化劑 單體 引發(fā)劑等物料 一次假如聚合反應(yīng)釜 攪拌乳化 然后升溫至反應(yīng)溫度 進(jìn)行聚合 達(dá)到了所 要求的轉(zhuǎn)化率 聚合反應(yīng)即告完成 最后經(jīng)降溫 過(guò)濾就得到了聚合物乳液 2 半連續(xù)乳液聚合 將部分單體和引發(fā)劑 乳化劑 分散介質(zhì)等投入反應(yīng)釜中 聚合到一定程 度都 再將余下的單體和或引發(fā)劑等添加劑 在一定得時(shí)間間隙內(nèi) 按照一定 得方式 連續(xù)地加入到反應(yīng)器中繼續(xù)進(jìn)行聚合 直到達(dá)到所需求的轉(zhuǎn)化率 反 應(yīng)即告結(jié)束 這樣一種聚合過(guò)程叫做半連續(xù)乳液聚合 半連續(xù)乳液聚合根據(jù)單 體加料速度可處于三種狀態(tài) 饑餓態(tài) 半饑餓態(tài)和充滿態(tài) 當(dāng)單體加料速度小 于聚合反應(yīng)速度時(shí) 體系處于饑餓態(tài) 當(dāng)單體加料速度大于聚合反應(yīng)速度時(shí) 體系處于充溢態(tài) 將一種單體先全部加入反應(yīng)體系中 在按一定得程序滴加另 一種單體 既為半饑餓態(tài) 在實(shí)際生產(chǎn)中 這三種狀態(tài)下的半連續(xù)乳液聚合均 有應(yīng)用 3 連續(xù)式乳液聚合 在聚合過(guò)程中 連續(xù)加入單體 乳化劑 引發(fā)劑 水等物料 進(jìn)行連續(xù)的 乳液聚合反應(yīng) 并且連續(xù)地取出乳液的聚合方法 稱為連續(xù)式乳液聚合 11 連續(xù)操作的乳液聚合反應(yīng)器主要有兩類 一類是釜式反應(yīng)器 一類是管式 反應(yīng)器 釜式反應(yīng)器又可分為單釜連續(xù)反應(yīng)器和多釜連續(xù)反應(yīng)器 釜式反應(yīng)器 則可分為直通管反應(yīng)器和循環(huán)管反應(yīng)器 應(yīng)用最多的是連續(xù)乳液聚合反應(yīng)器是 多釜連續(xù)聚合反應(yīng)器 單釜連續(xù)反應(yīng)器和管式反應(yīng)器大多用于試驗(yàn)研究 或只 用于小規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn) 和間歇乳液聚合相比 連續(xù)乳液聚合可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò) 程自動(dòng)化 可以再按較穩(wěn)定的條件下進(jìn)行乳液聚合 因此具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定和 生產(chǎn)效率高的特點(diǎn) 4 預(yù)乳化工藝 所謂于乳化工藝 就是預(yù)先將單體乳化成乳化液 然后加入反應(yīng)釜進(jìn)行聚 合的工藝過(guò)程 在進(jìn)行半連續(xù)或連續(xù)乳液聚合時(shí) 常常要采用單體預(yù)乳化工藝 預(yù)乳化操 作在預(yù)乳化灌中進(jìn)行 先將去離子水投入預(yù)乳化灌中 然后加入乳化劑 攪拌 溶解 在將單體緩緩加入 充分?jǐn)嚢?把單體以單體珠滴的形式分散在水中 得到穩(wěn)定的單體乳化液 再按照預(yù)先安排好的程序 將乳化液加入到聚合反應(yīng) 釜中 進(jìn)行聚合 5 種子乳液聚合 種子乳液聚合就是先在種子釜中加入水 乳化劑 單體和水溶性引發(fā)劑等 進(jìn)行乳液聚合 生成數(shù)目足夠多 粒徑足夠小的乳膠粒 這樣的乳液稱為種子 乳液 然后取一定量的種子乳液投入聚合釜中 當(dāng)然還要加入水 乳化劑 單 體及引發(fā)劑等物料 以種子乳液的乳膠粒為核心 在其表面連續(xù)進(jìn)行聚合反應(yīng) 使乳膠粒不斷長(zhǎng)大 在進(jìn)行種子乳液聚合時(shí) 其關(guān)鍵是要嚴(yán)格地控制乳化劑的 補(bǔ)加速度 以防形成新的膠束和新的乳膠粒 2 2 聚醋酸乙烯乳膠漆合成工藝條件 2 2 1 引發(fā)劑對(duì)乳液粘度 固含量的影響 引發(fā)劑是乳液聚合配方中最重要的組成部分之一 醋酸乙烯酯的乳液聚合 12 常用過(guò)硫酸鹽熱分解引發(fā)劑 聚合反應(yīng)的速率 rp 正比于 S 2O82 0 64 1 0 考慮到 單體中的阻聚劑及空氣中氧要消耗部分自由基 適當(dāng)增加引發(fā)劑的用量是有利 的 但用量太多時(shí) 聚合速率過(guò)快 散熱不及時(shí) 造成溫度過(guò)高 產(chǎn)品質(zhì)量下 降 設(shè)計(jì)中還發(fā)現(xiàn) 引發(fā)劑分次加入 對(duì)聚合反應(yīng)控制有利 表3 引發(fā)劑用量與乳液粘度 固含量的關(guān)系 引發(fā)劑用量 粘度 Pa s 1 固含量 0 2 1 8 30 0 4 3 8 32 0 6 4 2 36 0 8 4 0 36 1 0 3 2 35 1 2 2 0 36 其規(guī)律是在一定聚合溫度下 當(dāng)引發(fā)劑濃度很低時(shí) 隨著引發(fā)劑量的增加 粘度 固含量增大 當(dāng)引發(fā)劑用量為單體總量的 0 6 時(shí) 粘度最大 為 4 2 Pa s 固含量為 36 當(dāng)引發(fā)劑繼續(xù)增加時(shí) 乳液粘度反而下降 固含量基本 不變 原因是 當(dāng)單體量不變而引發(fā)劑用量增加 引發(fā)劑分解的自由基多 使 活性中心增多 從而使反應(yīng)生成大分子的聚合物 乳液粘度 固含量增加 而 引發(fā)劑用量過(guò)大 分解自由基過(guò)多 引發(fā)速度過(guò)快 聚合物分子鏈短 相對(duì)分 子量小 乳液粘度低 在乳液聚合時(shí) 介質(zhì)的 pH 值直接影響引發(fā)劑的分解速 度 要求乳液聚合體系的 pH 值為 6 左右 由于單體中殘留少許醋酸 加之引 發(fā)劑分解時(shí)產(chǎn)生的硫酸根 至使體系的 pH 值降至 4 5 因此用適量碳酸氫鈉 調(diào)節(jié) pH 值 另外 引發(fā)劑用水稀釋后緩慢加入 2 2 2 乳化劑用量對(duì)乳液粘度的影響 在其它條件均不改變的情況下 改變?nèi)榛瘎┯昧?結(jié)果如圖 1 所示 乳化劑 用量過(guò)少 乳液穩(wěn)定性差 易破乳 乳液粘度隨乳化劑用量的增加而增大 當(dāng) 乳化劑用量為單體總量的 0 15 時(shí) 粘度最大 乳化劑用量超過(guò)最佳值時(shí) 乳 13 液顆粒增多 粒徑變小 粘度下降 2 2 3 反應(yīng)溫度對(duì)乳液粘度 固含量的影響 醋酸乙烯酯的聚合反應(yīng)為放熱反應(yīng) 聚合熱為 89 2kJ mol 聚合反應(yīng)的發(fā) 生需引發(fā)劑引發(fā) 而 S2O82 2SO 42 的活化能為 140 3 kJ mol 反應(yīng)溫度低 S2O82 不能分解出自由基 不能引發(fā)聚合反應(yīng) 溫度過(guò)高 S 2O82 分解過(guò)快 過(guò) 多的自由基會(huì)引發(fā)醋酸乙烯酯過(guò)快聚合 聚合放熱 使溫度迅速升高 造成惡 性循環(huán) 難于控制 在反應(yīng)物配比 加料方式及攪拌強(qiáng)度不變情況下 通過(guò)實(shí) 驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 反應(yīng)溫度的改變對(duì)聚醋酸乙烯酯乳液的粘度 固含量的影響很大 結(jié)果 如表 2 所示 原因是該聚合反應(yīng)為吸熱反應(yīng) 所以反應(yīng) 溫度高 有利于該反應(yīng) 進(jìn)行 但反應(yīng)溫度達(dá)到 80 時(shí) 超過(guò)醋酸乙烯單體的沸點(diǎn) 72 會(huì)使回餾量 增加 消耗能量 低溫使反應(yīng)速度慢 反應(yīng)不完全 乳液粘度低 因此 反應(yīng) 適合在 75 進(jìn)行 圖 1 乳化劑用量與粘度的關(guān)系 表 4 反應(yīng)溫度與乳液粘度 固含量的關(guān)系 14 反應(yīng)溫度 黏度 Pa s 1 固含量 55 1 0 26 65 1 8 33 70 4 2 38 75 5 2 40 85 4 8 39 2 2 4 單體純度對(duì)乳液粘度 固含量的影響 由于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)囊?醋酸乙烯酯在出廠前常加入阻聚劑以保持醋酸乙 烯酯的穩(wěn)定性 為了使醋酸乙烯酯能更好地發(fā)生聚合反應(yīng) 實(shí)驗(yàn)前對(duì)醋酸乙烯酯 進(jìn)行了蒸餾 結(jié)果如表 5 所示 表 5 單體純度與乳液粘度 固含量的關(guān)系 醋酸乙烯酯 粘度 Pa s 1 固含量 未蒸餾 5 2 40 蒸餾 5 8 42 從表 5 可知 醋酸乙烯酯的性質(zhì)直接影響乳 液粘度 固含量 單體經(jīng)蒸餾 后 可以使聚醋酸乙烯酯的粘度大為提高 2 3 聚醋酸乙烯乳液的配方 質(zhì)量份 醋酸乙烯 46 聚乙烯醇 2 5 乳化劑 OP 10 烷基酚與環(huán)氧乙烷縮合物 0 5 鄰苯二甲酸二丁酯 5 蒸餾水 45 76 過(guò)硫酸鉀 0 09 碳酸氫鈉 0 15 2 4 聚醋酸乙烯乳液常用乳膠漆的配方 如下表 單位 質(zhì)量份 15 表 6 聚醋酸乙烯乳液配方 物料名稱 配方一 配方二 配方三 配方四 聚醋酸乙烯乳液 50 鈦白 鋅鋇白 碳酸鈣 硫酸鋇 滑石粉 磁土 乙二醇 磷酸三丁酯 一縮乙二醇丁醚醋酸酯 羧甲基纖維素 羥乙基纖維素 聚甲基丙烯酸鈉 六偏磷酸鈉 五氯酚鈉 苯甲酸鈉 亞硝酸鈉 醋酸苯汞 水 基料 顏料 42 26 8 0 1 0 08 0 15 0 3 0 1 23 27 1 1 62 36 10 18 8 0 1 0 08 0 15 0 1 0 3 27 27 1 2 30 7 5 7 5 15 5 3 0 4 0 17 0 2 0 2 0 17 0 02 30 84 1 2 33 26 20 10 9 2 0 3 0 1 0 3 32 3 1 3 表中為常用醋酸乙烯乳膠漆的配方 配方一顏料用量較大而體質(zhì)顏料用量 小 顏料中全部用金剛石型鈦白 乳液用量也較大 因此漆的遮蓋力較強(qiáng) 耐 刷性好 用于一般要求較高的室內(nèi)墻面涂料 也能作為一般的外用平光漆使用 16 如果增加聚醋酸乙烯乳液的用量 能得到稍微有光的漆膜 但一般的聚醋酸乙 烯乳液很難制得半光以上的漆膜 配方二用部分鋅鋇白代替鈦白 遮蓋能力要 比配方一差些 是稍微經(jīng)濟(jì)的一般室內(nèi)平光墻漆 耐刷性也差些 配方三顏料 用量較低 體制顏料用量增加很多 乳業(yè)用量也少 所以遮蓋力 耐刷性能都 要差些 是一種較為便宜的室內(nèi)用漆 配方四顏料比例較大 只要是用于室內(nèi) 要求白度遮蓋力較好 而對(duì)洗刷性要求不高的場(chǎng)所 配方中所列舉不同的助劑 及不同用量 說(shuō)明乳膠漆在不同配方中可以使用不同品種的助劑 可根據(jù)不同 的生產(chǎn)要求和成本等因素綜合考慮 3 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述 3 1 乳液流程 3 1 1 乳液的生產(chǎn)流程 將聚乙烯醇與蒸餾水加熱至 80 攪拌 經(jīng) 4 6h 溶解完全 將溶解好的聚 乙烯醇水溶液加入反應(yīng)釜中 加乳化劑攪拌溶解均勻 之后加入醋酸乙烯單體 總量的 15 與過(guò)硫酸鉀用量的 40 加熱升溫 當(dāng)溫度升至 60 65 時(shí)停止 加熱 通常在 66 時(shí)開(kāi)始共沸回流 待溫度自升至 80 83 且回流減少時(shí) 開(kāi)始以每小時(shí)加入總量 10 左右的速度連續(xù)加入醋酸乙烯單體 控制在 8h 左 右將單體加完 控制反應(yīng)溫度在 78 82 每小時(shí)加入過(guò)硫酸鉀用量的 4 5 加完單體后加入剩余的過(guò)硫酸鉀 溫度因放熱而自升至 90 95 保溫 30min 冷至 50 以下先后加入預(yù)先溶成 10 的碳酸氫鈉水溶液和鄰苯二甲酸 二丁酯 攪拌均勻 冷卻 出料 過(guò)硫酸鉀每次加入時(shí)用水溶成 10 的水溶 液 17 3 1 2 乳液生產(chǎn)流程框圖 聚 乙 烯 酸蒸 餾 水 聚 乙烯 醇的 溶解 聚 合反 應(yīng)反 應(yīng)釜 醋 酸 乙 烯過(guò) 硫 酸 鉀乳 化 劑碳 酸 氫 乳 化反 應(yīng)反 應(yīng)釜 過(guò)濾器 乳 液儲(chǔ) 槽 3 2 乳膠漆生產(chǎn) 3 2 1 聚醋酸乙烯乳液生產(chǎn)乳膠漆工藝流程框圖 高速分散 乳 液 高速分散 高速分散 高速分散 PH 調(diào) 節(jié) 劑 成 膜 助 劑 消 泡 劑 丙 二 醇 增 稠 劑 防 霉 防 腐 劑 去 離 子 水 過(guò) 濾 產(chǎn) 品 4 醋酸乙烯乳膠漆產(chǎn)品質(zhì)量及性能指標(biāo) 4 1 聚醋酸乙烯的質(zhì)量指標(biāo) 外觀 白色均勻乳狀物 粘接性 對(duì)纖維 木材 紙張 水泥 皮革等具有良好的粘接力 成膜性 常溫下具有良好的成膜性 18 比重 1 05 化學(xué)穩(wěn)定性 pH 3 7 為宜 耐弱酸弱堿 但不耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿及有機(jī)溶劑 表 7 乳液物理指標(biāo) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB11178 89 序號(hào) 指標(biāo)項(xiàng)目 型 型 BJ 235 1 外觀 乳白色 無(wú)顆粒異物 2 pH 值 3 7 3 固含量 40 35 2 4 粘度 mpa s 500 10000 50000 5 殘存單體 0 5 6 灰分 3 7 粒徑 m 2 8 壓縮剪切強(qiáng)度 MPa 9 8 6 9 9 8 9 稀釋穩(wěn)定性 ml 3 10 最低成膜溫度 17 4 5 4 2 乳膠漆的性能指標(biāo) 表 8 性能指標(biāo) 項(xiàng) 目 技術(shù)性能指標(biāo) 涂膜顏色與外觀 粘度 涂四 粘度計(jì) S 固體含量 表面干燥時(shí)間 h 溫度 25 度 相對(duì) 濕度4 0 3 19 5 溶解釜的設(shè)計(jì)及計(jì)算 5 1 設(shè)計(jì)要求和條件 任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)滿足年產(chǎn) 1500 噸聚醋酸乙烯乳膠漆的溶解釜裝置 將聚 乙烯醇和水進(jìn)料加入溶解釜 使聚乙烯醇完全溶解為液態(tài) 根據(jù)所需的體積計(jì) 算溶解釜的直徑 高度 以及夾套和釜體的厚度 條件 設(shè)計(jì)中采用夾套通入 水蒸氣使釜內(nèi)聚乙烯醇升溫 保持溫度在 80 左右使聚乙烯醇完全溶解 5 2 物料計(jì)算 要求年生產(chǎn) 1500 噸乳膠漆 則年需要 630 噸醋酸乙烯乳液 42105 一年的工作日為 300 天 則日需要生產(chǎn) 2 1 噸 2100 醋酸乙烯乳液36kg 根據(jù)配方計(jì)算日需要量 聚乙烯醇 kg5 2105 2 去離子水 g96764 反應(yīng)器有效體積 V 及操作體積 V 的計(jì)算0 聚乙烯醇密度為 相對(duì)分子量為 66000 去離子水的密度為3 132 mk 相對(duì)分子量為 18 3 10mkg V 0 96096水 1096 3 V 0 03977 聚 乙 烯 醇 325 3m V0 V V 0 96096 0 03977 1 00073 水 聚 乙 烯 醇 3 決定反應(yīng)器的罐體體積應(yīng)考慮裝料系數(shù) 通常裝料系數(shù)可取 0 6 0 85 具體可按下列情況確定 20 易起泡沫或呈沸騰狀態(tài) 0 6 0 7 反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn) 0 8 0 85 物體粘度較大時(shí) 可取最大值 在實(shí)際工程中 要根據(jù)物料的性質(zhì) 反應(yīng)時(shí)的狀態(tài)和生成物的特點(diǎn) 合理 的選取裝料系數(shù) 以盡量提高罐體的利用率 該攪拌溶解釜的裝料系數(shù)取為 0 75 設(shè)備容積 V 與操作容積應(yīng)有如下關(guān)系 V 0 V 故 V 1 3343g 75 0313m 5 3 反應(yīng)器內(nèi)徑和高度計(jì)算 在已知攪拌器的操作容積后 首先要選擇罐體適宜的長(zhǎng)徑比 以iDH 確定罐體直徑和高度 選擇罐體長(zhǎng)徑比主要考慮以下兩方面因素 1 長(zhǎng)徑比對(duì)攪拌功率的影響 在轉(zhuǎn)速不變的情況下 PD 5 其中 D 攪拌直徑 P 攪拌功率 P 隨釜體直徑的增大而增加很多 或小長(zhǎng)徑比只能無(wú)謂的損耗 一些攪拌功率 因此一般情況下 長(zhǎng)徑比大一些 2 長(zhǎng)徑比對(duì)傳熱的影響 當(dāng)容積一定時(shí) 越高 越有利于傳熱工藝選用iDH 為液固物系混合溶解 固 選定為 1 1 i 表 9 幾種反應(yīng)釜的長(zhǎng)徑比 i 種類 設(shè)備內(nèi)物料類型 iDH 液 固相物料或液 液相物料 1 1 3 一般反應(yīng)器 氣固相物料 1 2 發(fā)酵類反應(yīng)器 1 7 2 5 V 1 1 24iD iH3i 21 mVHD156 14 33 由壓力容器公稱直徑標(biāo)準(zhǔn) GB T9091 2001 圓整到 mDN10 選用封頭由文獻(xiàn) 化工設(shè)備與機(jī)械基礎(chǔ) 表 B 2 得出相關(guān)數(shù)據(jù)曲面高度 直邊高度 內(nèi)表面積 容積 0 1980 mh2751 25 h24 FhV3 封頭圖例如下 D012o 圖 2 橢圓封頭 筒體高度 iH1Vhg 20m96 95 8341 取 于是 1 1 iDH 5 4 溶解釜夾套的直徑 高度和傳熱面積 容器外裝有夾套可有如下幾種 1 僅圓筒部分有夾套 2 僅圓筒和下封頭部分有夾套 3 為減小外壓容器計(jì)算長(zhǎng)度 L 在圓筒部分的夾套采用了分段結(jié)構(gòu)或帶有加強(qiáng) 圈 4 圓筒 下封頭及上封頭的一部分有夾套 22 夾套型式可按工藝要求及反應(yīng)釜具體結(jié)構(gòu)的不同而選擇 如上封頭與筒體必須 采用法蘭聯(lián)接時(shí) 就不能采用第 4 種 而本工藝則采用最廣泛應(yīng)用的第 2 種 當(dāng)夾套中蒸汽作為載熱體時(shí) 一般從上端進(jìn)入夾套 凝液從夾套底部排出 如用液體作為冷卻劑時(shí)則相反 采取下端進(jìn) 上端出 以使夾套中經(jīng)常充滿液 體 充分利用傳熱面 加強(qiáng)傳熱效果 由夾套內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑有如下表關(guān)系 表 10 夾套直徑 jDiD 500 600 700 1800 2000 3000j 50i 100i 200i 所以?shī)A套直徑 100 1100 100 1200 ji m 夾套封頭也采用橢圓形 并與筒體取相同直徑 夾套高度應(yīng)由下式計(jì)算 1VHhhgj 由表 B 1 查的一米高的容積 31950 m 0 8849jH1Vh 83475 0 圓整 0 9 900jm 傳熱面積的計(jì)算 當(dāng) DN 為 1100 時(shí) 從表 B 2 查得封頭內(nèi)表面積 1 3980 hF 從表 B 1 查得筒體一米高內(nèi)表面積 3 461F2m 則 F 1 3980 0 9 3 46 4 512h1jH 5 5 溶解釜厚度的計(jì)算 5 5 1 夾套筒體 封頭厚度 夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫 因檢測(cè)困難 故取 0 6 從安全計(jì)夾套上所 23 有焊縫均取 0 6 封頭采用由鋼板拼制的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形的封頭 材料均為 Q235 B 鋼 為腐蝕余量 在此取 22CCm 設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力 Q235 B 鋼的 為 t MPa t 113 MPa 查 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 表 14 6 取鋼板負(fù)偏差 為 0 25 1C 夾套內(nèi)因通入水蒸氣 故因水受 0 3 的外壓 Pa 夾套厚度計(jì)算如下 設(shè)計(jì)厚度 2d ctjD 22C3 016 3 4 9275m 名義厚度 4 9275 0 25 5 1775 n d1 m 圓整后取名義厚度 6n 夾套封頭厚度計(jì)算如下 設(shè)計(jì)厚度 2d ctjcPD5 02 2C3 015 6013 4 9239m 名義厚度 4 9239 0 25 5 1739n d1 m 圓整后取名義厚度 6n 5 5 2 內(nèi)筒筒體厚度的計(jì)算 承受 0 2 內(nèi)壓時(shí)MPa 筒體厚度 設(shè)計(jì)厚度 2 3 7875d ctjD 22C1 06 132 m 名義厚度 3 7875 0 25 4 0375nd1 m 24 圓整后取名義厚度 5n m 筒內(nèi)封頭厚度 設(shè)計(jì)厚度 2 d ctjcPD5 02 2C 015 60132 3 7861 m 名義厚度 3 7861 0 25 4 0321n d1 m 圓整后取名義厚度 5n 5 6 溶解釜攪拌器的設(shè)計(jì) 在反應(yīng)釜中 為增加反應(yīng)速度 強(qiáng)化傳質(zhì)或傳熱效果以及加強(qiáng)混合等作用 常裝設(shè)攪拌裝置 攪拌裝置由攪拌器 傳動(dòng)裝置和攪拌軸組成 5 6 1 攪拌機(jī)的型式與選擇 攪拌器又稱攪拌槳或葉輪 它的功能是提供工藝過(guò)程所需要的能量和適宜 的流動(dòng)狀態(tài) 以達(dá)到攪拌目的 工藝過(guò)程對(duì)攪拌的要求可以分為混合 攪動(dòng) 懸浮 分散四種 攪拌器的型式有很多 他的形狀 尺寸 結(jié)構(gòu)與被攪拌液體的性質(zhì)和要求 實(shí)現(xiàn)的流型有關(guān) 因而根據(jù)工藝要求選用 常用的攪拌器有 槳式攪拌器 框 式和錨式攪拌器 渦輪式攪拌器 推進(jìn)式攪拌器等 1 槳式攪拌器的直徑 d 約等于釜體內(nèi)筒直徑 D 的 槳葉不宜太長(zhǎng) 32 1 因?yàn)閿嚢杵飨牡墓β逝c槳葉的五次方成正比 槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速較低 一般 為 20 100r min 圓周速度在 1 0 5 0m s 廣泛的用于傳熱 溶解 混合等操作 2 框式和錨式攪拌器 葉寬與槳徑之比為 0 07 0 1 槳的高度與槳徑之比為 0 5 1 0 框架貨錨架的直徑 d 一般是釜體內(nèi)徑 D 的 其的轉(zhuǎn)速也不高 109 32 一般為 20 100r min 線速度為 1 0 5 0m s 3 渦輪式攪拌器與推進(jìn)式攪拌器相似 攪拌速度比較高 約為 25 10 300r min 平葉的線速度為 4 10m s 折葉的線速度為 2 6m s 攪拌器的直 徑去反應(yīng)釜內(nèi)徑 D 的 葉數(shù)以 6 葉為好 31 4 推進(jìn)式攪拌器的直徑 d 約取反應(yīng)釜內(nèi)徑 D 的 切向速度可達(dá)31 4 3 15m s 轉(zhuǎn)速為 100 500r min 甚至更高一些 一般對(duì)小直徑取高轉(zhuǎn)速 大直 徑取低轉(zhuǎn)速 推進(jìn)式攪拌器能使物料在反應(yīng)釜內(nèi)作循環(huán)流動(dòng) 所起的作用以容 積循環(huán)為主 上下翻騰效果好 適用于溶解 結(jié)晶 懸浮等操作 5 6 2 反應(yīng)釜的傳動(dòng)裝置 反應(yīng)釜的傳動(dòng)裝置通常設(shè)置在反應(yīng)釜的頂部 一般采用立式 電動(dòng)機(jī)經(jīng)減 速機(jī)將轉(zhuǎn)速減至工藝要求的攪拌速度 減速機(jī)下設(shè)置以機(jī)架 為了保持傳動(dòng)裝 置與軸封裝置安裝的同軸性以及裝拆方便 常在封頭上焊一底座 整個(gè)傳動(dòng)裝 置連機(jī)架及軸封裝置都一起安裝在這個(gè)底座上 5 6 3 攪拌軸的材質(zhì)及加工要求 攪拌軸工作時(shí) 主要有扭轉(zhuǎn) 彎曲和沖擊作用 故軸的材質(zhì)應(yīng)有足夠的強(qiáng) 度 剛度和韌性 此外 為了便于加工制造 還要有優(yōu)良的切削加工性能 所 以常用 45 鋼 對(duì)于要求較低的攪拌軸 也可用 Q235 A 或 35 鋼 本工藝選擇的是槳式攪拌器和 Q235 A 材質(zhì)的攪拌軸 5 7 熱量衡算 聚乙烯醇在溶解釜內(nèi)與水混合溶解是個(gè)恒壓變溫的過(guò)程 夾套中通過(guò)水蒸 氣 則溶解釜內(nèi)的物料由室溫 25 80 聚合度為 1500 的聚乙烯醇的相對(duì)分子質(zhì)量為 OHC42150150630O 1500 44 66000 66 聚 乙 烯 醇Mmolgolgmolkg 水 38 k 53387水n水水 olgk31096 l 26 0 7955聚 乙 烯 醇n聚 乙 烯 醇聚 乙 烯 醇Mmolkg65 2mol 75 291水mPC 1 KolJ 查表可知 1 8 2 3 4 0固 固H固O(píng) 4 184 聚 乙 烯 醇pmMnCa 60150 43 28 1 1 59753 60 1543KJ kg 1 59753 66000 kJ gmol 105436 8 1 mol pQH TnCp 則 總 水 聚 乙 烯 醇 pm水水 Tpm 聚 乙 烯 醇聚 乙 烯 醇 53387 75 291 80 25 0 7955 105436 8 80 25 2 257 510KJ 則所需要的補(bǔ)充的熱量為 2 257 510J 100 時(shí) 水的汽化熱為 2257 kgkJ 4 2 kg水pC 96 412kgOHm2 TQp水 2570 41 由于此反應(yīng)有氣體放出故反應(yīng)釜有排氣孔會(huì)有一部分蒸汽損失根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的 效率 70 故共需蒸汽 96 412 70 137 73kgOHm2 kg 按溶解 6 個(gè)小時(shí)算 27 則通入水蒸汽 137 73 6 22 96 OHm2 kg kgh 6 設(shè)備尺寸及工藝計(jì)算結(jié)果 表 11 設(shè)備尺寸和工藝計(jì)算結(jié)果 計(jì)算項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 容器體積 1 3343m3 筒體操作壓力 0 2 MPa 夾套操作壓力 0 3MPa 筒體操作溫度 80 水蒸氣進(jìn)出口溫度 100 傳熱水蒸氣量 96 412kg 公稱直徑 110mm 筒體高度 1200mm 夾套直徑 1200mm 夾套高度 900mm 筒體厚度 5mm 夾套厚度 6mm 筒體封頭厚度 5mm 夾套封頭厚度 6mm 傳熱面積 4 512m2 28 結(jié)束語(yǔ) 經(jīng) 過(guò) 近 兩 個(gè) 月 的 學(xué) 習(xí) 和 工 作 我 終 于 完 成 年 產(chǎn) 1500 噸 醋 酸 乙 烯 乳 膠 漆 的 生 產(chǎn) 工 藝 設(shè) 計(jì) 的 論 文 在 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 的 實(shí) 踐 中 我 學(xué) 到 了 很 多 知 識(shí) 也 有 很 多 感 受 也 積 累 了 不 少 寶 貴 的 設(shè) 計(jì) 經(jīng) 驗(yàn) 設(shè) 計(jì) 中 我 們 的 課 題 選 用 的 是 工 藝 較 傳 統(tǒng) 和 成 熟 的 半 連 續(xù) 分 批 加 料 法 我 在 本 次 畢 業(yè) 課 題 中 承 擔(dān) 溶 解 釜 的 工 藝 設(shè) 計(jì) 雖 然 我 的 論 文 作 品 已 經(jīng) 完 成 但 還 不 是 很 成 熟 還 有 很 多 不 足 之 處 1 由 于 數(shù) 據(jù) 資 料 不 全 面 物 性 參 數(shù) 和 反 應(yīng) 條 件 均 是 在 理 想 狀 態(tài) 進(jìn) 行 對(duì) 主 要 設(shè) 備 選 型 的 計(jì) 算 結(jié) 果 造 成 一 定 的 誤 差 2 其 他 設(shè) 備 選 型 參 考 了 規(guī) 模 相 似 的 化 工 廠 90 年 代 配 置 以 目 前 的 眼 光 來(lái) 看 有 些 可 能 并 不 是 很 先 進(jìn) 實(shí) 用 3 部 分 數(shù) 據(jù) 的 處 理 較 粗 燥 例 如 熱 量 衡 算 計(jì) 算 用 定 壓 熱 容 是 估 算 值 性 能 計(jì) 算 也 是 采 用 經(jīng) 驗(yàn) 值 4 很 多 工 藝 設(shè) 計(jì) 的 重 要 細(xì) 節(jié) 都 沒(méi) 有 涉 及 到 例 如 工 廠 選 址 廠 房 布 置 設(shè) 備 布 置 管 道 布 置 等 由 于 本 人 能 力 有 限 都 無(wú) 法 完 成 十 分 遺 憾 希 望 在 今 后 的 論 文 設(shè) 計(jì) 中 立 足 實(shí) 際 盡 量 減 少 計(jì) 算 誤 差 在 已 有 條 件 的 基 礎(chǔ) 上 能 對(duì) 論 文 做 更 縝 密 的 設(shè) 計(jì) 由 于 本 人 學(xué) 識(shí) 閱 歷 有 限 在 設(shè) 計(jì) 中 難 免 掛 一 漏 萬(wàn) 謬 誤 之 處 在 所 難 免 敬 請(qǐng) 各 位 讀 者 原 諒 多 多 指 導(dǎo) 這 次 做 論 文 的 經(jīng) 歷 也 會(huì) 使 我 終 身 受 益 我 感 受 到 做 論 文 不 但 要 獨(dú) 立 思 考 更 要 注 重 團(tuán) 隊(duì) 合 作 是 自 己 學(xué) 習(xí) 研 究 的 過(guò) 程 也 是 集 體 學(xué) 習(xí) 研 究 的 過(guò) 程 也 許 我 未 來(lái) 的 工 作 不 是 化 學(xué) 化 工 但 是 各 位 老 師 教 授 給 我 的 學(xué) 習(xí) 方 法 和 工 作 態(tài) 度 都 會(huì) 使 我 終 生 受 益 29 參考文獻(xiàn) 1 林宣益 乳膠漆 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 2 袁才登 乳液膠黏劑 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2003 10 3 馬建中 乙烯基類高分子精細(xì)化學(xué)品的合成及應(yīng)用 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2006 4 4 程鑄生 精細(xì)化學(xué)品化學(xué) 2 版 修訂本 M 上海 華東理工大學(xué)出版社 5 李和平 葛虹 精細(xì)化工工藝學(xué) M 北京 科學(xué)出版社 1991 6 劉國(guó)杰 耿耀宗 涂料應(yīng)用科學(xué)與工藝學(xué) M 北京 中國(guó)輕工業(yè)出版社 1994 1 7 強(qiáng)亮生 王慎敏 精細(xì)化工綜合實(shí)驗(yàn) 3 修訂本 M 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2004 2 8 祁生魯 化學(xué)工程師技術(shù)全書(shū) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2002 1 9 劉光啟 馬連湘 化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè) 有機(jī)卷 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2002 3 10 天津化工研究院編 無(wú)機(jī)鹽工業(yè)手冊(cè) 2 版 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 1995 11 11 董大勤 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 2 版 M 上海 華東理工大學(xué)出版社 2004 12 12 王正平 精細(xì)化學(xué)反應(yīng)設(shè)備與設(shè)計(jì) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 6 30 謝 辭 首先 感謝我的指導(dǎo)老師張孟民老師 在百忙之中 他也關(guān)心著我論文的 進(jìn)度 使我攻下一個(gè)個(gè)難題 他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致 一絲不茍對(duì)待工作 是我以后工作 學(xué)習(xí)的榜樣 他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪 這篇論 文的每個(gè)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù) 都離不開(kāi)他的細(xì)心指導(dǎo) 而他開(kāi)朗的個(gè)性和寬容的 態(tài)度 幫助我能夠很快的融入我們這個(gè)新的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中 在此 我向張老師表 示衷心的感謝 其次 感謝我的合作者 是你們和我共同努力查閱文獻(xiàn) 檢索資料 孜孜 不倦的努力 你們?yōu)槲易霎厴I(yè)設(shè)計(jì)提供了很大的幫助 再次 感謝師長(zhǎng) 同學(xué) 朋友給了我無(wú)盡的幫助 在論文即將完成之際 我的心情無(wú)法平靜 從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成 在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯 的謝意