【正文】 n,production process material balance and energy balance,Selection and calculation of process equipment,plant layout design,waste treatment and prehensive utilization. KEY WORDS： Bisphenol A epoxy resins 。早在十九世紀(jì)后期的 1891 年，德國(guó)人 Lindmann 就曾經(jīng)把環(huán)氧氯丙烷和對(duì)苯二酚反應(yīng)，縮聚成樹脂并用酸酐使其得到固化，但其使用價(jià)值并沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。在當(dāng)前，雙酚 A型環(huán)氧樹脂的產(chǎn)量占到了環(huán)氧樹脂總產(chǎn)量的 85%以上。 ：有仿氯氣味，無色，有毒，不穩(wěn)定，對(duì)眼睛有強(qiáng)烈的刺激，有麻醉性有潛在致癌性，微溶于水，可溶解于醚、醇及甲苯中。 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁， 共 50 頁 ：端羥基化合物和環(huán)氧氯丙烷進(jìn)一步反應(yīng)生成具有端氯化羥基的化合物。一步法可分為一次加堿法和二次加堿法；二步法可分為間歇法和連續(xù)法。502565= 氫氧化鈉： 247。已知常壓下的水的汽化熱為 2258 kJ/kg，假設(shè)熱量利用率為 80%。 法蘭的選取 材料選 Q235－ A，根據(jù) JB47012020 標(biāo)準(zhǔn)選用 DN1600， （ MPa）的甲型平焊法蘭。 查《化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，公稱直徑 iD = 1600 mm、高度 H = 2500 mm 的筒體容積為： = m3；公稱直徑 iD = 1600 mm、曲面高度為 400 mm、直邊高度為 25 mm、壁厚為 6 mm 的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的容積為 m3，則反應(yīng)釜容積為： V = + = m3。 攪拌器的設(shè)計(jì) 以液體為主的攪拌操作中，常將被攪拌物料分為液 液，汽 液，固 液，汽 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁， 共 50 頁 液 固四種情況，攪拌操作既可以看做是一種獨(dú)立的流體力學(xué)范疇單元操作，用以促進(jìn)物料混合為主要的目的；往往又是完成其它的單元操作的必要手段，用以促進(jìn)傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)等為主要的目的。 則 N==此時(shí)雷諾數(shù)： NRe ???2ND = ?? ）（ = 可查得 Nqd=,重新計(jì)算轉(zhuǎn)速 N= 3qddqDN= ?=此時(shí)雷諾數(shù)： NRe=??2ND = ?? ）（ = 可查得 Nqd=，重新計(jì)算轉(zhuǎn)速 N= 3qddqDN= ?= 此時(shí)雷諾數(shù)： NRe=??2ND = ?? ）（ = 此時(shí)讀出 Nqd=，與上一個(gè)設(shè)定的 Nqd 相近，故攪拌槳葉流速可確定為南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁， 共 50 頁 N=攪拌功率的計(jì)算公式為 P=Npρn3d5 其中 Np —— 功率準(zhǔn)數(shù)； n —— 攪拌器轉(zhuǎn)速； ρ —— 流體密度； d —— 攪拌器直徑 綜上知區(qū)域內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)為湍流，其功率曲線呈水平直線，此時(shí)功率準(zhǔn)數(shù) Np為常數(shù)， P=K1ρN3D5?！?） osomoiosiioo RdbdddRddK ??? 11 ????? =1000 1??????? =（ m2 平均溫度下的物性數(shù)據(jù) 苯的汽化熱 為： kJ/kg 冷凝苯所需熱量為： 1Q == 410 kJ 平均傳熱溫差 暫按單殼程、四管程考慮，逆流時(shí)平均溫度差： 苯蒸氣 80℃ （ g） → 80 ℃ （ l） 冷卻水 65℃ ← 25 ℃ t? 15℃ 55℃ 1212ln tttttm??????? = 1555ln1555? = ℃ 因殼程為蒸氣， t?? = 1，選用單殼程可行 冷卻液用量 tcpi ??QW== 4?? = 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁， 共 50 頁 管程傳熱系數(shù) 3iiie ?????? ? ?R = i )c()ud( iiid ??? ??? ?? = ) ( ??? =（ m2s。 (2) 出料管 物料出料管采用 Φ＝ 57 無縫鋼管，配有平焊密封管法蘭。 壁厚的計(jì)算 計(jì)算公式為： ? ?ctic PDPS ?? ??2 = 1 32 1 7 0 ??? ? = mm dS = S ＋ C2 = + 4 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁， 共 50 頁 = mm 查得 C1 = mm dS + C1 = + = mm 圓整后取厚度為 Sn = 6 mm，復(fù)驗(yàn) Sn6% = 66% = 故最后取 C1 = mm,該筒體可用 6 mm 厚 Q235－ A 鋼板制作。 選材 由于物料對(duì)鋼材腐蝕性不強(qiáng)，工作的溫度為 200C～ 1000C，不高于常壓工作，則可選用 Q235－ A。 = 冷卻階段 物料溶解后在反應(yīng)釜中可采用夾套通冷水的方法，由 70℃ 冷卻至 55℃ ，若冷卻水的進(jìn)口溫度為 25℃ ，出口時(shí)的溫度為 40℃ 。 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁， 共 50 頁 2 工藝流程設(shè)計(jì) 工藝流程框圖 雙酚 A 環(huán)氧氯丙烷 循環(huán)使用 NaOH 環(huán)氧氯丙烷 苯 NaOH 產(chǎn)品 圖 溶 解 反 應(yīng) 減 壓 溶 解 反 應(yīng) 冷卻 洗滌 過 濾 脫 苯 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁， 共 50 頁 工藝流程敘述 A 與環(huán)氧氯丙烷，升溫到 70℃ ,保溫 30分鐘 ,使雙酚 A 溶解 ,然后冷卻降溫到 50℃ ,于 50℃ 55℃ 下滴加第一批 NaOH 溶液 ,約 4 小時(shí)加完 ,然后升溫到 55℃ 60℃ ,并保溫 4 小時(shí) ,使之充分反應(yīng) . ,約 2 小時(shí) . 65℃ 一下 ,加入苯 ,同時(shí)滴加第二批 NaOH 溶液 ,1 小時(shí)內(nèi)滴加完 ,反應(yīng)在 65℃ 70℃ 保溫 3 小時(shí) . 40℃ 以下時(shí)放入分離器中用熱水洗滌 ,分出水層 ,直到環(huán)氧樹脂的苯溶液透明 ,環(huán)氧樹脂溶液經(jīng)過過濾器過濾進(jìn)入儲(chǔ)槽再去精制釜精制 . ,然后減壓蒸餾 ,蒸出苯 ,蒸出的苯經(jīng)過冷凝器進(jìn)入苯回收器 ,樹脂經(jīng)過過濾器過濾進(jìn)入儲(chǔ)槽 ,得到產(chǎn)品 . 生產(chǎn)周期約 16 小時(shí) 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁， 共 50 頁 3 物料衡算 計(jì)算條件與數(shù)據(jù)理 1）假設(shè)每年生產(chǎn) 300 天，則每天的產(chǎn)量為： Md=1500247。此外還可能有一些不可避免的副反應(yīng)，如酚羥基與環(huán)氧基的反常加成反應(yīng)和環(huán)氧基的水解反映等。 雙酚 A 型環(huán)氧樹脂合成方法 合成原理 雙酚 A 型環(huán)氧樹脂是在堿性催化劑 (通常用 NaoH)作用下由環(huán)氧氯丙烷和雙酚A 經(jīng)縮合而成，反應(yīng)歷程在學(xué)術(shù)界還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。規(guī)律如下： 分子量上升、環(huán)氧值降低、 軟化點(diǎn)上升、 固化物硬度下降、羥基含量上升、 固化物柔韌性增強(qiáng)、固化溫度上升 環(huán)氧樹脂的固化在不同分子量時(shí)期主要作用的基團(tuán)是不同的，在低分子量時(shí)主要是通過環(huán)氧基的反應(yīng)，當(dāng)隨著分子量的逐漸增大時(shí)，羥基的作用逐漸增大，而環(huán)氧基的作用明顯減小，所以超高分子量的環(huán)氧樹脂不需要借助固化劑便可以形成堅(jiān)韌的涂膜。瑞士 CIBA 公司， 美國(guó)的Shell 公司以及 De Chemical 公司 也開始了環(huán)氧樹脂的工業(yè)化生產(chǎn)，并 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)和應(yīng)用工作。 本文從合成工藝、生產(chǎn)技術(shù)、車間布置、環(huán)境保護(hù)等方面對(duì)年產(chǎn) 1500 噸的雙酚 A型環(huán)氧樹脂進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：工藝流程設(shè)計(jì)，工藝路線選擇，生產(chǎn)過程物料衡算與能量衡算，工藝設(shè)備的選型與計(jì)算，車間布置設(shè)計(jì)，三廢處理及其綜合利用等。到了二十世紀(jì)前期，一直沒有人進(jìn)行進(jìn)一步的研究，當(dāng)瑞士人 Pierre Castan和美國(guó)人 已經(jīng)到了 1930 年，在之后的 1934 年， Schlack 把含有一個(gè)以上的環(huán)氧基團(tuán)的化合物用胺類化合物聚合成高分子，并在德國(guó)公開發(fā)表專利。 雙酚 A 型環(huán)氧樹脂的特點(diǎn)和用途 雙酚 A型環(huán)氧樹脂是由雙酚 A和環(huán)氧氯丙烷在堿性條件下經(jīng)過縮合，經(jīng)水洗、脫溶劑精制成的高分子化合物。取樣化驗(yàn)時(shí)，要取上層。 ：生成的氯化羥基再 NaOH 反應(yīng)，然后脫 HCl 生成環(huán)氧基。 目前低分子量液體環(huán)氧樹脂和中分子量固體環(huán)氧樹脂一般采用一步法工藝；高分子量環(huán)氧樹脂采用兩步法。502213= 輸出物質(zhì)： 雙酚 A： = 環(huán)氧氯丙烷： = 氫氧化鈉： = 氯化鈉： 水： 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁， 共 50 頁 以上計(jì)算可得到下列物料平衡表 表 輸入物質(zhì) 質(zhì)量（ kg） 輸出物質(zhì) 質(zhì)量（ kg） 雙酚 A 雙酚 A 環(huán)氧氯丙烷 環(huán)氧氯丙烷 氫氧化鈉 氫氧化鈉 苯 苯 環(huán)氧樹脂 （其中有 未回收到） 水 氯化鈉 總計(jì) 總計(jì) 回收過量環(huán)氧氯丙烷 環(huán)氧氯丙烷（ g） 環(huán)氧氯丙烷（ l） 圖 環(huán)氧氯丙烷回收框圖 設(shè)冷卻回收率為 97%： 對(duì)于輸入物料為一股： 環(huán)氧氯丙烷： 對(duì)于輸出物料為一股： 環(huán)氧氯丙烷： 97%= 由以上計(jì)算可得下列物料平衡表： 冷凝器 5 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁， 共 50 頁 表 輸入物料 質(zhì)量（ kg） 輸出物料 質(zhì)量（ kg） 環(huán)氧氯丙烷 回收環(huán)氧氯丙烷 未回收 總計(jì) 收率： 97% 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)