【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 internal pressure, external pressure, mixing, power, motors, bearings, pipe. 武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 聚醋酸乙烯乳液即白乳膠 ,為單一組份的化合物。聚醋酸乙烯乳液為白色的粘稠液體 ,其粘接強(qiáng)度高、柔韌性好 ,用它制成的水性乳膠漆色彩鮮艷 ,耐酸堿和耐水洗滌 ,不易泛黃。聚醋酸乙烯乳液是以水為分散介質(zhì) ,不使用易污染的溶劑 ,具有生產(chǎn)方便、價(jià)格低、粘合強(qiáng)度高、無(wú)毒無(wú)腐蝕性、無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)和耐候性好等特點(diǎn) ,可制成高濃度的產(chǎn)品。它是廣泛用于木材、織物、包裝、建筑等行業(yè)的粘合劑 ,是市場(chǎng)上粘合劑用量最大的品種 ,在家具拼板中的用量日益增加。由于白乳膠 的應(yīng)用很廣泛，而且在世界范圍內(nèi)的需求量迅速增大，發(fā)展前景可觀，所以白乳膠的生產(chǎn)工藝流程很重要。我國(guó)是在二十世紀(jì)五十年代才開始研究白乳膠，在二十世紀(jì)七十年代才開始實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化的生產(chǎn)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)于白乳膠的應(yīng)用主要還是在膠黏劑方向，而水性漆方向是國(guó)內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)，所以針對(duì)不同特性的改性白乳膠需要尋求更好的生產(chǎn)工藝。美國(guó)的聚醋酸乙烯的消費(fèi)占醋酸乙烯用量的第一位。聚醋酸乙烯的最大用戶是粘合劑 ,其次是乳膠漆。美國(guó)用乙烯類單體為原料制造水性乳膠漆的產(chǎn)量已占涂料總產(chǎn)量的近半左右。西歐的聚醋酸乙烯主要用于涂料和建筑 ,其次用于粘 合劑和纖維。西歐涂料工業(yè)中所消費(fèi)的聚醋酸乙烯約占總消費(fèi)量的 37%。日本將聚醋酸乙烯主要用于粘合劑。國(guó)內(nèi)的聚醋酸乙烯的用途分別為 :粘合劑占 55%,印刷占 10%,卷煙占 10%,涂料與建筑占 20%,織物加工占1%,其他 4%。國(guó)外的用途分別為 :粘合劑占 37%,涂料和建筑占 35%,紙張和織物加工占 10%以上。相比之下 ,國(guó)內(nèi)的聚醋酸乙烯的應(yīng)用尚有相當(dāng)?shù)牟罹?,在織物加工與紙張加工方面尚有較大的市場(chǎng)潛力。 聚醋酸乙烯乳液在建筑上可與其他的材料配合使用。在水泥砂漿中加入10%～ 20%可提高抗壓強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度。與填料等配合可用 于地面、墻面施工等。聚醋酸乙烯乳液廣泛用于纖維、無(wú)紡布、植絨、紙張等的粘接。還可用于制造紙管、耐水瓦機(jī)紙板、鋁箔等。在粘合性、耐水性、貯存性等方面優(yōu)于其他粘合劑。在我國(guó) ,應(yīng)拓展聚醋酸乙烯在涂料、建筑、造紙和織物加工等方面的應(yīng)用。美國(guó)的聚醋酸乙烯年需求增長(zhǎng)率為 3%,在紙業(yè)中的年用量已達(dá)到 13 萬(wàn)噸。美國(guó)聚醋酸乙烯的年用量為 64萬(wàn)噸。西歐聚醋酸乙烯的年用量為 68 萬(wàn)噸。國(guó)內(nèi)的年用量為 24 萬(wàn)噸。年需求增長(zhǎng)率為 10%。 由于白乳膠的消耗量巨大，并且發(fā)展前景尤為可觀所以本次設(shè)計(jì)選擇了白乳膠生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)這個(gè)題目。通過查閱各 種文獻(xiàn)，和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)確定了合適的白乳膠生產(chǎn)配方，以及生產(chǎn)的工藝流程。相同的配方，不一樣的工藝就會(huì)生產(chǎn)出不同等級(jí)的產(chǎn)品，尤其是高分子合成，引發(fā)劑的加入時(shí)間，引發(fā)劑的加入頻率，加入的量的多少都決定了高分子聚合的進(jìn)度，為了避免引起爆聚，要很注重引發(fā)劑的加入。乳液聚合容易在反應(yīng)后期破乳，所以聚合反應(yīng)的乳化劑的選擇很重要，武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 不僅要求乳化效果好，還要價(jià)格便宜，單一的乳化劑并不能完全的滿足生產(chǎn)需求，所以可以使用多種乳化劑的復(fù)配使用。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室的反復(fù)試驗(yàn)確定了使用 SDS和 OP10， SDS是應(yīng)用很廣泛，而且價(jià)格比較合適的表面 活性劑， OP10的乳化效果很好，而且是液體乳化劑，兩者按照配方中的比例復(fù)配，達(dá)到了不錯(cuò)的乳化效果。 武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 物料衡算的任務(wù) 通過物料衡算確定聚合釜的個(gè)數(shù)、體積、每釜投料量及各工序進(jìn)出物料量。為設(shè)備計(jì)算、選型和熱量衡算提供依據(jù)。 衡算的依據(jù) 1設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模 年產(chǎn)白乳膠 5000 噸 2 設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間 7500 小時(shí) /年 3 生產(chǎn)周期 24 小時(shí) 收集的數(shù)據(jù) 1 白乳膠密度 （ 25℃） 2水的密度 （ 25℃） 3參考配方 表 21 配方列表（質(zhì)量比） 名稱 質(zhì)量分?jǐn)?shù) (%) 醋酸乙烯 50 蒸餾水 40 聚乙烯醇 4 鄰苯二甲酸二丁酯 5 過硫酸鉀 1 碳酸氫鈉 適量 衡算基準(zhǔn) 以一釜物料為衡算對(duì)象，以釜中生成的樹脂為衡算基準(zhǔn)。單位為 kg/釜。 聚合釜投料量 聚合過程中物料體積變化不大，因此以 25℃時(shí)的物料體積為依據(jù)來(lái)計(jì)算釜內(nèi)物料體積。初步選取 ，聚合釜裝料系數(shù)取為 。則聚合釜有效體積為 6m3 聚合釜投料量根據(jù)參考配方按比例計(jì)算。計(jì)算過程略。 武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 表 22 聚合釜投料量表 名稱 質(zhì)量（ kg) 醋酸乙烯 2800 蒸餾水 2600 聚乙烯醇 150 鄰苯 二甲酸二丁酯 260 過硫酸鉀 60 碳酸氫鈉 適量 每釜年生產(chǎn)能力及釜的個(gè)數(shù) 設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn) 白乳膠 5000 噸，設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間為每年 7500 小時(shí)，生產(chǎn)周期為 24小時(shí)，每釜生產(chǎn)能力為 6000kg。 則每釜年生產(chǎn)能力為： 6000 7500247。 24=1875000Kg=1875 噸 取聚合釜備用系數(shù)為 則聚合釜個(gè)數(shù)為： n= 5000247。 1875= 因此聚合釜個(gè)數(shù)可取為 3個(gè)。 工藝流程的簡(jiǎn)介 （ 1） 將聚乙烯醇和蒸餾水加入反應(yīng)鍋中，緩緩加熱 升溫至 80 攝氏度，充分?jǐn)嚢杈鶆?，?jīng)過 4～ 6 個(gè)小時(shí)充分溶解。 （ 2） 降溫到 60～ 65攝氏度，實(shí)行保溫，一邊按配方量的 15%醋酸乙烯，一邊按配方量的 40%加入過硫酸鉀。 （ 3） 反應(yīng)時(shí)會(huì)放出熱量溫度回升高，在溫度達(dá)到 80 攝氏度左右時(shí)，按照配方用量分別加入醋酸乙烯，每次 10%，在 6～ 8 個(gè)小時(shí)內(nèi)添加完畢。 （ 4） 在逐步滴加醋酸乙烯的過程中，每小時(shí)加入過硫酸鉀的 4%～ 6%，等醋酸乙烯添加完后將余下的過硫酸鉀全部倒入反應(yīng)器內(nèi)，此時(shí)溫度上發(fā)生到 90攝氏度到 95攝氏度。 （ 5） 保溫 30 分鐘，冷卻到 50 攝氏度，加入鄰苯 二甲酸二丁酯，攪拌均勻，用碳酸氫鈉調(diào)劑ＰＨ，然后冷卻，成品包裝。 武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 物料流程 簡(jiǎn) 圖 醋酸乙烯 過硫酸鉀 聚乙烯醇 蒸餾水 聚乙烯 醇的溶 解 反應(yīng)釜 的聚合 反應(yīng) 乳化劑 碳酸氫鈉 乳化反 應(yīng)釜 白乳膠儲(chǔ)槽 去包裝車間 武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 設(shè)計(jì)任務(wù) 選擇聚合釜及夾套材料，確定聚合釜和夾套的幾何尺寸，并對(duì)聚合釜及 夾套進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 設(shè)計(jì)依據(jù) 1 設(shè)計(jì)壓力 聚合釜 Pa（外壓） 夾套 Pa 2 設(shè)計(jì)溫度 聚合釜 150℃ 夾套 150℃ 3 聚合釜體積 聚合釜幾何尺寸的確定 初步選取公稱直徑為 Dg1600 的筒體，封頭選取 Dg1600 的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。查表得封頭的尺寸如下： 曲邊高度 h1=400mm 直邊高度 h2=50mm 內(nèi)表面積 Fh= 容積 Vh= 查表得 Dg2020 的筒體的有關(guān)數(shù)據(jù)如下： 一米高容積 V1= 一米高內(nèi)表面積 F1= 則筒體高度計(jì)算為： H=（ VV 封 ） /V1=（ ）247。 = m = 長(zhǎng)徑比 H/D=3400247。 1600=。 釜的實(shí)際體積為： V 實(shí)際 = HV1+V 封 = + = 釜的實(shí)際裝料系數(shù)為： η 實(shí)際 =V 物 /V 實(shí)際 =6247。 = 由此可見，聚合釜的尺寸是合理的。 武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 夾套幾何尺寸的確定 取公稱直徑為 Dg1700 的夾套，夾套封頭也采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，并取與夾套筒體相同的直徑。 查表得 Dg1700 的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的有關(guān)尺寸如下： 曲邊高度 h1=425mm 直邊高度 h2=50mm 內(nèi)表面積 Fh= 容積 Vh= 聚合釜筒體部分物料的高度： H 物 =（ V 物 V 封 ） /V1=（ ）247。 = 液面高度 H 液 =H 物 +h1+h2=2850+50+450=3120mm 夾套包圍的筒體高度 H 包 =H 物 +△ =+= 夾套筒體的高度 H 夾 =H 包 +50=2800+25=2825mm 聚合釜內(nèi)傳熱面積 A=H 包 F1+Fh= += 聚合釜壁厚的計(jì)算 聚合釜采用 0Cr18Ni9 與 16MnR 不銹鋼復(fù)合鋼板制造?？梢?16MnR 鋼來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 初步選取鋼板名義厚度δ n=16mm，則鋼板有效厚度δ e=δ n C ,其中 C = C1+C2 C1為鋼板負(fù)偏差，取 ,C2為腐蝕裕度，取 1mm, 則壁厚附加量 C=, δ e= D0/δ e=（ Di +2δ n） /δ e 其中 D0為聚合釜外徑， Di 為聚合釜內(nèi)徑。則 D0/δ e=（ 1600+16 2） /=115 計(jì)算長(zhǎng)度 L=H+h2+1/3h1 ， 其中 H為筒體高度， h2為封頭直邊高度， h1為封頭曲邊高度。則 L=3400+50+1/3 400=3583mm L/D0=3583/1632= 查《外壓或軸向受壓圓筒幾何參數(shù)計(jì)算圖》（見設(shè)計(jì)參考 圖）， 得到系數(shù) A= 然后查圖《外壓圓筒和球殼厚度計(jì)算圖（ 16MnR 鋼）》（見設(shè)計(jì)參考圖） 得到 B=75MPa 則計(jì)算許用外壓力［ P］ ［ P］ =B/（ D0/δ e） =75/115= M Pa 武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 設(shè)計(jì)外壓 P= ，小于［ P］且比較相近。則所選取的δ n=16 mm 符合要求。 即筒體厚度δ n=16mm 封頭厚度取與筒體相同的厚度 16mm。 夾套厚度的計(jì)算 夾套選用 20R 鋼板制造。 夾套計(jì)算厚度為： δ = PcDi/（ 2φ［σ］ tPc） 式中 Pc為計(jì)算壓力，取 ， Di為夾套內(nèi)徑， 1700mm, φ為焊縫系數(shù)，取 （雙面對(duì)接焊，局部無(wú)損探傷） ［σ］ t為材料許用應(yīng)力，查表得 113MPa 則δ = 17