【正文】 由原料單耗可得每批原料用量如下表： 表 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 24 090 縮合工段物料衡算： 圖 (1)對(duì)于輸入物料分四股，分別如下： ① 98%的環(huán)氧氯丙烷中： 環(huán)氧氯丙烷： 55 73098%=54 水： 55 730%= 不溶雜質(zhì)： 55 730%=1 ② 95%的雙酚 A 中： 雙酚 A： 68 75095%=65 水： 68 7503%=2 不溶雜質(zhì)： 68 7502%=1 375kg ③ %的 NaOH 中： NaOH： 24 090%=23 98%環(huán)氧氯丙烷 95%雙酚 A NaOH 苯 5 反應(yīng)釜 5 環(huán)氧氯丙烷 雙酚 A 5 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 物料衡算 17 水： 24 090%= 不溶雜質(zhì)： 24 090%= ④ 96%的苯中： 苯： 23 52096%=22 水： 23 520%= 不溶雜質(zhì)： 23 520%= (2)對(duì)于輸出物料的計(jì)算如下： 設(shè)縮合反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率等于收 率，即為 95%，則： 反應(yīng)的總方程式如下 H O C H 3C H 3 O H C l O+ 2 O O C H 3C H3 O O + 2HC lN a O H 228 2 332 2 65 x y z 由上反應(yīng)方程式： x/2=y/332=z/2=62 可得： x=50 ,y=90 ,z=19 所以反應(yīng)后的各物料質(zhì)量如下 : 雙酚 A: 6 (195%)= 3 環(huán)氧氯丙烷： 54 =4 HCl： 19 kg 環(huán)氧樹(shù)脂： 90 kg NaOH + HCl = NaCl + H? O 40 18 x y z 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 物料衡算 18 則有 x/40=y/=z/182=19 / 可得： x=21 ,y=31 ,z=9 故 NaOH=24 09021 =2 以上計(jì)算可得到下列物料平衡表 表 縮合反應(yīng)物料平衡表 輸入物 料
。這里所說(shuō)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(guò)量的量，不包括每步反應(yīng)損失掉的產(chǎn)品量。330= 一天生產(chǎn)兩批，則每批的產(chǎn)量為 m =2） 設(shè)以生產(chǎn) 1t（ 1 000kg）環(huán)氧樹(shù)脂為基準(zhǔn) 原料單耗如下： 表 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%) 3） 原料規(guī)格及 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下： 表 原料規(guī)格及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)表 名稱 分子量 凈含 含水分 含惰性雜質(zhì) 環(huán)氧氯丙烷 98% % % 雙酚 A 95% 3% 2% 純苯 96% % % 液體燒堿 % % % 雙酚 A型環(huán)氧樹(shù)脂 99% % % 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(guó)化工醫(yī)藥產(chǎn)品大全》 (卷一，卷二 )和 化工原料商品手冊(cè) 。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(shù)脂）。 回收過(guò)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(guò)濾器。 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(shù)脂苯溶液由中間儲(chǔ)罐通過(guò)輸送泵以切線方向進(jìn)入薄膜蒸發(fā)器，進(jìn)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(jìn)入苯儲(chǔ)罐；隨著樹(shù)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(shù)脂與苯便分離開(kāi)了，樹(shù)脂流入樹(shù)脂接受器。 無(wú)論進(jìn)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(guò)分相器底部通過(guò) U 型彎流出，而水只能通過(guò)上部溢流口流出。 環(huán)氧氯丙烷自動(dòng)分相回收技術(shù) 由于反應(yīng)中環(huán)氧氯丙烷是過(guò)量的，縮合反應(yīng)后的水和過(guò)量的環(huán)氧氯丙烷在102℃ 形成共沸物一同被蒸出，進(jìn)入冷凝器冷凝后，水和環(huán)氧氯丙烷自動(dòng)分層，進(jìn)入環(huán)氧氯丙烷自動(dòng)分相器，環(huán)氧氯丙烷自動(dòng)分相器是利用環(huán)氧氯丙烷和水的密度的不同進(jìn)行分離的。 ⑤ 包裝。 ④ 在回流脫苯釜內(nèi)回流至蒸出的苯清晰無(wú)水珠為止?？刂品磻?yīng)溫度為 50OC，維持一定時(shí)間至反應(yīng)結(jié)束后，回收過(guò)量環(huán)氧氯丙烷供循環(huán)使用。 工藝流程： ① 把雙酚 A 投入溶解釜中，然后通過(guò)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。在兼顧企業(yè)的實(shí)際情況同時(shí)制定出工藝流程簡(jiǎn)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(gè)生產(chǎn)裝置達(dá)到高水平。能與乙醇、乙醚、丙酮任意混溶，微溶于水。具強(qiáng)折光性。 苯：無(wú)色透明液體。取樣化驗(yàn)時(shí)，要取上層。 ECH：是一種易揮發(fā)、無(wú)色透明液體，有毒！對(duì)皮膚有灼傷作用，能嚴(yán)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。 本設(shè)計(jì)由于產(chǎn)量低 、要求轉(zhuǎn)化率高、無(wú)副產(chǎn)品、費(fèi)用少、 所以采用一步法。 此法是在高溫進(jìn)行反應(yīng)，所以副反應(yīng)多，生成物中有支鏈結(jié)構(gòu)。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)。 與一步法比較，二步法反應(yīng)時(shí)間短，操作穩(wěn)定，溫度波動(dòng)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(shù)脂，對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)來(lái)說(shuō)，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備稍作改動(dòng)就可以上馬，是很經(jīng)濟(jì)的方法。二步法也可以選擇銨鹽、膽堿作為催化劑 ,無(wú)機(jī)鹽 ，含硫有機(jī)化合物 。然后，在減壓下蒸盡環(huán)氧氯丙烷。 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(shí)加入三苯基膦鹵化物或三苯基膦作催化劑，升溫使體系在 40～ 120℃ 發(fā)生醚化反應(yīng)，生成氯醇醚。此外還有一次河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 生產(chǎn)工 藝設(shè)計(jì) 9 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。反應(yīng)完畢，加入苯，升溫溶解，然后靜置水洗，上層的樹(shù)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。堿滴加完后保溫反應(yīng)一段時(shí)間，然后減壓回收未反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷。 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(jìn)行縮聚，即開(kāi)環(huán)和閉環(huán)在同一反應(yīng)條件下進(jìn)行的 工藝方法。從而能獲得預(yù)定相對(duì)分子質(zhì)量的、端基為環(huán)氧基的線型環(huán)氧樹(shù)脂。此外還可能有一些不希望有的副反應(yīng)，如環(huán)氧基的水解反應(yīng)、酚羥基與環(huán)氧基的反常加成反應(yīng)等。不僅環(huán)氧值偏低，而且溶解性很差，甚至反應(yīng)中會(huì)凝鍋 。國(guó)產(chǎn) E5E54 環(huán)氧樹(shù)脂就是采用二步法工藝合成的 產(chǎn)品。 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(guò)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(jìn)行反應(yīng)生成環(huán)氧樹(shù)脂。 一步法工藝是把雙酚 A和環(huán)氧氯丙烷在 NaOH作用下進(jìn)行縮聚， 即開(kāi)環(huán)和閉環(huán)反應(yīng)在同一反應(yīng)條件下進(jìn)行的。 生產(chǎn)工藝 環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)工藝一般分為一步法和二步法。從而能獲得預(yù)定相對(duì)分子質(zhì)量的、端基為環(huán)氧基的線型環(huán)氧樹(shù)脂。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。 在環(huán)氧氯丙烷過(guò)量情況下，繼續(xù)不斷地進(jìn)行上述開(kāi)環(huán)．開(kāi)環(huán)一閉環(huán)反應(yīng)，最河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 生產(chǎn)工 藝設(shè)計(jì) 8 終即可得到二端基為環(huán)氧基的雙酚 A 型環(huán)氧樹(shù)脂。 (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(kāi)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)。其反應(yīng)歷程的說(shuō)法不一，尚無(wú)定論，本書(shū)不作探討。 根據(jù)其相對(duì)分子質(zhì)量的高、低可分為低相對(duì)分子質(zhì)量環(huán)氧樹(shù)脂 （ M≤400） 、中等相對(duì)分子質(zhì)量環(huán)氧樹(shù)脂 （ M＝ 4001 400） 、高相對(duì)分子質(zhì)量環(huán)氧樹(shù)脂 （ M＝ 1 400－ 8 000） 和 超高分子量樹(shù)脂（ M＝ 10 萬(wàn)－ 45 萬(wàn)）。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(jī)械強(qiáng)度好。環(huán)氧樹(shù)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。 雙酚 A 型環(huán)氧樹(shù)脂具有粘接、防腐蝕、成型性和熱穩(wěn)定性能，在機(jī)械、電氣和耐化學(xué)藥品性方面的性能非常優(yōu)越。它的產(chǎn)量和應(yīng)用水平也可以從一個(gè)側(cè)面反映一個(gè)國(guó)家的工業(yè)技術(shù)的發(fā)達(dá)程度。例如：飛機(jī)、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(jī)的絕緣材料、鋼鐵和木材的涂料、機(jī)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(shù)脂。 20世紀(jì) 60年代中期開(kāi)始研究一些新型的脂環(huán)族環(huán)氧：酚醛環(huán)氧樹(shù) 脂、聚丁二烯環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油酯環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油胺環(huán)氧河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引言 6 樹(shù)脂等，到 70年代末期中國(guó)已形成了從 單體 、樹(shù)脂、輔助材料，從科研、生產(chǎn)到應(yīng)用的完整的工業(yè)體系。 中國(guó)研制環(huán)氧樹(shù)脂始于 1956年，在沈陽(yáng)、 上海 兩地首先獲得了成功。最近又開(kāi)發(fā)了水性環(huán)氧樹(shù)脂和稠環(huán)耐溫耐濕環(huán)氧樹(shù)脂。 70年代開(kāi)始了低氯含量的電子級(jí)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(shù)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(shù)脂得到發(fā)展。在歐洲，工 業(yè)化脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂于 20世紀(jì) 60年代初問(wèn)世， 1963年通過(guò)汽巴公司引入美國(guó)， 1965年汽巴引進(jìn)聯(lián)碳塑料的許多多官能團(tuán)環(huán)氧的品種，大約 1960年 FMC CORP．開(kāi)始經(jīng)銷環(huán)氧化聚丁二烯。 1957年有關(guān)環(huán)氧樹(shù)脂的合成工藝的專利問(wèn)世，是由 Shell Developmet co．申請(qǐng)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(shù)脂固化物的應(yīng)用。殼牌化學(xué)品 公司和聯(lián)碳塑料生產(chǎn)多官團(tuán)能酚縮水甘油醚等特種耐溫樹(shù)脂，制造商還提供了脂肪族多元醇一環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂。在 1955～ 1965年期間，環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量明顯提高，雙酚 A 環(huán)氧樹(shù)脂已有所有的 平均相對(duì)分子質(zhì)量 等級(jí)的牌號(hào)。如 1956年 美國(guó)聯(lián)合碳化物公司 開(kāi)始出售脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂， 1959年 Dow 化學(xué)公司生產(chǎn) 酚醛環(huán)氧樹(shù)脂 。 1955年夏季，四種基本環(huán)氧樹(shù)脂在美國(guó)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(shù)脂生產(chǎn)線。不久瑞士的 CIBA(汽巴 )河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引言 5 公司、美國(guó)的 Shell(殼脾 )和 Dow(道 )公司開(kāi)始了環(huán)氧樹(shù)脂的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)工作。然而環(huán)氧樹(shù)脂第一次具有工業(yè)價(jià)值的制造是在 1947年由美國(guó)的 DevoeRaynolds 公司完成的 ，它開(kāi)辟了環(huán)氧氯丙烷一雙酚 A 樹(shù)脂的技術(shù)歷史，環(huán)氧樹(shù)脂開(kāi)始了工業(yè)化開(kāi)發(fā)，且被認(rèn)為是優(yōu)于老的酚醛樹(shù)脂和聚酯樹(shù)脂的一種技術(shù)進(jìn)步。Rayno1ds 開(kāi)始試生產(chǎn)涂料樹(shù)脂，而 CIBA公司得到 De Trey Freres 許可，開(kāi)始進(jìn)一步發(fā)展液體涂料、層壓材料和粘接劑用液體環(huán)氧樹(shù)脂。除此之外，在 第二次世界大戰(zhàn) 前，沒(méi)有全面開(kāi)發(fā)環(huán)氧樹(shù)脂技術(shù)。 1939年年初 Greenlee 也獨(dú)自生產(chǎn)出了高分子 質(zhì)量雙酚 A 環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂并用于高級(jí)熱固性涂料。Rayno1ds 公司的 Greenlee。 1933年德國(guó)的 Schlack[1]研究現(xiàn)代雙酚 A 環(huán)氧樹(shù)脂同雙酚 A 的分離技術(shù)。 10年之后才應(yīng)用于環(huán)氧樹(shù)脂合成技術(shù)之中。廣泛地講，環(huán)氧樹(shù)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。但是它的使用價(jià)值沒(méi)有被揭示。 發(fā)展簡(jiǎn)史 環(huán)氧樹(shù)脂的發(fā)明曾經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期。由此特種樹(shù)脂、固化劑、稀釋劑的品種將會(huì)有更大發(fā)展，形成多