【正文】 反應(yīng)釜是生產(chǎn)雙酚 A 型環(huán)氧樹(shù)脂最關(guān)鍵的設(shè)備，其是否先進(jìn)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)起決定作用，他不但關(guān)系到裝置能否進(jìn)行正常運(yùn)行，而且影響裝置的生產(chǎn)能力、傳熱、傳質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量和裝置的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 總生產(chǎn)量 CYD014 型生產(chǎn)樹(shù)脂年消耗 NaOH 量、 ECH 和 BPA 的求?。? ( NaOH) ?總 ( ECH ) = ( BPA ) = 反應(yīng)釜設(shè)計(jì) 容積 的計(jì)算 我們本次設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜在常壓條件下進(jìn)行操作，進(jìn)入反應(yīng)釜的原料都是液態(tài)，反應(yīng)開(kāi)始前，粘度較小，隨之反應(yīng)進(jìn)行，粘度會(huì)逐漸增大，因此，反應(yīng)釜采用渦輪式攪拌器（圓盤(pán)彎葉）。間歇法生產(chǎn)雙酚 A 型環(huán)氧樹(shù)脂的反應(yīng)釜屬于中壓容器，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該考慮液體黏度的問(wèn)題，據(jù)此進(jìn)行主要設(shè)備的選擇和尺寸工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算。 5～ 15 C? ，取進(jìn)口水 T=75 C? 、出口水 T=70 C? ； 5～ 10 C? ，取進(jìn)口水 T=30 C? 、出口水 T=40 C? ； ，溫差在 7～ 17 C? 之間。熱量衡算以物料衡算為基礎(chǔ)，而它又是設(shè)備計(jì)算的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)反應(yīng)不僅兼具了 “三傳 [8]”（動(dòng)量傳遞、質(zhì)量傳遞、熱量傳遞），而且自身還有化學(xué)反應(yīng)放熱反應(yīng)。 操作條件與控制指標(biāo) 反應(yīng)溫度 90? 3 C? 處料壓力 常壓 轉(zhuǎn)化率 98% 物化常數(shù)表 [6] 表 32 物化常數(shù) 名稱(chēng) 分子量 密度 沸點(diǎn) / C? 閃點(diǎn) / C? 自燃點(diǎn) /C? 環(huán)氧氯丙烷 116 416 雙酚 A — 甲 苯 480 燒堿（ 30%） 1390 — — 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 對(duì) CYD014型的計(jì)算（年產(chǎn)量 5000t） 確定分子量 在進(jìn)行物料衡算是需要確定環(huán)氧樹(shù)脂的分子量，在這我們以 CYDO14 型環(huán)氧樹(shù)脂的分子量進(jìn)行計(jì)算，由環(huán)氧樹(shù)脂分子式 [7] 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以得到環(huán)氧樹(shù)脂分子量M=340+284n，其中 n 為反應(yīng)度，計(jì)算如下： 當(dāng) n=0 時(shí)， M=340 當(dāng) n=1 時(shí)， M=624 當(dāng) n=2 時(shí)， M=908 當(dāng) n=3 時(shí)， M=1192 當(dāng) n=4 時(shí)， M=1476 當(dāng) n=5 時(shí)， M=1760 當(dāng) n=6 時(shí)， M=2044 而( E C H ) 20xx 2 1 .6 29 2 .5 2n m ol?? ( B P A ) 4200 2 5 0 . 8 ( 1 1 . 2 % )2 2 8 . 2 8 1 8 . 1 82 5 0 . 8Nan m o l? ? ? ??? ( n 2 ) E CH ~ ( n 1 ) B PA N an n 2 2 1 . 6 2 1 . 1 8 9n n 1 1 8 . 1 8E CHB P A Na?? ? ??? ? ? ?? n24 = n1n2 5 = n1 nn???????又 時(shí) ，時(shí) ， 故設(shè) 4n? 占 CYD014 中的百分?jǐn)?shù)為 x 1 .2 1 .1 6 7( 1 x ) 1 .1 8 9x ? ? ? 得 ? 即 4n? 占 CYD014 中的百分?jǐn)?shù)為 67% 5n? 占 CYD014 中的百分 數(shù)為 33% 當(dāng) 4n? ，其對(duì)應(yīng)的環(huán)氧樹(shù)脂分子式為： 1 1476M? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 當(dāng) 5n? ，其對(duì)應(yīng)的環(huán)氧樹(shù)脂分子式為： 2 1760M ? 即環(huán)氧樹(shù)脂的分子量為： 1 4 7 6 0 .6 7 1 7 6 0 0 .3 3 1 5 6 9 .7 2nM ? ? ? ? ? 溶解階段 進(jìn)料雙酚 A(BPA)： (BPA) 4200m kg? 摩爾量： 氫氧化鈉： ( N a O H )3 1 6 0 3 0 % 9 4 8m k g? ? ? 摩爾量： 水： 2( H O ) 5 8 4 0 3 1 6 0 7 0 % 8 0 5 2m k g? ? ? ? 2Na O H B P A B P A Na H O? ? ? ? 1m 4200 2m 122 2 8 .2 8 4 0 .0 1 2 5 0 .2 84200 mm?? 得： 1m =； 2m = 而溶解釜中的損失為 %，消耗 1mol 的 BPA 可以生成 1mol 的 BPANa，則進(jìn)入到反應(yīng)釜中的 BPANa： 4 6 0 4 . 7 7 ( 1 1 . 2 % ) 4 5 4 9 . 5 1 k g? ? ? 因消耗的氫氧化鈉為 ，則氫氧化鈉的理論投入量為： 7 3 6 .1 2 7 4 5 .0 61 1 .2 % kg?? 剩余氫氧化鈉質(zhì)量： 4 94 8 74 5. 06 20 2. 94m kg? ? ? 反應(yīng)生成水的質(zhì)量： 5 1 8 .4 0 1 8 3 3 1 .2m kg? ? ? 反應(yīng)階段 進(jìn)釜 BPA 鈉鹽： 6 kg? 摩爾量： 進(jìn)料 ECH 量： 7 20xxm kg? 進(jìn)料甲苯量： 8 7000m kg? 進(jìn)水量： 9 8 0 5 2 3 3 1 . 2 8 2 8 3 . 2m k g? ? ? 當(dāng) 4n? 時(shí)， 65E C H B P A N a N a O H E P O X Y? ? ? ? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 6 ? 5 ? 1476 1(ECH)m 1(BPA Na)m ? 1(NaOH)m 5000 ? 1 1 16 9 2 . 5 2 5 2 5 0 . 2 8 4 0 . 0 1 1 4 7 6( E C H ) ( B P A N a ) ( N a O H ) 5 0 0 0 0 . 6 7m m m?? ? ? ??? 得： 1 (E C H ) tm ? 1 ( B P A N a ) tm ?? 1 (NaOH) ? 當(dāng) 5n? 時(shí)， 76E C H B P A N a N a O H E P O X Y? ? ? ? 7 ? 6 ? 1760 2(ECH)m 2(BPA Na)m ? 2(NaOH)m 5000 ? 2 2 27 9 2 . 5 2 6 2 5 0 . 2 8 4 0 . 0 1 1 7 6 0( E C H ) ( B P A N a ) ( N a O H ) 5 0 0 0 0 . 3 3m m m?? ? ? ??? 得： 2 (EC H ) tm ? 2 ( B P A N a ) tm ?? 2 (N aO H ) ? 綜上所述： ECH 的年用量為 12( E C H ) ( E C H ) 12 5. 92 60 7. 14 18 67 .0 6m m t? ? ? ? BPANa 的年用量為 12( B PA N a ) ( B PA N a ) 2 8 4 0 .2 2 1 4 0 7 .7 8 4 2 4 8 .0 0m m t? ? ? ? ? ? 而 ~BPA BPA Na? (BPA)m (B P A ) ? 得： (BPA)m = 即 BPA 的年產(chǎn)量為 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 反應(yīng)式： E C H B P A N a N a O H E P O X Y? ? ? ? (NaOH)m (EPOXY)m 40 .0 1 5 25 0. 28 0. 67 6 25 0. 28 0. 33 15 69 .7 2( N a O H ) 45 49 .5 1 ( E PO X Y )mm? ? ? ? ??? 得： (NaOH)m = (EPOXY)m = 而反應(yīng)釜中的損失為 %，則進(jìn)入到精餾釜中的環(huán)氧樹(shù)脂為： 5 3 5 3 . 4 5 (1 1 . 5 % ) 5 2 7 3 . 1 4 k g? ? ? 因消耗的氫氧化鈉為 ，則氫氧化鈉的投入量為： % kg?? 未反應(yīng)的 ECH 量： 11 ( 6 0. 67 7 0. 33 )20 00 18 .1 8 92 .5 2 2. 41( 5 0. 67 6 0. 33 )m k g? ? ?? ? ? ? ?? ? ? 生成氯化鈉的量： 12 18 .18 ( 6 7 7 3 )58 .5 12 63 .07( 5 7 6 3 )m k g? ? ? ?? ? ?? ? ? 生成水量： 13 ( 5 6 )m k g? ? ?? ? ? 損失環(huán)氧樹(shù)脂量： 14 5 3 5 3 . 4 5 1 . 5 % 8 0 . 3 0m kg? ? ? 精制階段 甲苯進(jìn)料量： 15 3950m kg? 水進(jìn)料量： 16 6240m kg? 進(jìn)入的氯化鈉量： 17 kg? 進(jìn)入的 ECH 量： 18 kg? 進(jìn) 入的甲苯量： 19 7100m kg? 進(jìn)入的水量： 18 k g? ? ? 進(jìn)入的環(huán)氧樹(shù)脂量： 21 kg? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 損失的環(huán)氧樹(shù)脂量： 22 % k g? ? ? 氯化鈉的排出量： 23 1240m kg? 廢水的排出量： 24 14672m kg? 則進(jìn)入到脫溶劑系統(tǒng)中的環(huán)氧樹(shù)脂為： 5 2 7 3 . 1 4 (1 2 . 1 % ) 5 1 6 2 . 4 0 k g? ? ? 脫溶劑階段 由 于脫溶劑系統(tǒng)的損失為 %，則進(jìn)入到包裝中的環(huán)氧樹(shù)脂為： 5 1 6 2 . 4 0 (1 1 . 1 % ) 5 1 0 5 . 6 1 kg? ? ? 廢聚物處理階段 由于廢聚物系統(tǒng)的損失為 %，則進(jìn)入到包裝中的環(huán)氧樹(shù)脂為： 5 1 0 5 . 6 1 (1 1 . 3 % ) 5 0 3 9 . 2 4 k g? ? ? 包裝階段 由于包裝過(guò)程的損失為 %，每批所得的環(huán)氧樹(shù)脂為： 5 0 3 9 . 2 4 (1 1 . 8 % ) 4 9 4 8 . 5 3 k g? ? ? 年產(chǎn)批次 由于 CYD014 年生產(chǎn)總?cè)蝿?wù) 5000 噸，而每批所得的環(huán)氧樹(shù)脂為 故批次 350 00 10 10 11 / ??? 批 年 故每批消耗氫氧化鈉的量為： 7 4 5 .0 6 1 3 8 .5 3 8 8 3 .5 9 kg?? 年消耗氫氧化鈉總量為： 38 8 3 . 5 9 1 0 1 1 1 0 8 9 3 . 3 1t?? ? ? 設(shè)每批生產(chǎn)時(shí)間為 8 小時(shí)： 則 CYD011 的年總生產(chǎn)時(shí)間為： 1)014( ????C Y Dt 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 物料平衡圖 30%NaOH： 3160kg H2O： 5840kg BPA： 4200kg ( B P A Na ) 45 49 .5 1m ?? 甲苯： 7100kg ECH： 20xxkg ( E PO X Y ) 5 2 7 3 . 1 2m k g? 甲苯： 3950kg H2O： 6240kg NaCl： 1240kg 廢水： 14672kg ( E PO X Y ) 5 1 6 2 . 4