年产900吨改性脲醛树脂工厂设计和实现.docx

年产900吨改性服醛树脂工厂设计摘要氨基树脂是一种用途十分广泛的有机化工产品。氨基树脂由含有氨基的化合物与甲醛经缩聚而成的树脂的总称，重要的树脂有服醛树脂(UF)、三聚鼠胺甲醛树脂(MF)和聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)等。本设计产品是改性胭醛树脂(三聚氨胺改性服醛树脂)，合成反应主要由加成反应和缩聚反应两部分组成。由于胭醛树脂胶的原料是尿素和甲醛，原料来源丰富，且生产工艺简单、成本低、胶接性耐水性好、固化速度快、胶层无色以及使用方便等优点，很快成为我国人造板生产的主要粘合剂，目前约占木材工业用量的80%以上，但随着应用领域和用量的增加。服醛树脂胶制品中散发出来的游离甲醛污染环境，特别是用该板材制成家具和进行家庭装潢后会释放出残留甲醛和挥发性有机物(VOC),对人体皮肤、呼吸道和眼睛粘膜有刺激作用，因而造成对人体的危害。本工艺专门针对如何降低散发游离的甲醛和改性月尿醛树脂做了合理设计。胭醛树脂是应用最为广泛的氨基树脂两个反应是先加成后缩聚，但又没有明显的界限，受反应条件影响只是在弱碱性条件下加成反应占优势，在弱酸性介质中缩聚反应进行的较顺利。本设计是年产900吨氨基树脂工厂设计，主要进行了工艺计算、设备选型，并绘制了全厂平面布置图、工艺流程图、物料流程图、生产车间的立面图和平面图。关键词：氨基树脂，改性月尿醛树脂，三聚鼠胺，尿素，车间设计，工厂设计摘要I第一章绪论11.1 厂址及气象条件11.2 工厂设计可行性分析11.2.1 设计任务和依据11.2.2 氨基树脂的应用及发展概况11.2.3 具体生产产品的确定21.2.4 本课题预解决的主要问题2第二章产品与原料的性质与规格32.1 改性三聚氧胺月尿醛树脂的质量标准和规格32.2 生产月尿醛树脂的原料的特性与规格3第三章合成工艺设计和分析53.1 游离甲醛的来源53.2 降低游离甲醛含量的途径53.3 三聚氧胺改性月尿醛(MUF)树脂的合成73.4 合成过程中原料对反应结果的影响73.4.1 甲醛与尿素摩尔比的影响：73.4.2 三聚氧胺用量的影响83.5 不同工艺条件下改性月尿醛树脂的合成结果93.5.1 加成反应阶段各工艺参数变化对改性月尿醛树脂的影响93.5.2 缩聚反应阶段各工艺参数的变化对改性月尿醛树脂的影响103.6 改性月尿醛树脂合成工艺路线11主要反应113.7 合成月尿醛树脂树脂工艺113.7.1 反应阶段113.7.2 脱水阶段123.7.3 后处理阶段123.7.4 生产工艺流程叙述12第四章工艺计算134.1 原始数据及所需技术资料134.2 .物料衡算134.2.1 对反映釜进行物料衡算：144.2.2 对蒸发器做物料衡算：144.2.3 对整个系统做物料平衡计算15第五章设备工艺计算及其选型155.1 搅拌反应釜的设计155.1.1 物料衡算：155.1.2 热量衡算：165.1.3 材料选择195.1.4 釜体的设计计算195.1.5 封头的设计选型195.1.6 封头与釜体的连接形式205.1.7 支座形式205.1.8 反应釜的液位205.1.9 9搅拌装置的设计211.1.10 传动装置设计211.1.11 传热装置设计221.1.12 反应器上的接管及尺寸225.2 蒸发器单效蒸发器235.2.1 对蒸发器做物料衡算：235.2.2 原料液流量235.3 泵的选择245.3.1 输送甲醛的泵245.3.2 输送成品泵255.4 换热器选型255.5 储罐的设计255.5.1 储罐255.5.2 高位计量槽265.6 旋风分离器选型26第六章工厂布置276.1 工厂布置的基本任务276.1.1 X布置原则276.1.2 厂区布置总图说明296.2 车间布置296.2.1 车间布置基本原则和要求：296.2.2 车间布置图说明31第七章公用工程327.1 通风327.2 采暖327.3 照明32第八章设备一览表33第九章设计小结349.1小结第十章参考文献34错误!未定义书签。错误!未定义书签。致谢第一章绪论1.1 厂址及气象条件1 .厂区位置：西安北郊2 .地势：厂区地势平整3 .常年主导风向：东北风，平均风力二级4 .气温：最高气温40最低气温-75 .冻土深度：IoCm6 .地下水位：-25m7 .运输条件：公路，铁路1.2 工厂设计可行性分析1.2.1 设计任务和依据本次设计根据2008年3月陕西科技大学化学与化工学院化学工程与工艺教研室下达的毕业设计任务书，联系自己在大学四年中所学的各种知识及实习过程中收集的资料，并且在参观了西安化工厂的生产车间及初步了解化工生产的过程以后决定选择这个课题作为我的毕业设计任务。根据调查世界氨基树脂生产能力为775.9万吨/年，需求量的增加速度大约为每年3.6%；我国氨基树脂产量为5.63万吨/年，而我国还有很大的市场需求空间，根据设计地点进行考察西安地区需求量，尤其是西安建材市场，所需的水浸渍法制木屑板的含80%的氨基树脂水溶液，老的生产工艺不能完全满足现代化生产的需求，所以要对氨基树脂生产进行全新的设计。本设计的主要任务就是完成900吨氨基树脂工厂的初步设计。1.2.2 氨基树脂的应用及发展概况（1）涂料用氨基树脂的发展概况随着石油化工的发展，50年代中期许多国家将石油化工提供的异丁醇作为醴化剂生产氨基树脂。由于异丁醇来源丰富，使氨基树脂的品种很快扩大。20世纪30年代甲醇醴化的氨基树脂已开始用于织物整理行业，而它在涂料领域一直未获发展。直至60年代，为了减少涂料施工中有机溶剂对环境的污染和节省资源，开发了各种水性涂料和高固体涂料后，甲醴化氨基树脂作为这类涂料的交联剂才扩大了应用面和生产规模,并出现了系列化产品，但就总产量来说,丁醴化氨基树脂仍占首位。我国是从50年代起开始研制丁醴化月尿醛树脂和三聚氟胺树脂的，至今已发展了混容性、固化性不同的若干品种，70年代初自制苯代三聚氧胺，合成了丁醴化苯代三聚氟胺甲醛树脂。不久，又开发了异丁醇醴化的产品，目前这些树脂的生产已达到一定的规模，为我国发展各种氨基树脂漆提供了多品种交联剂。从60年代开始的对甲醇醴化氨基树脂的研究，着重点是放在合成六甲氧基甲基三聚氧胺方面。（2）胶粘剂用氨基树脂月尿醛树脂的发展概况月尿醛树脂是应用最为广泛的氨基树脂，首次由Btollens于1884年合成，1929年德国LG染料公司获得第一个月尿醛树脂胶粘剂的专利，其后在人造板工业中得到了迅速的发展。我国1957年开始工业化生产，由于UF树脂胶的原料是尿素和甲醛，原料来源丰富，且生产工艺简单、成本低、胶接性耐水性好、固化速度快、胶层无色以及使用方便等优点，很快成为我国人造板生产的主要粘合剂，目前约占木材工业用量的80%以上。但随着应用领域和用量的增加，UF树脂胶制品中散发出来的游离甲醛污染环境，特别是用该板材制成家具和进行家庭装潢后会释放出残留甲醛和挥发性有机物（VoC）,对人体皮肤、呼吸道和眼睛粘膜有刺激作用，因而造成对人体的危害。随着人们对室内环境要求的提高,月尿醛树脂甲醛释放量越来越受到关注,低毒月尿醛树脂和无醛系列（如异氟酸酯）胶粘剂的研究成为热点。寻求环境友好生产技术和“绿色人造板”产品是具有战略意义的重要课题，各国对此都十分重视。20世纪80年代以来，国内外科技工作者对如何降低月尿醛树脂粘合剂中游离甲醛含量的研究作了许多工作。据报道，国内已将月尿醛树脂粘合剂中游离甲醛含量降至0.10%左右。1.2.3 具体生产产品的确定综合比较考虑涂料用氨基树脂和胶粘剂用氨基树脂的应用以及发展方向，以及考察西安地区需求量，尤其是西安建材市场，所需的水浸渍法制木屑板的含80%的氨基树脂水溶液，因此决定选择月尿醛树脂胶为本氨基树脂工厂的主要产品。考虑人造板胶粘剂中甲醛释放量的高低直接关系到人民的生活水平和健康状况的好坏，为了降低甲醛释量,改变月尿醛树脂特性采用的工艺是用三聚氧胺改性以及新的技术生产的月尿醛氨基脂。1.2.4 本课题预解决的主要问题月尿甲醛树脂。英文缩写UF。耐弱酸、弱碱，绝缘性能好，耐磨性极佳，价格便宜，但遇强酸、强碱易分解，耐水性和电性能较差，耐热性也不高，所以要解决的是降低甲醛释放量，改变月尿醛树脂特性。本设计将通过合适的工艺，使生产出来产品的甲醛释放量能够达到国家甚至国际胶粘剂的质量标准，并使月尿醛树脂缺点得以改善，以提高人民的生活水平健康状况！第二章产品与原料的性质与规格2.1 改性三聚氧胺服醛树脂的质量标准和规格PH值7.58.0游离甲醛<0.15固含量65左右粘度0.26Pa.s2.2 生产服醛树脂的原料的特性与规格标准生成焰：Hf=-47.1KJmol热容：Cp=93.3Jmol.k缩二月尿含量<0.5铁(Fe2O3)含量：<0.002水不溶物含量：<0.02尿素(CH4N2O)相对分子质量：60外观：白色结晶含氮量(以干基计)%46.3水分含量：<0.5游离氨(NH3)含量：<0.01工业甲醛(福尔马林溶液)的物理性质外观：无色透明液体，在低温时能自聚成微浑37%含量氢氧化钠(NaOH)密度815Kgm3甲醛含量，g100g:37+0.5甲酸含量g100ml:<0.04灼烧残渣含量，g100ml:<0.005沸点，：96标准生成焰：Hf=-116KJmol甲醇含量，g100g:<12铁含量，g100ml:<0.0005闪点，：60贮存温度，：15.6-32.2三聚鼠胺(C3H6N6)相对分子质量：126含量(升华法)：99.9%比热容(080)1.47J(g.)标准生成焰：Hf=627.9KJmol生成自由能：177KJZmol生成热：-71.7KJmol相对密度：1.578外观：白色结晶甲醛溶解度(80°C10min):全溶摩尔热容553J(mol.oC)生成摘：-830J/(mol.oC)燃烧热：-1.9mJmol熔点:354折射率:1.872相对分子质量:40密度2130gm3沸点：1390甲酸(HCOOH)密度：1.22gm3熔点：8.6含量:40%熔点:318.4含量:10%沸点：100.8粘度：1.784mpa.s闪点：68.9第三章合成工艺设计和分析3.1游离甲醛的来源(1)树脂合成时，一般甲醛要过量，所以甲醛反应不充分，使树脂中残留未反应的游离甲醛。(2)在月尿醛树脂合成的过程中，由于部分质子化的甲醛分子的存在，在胶体粒子周围形成吸附双粒子层，使树脂的稳定性加强，一旦加入固化剂后，树脂固化过程中在电解质的作用下，吸附粒子层遭到破坏，从而释放出甲醛。(3)在树脂合成中已参与反应的甲醛，由于生成了不稳定的基团，它们在热压或板材使用过程中分解，又释放出已结合的甲醛。(4)在温度高、湿度大的环境下，产品内的胶层老化，以及木材中的半纤维素分解，也会释放甲醛。由上所知，甲醛释放的原因是很复杂的，并且是不可避免的，而产生甲醛释放最主要、最直接的原因是液胶中的游离甲醛的含量和微观结构的不合理。因而，降低甲醛释放量的最有效的方法是合成甲醛含