年产3000吨环氧树脂车间工艺设计

蔡成云

摘 要：

环氧树脂生产工艺一般分为一步法和二步法。目前低分子量液体环氧树脂和中分子量固体环氧树脂，一般都采用一步法工艺；高分子量环氧树脂采用二步法。二步法工艺的优点：与一步法相比，它具有生产工艺简单、设备少、工时短、无三废排放和产品质量易调节控制等优点。

以双酚A（BPA）为主要原材料，合成的环氧树脂称为双酚A（BPA）型环氧树脂，是目前产量最大、用途最广的环氧树脂，由于它的应用遍及国民经济的众多领域，因此又称为通用型环氧树脂。它属于缩水甘油醚型。

本文介绍了年产3000吨的环氧树脂的车间设计，从技术、工程经济、生产管理等方面进行了详细的论述，内容主要包括：设计依据，工艺路线论证，工艺流程设计，全流程物料衡算，全流程能量衡算，工艺设备选型与计算，车间布置设计，三废处理及其综合利用，劳动组织，劳动保护与安全生产，工程经济，工艺细节改进设计等内容。

关键词：环氧树脂；一步法；车间工艺设计

Annual output of 3,000 tons of epoxy resin plant process design

Caichengyun

Abstract:

Epoxy resin production process is generally divided into one-step and two-step. Present in low molecular weight solid epoxy resins and liquid epoxy resin, generally using one-step process; high molecular weight epoxy resin with two-step. The advantages of two-step process: with one step, it has the production process was simple, small, short working hours, no waste emissions and product quality and easy to adjust control and so on.
To bisphenol A (BPA) as the main raw material, known as bisphenol epoxy resin synthesized A (BPA) type epoxy resin is the output of the largest and most widely used epoxy resin, because of its application throughout the national economy many areas, so-called general epoxy resin. It is ether type.
This article describes the annual output of 3,000 tons of epoxy resin of the plant design, technical, engineering economics, production management and other aspects are discussed in detail, mainly including: design basis, process line argument, process design, the whole process of material balance calculation, the whole process of energy balance, process equipment selection and calculation, workshop layout design, waste treatment and utilization, labor organizations, labor protection and safety, engineering economics, technical details of the improved design and so on.

KEY WORDS: Epoxy resin; one-step; workshop process design

前 言

1.1产品介绍

分子中含2个或2个以上环氧基的高分子化合物。

最常用的双酚A型环氧树脂含2个环氧基。

化学名称：双酚A二缩水甘油醚
英文名称：Diglycidyl ether of bis phenol A（缩写DGEBP　A）

环氧树脂外观：无色透明液体
环氧树脂用途：可用于金属与非金属的粘合剂，常用于生产环氧涂料，增强塑料或浇铸成绝缘制件等，也用于处理纺织品，起防皱、防缩、耐水等作用。低分子量的环氧树脂可用作PVC的稳定剂。在化工及许多行业，乃至尖端科学技术领域内已获得广泛应用。环氧树脂涂料主要用于金属保护涂层，如船舶、钢铁结构等，同时还可作为阳离子型电泳涂料的调漆料，大量用于汽车车身的底漆。

环氧树脂特性：可燃物。

1.2、生产工艺

环氧树脂生产工艺一般分为一步法和二步法。目前低分子量液体环氧树脂和中分子量固体环氧树脂，一般都采用一步法工艺；高分子量环氧树脂采用二步法。

1.2.1一步法工艺

把双酚A(BPA)和环氧氯丙烷(ECH)在氢氧化钠作用下进行缩聚，即开环和闭环在同一反应条件下进行的工艺方法。周菊兴提出的工艺是：将配方量的双酚A和环氧氯丙烷在80℃下搅拌溶解，然后降温至℃，滴加30％的NaOH。碱滴加完后保温反应一段时间，然后减压回收未反应的环氧氯丙烷。接着再次降温到5O℃，滴加l5％ 的NaOH，加完后保温反应。反应完毕，加入苯，升温溶解，然后静置水洗，上层的树脂苯溶液真空吸入脱水釜，残液再加苯萃取一次，弃去下层盐水溶液，萃取液仍吸入脱水釜。最后蒸出苯，得到清澈透明的树脂。此外还有一次加碱法 ，即将碱改成一次滴加完，然后再蒸馏未反应的环氧氯丙烷。这种方法工艺成熟，目前国内的E一44树脂多是采用这种工艺生产。

1.2.2二步法工艺

Vogel Tomas 提出的工艺是：将双酚A、环氧氯丙烷，同时加入三苯基膦卤化物或三苯基膦作催化剂，升温使体系在40～120℃发生醚化反应，生成氯醇醚。当羟基转化率达到80％ ～90％ 后，在2O～9O℃ 以下一次性加入NaOH水溶液，进行闭环反应。然后，在减压下蒸尽环氧氯丙烷。加入有机溶剂，溶解粗产物，再加入水水洗至中性，静置分去水层，最后蒸馏除去苯，得到树脂产品。二步法也可以选择铵盐、胆碱作为催化剂 ,无机盐 ，含硫有机化合物 。考虑到价格因素，国内企业选用铵盐的居多。

与一步法比较，二步法反应时间短，操作稳定，温度波动小，易于控制．产生的三废少，质量稳定，产率高，可生产系列环氧树脂，对于国内企业来说，对现有设备稍作改动就可以上马，是很经济的方法。该法最大的优点是将开环闭环分步进行，而且可以在无水条件下进行开环，尽可能的减少了副反应的发生。而且催化剂也有一定的选择性，可使产物量子多为线型结构，不易引起聚合反应。该法的缺点是从树脂中除去催化剂困难，而催化剂有一定的乳化作用，还对树脂的固化过程有影响，能缩短树脂的使用寿命，加大固化反应的放热量，因此要严格控制它的用量，并设法减少在树脂中的残留。

但本设计由于产量低所以采用一步法。

1.3、主要原材料

1-1　　环氧树脂生产的主要原材料及规格

环氧树脂生产的主要原材料的性质：

（1）BPA：白色片状或粒状晶体，不溶于水，能溶于醇、 醚、丙酮及碱性溶

中，室温下微溶于甲苯、二甲苯，加温下溶解度急剧增加。

（2）ECH：是一种易挥发、无色透明液体，有毒！对皮肤有灼伤作用，能严重刺激眼睛，具有和氯气相似的刺激性气味，有麻醉性，能溶解于醇、醚及甲苯中，微溶于水。比重１.18，纯品沸点116.2℃。取样化验时，要取上层。

（3）液碱：淡紫色液体，无机械杂质，强碱性，腐蚀性较强。

（4）甲苯：无色有芳香性气味的易燃液体，有毒！不溶于水，能溶于醇、醚和丙酮。比重0.866，纯品沸点110.28℃，取样化验时，要取下层。

第2章 初步工艺流程设计

2.1 工艺流程框图：

上一章已对工艺路线进行了选择，在此基础上全面而细致地分析了整个生产过程的组成和顺序如下图所示：

700C

双酚A

环氧氯丙烷

循环使用

NaOH

环氧氯丙烷

苯

下层盐脚

NaOH

成品

2.2工艺流程：

1. 把双酚A投入溶解釜中，然后通过环氧氯丙烷，将夹套通水蒸气的温度加热升温到70OC左右。

2. 溶解后，用泵压入带搅拌的反应釜内，开始搅拌，并滴加碱液。控制反应温度为50-55OC，维持一定时间至反应结束后，再在 100减压至94.661kPa，回收过量环氧氯丙烷供循环使用。

3. 回收结束后再次加入苯溶解，在 65~700C下再次加碱液，反应结束后用夹套水冷却，静置，把苯溶液抽吸到回流脱水釜内，下层的盐脚可以加苯萃取一两次，抽吸后放掉。

4 在回流脱水釜内回流至蒸出的苯清晰天水珠为止。然后冷却，静置. 经过滤器至贮槽，沉降后抽人脱苯釜脱除苯，先常压无液温110OC以上开始减压至140-143OC无馏出液为止，放料，即得成品。

第3章 物料衡算

3.1 计算条件与数据理：

1. 设每年生产300天，则每天的产量为：

Md= 3000t÷300= 10t/d

一天生产两批，则每批的产量为m=10t/2=5t

2.设以生产1t（1000kg）环氧树脂为基准

原料单耗如下：

表3-1 原料单耗表

3. 原料规格及产品质量标准如下：

表 3—2 原料规格及产品质量标准表

注：以上数据除直接在工厂收集到的以外，其他参照《中国化工医药产品大全》(卷一，卷二)和<<化工原料商品手册>>。

3.2 原料用量计算：

反应过程中的反应物纯量计算：

为了较好地把握全过程，先假设理想情况进行计算，即计算各反应物的纯量。这里所说的纯量是指既不包括反应物及产品中的杂质和反应物过量的量，不包括每步反应损失掉的产品量。这是一种理想情况，在后面的计算中将恢复到实际情况，考虑所含杂质的量、反应物过量的量，以及反应的收率等具体的问题并进行详细的计算。

由原料单耗可得每批原料用量如下表：

表3—3 原料用量表

3.3 缩合工段物料衡算：

3.3.1 一次反应：

(1)对于输入物料分四股，分别如下：

①98%的环氧氯丙烷中：环氧氯丙烷：2843.4 ×98%=Kg

水：2843.3 ×0.2%=5.6866Kg

不溶杂质：2843.3×l.8%=51.18Kg

②95%的双酚A中：

双酚A：3472.2×95%=3298.59Kg

水：3472.2 ×3%=104.166Kg

不溶杂质：3472.2×2%=69.444Kg

③99.50%的NaOH中：

NaOH：. 1210.6×99.5%=1204.547Kg

水：1210.6×0.2%=2.4212Kg

不溶杂质：. 1210.6×0.3%=3.6318Kg

④96%的苯中：

苯：1408.6×96%=1352.26 Kg

水：1408.6×0.2%=2.8172Kg

不溶杂质：1408.6×3.8%=53.53Kg

(2)对于输出物料的计算如下：

设缩合反应的转化率等于收率，即为95%，则：

①隋性杂质质量不变：51.18+69.44+3.63+53.53=177.78 Kg

②苯质量不变：1352.26Kg

反应的总方程式如下：

228 94×2 332 37.5×2

3472.2 x y z

由上反应方程式：

x/94×2=y/332=z/37.5×2=3472.2/ 228

可得：

x=2266.57kg,y=5056.01kg,z=1142.17kg

所以反应后的各物料质量如下:

③双酚A: 3472.2×(1-95%)= 173.61Kg

④环氧氯丙烷： 2701.23-2266.57=434.66Kg

⑤ HCl： 1142.17Kg

⑥环氧树脂： Kg

以上计算可得到下列物料平衡表

表3—4缩合反应物料平衡表

收率：95.5%

3.3.3回收过量环氧氯丙烷：

图 3—5 回收框图

设冷却回收率为 97%：

对于输入物料为一股：

环氧氯丙烷：434.66 Kg

对于输出物料为一股：

环氧氯丙烷：434.66×97%=421.62Kg

由以上计算可得下列物料平衡表：

表 3-6回收物料平衡表

收率：97%

4.3.4 环氧树脂收集：

进出料框图如下：

图3—7环氧树脂回收进出料框图

出料分三股，设馏出液为 99%环氧树脂 (含 1%的水和杂质)，则：

1 99%的环氧树脂：

环氧树脂：5056.01×99%=5005.45 Kg

水：5056.01× 0.8%=40.45 Kg

杂质：5056.01×0.2%=10.11Kg

② 苯：1352.26×96%=1298.17Kg

水：1352.26×0.2%=2.70Kg

残余杂质：1352.26×3.8%=51.38Kg

③HCl：1142.17×90%= 1027.95Kg

水：1142.17×7%=79.95Kg

杂质：1142.17×3%=34.26Kg

水：40.45+2.70+79.95=123.1kg

杂质：10.11+51.38+34.26=95.75Kg

回收后：

环氧树脂：5005.45kg

由以上计算可得下列物料平衡表

表3—8 环氧树脂回收物料平衡表

收率：97%

第4章 热量衡算

4.1计算依据：

1.主要依据

能量守恒定律能衡是能量衡算的结果为基础进行的，还必须收集有关物料的热力学数据 (例如比热容、反应热、相变热等)

2.重要符号：

Cp——定压比热容 KJ/ (Kg，OC)

Cs——固体的比热容KJ/ (Kg,0C)

Q-----热量KJ

3.主要公式：

(1) Q1+ Q2+ Q3=Q4+Q5+Q6 (5-1)

式中 Q1--一物料带入到设备的热量 KJ

Q2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量 KJ

Q3——过程热效应 KJ

Q4一一物料离开设备所带走的热量 KJ

Q5——加热和冷却设备所消耗的热量 KJ

Q6——设备向环境散失的热量 KJ

（2）qr =∑qf （5-2）

qr =∑qc （5-3）

式中 qr----标准反应热

qf----标准生成热

qc----标准燃烧热

σ-----化学计量数， 生成物为正，反应物为负

（3）qr（t）= qr o-（t-25）∑CP （5-4）

式中：

qr（t）---任意温度t下的反应热KJ/mol

qr o -------标准反应热 KJ/mol

t----------任意温度0C

(4) 化合物的比热容C=（1/M）∑nCa （5-5）

式中：M————化合物的分子量

n————分子中同种元素原子数

Ca——————元素的原子比热容

（5）有机化合物的标准燃烧热与该化合物完全燃烧所需的氧原子数成直线关系，即 q c =∑a+x∑b （5-6）

式中：

a、b------常数，与化合物结构有关

x————化合物完全燃烧时所需的氧原子数

（6）qro =-∑qf0KJ/mol （5-7）

式中：

——反应方程式中各物质的化学计量系数，反应物为负，生成

物为正

(7)间接蒸汽加热的蒸汽消耗量：

D= Q2/[ H-C (T-273) ] (5-8)

式中:

D----加热蒸汽消耗量 Kg

Q2——由加热蒸汽传给所处理物料及设备的热量 KJ

H——水蒸汽的热焓 KJ/Kg

C——冷凝水的比热容，可取 4.l8KJ/(Kg×K)

T——冷凝水的温度 Kg

——热利用率，保温设备取 0.97-0.98，不保温设备取 0.93-0.95

(8)W = Q2/C (TK-TH) (5-9)

式中:

W——冷却剂的消耗量 Kg

C——冷却剂的平均比热容 KJ/(Kg)

TK ---冷却剂的最终温度 K

TH——冷却剂的最初温度 K

(9)Q2 =KAttm （5-10）

式中：

Q2----加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量

K——总传热面积·

t——反应时间

tm----平均推动力

4.2 常用热力学数据计：

1. 比热容：

液体的比热容由《药厂反应设备及车间工艺设计》（蒋作良） P208表6-4求液体的比热容和P209公式6-17求固体化合物的比热容。计算如下：

①求双酚A的比热容(M =228g/mol)：

C=(1/228×(6×7.535+4×9.628+ 1×25.953+1×25.953+2×16.74)

= 0.74KJ/(Kg.0C )

CP = 169×10-3KJ/ mo1.0C

②求NaOH的比热容 (M=39.995 g/mol)：

C= (1/ 39.995)×(25.953+16.74+ 9.628)

= 1.308KJ/(Kg.0C )

CP = 52.321×10-3 KJ/mo1.0C

③求苯的比热容 (M=77g/mol):

C= (1/77)×(8×7.535+7×9.628+1×25.953)

= 1.99KJ/Kg.0C)

=153.63×10-3KJ/ mo1.0C

④求环氧氯丙烷的比热容 (M=92.52g/mol)：

C= (1/92.52)×(41.7+28.3+44)

= 1.23KJ/(Kg.0C )

CP = 114×10-3KJ/mol .OC

⑤求水的比热容 (M=18 g/mol)：

C=4.2KJ/（Kg·℃）

Cp=75.6×10-3KJ/mol·℃

⑥求甲苯的比热容(M=80g/mol)

C= (1/80)×(1×25.953+1×7.535+1×25.953)

= 0.743KJ/mol.OC

CP=59.44×10-3 KJ/ mo1.0C

求硫酸的比热容：

C=（13×7.535+8×9.628+25.953×16.74+25.953）/229.5=1.062 KJ/(Kg.OC)

CP=238.625×10-3 KJ/ mo1.0C

2. 汽化热：

查《化工原理》（陈敏恒）附录可得：

1 苯： 1gH=202Kcal/mol=845.73Kj/Kg

2 水： 1gH=539 Kcal/mol=2256.69 Kj/Kg

3 甲苯： 1gH=363 Kj/Kg

3.溶解热和反应热：

由于这两种过程热计算较为复杂，故把它放在后面根据具体需要进行计算。

4.3缩合工段热量衡算：

4.3.1溶解岗位：

投入原料以后温度从25 OC升至70 OC溶解；

Q1+ Q2+ Q3=Q4+Q5+Q6 由于此处设备为搪玻璃开式搅拌器，外围夹套，反应过程中Q3、Q5、Q6忽略不计。

Q1=∑Mcpt=228×0.74×25+92.52×1.23×25=7062.99Kj

Q4=∑Mcpt=228×0.74×（70-25）+92.52×1.23×（70-25）=15538.6Kj

则Q2=Q4-Q1=15538.6-7062.99=8475.6Kj

则加热所需的水蒸气量为D=Q2/（△H-CpTk）

其中 △H=2261.425KJ/Kg

Cp=4.1868 KJ/Kg℃ 每天生产两个批次

D=8475.6/（2261.425-100×4.1868）×2=2.99Kg

4.3.2 反应岗位：

温

度

70 oC

oC 保持50 oC 2h

水降温

25 oC

保持温度反应2h 20 oC

时间 h

解 5—1 络合反应温度变化图

如上图所示反应中温度的变化分为4个阶段，其中在50oC-25 oC这一段要用冰盐水降温，由于冰盐水的制迨成本较高，所以应回收利用，这里把其用量作为计算重点，所以进行计算。

初始温度为 50oC，末态温度为 25 oC，故Q3=0

(1)求Q1：

对于环氧氯丙烷：Q1A =92.52×1.23×(-25+50)=2844.99KJ

对于氢氧化钠：QlB =40×l.308×(-25+50)=1308 KJ

对于双酚 A：QlC =228×0.74×(-25+50)= 4218KJ

对于苯：Q1D =77×l.99×(-25+50)= 3830.75KJ

对于水：Q1E= 18×4.2×(-25+50)=1890Kj

= 59782.04 KJ

Q1=- Q1A +Q1B+Q1C +Q1D +Q1E =14091.74KJ

(2)求Q4.,Q5，Q6：

因为末态温度与基准温度相同

所以Q4=0，Q5=Q6=0(与环境温度相差不大)

(3)求Q2：

Q2=-Q1=-14091.74KJ

(4)求冰盐水的用量：

取 Q2的绝对值，则：

W=Q2/ C (Tk-Th)

取冰盐水的平均比热容:C=4.0 KJ/(Kg.OC), Tk =0℃ , Th -10℃

则每天消耗的冰盐水：

W=14091.74KJ/{4.0×[0-(-10)]}= 352.3Kg

1. 保温反应 2h阶段：

基准温度为 25℃，初态温度和末态温度均为 25℃

又因为 Q5+Q6=5%(Q4+Q5+Q6)，所以Q5=0，Q6=0

(1)标准燃烧热与生成热的换算：qf0+qc0 =∑nqc0

求qf 0（标准生成热KJ/mol）

A.求双酚A的qc X=11.5

∑a=390.2 ∑b=215.37

q c=390.2+11.5×215.37=2866.96KJ/mol

B.环氧氯丙烷的qc X=19.5

q c=20.51+19.5×218.3=4277.36KJ/mol

（2）求Q3：

反应方程式如下：

Cp 169 114 52.32 238.6258 59.4441 75.6

单位：10-3 KJ/ mo1.0C

qr0 =77.53-（-169-114-52.32+238.625+59.441+75.60）×5×10-3

=77.526KJ/mol

Q3=77.526×126.63×1000×95%/157.5=59214.36KJ

（3）求Q2:

Q2=Q4+Q5+Q6+Q1-Q3=-59214.36KJ

(4)球冰盐水的用量：

取Q2的绝对值，则：

W=Q2/C(Tk-Th) (4-14)

取冰盐水的平均比热容：C=4.0 KJ/ （Kg.0C），Tk=00C ，Th=100C

则每天消耗的盐水：

W=59214.36KJ/{4.0[0-(-10)]}=1480.36Kg

第5章 设备选型

5.1计算条件确定

5.1.1 操作工时与生产周期的确定：

5.1.2 日生产批次和反应釜个数的确定：

根据所给年产量确定每天生产的吨数，由于日产量较大应采用一日多批量生产，若采用多个反应釜进行生产，设备成本将大大提高，在节省开支及时间等因素的考虑下，应采用连续式操作，每天生产4批共两套设备。

5.2 缩合工段反应岗位的设备选型：

5.2.1物料体积计算：

各纯物质体积计算列表：

表 6—2 缩合工段反应岗位物料体积表

则每批物料的总体积为：

Vd =（2905.6+563.1+1579.7+1392.1）/4=6440.5/4=1610L

5.2.2反应釜的选型：

由物料衡算求出每天需处理的物料体积后，即可进行计算反应釜的实际容积，公式如下：

nVT =Vd（/）/24 （6-1）

式中:

Vd -----每天需处理的物料体积；

VT-----反应釜的容积；

------反应釜的装料系数；

------每批操作需要的反应时间；

/ -----每批操作需要的辅助时间；

n-------反应釜应安装的个数；

------反应釜生产能力的后备系数。

计算时，在反应釜的容积VT 和台数n这两个变量中必须先确定一个，由于台数一般不会很多，通常可以用几个不同的n值来算出相应的VT值，然后再决定采用哪一组n和VT 值比较合适。

在本次设计中由于产量不大，因此设定：

/ =12，n=1；其中，取1.1，取0.75

根据公式nVT =Vd（/）/24得出:

VT =(1610×12×1.1/（12×0.75×1）

=2361L

查《化工工艺设计手册》（下）：

选取公式容积为3000L搪玻璃开式搅拌容器，其中重要参数为A=9.3m2，另外选取六叶直叶圆盘涡轮搅拌器。

5.2.3校核传热面积：

由于缩合反应釜是采用夹套冷却，且选用冰盐水作为冷却介质，所以传热系数计算如下：

①求釜侧传热膜系数1：

1 =0.73(/D)(nd2)0.65(CP/)0.33(/w)0.24 (6-2)

式中：

1——釜侧传热膜系数W/ (m2.K)；

D----搅拌釜的直径m；

d——搅拌器的直径 m；

n——搅拌器的转速rps；

——液体的密度kg/ m2；

Cp——液体的比热J/ (kg.K)；

——液体的导热系数W/ (m.K)；

μ——液体在釜内温度时的粘度 Pa. S;

w——液体在壁温时的粘度Pa. s；

在此计算中个，各参量如下：D=1600mm=1.6m；

d= 800mm=0.8m；

n= 80r/min= 80/60rps；

=（969.08+18.89+126.63+103.37+526.96+35.12)/2053.76

=0.95Kg/m2

查《化工原理 》(陈敏恒)可得到各组分Cp。代入公式：

=80%乙醇+20%水=0.172×80%+0.599×20%=0.2574W/（m.K）

μ=80%乙醇+20%水 =1.15×80%+1.005×20%=1.121mPa=1.121×10-3Pa.S

取/w =1，把各系数代入公式中得：

1 =0.73(/D)(nd2)0.65(CP/)0.33(/w)0.24

1 = 0.73(0.2574÷1.6)(80/60×0.802×950/1.210)0.65×(2670×1.121×10-3/0.2647)0.33

=1480.24W/(m2.K)

1 求夹套侧传热膜系数2：

De=D1-DN=1600-1450=150mm=0.15m （5-4）

则Re=Deu/

其中： -----水在夹套内的流速m/s：

Re=0.15×0.02×1050/8×10-4=3937.5﹥3600

所以接下式计算：

2=9300（0.8/De0.2）=9300×（0.020.8÷0.150.2）=594.41W/( m2.K)

③求传热系数K；

搪玻璃釜的釜壁分两部分，一部分为铸铁层，另一部分为镀上去的搪瓷层,

其参数如下：

铸铁层厚度为 20mm， =62.8W/ (m.K)

查《化工工艺设计手册》(第三版，下册)：

搪玻璃设备玻璃层厚度一般为 0.8--2.Onnn，取 1. 0mm

查《化工工程手册》(第二版，上卷)：

搪瓷导热系数：0.87一1.l6W/ (m.K)。取0.9 W/ (m.K)

则 K = 1/ ( 1/ 1+ 1/ 2+∑/)

= 1/(1/1480.24+1/594.41+0.O2/62. 8+0.001/0.9)

= 1÷O.003787489

= 264.O3W/ (m2.K)

= 950.51KJ/(m2.h.K)

由于t3—t4段能流密度最高，故选取这一段来计算，料液进、出口温度分别为

500C和 250C，设冰盐水进、出温度分别为-1O0C和O0C，则有：

tm={[50-(-10)-(25-0)}÷㏑[50-（-10）]/（25-0）=39.98OC

冷却时间 t=0.75h

A=Q2/Ktmt=134674.61/(950.51)×39.98×0.5)=7.O9 m2< 9.3m2

所以选取的V=3000L，A=9.3m2的搪玻璃开式搅拌反应罐可行。

查《化工工艺设计手册》(第三版下册)，相关参数如下：

表6-3缩合工段反应设备参数

5.3 其它设备的选型

缩合工段苯回收岗位设备选型：

表6-6 缩合工段乙醇回收物料体积表

每批物料总体积为：

Vd= 1475.2+123.5+26.6=1625.3(l)

取装料系数为 0.75，则蒸馏釜体积为：

VT= Vd÷0.75= 1625.3÷0.75= 2167.1(l)

查 化工工艺设计手册 (第三版，下册)：取K型搪玻璃蒸馏容器系列中的

3000L蒸馏罐。相关的尺寸参数和管口参数如下；

表 6—7 缩合工段乙醇回收设备参数

表6-8 缩合工段乙醇回收设备管口特性参数

注：以上表格中，上排为K型容器的管口参数，下排为F、P型容器的管口参数。

第6章 厂区布置和车间布置设计

6.1工厂设计的内容与规范：

工厂布置是设计的一个要环节，其布置是否合理，不仅与施工、安装、建设、投资密切

相关，而且与车间建成后的生产、管理、安全 和经济效益密切相关。

工厂布置涉及的对是生产过程中使用的机器设备，各种物料和从事生产的操作人员工厂布置的基本任务是结合厂区自然条件和外部条件确定生产工厂中各种机器设备的空间位置，使获得最经济合理的物料和人员的流动路线。就大的空间范围而言，就是在一个地区内厂位置的确定是为就寻找最佳的厂外运输路线 ；就小范围而言，就是在一个厂区内，厂房位置的确定是为了寻找最佳的厂内运输路线。这说明厂址选择工作和工厂布置工作任务的一致性，同时，也说明在不同工作阶段工厂布置的着重点。

对于工厂布置，按我国习惯分法，可划分厂区布置和车间布置。

车间布置是工艺专业向其他非工艺专业提供开展车间设计的基础资料之一。若车间布置不合理，不仅将直接影响到操作条件的好坏、生产的正常进行和设备的安全运行，而且还导致基建时工程造价高、施工安装不便，甚至造成车间建成出现一系列生产和管理的负面问题；因此本设计在车间布置时严格遵守如下设计规范和规定：

GBJl6-87 建筑设计防火规范 (1987年)

T536-79 工业企业设计卫生标准 (1978年)

GBJ87-85 工业企业噪声控制设计规范 (1985年)

HGJ21-89 化工企业爆炸和火灾危险环境电力设计规格(化学工业部 1989年)

中华人民共和国 炸危险场所电气安全规程 (1987年，试行)

药品生产质量管理规范 (1998年修改)

药品生产管理规范 (中国医药工业公司，1985年)

洁净厂房规范 (GB50073-2001)

6.2 厂址的选择：

厂址选择应从国家政策、经济、环境保护等多方面综合考虑双酚A和环氧氯丙烷的这条生产工艺路线属于污染较严重的一种，建议不要把厂址选在市区。如果选址选在城郊，最好选在下水侧，以防止氰化物对城市用水造成污染。另外，选址最好是在交通较为方便的地方，便于原料和产品的运输。

6.3 车间的布置：

本设计在确定了车间的火灾危险类别、爆炸与火灾危险性场所等级、卫生标准、车间建筑 (构筑)物、露天场所的主要尺寸和全部工艺设备的空间位置后对车间进行了如下布置。

6.3.1 辅助生产和行政-生活布置：

车间由生产部分、辅助生产部分和行政-生活部分组成。辅助生产部分包括配电房、化验室、机修车间、原料、辅料和成品仓库等；行政-生活部分包括办公室、工人休息室、厕所。

在设计过程中既考虑了车间内部生产、辅助生产、管理和生活的协调，又考虑了车间与厂区供水、供电、供热和管理部分的呼应，使之成为一个有机整体。其中对采光、采暖和通风要求较高的办公室、化验室布置在南面，而对这些要求相对较低的更衣室、厕所、浴室则布置在北面，其他辅助生产部分布置在底层，兼顾了厂区供电、供水、供热和管理方便的各方面要求，从而使之成为一个有机的可持续运转的系统。

另外，在布置过程中考虑到节约建筑面积和土建工程量，减少土建投资以及利于设备的安装和检修、通风和排毒，以及利于车间的改建和扩建，将部分设备进行了露天布置。

6.3.2 厂房的布局：

在缩合车间与还原车间生产规模小车间中各工段联系紧密，生产无显著差异，产房面积小，地势平坦在符合建筑设计防火规范（GBJ 16-87）和工业企业设计卫生标准（TJ36-79）的前提下，选择了集中式。车间的生产，辅助生产和生活-行政部分集中安排在一栋厂房内。

6.3.3 厂房的长、宽、高和层数确定：

厂房采用 6—3—6柱网，长27m，宽l5m；厂房的高度，主要决定于工艺，安装和检修要求，同时也考虑通风，采光和安全的要求，根据设备布置高度和车间布置情况选择了6m高度，操作台 2.3m高度，作三层布置的单层厂房 。

6.3.4 厂房内布置：

生产部分包括生产车间的缩合工段、离心工段、结晶工段和环氧氯丙烷回收工段和苯回收工段，压滤分离工段、结晶工段、离心分离和重结晶工段。生产部分的设备采用两行布置，工人背光操作。布置设备仪器时尽量符合了工艺的顺序，保证了水平方向和垂直方向上的连续性. 对于有压差的设备，充分利用高位差，采用上下层布置方法，充分利用其高位差。所以，厂房总体布置时采用了把换热器放置在最上层，计量罐、高位槽安放在第二层，主要设备 (如反应罐，配氨罐等)水平布置在中间层 (第三层)，离心机、过滤机、贮槽等布置在最底层 (地面)的布置方法。

对于相同或同类型的设备、操作性质相似的设备，尽可能的放置在一起，。在安全生产都合理布局的前提下，为了最大限度缩短设备间的管道长度，我们按工艺流程先后顺序把工艺设备 (主要是反应罐)安排在一起，全部靠墙直线排列，保证了车间内部的紧凑和美观。

另外，为了方便苯和甲苯的蒸馏，就把蒸馏岗位放在相关反应和离心设备的附近。

第7章“三废”处理及其综合利用

“三废”的随意排放是造成环境污染的主要原因，也是物质的损失和能源的浪费，应该进行处理。治理方法大致分为改革工艺、“三废”的无害化、“三废”的资源化，下面就后两条进行分析。

8.1 废水的处理：

本生产工艺中产生的工业废水，大量含有甲苯等简单化合物，考虑到回收的成本较高，使用天然生物处理，利用水中和土壤中广泛存在的微生物的生物降解作用. 进行废水生物处理，达到废水排放标准后排放。

8.2 套用和回收利用：

本设计工艺中大量使用苯、甲苯作为溶剂、助滤剂，直接排放不仅会大大提高成本，而且会对环境造成巨大的危害，所以需要回收利用。在计算和车间的

布置中己对回收工艺作了详绍的说明。

甲苯回收并不是直接把废液放入蒸馏釜进行，而是先加一定量的水，在对混合液进行蒸馏。加水的量与甲苯的含量大概相等。这样做的目的是让水与甲苯产生共沸，使蒸馏温度降低，减少能耗量。

第8章 环氧树脂安全生产和环境保护

8.1环氧树脂安全生产和环境保护的重要性

　　生产环氧树脂的主要原材料大多易燃易爆、有毒、有腐蚀性，生产过程属于釡式生产，生产连续、带压、高温、有电，稍有不慎则会造成各类事故。生产过程中排放的废水、废气、废渣和噪声必须得到科学治理，达到国家规定容许浓度才能排放，否则，会对周围环境造成严重污染，祸害社会和四邻，破坏安定团结，危及子孙后代。搞好安全和环保工作是发展环氧树脂生产的必要条件。

随着环氧树脂生产设备的大型化，密闭化和控制的高度自动化，环氧树脂的生产环境得到了根本性改善。安全与劳动保护设施也越来越完善。环氧树脂生产中不产生工业废气，但废水与废渣的处理不可忽视。

8.2环氧树脂生产安全注意事项与劳动保护措施

　8.2.1环氧树脂生产原料安全毒性

　（1）ECH：由于环氧基与氯取代基的存在，其毒性很强。ECH有难闻的异味，对人的眼、鼻、咽喉、皮肤等有很强的刺激性。

　（2）BPA：是一种毒性很低的固体原料，LD50为2400mg/kg。但在投料及储运中有一定的粉尘污染，应注意防护。

　（3）NaOH：是强碱，具有极强腐蚀性，对人的眼睛、皮肤极易造成伤害。

　（4）溶剂：目前使用最多的是甲苯。甲苯是一种毒性比较重的溶剂，长期接触对人体呼吸道及肝脏均能造成损害。因操作失误造成急性中毒事故的后果更为严重。

8.2.2环氧树脂生产中劳动保护注意事项

　（1） 技术上不断发展进步，采用先进的生产工艺、先进的设备与控制技术，实现生产过程的密闭化、自动化；工业废水的回收利用；工艺废渣的无害化处理等等。

（2）岗位操作现场应有良好的通风设施，避免有害气体的积聚

（3）用低毒的溶剂取代毒性较重的溶剂。现在有的生产厂用甲基异丁基酮、正丁醇或混合溶剂来替代甲苯。

（4） 操作区域与非操作区域应有一定的距离，生产区与生活区要严格分开。

（5） 任何人进入操作区，都必须穿戴劳动保护用品。

（6） 生产岗位备有事故应急抢救药品柜，内有烫伤、洗眼等药水。

（7）所有操作人员都要进行定期安全教育，熟悉自己操作的装置的水、电、汽、气的控制开关、阀门；熟悉消防设施的部位与使用方法；熟悉紧急停车程序、报警信号的内容和处理方法。

（8） 所有操作人员应定期（半年或一年）进行体检，主要是呼吸道、血液和肝功能。

8.2.3环境保护措施

（1） 从工艺技术上不断改进，节能降耗。

（2） 废水的分级处理，尽量减少有毒有害废水的排放量。像前面讲的，将水洗废水用来脱盐泥，脱盐泥废水再送污水处理装置处理，达标排放，废水中的盐，应尽可能回收作为工业用盐。

（3） 废渣也应分步骤处理。过去，环氧树脂废聚物与盐泥一道排放，污水处理十分困难。现在，我们对废聚物分级萃取，用溶剂将其中夹带的粗树脂萃取出来，送下批料精制工序，萃取后的废渣滤饼再送去焚烧处理。

致谢

踉踉跄跄地忙碌了两个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。点击运行，也基本达到预期的效果，虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头。但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方，譬如功能不全、外观粗糙、底层代码的不合理数不胜数。可是，我又会有点自恋式地安慰自己：做一件事情，不必过于在乎最终的结果，可贵的是过程中的收获。以此语言来安抚我尚没平复的心。

设计过程中我的收获是很多的，这些收获也是平时无法获得的。首先，我原来.所学的专业知识得到了整合与升华. 有些课程 (如物理化学、化工原理、化工仅表及荑自动化、化工制图、文献检索)，我们平时根本无法认识其重要性，但在设计过程中，这些知识的灵活运用恰好成了设计的亮点所在。

毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想借次机会感谢四年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。我的毕业指导老师陈老师，他总是以一位长辈的风范来容谅我的无知和冲动，给我不厌其烦的指导。在此，特向他道声谢谢。

大学生活即将匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。”大学四年，但它给我的影响却不能用时间来衡量，这四年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。

参考文献

1.陈敏恒，丛德滋等，化工原理，北京：化学工业出版社，2000

2.环氧树脂生产与应用(第二版) 王德中　 化学工业出版社

3.化工原理(杨祖荣)(二版) 杨祖荣　 化学工业出版社

3.油脂化工产品工艺学 冯光炷 主编　 化学工业出版社　

4.化工工艺设计手册.第三版中国石化集团上海工程有限公司 编化学工业出版社

5.化工工艺学（第二版） 薛荣书，谭世语 主编 重庆大学出版社

6.化工仪表及自动化（第四版） 厉玉鸣 主编 化学工业出版社

7.化工设计(陈声宗)(二版) 陈声宗 化学工业出版社

8.化工设计概论 侯文顺 化学工业出版社　

9.化工设备设计手册（上下卷）朱有庭，曲文海，于浦义 主编化学工业出版社

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/eaa72621aaea998fcc220e7b.html