年产5万吨酸树脂涂料的车间工艺设计

目 录

摘 要.......................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................. I

第一章 绪论 ............................................................................................ 1

1.1概论 ............................................................................................................... 1 1.1.1醇酸树脂的发展 ........................................................................................ 1 1.1.2国内发展状况 ............................................................................................ 1 1.1.3国外发展状况 ............................................................................................ 2 1.1.4醇酸树脂生产前景 .................................................................................... 2 1.2醇酸树脂的组成 ........................................................................................... 3 1.2.1植物油 ........................................................................................................ 3 1.2.2多元醇 ........................................................................................................ 3 1.2.3多元酸 ........................................................................................................ 4 1.2.4溶剂 ............................................................................................................ 5 1.2.5催化剂 ........................................................................................................ 5 1.2.6催干剂 ........................................................................................................ 5 1.3 醇酸树脂的分类 .......................................................................................... 5 1.4醇酸树脂的合成工艺 ................................................................................... 6 1.4.1醇解法 ........................................................................................................ 6 1.4.2脂肪酸法 .................................................................................................... 7 1.4.3熔融法和溶剂法 ........................................................................................ 7 1.5醇酸树脂的进展 ........................................................................................... 7

第二章 醇酸树脂的工艺流程 .............................................................. 10

2.1本设计选用的生产工艺 ............................................................................. 10 2.1.1醇酸树脂合成方法的选择 ...................................................................... 10 2.1.2醇酸树脂缩聚工艺的选择 ...................................................................... 10 2.1.3醇酸树脂催化剂的选择 .......................................................................... 10 2.1.4醇酸树脂催干剂的选择 .......................................................................... 10 2.1.5醇酸树脂防结皮剂的选择 ...................................................................... 11

2.1.6醇酸树脂辅料的选择 .............................................................................. 11 2.1.7醇酸树脂植物油的选择 .......................................................................... 11 2.1.8醇酸树脂多元醇的选择 .......................................................................... 12 2.1.9醇酸树脂溶剂的选择 .............................................................................. 12 2.1.10 醇酸树脂终点控制的选择 ................................................................... 12 2.1.11醇酸树脂加热和冷却方式的选择 ........................................................ 13 2.1.12本设计的创新之处 ................................................................................ 13 2.2醇酸树脂生产条件设计 ............................................................................. 13 2.2.1主要原料及参数 ...................................................................................... 14 2.2.2生产醇酸树脂的规格 .............................................................................. 14 2.3配方设计 ..................................................................................................... 14 2.3.1基本概念 .................................................................................................. 14 2.3.2配方计算 .................................................................................................. 15 2.4生产工艺及流程 ......................................................................................... 16 2.4.1醇酸树脂生产工艺 .................................................................................. 17

第三章 醇酸树脂的物料衡算 ....................................................... 17

3.1原始数据及所需技术资料 ......................................................................... 17 3.2对反应釜的物料衡算 ................................................................................. 18 3.3兑稀罐的物料衡算 ..................................................................................... 19 3.4整个系统的物料衡算 ................................................................................. 19

第四章 醇酸树脂的能量衡算 ....................................................... 20

4.1反应釜的热量衡算 ..................................................................................... 20 4.1.1计算依据及基准 ...................................................................................... 20 4.1.2热量计算 .................................................................................................. 20 4.2 冷却水消耗量 ............................................................................................ 21 4.2.1 反应釜需移走的热量 ............................................................................. 21 4.2.2 兑稀釜需移走的热量 ............................................................................. 21 4.2.3 所需冷却水总计 ..................................................................................... 21 4.3电能消耗量 ................................................................................................. 22

第五章 设备的选择 .............................................................................. 22

5.1反应釜的设计 ............................................................................................. 22 5.1.1 材料选择 ................................................................................................. 22 5.1.2 反应釜容积的计算 ................................................................................. 22 5.1.3 封头的选择 ............................................................................................. 23 5.1.4 支座的选择 ............................................................................................. 24 5.1.5 法兰的选择 ............................................................................................. 24 5.1.6 接管的选择 ............................................................................................. 24 5.1.7雷诺数的计算和搅拌器功率的计算 ...................................................... 25 5.1.8反应釜设计图 .......................................................................................... 26 5.2兑稀罐设计 ................................................................................................. 26 5.2.1兑稀釜容积的计算 .................................................................................. 26 5.3冷凝器设计 ................................................................................................. 26 5.3.1 传热面积的计算 ..................................................................................... 26 5.3.2 冷凝器的选型 ......................................................................................... 27 5.4填料塔的设计 ............................................................................................. 27 5.4.1 塔径的计算 ............................................................................................. 28 5.4.2 填料层高度的计算 ................................................................................. 28 5.5泵的设计 ..................................................................................................... 28 5.5.1离心泵体积流量的计算 .......................................................................... 28 5.5.2输送丙三醇的泵 ...................................................................................... 29 5.5.3输送醇酸树脂涂料的成品泵 .................................................................. 29 5.6工艺设备一览表 ......................................................................................... 29

第六章 醇酸树脂生产中常出现的问题 ............................................. 30

6.1 常见问题及对策 ........................................................................................ 30

第七章 车间设备布置设计 .................................................................. 31

7.1 车间设备布置的原则 ................................................................................ 31 7.1.1 车间设备布置设计 ................................................................................. 31 7.1.2 车间设备布置的原则 ............................................................................. 31 7.1.3 车间设立面布置的原则 ......................................................................... 32 7.2 车间设备布置 ............................................................................................ 32

7.2.1 车间设备平面布置 ................................................................................. 32 7.2.2 车间设备立面布置 ................................................................................. 32

第八章 公用工程 .................................................................................. 33

8.1供水 ............................................................................................................. 33 8.2供电 ............................................................................................................. 33 8.3供暖 ............................................................................................................. 33 8.4通风 ............................................................................................................. 33

参考文献 .................................................................................................. 34 致 谢 ....................................................................................... 35

山东轻工业学院2012届本科生毕业设计（论文）

摘 要

醇酸树脂由于综合性能好，原料广泛，不依赖石油产品，性价比高，一直以来都是产量最大的树脂之一。醇酸树脂涂料在涂料中占据重要地位，为中高档涂料的主要产品。醇酸树脂涂料是由多元醇、二元酸和植物油酯化而得的。本设计采用溶剂法制备醇酸树脂。

本设计是生产5万吨醇酸树脂涂料的车间设计，主要通过对醇酸树脂进行物料衡算，能量衡算，反应釜、兑稀罐、填料塔等工艺设备的设计及选型，从而绘制出工艺流程图、物料流程图、生产车间的立面图和平面图。同时，根据需要对车间进行设计，绘制出车间布置图。

关键词：醇酸树脂 溶剂法 反应釜 车间设计

ABSTRACT

Alky resin has been one of the largest resin because of good comprehensive performance, a wide range of raw materials and not dependent on petroleum products. Alky resin coating plays an important position in the coating and in the high-grade coating products. Alky resin paint is composed of polyol, vegetable oil and polybasic acid. The design carry solvent method to prepare to alkyd resin.

The design is to produce 50000 tons of alky resin coating and to design workshop of the alky resin coating. And the article is to design material balance, energy balance and select reaction kettle, diluted tank, packed tower and draw the process flow diagram and flow chart of materials, and workshop. According to the design of workshop of the alky resin coating, I draw a workshop layout.

Key words: alky resin; solvent method; reaction kettle; design workshop

I

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缓慢，起皱皮。因此，常用与其他干料配合使用效果更佳。

锌干料是干料中的助干料，长与钴干料联合使用。其作用是提高主干料的催化作用，同时推迟氧化的油分子局部的快速聚合，使其聚合全面而均匀。其又是良好的湿润剂，便于贮藏。

钙干料也是干料中的助干料，作用基本与锌干料基本相同。 因此，选择钴干料和锌干料为醇酸树脂的催干剂。

2.1.5醇酸树脂防结皮剂的选择

醇酸树脂用防结皮剂主要是甲乙酮肟。在醇酸树脂的生产中用来防止表面氧化和结皮。在城模时因易于挥发而不同于别的漆膜的干燥。

因此，选择甲乙酮肟作醇酸树脂的防结皮剂。

2.1.6醇酸树脂辅料的选择

醇酸树脂常用辅料有烧碱、乙醇、KOH标液、酚酞、CO2和滤布等。 烧碱白色固体，易溶于水，受潮后吸收CO2成为Na2CO3，它具有强碱性，易腐蚀，去油污性强。

乙醇为白色透明液体，浓浓酒味。乙醇易溶于水，与甲苯混合的溶剂，可溶解树脂。乙醇在终点测定中具有一定的作用。

KOH标液，碱性溶液，可中和醇酸树脂反应中的游离酸。反应中的游离酸决定醇酸树脂的反应程度。因此用KOH标液测酸值来测定醇酸树脂的反应程度。

酚酞用来标定KOH的量。酚酞在酸性条件下为无色，中性条件为粉红色，碱性条件为深红色。当KOH的量加到刚能达到饱和状态时，酚酞就由无色转为粉红色。

CO2气体从醇酸树脂生产反应一开始就应接通，直到反应终结关闭，它在反应中起封闭物料，防止氧化，促进搅拌的作用。

滤布起过滤作用，用来除掉树脂中所所含杂质与颗粒较大物质，使树脂清澈透明和均匀。

因此，选烧碱、乙醇、KOH标液、酚酞、CO2和滤布作醇酸树脂的辅料。

2.1.7醇酸树脂植物油的选择

植物油的油度过长或过短都对生产要求较严，油度越长，醇解速度越慢，醇解温度越高，醇解时间越长，容忍度越小，故选用生产中油度的树脂。

选用的植物油，必须经过精制以除去油中的游离脂肪酸、色素、蛋白质等杂质。而植物油的碘值越大，则醇解速度就越快。如亚麻油（碘值174）＞豆油（碘值125～140）＞玉米油（碘值114）＞棉籽油（碘值102）。为减短醇解时间，本设计将采用经过双漂的亚麻油。

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2.1.8醇酸树脂多元醇的选择

在相同条件下，多元醇的醇解速度规律是：三羟甲基丙烷>甘油>季戊四醇。如果多元醇用量增加，其醇解速度则相应加速。

甘油和三羟甲基丙烷的含量和质量对产品质量有很大影响， 如果含量偏低， 将影响醇解， 酸值下降很慢，反应终点很难控制，同时也能影响到树脂色泽等质量问题，所以一定要严格控制原材料的质量。

钠法生产的季戊四醇熔点比钙法的熔点要低，醇解时的温度一定要达到其熔点的温度，否则就不能使醇解物形成均相体系，并导致醇解缓慢使反应时间过长而对质量不利。季戊四醇含有盐类等杂质，会影响到树脂质量。钠法生产的季戊四醇如有甲酸钠存在会引起树脂色泽变深；钙法生产的季戊四醇如有甲酸钙则会引起透明度下降。工业季戊四醇不是纯净物，由于季戊四醇之间会发生醚化反应，在季戊四醇中会存在着二季戊四醇、三季戊四醇等。若二季戊四醇、三季戊四醇等杂质量过大，会使生成物粘度上升过快，影响树脂的质量，增加树脂净化的难度。

考虑以上因素及原料成本，本设计将采用甘油作为多元醇。

2.1.9醇酸树脂溶剂的选择

因为在酯化工段时需要用二甲苯与酯化过程生成的水共沸蒸出，故选用二甲苯作为溶剂，同时，为降低成本，再选用200号溶剂油作为溶剂与二甲苯混合使用。

二甲苯不溶于水，能与乙醇、乙醚、芳香烃和脂肪烃溶剂混溶。由于其溶解力强，挥发速度适中，是短油醇酸树脂、乙烯树脂、氯化橡胶和聚氨酯树脂的主要溶剂。也是沥青和石油沥青的溶剂，在硝基纤维素涂料中可用做稀释剂。在二甲苯中加入20%～30%的正丁醇， 可提高二甲苯对氨基树脂漆料和环氧树脂等的溶解力。由于二甲苯既可以用于常温干燥涂料，也可用于烘漆，因此是目前涂料工业中应用面最广，使用量最大的一种溶剂。

200号溶剂油的溶解力属中等范围，可与很多有机溶剂互溶。可溶解生油， 精制油， 也可溶解低粘度的聚合油。但对高粘度的聚合油溶解能力差。酚醛树脂漆类、酯胶漆料，醇酸调合树脂及长油度醇酸树脂可以全部用200号油漆溶剂油溶解。中油度醇酸树脂需要和少量芳香烃一起使用，短油度醇酸树脂及其他合成树脂不能用200号油漆溶剂油溶解。除此之外，甘油松香酯，改性酚醛树脂，达马树脂，天然沥青和是由沥青都可以溶于200号油漆溶剂油，所以它在涂料工业中国用途很大。

2.1.10 醇酸树脂终点控制的选择

一般都采用甲醇或乙醇容忍度方法以及电导测定法（醇解仪）来测试和控制

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醇解反应终点。 1．甲醇容忍度法

甲醇容忍度法主要常用于短油度和中油度甘油醇酸树脂产品中控制醇解物的终点。具体的做法是取1体积反应混合物与3 体积无水甲醇混合，在25℃下，如能得到透明溶液，即达到醇解终点，否则应继续醇解。 2．乙醇容忍度法

乙醇容忍度法用于长油度甘油醇酸树脂和季戊四醇醇酸树脂产品中控制其醇解物的终点。具体的做法是取 1 体积反应混合物与 4 体积95%乙醇混合，在25℃下，如能得到透明溶液，即达到醇解终点，否则应继续醇解。 3．电导测定法

电导测定法又叫醇解仪法， 该法是利用电导仪的两个电极装入反应釜内， 在醇解过程中， 观察仪表上的电导率曲线变化，待电导率曲线升到高峰点（即拐点）后，又突然下降，然后曲线再趋向平衡，此刻的高峰点就作为醇解终点。 电导测定法虽然简便，但是不够准确，因为本设计生产中油度醇酸树脂，因此采用甲醇的容忍度法进行终点控制。

2.1.11醇酸树脂加热和冷却方式的选择

（1）加热方式：本工艺的加热主要是针对反应釜的加热升温，温度需达到200摄氏度以上，查阅相关资料后，决定采用热导油循环加热。热导油采用电热丝加热。

（2）冷却方式：由于反应过程不需要温度急速下降，所以采用冷却水冷却的方式，使用后的冷水继续打回冷水池循环使用，在冷水池上方加装一台大风扇加速循环水的降温。

2.1.12本设计的创新之处

通过回流系统的改进来提高酯化反应的转化率。

溶剂法一般采用二甲苯与水共沸法蒸出反应生成的水，水和二甲苯蒸汽经冷凝后进入分离器，将水排出体系外，如果二甲苯和水分离不好，二甲苯夹带少量的水回到反应釜，将使酯化时间延长，树脂的透明度差。所以本设计为了使二甲苯和水很好地分离，是用填料塔代替通常的蒸出管，分水后的溶剂不直接回流入反应釜中，而是用循环泵打入填料塔顶部，回流液与釜内蒸出的共沸物蒸汽在填料塔内进行良好的传热传质，使共沸物蒸汽中夹带的低分子多元醇、脂肪酸冷却流回反应釜，以减少低分子反应物的损失。进入反应釜的冷溶剂在填料塔内被初步加热，进入反应釜后不致使反应物温度波动过大，减少热量的消耗。

2.2醇酸树脂生产条件设计

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2.2.1主要原料及参数

表2-1 醇酸树脂的主要原料及参数

主要原料 甘油 苯二甲酸酐 亚麻油 二甲苯 200号溶剂油

化学式 C3H8O3 C8H4O3 C18H32O2 C8H10

熔点/℃ 17.8 131.2 -5

沸点/℃ 290 295 229-230 137-140

相对密度 1.26 1.53 0.90 0.86 0.852

2.2.2生产醇酸树脂的规格

油度：50% 纯度：50%

表2-2 所生产醇酸树脂的规格

粘度 8~11s

酸值/ mgKOH／g

＜10

固体份 50%±2%

2.3配方设计

醇酸树脂是一类重要的涂料用树脂，它是以多元醇、多元酸及植物油(或高级不饱和脂肪酸)为原料合成的一种油改性聚酯。它的出现使涂料工业打破了以干性油与天然树脂为传统的生产工艺，使涂料工业走上了现代化的化学合成的工业道路，开创了涂料工业的新纪元。醇酸树脂的合成原料丰富、品种多、合成工艺简单、配方变化大。另外在干燥速率、附着力、光泽、硬度、保光性和耐候性等方面远远优于天然的油性漆；醇酸树脂不仅可单独使用，而且还可同其他树脂配伍；它可应用于各种底材。因此，自1927年工业化生产以来，醇酸树脂漆已成为一类重要的涂料品种。据统计，目前醇酸树脂占涂料用树脂产量的4 0 % 。所以，醇酸树脂合成配方的理论研究具有重要的实际意义[19]。

2.3.1基本概念

(1)官能团

有机化合物分子中能起化学反应作用的活性基团称为官能团，如甘油分子中含三个羟基，官能团为3，苯酐分子有两个羧基参与反应，官能团为2。

醇酸树脂反应的平均官能度Fav=反应中总的官能团数／反应物的总分子数=(A+B)／C。如果醇超量，Fav=2A／C。A、B、C为多元酸、多元醇的当量数数

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和反应物的总的分子数。 （2）醇超量

R=B/A，体系中醇的总的当量数与酸的总的当量数之比，植物油要分解为甘油与脂肪酸两部分，分别计入醇与酸的总的当量数中。OH%超量=（R-1）×100%，若只考虑外加醇的%过量，则有OH%超量=（r-1）×100%（r为不考虑植物油分解产生的甘油和脂肪酸，体系中醇的当量数与酸的当量数之比）。 （3）醇酸树脂常数K

K=C/A，K=1是一个理论常数，在实际配方计算中可使K稍大。

2.3.2配方计算

按油度计算配方，油度=油量／树脂理论值×100=油量／（多元醇+多元酸+油量-酯化产生的水）。按解方程方法得：油量=要求的油度，%×（酯化苯酐的多元醇的量+苯酐的量+过量多元醇的量-酯化产生的水的量）÷（100-要求的油度，%）

在这个关系式中，油度已知为50%，假设多元酸二甲酸酐为1mol（2当量），则酯化2当量的苯二甲酸酐所需多元醇为2当量，酯化产生的水为18g，只有“过量多元醇”为未知，可以根据经验从表2-3中查的。

表2-3 油度与苯酐酯化过量羟基数的关系[12]

油度，% 苯酐酯化过量羟基数

65 0

62~65 0

60~62

0

55~60 5

50~55 10

40~50 18

30~40 25

注：a．多元醇为甘油；b．羟基过量数是外加多元醇对外加多元酸的羟基过量数，是OH%超量，有（r-1）×100%的来。

由所设计的醇酸树脂的油度为50%，根据上述计算方法计算配方，由表2-2知油度为50%的醇酸树脂其过量羟基数为10%，苯二甲酸酐当量值为74，甘油的当量值为30.7。

由油量=油量=要求的油度，%×（酯化苯酐的多元醇的量+苯酐的量+过量多元醇的量-酯化产生的水的量）÷（100-要求的油度，%） =50×（2×30.7+2×74+2×30.7×10%-18）÷（100-50）=197.54 则醇酸树脂的配方为： 亚麻油 197.54 甘油 67.54 苯二甲酸酐 148.00

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/v7d2.html