年产一万吨松香树脂的设计.docx

1概述1.1松香树脂松香树脂是一种浅色的，经过高度聚合（二聚合）的高软化点、高粘性，和更好的 抗氧化性，并且在液体状态下或在溶液里完全抗结品，它的多种用途包括油漆，干燥 剂，合成树脂，汽车油墨，地砖，橡胶合成物，助焊剂、焊锡膏，以及各种胶粘剂和 保护涂料。松香树脂酸含有双链和羧基活性基因，具有共轭双键和典型羧基反应。松香 除 了本身易于氧化及异构反应外，还具有歧化、氢化、加成、聚合的双键反应。同时也 具有酯化、醇化、成盐、脱羧、氨解等羧基反应。松香二次再加工就基于松香有双键 和羧基反应的特性，将松香加以改性，生成一系列改性松香，提高了松香使用价值。1.1.1松香树脂的性质树脂酸具有一个三环骨架结构，大部分含有二个双键和一个羧基二种活性中心， 通过与羧基的酯化、中和及与双键的加成、氢化、岐化、聚合等，可改变松香的理化 性能，大大拓展松香的应用领域，在涂料、油墨、胶粘剂等行业得到广泛应用。这些 经过化学加工的松香制品，统称为改性松香树脂。根据改性松香时使用的原料和合成 的工艺路线，一般可将改性松香树脂分成四类。松香结构中的树脂酸具有一元羧酸的特征，可进行一系列羧基反应；和金属 氧化物或氢氧化物在高温下中和，生成的衍生物树脂酸金属盐，也称松香皂。松香自身的酸值较高，热稳定性差，若与醇酯化，可改善松香的特性和扩展 其用途，所得产品也称松香多元醇酯，主要用于生产热熔胶和黏合剂。甲醛和酚类的缩合产物与松香加成后，并与多元醇脂化改性而成的合成树 脂，可称为松香改性酚醛树脂，由于其独特的蜂窝状结构特征，能与颜料良好润湿， 被广泛应用于酚醛漆、酚醛黏合剂、平版胶印油墨等。用多元醇酯化松香和顺酐的加成物，所得到的改性树脂，称为松香顺酐多元 醇酯。主要应用于油漆、油墨等行业，能改善涂膜干燥性、耐水性好，硬度高，尤其 在热熔型马路标志漆中应用较广。1.1.2松树树脂的组成与性质松树树脂主要由单萜、倍单萜、树脂酸等二萜化合物组成，分别为松节油、重质 松节油、松香的主要成分。某些树种的松脂含量有少量烷烃、芳烃、其他萜类化合物 以及脂肪酸等。松脂刚从树脂道泌出时，低沸点萜类含量可达36%，流动性好。此后 低沸点部分逐渐挥发，析出树脂酸品体，松脂变稠，形同蜂蜜。静置时树脂酸下沉， 上层呈现黄色液体。长期暴露空气中，由于大量低沸点物挥发以及严重的氧化作用， 松脂干涸成块、颜色变黄，通称此种松脂为“毛松香”。一般待加工的马尾松香树脂 含松香73%77%，松节油13%23%，重质松节油2%5%，水分不大于4%，机械杂质应 低于0.6%1.2松香富马酸松香季戊四醇酯是一种优良的松香改性不饱和聚酯树脂。产品性能优良， 色泽浅，耐碱、耐水、稳定性好；制成高级白油漆等，其漆膜坚硬,干燥快，持久性好， 色泽光亮；同时它也是印刷油墨的原料。前苏联优洛高德斯林化厂、日本荒川化学株 式会社等已于八十年代进入工业试制试产。我国广东广宁、南丰化工厂、中国林科院林化所等相继于九十年代前后对其系列产品 KA100L、KF399S、146和KF454等树脂进行试制、试产取得较大进展。采取土洋结合 的小设备生产出产品质量好，色泽较浅，软化点高，酸值稳定的富马酸松香季戊四醇酯。总之，对这方面改性产品的研究和应用具有重要 的现实意义。1.2.1松香的主要类型：松香是松树分泌的粘稠液体经蒸馏而得到的一种天然树脂，其颜色由微黄色至棕 红色，是一种透明、脆性的固体物质。松树具有极强的生命力，是分布最广的树种之 一，据估计松树约占地球上森林面积的1/3,在我国从南到北都有分布。松香是我国 林产化学工业中最重要的产品之一，是一种重要的天然产物，也是一种可再生资源。 松香按其来源（即采集方法）的不同可分为三种类型：即脂松香、木松香、和浮游（妥 尔油）松香。（1）脂松香使用采割的形式收集松脂再加工提炼而成的松香叫脂松香。其特点是对松树能连续采割，有利于资源的充分利用。中国松脂资源丰富，是脂松香产量 最大的国家，脂松香产量在相当长时间内仍会保持35万吨以上。所以，估计今后20-30 年内，世界脂松香年产量仍可保持在65-70万吨。（2）木松香 木松香是将松根或树干切碎，用溶剂浸提出树脂，经加工提炼出来 的松香。主要产于美国，原料依赖于该国东南部的原始松林，现在由于森林资源减少， 导致木松香原料短缺，产量由1950年31.6万吨，降至目前2万吨。前苏联也生产木 松香，由于资源减少，产量也急剧下降。估计世界现木松香产量只占松香总量5%以 下。（3）浮油松香 来自木材制浆造纸工业，从硫酸盐制浆中回的黑液经加工而得，原 来在性能上不如脂松香，后来由于质量不断提高，如今性能己与脂松香相近。由于造 纸所用松木比例减少，降低了浮油分馏所得松香产率（从27%降至21%）。所以近年来 虽然粗浮油分馏能力增加，但是浮油松香产量仍只保持相对稳定，约占松香总量 30%-35%。上述三类松香，以脂松香的质量最好。我国目前以脂松香为主，而且也是世界上 最大的脂松香生产国和出口国。因此发展松香生产必须首先发展松脂生产。松脂主要 集中于松树树木的树脂道中，为了取得松脂，在松树上有规律地切开伤口，使松脂外 流，手机起来作为生产松香的原料，这种作业称为采脂。采脂的主要树种有松属树木 中的马尾松、云南松、湿地松，其他如南亚松、黑松、油松和红松等也可采脂。松脂应分级存储，以保证松香质量。松脂的质量取决于颜色、含油量、杂质和水 分等。树脂的分级可评定为特级、一级、二级、三级。1.2.2国内松香情）兄：目前，松香的世界年产量约为110X104120X 104t。我国松树资源丰富，松林 面积约1600X10hm 2，年可采脂40X 104-50X 104t，是松香产量最大的国家。目前 我国松香主要产地为广西、广东、福建、江西、云南、湖南、海南等省（自治区）， 其中两广产量占全国总产量的一半以上，素有“两广平，天下宁”之说。由于采脂劳动力强大，随着经济的发展，松香的产区逐渐移向较偏远的山区，近 年来广西的产量开始大于广东。云南的脂松香产量也呈现了较快的增长势头。马尾松 主要分布在淮河流域、汉水流域以南和云南、贵州、四川东部地区。云南松分布在广 西西南部、云南、贵州、四川的西部和西藏东部。湿地松使广西、广东、福建、江西、湖南等省引种的很有希望的采脂树种。南亚松是热带树种，主要分布在海南省。1.2.3松香的用途：1、肥皂工业松香与纯碱或烧碱一起蒸煮，形成松香皂。松香皂具有很大的去污力，易溶于水， 能溶解油脂，易起泡沫。松香具有粘性，可使肥皂不易开裂和酸败变质。2、造纸工业松香在造纸工业上用作抄纸胶料。松香与苛性钠制成松香钠皂，即胶料，胶料与 纸浆混合并加入明矶，使松香成为不溶于水的游离树脂酸微粒附着在小纤维上，当纸 浆在干燥圆筒上滚压加热时，松香软化填充在纤维之间，这种作用叫“上胶”或“施 胶”。纸张“上胶”后，可增强抗水性，防止墨水渗透，改善强度和平滑度，减少伸 缩度。3、油漆涂料工业松香易溶于各种有机溶剂，而且易成膜，有光泽，是油漆涂料的基本原料之一。 松香在油漆中的作用是使油漆色泽光亮，干燥快，漆膜光滑不易脱落。4、油墨工业松香在印刷油墨中主要用作载色体，并增强油墨对纸张的附着力。油墨中若不用 松香，印制成的墨迹就会色调呆滞，模糊不清。5、粘合剂工业以松香酯和氢化松香酯为基本原料的粘合剂，常用作热熔性粘合剂、压敏粘合剂 和橡胶增粘剂。6、橡胶工业松香在橡胶工业上用作软化剂，可增加其弹性。歧化松香钾皂可作合成。7、食品工业氢化松香甘油酯与天然糖胶树胶、蜡、醋酸乙烯等一起加热溶融，然后加香料、 砂糖及色素等调匀，可制成口香糖。在屠宰场中宰杀猪、牛、羊时，经过用脱毛机 械操作之后，遗留在动物体和头部的毛可用由88-94%的熔融松香和6-12%的棉籽油所 组成的脱毛剂来除去。8、电气工业用松香35%与光亮油65%配制成绝缘油在电缆上用作保护膜，起绝缘及耐热作用。 松香和电木以及其他人造树脂相混合用作绝缘清漆9、建筑材料工业松香在建筑材料工业上主要用做混凝土起泡剂和地板花砖粘结剂。松香也用作 氯乙烯石棉瓷砖的粘结剂。松香和亚麻油、碳酸钙、木炭、颜料等在一起混合可制 造地毡瓷砖。1.3 KA100L型号松香脂天然松香与改性松香（氢化松香、聚合松香、马来松香等）树脂酸中的羧基， 与其他一元羧酸一样，可与多种醇类反应生成相应的脂类。但由于羧基位于叔碳原子 上，有较大的空间位阻，使之酯化时需要更高的或较之一般引起酯化反应更为激烈的 反应条件。酯化产物一般具有耐水、耐酸和耐碱性，故被广泛地应用于涂料工业和橡胶 工业以及用作黏合剂、增塑剂等。松香或改性松香与多种醇类直接酯化生成相应的脂类，其一般反应式如下：R - COOH + HOR。R - COOR ' + H O式中，R为树脂酸基。从反应式中看出，反应是可逆的。为了得到脂，必须 不断脱水，使反应向右推移。湖南科茂林化有限公司生产的KA100L型号松香脂是一种季戊四醇脂，其反应 如下：4 R - COOH + C （CH OH ）催化 t R -（ CH OOCR） + 4 H O式中，R为树脂酸基C19 H 29 -。松香季戊四醇脂与松香甘油酯的制备工艺相同，由于季戊四醇为伯醇基，较 仲醇的酯化速度快得多。此外季戊四醇在高温下于酸性介质中部分地失水为二聚季戊 四醇，松香与季戊四醇耗量的质量比为1： 0.12。氧化锌与硼酸等为酯化过程的催化 剂。松香季戊四醇外观为块状透明固体；色泽（铁钻法），号10;酸值（mg/g， 以KOH计）25；软化点（环球法）N85°C；苯中溶解度，清；此种脂具有分子量大、 酸值低、硬度和熔点都较高等特点，在溶剂中或在熔融时更高的黏度。较松香甘油酯 具有更好的抗氧性、耐水性和耐碱性，并具有优良的稳定性，可以在300°C或更高的 温度下与中等干性物质一起聚合制备清漆。主要由于油漆、油墨等。1.4生产方法的选择KA100L松香树脂是松香深加工系列产品之一，具有较高的软化点、较低的酸值 以及色泽浅等特点。是制造油漆、涂料的良好原料.用它所制得的油漆、涂料干燥快、 成膜硬.具有很好的耐碱、耐水、耐候性等性能。湖南科茂林化有限公司KA100L松香树脂生产工艺1.4.1、工艺流程本工艺流程框图如下:1.4.2原料KA100L原料消耗定额表1.1序号原料名称规格生产 1t KA100L原料的用量(kg)1松香99.0%11252甘油99.5%203富马酸99.0%8.34单季戊四醇95%87.55A500.176D2090.83720380.838SB1.339D454催化剂310DD120.1711C1291(1)按此工艺制得的产品色泽浅、软化点高、酸值低，产品得率较为理想。(2) 酯化反应温度超过280°C时，产品颜色变深速度加快，因此必须控制酯化反 应温度。(3) 由于分析条件有限，未能分析出副产物(轻馏分)的成分，有待于进一步研究 以便加以利用。但从理论上分析很可能主要是松香中的重油以及低聚物。1.5厂址及车间的选择1.5.1本产品生产所需要的自然条件由于KA100L型号松香脂的主要原料是松香，所以厂区应该建在松树资源丰富的 地区，以减少原料的运输成本。目前广东科茂林产化工股份有限公司在广东、江西、 湖南、云南都有投资建厂。1.5.2水利，电力资源要求充足松香树脂的生产是在反应器中进行的，需要大量的电，经核算，每吨产品约耗电1800度，所以水电资源丰富才能保证正常生产，降低成本，提高经济效益。1.5.3交通必须发达交通是经济的动脉，原材料的运入，产品的运出，都须有便利的交通，一般 要求有进厂铁路专线通国家铁路干线，这样可降低原料的运输费和产品的销售费，公 路也非常重要，产品的运输，公路也起着举足轻重的作用。1.5.4地理环境和气候良好的气候条件和优美的地理环境是保证安全生产，保障工人良好的生活环 境不可忽视的方面，商业娱乐，教育，卫生，保健为生产提供积极的生产力。1.5.5地域面积由于本工艺产品年产量打，工艺流程复杂，设备繁多，占地面积大，所以要 求厂址地皮有足够的建筑面积。综上所述，根据工艺流程的特点，选择适合的自然条件，保证生产的正常进 行，降低产品的成本，提高经济效益是至关重要的，KA100L型号松香脂的生产主要 从以上几个方面考虑。1.6经济成本核算及技术评价经济成本核算所涉及的主要项目有：车间经费，原料消耗，动力消耗，产品税等几个方面，其具体的运算公式为： 盈利二单位产品价值-车间经费-原材料消耗-动力消耗-产品税注：其中车间经费，原材料消耗，动力消耗，产品税均指单位产品生产的费用及 消耗。由于核算中涉及的项目繁多，根据湖南永州科茂有限公司化工厂的经验，许多次 要的项目都可归在车间经费中，其它项目暂时不予考虑，并且不考虑市场的价格波动 现分述如下：1.6.1车间经费说明：表中人员按三班三倒为基准确定，把办公室人员包括：主任一名，班长一名，设备员，安全员，统计员，工艺员各一名，其它项目的人员可根据本厂的实际情况适当调配。劳动定员：劳动定员一览表1.2序号项目人数1办公室72化验室163碎香工段164控制室125精馏工段206残渣工段167缸厂128退休工人及其它9合计108车间经费是一个大的项目：工资附加费，大修基金3%，设备折旧2.5%，办公室，运输费，保险费，修理费，差旅费共4.5%。目前产品KA100L以14000元/吨.工资附加费以1500元/月.人，车间经费可以确定：年产量：G1=10000吨 以300工作日计算合10个月月产量：G2=1000吨工人工资：108X1500=162000 元支付在每吨产品上的工资：1620001000=162元其它费用：14000 X(2.5%+3.0%+4.5%) =1400 元合计：车间经费二工资及附加费+其它二162+1400=1562元1.6.2原材料消耗：据湖南科茂提供的数据：当前松香价格7400元/吨，富马酸：35元/公斤，单季戊四醇：8000/吨。邵阳学院毕业设计（论文）A50等稳定剂由总部提供据科茂的消耗定额列表如下:消耗定额表1.3项目单价单位定额富马酸35元/公斤8.3松香7400元/吨1单季戊四醇8000元/吨0.0875其他500元/吨合计8890.5 元/吨1.6.3动力消耗：本设计工段的主要动力消耗项目为：蒸汽67atm，电、工用工程、N2、工艺水、冷却水、导热油等，根据目前的市场价格蒸汽约20元/吨，工业用电0.44元/度，动力消耗可确定：动力消耗一览表1.4项目单价定额蒸汽20元/吨5.5吨/吨产品电0.44元/度220度/吨产品导热油100元/吨其它100元/吨动力消耗407元/吨产品1.6.4税收:根据税利法，企业产品税一般为10%，产品税=140OOX1O%=1400元/吨产品产品利润：盈（亏）利=14000-1562-8890.5-407-1400=1740.5 元/吨产品由以上可知生产KA100L为1万吨/年的厂家光KA100L每年就可盈利1740万元， 因此树脂的生产大有前途，目前主要用来出口到外汇，销路很好。1.6.5车间安全技术：安全是国家和企业的头顶大事，是搞好生产，发展企业的重要前提保证，为了重 视安全搞好生产，国家制订了安全生产的方针，安全第一，预防为主，并要求切实落 实到生产中去：(1) 安全技术教育，掌握安全教育规程，提高生产的安全系数，证安全生产。(2) 设计方面的安全由于本车间的反应釜采用导热油加热，导热油温度高达300320°C反应过程放 出大量的热，因此在工艺流程的设计和化工综合系统设计方面，应考虑，防火、防爆、 防泄漏等的安全技术措施。蒸馏釜是化学工业中最常用的设备之一，也是危险性较大、容易发生泄漏和火灾 爆炸事故的设备。蒸馏釜是用来分离均相液态混合物的装置。近年来，蒸馏釜的泄漏、火灾、爆炸事故屡屡发生。由于釜内常常装有有毒有害 的危险化学品，事故后果较之一般爆炸事故更为严重。蒸馏釜的危险包括：固定危险和操作过程危险蒸馏釜的固有危险性主要有以下几个方面：(1) 物料蒸馏釜中的物料大多属于危险化学品。如果物料属于自燃点和闪点较 低的物质，一旦泄漏后，会与空气形成爆炸性混合物，遇到点火源(明火、火花、静 电等)，可能引起火灾爆炸;如果物料属于毒害品，一旦泄漏，可能造成人员中毒窒息。(2) 设备装置蒸馏釜设计不合理、设备结构形状不连续、焊缝布置不当等，可 能引起应力集中；材质选择不当，制造釜时焊接质量达不到要求，以及热处理不当等， 可能使材料韧性降低；容器壳体受到腐蚀性介质的侵蚀，强度降低或安全附件缺失等， 均有可能使釜在使用过程中发生爆炸。蒸馏釜在生产操作过程中主要存在以下风险：(1) 蒸馏冷凝系统缺少冷却水发生爆炸物料在蒸馏过程中，如果釜顶冷凝器冷却水中断，而釜内的物料仍在继续蒸 馏循环，会造成系统由原来的常压或负压状态变成正压，超过设备的承受能力发生爆 炸。(2) 蒸馏釜受热引起爆炸事故蒸馏釜由于外部可燃物起火，或受到高温热源热辐射，引起釜内温度急剧上升， 压力增大发生冲料或爆炸事故。(3) 物料进出蒸馏釜操作不当引发事故很多低闪点的甲类易燃液体通过液泵或抽真空的办法从管道进入蒸馏釜，这些物 料大多数属绝缘物质，导电性较差，如果物料流速过快，会造成积聚的静电不能及时 导除，发生燃烧爆炸事故。KA100L型号松香脂生产车间是一级防火单位，因此为保证生产过程的安全和人 民财产的安全，对生产场地有以下几点安全要求：(1)严禁烟火，严禁吸烟；(2 )严谨穿戴响的钉子鞋；(3) 严谨用铁器敲打设备管道；(4 )严禁随便按电器开关；(5) 严禁随便开关物料阀门；(6) 正常生产时，经办理动火证的地点仍不准吸烟；(7) 雷雨时不准站在避雷针的引线下，必须远离3米以外；(8) 电焊工作场地不要用眼睛去看；(9) 上班须穿工作服；进岗位后要服从安排听从指挥.1.6.6 KA100L型号松香脂生产过程的废水处理：工业废水(英文：industrial wastewater)包括生产废水和生产污水，是指工业 生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产 品以及生产过程中产生的污染物。生产过程中排出的水。工业废水处理遵循的原则1、优先选用无毒生产工艺代替或改革落后生产工艺，尽可能在生产过程中 杜绝或减少有毒有害废水的产生。2、在使用有毒原料以及产生有毒中间产物和产品过程中，应严格操作、监 督，消除滴漏，减少流失，尽可能采用合理流程和设备。3、含有剧毒物质废水，如含有一些重金属、放射性物质、高浓度酚、氤废 水应与其它废水分流，以便处理和回收有用物质。4、流量较大而污染较轻的废水，应经适当处理循环使用，不宜排入下水道，以免增加城市下水道和城市污水处理负荷。5、类似城市污水的有机废水，如食品加工废水、制糖废水、造纸废水，可 排入城市污水系统进行处理。6、一些可以生物降解的有毒废水，如酚、氤废水，应先经处理后，按答应 排放标准排入城市下水道，再进一步生化处理。7、含有难以生物降解的有毒废水，应单独处理，不应排入城市下水道。工业废水 处理的发展趋势是把废水和污染物作为有用资源回收利用或实行闭路循环。近年来影响人们健康，生活环境和生态平衡的大气污染，水质，废渣污染已成公 害，化工生产时三废最严重的部门生产中排放的三废如不经处理，则会严重污染环境， 危害人们身体健康，甚至造成不堪设想的恶果，为了保护环境防止公害，废水处理也 是一项十分重要的任务。对废水的处理是根据不同的废水的特性，组成和排放，国家有关部门制订了一些 条例和排放标准，在不超过国家排放标准范围内才可排放。1.6.7湖南科茂林化有限公司的废水处理流程废水一隔油池一调节池一气浮设备一厌氧或水解酸化一好氧生化一沉淀一过滤 或吸附一排放通常有以下三种：第一种是按工业废水中所含主要污染物的化学性质分类，含无机污染物为主 的为无机废水，含有机污染物为主的为有机废水。例如电镀废水和矿物加工过程的废 水，是无机废水；食品或石油加工过程的废水，是有机废水。第二种是按工业企业的产品和加工对象分类，如冶金废水、造纸废水、炼焦 煤气废水、金属酸洗废水、化学肥料废水、纺织印染废水、染料废水、制革废水、农 药废水、电站废水等。第三种是按废水中所含污染物的主要成分分类，如酸性废水、碱性废水、含 氤废水、含铭废水、含镉废水、含汞废水、含酚废水、含醛废水、含油废水、含硫废 水、含有机磷废水和放射性废水等。工业废水允许排放的浓度表1.5有害物质或项目名称最高允许排放标准PH69悬浮物500 mg/l化学耗氧量（5天、20°C）60 mg/l硫化物1 mg/l挥发性酚0.5 mg/l氰化物（以游离氰计算）0.5 mg/l有机磷0.5 mg/l石油类10 mg/l铜及其它化合物1 mg/l锌及其它化合物5 mg/l氟的无机化合物10 mg/l硝基苯类5 mg/l苯胺类3 mg/l经过两次废水处理后，才能达到排放标准，排入地下水沟。2工艺计算2.1蒸馏釜物料衡算2.1.1设计依据1、年产量：1万吨KA100L树脂2、生产时间：7200h3、进料组成：C H O 90% C H O 10%20 30 220 30 64、装配系数：本设计采用0.85计算2.1.2松香的物化性能松香的物化性能表2.1序号项目名称单位常数1软化点°C70-902比重Kcal/kg1.07-1.0853熔解热Kcal/kg15.84热熔Kcal/(kg C)0.55导热系数Kcal/(m h C)0.116体积电阻率Qcm5X10167闪点C2168结晶临界温度C1002.1.3全釜物料衡算2.1.3.1计算釜顶产品、釜底产品、进料流量及组成根据工厂经验：进料3000kg，则产生黑香150kg则进料、釜顶、釜底的质量组成为：组成进料釜顶釜底C20H0O290%95%5%CHO10%5%95%.20_30_6原料液流量：F 二1 x 10 77200 x 900 x 0.95x 0.98进料组成：x =90 / 302=0.916F90 / 302 + 10 / 366釜底组成：x =5/302_0.06W5/302 + 95 / 366釜顶组成：x =95 / 3020.958D95 / 302 + 5 /366对全釜进行物料衡算1.658 kmol / hDx + WXFxF代入数据得:D=1.62kmol/h W=0.038kmol/h蒸馏釜物料衡算表2.2进料F釜顶采出D釜底采出Wkmolkmol/mkmolmo组分/hkg/hmol%hk/hol%/hk/hl%C20H30O1.51458.6491.61.552468.69190.000.026162877495.822865C20H30O0.1350.9838.40.06840.318540.030.49679469386.2572941.65509.63509.01010.0310总量8121001.6250080.52302.1.3.2蒸馏釜体积计算根据工厂经验，蒸馏釜的生产时间为10h，非生产时间为2h查得松香的相对分子质量为302.96t=10+2=12hV = F t = 1.658 x 302 .96= 5 58 3R p1.08 x 10 3.由装配系数采用0.85，贝U V = 558 = 6.56 m 3 < 7m 3，圆整至0 7m30.850.852.2 KA100L反应釜的物料衡算2.2.1计算原始数据1. 生产能力：年产10000吨KA100L树脂2. 原料：99%富马酸，95%季戊四醇，松香3. 各物料的含量：N2 5.22% , CO2 0.19% , C（CH2OH）48.75% , HOOCCH=CHCOOH 0.83% , C19H29COOH 85.01%4. 装配系数：本设计采用0.85计算5. 物料损耗：按5%计算6. 反应条件：反应温度为280，反应压力常压7. 生产时间以7200小时计，富马酸松香的转化率为80%2.2.2富马酸、季戊四醇等主要的物化性能（1）富马酸的性能参数：白色结品粉末，有水果酸味，溶于水，微溶于冷水、 乙醚、苯，易溶于热水，溶于乙醇。富马酸性能一览表2.8序号项目名称单位常数1分子量116.072比重（20°C）1.643熔点C286.34粘度Kgm-1s-11.355沸点C2906折射率1.4718（2）季戊四醇的性能参数:白色或淡黄色结品粉末，溶于水，稍溶于乙醇，不溶于苯、乙醚和石油醚等。季戊四醇性能一览表2.9序号项目名称单位常数1分子量136.252比重（20C）1.353熔点C2624沸点C2765折射率1.5486粘度Kgm-1s-11.0462.2.3反应器的物料衡算化学反应方程式4 R - COOH + C (CH OH )催化一 R ( CH OOCR ) + 4 H O 为便于表达，设A为富马酸松香，B为单季戊四醇，C为KA100L1. KA100L的产量：10000 x 103F =Km o l h = 1.658 Km o l h10000 x 10 3 x 22. 富马酸松香的流量:Kmol h = 3.282 Kmol hFA07200 x 900 x 0.99 x 0.95查化学化工物性手册知280°C时与0=1046 kg / m33. 单季戊四醇的初始浓度：C = = - m o l/ L = 7.6 9 mol/ LB 0 M 1 3 64. 单季戊四醇的流量：10000 x103F =Kmol h = 1 . 7 K mol h5. 反应物料的总流量：F= FB0 + FA0 = (1.71 + 3.282) Kmol /h = 4.992Kmol/h物料衡算表2.10名称富马酸松香单季戊四醇KA100L流量Kmol/h3.2821.714.992根据x =B = 0.8B0 CB0解得：CB2 = 1.538 mol/L6.根据经验取生产时间t=18h,非生产时间t/=0.5h则反应体积为 V = -B(t + t/) = 1,71 x 18.5 = 4.2 m 3R C7.691B0根据装料系数为0.85，故:邵阳学院毕业设计（论文）V = 5 = 4.94 < 5m 3 要求每釜体积小于5 m3则需要一个间歇反应釜。釜体积为4.94 m3，圆整，取实际体积5 m32.3.蒸馏釜的热量衡算2.3.1各物料的进料、釜顶、釜底的温度进料温度160 °C釜顶温度250C釜底温度220C查各物料的比热得各物料的比热计算数据表2.11物料ABX103CX106C20H30O23.02153.191-18.376CAO3.04554.206-17.425采用导热油作为加热介质，公式C * /R=A+BT+CT2则算得各物料的C *pPC *数据表2.12物料pCp* J (mol k) -1C20H30O2208.18C0H0O214.585则总个过程共需热量Q 吸二 £( c * mAT)=44.67 X 568.0174 X 90+44.67 X 0.6886 X 60+58.20 X 24.888 X 90+58.2 X 13.0735X60=2.46X 106 KJ/h假设Q损=10%Q放则：Q放=1.01Q吸求得 m=2 . 485 X 106kg/h2.3.2冷却介质量Q放=皿则冷却介质冷循环油的量为m：Q 2.485 x 10 7m= 吸=9.45 x 10 6 Kg/h3设备设计与选型3.1蒸馏釜的设计3.1.1蒸馏釜筒体内径R,高度H的确定，封头选择（1）容器内径耳的确定根据生产要求的容器体积，在 H/D.=1.01.3的范围内，选择 H/D.=1.0，则：D= ： 4=3 4 x7-2.008m1 n H D 3.14 x 1.0i蒸馏釜内径的估算值应圆整到公称直径Dg系列，故可取2000 mm。封头取相同 内径，其直边高度ho由附表12 （文献2）初选h°=40 mm。（2）筒体高度H当Dg=2000 mm，ho= 40 mm时，由参考文献2附表12可查得椭圆形封头的容积为 V封=1.18 m3查得筒体1米高的容积V1米=3.142 m3H = 土匕=7 - 1-18=1.85mV3.1421米取 H = 2000 mm 于是 H/Di= 2000/2000 = 1.0（3）选取椭圆封头，其公称直径为2000mm，曲面高度为500mm，直边高度为40mm， 容积为1.18m3，内表面积为4.57m23.1.2夹套内径、高度及夹套封头内径（1）夹套内径：根据筒体的内径标准，经计算查取，选取DN=2200的夹套。夹套 封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。（2）夹套高度H2：由h2 > n V - V封，式中n为装料系数，n= 0.85 ，代入上式： 1米H2= 0-853X7-1-18 = 1.534m取：H2 = 1600 mm。经校核，传热面积满足要求。（3）设备容积V 总=V 筒 + V 封=3.14x1.0x1.0x2+1.18x2 = 8.64m3设备容积满足要求。（4）设备材料根据设备的工作条件，可选择Q235A作为釜体及夹套材料，由文献2附表6 查得所选材料许用应力为：。25。= 94 MPa3.2设备的壁厚计算3.2.1蒸馏釜容器壁厚计算（1）内压设计计算根据工作条件，可选取P=0.2MPa为设计内压。根据参考文献2式（10-12）筒体的设计厚度：sd =PD i + C2 = °.2 x 2000+ 2 乂 4.66mm2。q - P2 x 94 x 0.8-0.2式中6d 圆筒设计厚度，mm ；D. 圆筒内径，mm ；P内压设计压力，MPa ；9焊接接头系数，考虑到夹套的焊接，取0.8 （参考文献2表10-9）；C2腐蚀裕量，取2 mm ；ot材料许用应力：。250 = 94MPa。考虑到钢板负偏差，初选q =0.6 mm （参考文献表10-10）。所以，内压计算筒体壁厚：4.66+0.6=5.266mm（2）外压设计计算按承受0.15MPa的外压设计设筒体的设计壁厚6 = 8 mm，并决定L/Do ； D°/6之值：Do筒体外径，Do = D. + 26d =2000 +2x8 =2016mm；L 筒体计算长度，L=H2 + 1 h =2000+ 1 x450=2167 mm （h为封头的曲面高度），则：33L/D =2-1.07，D /6=史1£ =251，由参考文献 2 图 10-15 查得 A=0.00032,0 201608由参考文献2图10-17差得B = 44 MPa，则许用外压P=一?D 6o= 44 =0.18MPa > 0.15 MPa。2016 8可见，关8mm满足0.15 MPa外压稳定要求，考虑壁厚附加量C = C1 + C2 = 0.6 + 2 = 2.6 mm后，筒体壁厚8n =8 + C = 8+2.6 = 10.6 mm，圆整到标准钢板规格，8n取 12mm。综合外压与内压的设计计算，釜体的筒体壁厚为12mm，经计算校核，满足设 备安全要求。3.2.2蒸馏釜容器封头壁厚计算按内压计算S =竺+C 封 2Q q - 0.5PP=0.2MPa,D.=2000mm,9=0.8,ot=94Mpa,C=0.6+2=2.6mm，代入得 S 封=4.6mm.因为容器的筒体S=12mm，考虑到封头与筒体的焊接方便，取封头与筒体等筒釜厚S封头=12mm3.2.3夹套筒体壁厚设计计算根据参考文献2式（10-12）筒体的设计厚度：8d =PD.+ C2 = + 2 = 4.0mm2p 叩一P2 x 89.2 x 0.8-0.25考虑到钢板负偏差，初选C1 =0.6 mm故夹套筒体的厚度=4.0+0.6=4.6 mm，圆整到标准系列 取：5 mm。3.2.4夹套封头壁厚设计与选择S=性+ c封夹2p 叩一0.5PQ _2000 X 0.25S 封夹=2,89.2 x 0.8 - 0.5 x 0.25=圆整到规格钢板厚度，S封夹=5mm,与夹套筒体的壁厚相同，这样便于焊接。据文献2附表12可查取到夹套封头尺寸：公称直径：2000mm，曲面高度：500mm，直边高度：40mm3