高分子材料应用技术毕业论文: 多聚甲醛生产工艺流程分析研究.doc
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1、 毕 业 论 文 题 目: 多聚甲醛生产工艺流程分析研究 年级专业: 2008级高分子材料应用技术 学生姓名: XXX 指导教师: XXX 导师单位: 山东化工职业学院化工系 指导教师评语: 指导教师签字: 2010年 月 日审阅人评语:审阅人签字: 2010年 月 日答辩委员会评语与毕业论文成绩: 主任签字: 2010年 月 日备注:摘 要论文研究了多聚甲醛的先进的生产工艺流程。本文主要介绍了以蒸发浓缩,喷雾干燥技术合成多聚甲醛,具有工艺流程短,设备管道密封性能好,自控水平高等特点,并提高产品质量,改变了粒状产品和粉末产品的现状,阐述了影响产品质量的主要因素,对我国的多聚甲醛产业具有重大意义
2、。 关键词:多聚甲醛;蒸发浓缩;喷雾干燥;工艺流程。目 录1 前言 1 1.1 多聚甲醛的性质 11.2 我国多聚甲醛的应用 1 1.3 多聚甲醛合成研究现状 1 1.4 多聚甲醛合成的研究意义 22 多聚甲醛的生产工艺流程 32.1多聚甲醛装置主要包括以下部分 32.2蒸发浓缩工序 32.3 喷雾干燥工序 42.4多聚甲醛生产工艺流程简图 72.5 主要设备 72.6 生产原理 82.7 产品浓度 83 结果讨论 93.1 我国多聚甲醛的生产概况 93.2 我国多聚甲醛的生产方法 93.3 我国多聚甲醛的应用 104 结论 10致谢 11参考文献 12 1 前言 多聚甲醛为含甲醛大于95%的
3、高固份含量的甲醛。本身为固体,故利于储存和运输。使用时,在适合温度下则其提高浓度甲醛,非常适于代替甲醛进行各种反应生成高质量的下游产品。因此,国内的应用已呈逐年增长的趋势。 1.1 多聚甲醛的性质 多聚甲醛, 又称固体甲醛,其结构式为:HO(CH2O)nH ,n 为聚合度,一般为8100,其中含有少量水分和甲醇。多聚甲醛是一种白色可燃结晶粉末或粒状、片状固体,分为低聚合度多聚甲醛和固体多聚甲醛两种类型。多聚甲醛一般指低聚合度的固态甲醛产品,具有甲醛气味,缓慢溶于冷水,在热水中溶解较快,在水溶液中释放出甲醛,且在较高温度下能变成甲醛蒸汽,较甲醛溶液易储存和运输。11.2 我国多聚甲醛的应用我国原
4、有生产厂家生产的多聚甲醛大部分是聚合度较高的多聚甲醛,由于聚合度比较高,限制了多聚甲醛在我国市场的应用推广。低聚合度多聚甲醛,具有纯度高、水溶性好、解聚完全、产品疏松、颗粒均匀等特点,是工业甲醛的理想替代品。低聚合度多聚甲醛在要求使用无水甲醛作原料的合成时,用途广泛。因此,低聚合度多聚甲醛在我国得到越来越广泛的应用。我国多聚甲醛的主要应用领域是农药、涂料、医药、树脂等。其中,农药约占总量的70;医药约占总量的10,涂料约占总量的10,树脂约占总量的5,其它约占5。3综上,以前我们国家自主生产的多聚甲醛不能完全满足市场的要求,所以我们应引进国际上先进的多聚甲醛生产技术, 生产出具有国际先进水平的
5、产品, 以此加速我国的农药、树脂等行业的快速发展及增强这些产品在国际上的竞争力。21.3 多聚甲醛合成研究现状目前,世界上生产多聚甲醛的公司有西班牙D. F. 集团、美国的Celanese 公司、沙特的SFCCL 公司、英国的Synthite 公司、德国的Degussa 公司、荷兰的AKZO NOBEL 公司、日本的三井化学公司、墨西哥的Adhesivos 公司、台湾的李长荣化学工业公司,还有韩国、以色列、罗马尼亚等国的公司等20 多家。其中西班牙D. F. 集团的YFDA 公司为世界最大的多聚甲醛生产企业,生产能力达9万t/ a ;其次是美国的Celanese 公司,生产能力为4. 7 万t
6、/ a 。3生产多聚甲醛从设备形式上分主要有两种方法:一种是真空耙式干燥法,一种是喷雾干燥法;而从原料上分主要有浓甲醛工艺和稀甲醛工艺两种方法。国内多聚甲醛都为37-55%稀甲醛生产工艺,而国外一些先进国家采用65%左右的浓甲醛与之配套,在物耗和能耗方面都明显降低,展示了多聚甲醛原料路线未来的发展趋势。目前国际上多聚甲醛产品质量最能满足国内用户需求的是西班牙D. F. 公司产品,其次是沙特SFCCL 公司和美国Celanese 公司的产品。如美国Celanese 公司的专利技术是将甲醛溶液加热浓缩至85 %,然后与钠离子混合(钠离子的最终质量浓度为0. 55 mg/ L) ,并加热至10013
7、0 后,经喷嘴喷入造粒塔中,甲醛液滴与55 左右的氮气或空气呈逆流状态接触,固化成圆形固体颗粒,收集于流化床中,温度为4560 ,然后转移至一老化器中,被逆流气体(氮气或空气) 冷却至1530 ,进一步聚合和干燥35 h 即得成品。用该法生产的产品流动性好、表面不粘、甲醛含量至少为91 % ,有较长的储存期,不会因自催化聚合和温度升高而引起熔点升高,相对分子质量明显增大。4沙特SFCCL 公司的专利技术是将45 %的甲醛溶液经一搅拌式薄膜蒸发器,在5361kPa 真空下,于8595 浓缩至75 %后,送入旋转式真空干燥器中进行聚合、干燥,聚合用催化剂为氢氧化钠溶液,温度为85105 ,得固体产
8、品,再经预粉碎、筛分、针磨等工序得到多聚甲醛成品。过程产生的淡甲醛通过刮板式薄膜蒸发器进行浓缩,循环使用。该工艺特点是所有工艺介质容器带有真空,并与洗涤器相连,所以无气体污染物;最终产品在91 %到96 %之间可达到任何理想浓度,且产品有良好的反应活性、溶解性和其他特性。5本论文采用喷雾干燥技术合成多聚甲醛,具有工艺流程短,设备管道密封性能好,自控水平高等特点。1.4多聚甲醛合成的研究意义我国多聚甲醛主要用于生产除草剂草甘膦和丁草胺等。据不完全统计,目前,我国草甘膦生产厂有十几家,年需高品质多聚甲醛约3 万t 。另外随着美国孟山都公司的草甘膦生产技术专利即将到期,我国不少企业已纷纷计划扩大草甘
9、膦的生产能力,如浙江新安江化工集团和浙江湖州菱化企业集团正在扩建,镇江江南化工厂计划于5 年内将草甘膦的生产能力扩至10 万t 。届时,仅草甘膦生产对多聚甲醛的需求将达6 万7 万t 。随着我国对环境问题的日益重视以及多聚甲醛的易储存和运输特性,多聚甲醛将逐步取代37 %的甲醛水溶液,用于生产高含固量的酚醛树脂、脲醛树脂、蜜胺树脂胶粘剂及氨基模塑粉等甲醛下游产品,它可免去蒸馏脱水,既节约了能源又避免了废水问题。在我国,这些产品对甲醛的需求约占甲醛总需求的60 %。总之,随着时代的不断进步,多聚甲醛产品的应用前景必将越来越广阔,我国应该积极引进国际先进技术和设备,建设万吨级以上的多聚甲醛生产装置
10、,以满足国内市场日益增长的需要。2 多聚甲醛的生产工艺流程2.1多聚甲醛装置主要包括以下部分:蒸发浓缩工序喷雾干燥工序CIP清洗系统气流输送系统包装系统温水循环系统溴化锂机组热水循环系统2.2蒸发浓缩工序蒸发浓缩工序是将50甲醛溶液在某真空条件下进行蒸发和浓缩为85的浓甲醛,由两级蒸发浓缩阶段组成:降膜蒸发阶段和薄膜蒸发阶段。2.2.1 降膜蒸发阶段降膜蒸发阶段主要由E6201降膜蒸发器、甲醛泵P6202、P6203和P6206、E6202一级蒸发冷凝器、D6201一级蒸发分离器、D6202一级蒸发稀甲醛中间罐、C6201一级蒸发分离除沫器和P6211液环真空系统组成,甲醛溶液浓度从50增加到
11、约75。50甲醛溶液来自191D(甲醛罐区)T6303-1、T6303-2、T6303-3,经过甲醛泵P620112加压送至E6201降膜蒸发器。E6201降膜蒸发器设计为两段加热蒸发,首先甲醛溶液送至一段进行加热蒸发后,由泵P6206送至二段进行加热蒸发,再由泵P6202加压,一部分返回二段重新加热蒸发,另一部分进入E6203薄膜蒸发器。经E6201蒸发浓缩后的甲醛气体和浓甲醛液体在D6201进行分离,分离后的甲醛气经E6202冷凝,冷凝液为稀甲醛进入D6202,再由泵P6203送至C6201、E6202或C6202、E6204,捕集气体甲醛。不凝气体被吸入P6211液环真空泵,排出至F63
12、05排放气风机入口。E6202、D6202和E6207一级真空泵冷却器均采用循环水作为冷却介质。2.2.2 薄膜蒸发阶段薄膜蒸发阶段主要由E6203薄膜蒸发器、甲醛泵P6204和P6205、E6204二级蒸发冷凝器、D6203二级蒸发稀甲醛中间罐、D6204二级蒸发浓甲醛中间罐、C6202二级蒸发分离除沫器和P6212液环真空系统组成,浓甲醛溶液浓度从约75增加到85。P6202将75的浓甲醛送至E6204顶部,通过分布器将浓甲醛液均匀地分布在蒸发器的内壁上,通过刮板机的旋转使浓甲醛均匀的沿塔壁流下形成薄膜,具有高效传热和短的停滞时间。浓缩后的浓甲醛液进入D6204,由P6205送至D6307
13、浓甲醛进料罐。E6203产生的甲醛气体,经E6204冷凝、C6202洗涤后进入P6212后排放至F6305入口。E6204冷凝的甲醛溶液,由P6204送至D6309甲醛收集罐。E6204和D6203在开车时为避免甲醛溶液温度低发生聚合而采用温水进行保温循环,当冷凝的甲醛溶液浓度低或开车以后停止使用。温水系统由P6221温水循环泵、E6206开车加热器、D6213温水膨胀槽组成,整个系统是闭路循环,在整个装置开车时采用S3进行加热,使出水温度为60,回水温度为50左右。当冷凝的甲醛溶液浓度低或开车以后,E6206将被E6205温水冷却器代替,这时采用循环水冷却该闭路。 2.3 喷雾干燥工序喷雾干
14、燥工序主要包括浓甲醛进料系统、喷雾干燥系统、流化床干燥系统、氮气循环和CIP洗涤系统组成。2.3.1 浓甲醛进料系统浓甲醛进料系统主要由D6307浓甲醛进料罐、P6302甲醛浓缩泵和一段浓甲醛特殊管线及4个喷枪组成。75浓甲醛进入D6307后,在一定压力下,使用A6301搅拌器进行搅拌和S3蒸汽进行加热,调整浓甲醛的浓度,并使部分聚合的甲醛长链解聚或保持小的聚合度。D6307采用三段夹套加热,当罐内的液位到达一定的高度时,相应的夹套才进行加热。D6307下端到P6302入口有4个三通阀,分别具有CIP清洗、稀甲醛排放、热水冲洗和8S蒸汽吹扫的作用。浓甲醛由P6302螺杆泵加压后经过四通阀进入喷
15、枪,最后在C6301喷雾塔中从喷嘴雾化成小液滴。四通阀连接浓甲醛进料、喷枪喷雾、浓甲醛返回和8S蒸汽吹扫4个管路,正常生产条件下主要有2个状态:浓甲醛喷雾状态和蒸汽清洗状态。浓甲醛喷雾前浓甲醛经P6302加压后返回D6307或甲醛收集罐,此时8S蒸汽吹扫管线与喷枪喷雾管线相通;当浓甲醛进入喷枪进行喷雾时,8S蒸汽吹扫管线与浓甲醛返回管线相通,这时将分别打开阀SV63167、SV63178、SV63189、SV63200吹扫返回管线中的浓甲醛,一定时间后该阀将关闭。当正常运转过程中,喷枪需要清洗时,浓甲醛进料管线与返回管线相通,同时8S蒸汽吹扫管线与喷枪相通,将分别打开阀SV63168等吹扫一定
16、时间;该蒸汽关闭的同时,浓甲醛进料管线与喷枪相通,浓甲醛进入喷嘴进行喷雾,8S蒸汽吹扫与返回管线相通,阀SV63167等打开吹扫返回管线一定时间后关闭。2.3.2 喷雾干燥系统喷雾干燥系统主要包括C6301喷雾塔、气体分布器、汽锤和录像监视系统。氮气通过特殊设计的气体分布器进入喷雾塔,可以保证进入喷雾塔的气体能够均匀的分散;浓甲醛液滴遇到氮气的瞬间,析出部分水份(迅速被氮气带走)并冷凝为颗粒,降落到C6301底端的Z6301流化床。为防止产品颗粒附着在C6301塔壁,在塔壁外壁增加42套汽锤定时撞击塔壁。塔内安装摄像头监视喷嘴对物料的雾化效果,如喷嘴堵塞,可立即使用8S进行吹扫或者到现场更换喷
17、枪。2.3.3 流化床干燥系统流化床干燥系统主要包括C6301下端Z6301内置流化床和Z6302流化床。Z6301是一个圆形结构,位于喷雾干燥塔锥体底部,通过一个气体分布板将其分隔为一个下面气体室和一个上面的产品干燥室;温度约为65干燥的干燥氮气被导入气体室,气体通过气体分布板向上流动,该气体分布板使得气体分布均匀,对物料进行流化和干燥。干燥后的氮气和夹带的细粉产品进入干燥塔。Z6301干燥后的颗粒产品从溢流堰进入到流化床中。该溢流堰高度可在流化床内手动调节,当清床时和非正常生产在出口处排出结块的产品时,可采用远程控制低的溢流堰来操作。颗粒层高度即干燥时间能够手动调节,即控制溢流堰的高度来完
18、成。Z6302与Z6301原理一样,由一个气体分布板把其分为下部气体室和上部物料室,并通过隔板和溢流堰划分为2个干燥段和1个冷却段,干燥的氮气的温度分别约为65、90、40,分别进入气体室,向上通过气体分布板分布均匀,对上面的物料进行流化和干燥。干燥后的废气和其中的细粉通过流化床顶部出口,进入到C6305、C6306旋风分离器中。产品通过溢流堰从一个干燥段进入到另一个干燥段。溢流堰可以从流化床内手动调节。在两个挡板和出口处的底堰,可通过远程操作控制调节,用于排空流化床和排出大块物料。颗粒的高度即干燥和冷却时间,可以通过调节溢流堰高来控制。冷却后的产品溢流至Z6302尾部的产品排出箱,通过下端的
19、X6316旋转阀送至气流输送系统。X6316可以使气流输送和流化床系统的压力互不干扰,并保证颗粒产品以一定流量进入气流输送系统。2.3.4氮气循环和CIP洗涤系统氮气循环和CIP洗涤系统主要包括F6301循环风机、F6202和F6304流化床风机、F6305排放气风机,C6305和C6306主、辅旋风分离器,C6304洗涤塔、D6324洗涤塔中间罐、P6301洗涤塔循环泵,E6307洗涤塔循环液冷却器、E63016305氮气加热器;整个系统的进气和排气主要由C6301的压力来控制,压力低补充氮气,压力高排放氮气至F6305的入口,与其他的废气一起排至甲醛工序的ECS废气催化焚烧系统。另外整个系
20、统设有氧气分析仪,检测循环氮气中氧气的浓度,并使其保持在6以下。从C6304出来的氮气经F6301加压后分为3部分,一部分进入C6301塔顶气体分布器,进入C6301;另两部分由F6202和F6304加压分别进入Z6302和Z6301。C6301中的氮气从锥形侧壁出去,同流化床前端排气一起进入C6305,分离后的粉末产品返回流化床;流化床后端的排气经C6306分离后产品也返回Z6302。C6304的主要作用是将循环氮气降温并吸收其中的甲醛气体。洗涤塔循环液通过P6301进行循环,E6307使用冷冻水为循环水降温;当D6324液位过高时,循环液就会排放至D6309。喷雾干燥系统、流化床干燥系统和
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