年产吨高温抗氧化环氧树脂的合毕业论文Word下载.docx

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年产吨高温抗氧化环氧树脂的合毕业论文Word下载.docx

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1.1环氧树脂的介绍

环氧树脂泛指在高分子结构中使它可以同时含有多个热的环氧基,并且其中在分子量最高时就可以含量达到上千的一种高分子树脂聚合物由于它是液态,因此可与固化剂进行固化达到固态,当固化后其应用价值相对升高[1]。

特别的是环氧树脂由于具有突出并且稳定的热导电性能、力学功能、成品价格成本低等特点其工艺的简单性和产品的可靠性,所以这个世纪以来行业发展节节攀升。

自从环氧树脂加入工业市场以来，多功能的研发和固化剂的多样性,使环氧树脂行业得到了迅猛发展。

灵活方便的应用、与不同固化剂相结合后的多样性是它的最大优点。

可调节一系列产品中与不同固化剂的配比进行固化,可达到所需的不同要求[2]。

当今市场随着汽车工业科技进步和市场的扩大,在未来市场上对胶粘剂同环氧树脂涂料将会有的进一步的需求增长[3]。

虽然今天我国已经在环氧树脂的改性研究、产品生产等方面取得了傲人的成绩,科技专利数量增长和产能的增长都位居世界前列，但其发展速度与国民经济的发展仍存在一定的差距。

然而，因其固化后交联密度增加从而导致出现了一些功能上不足：

因此改良解决这些缺点一直是环氧树脂进步的方向和难题[4]。

1.2高温抗氧化环氧树脂的介绍

高温抗氧化环氧树脂是指那些通过添加填料、改良环氧树脂本身和固化剂选择等方法进而使环氧树脂拥有在高温环境下不易氧化的能力,其在航空航天和机械制造等高温工作领域有着十分重要的作用,影响着产品寿命、生产成本和科技探索的潜能[5]。

其中一种称为双酚A型环氧树脂的合成树脂就是其中之一，它具有良好的高温抗氧化性能可以解决前面所提到的缺陷。

1.3双酚A环氧树脂

双酚A型环氧树脂是在碱性条件下使双酚A和环氧氯丙烷缩合加工而成。

根据它的性质、外观形态,可以分为：

液态、半固态以及固态。

双酚a型液态环氧树脂由欧洲开始研发生产,接着美洲等资本主义大国相继开始投产,我国时间稍晚，上世纪年80开始投入制造,其产量在如今我国约占全球环氧树脂原材料总生产量的89%。

液态双酚a型环氧树脂的生产工艺被分为一步法合成与二步法合成[6]。

1.3.1应用

双酚A型环氧树脂的抗高温氧化性能、黏结稳定性能和良好的耐酸性药品和抗腐蚀力等性能。

在许多关于日常生活材料用品和其他建筑材料工业一些高新技术的研究领域和其中都已经有广泛的应用研究和广泛应用[7]。

涂料：

在涂料方面的功能特性:

（1）拥有突出的抵抗化学腐蚀能力。

（2）附着性强。

（3）表面耐热性和电绝缘性优异。

（4）涂料漆膜的保护性强。

所以双酚A环氧树脂涂料常用来作保护漆料。

胶粘剂：

对于热塑性的金属材料和热塑性非金属材料的粘结性都很稳定;

电子电器材料：

半导体加工等。

工程塑料：

玻璃钢复合材料主要是化工及用于军工等高层次科学技术工业应用领域的一种重要的功能性复合材料。

土建材料：

厂房专用防腐地坪、土木加固地基灌浆材料、特种高级路面和通用高强度机场跑道等。

1.3.2国内外耐高温环氧树脂发展

在第二次世界大战以前，高温抗氧化环氧树脂是一个鲜有人问津的材料技术。

自从1943年双酚A型环氧树脂获得专利研发，人们才开始对高温抗氧化树脂投入大量研发与生产。

它是环氧树脂合成技术上的技术突破。

主要先是在德国的汽车建筑航空领域进行广泛的应用，后来到了2000年，IT行业的崛起也使得高温抗氧化环氧树脂需求量不断上升进而促进了工业技术的正向发展，其中在2002年产量相比上年增长了11%，产量达到了最高纪录。

可是后来的IT泡沫破裂后，同样的也给这类材料带来了不小的冲击导致产量开始下降，这个教训让各国都开始颁布法令整顿该行业的发展。

2008年经融危机后欧美地区以及日本人地区的抗高温环氧树脂都在以4%的年需求量增长，在2014年的航天领域则以9%的速度快速增长，全球范围内对这种材料的需求正稳步上升中。

我国是在1956年开始从日本引入有关抗高温环氧树脂材料相关技术生产的，起初在岳阳石化向日本引进两套设备后进行预生产，到每年以25%的抗高温环氧树脂需求量增幅，在2000年年需求量总共增加了617倍，国家为了满足市场扩大的需求不断向海外引进先进的设备以及先进的技术，还在重点科研院校引进海外先进教学资源来培养化工人才。

据报道2001年我国产量是10万吨，至今已经超过了120万吨，可见我国抗高温树脂发展的迅猛和前景的广阔。

但是我国在抗高温环氧树脂的生产方面存在着明显的缺陷，比如企业生产规模小、作坊林立、生产技术创新不及国外、没有品牌影响力、质量低利润差等有待提高。

重要的是我国即使产量位居前列，在特种环氧树脂方面却仍然需要进口。

所以我国的高温抗氧化环氧树脂发展道路仍然有很长的路要走同时也充满了机遇[8]。

近年来,由于知识经济、信息行业、重工业等政策性战略发展,耐高温型的环氧树脂需求量供不应求产量上升空间很大,其中双酚A型环氧树脂的生产量占整个树脂行业产量的80%。

1.3.3目前存在的问题

我国生产双酚A型环氧树脂存的问题比如单一企业生产规模小、小作坊林立、生产工艺相对落后、没有品牌效应、自主创新能力差、产品质量不一等。

而且由于工艺落后,造成的污染现状不容乐观,并且由于治理技术研发成本大见效慢,专业设备运行费用较大,最终出现各种非法处置废水现象。

因此,双酚A型环氧树脂的生产工是否改进是整个行业的重要目标[10]。

1.4本设计的主要目的

（1）完成双酚A型高温抗氧化环氧树脂的背景调查。

（2）分析对比双酚A型高温抗氧化环氧树脂的生产工艺,最终确定合适的原料、生产方法,操作过程。

（3）进行工艺流程的设计,包括工序、设备之间的相互连接顺序、物料流动及变化情况、工艺参数的确定、自控方案的确定等项内容的设计,最终以带控制点的工艺流程图及相应的文字说明形式阐述清楚。

（4）进行物料衡算,热量衡算。

（5）进行工艺计算,根据计算出来的理论值选择反应设备的规格以及种类，搅拌类别的选择以及速度的确定。

（6）根据实验设计的目标和制定的方案规划出厂区大小以及厂区建筑的设计。

结合实际条件规划车间布局同时画出相应的布局图。

（7）响应国家的环保政策，处理和解决三废污染问题。

（8）进行成本的计算包含原料成本、人员成本,从而进行总成本核算,制定产品价格

2.高温抗氧化环氧树脂的合成工艺流程设计

2.1环氧树脂合成原理

反应历程：

缩聚反应：

闭环反应：

这样开环、闭环反应重复下去，得到环氧高聚物。

2.2.生产方法选择

一步法生产的液体环氧树脂主要是将一定物质的量比的液体双酚a与过量的液体环氧氯丙烷在氢氧化钠溶液的环境下,进行缩聚反应制成。

这种生产方法在国际上可以用于合成低相对分子质量的液体双酚a型的环氧树脂。

由于本设计产量低，要求投资费用少，工艺成熟的特点，所以采用一步法。

2.3.生产工艺过程叙述

图2.1工艺流程方框图

（a）生产工艺过程

（1）将双酚A和环氧氯丙烷经过计量泵计量然后加入到带有搅拌设备的反应釜中,向反应釜夹套内通入热水将温度提升到70℃,保温1h,使其连续混合分散均匀,然后向夹套通入冷水冷却使得反应釜温度降低到50℃,于50℃-55℃下通过计量泵向反应釜中投入第一批NaOH溶液,约4h加完,升温到55℃-65℃,并保温4。

（2）减压蒸馏脱除的环氧氯丙烷通过冷凝器冷凝回收。

大约2h。

（3）向反应釜夹套通入冷水是反应物冷却到65℃以下时,通过计量泵向釜中加入苯,同时通过计量泵投入第二批NaOH溶液,1h内加完,向反应釜夹套中加入热水使反应保持在65℃-75℃保温4h。

（4）向反以应釜夹套中通入冷水使反应物冷却到45℃下时，通过管道送入分离器中用蒸馏水洗涤,分离出水层,直到环氧树脂的苯溶液呈现透明状约2h,随后送入过滤机中将环氧树脂溶液过滤并输送进入储槽再到精制釜中精制。

（5）精馏釜中先进行常压蒸馏,然后进行减压蒸馏将未反应的苯蒸出,苯经过冷凝器冷凝回流进入苯回收器约2h,目标产物树脂则经过过滤器过滤通过管道进入储槽,得到产品。

生产周期为20h。

（b）原料配方表，原料规格要求

本设计中双酚A和环氧氯丙烷作为单体,苯作为溶剂,氢氧化钠的作用:

第一作为环氧氯丙烷与双酚A的催化剂，第二使反应物脱去氯化氢而闭环。

表2.1原料配方（质量份）

组分

双酚A

环氧丙烷

苯

氢氧化钠

质量份

表2.2环氧树脂的主要原材料及规格

原料

分子结构（化学式）

相对分子质量

外观，性质等

双酚A（BPA）

228.29

外观：

白色粒状（或粉状）结晶体

熔点：

≥155.5℃

密度：

1.195

纯度：

≥95％

环氧氯丙烷（ECH）

92.52

无色透明液体

密度：

1.180～1.184沸点：

117.9℃纯度：

≥98％

78.11

≥96％

馏程℃：

109～112

0.862～0.868

沸点：

80℃

NaOH

40.01

浓度：

30％

Fe2O3含量：

≤0.003％

1.333

（c）操作方式、加料顺序的确定

采用间歇操作的操作方式。

2.4带控制点的工艺流程图

详见附图1

2.5工艺控制影响因素分析

1）原料摩尔比对相对分子质量的影响

环氧氯丙烷与双酚A的理论摩尔比为（n+2）︰（n+1）,即低聚物相对分子质量越大,其配比越接近于理想比。

2）加料方式对相对分子质量的影响

先将双酚A溶于环氧氯丙烷中适合制备低分子量的树脂,而先将双酚A溶于氢氧化钠溶液的加料方式适合制备高分子量的环氧树脂。

3）碱的用量、浓度和投料方式对相对分子质量的影响

使用过量浓度为30%的氢氧化钠,并分两批滴加适合制备低分量的环氧树脂。

加入与理论配比相当的氢氧化钠用量,浓度10%,按照一次性加入的投料方式适合制备高分子量的环氧树脂。

4）反应温度对工艺的影响

适合一步法的反应温度介于50-55℃。

温度越高,反应速率越高,但是温度过高会导制官能团的分解等不良影响。

5）原料纯度对工艺的影响

原料不纯会造成树脂颜色深、影响树脂环氧值和产品收率、影响树脂分子量的大小。

因此,原料纯度应当尽量高以避免杂质对反应的不良影响。

6）水洗对工艺的影响

通过水洗和过滤两道工序可以有效的除去副产物,通过水洗控制树脂中最低的无机氯含量和高的透明度。

3.物料衡算

3.1物料平衡关系示意图

图3.1物料平衡关系图

3.2明确物料变化的化学变化，写出反应方程式

在R101中的开环反应：

在R201发生闭环反应，反应方程式如下：

3.3基础数据

生产规模：

年产量2000吨

工艺类型：

间歇操作

生产时间：

360d/a，1B/d

生产周期：

20h

后处理损失率：

计算基准：

kg/B