课程设计
《高分子材料工厂设计》课程设计 任务书
一、题目：本课程设计课题为“年产5000吨环氧树脂车间工艺设计”，按简化初步扩大设计要求进行设计，设计的基本任务包括：
1. 完成物料衡算、热量衡算及设备框算； 2. 完成精制、聚合部分工艺流程设计图； 3. 完成环氧树脂合成车间设备总平面设计图； 4. 完成首页图及编写工艺设计说明书；
二、选定巴陵石化岳阳石化总厂环氧树脂合成事业部为参考范例， 收集数据
1 生产规模
年产5000吨环氧树脂(CYD-014型) 2 生产时间
年工作时数8000小时 3 消耗定额
452.45㎏环氧树脂（纯度98%） 762.97㎏双酚A（纯度99%） 203.94㎏氢氧化钠（纯度31%） 4 损耗分配
全装置总收率按91%计，损耗（包括工艺损耗和机械损耗）为9%。其分配如下：（以1.0吨100%双酚A为基准计算收率和损耗） 溶解釜损失： 1.2% 聚合及釜损失： 1.5% 精制釜损失： 2.1% 脱溶剂损失： 1.1% 废聚物处理损失： 1.3% 包装及扫地损失： 1.8% 5 聚合基本配方
CYD-014型4000T/Y（每周期）
双酚A 3000---6000㎏ 烧碱（质量分数30%） 3160㎏
环氧氯丙烷 1500---3000㎏ 甲苯 7100㎏ 6 操作周期——操作时间平衡 表5-1 各步操作时间[9] 加碱 溶解双酚A 反应釜受液 加环氧氯丙烷 反应 甲苯萃取树脂 5min 40～50min 55min 42min 90min 45min 回收水 加磷酸 分液 加纯水 废聚物处理 总计 48min 3min 20min 39min 55min 457min 由表中可算出每生产一批产品的时间总和为7.6小时，且采用间歇法生产双酚A型环氧树脂，
而在反应釜中所需时间最长为3小时，所以本设计加入物料的周期为7小时，年工作时间为8000小时。
7 操作条件与控制指标 聚合：温度 90?3℃ 出料压力 常压 转化率 98% 8 物化常数表
表5-2 物化常数[9] 名 称 环氧氯丙烷 双酚A 甲苯 烧碱（30％）
分子量 92.52 228.28 92.13 40.1
密度 1.18 1.195 0.866 1.32
沸点℃ 116 360.5 110.4 1390
闪点℃ 40.5 79.4 4.44 —
自燃点℃ 416 — 480 —
三、 计算过程（CYD-014型）
CH3NaOH+HO-C-CH3228.28 250.28 4200kg m1
CH3OHHO-C-CH3ONa+H2O
BPA（Na）质量：
m1?4200*250.28?4604.77kg228.28
kg
进入反应釜质量: 4604.77-4604.77*1.2%=4549.51
nECH物质的量：
ECH?200092.52?21.62kmol n4549.51BPA（Na）物质的量：BPA(Na)?250.28?18.18kmol即：
???n?2?y?21.62 ??n?1?y?18.18?n?4.28 因为n取连续的整数 所以 n为4，5
4x?5(1?x)?4.28?x?0.72
n为4，5且 分别占72%，28%
当n=4时：
?n?2?ECH??n?1?BPA?Na???R?n 6*92.52 1476.89 2000*72% m2
m89*2000*72%2?1476.6*92.52?3831.10kg
当n=5时：
?n?2?ECH??n?1?BPA?Na???R?n
7*92.52 1761.07 2000*28%
m3
m1761.07*2000*28%3?7*92.52?1522.76kg
所以反应生成环氧树脂总质量：
m?m2?m3?5353.86kg
kg
kg kg
产率按98%计算：5353.86*98%=5246.78
进入精制釜：5246.78－5246.78*1.5%=5168.08进入脱溶剂：5168.09－5168.09*2.1%=5059.56
进入废物处理：5059.56－5059.56*1.1%=5003.90kg 进入包装： 5003.90－5003.90*1.3%=4938.85kg 包装完毕： 4938.85－4938.85*1.8%=4849.95kg
四、 物料平衡图(CYD-014型)
30% NaOH：3160kg BPA:4200kg 溶 解 釜 H2O:5840kg 甲苯：7100kg BPA（Na）：4549.51kg ECH:2000kg 反 应 釜 树脂：5168.08kg 废水：14672kg 甲苯：3950kg 精 制 釜 H2O:6245kg NaCl ：1240kg 树脂：5059.56kg 脱溶剂系统 甲苯：10940kg 树脂：4849.95kg 损失甲苯：100kg 排盐脚池
反应机理及加工工序
本设计采用的设备生产的环氧树脂的主要品种为CYD型环氧树脂。CYD型环氧树脂生产的主要原料环氧氯丙烷（ECH），双酚A（BPA）和烧碱，并且利用甲苯和甲基异丁基酮（MIBK）
作溶剂进行生产。
第一步为溶解工序：将水和烧碱在溶解釜中混合配成一定浓度（8～12％）的溶液，再加入定量的双酚A，使BPA充分溶解，然后送入反应釜；第二步为反应工序：在反应釜中，一定温度下快速加入计量好的ECH，并维持在一定温度（90～98℃）下反应60～90min，反应完后加溶剂（甲苯）溶解，溶解后送精制釜；第三步为精制工序：在精制釜中除去盐、废聚物、碱及其他杂质；第四步为脱溶剂工序：树脂母液经过滤后脱溶剂，脱溶剂分两个过程完成；第五步包装工序：脱去溶剂的树脂经冷却成型送入包装岗位，产品质量合格，经包装即可出厂。各步骤简单介绍如下： 1 溶解工序
双酚A溶解在氢氧化钠溶液中形成双酚A钠盐，其化学方程式为：
CH3NaOH+HO-C-CH3OHHOCH3-C-CH3ONa+H2O
2 反应工序
双酚A钠盐与环氧氯丙烷反应生成环氧树脂，其反应化学方程式为：
上述反应是缩聚过程中的主反应。此外还可能有一些不希望有的副反应，如环氧基的水解反应、支化反应、酚羟基与环氧基的反常加成反应等。若能严格控制合适的反应条件（如投料比，氢氧化钠用量，浓度及投料方式，反应温度，加料顺序，含水量等），即可将副反应控制在最低限度，从而能获得预定相对分子量的、端基为环氧基的线型环氧树脂。 3 精制工序：
利用相似相溶原理，在粗制树脂中加入甲苯及水，甲苯溶解树脂中，水溶解树脂中的盐，从而达到物质分离的目的，除去树脂中的盐、机械杂质等。 4 脱溶剂工序：
在高温低压的条件下，蒸发树脂溶液中的甲苯和MIBK，然后冷凝溶剂蒸汽回收后循环使用，高温树脂在结片机的钢带上铺成薄膜，然后利用冷却水冷却钢带进而冷却树脂，树脂凝固后破啐成片后包装。 5 包装工序：
本次设计的产品的包装机采用的是半自动包装，在包装过程中注意防尘，防止粉尘污染。