年產3萬噸腐植酸改性脲醛樹脂工藝設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 水階段 后處理階段 原料分批加入 加成反映 縮聚反應 蒸發 過濾 反應階段（1）加成反應階段 加成反應階段,p H 的降低對改性脲醛樹脂各項性能的提高是有利的。升高加成反應溫度對改性脲醛樹脂綜合性能的提高有較好的影響。選擇適中的加成反應時間有利于提高改性脲醛樹脂的綜合性能。（2） 縮聚反應階段 縮聚反應階段,p H 的降低除不利于儲存期的延長外,對改性脲醛樹脂其他性能的提高均有較好的影響。縮聚溫度不宜過高或過低,否則不利于改性脲醛樹脂綜合性能的提高。此外，初摩爾比的變化能明顯地影響儲存期,初摩爾比越高儲存期越長。甲醛釋放量有隨初摩爾比降低而呈升高的趨勢。 脫水階段將反應釜中的溶液送到蒸發器中脫水，使產品的固含量達到質量標準。 后處理階段成品必須過濾除去樹脂中的雜質，如未反應的腐植酸，殘余的催化劑等。助濾劑可采用硅藻土、碳酸鎂等物質，過濾溫度以60～70℃為宜。 生產工藝流程敘述將甲醛溶液和 聚乙烯醇（以下簡稱PVA） 加入到反應釜中， 邊攪拌邊用10% NaOH ～；當溫度升至70 ℃時，加入第一批尿素，繼續升溫至85～90 ℃，攪拌反應30 min；隨后用10%氯化銨溶液調節pH ～，90～95 ℃反應20 min； 調節pH ，85 ℃左右添加第二批尿素，繼續反應30 min；冷卻至40 ℃以下，出料即可。將褐煤放入反應釜中，加入蒸餾水，攪拌均勻；然后緩慢加入 固體NaOH和 碳酸鈉，將反應溫度調至65～75 ℃，繼續攪拌，反應2 h 后冷卻出料。往上述溶液加入甲醛溶液，調節pH 值至10～11，升溫至70℃，攪拌2 h 即可將腐植酸（HA）進行羥甲基化改性，然后按照m（HA 羥甲基化溶液）∶m[脲醛樹脂（UF）]=1∶4 比例將兩者混合均勻，制得腐植酸脲醛樹脂（HUF）。第四章 工藝計算 原始數據及所需技術資料（1） 生產規模 30000t/y（2） 生產時間 年工作日334天（3） 生產方式 連續生產（4） 生產量 每天三批 三班倒 本設計是年產30000噸的氨基樹脂工廠其產品是80%的氨基樹脂水溶液，純HUF溶質為30000噸（5） 損失率 %（6） 計算順序 由于產物與原料間計量關系比較簡單，且整個工藝過程也較簡單，容易得到原料間的比例關系，所以采用順流程的計算順序。（7） 化學變化參數尿素 甲醛 腐植酸 聚合物結構單元分子量 60 30 350 在計算聚合物結構元的分子量時，HA與UF質量之比1：4則其占原料的百分比為20% 。單體—（CH2NHC=ONHCH2O） n分子量為102 腐植酸分子量為350 所以聚合物結構單元的分子量為350 5/ (350 4/102 ) =． 物料衡算衡算公式：進料量 = 出料量 + 損失量由于產量較小，計算基準定為千克/小時 （Kg/h）日產量Wd= 300001000/（8000） = Kg/d主要原料投料量 所以，尿素投料量 = 1/=腐植酸投料量== 甲醛投料量 = 工業甲醛為30%反應釜中甲醛的含量為25%，所以甲醛溶液投料量 = (30% －25%)= ： 在反應過程中，甲酸和NaOH只是調節反映體系的pH值，其本身并不參加反應，所以進料和出料平衡，在衡算過程中可以省去。則此時的進料就為工業甲醛，三聚氰胺和尿素。進料量 = 工業甲醛 + 三聚氰胺 + 尿素 = + + =根據化學計量式有三聚氰胺反應完全所消耗的甲醛量 = 60 / 126 = Kg/d和尿素反應的甲醛量 = — = Kg/d三聚氰胺反應后生成的聚合物量 = 168 / 126 = Kg/d三聚氰胺反應生成的水 = 18 / 126 = 反應的尿素量 = 60 / 60 = Kg/d甲醛，尿素反應生成的聚合物量 = 102 / 60 = Kg/d甲醛，尿素反應生成的水量 = 18 / 60 = Kg/d 未反應的尿素 = — = Kg/d 系統中的水 = + + 63% = Kg/d出料量 = 聚合混合物 + 水 + 未反應的物料量 = + + + = Kg/d進料量 = Kg/d = 出料量 = Kg/d 所以反映釜物料平衡 ：進料量 = 蒸發出的水 = — 產品==出料量 = 產品 + 蒸發出的水= + = Kg/d 進料量 = 出料量 所以蒸發器物料平衡 進料量 = + + = Kg/d出料量 = + = Kg/d 總物料平衡， 所以整個系統物料平衡。 物料平衡表物料名稱數據（ Kg/d ）純凈甲醛工業甲醛純三聚氰胺尿素系統中水產品第五章 設備工藝計算及其選型 攪拌反應釜的設計一天三釜，先對反應釜做物料和熱量衡算 物料衡算：衡算公式：進料量 = 出料量 + 損失量日產量Wd= 9001000/（300） = Kg/d一天三釜所以一釜物料為=主要原料投料量 尿素結構在聚合物結構單元中占58/ = 57%所以，尿素投料量 = 57% = Kg三聚氰胺投料量 = 3% = 甲醛投料量 = 30 = Kg工業甲醛為37%甲醛溶液，所以甲醛溶液投料量 = 對反映釜進行物料衡算： 在反應過程中，甲酸和NaOH只是調節反映體系的pH值，其本身并不參加反應，所以進料和出料平衡，在衡算過程中可以省去。則此時的進料就為工業甲醛，三聚氰胺和尿素。進料量 = 工業甲醛 + 三聚氰胺 + 尿素 = + + = 根據化學計量式有三聚氰胺反應完全所消耗的甲醛量 = 60 / 126 = Kg和尿素反應的甲醛量 = — = Kg三聚氰胺反應后生成的聚合物量 = 168 / 126 = Kg三聚氰胺反應生成的水 = 18 / 126 = Kg反應的尿素量 = 60 / 60 = Kg甲醛，尿素反應生成的聚合物量 = 102 / 60 = Kg甲醛，尿素反應生成的水量 = 18 / 60 = Kg未反應的尿素 = = Kg系統中的水 = + + 63% = Kg/d出料量 = 聚合混合物 + 水 + 未反應的物料量 = + + + = Kg進料量 = Kg= 出料量 = Kg 所以反映釜物料平衡 ：(1)計算依據及基準間歇式生產熱量衡算基本方程式Q物料帶入+Q熱負荷=Q物料帶出+Q熱損失 化學熱量衡算一般方程式 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6其中： Q1 所處理的物料帶入設備的熱量；Q2 換熱劑與設備和物料傳遞的熱量（符號規定加熱劑加入熱量為“+”，冷卻劑吸收熱量為“－”）；Q3 化學反應熱（符號規定過程放熱為“+”，過程吸熱為“－”）；Q4 離開設備物料帶走的熱量；Q5 設備消耗熱量；Q6 設備向周圍散失的熱量，又稱熱損失。(2) 熱量衡算由于各股物料都是在常溫下加入，所以 Q1 = 0反應熱的計算：Q3其中用到化學鍵鍵能：NH: 389 KJ/mol C=O: 728 KJ/mol CO: 326 KJ/molCN: 305 KJ/mol OH: 464KJ/mol Ⅰ此反應斷裂：NH C=O中的CO 合成 CN OH斷鍵需要的能量 1mol 389KJ/mol 2 + 2mol (728326)=1582 KJ 合成鍵釋放的能量 1mol 2 305 + 1mol 2 464= 1538 KJ△H = 1538 1582 = 44 KJ/mol QⅠ= (44)= KJⅡ此反應斷裂：NH CO 合成 CN 斷鍵需要的能量 1mol 389KJ/mol+ 1mol 326 KJ/mol=715 KJ 合成鍵釋放的能量 1mol 305 KJ/mol 2=610 KJ合成聚合單體： △H=610715= 105 KJ/molQⅡ=(105)= KJHA + — 斷鍵需要的能量 1mol389KJ/mol+ 402 KJ/mol=1582 KJ 合成鍵釋放的能量 1mol2305 + 1mol464=1538 KJ△H = 15381582 = 44 KJ/mol QⅢ=(44)= KJ/mol 所以 Q3= QⅠ+QⅡ+QⅢ+QⅣ = +（）+（）+（） = KJ根據化學反應式求得的化學反應熱較小，在衡算過程中可以忽略 即 Q3 = 0求 Q4可按公式 Q4= 先求平均 = + / + + = + + + = KJ/Kg℃Q4 = = (90 — 25 )= 105 KJ KgQ5 = C M △t= （ 90 —25 ）= 104 KJ 熱損失取總熱量的3% 所以 Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6Q1 = 0 Q3 = 0Q4 = 105 KJ Q5 = 104 KJQ6 = 3%（ Q1 + Q2 + Q3 ）Q2 = Q4 + Q5 + 3%（ Q1 + Q2 + Q3 ） Q2 = Q4 + Q5 + Q2 =105 + 104 =105 + Q2 = 105 KJ Q= Q1 + Q2 + Q3 = 0 + 105 + 0 = 105所以 ，總熱量 Q總 = Q2 = 105 KJ 材料選擇 由于在反應過程中有腐蝕性物質的加入，所以材料應選用耐腐蝕材料。對該反應器選用鎳鉻不銹鋼，0Cr18Ni9 .鋼板標準為GB4237 。在100℃下的許用應力為114Mpa。反應釜體積 V== 815 + / 1335 + 1598 + 1000= + + + = Kg/m3V= = = m3裝料系數Φ= 反應釜體積Vt = V / Φ= / = 根據GB9845—1988〈鋼制機械攪拌容器〉圓整取 Vt = m3反應釜高H = 1500 mm 反應釜內徑 D = 1200 mm 105 Pa 設計溫度為90℃ 。所以容器壁厚δd = P Di / (2[σ]t ΦP) + C = 1200 / 2114 + = mm 公式中[σ]t = 114 Mpa Φ= 1 C = 對壁厚圓整取δd = 10 mm 反應釜的質量W = ∏DHδdρ = 7900 = Kg 封頭的設計選型（1） 上封頭選擇 上封頭選取標準橢圓形封頭。具體參數如下：封頭內徑DN = 1200 mm （