年产30000吨E51型环氧树脂工艺设计

1天津广播电视大学开放教育“应用化工技术”专业（专科）《毕业设计》技术报告题目：年产30000吨E51型环氧树脂工艺设计姓名：张彬学号：0912001458058年级：精细化工3班指导教师：桑红源时间：2011年10月10日天津广播电视大学化工工作站2应用化工技术专业《毕业设计》课程任务书毕业设计题目年产30000吨E51型环氧树脂工艺设计完成人情况姓名：张彬学号：0912001458058班级：精细化工3班原始数据（1）环氧当量，g/eq184-194（2）NaOH含量wt％：≥48（3）Fe2O3含量wt％：≤0.003主要参考资料1.陈敏恒，丛德滋等，化工原理，北京：化学工业出版社，20002.环氧树脂生产与应用(第二版)王德中化学工业出版社重点内容（1）环氧树脂定义（2）生产原理（3）E51型环氧树脂产品说明及生产的主要原材料（4）工艺流程设计（5）工艺配方、主要控制参数、消耗定额及主要生产设备设计指标产品30000吨/年环氧树脂指导教师：桑红源3目录一．摘要·····························································1二．关键词··························································1三．论文·····························································21环氧树脂定义·······················································22生产原理····························································53E51型环氧树脂产品说明及生产的主要原材料····························64工艺流程设计·························································75工艺配方、主要控制参数、消耗定额及主要生产设备·····················10结束语·······························································11参考文献·····························································121年产30000吨E51型环氧树脂工艺设计一.摘要：以双酚A（BPA）为主要原材料，合成的环氧树脂称为双酚A（BPA）型环氧树脂，是目前产量最大、用途最广的环氧树脂，E51型环氧树脂即属于此类树脂，由于它的应用遍及国民经济的众多领域，因此又称为通用型环氧树脂。它属于缩水甘油醚型。环氧树脂生产工艺一般分为一步法和二步法，本工艺采取两步法，并通过五次加碱以减少ECH在碱性介质中的水解损失。与一步法相比，它具有生产工艺简单、设备少、工时短、无三废排放和产品质量易调节控制等优点。本文重点介绍了年产30000吨的E51环氧树脂的工艺原理，设计依据，工艺路线，工艺流程设计，工艺设备选型，产品配方与原料消耗指标等内容。二.关键词：E51环氧树脂；二步法；工艺流程设计；五次加减2绪论1.1环氧树脂定义环氧树脂（EpoxyResin）是泛指含有两个或两个以上环氧基，以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固性产物的高分子低聚体(0ligolner)，是一种从液态到粘稠态、固态多种形态的物质。它本身几乎没有单独使用的价值，只有和固化剂反应生成三维网状结构的不熔聚合物才有应用价值，故属于热固性树脂。最常用的双酚A型环氧树脂含2个环氧基。化学名称：双酚A二缩水甘油醚英文名称：DiglycidyletherofbisphenolA（缩写DGEBPA）1.2、环氧树脂发展历史、现状及趋势环氧树脂的发明曾经历了相当长的时期，它的工业化生产和应用仅是近40年的事情。在19世纪末和20世纪初两个重大的发现揭开了环氧树脂发明的帷幕。远在1891年德国的Lindmann用对苯二酚和环氧氯丙烷反应生成了树脂状产物。1909年俄国化学家Prileschajew发现用过氧化苯甲醚和烯烃反应可生成环氧化合物。这两种化学反应至今仍是环氧树脂合成中的主要途径。1934年Schlack用胺类化合物使含有大于一个环氧基团的化合物聚合制得了高分子聚合物，并作为德国的专利发表。1938年这后的几年间瑞士的Pierrecastan及美国的S.O.Greenlee所发表的多项专利都揭示了双酚A和环氧氯丙烷经缩聚反应能制得环氧树脂；用有机多元胺类或邻苯二甲酸均可使树脂固化，并具有优良的粘接性。这些研究成果促使了美DeVoe-Raynolds公司在1947年进行了第一次具有工业生产价值的环氧树脂的制造。不久瑞士的CIBA公司、美国的Shell公司以及DeChemical公司都开始了环氧树脂的工业化生产及应用开发工作。到了20世纪50年代初期环氧树脂在电气绝缘浇铸、防腐蚀涂料、金属的粘接等应用领域有了突破。于是环氧树脂作为一个行业蓬勃发展起来了。我国的环氧树脂的开发始于1956年，在沈阳、上海两地首先获得了成功。1958年上海开始工业化生产。3经过40余年的努力，我国环氧树脂生产和应用得到了迅速的发展。目前生产厂家已达100余家。生产的品种、产量日益增多，质量不断提高，在现代化的建设中正起着越来越重要的作用。但是以生产规模、产品质量、品种方面和世界先进水平相比差距还很大。1.3、环氧树脂的特点和用途（1）粘接强度高，粘接面广。几乎可粘接所有的金属和非金属，有“万能胶”的美称。（2）良好的加工性。加工时常温常压。广泛用作涂料、灌封料及浇注料等。（3）优异的电绝缘性。用作绝缘材料、电工浇铸及电子灌封（4）机械强度高。用作结构胶、高强耐磨地坪等。（5）收縮卛低。尺寸稳定，不易变形，不易开裂等。（6）稳定性好，防腐性能优异。广泛用作防腐涂料。1.4、主要技术指标及相互关系（1）聚合度n和分子量M:双酚A型环氧树脂的结构如下：式中n为聚合度（也就是分子中基本结构重复的次数）。聚合度n实际上是一系列不同分子量的同系物的加权平均值。n越大，分子链越长，分子量M越大。理论上双酚A型环氧树脂分子量M,聚合度n之间存在下列关系。M＝340十284n（2）分子量分布由于环氧树脂是分子量不等的同系物组成的混合物，其分子量具有多分散性，通常用分子量分布来表示。环氧树脂在合成过程中，由于原材料的差异、工艺操作条件不同等，导致产品的分子量分布亦不相同。平均分子量相同的环氧树脂，如果分子量分布不同，那么其某些物化性能也不同。分子量分布越窄，则树脂性能越稳定。（3）环氧基含量反应活性极大的环氧基是环氧树脂的重要官能团，其含量的大小直接影响使用性能，因此它是控制和鉴定环氧树脂质量的主要手段之一。实际生产中可根据环氧基含量来划分不同型号的环氧树脂。环氧基含量有以下三种表示方法：a、环氧值（Ev）环氧值是我国环氧树脂生产厂家习惯采用的表示方法。它是指每100g环氧树脂中所含的环氧当量数称为环氧值。单位：eq/100g。b、环氧当量（En）4环氧当量是美国、西欧和日本习惯使用的表示方法。它是指含有１克当量环氧基的环氧树脂的克数称为环氧当量。单位：g/eq。环氧当量、分子量和环氧值之间的换算关系：En=M/2=100/Ev。c、环氧基百分含量（Ec）环氧基百分含量是俄罗斯、东欧等国习惯采用的表示方法。它是指环氧树脂的每一分子中所含环氧基的百分比含量。单位：％。它与环氧值之间的关系Ec=Ev×43。（4）软化点环氧树脂是一种混合物，没有明确的熔点，只有一个熔融温度范围，称为软化点。单位：℃。（5）黏度黏度是环氧树脂应用时十分重要的指标，它对操作性、脱泡性等有很大影响。单位：Pa.s或mpa.s。黏度与分子量成正比例，黏度和软化点在一定程度上反映出平均分子量和分子量分布的大小。单位换算１Pa.s(帕斯秒)=1000mpa.s(毫帕斯秒)＝1000cP(厘帕斯)。（6）水解氯：水解氯指每100克环氧树脂中含有的水解氯的克数。水解氯是由于树脂制造过程中脱氯化氢闭环反应不完全而引起的，它在树脂中主要以1，2氯醇醚的形式存在，可用氢氧化钾醇溶液进一步反应来测定，又称易皂化氯。水解氯的存在影响环氧树脂的高温电性能，是衡量环氧树脂质量的一个重要指标。（7）无机氯：无机氯是指环氧树脂中残留的氯离子数量。它是树脂反应过程中副产的NaCL未被彻底除去而残留下来的。只要加强水洗工艺和高精度过滤，就能做到含量很低。无机氯的存在常温下就会影响环氧树脂固化的电性能。（8）残留溶剂，简称残溶：环氧树脂的残溶主要指树脂生产过程中残留的微量溶剂，用PPM表示。树脂中残溶高，在成型过朽中会产生大量气泡，影响制品质量。1.5、环氧树脂的分类由于原材料与生产工艺的不同，环氧树脂有许多种类和型号，也有多种不同的分类方法，若按其化学结构和环氧基的结合方式可分为以下六大类：缩水甘油醚型、缩水甘油酯型、缩水甘油胺型、脂环族型、线性脂肪族型和混合型环氧化烯烃。以双酚A（BPA）为主要原材料，合成的环氧树脂称为双酚A（BPA）型环氧树脂，是目前产量最大、用途最广的环氧树脂，由于它的应用遍及国民经济的众多领域，因此又称为通用型环氧树脂。它属于缩水甘油醚型。双酚A（BPA)型环氧树脂，市场占有量约占环氧树脂总量的85%。本书中所说的E515型环氧树脂，即属于BPA型环氧树脂（又称E型环氧树脂）。国内统一牌号中E－代表双酚A型环氧树脂，数字－代表环氧值小数点后二位数。如：E-51表示环氧值为0.51的双酚A型环氧树脂、E-20表示环氧值为0.20的双酚A型环氧树脂。随着原材料和合成工艺的进步，如今的环氧树脂质量指标都远远高于国标和部标，纯度高，色泽浅。由于引进国外先进的生产技术、设备和人才，我国环氧树脂生产水平与国外的差距已越来越小。双酚A（BPA）型环氧树脂，根据其分子量的高低，可分为低分子量树脂（M≤400）、中等分子量树脂（M＝400-1400）、高分子量树脂（M＝1400－8000）和超高分子量树脂（M＝10万－45万）。双酚A（BPA）型环氧树脂的理化性能，随分子量而呈现规律性的变化，其变化规律如下：分子量↑软化点↑环氧值↓环氧当量↑羟基含量↑固化物柔韧性↑固化物硬度↓固化温度↑低分子量环氧树脂的固化主要通过环氧基反应，随着分子量的增大，环氧基的作用减少，羟基作用增大，超高分子量的环氧树脂则不需要借助固化剂便能形成坚韧的涂膜。第二章生产原理一、合成原理双酚A型坏氧树脂是由二酚基丙烷(双酚A)和环氧氯丙烷在碱性催化剂(通常用NaoH)作用下缩聚而成。其反应历程的说法不一，尚无定论。但是，大体上说来，在合成过程中主要的反应可能如下：(1)在碱催化下，双酚A的羟基与环氧氯丙烷的环氧基反应，生成端基为氯化羟基的化合物-开环反应。(2)氯化羟基与Na0H反应，脱HCl再形成环氧基-闭环反应。(3)新生成的环氧基与双酚A的羟基反应生成端羟基化合物-开环反应。(4)端羟基化合物与环氧氯丙烷反应生成端氯化羟基化合物-开环反应。(5)生成的氯化羟基与NaOH反应，脱HCl再生成环氧基-闭环反应。在环氧氯丙烷过量情况下，继续不断地进行上述开环-开环-闭环反应，最终即可得到二端基为环氧基的双酚A型环氧树脂。上述反应是缩聚过程中的主要反应。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、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(如投料配比，NaoH用量、‘浓度及投料方式，反应温度，加料顺序、含水量等)，即可将副反应控制到最低限度。从而能获得预定相对分子质量的、端基为环氧基的线型环氧树脂。调节双酚A和环氧氯丙烷的用量比，可以制得平均相对分子质量不同的环氧树脂。E51属于平均相对分子质量较低的液态双酚A型环氧树脂，室温下为液体。二、合成方法液态双酚A型环氧树脂的