年产5000吨白乳胶生产工艺设计本科生毕业设计(编辑修改稿)

年产5000吨白乳胶生产工艺设计本科生毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

internal pressure, external pressure, mixing, power, motors, bearings, pipe. 武汉理工大学学士学位论文 4 聚醋酸乙烯乳液即白乳胶 ,为单一组份的化合物。 聚醋酸乙烯乳液为白色的粘稠液体 ,其粘接强度高、柔韧性好 ,用它制成的水性乳胶漆色彩鲜艳 ,耐酸碱和耐水洗涤 ,不易泛黄。 聚醋酸乙烯乳液是以水为分散介质 ,不使用易污染的溶剂 ,具有生产方便、价格低、粘合强度高、无毒无腐蚀性、无火灾危险和耐候性好等特点 ,可制成高浓度的产品。 它是广泛用于木材、织物、包装、建筑等行业的粘合剂 ,是市场上粘合剂用量最大的品种 ,在家具拼板中的用量日益增加。 由于白乳胶 的应用很广泛，而且在世界范围内的需求量迅速增大，发展前景可观，所以白乳胶的生产工艺流程很重要。 我国是在二十世纪五十年代才开始研究白乳胶，在二十世纪七十年代才开始实现其工业化的生产。 现在国内对于白乳胶的应用主要还是在胶黏剂方向，而水性漆方向是国内的发展趋势，所以针对不同特性的改性白乳胶需要寻求更好的生产工艺。 美国的聚醋酸乙烯的消费占醋酸乙烯用量的第一位。 聚醋酸乙烯的最大用户是粘合剂 ,其次是乳胶漆。 美国用乙烯类单体为原料制造水性乳胶漆的产量已占涂料总产量的近半左右。 西欧的聚醋酸乙烯主要用于涂料和建筑 ,其次用于粘 合剂和纤维。 西欧涂料工业中所消费的聚醋酸乙烯约占总消费量的 37%。 日本将聚醋酸乙烯主要用于粘合剂。 国内的聚醋酸乙烯的用途分别为 :粘合剂占 55%,印刷占 10%,卷烟占 10%,涂料与建筑占 20%,织物加工占1%,其他 4%。 国外的用途分别为 :粘合剂占 37%,涂料和建筑占 35%,纸张和织物加工占 10%以上。 相比之下 ,国内的聚醋酸乙烯的应用尚有相当的差距 ,在织物加工与纸张加工方面尚有较大的市场潜力。 聚醋酸乙烯乳液在建筑上可与其他的材料配合使用。 在水泥砂浆中加入10%～ 20%可提高抗压强度及拉伸强度。 与填料等配合可用 于地面、墙面施工等。 聚醋酸乙烯乳液广泛用于纤维、无纺布、植绒、纸张等的粘接。 还可用于制造纸管、耐水瓦机纸板、铝箔等。 在粘合性、耐水性、贮存性等方面优于其他粘合剂。 在我国 ,应拓展聚醋酸乙烯在涂料、建筑、造纸和织物加工等方面的应用。 美国的聚醋酸乙烯年需求增长率为 3%,在纸业中的年用量已达到 13 万吨。 美国聚醋酸乙烯的年用量为 64万吨。 西欧聚醋酸乙烯的年用量为 68 万吨。 国内的年用量为 24 万吨。 年需求增长率为 10%。 由于白乳胶的消耗量巨大，并且发展前景尤为可观所以本次设计选择了白乳胶生产工艺设计这个题目。 通过查阅各 种文献，和实验室的实验确定了合适的白乳胶生产配方，以及生产的工艺流程。 相同的配方，不一样的工艺就会生产出不同等级的产品，尤其是高分子合成，引发剂的加入时间，引发剂的加入频率，加入的量的多少都决定了高分子聚合的进度，为了避免引起爆聚，要很注重引发剂的加入。 乳液聚合容易在反应后期破乳，所以聚合反应的乳化剂的选择很重要，武汉理工大学学士学位论文 5 不仅要求乳化效果好，还要价格便宜，单一的乳化剂并不能完全的满足生产需求，所以可以使用多种乳化剂的复配使用。 经过实验室的反复试验确定了使用 SDS和 OP10， SDS是应用很广泛，而且价格比较合适的表面 活性剂， OP10的乳化效果很好，而且是液体乳化剂，两者按照配方中的比例复配，达到了不错的乳化效果。 武汉理工大学学士学位论文 6 物料衡算的任务 通过物料衡算确定聚合釜的个数、体积、每釜投料量及各工序进出物料量。 为设备计算、选型和热量衡算提供依据。 衡算的依据 1设计生产规模 年产白乳胶 5000 吨 2 设计生产时间 7500 小时 /年 3 生产周期 24 小时 收集的数据 1 白乳胶密度 （ 25℃） 2水的密度 （ 25℃） 3参考配方 表 21 配方列表（质量比） 名称 质量分数 (%) 醋酸乙烯 50 蒸馏水 40 聚乙烯醇 4 邻苯二甲酸二丁酯 5 过硫酸钾 1 碳酸氢钠 适量 衡算基准 以一釜物料为衡算对象，以釜中生成的树脂为衡算基准。 单位为 kg/釜。 聚合釜投料量 聚合过程中物料体积变化不大，因此以 25℃时的物料体积为依据来计算釜内物料体积。 初步选取 ，聚合釜装料系数取为。 则聚合釜有效体积为 6m3 聚合釜投料量根据参考配方按比例计算。 计算过程略。 武汉理工大学学士学位论文 7 表 22 聚合釜投料量表 名称 质量（ kg) 醋酸乙烯 2800 蒸馏水 2600 聚乙烯醇 150 邻苯 二甲酸二丁酯 260 过硫酸钾 60 碳酸氢钠 适量 每釜年生产能力及釜的个数 设计生产规模为年产 白乳胶 5000 吨，设计生产时间为每年 7500 小时，生产周期为 24小时，每釜生产能力为 6000kg。 则每釜年生产能力为： 6000 7500247。 24=1875000Kg=1875 吨 取聚合釜备用系数为 则聚合釜个数为： n= 5000247。 1875= 因此聚合釜个数可取为 3个。 工艺流程的简介 （ 1） 将聚乙烯醇和蒸馏水加入反应锅中，缓缓加热 升温至 80 摄氏度，充分搅拌均匀，经过 4～ 6 个小时充分溶解。 （ 2） 降温到 60～ 65摄氏度，实行保温，一边按配方量的 15%醋酸乙烯，一边按配方量的 40%加入过硫酸钾。 （ 3） 反应时会放出热量温度回升高，在温度达到 80 摄氏度左右时，按照配方用量分别加入醋酸乙烯，每次 10%，在 6～ 8 个小时内添加完毕。 （ 4） 在逐步滴加醋酸乙烯的过程中，每小时加入过硫酸钾的 4%～ 6%，等醋酸乙烯添加完后将余下的过硫酸钾全部倒入反应器内，此时温度上发生到 90摄氏度到 95摄氏度。 （ 5） 保温 30 分钟，冷却到 50 摄氏度，加入邻苯 二甲酸二丁酯，搅拌均匀，用碳酸氢钠调剂ＰＨ，然后冷却，成品包装。 武汉理工大学学士学位论文 8 物料流程 简 图 醋酸乙烯 过硫酸钾 聚乙烯醇 蒸馏水 聚乙烯 醇的溶 解 反应釜 的聚合 反应 乳化剂 碳酸氢钠 乳化反 应釜 白乳胶储槽 去包装车间 武汉理工大学学士学位论文 9 设计任务 选择聚合釜及夹套材料，确定聚合釜和夹套的几何尺寸，并对聚合釜及 夹套进行强度计算。 设计依据 1 设计压力 聚合釜 Pa（外压） 夹套 Pa 2 设计温度 聚合釜 150℃ 夹套 150℃ 3 聚合釜体积 聚合釜几何尺寸的确定 初步选取公称直径为 Dg1600 的筒体，封头选取 Dg1600 的标准椭圆封头。 查表得封头的尺寸如下： 曲边高度 h1=400mm 直边高度 h2=50mm 内表面积 Fh= 容积 Vh= 查表得 Dg2020 的筒体的有关数据如下： 一米高容积 V1= 一米高内表面积 F1= 则筒体高度计算为： H=（ VV 封 ） /V1=（ ）247。 = m = 长径比 H/D=3400247。 1600=。 釜的实际体积为： V 实际 = HV1+V 封 = + = 釜的实际装料系数为： η 实际 =V 物 /V 实际 =6247。 = 由此可见，聚合釜的尺寸是合理的。 武汉理工大学学士学位论文 10 夹套几何尺寸的确定 取公称直径为 Dg1700 的夹套，夹套封头也采用标准椭圆封头，并取与夹套筒体相同的直径。 查表得 Dg1700 的标准椭圆封头的有关尺寸如下： 曲边高度 h1=425mm 直边高度 h2=50mm 内表面积 Fh= 容积 Vh= 聚合釜筒体部分物料的高度： H 物 =（ V 物 V 封 ） /V1=（ ）247。 = 液面高度 H 液 =H 物 +h1+h2=2850+50+450=3120mm 夹套包围的筒体高度 H 包 =H 物 +△ =+= 夹套筒体的高度 H 夹 =H 包 +50=2800+25=2825mm 聚合釜内传热面积 A=H 包 F1+Fh= += 聚合釜壁厚的计算 聚合釜采用 0Cr18Ni9 与 16MnR 不锈钢复合钢板制造。 可以 16MnR 钢来进行强度计算。 初步选取钢板名义厚度δ n=16mm，则钢板有效厚度δ e=δ n C ,其中 C = C1+C2 C1为钢板负偏差，取 ,C2为腐蚀裕度，取 1mm, 则壁厚附加量 C=, δ e= D0/δ e=（ Di +2δ n） /δ e 其中 D0为聚合釜外径， Di 为聚合釜内径。 则 D0/δ e=（ 1600+16 2） /=115 计算长度 L=H+h2+1/3h1 ， 其中 H为筒体高度， h2为封头直边高度， h1为封头曲边高度。 则 L=3400+50+1/3 400=3583mm L/D0=3583/1632= 查《外压或轴向受压圆筒几何参数计算图》（见设计参考 图）， 得到系数 A= 然后查图《外压圆筒和球壳厚度计算图（ 16MnR 钢）》（见设计参考图） 得到 B=75MPa 则计算许用外压力［ P］ ［ P］ =B/（ D0/δ e） =75/115= M Pa 武汉理工大学学士学位论文 11 设计外压 P= ，小于［ P］且比较相近。 则所选取的δ n=16 mm 符合要求。 即筒体厚度δ n=16mm 封头厚度取与筒体相同的厚度 16mm。 夹套厚度的计算 夹套选用 20R 钢板制造。 夹套计算厚度为： δ = PcDi/（ 2φ［σ］ tPc） 式中 Pc为计算压力，取 ， Di为夹套内径， 1700mm, φ为焊缝系数，取 （双面对接焊，局部无损探伤） ［σ］ t为材料许用应力，查表得 113MPa 则δ = 17。