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年产1500吨醋酸乙烯乳胶漆—溶解釜的设计.rar

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    年产 1500 醋酸 乙烯 乳胶漆 溶解 设计
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    本科毕业论文(设计)题 目 年 产 1500 吨 醋 酸 乙 烯 乳 胶 漆 —溶 解 釜 的 设 计学生姓名 高宝玉 专业名称 化学工程与工艺 指导教师 张孟民 2013 年 5 月 28 日教学单位 化学化工学院学生学号 200992074092编 号 目录摘 要 ..............................................................................................................................1ABSTRACT...................................................................................................................11 概述 .............................................................................................................................21.1 乳胶漆的定义 ..........................................................................................................21.2 乳胶漆的组成 .........................................................................................................21.2.1 乳液 ...................................................................................................................21.2.2 颜料 ...................................................................................................................21.2.3 填充料 ...............................................................................................................21.2.4 助剂 ...................................................................................................................31.3 乳胶漆的物理性质 .................................................................................................31.4 乳胶漆的分类 ..........................................................................................................31.5 乳胶漆的发展 .........................................................................................................51.6 乳胶漆的应用现状 ..................................................................................................51.7 全世界的发展情况 ..................................................................................................61.8 我国的发展情况 ......................................................................................................71.9 三废的处理 .............................................................................................................71.9.1 废水 ................................................................................................................71.9.2 废水成分 ........................................................................................................81.9.3 处理方法和工艺 ...............................................................................................81.9.4 处理结果 ...........................................................................................................81.9.5 清洁生产 ..........................................................................................................82 生产方案的确定 ........................................................................................................92.1 醋酸乙烯乳胶漆的生产工艺 ..................................................................................92.2 聚醋酸乙烯乳胶漆合成工艺条件 ........................................................................102.2.1 引发剂对乳液粘度、固含量的影响 .............................................................102.2.2 乳化剂用量对乳液粘度的影响 .....................................................................112.2.3 反应温度对乳液粘度、固含量的影响 .........................................................122.2.4 单体纯度对乳液粘度、固含量的影响 .........................................................132.3 聚醋酸乙烯乳液的配方 .......................................................................................132.4 聚醋酸乙烯乳液常用乳胶漆的配方 ....................................................................143 生产流程简述 ...........................................................................................................153.1 乳液流程 ................................................................................................................153.1.1 乳液的生产流程 .............................................................................................153.1.2 乳液生产流程框图 .........................................................................................163.2 乳胶漆生产 ............................................................................................................163.2.1 聚醋酸乙烯乳液生产乳胶漆工艺流程框图 .................................................164 乳胶漆的质量及性能指标 ......................................................................................164.1 聚醋酸乙烯的质量指标 ........................................................................................164.2 乳胶漆的性能指标 ................................................................................................175 溶解釜的设计及计算 ..............................................................................................185.1 设计要 求和条件 ....................................................................................................185.2 物料计算 ................................................................................................................185.3 反应器内径和高度计算 ........................................................................................195.4 溶解釜夹套的直径、高度和传热面积 ..............................................................205.5 溶解釜厚度的计算 ................................................................................................215.5.1 夹套筒体、封头厚度 .....................................................................................215.5.2 内筒筒体厚度的计算 .....................................................................................225.6 溶解釜搅拌器的设计 ............................................................................................235.6.1 搅拌机的型式与选择 .....................................................................................235.6.2 反应釜的传动装置 .........................................................................................245.6.3 搅拌轴的加工要求 .........................................................................................245.7 热量衡算 ................................................................................................................246 设备工艺计算结果 ...................................................................................................26结束语 ..........................................................................................................................27参考文献 ......................................................................................................................28谢辞 ..............................................................................................................................290 年产 1500 吨醋酸乙烯乳胶漆的生产工艺——溶解釜的设计高宝玉*(宝鸡文理学院 化学化工系, 陕西 宝鸡 721007)摘 要: 聚醋酸乙烯乳胶漆作为一种水性涂料,它的出现和发展适应了改善人类对生存环境的要求。它是白色粘稠液体,可加入各色色桨配成不同颜色的涂料。主要用于建筑物的内外墙涂饰,还可以用作金属表面的涂饰。该涂料以水为溶剂,所以具有安全无毒、施工方便的特点,易喷涂、刷涂和滚涂,干燥快、保色性好、透气性好。聚醋酸乙烯乳胶漆采用乳液聚合的生产工艺。乳液聚合的基本工艺有间歇聚合、半连续聚合、连续聚合、预乳液以及种子乳液聚合等。半连续分批加料乳液聚合能很好地控制聚合速度和操作弹性,且适应性强,单体转化率高(﹥99﹪) ,乳液性质稳定。该生产工艺目前还是工业化生产聚醋酸乙烯乳胶漆的主要方法。关键词:乳胶漆,溶解釜,半连续乳液聚合,分批加料1500Tons of Vinyl AcetateEmulsion Paint Production ProcessDissolve The Axe - DesignGao baoyu(Department of Chem. & Chem. Eng., Baoji University of Arts & Sciences, Baoji 721007 Shaanxi)Abstract: As a kind of coating, the polyvinyl acetate emulsion paint appears to the development and improvement of the living environment of mankind. It is white viscous liquid, can add different colors of color of the paint. It is mainly used for building exterior daub and can also be used as a metal surface finishing. This coating with water for solvent, so is non-toxic, convenient construction, easy spraying, brush and roll, fast drying, it good, good permeability. Polyvinyl acetate emulsion paint by emulsion polymerization process. The basic technology of emulsion polymerization is intermittent polymerization, the semi-continuous polymerization, continuous *交稿日期:2013-5-28 指导老师:张孟民作者简介:高宝玉(1991-) ,男,陕西宝鸡人,化学化工系 2013 届毕业生1emulsion polymerization, such as seed emulsion polymerization. The semi-continuous partial charging emulsion polymerization can easily control polymerization rate and elasticity of operation, and high adaptability (﹥99﹪), monomer latex properties stable. The production technology or industrial production according to the main method of emulsion paint of vinyl acetate.Keywords: emulsion paint, Dissolve The Axe, half a continuous emulsion polymerization, partial charging1 概述1.1 乳胶漆的定义在我国,人们习惯上把以合成树脂乳液为基料,以水分为分散介质,加入颜料、填料(也叫体质颜料)和助剂,经一定工艺过程制成涂料,叫做合成树脂乳胶漆,简称乳胶漆,要有叫乳胶涂料。乳胶漆是合成树脂固体微粒在水(严格说来,各种助剂的水溶液)中的分散体和颜料、填料颗粒在水(严格来说,也是各种助剂的水溶液)中分散体的混合物。1.2 乳胶漆的组成通常,乳胶漆由合成树脂乳液、颜料、填料、助剂和水组成。其中乳液是核心,一般决定乳胶漆的性能。1.2.1 乳液乳液是影响乳胶漆性能的最主要的原料,外观类似牛奶。由一些石油化工原料如醋酸乙烯、丙烯酸酯、苯乙烯等,在水中经过聚合化学反应制成。因采用的原料和工艺的不同,乳液在性能上也有差别。它的主要作用是起到粘结、抗水、抗碱和抗日光老化的性能。1.2.2 颜料乳胶漆大多数是白色或以白色为基础的浅淡颜色,颜料主要采用钛白粉和立德粉(锌钡白)。彩色颜料多数对人体无害。但劣质颜料含铅。21.2.3 填充料填充料起填充作用。填充料可以充实漆膜,增加遮盖力,有些还赋予乳胶漆不易沉淀和良好的涂刷性等。常用的填充料有碳酸钙(大白粉)、滑石粉、高岭土(瓷土)、硫酸钡(重晶石粉),硅灰石粉等,这些都是天然矿物原料,对人体无害。1.2.4 助剂助剂的种类较多。有增稠剂、成膜助剂和杀菌剂。为了防止乳胶漆在贮运过程中沉淀,以及涂刷垂直表面时不流坠,要添加增稠剂等助剂,常用的是纤维素醚类。为了在气温较低的情况下,也能使乳胶漆膜干燥延长施工季节,一般厂家均加入一些成膜助剂,常采用多元醇类及其衍生物等。乳胶漆在贮存过程中,或干燥成膜后,受到无处不在的微生物的污染,加之有适宜温度和湿度,很易使漆桶中的漆败坏,破乳产生恶臭,漆膜则滋生霉菌,发黑脱落。为了防止微生物的滋生,生产厂家要加入杀菌剂。1.3 乳胶漆的物理性质它以水为分散介质,无毒无味,安全,属环境友好型涂料。他可用水稀释,用水清洗,使用方便他的成膜物质是不溶于水的合成聚合物,只是以微粒的形式分散于水中,所以干燥成膜后,涂膜也不溶于水。切保留了一定的毛细孔,因此具有拒水透气性。1.4 乳胶漆的分类1.4.1 水溶性内墙乳胶漆水溶性内墙乳胶漆无污染、无毒、无火灾隐患,易于涂刷、干燥迅速,漆膜耐水、耐擦洗性好,色彩柔和。水溶性内墙乳胶漆,以水作为分散介质,无有机溶剂性毒气体带来的环境污染问题,透气性好,避免了因涂膜内外温度压力差而导致的涂膜起泡弊病,适合未干透的新墙面涂装。1.4.2 水溶性涂料3水溶性涂料价格低廉,具有一定的装饰性和保护性。生产工艺简单,所用的资源丰富,原材料易得,耐擦洗性不如乳胶漆,一般在 10 次以下,易起皮、脱落、开裂、起泡,耐候性差。在农村市场占有较大份额。1.4.3 溶剂型内墙乳胶漆溶剂型内墙乳胶漆,以高分子合成树脂为主要成膜物质,必须使用有机溶剂为稀释剂,该涂料用一定的颜料、填料及助剂经混合研磨而制成,是一种挥发性涂料,价格比水溶性内墙乳胶漆和水溶性涂料要高。因此类涂料使用易燃溶剂在施工中易造成火灾。但在低温施工时性能好于水溶性内墙乳胶漆和水溶性涂料有良好的耐候性和耐污染性,有较好的厚度、光泽、耐水性、耐碱性。但在潮湿的基层上施工易起皮起泡、脱落等。1.4.4 通用型乳胶漆通用型乳胶漆代表一大类通用型乳胶漆,适合不同消费层次要求,是目前占市场份额最大的一种产品,最普通的为无光乳胶漆,效果白而没有光泽,刷上确保墙体干净、整洁,具备一定的耐刷洗性,具有良好的遮盖力。典型的是一种丝绸墙面漆,手感跟绸缎面一样光滑、细腻、舒适,侧墙可看出光泽度,正面看不太明显。这种乳胶漆对墙体比较苛刻,如若是旧墙面返新,底材稍有不平,灯光一打就会显示出光泽不一至,因此对施工要求也比较高,施工时要求活做得非常细致,才能尽显其高雅、细腻、精致之效果。1.4.5 抗污乳胶漆抗污乳胶漆是具有一定抗污功能的乳胶漆,对一些水溶性污渍,例如水性笔、手印、铅笔等都能轻易擦掉,一些油渍也能沾上清洁剂擦掉,但对一些化学性物质如化学墨汁等,就不会擦到恢复原析,只是耐污性好些,具有一定的抗污作用,不是绝对的抗污。1.4.6 抗菌乳胶漆人们对健康洁净的生态化居住环境的追求越来越强烈,对抗菌功能的产品也越来越重视。抗菌乳胶漆除具有涂层细腻丰满、耐水、耐霉、耐候性外,还4个有抗菌功能,它的出现推动了建筑涂料的发展。目前理想的抗菌材料为无机抗菌剂,它有金属离子型无机抗菌剂和氧化物型抗菌剂,对常见微生物、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌及酵母菌、霉菌等具有杀灭和抑制作用。选用抗菌乳胶漆可在一定程度上改善生活环境。1.4.7 叔碳漆叔碳漆的基料是基于叔碳酸乙烯酯的共聚物。由于叔碳酸乙烯酯上有一个庞大的多支链的叔碳基团,对基料分子链起到保护作用,并具有溶剂性的增塑作用,因此叔碳漆具有出色的漆膜性能,同时具有优异的耐受性能、装饰性能、施工性能、环保健康性能,不含甲醛,VOC 极低。1.5 乳胶漆的发展乳胶漆的发展长河中是短暂的。涂料的发展已有以千年计的历史,而如乳胶漆的发展只有 50 多年的历史。可见,乳胶漆还是涂料中的年轻一员。1.6 乳胶漆的应用现状发达国家日前建筑涂料以乳胶漆为主。美、法、英、荷、意、德等国乳胶漆的产量已占建筑涂料总产量的 50%;日本的建筑外墙 80%采用了乳胶漆。世界乳胶漆的年产量已达 600 万吨。国外乳胶漆的品种繁多,主要品种有:醋酸乙烯系、丙烯酸酯系、苯乙烯系、聚氨酯系、环氧系、氯乙烯系、含氟系、马来酸系、无皂乳液系、核/壳乳液系。各国所采用乳液合成方法也有十多种。但世界各工业发达国家对使用乳胶漆的品种也有所偏重,如美国以发展纯丙烯酸和醋酸乙烯乳液涂料为主;日本以苯乙烯—丙烯酸酯乳液涂料为主;西欧各国则以醋酸乙烯乳液涂料为主,如用叔碳酸乙烯酯单体改性醋酸乙烯乳胶漆得到迅速发展。国外内墙涂料以高中档乳胶漆为主,有纯丙烯酸乳胶漆、苯丙乳胶漆、醋酸—丙烯酸乳胶漆、乙烯—醋酸乙烯乳胶漆和醋酸乙烯乳胶漆等。浴室、卫生间、厨房墙和顶棚多采用高湿态下有附着力的丙烯酸乳胶漆。国外的外墙涂料多采用耐候性好的,有良好透气性的乳胶漆。其中丙烯酸乳胶漆比例较大,聚醋酸乙 烯乳胶漆居次位,另外还有聚氨脂系乳胶漆和环氧系乳胶漆等。51.7 全世界的发展情况聚合物是涂料的最重要的组分,从某种意义上说,聚合物的发展水平就代表了涂料的发展水平。同样,乳液是乳胶漆的关键组分,所以也可以说,乳液发展情况就是乳胶漆发展情况的缩影。表 1 按年序列出重要的涂料聚合物问世的大约时间。表 1 涂料用聚合物问世大事记年份 获得专利的聚合物名称 年份 获得专利的聚合物名称1907191219131915~19201921~19251926~193019301930~1935酚醛树脂丙烯酸树脂松香改性酚醛树脂其他改性酚醛树脂醇酸树脂油溶性酚醛树脂氯化树脂与醇酸树脂结合的脲醛树脂氯乙烯聚合物漆用油性乳液193519401941~194519441946~19501947~195019501951聚乙烯醇缩丁醛(用于磷化底漆)三聚氰胺甲醛树脂苯乙烯、丙烯酸酯和环戊二烯改性油有机硅树脂和聚合物丁二烯-苯乙烯共聚乳液聚醋酸乙烯乳液环氧树脂不饱和聚酯树脂丙烯酸乳液年份 获得专利的聚合物名称 年份 获得专利的聚合物名称1951~1955195419551956~1960环氧/聚酰胺混合物触变性醇酸树脂水溶性/分散性热固定树脂氨酯油和聚氨酯醇酸挥发漆用热塑性丙烯酸树脂1956~19601961~1965磁漆用热固定性丙烯酸树脂有机硅共聚物流化床法涂装粉末涂料申请专利阴极电泳漆用环氧树脂、丙烯酸树脂和其他树脂氟聚合物6从表 1 可以看出,在 1930~1935 年,开发了漆用油性乳液,1946~1950 年,用乳液聚合法合成了丁二烯-苯乙烯乳液(简称丁苯乳液)和醋酸乙烯乳液。醋酸乙烯乳液的问世。一起支撑的乳液取代了涂膜耐候性不好、易变黄的丁苯乳胶漆。随着新单体的开发,乳胶漆局和技术的进步,各种助剂的发展,乳胶漆北方技术的改进,乳胶漆逐渐地的发展成熟。他不断地蚕食着溶剂涂料的固有领域。在建筑内墙涂装方面,乳胶漆几乎独占鳌头。在建筑外墙涂装领域,乳胶漆已成为龙头老大。在防水涂料、防火涂料、工业涂料和维护涂料等范围内,乳胶漆也有非凡的表现。乳胶漆成为异类全能漆种已为时不远。1.8 我国的发展情况我国乳胶漆的发展紧跟世界发展潮流。据报道,1958 年,前天津化工研究院与前北京市油漆厂合作,上海涂料研究所与上海振华造漆厂合作,几乎同时地投产醋酸乙烯均聚物乳液和相应的平滑内墙乳胶漆,并进行实验性的施工。与此同时,天津化工研究院与上海涂料研究所还开发了醋酸乙烯-顺二酸二丁脂共聚物乳液和外用乳胶漆的制备技术。这是我国乳胶漆发展的开端。20 世纪 80 年代末以来,随着改革开放的政策,世界乳业生产巨头罗门哈斯(Rohm & Haas) 、巴斯夫(Union Carbide) ,现为 Dow Chemical)来我国设厂生产乳胶。世界著名的(BYK) 、联合胶体(Allied Colloids)等等们纷纷来我国设立代表处,供应助剂。同时卜内门(ICI)立邦(Nippon) 、迪诺瓦“多种部队”浩浩荡荡开进我国建厂生产乳胶漆。我国乳胶漆的发展情况喜人。只要我们狠抓质量,培育市场,搞好服务,不断创新,乳胶漆的明天一定会更好。1.9 三废的处理乳胶漆生产过程中,由于冲洗设备、贮罐和管道等,会产生一定量的废水。废水处理后,又会产生部分废渣。大中型乳胶漆生产企业,在投料设置吸风罩,会派出少量的含尘废气。因此,要做好“三废” 的处理,尤其是废水的处理。
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