摘 要

环氧树脂优良性能较多，然而传统的环氧树脂只溶于有机溶剂而难溶于水，导致在使用时必须采用有机溶剂来作为分散介质，挥发性有机溶剂还污染了环境，对人体健康造成伤害^[5]。针对这些不足，环氧丙烯酸的改性方法主要是将其水性化。水性化改性分为直接乳化法、相反转法、化学改性法^[8]。本设计利用化学改性法中的接枝反应法，使用甲基丙烯酸等单体对环氧树脂改性，合成环氧丙烯酸乳液，大大改善了性能。

本文所采用的环氧树脂的水性改性工艺为：化学改性法中的接枝反应法。该工艺相较于目前一些水性化改性工艺，一个重要的特点就是在成膜阶段，羧基和环氧基、羟基发生交联反应，使涂料的防腐蚀性能显著提高，此外，产物的粘结性、耐水性和柔韧性也得到改善。本设计的主要目标是设计年产一万吨的环氧丙烯酸乳液的车间工艺。据其单体配比及含量，进行了物料衡算和能量衡算，得到了聚合釜、搅拌器以及换热器、泵、风机等辅助设备的操作参数及设备结构尺寸。

关键词：环氧丙烯酸；物料衡算；能量衡算；设备选型

Abstract

Epoxy resin has many excellent properties. However, traditional epoxy resin is only soluble in organic solvents and is difficult to dissolve in water, which makes the use of organic solvents a must to be used as a dispersion medium. Volatile organic solvents pollute the environment and cause harm to human health. In view of these shortcomings, the modification of epoxyacrylic acid is mainly water-based. The water-based modification of epoxy resin is divided into direct emulsification, reverse conversion method, chemical modification method. In this thesis, graft reaction method is adopted with the use of methacrylic acid and other monomers as polymerization bodies. This method synthesize epoxy acrylic emulsion and greatly improve the performance epoxy resin.

Compared to other water-based modifications, an important feature of this method is that in the film formation stage, with the participation of carboxyl group and the epoxy group, the hydroxyl group undergoes a crosslinking reaction, and the corrosion resistance of the coating is remarkably improved. In addition, the adhesion, water resistance and flexibility of the product are improved. The main goal of this design is to design an annual output of 10,000 tons of epoxy acrylic emulsion workshop technology. According to the ratio and content of the monomer, the material balance and energy balance were calculated. The operating parameters and equipment structure of the auxiliary equipment such as polymerizer, stirrer and heat exchanger, pump and fan were obtained.

Key Words：epoxy acrylic acid；material accounting；energy accounting；

equipment selection

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 环氧树脂 1

1.2 环氧树脂缺点及水性化改性 1

1.2.1 环氧树脂缺点 1

1.2.2 环氧树脂的水性化改性 1

1.3 水性化环氧树脂国内外研究现状 2

1.3.1国外研究现状 2

1.3.2 国内研究现状 2

1.4 课题提出与研究内容 2

1.4.1 水性化方法分类 2

1.4.2 采用的改性方法 3

第二章 生产工艺流程 5

2.1 工艺路线的选择 5

2.2 工艺流程叙述 5

2.3 工艺流程图 5

第三章 车间概况 6

3.1 车间的组成与布置 6

3.1.1 车间组成 6

3.1.2 车间布置 6

3.2 车间定员 6

3.3 安全措施 6

第四章 原料规格性能 8

4.1 原料规格性能 8

4.1.1甲基丙烯酸 8

4.1.2软水规格 8

4.1.3原料处理 8

第五章 生产控制及三废处理 10

5.1 生产控制 10

5.1.1聚合岗位控制条件 10

5.2 原料及产品检验 10

5.3 三废处理 10

第六章 设备选型原则 11

6.1 主要设备的选型原则 11

6.1.1 聚合釜的选型原则 11

6.1.2 搅拌器的选型原则 11

6.2 辅助设备选型原则 11

6.2.1 泵的选型原则 11

6.2.2 各辅助设备具体选型见后面章节 11

6.3 设备布置 11

6.3.1室内车间的设备布置有两个任务 11

6.3.2 设备布置原则 11

第七章 物料衡算 13

7.1 物料衡算的任务 13

7.2 衡算的依据 13

7.3 收集的数据 13

7.4 衡算基准 13

7.5 总收率及损失分配 13

7.6 聚合釜投料量 14

7.7 聚合部分物料衡算 14

7.7.1环氧树脂量 14

7.7.2单体投料量 15

7.8 洗涤部分 16

7.9 离心部分 16

7.10 包装部分 17

7.11 每釜年生产能力及釜的个数 17

第八章 聚合釜的设计 18

8.1 设计任务 18

8.2 设计依据 18

8.3 聚合釜几何尺寸的确定 18

8.4 夹套几何尺寸的确定 18

8.5 釜壁厚的计算 19

8.6 夹套厚度的计算 20

8.7 水压试验应力校核 20

8.8 支座的选型 21

第九章 聚合釜搅拌器的设计 22

9.1 设计任务 22

9.2 设计依据 22

9.3 搅拌器型式 22

9.4 搅拌器转速 22

9.5 搅拌器轴功率 22

第十章 热量衡算 24

10.1 衡算任务 24

10.2 收集的数据 24

10.3 操作时间平衡表 24

10.4 升温阶段的热量衡算 24

10.5 聚合阶段的热量衡算 25

10.6 冷却阶段的热量衡算 25

10.7 蒸汽和冷却水用量的计算 25

10.8 传热面积校核 26

10.8.1 90℃时浆料的导热系数λ_s 26

10.8.2 物料粘度µ_s 26

10.8.3 内壁薄膜给热系数α_j 26

10.8.4 总传热系数 27

10.8.5 传热面积的校核 27

第十一章 其它设备选型 28

11.1 离心机选型 28

致 谢 29

参考文献 30

附录1 重要符号表 31

附录2 设备一览表 32

附录3 32

第一章 绪论

1.1 环氧树脂

环氧树脂泛指分子中具有两个或者两个以上的环氧基团的有机化合物。除了个别以外，环氧树脂的相分子质量都不高环氧树脂的分子结构特征是分子链中含有活泼的环氧基团，这些环氧基团可以位于分子链的中间或者末端，或者成环状结构，因为分子结构中含有活泼的环氧基团，这使得它们可以与多种不同类型的固化剂发生交联反应，形成不溶的、含有三向网状结构的高聚物^[1]。

环氧树脂可以说是分子结构中具有环氧基团的高分子化合物的统称。环氧树脂固化后，具有较好的物理性能和化学性能，对非金属材料和金属材料表面具有很好的粘接强度。