摘 要

聚氨酯，全名为聚氨基甲酸酯，是一种高分子化合物，其中含有重复氨基甲酸酯基团。蓖麻油基阳离子水性聚氨酯是一种用蓖麻油作为交联剂，再在其链上引入阳离子季铵盐而制得的新型改性聚氨酯，用此法制备的阳离子聚氨酯具有无毒性、耐酸性好等特点，因此受到各界的广泛关注。阳离子水性聚氨酯的生产方法有预聚体法、丙酮法和熔融法。它是油漆、涂料、润滑液等多种化工产品的原料，有力地推动着我国精细化工产业的发展。

本设计的目的在于对年产3000吨蓖麻油基阳离子水性聚氨酯乳液的车间工艺进行设计，通过查阅大量文献和手册，最终选用预聚体法合成，采用间歇式生产，并对整个生产过程做了物料衡算、主要设备进行了热量衡算，设计了反应釜、生产工艺和流程，最后对车间进行了布置和规划。

关键词： 蓖麻油、聚氨酯、阳离子、乳化

Abstract

Polyurethane, the full name of polyurethane, is a polymer compound that contains repeating urethane groups. Castor oil-based cationic waterborne polyurethane is a new type of modified polyurethane prepared by using castor oil as a crosslinking agent and then introducing cationic quaternary ammonium salt into its chain. The cationic polyurethane prepared by this method is non-toxic and has good acid resistance and other characteristics, it has received wide attention from all walks of life. The production methods of cationic waterborne polyurethane include prepolymer method, acetone method and melting method. It is the raw material of various chemical products such as paint, coating, lubricating fluid, etc., which strongly promotes the development of China's fine chemical industry.

The purpose of this design is to design a workshop process with an annual output of 3,000 tons of castor oil-based cationic water-based polyurethane emulsion. By consulting a large number of documents and manuals, the prepolymer method was finally used for synthesis, batch production was used, and the entire production process was done Material balance calculation, heat calculation for main equipment, design of reactor, production process and process, and finally layout and planning of the workshop.

Keywords: castor oil, polyurethane, cationic, emulsification

目录

第一章 绪论 7

1.1引言 7

1.2阳离子型水性聚氨酯概况 7

1.2.1 阳离子型水性聚氨酯简介 7

1.2.2 阳离子型水性聚氨酯的研究进展 7

1.3 阳离子水性聚氨酯的应用 8

1.3.1 织物整理剂 8

1.3.2 皮革涂饰剂 8

1.3.3 其他领域 8

1.4 阳离子聚氨酯乳液的生产工艺 8

1.4.1 丙酮法 8

1.4.2 熔融缩聚法 9

1.4.3 预聚体混合法 9

1.4.4 酮亚胺法 9

1.5 蓖麻油改性阳离子型聚氨酯 9

1.6 蓖麻油基水性阳离子聚氨酯的市场状况 10

第二章 生产工艺流程及各工艺指标的确定 12

2.1 生产基本原理 12

2.2 原料规格及性质 13

2.3生产流程及工艺流程方框图 17

第三章 物料衡算及热量衡算 18

3.1 物料衡算 18

3.2 热量衡算 22

3.2.1计算化合物比热容 22

3.2.2热量衡算 24

第四章 设备设计 27

4.1 反应釜设计与选型 27

4.1.1 反应釜的选型 27

4.1.2 釜数确定 27

4.1.3 筒体工艺几何尺寸的确定 28

4.1.4 夹套工艺几何尺寸的确定 29

4.1.5 釜壁厚的确定 30

4.1.6 夹套厚度计算 31

4.1.7 计算传热面积 32

4.1.8 水压试验应力校核 32

4.1.9 釜有关数据 33

4.1.10 支座选型 34

4.1.11 法兰 34

4.1.12管口设计 34

4.2 搅拌器 36

4.2.1 搅拌器的选型原则 36

4.2.2 搅拌装置 36

4.2.3 传动装置 38

4.2.4 搅拌轴设计 41

第五章 其他设备选型 43

5.1 储罐 43

5.2 泵 45

第六章 车间布置 46

6.1 车间平面布置 46

6.2 公用工程 46

第七章 三废防治和环境保护 48

7.1 设计依据 48

7.2 环保措施 48

7.2.1 三废来源 48

7.2.2 废水处理 48

7.3环境保护 49

结论 49

参考文献 50

致谢 51

第一章 绪论

1.1引言

聚氨酯（英文名称为polyurethane，PU），即聚氨基甲酸酯，是一种由多异氰酸酯或者其加成物与多羟基聚合物通过加聚反应合成的高分子化合物，含大量的氨基甲酸酯基。自1937年德国化学家奥托·拜尔首次成功制备出聚氨酯材料，这近九十年中，其因有光泽度高、附着力强、耐冲击性好等优点被誉为“第五大塑料”，而且广泛应用于许多领域，也致使多研究者投身其中^[1]。

随着世界人民环保意识的普遍觉醒，世界各国对环境保护的关注度不断增加，聚氨酯行业也走向绿色、可持续方向，因此，一种绿色环保的新型聚氨酯——水性聚氨酯（Water Polyurethane）走进了人们的视线。水性聚氨酯是用水作为溶剂，代替了污染较大的有机溶剂，使用这种分散体系便减少了挥发性有机物的排放，无污染、安全可靠，并且制备的成品具有极佳的弹性、抗拉伸强度和柔软性，化学性质又稳定，相容性好，耐磨，是一种卓越的材料。随着这种新材料合成技术的不断进步和生产工艺的日趋成熟，如今几乎取代了传统溶剂型聚氨酯，其应用领域也变得越来越广泛，目前在体育、化工、电子、国防等领域都有应用，应用几乎涵盖国民的所有领域。

1.2阳离子型水性聚氨酯概况

1.2.1 阳离子型水性聚氨酯简介

阳离子型水性聚氨酯分子链上带有阳离子，如今是一种较为新型的材料，这种聚氨酯在合成过程中，扩链后需要在其骨架上引入含有叔胺基团的化合物，然后再用酸或烷基化试剂处理叔胺基团，从而制备出含季铵盐离子基团的聚合物，进而通过乳化得到产品乳液。