摘 要

硅钢是电子、电力及军工行业中制造变压器、电机铁芯的不可或缺的重要原料。由于硅钢叠片使用时会引起涡流损耗同时发生腐蚀，因此，需要在硅钢使用前在表面涂上一层防腐绝缘涂层。现在铬酸盐涂层是硅钢生产工艺上最广泛使用的硅钢涂层，然而高毒性的铬酸盐已被环保法规明令禁止使用。因此最近研发的丙烯酸酯乳液类环保涂层有着极大的发展前景和经济价值。

本文在实验室初步合成丙烯酸酯乳液的基础上，以甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯为原料，并加入两种不同的交联剂进行年产5000吨硅钢涂层用丙烯酸酯乳液的工艺设计。在综合考虑产品总收率为93.5%、生产周期为8h等因素后，根据生产特点确定相应的生产工艺流程。依据工艺设计的程序，按操作单元进行物料衡算及整个工艺过程各原料的消耗量的计算，并进行了热量衡算，确定了加热蒸汽和冷却水的量。计算主要生产设备即反应釜筒体和夹套的尺寸大小，完成搅拌器、电动机、减速机等其它辅助生产设备的设计和选型。结合设备在工艺操作中的作用选取了合适的仪表、管道和泵。根据上述的设计结果，绘制了带控制点的生产工艺流程图、车间布置平面图和立面图、以及反应釜装配图。

关键词:丙烯酸酯乳液,工艺设计,生产工艺流程,生产设备,车间布置

Abstract

Silicon is an indispensable important raw material of electronics, electricity and military industry in the manufacture of transformer, motor core. To reduce eddy current loss caused by the silicon steel laminations, silicon requires a layer of insulating coating on its surface coating before used, also play a role in preservation. Currently a large number of silicon steel production process on the use of silicon steel coating mainly chromate coating, chromate with highly toxic environmental regulations is expressly prohibited. So recently developed acrylic emulsion-based environmental protection coating has great development prospects and economic value.

It was designed that 5000t/a acrylate emulsion production line which using methyl methacrylate and ethyl acrylate as raw material under the conditions of preliminary synthesis in the laboratory. After the consideration to the priduct yield and process maturation ect, the process of synthesising acrylate emulsion was defined, using N-hydroxymethyl(N-MMA) and vinyltrimethyls (WD-21) as crosslinking agent. In the design, the overal yield of acrylate emulsion can up to 94%, production cycle was 8 hours. Based process design procedures, according to the operating unit to calculate the consumption of material balance and the whole process of the raw materials, and the heat balance, determine the amount of heating steam and cooling water. Based on the tempreture,pressure force and the material property in the operating procedure and utility, main production equipment that is the size of the reaction still body as well as the size of the jacket were design and selected. Mixer, motor, reducer and other auxiliary production equipment were design and selected. Based on the pressure fore and material property in the procedure, appropriate instruments and pipe and pump were selected. Based on the above technological calculation and design, the construction documengts of technological process with control point, process equipment layout view, workshop elevation view, equipment view were drawn, which was introced by words.

Key Words: Acrylate emulsion ,Technology design, technological process of production， Production facility， process equipment layout

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 概论 1

1.2研究内容及意义 1

1.3设计依据 2

1.4设计指导思想 2

1.5设计具体内容 2

1.6主要考虑因素 3

1.6.1外部工艺因素 3

1.6.2内部工艺因素 3

1.6.3经济因素 3

第2章 化学工艺流程 4

2.1 乳化剂的选择 4

2.2 生产工艺流程的确定 4

2.3 工艺流程的说明 6

第3章 物料衡算 7

3.1 衡算的依据 7

3.2 收集数据 7

3.3聚合釜投料量 7

第4章 聚合釜的设计 10

4.1 聚合釜年生产能力及个数的确定 10

4.2设计任务 10

4.3设计依据 10

4.4聚合釜几何尺寸的确定 10

4.4.1筒体公称直径的计算 10

4.4.2筒体封头的选型 11

4.4.3 筒体高度的计算 12

4.4.4筒体壁厚的计算 12

4.5夹套尺寸的确定 13

4.5.1夹套公称直径的计算 13

4.5.2 夹套壁厚的计算 13

4.5.3夹套封头的选型 14

4.5.4 夹套筒体高度的计算 14

4.6水压试验校核 15

4.6.1 筒体水压试验应力校核 15

4.6.2 夹套水压试验应力校核 15

4.7热量衡算 16

4.7.1 衡算的任务 16

4.7.2 衡算的依据 16

4.7.3 操作时间平衡表 16

4.7.4 升温阶段的热量衡算 17

4.7.5 聚合过程阶段的热量衡算 17

4.7.6 冷却过程阶段的热量衡算 17

4.7.7 蒸汽和冷却水用量的计算 18

4.8聚合釜搅拌器的设计 18

4.8.1设计任务 18

4.8.2 设计依据 18

4.8.3 搅拌器设计 18

4.8.4 搅拌器选型 19

4.8.5 搅拌器转速 19

4.8.6 搅拌器的轴功率 19

4.8.7 搅拌轴径的计算 19

4.8.8轴封的选取 20

4.8.9 联轴器的选择 20

4.9标准零部件的选取 21

4.9.1 支座 21

4.9.2 视镜 22

4.9.3 法兰 23

4.9.4接管与接管法兰 25

4.9.5料液泵的选型 26

4.9.6反应釜的试运行 26

第5章 工厂车间布置 27

5.1概述 27

5.1.1设计的基本依据 27

5.1.2 设计内容 28

5.2 厂房布置 28

5.2.1 总体安排 28

5.2.2 层数安排 28

5.2.3厂房布置 28

5.3车间设备布置 29

5.4 水电布置 30

第6章 结论 31

参考文献 32

附录 34

附录A 生产工艺流程图 34

附录B 反应釜装配图 34

附录C 工厂布置图(手绘) 34

附录D 车间设备布置图 34

附录E 参考依据 34

附录F 主要符号表 34

致 谢 36

第1章 绪论

1.1 概论

硅钢是电子、电力及军工行业中制造变压器、电机铁芯的不可或缺的重要原料^[1]。在硅钢使用前需要在其表面涂覆一层绝缘涂层，以降低硅钢叠片引起的涡流损耗，同时起到防腐的作用^[2]。

一般来说，无取向硅钢用绝缘涂层的基本性能有下面几个方面^[3、4]：(1) 绝缘性优异，钢片层与层之间有一定电阻；(2) 对基板的附着性佳，外观均一，加工过程中不剥落；(3) 具有良好的耐热性，高温处理后性能不变；(4) 有良好的耐腐蚀性；(5) 具有良好的焊接性能等。

我国对硅钢涂层的研究是从热轧硅钢开始，采用的有机硅钢涂层，相对来说起步较晚。由最初的沥青漆逐步发展到环氧酚醛漆和二甲苯改性醇酸漆。有机涂层虽然成膜性和冲片性较好，但不耐热，并且焊接性也较差，同时有机溶剂不仅污染环境而且毒性较强，对人体伤害较大。然而由丙烯酸或其脂类为主要原料合成的丙烯酸酯乳液除了具有优异的耐候性及光稳定性，更能耐碱、耐水、耐化学性，并且具有良好的粘接性能，因此成为我们研究新型环保涂层的焦点。本课题研究的是硅钢涂层用丙烯酸酯乳液。但是其有着低温变脆、高温失强、易回黏等不可避免的缺点，限制了它的广泛应用。研究发现由有机硅化合物与丙烯酸酯的乳液聚合物制成的有机硅改性丙烯酸酯乳液，乳液粒径分布均匀，乳液的稳定性高，涂膜综合性能好，防水性能可达较高水平^[5]。本课题的主要目的之一就是确定丙烯酸酯乳液的最佳合成工艺及其生产车间布置。

1.2研究内容及意义

丙烯酸酯乳液的生产工艺需要考虑很多因素，参考前人的文献及实验，得知影响丙烯酸酯乳液性能的因素主要有：单体的配比，乳化剂、还原剂和交联剂的种类和用量，以及反应温度，反应时间等。有关丙烯酸酯乳液的工厂化生产目前几乎没有文献报导，本课题仅在实验室实验的基础上，将其生产过程放大到工业化生产单元。根据生产的化工产品进行工艺流程的设计，在工艺流程图完成后，按照车间布置规范按比例设计出化工厂车间的比例缩小平面模型，立面剖视模型，形成三维实物，然后进行校核、修改，直至满足化工厂安全合理生产的条件。