年产400万米聚氨酯合成革生产工艺设计本科毕业设计题 目年产400万米聚氨酯合成革生产工艺设计专 业高分子材料与工程姓 名班 级学 号指导教师2011年6月14日摘 要本次设计题为年产400万米聚氨酯（PU）合成革生产工艺设计。首先对PU合成革的发展、性能、应用前景进行充分了解；然后核心的内容就是关于年产400万米聚氨酯合成革造革的生产工艺设计，主要从其生产配方、生产工艺流程开始设计；进一步进行PU合成革生产中的物料衡算和能量衡算。从而系统地掌握聚氨酯合成革生产的设备技术参数，工艺流程。同时，另一重要的环节就是对聚氨酯合成革生产企业的三废处理和安全技术进行设计。关键词：聚氨酯合成革；设计；生产工艺；物料衡算；能量衡算AbstractThis graduate is the processing technological design of 4,000,000 meters of synthetic leathers per year. Firstly，with full understanding to the Polyurethane synthetic leathers development, function and the application, foreground, the contents of the core is the design of processing，main from it produces formulation and produce the craft process to start design。Carry on the material balance Compute and the energy balance Compute in the Synthetic Leather production。Controls to the Polyurethane Synthetic Leathers the equipments technique parameter and produce craft process systematically。In the meantime, another one importance of link is the Polyurethane(PU) Synthetic Leather production businesss three discard the processing and safe techniques design。Key words：Polyurethane synthetic leather；Design ；Processing technology；materials balance; Energy balance目 录第一章 综述11.1概述11.2聚氨酯合成工艺11.3 聚氨酯合成革制备工艺31.4 聚氨酯合成革行业分析41.5 聚氨酯合成革产品标准81.6 项目可行性报告10第二章 聚氨酯及聚氨酯合成革生产原料112.1前言112.2聚氨酯112.3聚氨酯合成革的生产122.4物料参数16第三章 聚氨酯合成革生产工艺设计213.1引言213.2干法生产工艺213.3 湿法生产工艺25第四章 聚氨酯合成革生产的物料与能量衡算314.1湿法工艺物料衡算314.2干法工艺物料衡算36第五章聚合釜的工艺设计395.1反应釜体积和个数的计算395.2聚合釜物料衡算405.3聚合釜能量衡算415.4釜式反应器设计425.5管径和泵的扬程计算52第六章 设备选型586.1湿法聚氨酯合成革主要生产设备的选型586.2干法聚氨酯合成革主要生产设备的选型59第七章DMF废气回收装置627.1概述627.2基本原理627.3 工艺特点637.4主要设备647.5投资效益65第八章 环境保护与安全生产668.1 合成革生产污染情况分析668.2合成革污染控制技术688.3合成革企业安全生产技术69结束语70致谢71参考文献72附录74I第一章 综述1.1 概述1.1.1 聚氨酯聚氨酯合成革的原料聚氨酯(以下简称为PU)树脂是聚氨基甲酸酯的简称。它是一种分子主键上含有许多重复的NCO基团的高分子化合物，通称聚氨基甲酸酯。一般PU由多元有异氰酸酯与多元醇化合物进行加聚反应制得。 PU是一种性能良好、用途广泛，介于橡胶与塑料之阔的新型合成材料。它被用来生产(泡沫)塑料、弹性体、纤维、涂料、粘合剂、密封料、铺装材料、合成革等。1.1.2 聚氨酯合成革聚氨酯合成革是目前世界上时兴的皮革制品代用材料之一。PU合成革具有许多聚氯乙烯合成革所不能比拟的优点， 即它具有手感柔软 、光泽自然、颜色柔和、耐寒， 耐老化、耐磨损、屈挠性能好、透气性好， 机械性能好，剥离强度高等物理性能和不闷汗、可洗涤， 真皮感等使用性能以及便于加工的特点， 是代替天然皮革较为理想的代用材料。PU合成革目前主要应用于各种鞋类、衣料、各种家具和汽车、各种箱包袋类以及其他许多用途。干法PU合成革于60年代初期开始生产， 早期的产品在意大利、西班牙、日本等国开始投产。从70年代开始它以每年约2O的速度增长， 是目前工业品生产中发展速度较快的品种之一。湿法PU合成革是l963年在国外市场上出现的，其性能， 结构与干法合成革相比， 在透气性能及外质量方面有明显的改进， 可与天然皮革媲美。我国从 70年代后期开始生产PU合成革。由于PU树脂的生产厂家较少， 合成革的原料供不应求而依靠进口，其原料得不到保证而开工率很低， 产品的花色品种也并不多， 所以有待于进一步开发。1.2 聚氨酯合成工艺聚氨酯是聚氨酯合成革的最重要原料，因此聚氨酯的合成工艺是聚氨酯合成革生产的关键。1.2.1聚合反应(1)异氰酸酯的反应异氰酸(OCNH)分子中的氢原子被烃基R所取代的衍生物(OCNR)叫异氰酸酯。异氰酸酯的OCN基团是高度不饱和的基团，化学性能十分活泼。能与任何一种含有活泼氢原子的化合物反应。含有活泼氢的多元醇分子的亲核中心进攻异氰酸酯正电性的碳原子从而形成聚氨树脂。(2)逐步聚合反应整个过程可分为两个步骤：第一步，合成预聚体二元醇与过量二元异氰酸酯反应，生成两端端基为一NCO基团的加成物，称为预聚物。二元醇可以用聚醚、聚酯、聚烯烃树脂。预聚体的分子量的大小取决于聚醚或聚酯等的分子量，通常达到数百至数千。第二步，预聚体进行扩链反应和交联反应将分子量不高的预聚体进一步反应生成高分子量的聚氨酯树脂。先合成预聚体，再经扩链反应得到高分子量的产物。（3）扩链反应PU树脂合成过程中，将分子量较低并带有NCO基团的预聚体与扩链剂末端活性基因反应使分子相互连结从而增大分子量形成高聚物。1.2.2聚合工艺PU树脂及其中间产品-聚酯多醇的生产为预聚体法。 预聚体法：是使多元醇和异氰酸酯选反应生成-NCO基团，再用低分子二醇扩链制备聚氨酯树脂的方法。该反应步骤多，工艺过程复杂，能量消耗大，但副反应少，制成的产品结构规整性好。1.2.3工艺流程及设备PU树脂生产装置主要由聚酯多醇树脂生产和PU树脂生产两部分组成。聚酯多醇树脂： 将原料经计量后送入反应釜内， 在一定温度下和搅拌器的搅拌进行酯化和酯交换反应。除去反应水和过量的醇之后， 再经调整和过滤即得聚酯多醇树脂。反应釜由不锈钢制成， 带有搅拌器和加热夹套。PU树脂： 将聚酯多醇树脂和溶剂加入聚合釜内 加入量由设置在聚合釜上的电子称进行计量， 再加入定量的异氰酸酯， 在氮气保护下，在一定的温度和搅拌器的搅拌下进行聚台反应 反应过程中根据测定的粘度来确定反应的程度， 然后加入中止剂以停止反应。最后加入稀释剂来调整聚合物的粘度并添加稳定剂。将所得PU树脂进行过滤，除去不溶物后即可进行包装出厂或供下面的合成革装置使用。聚合釜由不锈钢制成， 带有搅拌器和加热夹套。1.3 聚氨酯合成革制备工艺目前PU合成革的生产工艺路线主要有三种， 即干法(又称涂敷法)、湿法(又称凝聚法)及凝聚涂敷法。1.3.1 湿法涂层工艺湿法聚氨酯合成革的生产方法是将聚氨酯湿法树脂中加入DMF溶剂及其它填料、助剂制成混合液，经过真空机脱泡后，浸渍或涂覆于基布上，然后放入与溶剂（DMF）具有亲和性，而与聚氨酯树脂不亲和的水中，溶剂（DMF）被水置换，聚氨酯树脂逐渐凝固,从而形成多孔性皮膜,即微孔聚氨酯粒面层，习惯上称为贝斯(英文BASS的译音),其含意是基材(半成品革)的意思,贝斯经过干法贴面或表面经整饰后,如表面印刷、压花、磨皮等工艺后，才能成为聚氨酯合成革成品。湿法聚氨酯合成革具有良好的透气、透湿性，滑爽丰满的手感，优良的机械强度，特别是从结构上近似天然皮革，从而发展速度很快。湿法工艺水平的高低决定了湿法PU 革产品的整体水平。目前湿法合成革的生产工艺可分为单涂覆法、浸渍法和含浸涂覆法三种，所用基布有纺织布和无纺布两类。1.3.2干法转移涂层干法转移涂层是湿法PU 革产品一种重要的表面加工手段，同时也是PU 革最早发展起来的技术，工艺技术发展很快。合成革面层主要采用干法成膜，赋予革制品良好的纹理、颜色等良好质地风格，同时赋予合成革良好的柔软性和高的强力、耐磨性能、耐气候性能、耐溶剂性能、防刮伤、服用革制品的卫生性能、舒适性能等。合成革干法涂层有直接涂层与间接涂层两种方式，其中直接涂层主要用于基布为机织物和针织物的聚氨酯刮涂；而间接涂层又称转移法、复印法或者离型纸法，目前大多聚氨酯合成革的面层采用的是离型纸法进行聚氨酯的刮涂。1.3.3 凝聚涂敷法是将基布浸渍于PU树脂中。经洗涤固化后再用树脂进行涂敷和后处理。即得凝聚涂敷法PU合成革产品。目前应用较少，不着重介绍。1.3.4 生产方法对产品性能的影响干法PU合成革产品： 透气性能较差。因此多用于箱、包和一般鞋类、家具装饰制品。湿法PU合成革产品：透气性能比干法合成革要好， 质地柔软、手感好、穿着舒适； 故产品多用于衣料和家具、车辆等。凝聚涂敷法PU合成革产品：主要特点是厚度较大、强度高适合于生产鞋类和箱包等。1.3.5表面处理表面处理既可用于鞋里革，也可用于鞋面革。其方法可分为印刷、喷涂、直接涂布、多功能辊简涂布等，是产品提高附加值的好办法。1.4 聚氨酯合成革行业分析1.4.1聚氨酯合成革发展概述聚氨酯合成革是目前世界上时必的皮革产品代用材料之一。 PU合成革具有许多聚氯乙烯(下简称PVC)合成革所不能比拟的优点 ，即它具有手感柔软、光泽自然、颜色柔和、耐寒、耐老化、屈挠性能好、透气性好、机械性能好、剥离强度高等物理性能和不闷汗、可洗涤等使用性能以及加工简单，价格低廉的特点。是代替天然皮革较为理想的仿革制品。 因此，其使用范围也越来越广。 PU合成革目前主要应用于各种鞋类、衣料，各种家具和汽车 各种箱包袋类及其他许多用途。（1）国外国外干法PU