年产4800吨水性涂料车间工艺设计.docx
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年产4800吨水性涂料车间工艺设计
年产4800吨水性涂料车间工艺设计
１设计任务书1
1.1项目1
1.2设计内容1
1.3设计规模1
1.4设计依据1
1.5产品用途1
1.6原料方案2
1.7产品方案4
1.8技术指标4
1.9生产方式6
２工艺路线及流程设计6
2.1涂料工艺基础6
2.2工艺路线的选择7
2.3流程图的设计7
３盘式分散釜的设计说明10
3.1高速分散机设备分散原理10
3.2设备参数12
４涂料生产技术13
4.1涂料配方原理13
4.2配方设计14
５物料衡算15
5.1涂料体积浓度PVC计算：
15
5.2涂料干膜临界PVC（CPVC）计算：
16
5.3涂膜比体积浓度Δ计算:
16
６投产条件16
７投资与成本估算16
7.1车间装置人员配置表16
7.2经济评价构建17
7.3成本估算17
7.4市场预测19
7.5项目效益和风险分析19
８安全环保生产要求19
年产4800吨水性涂料车间工艺设计
１设计任务书
1.1项目
水性涂料车间的工艺设计
1.2设计内容
1.2.1生产工艺设计
1.2.2设计盘式分散釜
1.3设计规模
1.3.1年产：
4800吨
1.3.2年生产日：
300天
1.3.3日生产能力：
4800/300=16吨/天
1.4设计依据
该设计说明书是依据上海**有限公司的生产技术资料的基础上，并结合设计任务书的内容年产4800吨车间技术要求,以及
（1）化学工业标准汇编─涂料与颜料（上/下册GB/T2001年）；
（2）涂料工业用原材料技术标准手册（1991年）；
（3）中华人民共和国国家标准合成树脂乳液外墙涂料GB/T9755-2001代替GB/T9755-1995；
（4）中华人民共和国国家标准合成树脂乳液内墙涂料GB/T9756-2001等技术标准而设计的。
1.5产品用途
广泛地应用于室内外墙面装饰，金属表面的防锈，起保温、防污等作用。
1.6原料方案
1.6.1水
作为良好的溶剂,取代油性溶剂型,具有零污染、低成本、操作使用方便、非易燃等特点，但具有较高的表面张力（约为72mN/m），必须通过添加助剂（即表面活性剂）来改善，同时水中的钙、镁离子和尘埃颗粒也极大影响涂料的性能。
1.6.2助剂
涂料配方设计中的助剂匹配技术，关系到它的组成结构与性能关系，助剂的敏感性、选择性、凸显效应、协同效应和特性叠加效应。
助剂匹配技术是助剂应用理念的创新与实践，发掘并展示助剂在涂料制造、贮运、涂装及应用中的特殊功效。
助剂结构与性能关系:
常用助剂有乳化剂、防缩孔剂、流平剂、消光剂、阻聚剂、流变（触变）剂、固化促进剂、光引发剂、润湿分散剂、防污剂、防霉防腐剂、增光剂、消泡剂、氟碳表面活性剂、成膜助剂、增稠剂、附着力促进剂及颜填料表面处理剂等，每种助剂都有特定的组成结构与性能。
涂料中为了降低水的表面张力，需加入助剂。
涂料涂布后，随着溶剂的挥发，湿膜的表面张力随之提高，如果接近或大于底材的润湿张力，即展布系数接近零或小于零，如果湿膜尚未失去流动性，则会产生缩孔现象；如果湿膜已失去流动性，则缩孔就会被抑制住，但温度稍有提高，黏度下降而又具有流动性，缩孔又产生。
所以，降低成膜聚合物的表面张力可提高涂料的抗缩孔性。
同样，降低水的表面张力到与一般底材的湿膜张力差不多时，可减小接触角，增加润湿程度，从而减少涂膜中出现气泡、橘子皮和贝纳尔流窝等。
通常使用水/有机助剂体系可达到，其中，较好的是乙二醇丁醚20%水溶液。
1.6.3颜料
颜料在涂料中可以显现颜色,赋予涂膜以遮盖力,然后它的作用并不仅是色彩和装饰性.,还对涂料的流变性,耐侯性,耐化学品性有影响,并关系到机械性质。
由于颜料的粒径小，表面积大，所以可以吸附成膜聚合物而使颜料颗粒成为准交联点，使漆膜机械强度提高。
为使颜料在涂料中的作用提高到最高限度，所以选用颜料必须注意到粒度、形状、水溶性、折谢率以及是否有特殊功能等。
成膜聚合物在紫外线的辐射下会引起降解，而大多数颜料具有吸收紫外线的功能，所以为了提高漆膜的耐侯性，应正确使用颜料。
如图为不同粒径的SiO2处理的TiO2对紫外线的透过率：
图1-1.TiO2对紫外线的透过率
PP膜厚度：
54μm颜料浓度：
9%（涂膜）1-无颜料2-常规钛白粉（0.3μm）3-微粒化钛白粉（0.015μm）4-细微末钛白粉（0.035μm）
漆膜表面污染物的腐蚀而出现微粉化，可以通过加入光反应催化剂，如锐钛型二氧化钛，其原因：
（1）TiO2有催化有机物光解的能力。
有机物可被光解，许多无机物尘埃之所以能紧密地黏结在墙体上，这是因为有有机物作为尘埃与漆面间的黏结剂，随后有机物被分解为尘埃易被雨水冲走。
（2）由于催化光氧化可使漆膜表面产生大量羟基从而成为超亲水表面，另外，二氧化钛的光致双亲现象也有可能产生自净作用。
本设计配方所用金红石型TiO2，由于结构上的特殊性，即它在CPVC以前有一个最高的遮盖力，浓度大于22%时遮盖力反而下降，在18~22%之间变化不大，为节省TiO2用量，含量为18%即可，图示如下：
图1-2.金红石钛白粉PVC与遮盖力突变
若在不影响光泽度的情况下，加入一些惰性颜料取代不起作用的TiO2颗粒，则可降为15%。
1.7产品方案
1.7.1产品名称
水性涂料（外墙乳胶漆）
1.7.2产品性状
白色或其他颜色（由白色调色而得）水性面漆和底漆
1.7.3理化性能
该乳胶漆涂膜使用苯丙乳液作为成膜物，密度约为1~1.5g/ml,黏度为95~103KU（内外墙略有不同）具有很好附着力、柔韧性、耐水性、高强度、耐化学品和优良防腐性，同时具有良好的光泽、丰满度、耐侯性和抗紫外线等特点，大量用于中高档的内外墙建筑面。
1.8技术指标
1.8.1产品分等
产品分为三个等级：
优等品、一等品、合格品。
1.8.2要求
合成树脂乳液外墙涂料产品应符合表1的技术要求。
表1.外墙涂料产品技术要求
项目
指标
优等品
一等品
合格品
容器中状态
无硬块搅拌后呈均匀状态
刷涂二道无障碍
不变质
2
正常
施工性
低温稳定性
干燥时间（表干）/h≤
涂膜外观
对比率白色和浅色≥
0.93
0.90
0.87
耐水性
96h无异常
48h无异常
耐碱性
耐洗刷性次≥
2000
1000
500
耐人工气候老化性白色和浅色
600h无起跑，不脱落，无裂纹
400h无起跑，不脱落，无裂纹
250h无起跑，不脱落，无裂纹
粉化，等级≤
1
2
商定
变色，等级≤
其他色
耐沾污性（白色或浅色，%≤
15
15
20
涂层耐温变性（5次循环）
无异常
浅色是指以白色涂料为主要成分，添加适量色浆后配制成的浅色涂料形成的涂膜所呈现的浅颜色，GB/T15608-1995中4.3.2规定明度值为6到9之间（三刺激值中的YD65≥31.26）。
合成树脂乳液内墙涂料产品应符合表2的技术要求。
表2.内墙涂料产品技术要求
项目
指标
优等品
一等品
合格品
容器中状态
施工性
低温稳定性
干燥时间（表干）/h≤
涂膜外观
对比率白色和浅色≥
耐碱性
耐洗刷性次≥
无硬块搅拌后呈均匀状态
刷涂二道无障碍
不变质
2
正常
0．950.930.90
24h无异常
1000500200
浅色是指以白色涂料为主要成分，添加适量色浆后配制成的浅色涂料形成的涂膜所呈现的浅颜色按GB/T15608-1995中4.3.2规定明度值为6到9之间（三刺激值中的YD65≥31.26）。
1.9生产方式
该车间设计为产量较小的精细化工产品，故采用下单→投料→生产→包装→出厂间歇式批量生产。
2工艺路线及流程设计
2.1涂料工艺基础
建筑涂料是由分散介质（液体）和分散相（固体粉末）组成的多相混合物。
这种多项体系中的相界面多，各组成物相互作用复杂，因此体系处于不稳定状态，易发生分离现象。
而涂料生产则是有效的加工颜料均匀地分散在基料中。
以颜料为分散相（不连续相），以基料为连续相的非均相分散体系。
颜料和基料间的相界面性质，决定着分散过程进行的难易、完成的速度、基料的相对稳定性、涂料的施工性能和涂膜的性能等。
将颜料均匀地分散于涂料体系中经过润湿、研磨和分散三个阶段。
（1）润湿指基料（树脂或分散液）置换颜料粒子表面上吸附的气体或污染物，进一步附着在颜料表面上的过程。
液体基料渗入颜料孔隙的速度可表达为：
式中μ——液体渗入的平均速度（cm/s）
θ——接触角的余弦
σ——涂料的表面张力（mN/m）
η——涂料的黏度（Pa.s）
R——毛细管的半径（cm）
L——孔隙的长度（cm）
说明，液体基料渗入颜料粒子毛细管中的速度与颜料粒子集体中毛细孔径R的大小、液体基料的表面张力σ和液固相之间接触角的余弦成正比，而与液体基料的黏度和毛细孔隙的长度成反比。
因此，对于任何指定的渗入深度，颜料聚集体越松散，即其中的毛细孔径越大，液体基料的表面张力越大，固液接触角的余弦越大，以及液体基料的黏度越低，液体基料向颜料聚集体的毛细孔隙中的渗透速度越大，亦即有利于提高润湿速率。
（2）研磨指将颜料聚集粒子团用机械打开和分离而变成孤立的原始粒子或更小的聚集粒子团的过程。
（3）分散指已润湿的粒子移动到液体基料中使粒子永久分离的过程。
2.2工艺路线的选择
（1）水性乳胶漆相对油性作为溶剂的涂料来说，从环保的角度出发，提倡零污染，无公害等意识，又结合到配方的原理，小型涂料厂生产可由研磨机、分散釜以及辅助设备组成，用少量的投资即可投产，通过间歇式投料、生产、包装、出厂进行。
（2）对于大中型企业，综合考虑原材料、污水、废料的利用通常采用管道输送液体水、乳液、助剂，预混合器，带有反应参数变化的搅拌釜，机械化终端包装程序等。
此设计综合考虑原料的充分使用、能源消耗及副产品的处理符合后者。
2.3流程图的设计
2.3.1工艺路线示意图
乳胶漆生产的典型工艺路线可以用如下图2-1表示
2.3.2工艺流程简述
建筑涂料是通过生产工艺上的原材料加工制作而得到的产品.没有工艺过程就没有产品,工艺过程是通过生产设备实施的,而没有生产设备就无所谓的工厂.因而生产设备对于建筑涂料的生产至关重要.一般地说建筑涂料的生产包括以下几个工艺过程:
①树脂或乳液或者其他成膜材料的生产;
②助剂和颜、填料的混合分散;
③颜、填料的研磨;
④涂料的配制;
⑤过滤、包装.
其中，涂料混合和高速分散过程又包括
（1）在预混罐中,首先投入水、颜料分散剂和其他助剂,搅拌均匀后再投颜、填料；
（2）需要加入多种颜料时,按先投入难分解的颜料,后投入易分散的颜料的顺序进行;
（3）需要加入多种填料时,按先投入密度较小的、吸水量较大、粒径较细的填料的顺序进行;
（4）在搅拌下投料,将粉料加到旋涡处.投料速度要和浆液混合情况一致,投料过快会引起结团和附壁,每加完一袋颜料粉之后,应把黏附在罐壁上和搅拌轴的粉体刮入浆液中,搅匀,然后,再投下一袋.全部粉料投后,应用工艺水彻底清洗罐内壁.继续维持搅拌一段时间,令其很好的混匀并让颜、填料充分润湿后再去研磨分散.
2.3.3工艺布置
一般具有规模的涂料厂有水性建筑涂料和溶剂型建筑涂料之分,二者并不适于在同一条生产线上生产,其工艺布置也略有不同.但总的来说,都要经过图2-2几个主要的过程,要实施这些工艺过程,根据生产规模的大小,自动化程度的高低,外购设备的功能等可以布置出基本功能相同、加工水平不同的生产工艺线.
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