附制胶车间工艺设计基本知识

★制胶车间工艺设计基本知识杨永前E-mail:[e-mail]:186835002290835-2885696•木材胶粘剂最突出的特点是用量大。胶粘剂的成本、品种、质量都直接影响到人造板的成本、质量和用途，因此我国木材加工企业绝大部分都自设制胶车间，其生产的主要胶种为脲醛树脂胶、酚醛树脂胶和三聚氰胺树脂胶。同时随着木材胶合制品品种的增加和对其质量要求的不断提高，专业化的制胶企业业已出现。11.1制胶车间工艺设计的基本原则与要求•木材加工企业的制胶车间实际上是一个合成树脂的生产车间，由于它属于化工类生产，因此它的工艺设计也应该符合常规化工生产车间的一些基本要求。但由于各种产品使用不同的原料和采用不同的生产工艺，因而又有各自的特殊要求。如前所述，木材加工企业的制胶车间主要生产三种甲醛类合成树脂，故在进行工艺设计时必须考虑到产品的特点，使设计更趋合理。11.1.1制胶车间工艺设计的基本原则•制胶车间的工艺设计包括树脂合成配方、合成工艺及产量的确定、设备的选用及数量的确定、工艺流程图、工艺布置图，提出水、电、汽的供应要求，冷却水回收系统、污水处理与排放、生产环境的安全等等。一般应遵循以下基本原则：•（一）首先应根据人造板厂的年耗胶量或者根据制胶车间的供胶范围准确计算出该车间各品种胶粘剂的年产量。•（二）根据年产量计算和确定制胶车间应配备的主要设备的容量及数量。计算时制胶车间的年工作日以280天计，工作制度以每日两班计或按工厂的具体条件确定。•（三）根据工厂的具体要求和主要设备的数量画出工艺流程图。并根据工艺流程图的要求对主要设备及辅助设备进行选型或设计。•（四）车间的工艺布置应与工艺流程图相符合，车间的位置应尽量设计在工厂的下风向位置，并且应远离住宅区。还应考虑到水、电、汽供应及原材料与产品的运输方便。•（五）制胶车间工艺设计应包括三个•生产工段：•►原料准备工段：各种化学物料的准备和计量。•►树脂合成阶段：树脂合成的主要设备及操作设施。•►成品贮存、包装运输工段：包括树脂贮罐、装桶、泵送等。•（六）工艺设计应执行工业企业卫生标准的规定，车间内的甲醛的浓度应≤3mg/l;苯酚浓度应≤5mg/l。•（七）车间排出的废水（脱水液和洗涤液）应集中治理，使其达到国家标准，不得直接排放。11.1.2对制胶车间各部分工艺设计的要求•►对制胶车间进行工艺设计时，必须对厂房建筑、车间内部设置、供汽、供水、供电以及对化工原料的贮存等提出要求，以满足合成树脂生产的需要。这些要求以保证产品质量、操作方便和安全为前提。•（一）对厂房建筑的要求•►目前，大部分木材加工厂的制胶车间都以生产脲醛树脂胶为主，有些厂还生产酚醛树脂和三聚氰胺树脂。而生产醇溶性酚醛树脂或三聚氰胺树脂的制胶车间，由于用乙醇作溶剂，故生产的火灾危险性类别属甲类，而生产脲醛树脂或水溶性酚醛树脂时，则属乙类。•厂房建筑的耐火等级是按生产的火灾危险性类别确定的。一般生产危险性属甲类或乙类的厂房建筑的耐火等级可为一级或二级。厂房应采用钢筋混凝土结构为宜，车间内严禁使用明火和吸烟。•►甲醇贮存库的建筑设计应按火灾危险性类别乙级考虑。•►由于苯酚、甲醛都易挥发，其气体对人体有害，为保证车间内空气中苯酚、甲醛的浓度符合工业企业卫生标准的规定，在设计厂房时，在资金允许的情况下，应尽量增加厂房的层高，多设窗户，并在外坪上留有安装排气装置的排气孔。•►制胶车间一般为两层或两层以上建筑，操作人员在二楼操作。为减轻施加固体物料的劳动强度，常在安装冷凝器的一侧设置加料平台，可采用角钢或槽钢支架，上铺钢板，并留有加料孔。因此在二层以至三层楼板上应有吊运固体物料的方孔。•►因制胶车间内严禁使用明火及吸烟，所以一般在厂房二楼应考虑设置生活间。另外，为便于及时检测合成树脂的质量指标，还应设置化验室。•►车间地面宜铺水泥，底层平面应有一定的倾斜度，以便于洗涤和排水。还应设排水沟，可以将符合国家排放标准的污水通过排水沟排放。•（二）对合成树脂车间内部设施的要求•►1.车间内部的布置，应在满足工艺设计要求的前提下，力求做到整齐、美观，有良好的采光和通风条件，便于工人操作，确保安全生产。•►2.应充分利用天然的采光和自然通风条件，将产生有害气体的设备或岗位尽量设置在车间的下风向。也可采用半敞开的建筑或采取隔断措施，尽量减轻其污染程度，以改善工人操作条件。•►3.车间内设备布置在保证安装、检修、生产操作、管路铺设要求的前提下，应尽量紧凑。但主要通道宽度不应小于1.5m。•►4.车间内需留有堆放固体化工原料的场所，一般贮存量不超过一天的用量。•►5.合成树脂生产所需各种化工物料需设置准确的计量仪表或设备，该仪表或设备应操作简便，稳定可靠，以确保产品质量。•►6.树脂的贮存可在底层配置贮罐，树脂的输送可采用罐车装运或直接用泵输送至用胶车间。一般粘度较大的树脂，运距小于50～60m，可用泵输送。贮存三聚氰胺树脂的贮罐周围需有采暖装置，以保证树脂在冬季低温时有一定的贮存期。•（三）对管道布置及颜色的要求•►1.为求整齐方便，管道应装成直线或互相平行，转弯处应成直角。并最好用一头堵塞的三通管来代替部分肘管或弯管，以便于清理及添装支管。在螺纹联接的管路上，应适当地配置一些活管联接或法兰联接，以便于安装拆卸。•►2.管道应尽可能沿厂房墙壁安装，管与管间及管与壁间距离以能检查修理为准，管道通过人行通道时，最低点离地不得低于2米。管道不能紧靠地面，以免妨碍操作工人行走、运输及损坏管子。低位的管子应安放于干燥的地道中。•►3.管道应避免通过电机或配电板的上空以及两者的邻近。包有保温材料（如石棉硅藻土胶泥）的蒸汽管路应安放在不易溅湿的地方。•►4.并列管道上的管件与阀件应错开安装，且管件与阀件不得位于通道的上空。•►5.输送腐蚀性物料的管道，突缘接合处不得位于通道的上空。•►6.管道布置时应尽量利用地形或层高使管内物料采取自上而下的自流方式，避免管道迂回曲折或多次泵送的方式。•►7.因制胶车间管道较多，为避免操作失误，应将各种管道按其输送物料不同涂饰成不同颜色。涂装颜色可按国家统一规定进行，如表11—1。表11—1输送物料管道涂装的颜色►8.苯酚通过的管道都需要保温材料保温，以免在输送过程中凝结而堵塞管道。•(四)对供水供气的要求•►1.进入制胶车间的清水压力不低于0.39MPa，混浊度不大于20mg/l，进水温度要求保持在30℃以下。•►2.进入制胶车间的饱和蒸汽压力应小于0.50MPa，供气压力要求稳定。•(五)对化工物料贮存的要求•►1.甲醛水溶液（或脲醛预缩液）以贮罐贮存，贮罐可用不锈钢或钢板内衬玻璃钢制成，贮罐底部应敷设蒸汽管道，同时利用其可把甲醛液上下翻动，以避免甲醛水溶液在冬季低温时过多的聚合。贮罐可露天设置或在室内（北方寒冷地区的甲醛贮罐应设在室内，室内还应有采暖设施，以保证室温在15℃左右），但一般都设置在室外，以节省建筑面积，避免室内空气污染。甲醛溶液的输送设有泵房以输液泵输送。•►2.其它化工物料可专设仓库贮存，但应保持干燥。存放时应根据各种物料的化学性质分类隔开放置。11.2车间主要设备及其工艺参数•►制胶车间的主要设备为反应釜、冷凝器及真空泵，各种原料的高位贮罐和重量计量罐（或槽），还需要一些辅助设备，如输液泵、贮水罐、真空罐、脱水罐、贮胶罐、气水分离器等。11.2.1反应釜（反应锅）•►反应釜是制备合成树脂的主要设备之一，由釜体、搅拌器、减速器三部分组成•►（一）反应釜釜体•釜体是物料在其中搅拌和进行化学反应的场所。反应釜的实际容积即釜体的容积。但生产时由于物料可能产生泡沫或沸腾，造成物料体积增大，所以一般装料容积小于反应釜的实际容积。它们之间存在以下关系：•►V装=V实·η•►式中：V装—装料容积•►V实—实际容积•►η—装料系数（或装载系数）•►装料系数η是根据实际生产条件或试验结果确定的。若生产脱水树脂，η为0.75～0.8，而生产不脱水树脂时，η可达0.9。•►（二）搅拌器•搅拌器是反应釜上最主要配件之一，直立于釜的中央，在电机的带动下以一定的方向和转速旋转，同时推动被搅拌的物料（以液相为主）发生运动。使物料在这种运动中，发生动量、质量和热量的传递，从而使被搅拌液体从非均匀状态变成均匀状态，使釜内反应液的反应条件均匀，消除树脂在釜壁处受蒸汽影响发生过热现象，避免树脂反应不均一或局部固化，并提高了反应速率，以保证能够合成符合质量要求的均匀的树脂。•►（三）轴封搅拌器的轴上要装置滚动轴承或滑动轴承，还要装配穿过封头的轴封装置，与联轴节和传动部分相联。轴封装置对于常压反应釜来说，主要是用于在釜内须减压抽真空时避免泄露以及挥发性物质的逸出。•轴封的方法有两种：•►1.填料密封：它的基本结构是在转轴和静止零件（填料室）的间隙中，添入软的填料，常用的密封填料为油浸石棉盘根、石墨石棉盘根、橡胶夹布填料、软青铝丝、石棉绳浸渍四氟乙烯、耐磨尼龙、聚四氟乙烯等。在反应的物料有毒或易燃、易爆的场合，石墨石棉盘根应用得较普遍。•►2.机械密封：是利用一个固定的带密封圈的静环和一个随轴转动的带密封圈的动环，使二者在与转轴轴线垂直的平面上紧密贴合接触，保持密封，又叫端面密封。•►机械密封和填料密封相比有很多优点，在釜内压力低于0.49Mpa以下时密封效果好，泄露量比填料密封小得多，甚至可以达到基本不泄露，摩擦功率消耗也只有填料密封的10～15%，使用寿命长，无须经常检修。缺点是结构复杂，加工和安装的技术要求较高，价格也较高。•►（四）传动装置搅拌器有电机带动，由于电机的转速较高，故一般须通过减速器减速后再与搅拌轴相连接。因而传动装置包括电机和减速器两部分。•►减速器可采用蜗杆减速器和行星齿轮减速器。由于搅拌轴要求的转速只有几十r/min，与电机转速相差很大，故要求用传动比较大的减速器。上述两种减速器均能达到较大的传动比，而且结构紧凑，相对体积小，运转时的噪音小。特别是行星齿轮转速器，不但重量和体积比蜗杆减速器小得多，还具有传动功率高的特点，因此目前是作为反应釜配套减速器用的最多的一种。11.2.2冷凝器•►冷凝器即换热器，也可称为热交换器，是进行热交换的设备。•►换热器的换热效果取决于制造材料、换热面积、冷却或加热源的温度与物料温度差、压力、换热方式等。•►换热器有多种形式，而制胶车间常用的是列管式换热器。列管式换热器虽然在换热效率、紧凑性与金属消耗量等方面不及高效紧凑式换热器，但它具有结构简单、坚固、适应性强、处理能力大、选材范围广、造价较低等优点，因而目前在国内外各种工业中的应用还是占主要地位。11.2.3真空泵•►真空是指在给定的空间内气体分子的密度低于该地区大气压的气体分子密度状态。•►真空泵的型式有多种，按其结构不同可分为往复式、回旋式（旋片式和滑阀式）、水环式和喷射式等，这些型式的真空泵都已在制胶车间中应用过。目前我国木材工业的制胶车间用的较多的是水环式和往复式真空泵，少数厂使用旋片式真空泵。还有个别厂正在试用喷射式真空泵。11.2.4其它辅助设备（附管道）•►制胶车间除上述三种主要设备外，还需要一些辅助设备，以保证制胶工艺过程的实施。这些辅助设备主要是液体物料及固体物料的输送设备、原料计量设备、原料和产品贮罐以及其它气液分离设备等等。•（一）输液泵•制胶车间常用槽车运输甲醛溶液，故需用泵把甲醛溶液输送至甲醛贮罐，生产时将甲醛由贮罐输送至甲醛计量罐。一般用耐酸泵、玻璃钢离心泵，也有用齿轮泵，但普遍存在泄漏问题，使泵房的空气污染，甲醛浓度往往大大超过允许浓度。现在有的工厂采用不锈钢全封闭式屏蔽泵解决了这个问题，使用效果很好。输送水使用离心水泵。•（二）固体物料输送设备固体物料（如尿素、三聚氰胺）一般都是袋装的，需用电动葫芦输送到加料台上。•►固体物料加入反应釜，现大多数还是倒入加料台的加料孔中，让物料从加料管进入加料口的漏斗中，再进入反应釜，也有使用尿素机械加料装置（如螺旋推进器或皮带运输装置）加料的。•（三）容器类设备包括甲醛贮罐（单个容积为50m3、100m3、200m3）、胶贮罐、冷凝液