年产4800吨水性涂料车间工艺设计样本.doc

目录

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生产方法 6
２工艺路线及步骤设计 6
2.1涂料工艺基础 6
2.2工艺路线选择 7
2.3步骤图设计 7
３盘式分散釜设计说明 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投资和成本估算 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市场估计 19
7.5项目效益和风险分析 19
８安全环境保护生产要求 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**生产技术资料基础上，并结合设计任务书内容年产4800吨车间技术要求,和
（1）化学工业标准汇编─涂料和颜料（上/下册GB/T)；
（2）涂料工业用原材料技术标准手册(1991年)；
（3）中国国家标准 合成树脂乳液外墙涂料 GB/T9755- 替换GB/T 9755-1995；
（4）中国国家标准 合成树脂乳液内墙涂料 GB/T9756-等技术标准而设计。
1.5产品用途
广泛地应用于室内外墙面装饰，金属表面防锈，起保温、防污等作用。
1.6原料方案
1.6.1水
作为良好溶剂,替换油性溶剂型,含有零污染、低成本、操作使用方便、非易燃等特点，但含有较高表面张力（约为72mN/m），必需经过添加助剂（即表面活性剂）来改善，同时水中钙、镁离子和尘埃颗粒也极大影响涂料性能。
1.6.2助剂
涂料配方设计中助剂匹配技术，关系到它组成结构和性能关系，助剂敏感性、选择性、凸显效应、协同效应和特征叠加效应。助剂匹配技术是助剂应用理念创新和实践，发掘并展示助剂在涂料制造、贮运、涂装及应用中特殊功效。
助剂结构和性能关系:常见助剂有乳化剂、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，每种助剂全部有特定组成结构和性能。
涂料中为了降低水表面张力，需加入助剂。涂料涂布后，伴随溶剂挥发，湿膜表面张力随之提升，假如靠近或大于底材润湿张力，即展布系数靠近零或小于零，假如湿膜还未失去流动性，则会产生缩孔现象；假如湿膜已失去流动性，则缩孔就会被抑制住，但温度稍有提升，黏度下降而又含有流动性，缩孔又产生。所以，降低成膜聚合物表面张力可提升涂料抗缩孔性。一样，降低水表面张力到和通常底材湿膜张力差不多时，可减小接触角，增加润湿程度，从而降低涂膜中出现气泡、橘子皮和贝纳尔流窝等。通常使用水/有机助剂体系可达成，其中，很好是乙二醇丁醚20%水溶液。
1.6.3颜料
颜料在涂料中能够显现颜色,给予涂膜以遮盖力,然后它作用并不仅是色彩和装饰性.,还对涂料流变性,耐侯性,耐化学品性有影响,并关系到机械性质。
因为颜料粒径小，表面积大，所以能够吸附成膜聚合物而使颜料颗粒成为准交联点，使漆膜机械强度提升。
为使颜料在涂料中作用提升到最高程度，所以选择颜料必需注意到粒度、形状、水溶性、折谢率和是否有特殊功效等。
成膜聚合物在紫外线辐射下会引发降解，而大多数颜料含有吸收紫外线功效，所以为了提升漆膜耐侯性，应正确使用颜料。图为不一样粒径SiO2处理TiO2对紫外线透过率：

图1-1. TiO2对紫外线透过率
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）

漆膜表面污染物腐蚀而出现微粉化，能够经过加入光反应催化剂，如锐钛型二氧化钛，其原因：
（1）TiO2有催化有机物光解能力。有机物可被光解，很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和漆面间黏结剂，随即有机物被分解为尘埃易被雨水冲走。
（2）因为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，因为结构上特殊性，即它在CPVC以前有一个最高遮盖力，浓度大于22%时遮盖力反而下降，在18~22%之间改变不大，为节省TiO2用量，含量为18%即可，图示以下：

CPVC=0.22

图1-2.金红石钛白粉PVC和遮盖力突变
若在不影响光泽度情况下，加入部分惰性颜料替换不起作用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
白色或其它颜色(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（内外墙略有不一样）含有很好附着力、柔韧性、耐水性、高强度、耐化学品和优良防腐性，同时含有良好光泽、丰满度、耐侯性和抗紫外线等特点，大量用于中高级内外墙建筑面。
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 ≥

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
约定
变色，等级 ≤
其它色
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关键成份，添加适量色浆后配制成浅色涂料形成涂膜所展现浅颜色，GB/T 15608-1995中4.3.2要求明度值为6到9之间(三刺激值中YD65≥31.26)。
合成树脂乳液内墙涂料产品应符合表2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
0．95 0.93 0.90
24h无异常
1000 500 200
浅色是指以白色涂料为关键成份，添加适量色浆后配制成浅色涂料形成涂膜所展现浅颜色按GB/T 15608-1995中4.3.2要求明度值为6到9之间(三刺激值中YD65≥31.26)。
1.9生产方法
该车间设计为产量较小精细化工产品，故采取下单→投料→生产→包装→出厂间歇式批量生产。
2工艺路线及步骤设计
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）组成多相混合物。这种多项体系中相界面多，各组成物相互作用复杂，所以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），以基料为连续相非均相分散体系。颜料和基料间相界面性质，决定着分散过程进行难易、完成速度、基料相对稳定性、涂料施工性能和涂膜性能等。
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气体或污染物，深入附着在颜料表面上过程。液体基料渗透颜料孔隙速度可表示为：

式中 μ——液体渗透平均速度（cm/s）
θ——接触角余弦
σ——涂料表面张力（mN/m）
η——涂料黏度（Pa.s）
R——毛细管半径（cm）
L——孔隙长度（cm）
说明，液体基料渗透颜料粒子毛细管中速度和颜料粒子集体中毛细孔径R大小、液体基料表面张力σ和液固相之间接触角余弦成正比，而和液体基料黏度和毛细孔隙长度成反比。所以，对于任何指定渗透深度，颜料聚集体越松散，即其中毛细孔径越大，液体基料表面张力越大，固液接触角余弦越大，和液体基料黏度越低，液体基料向颜料聚集体毛细孔隙中渗透速度越大，亦即有利于提升润湿速率。
（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原始粒子或更小聚集粒子团过程。
（3）分散 指已润湿粒子移动到液体基料中使粒子永久分离过程。
2.2工艺路线选择
（1）水性乳胶漆相对油性作为溶剂涂料来说，从环境保护角度出发，提倡零污染，无公害等意识，又结合到配方原理，小型涂料厂生产可由研磨机、分散釜和辅助设备组成，用少许投资即可投产，经过间歇式投料、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、废料利用通常采取管道输送液体水、乳液、助剂，预混合器，带有反应参数改变搅拌釜，机械化终端包装程序等。此设计综合考虑原料充足使用、能源消耗及副产品处理符合后者。
2.3步骤图设计
2.3.1工艺路线示意图
乳胶漆生产经典工艺路线能够用以下图2-1表示

2.3.2工艺步骤简述
建筑涂料是经过生产工艺上原材料加工制作而得到产品.没有工艺过程就没有产品,工艺过程是经过生产设备实施,而没有生产设备就无所谓工厂.所以生产设备对于建筑涂料生产至关关键.通常地说建筑涂料生产包含以下多个工艺过程:
①树脂或乳液或其它成膜材料生产;
②助剂和颜、填料混合分散;
③颜、填料研磨;
④涂料配制;
⑤过滤、包装.
其中，涂料混合和高速分散过程又包含
(1)在预混罐中,首先投入水、颜料分散剂和其它助剂,搅拌均匀后再投颜、填料；
(2)需要加入多个颜料时,按先投入难分解颜料,后投入易分散颜料次序进行;
(3)需要加入多个填料时,按先投入密度较小、吸水量较大、粒径较细填料次序进行;
(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,投料过快会引发结团和附壁,每加完一袋颜料粉以后,应把黏附在罐壁上和搅拌轴粉体刮入浆液中,搅匀,然后,再投下一袋.全部粉料投后,应用工艺水根本清洗罐内壁.继续维持搅拌一段时间,令其很好混匀并让颜、填料充足润湿后再去研磨分散.
2.3.3工艺部署
通常含有规模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,其工艺部署也略有不一样.但总来说,全部要经过图2-2多个关键过程,要实施这些工艺过程,依据生产规模大小,自动化程度高低,外购设备功效等能够部署出基础功效相同、加工水平不一样生产工艺线.

成套设备生产能力说明：
（1）此设备在A型（略）基础上增加一个调漆罐，提升生产效率。该设备设计产量为500~1000t，占地40m2(长10 m，宽3m，高3.2m)
（2）SDL－Ｃ～Ｈ一体化涂料生产设备：从SDL－E型起每增加一个系列，设备配置程度也随之复杂化。比如SDL－E可年产2500~5000t
配置说明：
控制系统以PLC为主控器，由液晶显示器和PLC控制系统组成操作系统；阀门均采取气动球阀，开启和关闭阀门可进行自动控制。工艺参数能够由显示器显示，如输入电功率，研磨机，高速分散机，搅拌机转速，物料重量等
主控点：物料称量计算，进料，研磨机，高速分散机，搅拌器转速调整，出料，灌装，操作人员可经过主控室控制即可。

表3.SDL－Ｂ设备配置明细表
序号
系统名称
设备名称
规格
数量
单位
1
电控系统
电气控制系统
电控柜，继电器，热保护层，开关电线
1
套
2
吸料系统
真空泵
5.5kw
1
台
真空泵缓冲槽
不锈钢
1
台
液体吸入槽
不锈钢
1
台
粉体吸入槽
不锈钢
1
台
添加剂槽
不锈钢
1
台
液体计量器
GPT数控
1
台
3
制浆系统
不锈钢分散罐
800～1000L带封头
1
台
高速分散机
22kw双分散盘
2
台
4
调漆系统
不锈钢调漆器
1000～L带封头
1
台
低速搅拌机
7.5kw
1
台
5
出料过渡系统
空压机
7.5kw
1
套
反冲式过滤机
不锈钢
1
台
6
灌装系统
罐装机
组合件
1
套
7
管路系统
管路附件
球阀，接头
1
套
8
操作平台
平台
6X3X2钢板及护栏
1
套
附图1: 中小型涂料厂设备配置（即佰鑫TFJ-300调速分散机图）
附图2:大批量生产涂料一体化设备配置图（即SDL－Ｂ型一体化涂料生产车间剖面图）
3盘式分散釜设计说明
3.1高速分散机设备分散原理
盘式叶轮外型为圆盘锯状，图3-1所表示，高速盘式分散机分散盘正常位置、容器相对尺寸、原始投料液面高度和运转中物料流向：设分散盘直径为D，容器直径取2.5D~3.5D，容器高径比约1（注：容器高度〈分散机升降高度h+0.5D〉。平斜底，倾角5°左右，底和容器侧壁以圆弧角过渡，容器内部应无挡板和死角。运转时，分散盘离容器底部距离为0.5D~1D，原始投料深度取1D~2D。

图3-1. 盘式叶轮在流体中分散效果图
容器尺寸和投料正确设计会产生以下效果：高速盘式分散机在正确操作条件下，分散盘旋转（理想圆周速度约为2700cm/s）会使颜料浆液展现滚动环流，不飞溅或浪涌，在环流空穴处应该能够看到部分分散盘。旋涡形状应该是这么：在浆液顶部和表面靠近旋涡颜料粒子在围绕容器循环一周之前呈螺旋状下降到涡流底部。
依据流体动力学理论，流动流体，能够有两种截然不一样方法运动，剪切速率较低时层流方法和剪切速率足够大时湍流方法。雷诺数Re为通常作为一临界值来划分管道中层流和湍流。旋涡状湍流有利于颜料浆混合，但这只是未曾分散好颜料浆混合。和此相反，层流即使不能提供有效混合，不过层流拉力能够撕开颜料附聚块，达成有效分散作用。所以，为了确保高速分散工艺中颜料有效分散，关键是应取得颜料浆层流状态。
根据流体运动方程式，雷诺数Re由式3-1确定
（式3-1）
式中 ρ——密度，g/cm3;
V——速，cm/s;
X——特征线性因次，cm,对于高速分散而言，为分散盘至容器底部距离；
η——黏度，Pa.s。
要达成令人满意分散效果，叶轮圆周速率必需达成大约20m/s以上。不过，过高转速，也会造成液浆飞溅和使圆盘叶轮过多暴露而造成混入空气，无谓地增加了功率消耗。通常叶轮最高圆周速度约为25~30m/s。本设计分散釜中流体状态测试-雷诺数Re测定：

假设KU=100流体在进行，对应黏度为125000MPa.s.经过计算该过程为层流状态，故该盘式高速分散釜设计符合要求，可使涂料达成理想分散状态。
3.2设备参数
以某产品系列型号高速搅拌机为例，其关键技术参数如表4所表示。
表4.高速搅拌机技术参数
型号参数
TFJ-200
TFJ-250
TFJ-300
TFJ-350
TFJ-400
TFJ-450
主机功率(kW）
4~5.5
5.5~7.5
7.5~11
11~15
18.5~22
22~30
分散轴转（r/min）
125~1250
125~1250
125~12500
125~12500
125~12500
125~12500
分散轮直径（mm）
200
250
300
350
400
450
升降（mm）
0~1000
0~1000
0~1200
0~1200
0~1500
0~1500
泵功（kW）
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
重量（kg）
1500
1500
1800
1800
2200
2400
外形尺寸mm
A
1700
1700
2100
2100
2417
2417
B
1730
1730
2026
2060
2380
2480
C
800
800
930
930
1100
1200
佰鑫企业所用TFJ-300调速分散机见附图1,其参数如表5所表示：
表5.TFJ-300技术参数
最大转速
1200r/min
叶轮直径
300mm
升降程
1100mm
安装高度
3300mm
电机功率
22kw
4涂料生产技术
4.1涂料配方原理
实际生产中,颜料在涂料中含量极大地影响其性能，其用量能够用吸油量估量：在100g颜料中，将亚麻油逐滴加入，并随时用刮刀混合，研磨，至最终可使全部颜料黏结在一起成球，若继续加入，则体系变稀，此时，所用油量为该颜料吸油量（OA）：
OA=
式中表明，达成吸油量时，意味着颜料表面吸满了油，颗粒间隙充满了油，此时若继续加入，则自然黏度便下降。
颜料体积浓度是指涂料中颜料和填料体积和配方中全部非挥发组分(包含合成树脂乳液中固体成份、颜料和填料等)总体积之比，即：

要使涂料含有良好光泽度、遮盖力、透过性和强度等性能，必需使颜料含量达成干漆膜临界PVC（即CPVC）：
CPVC=
式中ρ为颜料密度
93.5为亚麻油密度
当PVC达成CPVC时，多种性能（包含漆膜密度、抗拉强度、附着力、孔隙率、渗透性、起泡性、着色力等）全部有一个转折点。当PVC增加时，漆膜内颜料体积分子表面平滑度下降，所以光泽度下降，遮盖力增加。当达成CPVC以后，若再增加，漆膜内就开始有空隙，此时，漆透过性大大增加，所以，防腐性能显著下降，防污能力也变差。因为漆膜里有空气，增加了光散射，遮盖力快速增加，着色力增加；但和强度相关性能却因漆膜内出现了空隙而显著下降。不一样PVC颜料充足利用于不一样表面上，故又采取PVC和CPVC比作为比体积浓度Δ：
Δ=
在配方中应重视Δ，比如高质量有光汽车面漆、工业用漆和民用漆，其Δ值在0.1-0.5，半光建筑用漆，Δ为0.6-0.8，而无光内外墙涂料在1.0左右，天花板漆大于1.0，金属保护气底漆Δ为0.75-0.90。
4.2配方设计

表6.设计BX-1水性外墙涂料新配方（以生产100kg计）
序号
物料名称
质量分数/%
用量
/kg
作用
厂家
备注
1
水

40
溶剂

2
乙二醇
0.2
0.2
抗冻剂，成膜助剂，延缓剂
黄山鲁京

3
PK－100
0.5
0.5
分散剂
中化建

4
OP－10
0.3
0.3
乳化剂
淄博良永

5
AMP－95
0.2
0.2
多功效助剂
美国TOWS 

6
Hyonic436
0.1
0.1
润湿剂
普罗门

7
JLJ－6
0.3
0.3
消泡剂
上海富畦

8
金红石TiO2
18
18
颜料

9
重钙
32
32
惰性填料
建安镇江

10
有机膨润土
0.5
0.5
增稠剂
安吉宇宏

11
JLJ－6
0.1
0.1
消泡剂
上海富畦
浮动值
12
乳液
10
10
基料
江门天海
8~20％
13
JS—pph
0.2
0.2
成膜助剂
上海锦山

14
Norders C15
0.1
0.1
防腐剂

15
203流平剂
0.1
0.1
流变改性剂
长沙欧化

16
GC—2440
0.2
0.2
增稠剂

5物料衡算
5.1涂料体积浓度PVC计算：

5.2涂料干膜临界PVC(CPVC)计算：

5.3涂膜比体积浓度Δ计算:

经过计算得出结论,比体积浓度符合(内外墙涂料在1.0左右)指标,故能够根据设计进行生产。
6投产条件
机械设备：见表3.
厂房面积：200平方米主厂房和30-40平方米仓库及中控室
动力装置：液压高真空泵一套、气泵、设备装机功率22千瓦
7投资和成本估算
7.1车间装置人员配置表
表7.
序号
职能名称
人员配置
小计
累计
1
生产工人
6
6
10
2
分析工人
1
1
3
维修工人
1
1
4
清洁工
1
1
5
管理员
1
1
7.2经济评价构建
资金流通示意图：

7.3成本估算
产品成本指工业企业生产某种产品所需费用总称,即投资该产品所需人力及物力总和货币值，其可行性研究图示以下：
车间成本
工厂折旧
企业管理费
销售成本
工厂成本
总成本
原料及辅助材料
关键原料
辅助材料
包装材料
公用工程
冷却水
工艺水
电费
人工
直接操作工资
附加工资

车间折旧

维修机器

车间管理费

表8.成本估算表
序号
项目
计算方法
估值/万元
备注
1
原料及辅助材料,元/年
每吨产品消耗X单价X年产量
241
可变成本
2
公用工程,元/年
每吨产品消耗X单价X年产量
0.61
可变成本
可变成本小计

241.61

3
人工费用,元/年
直接生产工资
平均月工资X人数X12
14.4
固定资本
附加费用
成本总额11%
58
固定资本
奖励费
直接生产工资11%
1.584
固定资本
4
维修费
装置投资CBL3~6%
0.96
固定资本
5
车间折旧
装置投资CBL1%
0.32
固定资本
6
车间成本
1+2+3+4+5
258.87
固定资本
7
工厂折旧
(1+2+4+5)1%
2.43
固定资本
8
企业管理费
车间成本3~6%
7.77
固定资本
9
销售成本
销售费用
40
固定资本
10
工厂成本
1+2+3+4+5+6+7+8
527.97
固定资本

总成本

567.97

7.4市场估计
伴随现代社会逐步发展,中国经济飞速前进，人民生活水平不停地提升，对居住条件要求越来越高，全国房地产业已经进入发展高涨时期，涂料需求大幅度增加，同时大家对健康、环境保护意识不停加强，对劳动保护条例深入强化，水性涂料在整个涂料产量占据比重越来越大，包含建筑、船舶、机械工业等等，已经广泛被大家所认同、采纳和推广。
7.5项目效益和风险分析
该分析应依据宏观经济形势、政策、趋势、热点问题、环境改变及其对行业影响等为关键研究内容，同时充足考虑涂料行业发展动态，行业消费特征，行业产品结构特征和连锁效益等原因。以下表是较常见指标：
表.9
序号
竞争力评价
投资风险分析
其它
1
产品（品牌）竞争力
政策风险

2
价格竞争力
市场风险

3
销售竞争力
金融风险

4
服务竞争力
技术风险

5

其它风险

8安全环境保护生产要求
本设计为涂料厂扩大规模，提升生产效率，增加产量提供理论依据，设计时充足考虑到生产车间所包含到水性助剂、颜填料保留和使用方法。大多是非易燃易爆品，但对操作工人也要求进行技术上专业培训，对易挥发助剂，颜填料产生粉尘对人体危害有充足了解，对于高速分散设备，严格根据操作说明书进行，并制订相关保护方法和应急方法。依据国家最新要求卫生标准，进行三废处理，预防大气污染和水体污染，把生产过程中副产品加以回收、利用，以降低成本。