松香工厂课程设计.doc

广西工业职业技术学院 5000t/a松香生产课程设计

广西工业职业技术学院
松香工厂课程设计

项目名称：年产5000t松香生产项目

设计人：蓝 贵
班 级：化工0932班
学 号：G20094023221
设计时间 ：2011/6/16

5000t/a松香生产工艺设计
（广西工业职业技术学院 南宁 530001）
摘 要

松香和松节油是一种生产量大、使用广泛的天然树脂与天然芳香油，是重要的工业原料。依据其来源不同，松香和松节油可分为脂松香和脂松节油、木松香和木松节油或浸提松香和浸提松节油、浮油松香和硫酸盐松节油。其中，以脂松香和脂松节的质量最高，通常所指的松香和松节油是脂松香和脂松节油的质量高，通常所指的松香和松节油是脂松香和脂松节油。
松香是一种复杂的固体混合物，其主要成分是树脂酸，还有少量的脂肪酸和中性物质。工业松香树脂酸含量一般为85%~89%，脂肪酸含量2%~6%，中性物质含量5%~8%。松脂加工制得的松香，其组成除与松脂原料有关外，还因松脂的贮存、运输、加工过程与方法不同而异。组成不同，其性质也随之而有所变化。

关键词：松香 松节油 工艺设计 松香树脂酸

第一章 课程设计的原则

第一节：毕业设计的任务、目的及作用
通过对5000t/a松香生产工艺设计进行探讨，了解和掌握松香生产工艺设计的流程设计方案，物料衡算,热量衡算,主要的工艺设备的计算方法和生产过程、设备的技术参数(如温度,压力,流量等)控制指标的确定方法和控制方案以及掌握绘制松香生产物料流程图,带控制点工艺流程图和主要设备的要求和标准 。
课程设计是本科生培养方案中的重要环节。通过毕业论文，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作课程设计的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。在作完设计后，感到自己的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争，去创造的自信心。
课程设计的目的在于系统的巩固我们所学的基本理论及专业知识，使学生更深入的研究其化工工业生产过程，培养我们具有独立解决本专业工程技术方面实际问题的工作能力，以掌握专业化工工艺设计的一般程序和方法，提高化工计算技巧、制图制表技巧以及收集研究技术资料及文献、正确处理技术数据的能力以及工程绘图技能、技术经济分析及组织能力。
作为一名大学生，从教学出发，进行有关工程设计方面知识的学习和训练是十分必要的，这不仅有助于培养我们综合运用多学科的基本理论，联系实际，提高分析问题和解决问题的能力；还有助于培养我们深入实际，注意调查研究的工作作风，为参加今后实际工程设计作好切实的准备。一次课程设计虽然不能全面地反映出一个人的才华，也不一定能对社会直接带来巨大的效益或对专业产生开拓性的影响。但它总是在一定程度上表明一个人的能力与才华，向社会展示自身的价值。设计过程中所唤起的对科学研究的极大兴趣，所激发的对科学事业的满腔热情以及协作中辛勤的耕耘，都将是自己宝贵的经验和财富。

第二节：设计的指导思想和原则
1、 产品的数量和质量指标。松香生产规模要达到课程设计任务书的要求，松香产品质量达到GB/T 8145-2003〈脂松香>要求。
2、先进性和科学合理性。设计中力求技术先进，经济合理，尽量采取国内外已成熟的先进技术，设备和改革成果，以降低消耗和成本，提高产品质量和劳动生产率，化工工艺指标和经济效益，达到或超过国内同类产品的先进水平。
3、 经济性：除了个别情况的生产装置是从产品的社会效益出发外，其余的装置不仅应该有利润，而且其技术经济指标应该有竞争性，即要求经济地使用资金、原材料、公用工程和人力。
4、 安全：化工生产中大量物质是易燃、易爆或有毒性的。因此，设计必须充分考虑各种明显的和潜在的危险，保证生产人员的健康和安全。
5、 符合国家和各级地方政府制订的环境保护法规，对排放的三废进行处理。
6、 系统须可操作、可控制，可操作是指设计不仅能满足操作的要求，且能满足开停车等非常规操作要求；可控制是指能抑制外部扰动的影响，系统可调节且稳定。

第二章 工艺路线及生产方式的选择

工艺流程设计是工厂设计中最主要的内容，它是工艺设计的核心，这是由于工艺流程设计的质量直接决定车间的生产命运，影响到产品质量、生产能力、操作条件、安全生产、三废治理、经济效益等一系列根本性问题。由于这一步骤是决定设计质量的关键，所以，我们设计人员必须力求做到所设计的工艺流程技术上先进可靠，经济上合理可行。
第一节：工艺线路的选择原则
在设计工艺路线时要遵循一定的指导思想和原则。
1、先进性
工艺路线的先进性体现在两个方面，即技术上的先进和经济上的合理，两者不能缺一。一条工艺路线的是否先进，应具体体现在以下几个方面：
（1）生产能力；符合年生产5000/t松香的要求；
（2）原、辅材料和水、电、汽等的单耗低于同行业的平均水平.；
（3）产品质量完全达到国家质量标准,松香的优级品率大于98.5%；
（4）三废的排放完全符合国家环境卫生的要求；
（5）企业职工的全员劳动生产率处于本行业领先水平.；
（6）建厂时的投资、占地面积、产品成本以及投资回收年限等。
总之，先进性是一个综合性的指标，它必须由各个具体指标反映出来。
2、可靠性
工厂设计必须可靠。所谓工艺路线的可靠性，是指所选择的技术路线的成熟程度。只有具备工业化生产的工艺技术路线才能称得上是成熟的工艺技术路线。
3、结合国情，因地制宜
工艺流程路线的选择，从技术角度上，应尽量采用新工艺，新技术，但在具体选定一条工艺路线时，要结合我国的国情和建厂所在地的具体条件。
第二节：松脂加工工艺选择
一、 松脂在工厂中的贮存
由于采脂具有季节性以及松脂氧化、挥发性，松脂进入工厂的数量随季节而变化。为了使采脂旺季运入工厂的大量不致变质，并保证连续生产，松脂工厂必须贮存一定数量的松脂。
贮存池一般建于地下，形状有圆柱体锥底或正方（长方）体斜底，用钢筋混凝土建造或者砖塔成。锥形或斜底与平面的夹角小于20度。蒸汽加工厂每个贮存池的容量以200---500吨为宜。考虑生产时的安全，贮存池应该离锅炉房20米以上。在地下水位较高的地区，贮存池最好能开道出水。
贮存池的布局应该充分利用地形，以节约建设为原则。适用的贮存池布局如图所示：

二、 松脂在工厂中的运送
根据地形的不同，可选用螺旋输送机输送和压缩空气输送。
1、螺旋输送机如图所示

2、压缩空气输送工艺

三、生产方式的选择
松脂的简单加工是指将挥发性的松节油与不挥发的松香分离，并除去杂质和水分。由于松节油具有挥发性，沸点相对较低，加热过程中先逸出，经冷凝后收集，留下的便是松香。松脂加工的主要方法有水蒸气蒸馏法和滴水法。其中，水蒸气蒸馏法又分为连续式、间歇式和部分连续式等工艺。不同的加工方法有不同的工艺流程。
1、滴水法松脂加工工艺（直接火法）
直接火法就是把松脂直接装于蒸馏锅内，锅底用直接烧火进行加热，故称为直接火法。由于本法在蒸馏过程中，当加热到规定温度时，必须滴入适量清水，产生出水蒸汽，降低蒸馏温度，蒸出松节油，所以直接火法又称为滴水法。
为了降低蒸馏温度，采用滴水法松脂加工工艺。当松脂加热到一定温度时，滴入适量清水，水很快变成水蒸气，与松节油的蒸气一同蒸出，在冷却器冷却后进入油水分离器，分离后得商品松节油。蒸完松节油后，趁热从锅内放出松香，过滤除杂后，包装得松香。
滴水法属于简单的松脂加工工艺，其特点是投资小，技术要求也不高，适宜于远离工业城市的山区生产。但由于滴水法直接用火加热，温度不易控制，产品质量不稳定，且易滋生火灾，生产规模也不宜太大。
1、 水蒸气蒸馏松脂加工工艺
水蒸气蒸馏松脂加工工艺采用水蒸气作为加热和解吸介质，加工过程分为三个工段，分别是松脂的熔解、脂液的液制和脂液的蒸馏。先将松脂加热并加入松节油和水，使之熔解为液态，滤去杂质，同时加入脱色剂，除去松脂中的铁化合物。再用热水洗涤，澄清，得净制脂液，净制脂液经过热水蒸气蒸馏，得到松香和松节油。
松脂的蒸汽法加工分三个工序进行：即松脂熔解、熔解脂液净制和净制液蒸馏。若三个工序都连续进行，称为连续法；若三个工序全部间歇进行，则称为间歇法。但也有些工厂，某些工序采用连续法而另一些工序采用间歇法的生产方式。
因生产上还有连续法、间歇法之分，故这里需要进行比较选择。
（1）、连续法
进香、放香和排渣都是连续的。连续化生产能缩短工艺流程，相应减少设备和场地，具有投资少，原材料及能源消耗低，劳动生产率高，生产成本较低等优点，但还应该注意连续化生产带来的另一方面，例如，对建厂条件、车间布置、设备安装等要求高，对工人的文化素质、操作要求以及对干部的管理水平要求高，对生产的连续稳定性要求高，对自动化程度要求高，对原材料的规格质量要求高等等。此外 ，连续化生产不宜、不易、有时不能更换产品品种，因此，往往达不到“一线多能、一机多用”、产品品种多样化的目的。在一般情况下，生产规模较大，生产水平要求较高（如自动化程度），产品品种较单一的宜采用连续化生产。
（2）、间歇法
进香、放香和排渣时都是间歇的。其优点是技术比较成熟，可操作性强，对产品有很好的控制度。把松香一次性放到熔解锅内，2～3个小时就可熔解完，操作时间相对较少。但采用此法操作起来比较麻烦，且浪费劳动力和设备。考虑到本次设计的产品是松香甘油酯，酯化时间比较长。而由于间歇式反应釜是间歇操作，每进行一批生产都要有情况记录、装卸料、升降温等操作，这些辅助工序所需时间也很可观，一般适用于一些反应时间较长的反应，而且它操作上比较灵活、简便。
经过对比比较，对于年产5000吨松香的企业来说，为提高产品产量和质量，提高劳动效率，提高经济效益，选用间歇法生产是最佳的方案。
第三章 化学工艺计算
第一节：设计技术要求及数据
1、生产车间组成
（1）、松脂熔解工序
（2）、熔解脂液净制工序
（3）、净制脂液的蒸馏工序
2、生产规模
5000吨/年的松香产品。
3、产品质量指标
各级脂松香质量技术指标（8145-2OO3）
级 别

名 称 指 标
特级
一级
二级
三级
四级
五级
外 观
透 明 体
颜 色
微黄
淡黄
黄色
深黄
黄棕
黄红
符合松香色级玻璃标准色块的要求
软化点（环球法）℃不底于
76
75
74
酸值mgKOH/g不小于
166
165
164
不皂物含量%不大于
5
5
6
乙醇不溶物%不大于
0.03
0.03
0.04
灰分%不大于
0.02
0.03
0.04

各级脂松节油质量技术指标（GB/T12901-91）
名 称
级 别
优 级
一 级
重 级
外 观
透明、无水、无杂质和悬浮液
颜 色
符合GB/T129023.2项规定
相对密度d420小于
0.870
0.880
0.940
折光率n20
1.4650—1.4710
1.4670—1.4780
＜1.5100
初馏点℃不大于
150
150
不规定
170℃前馏出液体积%不小于
90
85
不规定
酸值mgKOH/g不大于
0.5
1.0
10
4、 产品性能 用途
松香为微黄至黄红色的透明固体，软化点70～90℃，比重1.070～1.085， 溶解热：15.8kcal/kg，热容：0.54kcal/kg·℃，导热系数：0.11kcal/m·h·℃，体积电阻率：5×1016Ωcm，闪点：216℃。松香还具有结晶特性，容易产生结晶现象，在丙酮等有机溶剂中会有结晶趋势，结晶临界温度约100℃，结晶松香熔点110～135℃，且难于皂化。此外，松香还具有旋光性，松香比旋值控制在0～15°之间(最佳点+7°)即为无结晶现象和结晶趋势最低的松香。
工业原料
（1）、肥皂工业
　　松香与纯碱或烧碱一起蒸煮，形成松香皂。松香皂具有很大的去污力，易溶于水，能溶解油脂，易起泡沫。松香具有粘性，可使肥皂不易开裂和酸败变质。
（2）、造纸工业
　　松香在造纸工业上用作抄纸胶料。松香与苛性钠制成松香钠皂，即胶料，胶料与纸浆混合并加入明矾，使松香成为不溶于水的游离树脂酸微粒附着在小纤维上，当纸浆在干燥圆筒上滚压加热时，松香软化填充在纤维之间，这种作用叫“上胶”或“施胶”。纸张“上胶”后，可增强抗水性，防止墨水渗透，改善强度和平滑度，减少伸缩度。
（3）、油漆涂料工业
　　松香易溶于各种有机溶剂，而且易成膜，有光泽，是油漆涂料的基本原料之一。松香在油漆中的作用是使油漆色泽光亮，干燥快，漆模光滑不易脱落。
（4）、油墨工业
　　松香在印刷油墨中主要用作载色体，并增强油墨对纸张的附着力。油墨中若不用松香，印制成的墨迹就会色调呆滞，模糊不清。
（5）、粘合剂工业
　　以松香酯和氢化松香酯为基本原料的粘合剂，常用作热熔性粘合剂、压敏粘合剂和橡胶增粘剂。
（6）、橡胶工业
　　松香在橡胶工业上用作软化剂，可增加其弹性。酯化松香钾皂可作合成
（7）、食品工业
　　氢化松香甘油酯与天然糖胶树胶、蜡、醋酸乙烯等一起加热溶融，然后加香料、砂糖及色素等调匀，可
制成口香糖。 在屠宰场中宰杀猪、牛、羊时，经过用脱毛机械操作之后，遗留在动物体和头部的毛可用由88-94%的熔融松香和6-12%的棉籽油所组成的脱毛剂来除去。
（8）、电气工业
　　用松香35%与光亮油65%配制成绝缘油在电缆上用作保护膜，起绝缘及耐热作用。松香和电木以及其他人造树脂相混合用作绝缘清漆
（9）、建筑材料工业
松香在建筑材料工业上主要用做混凝土起泡剂和地板花砖粘结剂。 松香也用作氯乙烯石棉瓷砖的粘结剂。 松香和亚麻油、碳 酸钙、木炭、颜料等在一起混合可制造地毡瓷砖
助焊剂
　　由于金属表面同空气接触后都会生成一层氧化膜，温度越高，氧化层越厚。这层氧化膜阻止液态焊锡对金属的浸润作用，犹如玻璃上沾上油就会使水不能浸润玻璃一样。焊剂是清除氧化膜的一种专用材料，又称助焊剂。助焊剂有三大作用：
　　（1）.除氧化膜：实质是助焊剂中的物质发生还原反应，从而除去氧化膜，反应生成物变成悬浮的渣，漂浮在焊料表面。
　　（2）.防止氧化：其熔化后，漂浮在焊料表面，形成隔离层，因而防止了焊接面的氧化。
（3）.减小表面张力：增加焊锡流动性，有助于焊锡湿润焊件。
松香被涂抹在二胡，提琴等乐器的弓毛上用来增大弓毛对琴弦的摩擦。
5、 原料的性质 技术参数
松属树木分泌出来的树脂，称为松脂。从化学组成来看，松脂主要是固体树脂酸溶解在萜烯类中所形成的溶液。松脂被加工后，挥发性的萜烯类物质称为松节油，不挥发性的树脂酸熔合物称为松香。松脂刚从松树树干的树脂道流出时，无色透明，其萜烯含量可达36%。在与空气接触后，萜烯挥发很快，同时树脂酸呈结晶状析出，松脂本身逐渐变得浓稠，呈蜂蜜状的半流体。从林区送到工厂的松脂，常常含有各种机械混合物，包括松针、树皮、木片、昆虫和灰尘等。马尾松松脂一般组成为：
松香 72—75% 松节油 16—20% 水分 4—6% 杂质 0.05—0.3%
松脂静置时，树脂酸的结晶从松脂中析出下沉。上层常呈现一层黄色的液体，它是由液体萜烯和一些难于结晶的物质组成。上层液体中松节油含量可达50%，其他的物质主要是氧化树脂酸。
6、 生产工艺流程图
松脂→破碎→熔解→除渣→多级蒸馏→产品

1. 熔解釜2.加料斗3，17 熔解油（中油）贮罐；4，12，16，24，29.冷凝冷却器（换热器）；5.过渡槽；6.过滤器；7，8，9，10.澄清槽；11.一级蒸馏釜；13.优油贮罐；14，20 盐滤器；15，18，21，23.油水分离器；19.重油贮罐；22.二级蒸馏釜；25.黑香或残渣受器；26.喷提锅；27.中层脂液澄清罐；28.排渣水槽；30.分离器

7、 生产流程说明
1.松脂的熔解：松脂的熔解在93~35℃下进行。在熔解过程中，必须加入适量的水、松节油和草酸。加水是为了洗去松脂中的水溶性色素和单宁等。加入草酸是为了除去有色的树脂酸铁盐，其用量为松脂重量的0.05%~0.15%。松节油的加入可更好地熔解松脂，降低脂液的密度与黏度，以利于过滤、净制和输送，松节油直接用做炼制过程中的熔解油。
松脂的溶解工艺流程

2.熔解脂液的净制：脂液的净制由水洗和澄清两部分组成。水洗过程中，为了使两相充分接触，施以较强的湍动，但注意避免乳化，水温须与脂液同温。水洗完毕，产生的两相应尽快地分离。水洗后的脂液要澄清。澄清是利用悬浮液或不相溶的液体中的各种物质的密度差而自行分层的原理。脂液的密度和黏度都与脂液中松节油的含量和温度有关，在松脂熔解时加松节油，加大了水和脂液的密度差，当脂液中的含油量为40%、温度为90℃时，脂液澄清较快。

3.净制脂液蒸馏：净制的脂液采用水蒸气蒸馏，该过程可视为解吸过程。在蒸馏中，用间接水蒸气（闭气）加热脂液，以直接水蒸气（活气）作为解吸介质，带出松节油，直接水蒸气的温度为320℃以上。为了达到较好的蒸馏效果，可以多釜多级蒸馏。脂液在蒸馏过程中，150~160℃的馏分为优油，主要是蒎烯；160~185℃的馏分主要是单萜和倍半萜，称为熔解油和中油，这部分油不作为商品油，而用来熔解松脂，循环使用；185~200℃的馏分主要是倍半萜，称重油。
第二节：工艺计算
(1)本设计为年产量5000t。
(2)根据（GB/T8146—2003）松脂工厂建设标准的规定、松脂加工的季节性强的特点以及松脂及时加工的要求，采用年工作日200d、每日三班生产。
（3）松香用镀锌铁桶包装，每桶松香净重225.0 k g士0.5 k g.
（4）产品合格率按98.5％(取XX厂经验数据)，则实际年产量为：5000t/98.5%=5076.14t
(5)平均日产：25.38t
5076.14/200=25.38 (t／日)
(7)每日三班。平均每班生产8.46t
25.38/3=8.46t
(8)每天按8h生产，则每小时生产1.06t
8.46/8=1.06(t／h)
(9)平均每小时生产桶数：1060/225=4.71桶 约等于5桶左右

第四章 废水处理
松香生产中会产生一定量的污染物，必须根据标准进行治理。在所有污染中最主要的是废水。根据加工松香生产特点和排放废水质情况,治理工艺采用多级”物化+生化”法,其工艺流程图如下:

主要设施：集水池、缓冲池、隔油池等。废水的PH值调至6.5-7.5之后，加入适量混合絮凝剂。气浮是气浮是去除废水中SS、CODcr、BOD5 最重要的步骤之一，本设计采用了加压气浮选法，为泵前进气。其特点是比全流程气浮所需的溶气泵功率更小，动力消耗大大降低。松香生产废水中成分十分复杂，有相当部分有机物是以树脂酸、脂肪酸及其盐类存在。而废水中悬浮物是否粘附于气泡上是取决于其润湿性。设计采用“自吸式射流曝气”代替传统的鼓风曝气和表面曝气，混合液在曝气管内吸收氧气，并污水水质变化对生物菌群的影响是巨大的，在池中不断地循环。其优点是：①废水中氧溶率高,有严格的操作规范，会对污水处理系统中的菌群造以高含氧量的水进行生化处理; ②用射流器代替鼓成灭顶之灾。因此操作必须规范化、制度化。风机，无噪音，设备投资少；③装置少，占地面积小，处理效率高；④无普通曝气扩散装置的堵塞和腐蚀。
锅炉除尘废水经多级沉淀池处理后排放，其悬浮液浓度、PH值及COD、BOD浓度估计均可控制在排放标准范围。
松香厂的生产用原材料、水电消耗以及综合耗能指标（根据松脂加工建设指标）

根据这指标，可以算出年产5000t松香大概的能耗，如下图所示：
项目名称
建设规模（5000t）
年需合格松脂（t）
6750
单位松香产品耗能用量（t/t）
1.35
年需锌铁皮（t）
200
单位松香产品耗用量（kg/t）
40
单位松香产品耗水量（m立方米/t）
9
单位联产品耗电量（KWh/t）
22
单位联产品综合能耗（标煤t/t）
0.20

参考文献
[1] 南京林产工业学院 主编，天然树脂生产工艺学，北京，中国林业出版社，1983年，第一版
[2] 李齐贤编著，松脂加工工艺，北京，中国林业出版社，1988年11月第一版
[3] B/T8145-2003-T 脂松香
[4] 脂松香工厂建设标准（1992）
[5] GB/T12901-91 松节油
[6] 陈素文，松香松节油深加工技术与利用，北京，中国林业出版社，1997年
[7] 李齐贤编著，松香生产技术问答，北京,中国林业出版社，1983年3月第一版
[8] [西德] w.山德尔曼著 天然树脂、松节油和木桨浮油化学和工艺学，北京，中国林业出版社，1982年8月第一版
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