1、安徽建筑工业学院高分子材料与工程专业本科毕业设计年产 400 万米聚氨酯合成革生产工艺设计摘 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
2、 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 formula
3、tion 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, ano
4、ther 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安徽建筑工业学院高分子材料与工程专业本科毕业设计I目 录第一章 综述 .11.1 概述 .11.2
5、 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 .
6、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 .62安徽建筑工业学院高分子材料与工程专业本科毕业设计II7.2 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 .
7、69结束语 .70致谢 .71参考文献 .72附录 .74安徽建筑工业学院高分子材料与工程专业本科毕业设计0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
8、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
9、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 聚氨酯合成工艺安徽建筑工业学院高分子材料与工程专业本科毕业设计1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
10、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
11、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。安徽建筑工业学院高分子材料与工程专业本科毕业设计2PU树脂： 将聚酯多醇树脂和溶剂加入聚合釜内 加
12、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
13、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
14、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安徽建筑工业学院高分子材料与工程专业本科毕业设计3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
15、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
16、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合成革于六十年代初期开始生产。早期产品在意大利，西班牙，日本等国投产。从七十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
17、展速度较快的品种之一。湿法PU合成革是1963年在国外市场上出现的，安徽建筑工业学院高分子材料与工程专业本科毕业设计4这种湿法合成革的性能、结构与干法合成革相比，在透气性能及外观质量方面有明显的改进，可与天然皮革相媲美。七十年代末期和八十年代初期， 国外市场兴起的各种品种， 各种厚薄的，各种规格的织物布基(多为起毛布) 的湿法PU合成革，解决了无纺布湿法合成革工艺复杂、成本高，价格贵，品种单一的缺点。其产品的工艺设备简单，投资费用低，产品品种多，用途广泛，价格便宜。是目前世界合成革市场具有生命力的产品， 同时也是我国国内市场目前急需的升级换代的新产品。 八十年代以来， PU合成革在西欧，美国，
18、日本得到了迅速发展。随着产量的不断增加，产品的花色品种也不断更新换代。后来欧、美、日开发生产了PU超级鹿皮绒，成为当今市场上的热门货。 （2）国内我国从七十年代后期开始生产PU合成革， 1979年在广州人造革厂有了第一个PU合成革生产装置， 这一年就是我国PU合成革生产的开始。烟台合成革厂从日本引进年产3 O0万平方米PU合成革的生产转置1984年底试生产结束并通过国家级验收。后来，国内各地区积极引进技术和设备争相上此产品，国内有4家工厂与外商签订定引进湿法PU合成革生产线 ，利用我国技术和设备投产的生产线有l 0条。由于意大利PU合成革设备和技术先进价格较便宜，当前我国大多数引进的是意大利的
19、生产线。目前 我国已建成4O多条采用干法或湿法生产PU合成革的生产线。八十年代全国合成革的生产能力已达每年2亿平方米左右， 尽管如此人均产量尚不足0.2平方米。然而由于PU树脂的生产厂数较少，PU合成革的原料供不应求而依靠进口，其原料得不到保证使开工率很低，产品的花色品种也并不多，所以有待于进一步开发。随着我国人民生活水平的不断提高，人们对皮革制品的需求将会越来越太，而天然皮革的发展受到一定条件的限制， P U合成革的需要量将不断增长。然而我国PU合成革的产量很低，从而使PU合成革工业发展具有一定的背景。1.4.2聚氨酯合成革市场分析（1）聚氨酯合成革浆料前期发展迅猛，未来将趋于缓和随着发达国
20、家劳动密集型产业向我国转移，中国已成为世界最大的皮鞋、箱包生产国，年生产量占全球 50%以上，国内 PU浆料近年来处于快速发展阶段，PU浆料行业在 2003-2006年经历了较为迅猛的发展，行业扩张速度之快前所未安徽建筑工业学院高分子材料与工程专业本科毕业设计5有，据统计，2003-2006 年间 PU合成革浆料需求年均增长率达到 30%以上，浆料产能在此期间实现突破并为后期的发展奠定了坚实的基础。目前 PU浆料行业已进入较为稳定的阶段，未来 5年内需求年均增长率有望保持在 3%-6%左右。2000年，中国大陆成为世界上最大的人造革合成革产地。我国人造革合成革总产量从 2004年的 13.26
21、亿米增长到 2008年的 20.22亿米，而在合成革内部， PU 合成革的发展速度远远超过了作为第一代人工皮革产品的 PVC人造革，PU合成革的产量从 2000年 1.15亿米，增长到 2008年的 10.60亿米，增长了八倍多。比重超过 50%。（2）聚氨酯鞋底原液对传统材料未来存在巨大替代空间 近年来，国内聚氨酯鞋底原液发展速度较合成革浆料发展速度慢，据中国聚氨酯行业协会统计，2003年-2006年间PU鞋底原液年均增长率仅为9%左右，主要是由于这几年间MDI在我国由于供不应求，价格非正常地飞涨，制鞋业寻求其他原料代替一部分聚氨酯导致聚氨酯鞋底原液需求增速放缓。此外，作为全球最大的制鞋出口
22、国，近年来中国连续遭遇国际鞋业反倾销贸易摩擦而受挫，也对聚氨酯鞋底原液产业较大负面影响。值得注意的是，国内聚氨酯鞋底原液在鞋材中所占比例不到10%，远低于达国家20%的水平，未来随着上游异氰酸酯和多元醇国产化进程的提速，聚氨酯鞋底原液生产厂家成本将得到一定程度的降低，聚氨酯材料与其它鞋材（包括丁苯橡胶、顺丁橡胶、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯等）的价差将不断缩小，聚氨酯性价比优势将不断体现，未来聚氨酯鞋底原液相对传统鞋材的替代空间巨大。1.4.3我国聚氨酯合成革行业发展环境分析（1） 市场过度饱和:中国大陆多达300多条的湿式生产线和不能完全统计的干式生产线具有庞大的生产能力，依一般产速12码/
23、min计，一条生产线日生产能力为1.4万码/天，则300条生产线的年生产能力可达150,000万码/年。而为数不少的在建或拟建项目更是使得早已饱和的市场显得更加拥挤。（2） 原材料价格飙升:中国经济的迅猛发展使得生产资料的争夺日趋激烈，而生产资料的争夺直接导致原料价格的飙升，以2004年07月行情而言，甲苯的价格已由过去的三、四千块上调到七、八千块；丁酮的价格由正常的七、八千块安徽建筑工业学院高分子材料与工程专业本科毕业设计6更是狂飙到一万三至一万四之间；至于TDI和MDI，由于核心生产技术掌握在少数国外大公司手里，更是需拿着现金去排队。其它纺织原料如Nylon、Polyester的价格亦水涨
24、船高。 （3） 绿色壁垒障碍: 贸易战的范围和层面越来越广，越来越深。欧盟对中国地区的纺织品、皮革制品、鞋类等设立“绿色壁垒“。欧盟国家籍本身的技术优势而设立上述管制项目，无非是想凭借技术的难度及检测费用的提升来阻碍中国地区纺织品、皮革、鞋类产品的出口。1.4.4我国聚氨酯合成革行业特点我国聚氨酯合成革行业已成为一个新兴的颇有发展潜力的产业，该行业突出的特点表现为以下几个：（1）我国聚氨酯合成革行业具备显著的劳动力成本优势。 我国是人口大国，人力资源相当丰富，人力资源成本相当低。在我国合成革行业，这种优势将继续保持甚至扩展。（2）我国聚氨酯合成革发展迅速，市场日益拓宽，增长潜力巨大 近几年来，
25、我国聚氨酯合成革行业不断发展，不仅生产企业装备生产线不断增长，而且产品产量连年增长、品种花色年年增加 。（3）聚氨酯合成革工业在短期内将会有阵痛存在 虽然我国聚氨酯合成革工业的发展前景是好的，但是由于合成革工业最早是由落后的手工业发展而来的，没有形成产业集群优势，在技术水平、发展观念方面均与发达国家存在较大的差距。另外，国外大公司的入驻对本土品牌造成不利影响。（4）我国聚氨酯合成革工业对外依存度较大 据调查数据显示：在我国大大小小的聚氨酯合成革行业及其相关行业企业中，有 37.5的企业出口额占据了整体销售额的 2050，有 8.3的企业出口额占据了整体销售额的 5080，出口依存度非常大。1.4.5我国聚氨酯合成革行业发展展望（1）提升产品品质，走中、高端市场在众多纷杂的市场竞争中，单纯的价格战失去优势，关键要靠技术的难度来提升产品的价值。列举部分特色产品如下： 高剥离软质 PU合成革；
