Методы утилизации полимерных отходов

Ход определения.

Стаканчик с крышкой (бюкс), высушенный до постоянной массы при (105 ± 2)°С, взвешивают. В стеклянный бюкс, взвешенный с погрешностью не более 0,0002 г, помещают 1-2 г исследуемого материала и взвешивают с той же погрешностью. Бюксы с веществом ставят в сушильный шкаф, нагретый до (105 ± 2)°С, и сушат при этой температуре. Количество стаканчиков, помещаемых в шкаф, не должно быть более восьми, а время загрузки их в шкаф не должно превышать 1 мин. Образцы выдерживают в термошкафу до постоянной массы бюкса. Стаканчики вынимают из термошкафа, помещают не менее чем на 45 мин в эксикатор с прокаленным хлористым кальцием, далее вынимают и взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г.

Обработка результатов.

Массовую долю сухого остатка X в процентах определяют по формуле:

Х = (m-m₁)/(m₂-m₁) * 100,

где m - масса бюкса с навеской после сушки, г;

m₁ - масса бюкса, г;

m₂ - масса бюкса с навеской до сушки, г.

За результат испытания принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допустимое расхождение между которыми не должно превышать 0,8%, и записывают с точностью до десятых долей процента.

2.3.8 Определение плотности

В чистый цилиндр наливают исследуемое вещество приблизительно на 1/2-2/3 объема цилиндра. Опускают сухой и чистый ареометр. Ожидают 2-3 минуты и определяют значение плотности по делению шкалы на ареометре, против которого установится верхний мениск.

2.3.9 Нанесение огнезащитного покрытия

Испытания проводили на образцах, изготовленных из прямослойной воздушно-сухой древесины сосны с плотностью 0,45-0,55 г/см³. Образцы древесины имеют размеры 100x35x 5 мм.

Обработка древесины огнезащитными покрытиями производилась кистью. На взвешенные образцы наносилось огнезащитное покрытие с разным расходом. Затем давали высохнуть им до постоянной влажности в течение суток.

2.3.10 Испытания образцов древесины в установке «Огневая труба»

Метод заключается в определении потери массы образца и времени самостоятельного горения при его испытании в трубе пламенем спиртовой горелки.

Испытания проводят в вытяжном шкафу при естественной тяге в установке для огневых испытаний (рис.2.1). Образцы для испытаний из древесины сосны без дефектов, размеры образцов 100x35x 5 мм. Образец подвешивается на крючок прибора, и крючок закрепляется на штативе так, чтобы нижний край образца выходил из нижнего конца трубы на расстояние 5 мм, а расстояние между нижним концом образца и срезом фитиля спиртовки составляло также 5 мм. Необходимо следить, чтобы образец располагался по центру трубы и не касался ее стенок.

После этого зажигают спиртовку и регулируют ее так, чтобы высота пламени была 40-50 мм (зажигание и регулирование спиртовки производят вне прибора). Зажженную спиртовку помещают на штативе так, чтобы

нижний край образца находился в пламени, причем пламя спиртовки должно быть по центральной оси образца, и включают секундомер.

Образец выдерживают в пламени спиртовки 2 мин, после чего спиртовку убирают (пламя загасить колпачком), под образец ставят взвешенную чашку Петри, и осматривают образец в трубе с помощью зеркала, которое устанавливают снизу так, чтобы в него был виден весь образец в трубе.

Если пламенное горение образца отсутствует (время самостоятельного горения равно 0) - секундомер выключают, несгоревшие остатки образца осторожно вынимают из трубы и укладывают на чашку Петри. После остывания чашку Петри с несгоревшим остатком взвешивают.

Рисунок 2.1 - Схема установки для огневых испытаний:

1 - металлический крючок для крепления образца;

2 - металлическая или керамическая труба; 3 - образец;

4 - зеркало; 5 - спиртовка; 6 - штатив.

Если после удаления спиртовки образец продолжает гореть самостоятельно (на образце наблюдаются языки пламени) - наблюдают за образцом (исчезновением на образце языков пламени) выключают секундомер и отмечают продолжительность испытания в секундах (t_иcп).

Рассчитывают время самостоятельного горения (t_c.г с) по формуле:

t_c.г = t_иcп - 120

Несгоревшие остатки образца осторожно вынимают из трубы и укладывают на чашку Петри. После остывания чашку Петри с несгоревшим остатком взвешивают.

Потерю массы образца древесины при горении (?m, %) вычисляют по формуле:

?m = (m₁-m₂)/(m₁-m₀) * 100,

где m₁- масса чашки с образцом древесины до сжигания, г;

m₂ - масса чашки с образцом древесины после сжигания, г;

m₀ - масса чашки, г.

Результат округляют до десятичного значения.

Таким образом, испытывают все 4 образца, обработанных огнезащитным составом.

Среднюю потерю массы образцов определяют как среднее арифметическое из значений потери массы, полученных в результате испытаний всех четырех образцов.

Испытание ОЗС на основе продукта аминолиза отхода производства ПК в МЭА 1:1

№	а	б	с	м1	м2	м3	м4	расход,г	м1'	м2'	S,м2	Пот. массы	Расход ,г/м2
1	150,4	59,1	29,3	3,62	*	*	*	3,62	137,57	125,12	0,03005	9,05	120,45
2	150,3	60	28,9	3,66	*	*	*	3,66	139,42	124,37	0,03019
3	150	59,5	28,9	2,94	2,8	*	*	5,74	140,04	126,03	0,02996	10,00	191,59
4	150,2	58,6	28,4	3,69	2,82	*	*	6,51	144,57	137,88	0,02946
5	150,1	59,4	28,5	2,57	2,12	1,72	*	6,41	133,3	125,21	0,02977	6,07	215,29
6	150	59,6	28,8	4,7	3,66	2,59	*	10,95	135,68	131,71	0,02995	2,93	365,57
7	150	59,9	28,8	3,42	2,88	2,25	0,48	9,03	146,52	142,45	0,03006	2,78	300,40
8	150,1	59,6	28,9	3,72	2,59	2,13		8,44	132,41	127,94	0,03001

Испытание ОЗС на основе продукта аминолиза отхода производства ПК в МЭА 1:1

№	а	б	с	м1	м2	м3	м4	расход, г	м1'	м2'	S, м2	Пот. массы	Расход, г/м2
1	150,4	59,5	29,7	3,84	*	*	*	3,84	134,22	120,67	0,03037	10,10	126,46
2	150,9	59,7	30	3,01	*	*	*	3,01	132,34	125,03	0,03065	5,52	98,19
3	150,3	59,3	29,2	3,41	3,41	*	*	6,82	141,48	137,58	0,03007	2,76	226,83
4	150	59,4	29,3	3,69	3,4	*	*	7,09	136,19	130,18	0,03009	4,41	235,62
5	151,2	59,8	29,1	2,88	2,46	2,44	*	7,78	129,14	124,5	0,03036	3,59	256,23
6	150,2	59,4	29,4	3,6	2,85	2,21	*	8,66	132,42	128,54	0,03017	2,93	287,06
7	150,2	59,7	29,7	3,88	2,08	2,43	2,28	10,67	144,4	140,71	0,03040	2,56	350,96
8	150,1	59,8	29,6	3,44	2,94	2,1	2,21	10,69	138,86	134,86	0,03038

2.4 Обсуждение результатов

2.4.1 Изучение реакции аминолиза поликарбоната МЭА

Схема создания ОЗС состоит из четырех последовательных стадий.

На первой стадии исходный полимер был подвергнут реакции аминолиза.

Для поведения реакции аминолиза были использованы следующие амины:

Этилендиамин NH₂-CH₂-CH₂- NH₂

Моноэтаноламин NH₂-CH₂-CH₂-ОН

2.4.1 Изучение реакции аминолиза поликарбоната МЭА

Реакция аминолиза ПК в МЭА в соотношении 1:1 проводилась в трехгорлой колбе, снабженной мешалкой и обратным холодильником при температуре 80 °С, реакция протекала в течение 90 минут.

Приход	Расход
	г	моль	мл		Внеш. вид	г	мл	Вязкость по ВЗ-246 с d = 4мм, с
ПК	50,58	0,22 (на звено ДФП)	-	Продукт аминолиза (с = 0,94 г/см3)	Вязкая прозрачная жидкость, темно-оранжевого цвета	100,17	106,56	23 мин 46 сек
Моноэтаноламин 100% (с = 1,922 г/см3)	49,59	0,81	48,52
Итого	100,17			Итого		100,17



Выделение ДФП

На второй стадии в колбу приливаем раствор соляной кислоты до кислой реакции по лакмусу. Соляную кислоту добавляем постепенно при помощи дозокапельной воронки.

После добавления соляной кислоты на дне колбы образовался осадок. Образовавшуюся смесь охлаждаем.

Отфильтровываем полученный осадок на воронке Бюхнера.

Осадок промываем дистиллированной водой до нейтральной реакции. Влажный осадок сушим в сушильном шкафу при температуре 80°С до постоянной массы.



Для анализа выделившегося осадка были использованы следующие методы:

температура плавления;

ИК спектр;

Температура плавления чистого вещества согласно справочным данным составляет 154-157 °С. Температура плавления перекристаллизованного осадка составила 154-155⁰С, что соответствует чистому дифенилолпропану.

Для определения состава выделившегося осадка был использован ИК-спектр. Полученные данные ИК -спектра представлены на рисунке 2.11

Спектр был снят на приборе Spectrum one Nicolet 6700 с приставкой start orbit фирмы Percin Elmer. ИК-спектр полученного осадка полностью идентичен ИК-спектру дифенилолпропана, взятому из базы данных.

ИК- спектр дифенилолпропана имеет следующие полосы, отвечающие определенным группам. Рассмотрим их более подробно.

ИК- спектр дифенилолпропана имеет полосу в области 3300 см^-1, которую следует отнести к валентным колебаниям ОН- групп , полосы 1600-1500 см^-1 , характерные для валентных колебаний связей С=С ароматических колец, дублеты полос в области 1600, 1100-1000 и 900-700 см^-1, соответственные производным дифенила, а также полосу 1175 см^-1, характерную для изопропильной группы.

Структурная формула дифенилолпропана изображена на рисунке 2.12.[3].

Рисунок 2.12-Структурная формула дифенилолпропана.

Для проведения реакции был сделан спектр исходного поликарбоната. Спектр исходного поликарбоната приведен на рисунке 2.13.

Рисунок 2.13-Спектр исходного поликарбоната.

В таблице 2.14 приведены значения полос поглощения исходного поликарбоната.

Таблица 2.14-Полосы исходного поглощения поликарбоната.

Полосы поглощения исходного поликарбоната н, см-1
3058,1
2968,3
2932,3
1772,0
1505,5
1077

Исходный поликарбонат имеет ярко выраженную полосу поглощения в области 1772,0 см^-1, которая характеризует колебания сложной эфирной связи (-О-СО-),в области 1510 - 1500 см^-1, которые соотвествуют колебаниям ароматической системы, а также полосы поглощения в области 3060 - 2850 см^-1, которые соотвествуют симметричным и асимметричным колебаниям СН₂ и СН₃-групп.

Для обнаружения составных частей в продукте аминолиза была проведена реакция взаимодействия поликарбоната с МЭА при соотношении 1:0,9. С продукта аминолиза спектр на приборе Spectrum one Nicolet 6700 с приставкой start orbit фирмы Percin Elmer. Спектр продукта аминолиза. Спектр продукта аминолиза представлен на рисунке 2.15.

Рисунок 2.15- Спектр продукта аминолиза.

ИК- спектр продукта аминолиза имеет следующие полосы, отвечающие определенным группам.

На основании данных ИК - спектра получены следующие данные, представленные в таблице 2.16.

Таблица 2.16-Полосы поглощения продукта аминолиза, ПК; ДФП.

Полосы поглощения поликарбоната, н, см-1	Полосы поглощения продукта аминолиза,н, см-1	Полосы поглощения Дифенилолпропана, н, см-1
1772,0	-	-
-	1737,2	-
-	1640,7	-
1500-1510
1775

По полученным данным ИК - спектроскопии полоса поглощения поликарбоната 1772,0 см^-1 характерна для карбонатной группы. В продукте аминолиза и ДФП по данным ИК - спектроскопии карбонатная группировка отсутствует. Полоса поглощения продукта аминолиза: 1737,2 см^-1 характерна для сложных эфирных групп; 1640,7 см^-1 - соответствует уретановой группировке, 1500-1510 см^-1 характерны для валентных колебаний связей С=С ароматических; 1175 см^-1, характерна для изопропильной группы.

На основании полученных данных по ИК - спектроскопии возможно протекание реакции аминолиза по аминогруппе и гидроксильной группе, с образованием уретановой и сложноэфирных группировок.

Фосфорилирование маточника

Третьей стадией является реакция фосфорилирования. Она проводится в трехгорлой колбе, снабженной мешалкой и обратным холодильником. Предварительно растворенную в формалине фосфористую кислоту добавляем постепенно при помощи дозокапельной воронки. Реакция длится 2 часа при температуре 90°С.



2.4.2 Изучение реакции аминолиза поликарбоната ЭДА

Реакция аминолиза ПК ЭДА в соотношении 1:1 проводилась в трехгорлой колбе, снабженной мешалкой и обратным холодильником при температуре 80 °С, реакция протекала в течение 90 минут.

Приход	Расход
	г	моль	мл		Внеш. вид	г	мл	Вязкость по ВЗ-246 с d = 4мм, с
ПК	40,18	0,176 (на звено ДФП)	-	Продукт аминолиза (с = 0,922 г/см3)	Вязкая прозрачная жидкость, светло-желтого цвета	80,22	81,37	51
Этилендиамин 100% (с = 0,901 г/см3)	40,04	0,66	44,48
Итого	80,22			Итого		80,22

Выделение ДФП

На второй стадии в колбу приливаем раствор соляной кислоты до кислой реакции по лакмусу. Соляную кислоту добавляем постепенно при помощи дозокапельной воронки.

После добавления соляной кислоты на дне колбы образовался осадок. Образовавшуюся смесь охлаждаем.

Отфильтровываем полученный осадок на воронке Бюхнера.

Осадок промываем дистиллированной водой до нейтральной реакции. Влажный осадок сушим в сушильном шкафу при температуре 80°С до постоянной массы.

Фосфорилирование маточника

Третьей стадией является реакция фосфорилирования. Она проводится в трехгорлой колбе, снабженной мешалкой и обратным холодильником. Предварительно растворенную в формалине фосфористую кислоту добавляем постепенно при помощи дозокапельной воронки. Реакция длится 2 часа при температуре 90°С.



Нейтрализация продукта фосфорилирования

На четвертой стадии нейтрализуем полученный кислый продукт до нейтральной среды.

2.4.3 Изучение реакции аминолиза отхода производства поликарбоната МЭА

Реакция аминолиза отхода производства ПК МЭА в соотношении 1:1 проводилась в трехгорлой колбе, снабженной мешалкой и обратным холодильником при температуре 110 °С, реакция протекала в течение 90 минут.

Выделение ДФП

На второй стадии в колбу приливаем раствор соляной кислоты до кислой реакции по лакмусу. Соляную кислоту добавляем постепенно при помощи дозокапельной воронки.

После добавления соляной кислоты на дне колбы образовался осадок. Образовавшуюся смесь охлаждаем.

Отфильтровываем полученный осадок при помощи дозокапельной воронки.

Осадок промываем дистиллированной водой до нейтральной реакции. Влажный осадок сушим в сушильном шкафу при температуре 80°С до постоянной массы.

Фосфорилирование маточника

Третьей стадией является реакция фосфорилирования. Она проводится в трехгорлой колбе, снабженной мешалкой и обратным холодильником. Предварительно растворенную в формалине фосфористую кислоту добавляем постепенно при помощи дозокапельной воронки. Реакция длится 2 часа при температуре 90°С.

Нейтрализация продукта фосфорилирования

На четвертой стадии нейтрализуем полученный кислый продукт до нейтральной среды.

2.4.4 Изучение реакции аминолиза отхода производства поликарбоната ЭДА

Реакция аминолиза отхода производства ПК МЭА в соотношении 1:1 проводилась в трехгорлой колбе, снабженной мешалкой и обратным холодильником при температуре 110 °С, реакция протекала в течение 90 минут.

Приход	Расход
	г	моль	мл		Внеш. вид	г	мл
Отход производства ПК	20,53		-	Продукт аминолиза	Вязкая прозрачная жидкость, светло-желтого цвета	43,31	-
Этилендиамин 100% (с = 0,901 г/см3)	22,78
Итого	43,31			Итого		43,31

Выделение ДФП

На второй стадии в колбу приливаем раствор соляной кислоты до кислой реакции по лакмусу. Соляную кислоту добавляем постепенно при помощи дозокапельной воронки.

После добавления соляной кислоты на дне колбы образовался осадок. Образовавшуюся смесь охлаждаем.

Отфильтровываем полученный осадок при помощи дозокапельной воронки.

Осадок промываем дистиллированной водой до нейтральной реакции. Влажный осадок сушим в сушильном шкафу при температуре 80°С до постоянной массы.

Приход	Расход
	г	моль	мл		Внеш. вид	г	мл	Выход, %
Продукт аминолиза - в т.ч. ЭДА -в т.ч. ПК	43,31	-	-	ДФП	Белый порошок	9,2	-
HCl 35% (с = 1,17 г/см3)	58,5	50	0,56	Кислый маточник	Непрозрачная жидкость, оранжевого цвета	90	-	-
Дистиллированная вода (с = 1 г/см3)	20	20	-
				Потери
Итого	121,81			Итого		99,2

Фосфорилирование маточника

Третьей стадией является реакция фосфорилирования. Она проводится в трехгорлой колбе, снабженной мешалкой и обратным холодильником. Предварительно растворенную в формалине фосфористую кислоту добавляем постепенно при помощи дозокапельной воронки. Реакция длится 2 часа при температуре 90°С.

Нейтрализация продукта фосфорилирования

На четвертой стадии нейтрализуем полученный кислый продукт до нейтральной среды.



Проанализировав графики зависимости потери массы от расхода ОЗС можно заметить что самые лучшие показатели прослеживаются у ОЗС на основе продукта аминолиза отхода производства ПК ЭДА.

Озс на основе	Внешний вид	P, г/смІ	Сухой остаток	Ph
Твердый ПК МЭА	Мутная жидкость желтого цвета	1,091	29,75	6
Жидкий ПК МЭА	Мутная жидкость желтого цвета	-	-	6
Твердый ПК ЭДА	Прозрачная жидкость темно-красного цвета	1,138	39,75	6
Жидкий ПК ЭДА	Прозрачная жидкость темно-красного цвета	1,183		6

3. Технологическая часть

3.1 Характеристика исходного сырья и материалов

Наименование сырья	Государственный или отраслевой стандарт, технические условия, регламент или методика на подготовку сырья	Показатели, обязательные для проверки	Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями, не менее, %
Отход производства поликарбоната	-	-	-
Формалин технический	ГОСТ 1625-75, сорт 1	Массовая доля формальдегида	37
Фосфористая кислота техническая	ТУ 6-00-04691277-49-95	Массовая доля фосфористой кислоты	64
Аммиак водный технический	ГОСТ 9-92	Массовая доля аммиака	25
Кислота соленая синтетическая техническая	ГОСТ 857-88	Массовая доля хлористого водорода	35
Моноэтаноламин	ТУ 6-09-2447-86	Массовая доля моноэтаноламина	-
Вода

3.2 Описание технологического процесса

Технологический процесс производства дифенилолпропана и огнезащитного состава (антипирена) состоит из ряда последовательных операций, основными из которых являются:

подготовка сырья и материалов;

стадия аминолиза;

стадия выделения дифенилолпропана;

фильтрование полученного ДФП;

сушка влажного ДФП;

выгрузка дифенилолпропана;

стадия фосфорилирования кислого маточника продукта аминолиза;

нейтрализация продуктов фосфорилирования;

выгрузка готового продукта.

3.2.1 Подготовка сырья и материалов

Амин поступает в железнодорожных цистернах или в бочках. Из железнодорожных цистерн амин перекачивается в емкость хранения (поз.Е-1). Из емкости (поз.Е-1) амин насосом (поз.Н-1) подается в расходный мерник (поз.М-1).

Водный раствор соляной кислоты поступает в железнодорожных цистернах и перекачивается в емкость хранения (поз.Е-2). Из емкости (поз.Е-2) водный раствор соляной кислоты насосом (поз.Н-2) подается в расходный мерник (поз.М-2).

Формалин поступает в железнодорожных цистернах. Из железнодорожной цистерны формалин перекачивается в емкость хранения (поз.Е-3). Из емкости (поз.Е-3) формалин насосом (поз.Н-3) подается в расходный мерник (поз.М-3).

Аммиак, 25% раствор, поступает в железнодорожных цистернах и перека-чивается в емкость хранения (поз.Е-4). Из емкости (поз.Е-4) аммиак насосом (поз.Н-4) подается в расходный мерник (поз.М-4).

3.2.2 Стадия аминолиза

Стадия получения продукта аминолиза заключается в растворении частиц поликарбоната в амине.

Стадия получения продукта аминолиза проводится в стальном эмалированном реакторе (поз.Р-1) с рубашкой и мешалкой и нижним спуском. Реактор снабжен обратным коробоновым холодильником (поз.Х-1). Обогрев и охлаждение реактора осуществляется подачей в рубашку реактора соответственно пара с Р=3 атм. Или оборотной водой с температурой 10-25°С.

В реактор (поз.Р-1) из мерника амина (поз.М-1) подается раствор амина в соответствии с рецептурой загрузки на одну операцию.

Частицы охода производства ПК подаются через люк реактора. По окончании загрузки температуру реакционной массы поднимают подачей пара в рубашку реактора (поз.Р-1) до 150°С и выдерживают при этой температуре в течение 180 мин (до полного растворения частиц ПК).

В реакторе при температуре 150°С протекает реакция взаимодействия амина с отходом производства поликарбонатом.

После окончания стадии аминолиза в рубашку реактора (поз.Р-1) подается оборотная охлаждающая вода, реакционная масса охлаждается до 30°С,

3.2.3 Стадия выделения дифенилолпропана

Стадия получения дифенилолпропана проводится из продукта аминолиза в стальном эмалированном реакторе (поз.Р-1) с рубашкой, мешалкой и обратным холодильником (поз.Х-1).

Далее в реактор (поз.Р-1) из мерника (поз.М-2) подается водный раствор соляной кислоты 6% концентрации в соответствии с рецептурой загрузки на одну операцию. В рубашку реактора подается охлаждающая вода, включается мешалка. После загрузки соляной кислоты смесь перемешивается 10-15 мин, после чего проверяется рН смеси. При достижении кислой реакции (рН = 2-3) в реакторе образуется кристалический осадок дифенилолпропана.

3.2.4 Фильтрование полученного ДФП

Полученная смесь поступает на вакуумный нутч-фильтр (Ф). После отделения маточника дифенилолпропан промывается дистиллированной водой до нейтральной реакции. Промытый до нейтральной реакции дифенилолпропан подается в сушилку (С). Маточник подается в реактор (Р-2).

3.2.5 Сушка дифенилолпропана

Влажный осадок, промытый дистиллированной водой до нейтральной реакции поступает из фильтра на гребковую сушилку, где при температуре 80 °С происходит процесс сушки. Влажный осадок сушиться до постоянной массы в течение 5-8 часов. Высушеный осадок поступает в бункер, для хранения осадка (Е-5).

3.2.6 Стадия фосфорилирования кислого маточника продукта аминолиза

Стадия получения продуктов фосфорилирования проводится в стальном эмалированном реакторе (поз.Р-2) объемом 3,2 м³ с рубашкой, мешалкой и обратным холодильником (поз.Х-2), куда поступает продукт аминолиза от одной операции.

В рубашку реактора подается охлаждающая вода, включается мешалка. Открывается вентиль на воздушке холодильника.

Затем через люк реактора (поз.Р-2) загружают фосфористую кислоту. По окончании загрузки фосфористой кислоты температуру реакционной массы поднимают подачей пара в рубашку реактора до 90°С и выдерживают при этой температуре в течение 15 мин.

Далее в реактор (поз.Р-2) из мерника для формалина (поз.М-3) подается формалин в соответствии с рецептурой загрузки на одну операцию в течение 30 мин.

Выделяющийся формальдегид, пары воды через обратный коробоновый холодильник (поз.Х-2), охлаждаемый оборотной водой, и фазоразделитель (поз.Ф-1) направляется на систему адсорбции. Конденсат из холодильника (поз.Х-2) через фазоразделитель (поз.Ф-1) возвращается в реактор (поз.Р-2).

В реакторе при температуре 90°С протекает реакция взаимодействия продуктов аминолиза поликарбоната с фосфористой кислотой и формальдегидом. После окончания стадии синтеза в рубашку реактора (поз.Р-2) подается оборотная охлаждающая вода и реакционная масса охлаждается до 20-30°С.

3.2.7 Нейтрализация продуктов фосфорилирования

Огнезащитный состав получают нейтрализацией кислой реакционной массы водным раствором аммиака.

Нейтрализация до рН=5-6 проводится 25%-ным водным раствором аммиака при температуре 20-30°С.

Тепло реакции нейтрализации в реакторе (поз.Р-2) снимается оборотной водой, подаваемой в рубашку аппарата.

Раствор аммиака подается в реактор при непрерывно работающей мешалке из мерника (поз.М-4) со скоростью 5-10 л/мин. В процессе добавления аммиака в рубашку реактора подается охлаждающая оборотная вода с температурой 15-25°С. В случае подъема температуры в реакционной массе выше 80°С подача раствора аммиака прекращается и реакционная масса охлаждается до 50°С, после чего снова возобновляется подача аммиака.

После подачи в аппарат 80% от объема аммиака по рецептуре загрузки проверяется рН раствора. При рН раствора ниже 5 в реактор дозируется 25 л щелочи и после 5-минутного перемешивания рН вновь контролируется.

Далее аналогично порциями по 25 л нейтрализацию продолжают до достижения рН продукта 5-6. При рН=5-6 нейтрализацию заканчивают.

3.2.8 Выгрузка готового продукта

После окончания нейтрализации готовый продукт охлаждают в реакторе до 25-30°С и сливают при непрерывно работающей мешалке через нижний спуск в емкость готового реагента Антипирен I (поз.Е-6).

Из емкости (поз.-Е-6) реагент Антипирен I закачивается в железнодорожные цистерны, либо затаривается в стальные лакированные бочки емкостью 200 л.

Принципиальная технологическая схема производства антипирена представлена в приложении 3

3.3 Материальный баланс

Материальный расчет производится в соответствии с рецептурой и по стадиям технологического процесса. В результате данного производства получается промежуточный продукт дифенилолпропан и конечный - огнезащитный состав.

3.3.1 Материальный баланс на 1 тонну ДФП

I. Принимаем, что стадия нейтрализации аммиаком происходит с потерями.

II. Принимаем, что продукт фосфорилирования подвергается нейтрализации аммиаком не полностью.

III. Потери рассчитываем только на стадии нейтрализации, стадии фосфорилирования, стадии получения ДФП и кислого маточника.

IV. Принимаем, что продукт аминолиза используется весь (без остатка).

1. Стадия аминолиза:

а) Необходимое количество отхода производства ПК (m_ПК.т.), кг:

,

где m_ПК - масса поликарбоната, содержащегося в 43,31 г продукта аминолиза, взятого для выделения ДФП, г;

m_{сух. ДФП} - масса выделенного сухого ДФП, г.



б) Необходимое количество ЭДА (m_МЭА.т.), кг:

,

где m_ЭДА - масса поликарбоната, содержащегося в 43,31 г продукта аминолиза, взятого для выделения ДФП и получения маточника, г.

в) Необходимое количество продукта аминолиза (), кг:

2) Стадия выделения ДФП и получения кислого маточника:

а) Количество продукта аминолиза (), м.ч.:

,

где m_{пр.ам.з.}- масса продукта аминолиза, взятого для выделения ДФП и получения маточника, г;

m_в-в,2 - масса всех веществ, используемых при загрузке на 2 стадии, г.



б) Количество соляной кислоты 35%-ой (), м.ч.:

,

где m_НСl,35% - масса соляной кислоты, взятой для выделения ДФП и получения маточника, г.

в) Количество воды (), м.ч.:

,

где - масса воды, взятой для выделения ДФП и получения маточника, г.

г) Количество 100% продукта аминолиза (), кг:

где , %.

д) Количество соляной кислоты, 35%-ой в 100% продукта аминолиза (), кг:

е) Количество воды в 100% продукта аминолиза (), кг:

ж) Количество ДФП (), м.ч.:

,

з) Количество маточника (), м.ч.:

,

где m_мат.в - масса маточника, получившегося после отделения ДФП, г.

и) Количество потерь (), м.ч.:

,

где m_пот.в - масса потерь, получившегося после выделения ДФП и получения маточника, г.

к) Количество маточника (), кг:

л) Количество потерь (), кг:

3) Стадия фосфорилирования

а) Количество маточника, пошедшего на фосфорилирование (m_мат.ф), кг:

где m_в-в,3 - масса всех веществ, используемых при загрузке на 3 стадии, г;

m_мат.ф - масса маточника, взятого для фосфорилирования, г.

б) Количество фосфористой кислоты (), м.ч.:

,

где m_ф.к.з. - масса фосфористой кислоты, взятой для фосфорилирования, г.

в) Количество формалина (), м.ч.:

,

где m_форм.з. - масса формалина, взятого для фосфорилирования, г.

г) Количество фосфористой кислоты (), кг:

д) Количество формалина (), кг:

е) Количество продукта фосфорилирования (), м.ч.:

,

где m_пр.ф.з.- масса продукта фосфорилирования, получившегося в ходе реакции, г.

ж) Количество потерь (), м.ч.:

,

где m_пот.ф. - масса потерь, получившихся в ходе реакции фосфорилирования, г.

з) Количество продукта фосфорилирования (), кг:

л) Количество потерь (), кг:

4) Стадия нейтрализации

а) Количество продукта фосфорилирования, пошедшего на нейтрализацию (m_пр.ф.т.4), кг:

где m_в-в,4 - масса всех веществ, используемых при загрузке на 4 стадии, г.



б) Количество аммиака (), м.ч.:

,

где m_амм.з. - масса аммиака, взятого для фосфорилирования, г.

в) Количество ОЗС (), м.ч.:

,

где m_ОЗС3.з - масса ОЗС, взятого для нейтрализации, г.

г) Количество потерь (), м.ч.:

,

где m_пот.з.4.- масса потерь, получившихся в ходе реакции нейтрализации, г.



д) Количество ОЗС (), кг:

л) Количество потерь (), кг:

3.3.2 Материальный баланс на 1 тонну антипирена

I. Принимаем, что стадия нейтрализации аммиаком проходит без потерь.

II. Принимаем, что продукт фосфорилирования подвергается нейтрализации аммиаком полностью.

III. Потери рассчитываем только на стадии выделения ДФП и получения кислого маточника.

I Стадия нейтрализации.

а) Рассчитаем массу продукта фосфорилирования:

140,36 г (продукт фосфорилирования) - 194,96 г (ОЗС)

Х - 1000кг (ОЗС)

Масса продукта фосфорилирования = 719,94 кг

б) Рассчитаем массу водного раствора аммиака:

54,6 г (NH₃ ) - 194,96 г (ОЗС)

Х - 1000 кг (ОЗС)

Масса аммиака = 280,0574 кг

Полученные данные стадиии нейтрализации представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 Расчет компонентов стадии нейтрализации

Приход	кг	Расход	кг
Продукт фосфорилирования	719,94	ОЗС	1000
аммиак	280,06
Итого	1000	Итого	1000

II Стадия фосфорилирования

а) Рассчитаем массу маточника:

87,44 г (маточник) - 178,78 г (продукт фосфорилирования)

Х - 719,94 кг

Масса маточника = 352,117 кг

б) Рассчитаем массу H₃PO₃ :

45,92 г (H₃PO₃ ) - 178,78 г (продукт фосфорилирования)

Х - 719,94 кг

Масса фосфористой кислоты = 184,918 кг

в) Рассчитаем массу формальдегида (СН₂О):

45,52 г (СН₂О ) - 178,78 г (продукт фосфорилирования)

Х - 719,94 кг

Масса формалина = 183,307 кг

Полученные данные стадии фосфорилирования представлены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 Расчет компонентов стадии фосфорилирования

Приход	кг	Расход	кг
Маточник	352,117	Продукт фосфорилирования	719,94
H3PO3	184,918
СН2О	183,307
Итого	719,94	Итого	719,94

III. Стадия получения дифенилолпропана и кислого маточника

а) Рассчитаем массовую долю маточника от общей массы:

121,81 г - 100%

90,85 г - Х%

Х = 74,583% = 0,74583 мас.ч .

б) Рассчитаем массовую долю дифенилолпропана:

121,81 г - 100%

9,2 г - Х%

Х = 7,552% = 0,07552 мас. ч

в) Рассчитаем общую массу маточника:

m =

г) Рассчитаем массу дифенилолпропана:

m = 472,114*0,07552 =35,654 кг

д) Рассчитаем массу потерь:

m = 472,114-352,117-35,654 =111,343кг

е) Рассчитаем массу соляной кислоты:

58,5 г (HCI) - 90,85 г (маточник)

Х - 351,117 кг

m _HCI = 226,090 кг

ж) Рассчитаем массу воды:

20 г - 90,85 г

Х - 125,027кг

Х = 27,523 кг

з) Рассчитаем массу продукта аминолиза:

m = 472,114 - 226,090 - 27,523 = 218,501 кг

Полученные данные стадии получения дифенилолпропана и кислого маточника представлены в таблице 4.5.

Таблица 3.5 Расчет компонентов стадии получения дифенилолпропана и кислого маточника

Приход	кг	Рассход	кг
Продукт аминолиза	218,501	Дифенилолпропан	35,654
HCI	226,09	Маточник	352,117
H2O	27,523	Потери	111,343
Итого	472,114	Итого	472,114

IV. Стадия аминолиза поликарбоната моноэтаноламином

Принимаем, что продукт аминолиза используется весь (без остатка).

а) Рассчитаем массу поликарбоната содержащегося в продукте аминолиза:

20,53 г (ПК) - 43,31 г (продукт аминолиза)

Х - 218,501 кг

m _{поликарбоната} = 103,57 кг

б) Рассчитаем массу этилендиамина содержащегося в продукте аминолиза:

22,78 г (ЭДА) - 43,31 г

Х - 218,501 кг

m _ДЭА = 114,926 кг

Полученные данные стадии получения продукта аминолиза поликарбоната этилендиамином представлены в таблице 4.6.

Таблица 3.6 Расчет компонентов стадии получения продукта аминолиза моноэтаноламином

Приход	кг	Расход	кг
Поликарбонат	103,57	Продукт аминолиза	218,501
Этилендиамин	114,926
Итого	218,501	Итого	218,501

Полученные в ходе расчетов данные сведем в таблицу 4.7 материального баланса на 1 тонну огнезащитного состава.

Таблица 3.7 Сводная таблица нормы расхода сырья на 1т товарной продукции

Приход	кг	Расход	кг
Поликарбонат	103,57	Дифенилолпропан	35,654
Этилендиамин	114,926	Огнезащитный состав	1000
Соляная кислота	226,09	Потери	111,343
Вода	27,523
Фосфористая кислота	184,918
Формальдегид	183,307
Аммиак	280,06
Итого	1146,997	Итого	1146,997

Размещено на Allbest.ru

...