Производство глифталевых алкидов и лаков на их основе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время лакокрасочные покрытия - основное средство защиты и отделки объектов, предметов и изделий разного назначения. Лакокрасочная промышленность выпускает обширный ассортимент лакокрасочных материалов (лаки, эмали, краски, грунтовки, шпатлевки, различные вспомогательные материалы), которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности: в строительстве, транспорте, быту. Их применяют для антикоррозионной защиты, различных изделий и оборудования, автомобилей, сельскохозяйственных машин и механизмов, для увеличения атмосферостойкости, для придания изделиям декоративного вида и для многих других целей. Привлечение для производства лакокрасочных материалов новых полимеров, а также модификация обычно применяемых пленкообразующих способствуют созданию лакокрасочных материалов улучшенного качества и со специфическими свойствами - термо- и химически стойких, электроизоляционных, необрастающих, водо- и абразивостойких, светоотражающих и др.

Лакокрасочные покрытия выполняют три функции: декоративную, защитную и специальную. По мере развития науки и промышленности значение второй и третьей функции возрастает.

Одним из важнейших классов пленкообразователей, являются алкидные олигомеры. Алкидные олигомеры представляют собой продукты конденсации полиолов и поликарбоновых кислот в присутствии монофункциональных соединений (модификаторов).

Покрытия на их основе обладают хорошей адгезией, эластичностью, стойкостью к удару. Алкиды способны отверждаться на воздухе;

Алкидные олигомеры широко применяются для производства лаков, эмалей, грунтовок, шпатлевок. Покрытия на их основе характеризуются хорошими механическими показателями, высокими защитно-декоративными свойствами. Недостатком таких ЛКМ является невысокая стойкость к действию растворов щелочей и моющих средств.

Поскольку спрос на алкидные лакокрасочные материалы постоянно возрастает, то целесообразно провести техническое перевоорджуения производства алкидных лаков, для снижения затрат на их производство и сокращения потерь сырья.

лакокрасочный реактор автоматизация

1. Обоснование выбора способа производства и АТС

1.1 Способ организации производства

По организации производства различают технологию по периодической, полунепрерывной и непрерывной схемам.

Для периодического способа производства характерен небольшой объем выпускаемой продукции.

Для полунепрерывного способа производства характерен более высокий объем выпускаемой продукции, часть оборудования непрерывного действия, часть периодического действия.

Для непрерывного способа производства характерен высокий выпуск продукции, все оборудование непрерывного действия, непрерывная загрузка взаимодействующих компонентов.

Для производства лака выбираем периодический способ производства, т.к. оно малотонажно.

1.2 Выбор основного оборудования

Под реактором периодического действия понимается емкостной аппарат с мешалкой, в верхнюю часть которого периодически вводят исходные реагенты, а из сливного патрубка периодически отводят реакционную смесь.

Достоинства реактора:

1. Возможность секционного обогрева корпуса реактора ( учитывая ступенчатую загрузку исходного сырья ) и достижение температуры реакционной смеси 260-280 °С;

2. Наличие охлаждающих устройств;

3. Возможность проведения синтеза смолы под вакуумом;

4. Наличие в крышке реактора патрубков для загрузки жидкого сырья и отвода газообразных веществ, а также люка диаметром 400-500 мм для осмотра, ремонта и чистки аппарата без снятия крышки.

Наиболее часто применяют реактора полного смешения периодического действия.

Выбираем реактор периодического действия, объемом 6,3 м3. Реактор выполнен из 2-х слойной стали, У4А+сталь.

1.3 Выбор оснастки реактора

Оснастка - это система для отгонки и улавливания легко летучих веществ из реактора, а также для соединения реактора с внешней средой.

Оснастка для азеотропного обезвоживания

- классическая

Предназначена для удаления реакционной воды и других растворов из реактора. Оснастка включает в себя разделительный сосуд, а также теплообменник между реактором и наклонным конденсатором..

Для азеотропного обезвоживания берут органический растворитель, который не смешивается с водой.

В процессе синтеза пары воды и ксилола поступают в конденсатор через теплообменник. Они совместно конденсируются и конденсат стекает в разделительный сосуд. В разделительном сосуде образуется два слоя: внизу вода, вверху ксилол. Вода периодически сливается. В это время ксилол самотеком стекает в реактор. Ксилол будет циркулировать пока не отгонится вся вода.

- по методу Du Pont

Эта оснастка позволяет практически полностью исключить потери фталевого ангидрида.

Вместо теплообменника используется насадочная колонна. Внутри насадки, на которых кристаллизуется фталевый ангидрид. Разделительный сосуд внутри имеет кольцевой карман, в него поступает ксилол. Ксилол откачивается из нижней части разделительного сосуда и поступает в верхнюю часть колонны.

Пары воды и фталевого ангидрида поступают в насадочную колонну, в которой поддерживается такая температура, при которой фталевый ангидрид кристаллизуется на насадках, а пары воды и ксилола пролетали через насадочную колонну, через конденсатор. Далее конденсат поступает в разделительный сосуд, там расслаивается, ксилол поступает в карман и откачивается снизу, вода периодически сливается. Ксилол закачивается насосом в верхнюю часть колонны и смывает кристаллы фталевого ангидрида в реактор.

2) Блочная оснастка

Она включает в себя сублимационную трубу и уловитель легколетучих веществ (погонов).

Эта оснастка предназначена для обезвоживания в синтезе алкидов. В процессе синтеза пары воды, а вместе с ними пары ФА пролетают в сублимационную трубу, из нее поступают в уловитель погонов, где они орошают под давлением тонкораспыленной водой. При этом ФА гидролизуется водой с образованием ортофталевой кислоты.

Сублимационная труба для того чтобы пары ФА не закристаллизовались раньше, чем они попадут в уловитель.

Для синтеза выбираем оснастку азеотропного обезвоживания по варианту фирмы «Du Pont», т.к. при этой оснастке фталевый ангидрид практически весь возвращается в реактор, т.е.отсутствуют его потери.

1.4 Выбор способа обогрева

В зависимости от типа синтезируемого олигомера и температуры синтеза различают:

а) обогрев продуктами сгорания топлива;

б) обогрев теплоносителями;

в) электрообогрев.

а) Обогрев продуктами сгорания топлива

При обогреве продуктами сгорания используют твердое топливо (дрова, уголь), жидкое топливо (мазут) и газообразное топливо (природный газ). Твердое и жидкое топливо сжигают в выносных топках. Газообразное сжигают непосредственно под днищем. Недостатки этого метода:

-повышенная пожаровзрывоопасность;

-большое время на охлаждение;

-возможность местных перегревов;

-низкий КПД.

б) Обогрев теплоносителями:

а)горячая вода (до 90 оС)

б)Водяной пар (120-150 оС)

в)Обогрев ВОТ (высокотемпературные органические теплоносители)

В качестве ВОТ применяют различные минеральные масла, а также дифенильные смеси, кремнеорганические жидкие теплоносители (термостойкие).

В качестве кремнеорганических теплоносителей модно использоватьсчя, например, Софэксил-ТСЖ-в представляет собой силоксановый полимер со специальными присадками.

Особенности:

Софэксил-ТСЖ-в разработан для использования в качестве теплоносителя, работающего при температуре в диапазоне от -50 до +400°С. (при кратковременном перегреве до 550°С) Софэксил-ТСЖ-в не имеет запаха, нетоксичен, не биоактивен и не входит в списки опасных продуктов.

ресурс работы более 20 000 часов в закрытом контуре

-пожаробезопасна,

-сохраняет низкую вязкость в условиях крайне низких температур (до -60°С),

-не токсична,

-безопасна для окружающей среды,

-не содержит опасных добавок,

-стабильна по тепловым характеристикам и не окисляется,

-химически инертна, взрывобезопасна, является трудногорючей в соответствии с определением горючести данном в ГОСТ 12.1.044.

-не вызывает коррозии,

-не вызывает осмоления, окисления и увеличения вязкости при длительной эксплуатации в нагретом состоянии,

-совместима с различными материалами,

-отсутствуют проблемы при возникновении утечек,

-отсутствует запах, теплоноситель не токсичен, не биоактивен.

в) Электроиндукционный обогрев

Реактор помещают в индуктор. Индуктор представляет собой катушки, на которые намотан медный провод в изоляции. На катушки подают переменный электрический ток. В результате возникает переменное магнитное поле, которое пронизывает стенку реактора. По закону электромагнитной индукции в стенке реактора наводятся вторичные токи (вихревые токи), которые нагревают непосредственно стенку реактора.

электроустановка, точнее трансформатор, причем здесь первичная обмотка - катушки, вторичная - корпус реактора.

Достоинства:

-высокий КПД(90%)

-невысокий перепад температур между стенкой и реакционной массой, в стационарном режиме 5-8оС, в пусковом режиме 20-40оС.

-возможность тонкой регулировки температур и как следствие исключение местных перегревов, следовательно высокое качество

-автоматическое управление реакторов с центрального пульта

-относительная простота и высокая культура производства.

Недостатки:

Высокая стоимость электроэнергии.

Выбираем обогрев ВОТ, т.к. при таком обогреве исключены местные перегревы, легко регулируется температура и можно комплексно использовать тепло подобных теплоносителей.

1.5 Выбор перемешивающих устройств

Перемешивание в синтезе играет важную роль. Перемешивание обеспечивает гомогенизацию реакционной массы, при которой концентрация и температура сводится к минимуму.

Все МПУ включают в себя 3 элемента: привод, вал, лопасть (лопатки).

При выборе МПУ внимание уделяют конструкции, типу течения и скорости перемешивания.

Тангенциальное течение (окружное, периметрическое)- жидкость течет по пути, параллельно описываемому лопасти мешалки. Перемешивание осуществляется за счет вихрей, возникающих по контуру мешалки.

Выбираем лопастную мешалку с тангенциальным типом течения.

1.6 Выбор фильтрующего оборудования

Существуют фильтры периодического и непрерывного действия. Для очистки применяют патронные фильтры, мешочные фильтры, сетчатые и тканевые фильтры, центрифуги.

1) Патронные фильтры.

Достоинства:

-Высокая степень очистки от частиц крупнее размеров пор фильтра.

-Исключается проскок грубых частиц.

Недостатки:

-Низкая пропускная способность патрона.

-Одноразовое применение патрона.

-Сложность обслуживания.

Здесь фильтрующий элемент-патрон, представляет собой цилиндр. Материал патрона пористый, представляет собой натуральные или синтетические волокна, пропитанные различными смолами.

2) Мешочные фильтры.

Достоинства:

-Доступность

-Хорошая термическая и химическая устойчивость мешков.

-Хорошая устойчивость материала мешков к растворителям.

Недостатки: ручная замена мешков. Фильтрующий элемент представляет собой мешок из различных материалов, в частности из синтетических волокон и сшиты. Материал мешков отличается по термостойкости и по химической стойкости. Мешки устанавливаются в металлическом или пластиковом корпусе, их может быть от 1 до 24.

3.Сетчатые и тканевые фильтры.

Достоинства:

1.Количество осадка незначительно.

2.Очистка фильтра от осадка проводится редко.

Недостатки: невысокая степень очистки. Выбираем мешочные фильтры, т.к. более доступные, чем патронные фильтры, производительность от 0,5 до 1250 мкм

1.7 Выбор транспортирующего и дозирующего оборудования

Транспортируется по трубопроводам с помощью насосов. КЖТ, глицерин дозируется весовыми мерниками. Растворители дозируются жидкостными объемными счетчиками. Сыпучие вещества дозируются по массе, загружается вручную

2. Технологические расчеты

2.1 Материальный баланс

Рецептура лака ГФ-0123 приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 Рецептура лака ГФ-0123

Наименование компонента	Массовая доля, %
	На основу	На раствор
1.Кислоты жирные таловые, 100%	36,36	20,4
2.Глицерин, 100%	22,20	12,4
3.Канифоль	5,14	2,9
4.Ангидрид фталевый	36,3	20,3
5.Ортоксилол	-	44,0
ИТОГО	100,0	100,0

В таблице 2.2 приведены основные характеристики сырья.

Таблица 2.2 Основные характеристики сырья.

Наименование компонента	Плотность, кг/м3
1.Кислоты жирные таловые, 100%	905
2.Глицерин, 100%	1260
3.Канифоль	1080
4.Ангидрид фталевый	1197
5.Ортоксилол	874

Общая загрузка рассчитывается по формуле:

Загрузка=V·ссмесиц, (1.1)

где V - рабочий раствор реактора; ссмеси - плотность смеси; ц - коэффициент заполнения Плотность смеси определяется по формуле:

ссмеси=1/У(щi·10-2)/ сi, (1.2)

где

щi - массовая доля каждого компонента;

сi - плотность каждого компонента.

Рассчитываем плотность смеси:

ссмеси=1/(36,36·0,01/905+22,20·0,01/1260+5,14·0,01/1080+36,30·0,01/1197+5·0,01/874)=1019 кг/м3

Определяем общую загрузку в реактор

Загрузка=6,3·0,8·1019=5136 кг

Загрузка=К·[(щкжт+щглицерин+щканифоль+щфа) +0,05·(щкжт+щглицерин+щканифоль+щфа)]

Определяем коэффициент

К=5136/[(36,36+22,20+5,14+36,30)+0,05·(36,36+22,20+5,14+36,30)]=49

Находим массу каждого компонента

mi= щi·К (1.3)

Масса загружаемого глицерина

mглицерин=22,20·49=1088 кг

Масса загружаемого КЖТ:

mкжт=36,36·49=1782 кг

Масса загружаемой канифоли:

mканифоль=5,14·49=252 кг

Масса загружаемого фталевого ангидрида:

mфталевый ангидрид=36,30·49=1778 кг

Масса загружаемого ксилола:

mксилол=5·49=245 кг

Масса всех загружаемых компонентов равна 5145 кг

Расчет потерь производится исходя из заводских данных:

Потери КЖТ составляют 0,5%, от загрузки,

следовательно потери КЖТ: mкжт =(1782·0,5)/100=9,0 кг

щглицерин=1,2%, следовательно потери глицерина составят mглиц=(1088·1,2)/100=13,0 кг

щканифоль=2,4%,следовательно потери канифоли составят mканифоль=(252·2,4)/100=6,0 кг

щфа=0,8%, следовательно потери фталевого ангидрида составят mф.а=(1778·0,8)/100=14,0 кг

щксилол=3%, следовательно потери ксилола составят mксилол=(245·3)/100=7,4 кг

Общее количество потери составляет 49,4 кг

Находим количество образовавшегося алкида по формуле

Алкид=Упрореаг. - Н2О реакционная (1.4)

Расчет реакционной воды

-по фталевому ангидриду:

1 кмоль ФА - 1 кмоль Н2О

148 кг ФА - 18 кг Н2О

1764 кг ФА - х кг Н2О

х=214,5 кг

-по КЖТ:

1 кмоль КЖТ - 1 кмоль Н2О

292 кг КЖТ - 18 кг Н2О

1773 кг КЖТ - у кг Н2О

у=96 кг

-по канифоли:

1 кмоль канифоли - 1 кмоль Н2О

331 кг канифоли - 18 кг Н2О

246 кг канифоли - z кг Н2O

z=13,4 кг

Теоретическое количество реакционной воды равно:

Н2Отеор=214,5+96+13,4=324 кг

Реакционное количество воды определяется по формуле:

Н2Ореакц.= Н2Отеор.·б (1.5)

Степень конверсии по карбоксильным группам б определяется по формуле

б=(К.Ч.о - К.Ч.г.п)/К.Ч.о (1.6)

К.Ч.г.п.=30мгКОН/г

К.Ч.о=1/2·К.Ч.фа· щфа+(К.Ч.кжт· щкжт+К.Ч.канифоль·щканифоль)

К.Ч.о=1/2·757·0,363+(192·0,3636+169·0,0514)=216

б=(216 - 30)/216=0,86

Количество реакционной воды составляет:

Н2Ореакц.=324·0,86=278,6 кг

По формуле (1.4) рассчитываем количество алкида

Алкид=4858 - 278,6=4579,4 кг

В таблице 2.3 приведен материальный баланс синтеза основы лака

Таблица 2.3 Материальный баланс синтеза основы лака

Приход	Расход
Наименование компонента	Масса, кг	Наименование компонента	Масса,кг
1	2	3	4
1.кжт	1782	1.основа лака -алкид -ксилол	4817 4579,4 237,6
2.глицерин	1088	2.реакционная вода	278,6
3.канифоль	252	3.потери -кжт -глицерин -канифоль -фа -ксилол	49,4 9,0 13,0 6,0 14,0 7,4
4.фталевый ангидрид	1778
5.ксилол	245
Итого	5145	Итого	5145

Материальный баланс на стадии растворения:

Количество нелетучих веществ составляет 54%

М алкид - 54 %

М лак - 100%, отсюда

4579,4 - 54%

М лак - 100 %

Млак=8480,4 кг

Массу лака можно рассчитать по формуле

М лак=М р-ль+М алкид (1.7)

Масса растворителя в лаке:

М р-ль=8480,4 - 4579,4=3901 кг. Масса растворителя, которую требуется загрузить, с учетом растрителя в основе:

М'р-ль=М р-ль - М кс.в основе (1.8)

М'р-ль=3901 - 237,6=3663,4 кг

Масса загружаемого растворителя, с учетом потерь

М''р-ль=М'р-ль·1,05 (1.9)

М''р-ль=3663,4·1,05=3846,6 кг

Потери р-ль= М''р-ль - М'р-ль (1.10)

Потери р-ль=3846,6 - 3663,4=183,2 кг

В таблице 2.4 представлен материальный баланс на стадии растворения

Таблица 2.4 Материальный баланс на стадии растворения

ПРИХОД	РАСХОД
Наименование компонента	Масса, кг	Наименование компонента	Масса, кг
1	2	3	4
1.Основа лака -алкид -ксилол	4817 4579,4 237,6	1.Лак -алкид -ксилол	8480,4 4579,4 3901
2.Ксилол	3846,6	2.Потери -ксилол	183,2
ИТОГО	8663,6	ИТОГО	8663,6

Потери на стадии фильтрации

Так как на 1 тонну лака приходится 20 кг потерь, рассчитываем массу потерь 8480,4 кг лака.

на 1000 кг лака - 20 кг потерь

на М лака - х кг

1000 - 20

8480,4 - х

х=169,6кг

Материальный баланс на стадии фильтрации лака представлен в таблице 2.5

Таблица 2.5 Материальный баланс на стадии фильтрации лака

ПРИХОД	РАСХОД
Наименование компонента	Масса, кг	Наименование компонента	Масса, кг
1	2	3	4
1.Лак неочищенный	8480,4	1.Лак очищенный	8310,8
		2.Потери	169,6
ИТОГО	8480,4	ИТОГО	8480,4

2.2 Расходные нормы сырья и нормы образования отходов при проивзодстве 1 тонны готовго продукта

В таблице 2.6 представлены нормы расхода сырья на 1000 кг лака.

Таблица 2.6 Нормы расхода сырья на 1000 кг

Компонент	Масса, кг
1.КЖТ	214
2.Глицерин	131
3.Канифоль	30
4.ФА	214
5.Ксилол	491
ИТОГО	1080

В таблице представлены нормы образования отходов на 1000 кг лака.

Таблица 2.7 Нормы образования отходов на 1000 кг

Компонент	Масса,кг
1.КЖТ	1,1
2.Глицерин	1,6
3.Канифоль	0,72
4.ФА	1,68
5.Ксилол	22,89
6.Реакционная вода	33,5
7.Потери при фильтрации	20,41
ИТОГО	81,9

В таблице 2.8 представлены нормы расхода сырья

Таблица 2.8 Нормы расхода сырья

Компонент	кг/т	кг/ч	кг/смену	кг/сутки	кг/месяц	кг/год
1.КЖТ	214	151,6	1212,5	3637,4	107*103	128,4*104
2.Глицерин	131	92,8	742,2	2226,6	65,5*103	78,6*104
3.Канифоль	30	21,3	170	509,9	15*103	18*104
4.ФА	214	151,6	1212,5	3637,4	107*103	128,4*104
5.Ксилол	491	347,7	2781,9	8345,6	245,5*103	294,6*104
ИТОГО	1080	765	6119,1	18356,9	540*103	648*104

Ргод кжт=Gгод*214=6000*214=128,4*104

Р месяц=Р год/12

Рсут=Ргод/353

Рсм=Рсут/3

Рчас=Р см/8

В таблице 2.9 представлены нормы образования отходов

Таблица 2.9 Нормы образования отходов

Компонент	кг/т	кг/ч	кг/смену	кг/сутки	кг/месяц	кг/год
1.КЖТ	1,1	0,8	6,2	18,7	550	6600
2.Глицерин	1,6	1,1	9,1	27,2	800	9600
3.Канифоль	0,72	0,5	4,1	12,2	360	4320
4.ФА	1,68	1,2	9,5	28,6	840	10080
5.Ксилол	22,89	16,2	129,7	389,1	11445	137340
6.Реакционная вода	33,5	23,7	189,8	569,4	16750	201000
7.Потери при фильтрации	20,41	14,5	115,6	346,9	10205	122460
ИТОГО	81,9	58,0	464,0	1392,1	40950	491400

2.3 Расчет эффективного фонда времени и количество основного оборудования

Тэф = (365 - Пр - Вых) ·t·n - ( ППР + ТП) (1.11)

где Тэф - коэффициент эффективности;

t - продолжительность рабочей смены;

n = число синтезов в течении смены.

Тэф = (365 -117)·3·8-(180+80)=5692

Время цикла рассчитывается по формуле

ф цикл = ф загр. + ф нагрев + ф выдерж. + ф охл. + ф загр. р. воды + ф фасовка (1.12)

ф цикл =23+10=33 ч

Количество реакторов рассчитывается по формуле

Тэф/ ф цикл = Gгод·1000/М лак очищ.·n, (1.13)

где n-число реакторов

n=33·6000·1000/5692·8310,8=4

Принимаем для синтеза 4 реактора

Так как количество реакторов равно количеству смесителей

nсмесителя=4

2.4 Расчет объема вспомогательного оборудования

V=Мсут/с·ц, (1.14)

где V-объем цеховых емкостей (для жидких);

М сут-расход сырья в сутки;

с-плотность

ц-коэффициент заполнения (0,9)

Объем емкости для КЖТ:

V кжт=3637,4/905·0,9=4,4?5 м3

Объем емкости для глицерина:

Vглицерин=2226,6/1260·0,9=1,9?2 м3

Объем емкости для ксилола:

Vксилол=8345,6/874·0,9=10,6?11 м3

Расчет количества фильтров проводят по формуле:

nфильтров= Gгод·1000/ПР·Тэф, (1.15)

где ПР-производительность данного аппарата для очистки лака,кг/ч

nфильтров=6000·1000/1000·5692=1

3. Описание технологического процесса

3.1 Характеристика готовой продукции

Характеристика лака ГФ - 0123 представлена в таблице 3.1

Таблица3.1 Характеристика лака ГФ - 0123

Наименование показателя	Значение
1	2
1.Цвет лака по йодометрической шкале, мг J2/100 см3, не темнее	250
2.Внешний вид лака	Однофазная прозрачная жидкость без механических включений
3.Внешний вид пленки лака	Ленка должна быть прозрачной и не иметь механических включений и сыпи
4.Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-246 (или ВЗ-4) с диаметром сопла 4 мм при температуре (20,00,5)оС	Не менее 120
5.Массовая доля нелетучих веществ, %	54±2
6.Кислотное число (в пересчете на массовую долю нелетучих веществ), мг КОН/г, не более	30
7.Прочность покрытия при ударе по прибору У-1, см, не менее	40
8.Твердость покрытия по прибору ТМП (маятник А), относительные единицы, не менее	0,15
9.Совместимость со смолой К-411-02 в соотношении 1:1 по массе	Полная (смесь должна быть прозрачной, налив должен быть прозрачным)

3.2 Характеристика исходного сырья

В таблице 3.2 Представлена характеристика исходного сырья

Наименование сырья, материалов и полупродуктов	Государственный или отраслевой стандарт, технические условия, регламент или методика на подготовку сырья	Показатели, обязательные для проверки	Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями
1	2	3	4
1.Кислоты жирные таловые сорт высший	ГОСТ 14845	1.Цветность по йодной шкале, не более	10
		2.Кислотное число, мгКОН на 1г кислот, не менее	192
		3.Массовая доля смоляных кислот, %, не более	2
		4.Массовая доля неомыляемых веществ, %, не более	2
		5.Массовая доля воды	отсутствие
2.Глицерин дистиллированный Марка Д - 98	ГОСТ 6824	1.Прозрачность	прозрачный
		2.Относительная плотность d при 20оС по отношению к воде этой же температуры, не менее	1,2584
		3.Массовая доля чистого глицерина, %, не менее	98
		4.Цветное число, мгJ2/100 см3, не более	5
3.Канифоль сосновая, сорт высший 1,2	ГОСТ19113-84	1.Внешний вид	Прозрачная, стекловидная или с наличием пузырьков воздуха масса
		2.Интенсивность окраски	X,WW,WG
		3.Массовая доля воды,% не более	0,2
		4.Кислотное число, мгКОН/г, не менее	169
4.Ангидрид фталевый технический марки А сорт высший	ГОСТ 7119	1.Внешний вид	Чешуйки и порошок белого цвета или расплав
		2.Массовая доля фталевого ангидрида, %, не менее	99,9
		3.Температура кристаллизации, оС, не ниже	130,9
4.Ортоксилол нефтяной высший сорт.	ТУ 38.101254-72	1.Внешний вид и цвет	Прозрачная жидкость, не содержащая посторонних примесей и воды, не темнее раствора 0,003г К2Сч2О7 в 1 л воды
		2.Плотность при 20оС, г/см3, в пределах	0,878 - 0,880
		3.Содеожание основного вещества, мол., %, не менее	99,2

3.3 Описание технологического процесса

1 Подготовка сырья

2 Синтез глифталевой смолы

3 Растворение смолы и постановка лака на тип

4 Фильтрация лака и выкачка в цех хранения ТМЦ

5 Хранение лака и передача в производство АЛКМ

6 Мойка аппаратуры

5.1 Подготовка сырья

1)Подготовка сырья

Жидкое сырье (КЖТ, глицерин, ксилол) поступает в производство лаков по трубопроводам в специально оборудованные емкости-хранилища (поз.1, поз.2, поз.16) вместимостью 5 м3, 2 м3 и 11 м3, соответственно. Емкости оборудованы схемой предупредительной сигнализации уровня и блокировки клапана при достижении предупредительного значения уровня в емкости.

Во избежание окисления и образования пленок емкости подсоединены к системе азотного дыхания.

Орто-ксилол для азеотропного ведения процесса закачивается в реактор поз. 3.

Дозировка орто-ксилола в реактор (поз.3) и в смеситель (поз.10) осуществляется по счетчику-дозатору у смесителя с помощью системы дистанционного управления с центрального пульта.

Твердое сырье (фталевый ангидрид, канифоль) заготавливается в количестве, необходимом для суточного изготовления смолы. Фталевый ангидрид поставляются в бумажных, полипропиленовых или полиэтиленовых мешках или контейнерах; канифоль - в фанерных или оцинкованных барабанах.

2)Синтез глифталевой смолы

Синтез смолы проводится в универсальных установках с рабочей вместимостью реакторов 6,3 м3. В состав установки с реакторами, оборудованными насадочными колоннами входят:

-реактор V=6,3 м3 (поз.3)

-насадочная колонна (поз.6)

-конденсатор (поз.7)

-разделительный сосуд (поз.9)

-дополнительный конденсатор(поз.8)

Перед загрузкой в реактор качество сырья проверяется по результатам испытаний лаборатории входного контроля сырья ОТК, а также лабораторией технического контроля производства лаков.

Перед загрузкой сырья в реактор проверяют на чистоту и исправность аппаратуру всей установки и коммуникаций.

После загрузки всего сырья, причем загрузку твердого сырья производят при работающей мешалке, включают обогрев реактора и нагревают реакционную массу до температуры (245±5) оС, при которой производят процесс полиэтерификации до следующих показателей:

-условная вязкость 50 %-ного раствора смолы при температуре (20,0±0,5) оС по вискозиметру ВЗ - 246 с диаметром сопла 4 мм 40 -50 с.

- кислотное число, не более 30 мгКОН/г

Азеотроп

В случае медленного нарастания условной вязкости при кислотном числе, достигшем требований СТП, допускается повышение температуры до 255 оС, а в случае быстрого нарастания условной вязкости допускается производить снижение температуры до 235 оС.

Проверку условной вязкости начинают проводить при достижении температуры (200±5) оС и проводят не реже, чем через каждый час, а при достижении условной вязкости 30-35 с в ксилоле проверку производят не реже, чем через 30 минут.

При определении условной вязкости учитывают растворитель, содержащийся в смоле. Для этого проверяют массовую долю нелетучих веществ в основе каждые 3 ч выдержки и в конце процесса перед охлаждением реактора. Кислотное число проверяют периодически, но не реже, чем через 2 часа выдержки и в конце процесса.

Готовую смолу охлаждают до температуры 150-180 оС и в токе инертного газа сливают в смеситель (поз.10) под слой растворителя.

Перед сливом в смеситель основа должна иметь следующие показатели:

-Условная вязкость 50 %-ного раствора смолы при температуре (20,0±0,5)оС по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм,с

в ксилоле не более 55

-Кислотное число, мг КОН/г, не более 30

3) Растворение смолы и постановка лака на тип

Растворение смолы и постановка на лака на тип производится в смесителе (поз.10).

В смеситель предварительно закачивают растворитель в количестве 90-95% от предусмотренного рецептурой.

Перед сливом смолы в смеситель включаются мешалки и пускается вода в конденсатор (поз.11) и в рубашку смесителя.

Перемешивание смолы с растворителем продолжается до получения однородного раствора не менее 2 ч.

Постановка на тип производится по условной вязкости и массовой доле нелетучих веществ путем добавок растворителя до получения следующих показателей:

-Условная вязкость лака по вискозиметру типа ВЗ-246

с диаметром сопла 4мм (ВЗ-4)при

температуре (20,0±0,5)оС, с не менее 120

-Массовая доля нелетучих веществ, % 54±2

-Кислотное число, мгКОН/г не более 30

4) Фильтрация лака и выкачка в цех хранения ТМЦ

Готовый лак из смесителя передается в емкость для сорного лака (поз.12). Температура лака должна быть в пределах 40-80 оС.

Лак из емкости насосом перекачивается мешочный фильтр (поз.13) в емкость для очищенного лака (поз.14). При недостаточной степени очистки, лак поступает обратно в емкость для сорного лака и процесс повторяется.

Мойка аппаратуры

Мойка аппаратуры (реакторов, смесителей) осуществляется 3-4% раствором щелочи. Раствор такой концентрации готовится непосредственно в реакторе разбавлением сухой щелочи водой. Раствор щелочи нагревается в течении 1,0 - 1,5 часа до температуры 105-110 оС, при которой он циркулирует по азеотропной системе в течение 1,0-1,5 часа. Во время циркуляции замывается и пробоотборник.

Затем к реактору подключается блочная система. Горячий раствор щелочи заполняет приемник и начинает проходить по линии газовых выбросов. Как только линия газовых выбросов станет горячей, паровой обогрев отключается, и раствор щелочи сливается в смеситель.

После слива щелочи из реактора он замывается водой. Температура воды в реакторе поднимается до 90 оС и выдерживается 1 час. Водой промываются азеотропная и блочная системы. Затем вода сливается в смеситель.

Замывка смесителя производится раствором щелочи при температуре 100-105оС в течении 3-4 часов.

3.4 Нормы технологического режима

В таблице 3.3 представлены нормы технологического режима.

Таблица3.3 Нормы технологического режима

Наименование стадий и потоков	Наименование технологических показателей
	Продолжительность, ч	Температура,0С	Давление	Масса загружаемых компонентов, кг	Прочие показатели
1	2	3	4	5	6
3.1 Синтез основы лака (по рецептуре 3)
1.Подготовка реактора (осмотр, запаривание, проверка на герметичность)	0,5-0,75	Окруж. среды	атмосферное	отсутствует	Отсутствуют
2.Загрузка в реактор -КЖТ,100%	0,3-0,5	Окруж. среды	атмосферное	1782	Подача азота в реактор со скоростью 5-10 м3/ч
-глицерина,100%	0,3-0,5	Окруж. среды	атмосферное	1088
-канифоли	0,5-1,0	Окруж. среды	разрежение 5-10 кПа	252	Подачу азота отключить на период загрузки сыпучего сырья
-фталевого ангидрида	0,5-1,5	Окруж. среды	разрежение 5-10 кПа	1778
-ортоксилола	0,2-0,3	Окруж. среды	атмосферное	245	Подача азота со скоростью 5-10 м3/ч до конца процесса
3.Нагрев с азеотропной отгонкой	6,0-8,0	До (245±5)оС	атмосферное	отсутствует
4.Выдержка	8-12	245±5	атмосферное	5145	До условной вязкости 50%-ного рвствора по ВЗ-246 (ВЗ-4) при (20,0±0,5) оС в ксилоле 40-50 с и кислотного числа не более 30 мг КОН/г, м.д.н.в. (98±1)%
5.Охлаждение	0,5-1,0	150-200	атмосферное	5145
6.Слив смолы в смеситель	0,5-1,0	150-200	атмосферное	4817	В токе азота. При условной вязкости 50%-ного рвствора по ВЗ-246 (ВЗ-4) при (20,0±0,5) оС в ксилоле не более 55 с
7.Загрузка растворителя в реактор для ополаскивания	0,2-0,5	Не более 140	атмосферное	3901	В токе азота
8.Выдержка-перемешивание	0,2-0,5	Не более 140	атмосферное
9.Слив растворителя в смеситель		Не более 140	атмосферное	3901
ИТОГО	17,8-27,75
3.2 Растворение основы лака и постановка на тип
1.Загрузка в смеситель ортоксилола	0,5-1,0	Окруж. среды	Азотное дыхание 1,3 кПа	3663,4	Заготовка ортоксилола уменьшена на 1290 кг, используемых для ополаскивания реактора
2.Прием смолы в смеситель	0,5-1,0	Не более 120	атмосферное	4817
3.Прием растворителя с ополаскивания реактора	0,1-0,2	Не более 120	Атмосферное
4.Перемешивание с охлаждением	1,0-2,0	До 80	Атмосферное
5.Постановка на тип: добавка ортоксилола и перемешивание после каждой добавки	3,0-5,0	Не более 80	Атмосферное		До условной вязкости не менее 120 с и массовой доли нелетучих веществ (54±2)%
6.Передача лака в промежуточную емкость	2,0-3,0	40-80	Атмосферное
ИТОГО	7,1-12,2
3.3.Фильтрация лака и выкачка в ЛВО
1.Фильтрация лака и передача его в емкость цеха хранения	3,0-5,0	40-80	Не более 0,4 МПа
ИТОГО	3,0-5,0
ИТОГО	21-30
ВСЕГО	48,9-74,95

4. Технические расчеты

4.1 Тепловой расчет

1. На стадии нагрева. Количество тепла на стадии нагрева рассчитывается по формуле:

Qнагр. = Qнагр. р + Qнагр. м. + Qпот. (2.1)

Количество тепла, расходуемое на нагрев реактора, определяется

Qнагр. р =m*c*ДT , (2.2)

где m - масса реактора, с - теплоемкость материала (для стали 0,5 кДж/кг·град), ДT - разность температур. Qнагр. р =5850·0,5·(260-23)=693225 кДж Количество тепла, расходуемое на нагрев реакционной массы, определяется:

Qнагр. м. = (У mi·ci)·ДT , (2.3)

где m - масса сырья, с - теплоемкость сырья, ДT - разность температур.

Qнагр..м.=(1782·1,65+1088·2,35+252·2,26+1778·1,08+245·7,1)·(245-23)= =2159251,92 кДж

Количество тепла на образование потерь рассчитывается по формуле:

Qпот. = F·б·ДT·ф , (2.4)

где F -площадь реактора;б-коэффициент теплоотдачи от стенки;ф-время стадии

Площадь реактора рассчитывается по формуле:

F=Sцил+Sсф (2.5)

F=3,1·3,14·2,63=25,6 м2

Коэффициент теплоотдачи от стенки:

б=9,74+0,07·ДT (2.6)

б=9,74+0,07·32=11,98 Вт/м2·град

Расчет количества тепла на образование потерь

Qпот. =25,6·11,98·(55-23)·14400=1,41·108Дж=1,41·105кДж

Количества тепла на стадии нагрева равно:

Qнагр. =693225+2159251,92+1,41·105=2993476,92 кДж

qнагр= Qнагр./ ф (2.7)

qнагр=2993476,92/14400=207,9 кВт

Qнагр. =Gвот·Свот· ДT (2.8)

Gвот=2993476,92/1,88·(350-280)=22746,8 (кг)

2)На стадии выдержки

Количества тепла на стадии выдержки

Qвыд.=Qисп.ксилола+Qнагр.цир.кс.+Qпотерь (2.9)

Количество тепла на испарение ксилола

Qисп.кс=mкс.·rкс (2.10)

Количество тепла на циркуляцию ксилола

Qна.цир.кс= mкс·скс·ДТ (2.11)

ДТ=(Ткип.аз.см. - Тконд.)=85-10=75оС

на 35 кг Н2О - 65 кг ксилола

на 278,6 кг Н2О - х кг ксилола

х=517,4 кг

mксилола=4·х=4·517,4=2069,6 кг

Qисп.кс=2069,6·350=724360 кДж

Qнар.цирк.кс=2069,6·7,08·15=219791,52 кДж

Qпот=25,6·11,98·32·43200=4,24·108Дж=4,24·105кДж

Qвыд.=724360+219791,52+4,24·105=1368151,52кДж

Тепловой поток:

qвыд= Qвыд./ ф (2.12)

qвыд=1368151,52/43200=31,67кВт

Расход теплоносителя:

Qвыд= Gвот·Свот· ДT (2.13)

Gвот=1368151,52/1,88·70=10396,30

Количество тепла кожухо-трубчатого теплообменника определяется

Qкжто= Qконд.аз.см. - Q пот (2.14)

Откуда количество теплпа конденсации азеотропной смеси

Qконд.аз.см.= Qконд+ Qохл= mкс.·rкс+mн2о·rн2о+( mкс·скс+ mн2о·сн2о)·ДТ (2.15)

Qконд.аз.см.=2069,6·350+278,6·2,194·103+(2069,6·7,1+278,6·4,19)·15=

=1573530,8кДж

Qкжто=1573530,8 - 4,24·105=1149530,8 кДж

Qкжто= Gн2о·Сн2о·ДT (2.16)

Gн2о=1149530,8/4,19·(60-20)=6858,8 кг

Qкжто=F·K·ДTср·ф (2.17)

K=500Вт/м2·К

ДTср= (ДTб - ДTм)/2,3 lg(ДTб/ДTм)

ДTср=(65 - 10)/ 2,3 lg(65/10)=29,4 оС

F=1149530,8/500·29,4·43200=1,81м2

3)На стадии охлаждения

Количество тепла на стадии охлаждения

Qохл=Qохл.р-тор+Qохл.р.м - Qпот (2.18)

Количество тепла на охлаждение реактора

Qохл.р-тор=mреактор·Сст·ДТ (2.19)

Qохл.р-тор=5850·0,5·(260 - 110)=438750кДж

Количество тепла на охлаждение реакционной массы

Qохл.р.м.=(mпр.·Спр+mкс·Скс)· ДТ (2.20)

Теплоемкость продукта определяется по формуле

С пр.=Ущi·ci (2.21)

С пр.=0,3636·1,65+0,2220·2,35+0,0514·2,26+0,3630·1,08=1,63 кДж/кг·град

Qохл.р.м.=(4579,4·1,63+237,6·7,1)·(245 - 120)=1143922,75кДж

Количество тепла на образование потерь определяется по формуле (2.4)

Qпот= F·б·ДT·ф

Qпот=25,6·11,98·32·10800=1,06·108Дж=1,06·105кДж

Qохл=438750+1143922,75 - 1,06·105=1476672,75кДж

qохл= Qохл./ ф (2.22)

qохл=1476672,75/10800=136,7кВт

Qохл= Gвот·Свот· ДT (2.23)

Gвот=1476672,75/1,88·(100 - 20)=9818,3

Для q=max, т.е. для qнагрева=207,9к Вт

Qнагр=F·K·ДTср·ф

q=F· K·ДTср

K=190Вт/м2·К

ДTср= (ДTб - ДTм)/2,3 lg(ДTб/ДTм)

ДTср=(327 - 20)/ 2,3 lg(327/20)=110 оС

F=207,9/190·110=9,9м2

(mпр·Спр+ mкс·Скс)·(Тсл - Тлак)=(mсмесит·Сст+ mкс·Скс)·(Тлак - Токр.ср.)

Т лак=46,75оС

4.2 Механические расчеты

4.2.1 Расчет толщины обечайки корпуса реактора

Для обечаек, нагруженных наружным давлением, толщина стенки SR определяется по формуле:

SR= max {K2Д·10-2; 1,1·PR·Д/2·[G]} (3.1)

S= SR+C (3.2)

Коэффициент K2 определяется по номограмме в зависимости от значений коэффициентов К1 и К3

К1=ny·PR/2.4·10-6·E; (3.3)

K3=lR/Д; (3.4)

где С- прибавки на коррозию и округление размера до номинальной толщины по стандарту;

ny=2,4- коэффициент запаса устойчивости;

lR- расчетная длина обечайки, принимается в зависимости от ее конфигурации

lR= НI+hg/3=1,6+0,5/3=1,767 м

где НI- высота цилиндрической части аппарата, закрытая рубашкой

hg- высота эллиптической части днища,

hg=0,25·Д=0,25·2=0,5 м

Тогда К1=2,4·0,1/2,4·10-6·1,75·105=0,57; К3= 1,767/2=0,88

И по номограмме К2=0,35

Следовательно

SR1=0,35·10-2=7·10-3 м;

SR2=1,1·0,1·2/2·117,5=0,94·10-3 м.

Принимаем толщину стенки 10·10-3 м.

2)Подбор опор реактора

n=4 шт

Р1=Рmax/4 (3.5)

Рmax=(mреактора+mсмеси)·g (3.6)

Рmax=(5850+5145)·9,81=109950

Р1=109950/4=27487,5Н=27,5кН

3)Определение мощности мешалки

Nм=Кn*ссмеси·n3·d5, (3.7)

где

Nм - расчетная мощность, Вт;

Кn - критерий мощности;

ссмеси - плотность перемешивающейся среды, кг/м3;

n - частота вращения мешалки, об/сек;

d - диаметр мешалки, м

Величина Кn зависит от критерия Рейнольдса Reц

Reц= (ссмеси·n·d2)/мc, (3.8)

Где

мc - динамический коэффициент вязкости смеси, н*сек/м2

Reц=(1019·0,66·1,472)/2=726

по графику для определения критерия мощности определили Кn=0,5

Nм=0,5·1019·0,663·1,475=1005 Вт=1,0 кВт

4) Определение диаметра вала мешалки

Диаметр вала мешалки определяется по формуле:

d=1,71·(Мк'/фу)1/3, (3.9)

где

Мк' - расчетный крутящий момент на валу с перемешивающим устройством, н·м;

фу - допускаемое напряжение на кручение для материала вала, н/м2

Мк'=Nм/щ, (3.10)

где

Nм-мощность вала

щ-скорость вала

Мк'=1005/4,8=209,375 н·м;

d=1,71·(209,375/44·106)1/3=0,02 м

Принимаем стандартный диаметр вала 80 мм.

5. Архитектурно-строительные решения

Участок производства лака ГФ- 0123БС расположен на базе цеха № 6 ООО «Ярославская лакокрасочная компания».

Цех представляет собой прямоугольное в плане трехэтажное здание из железобетона с сеткой колонн 6х6 м. Для монтажа оборудования имеется встроенная этажерка с шагом колон 6х4,5х6 м.

- на первом этаже цеха располагается смеситель горизонтальный с вертикальным конденсатором, емкость для сорного лака, мешочный фильтр, емкость лаковыпускного отделения, насосы типа КРС - 1, емкость-хранилище для ксилола.

На втором этаже расположены реактор, емкость - хранилище для КЖТ, глицерина, разделительный сосуд, сублимационная труба, уловитель мокрых погонов, насадочная колонна.

6. Автоматизация технологического процесса производства

В данном разделе описывается схема автоматизации, дается обоснование выбора точек измерения и регулирования основных технологических параметров процесса производства глифталевого лака, на примере лака ГФ-0123. Средства контроля и регулирования представлены в таблице 6.1 .

Таблица 6.1 Спецификация приборов и средств автоматизации

Позиция на схеме	Наименование параметра	Место установки	Наименование прибора	Марка, тип	Количество
					на 1 аппарат	на всю схему
1	2	3	4	5	6	7
1-2 2-2 9-2 12-2 17-2	Уровень	По месту	Датчик уровня	Сапфир 22 ДУ-ВН-2620	1	5
4-1 5-1 6-1 8-1	Температура	По месту	Термопреобразователь	ТХК Метран 251	1	4
11-1	Давление	По месту	Датчик избыточного давления	Сапфир 22 Ех-М-ДИ-2151	1	1
1-5 2-5 4-4 4-6 5-4 8-4 12-5 17-5	Изменение параметра	По месту	Регулирующий клапан	Серия 35002 «Камфлекс»	1	8
КМ1 КМ2 КМ3	Электронный переключатель	На щите	№9		1	3
Н1 Н2 Н3	Кнопка	На щите	Н		1	3
16-1	Концентрация	На щите	Газоанализатор (ортоксилол)	СТМ-10	1	1

6.1 Выбор и обоснование точек контроля и регулирования

При закачке жидкого сырья в емкости-хранилища, баки, необходимо осуществлять контроль уровня в них во избежание розлива токсичных и взрывопожароопасных веществ в производственном помещении. С этой целью осуществляется световая сигнализация и производится блокировка насосов по достижении максимального уровня во всех приемных емкостях.

Во время синтеза необходимо предусмотреть контроль и регулирование температуры, которая не должна превышать 245°С, во избежание перегрева реакционной массы.

На нагнетательных линиях насосов необходимо предусмотреть контроль и регулирование давления, а также блокировку насосов при повышении давления выше 0,4 МПа для исключения их поломок.

Для непрерывной работы фильтров в целях достижения требуемой степени очистки смолы необходимо предусмотреть контроль перепада давления на фильтре и блокировку подающего насоса при превышении перепада давления выше 0,4 МПа допустимых значений.

6.2 Описание принятой схемы автоматизации

В емкостях-хранилищах, баках предусматривается контроль максимального и минимального уровня. При достижении необходимого уровня сигнал с датчика емкостного уровнемера поступает в электронный сигнализатор уровня поз.1-1, 2-1, 9-1, 12-1, 17-1, откуда поступает в контроллер, где с помощью электропневматического клапана поз. 1-4, 2-4, 9-4, 12-4, 17-4 далее поступает на исполнительный механизм поз.1-5, 2-5, 9-5, 12-5, 17-5.

Масса загружаемого в реактор бутанола контролируется с помощью жидкостных счетчиков поз. 17-1 Сигнал со счетчика подается в контроллер, который выдает управляющие сигналы на преобразователь поз. 17-4. С преобразователей сигнал поступает на исполнительный механизм поз. 17-6, перекрывая линию подачи.

Температура реакционной массы в реакоре регулируется с помощью термоэлектрического термометра поз. 5-1. С термоэлектрического термометра сигнал поступает в контроллер. Контроллер выдаёт управляющие сигналы, которые с помощью электропневматических преобразователей поз.-3 поступают на исполнительный механ...