Отделение синтеза алкидного олигомера ПФ-053 мощностью 3000 т/год

подсолнечного масла моль;

пентаэритрита моль;

фталевого ангидрида моля,

где 878-молекулярная масса подсолнечного масла, 136-молекулярная масса пентаэритрита, 148-молекулярная масса фталевого ангидрида.

При синтезе основы лака ПФ-053 в ее состав войдут производные 2-х молей фталевого ангидрида, 1 моля пентаэритрита и 1 моль подсолнечного масла (3 моля ненасыщенных кислот).

Таблица 4 - Принятые условно потери сырья на отдельных стадиях.

Наименование операций	Выход, %
	кальцинированная сода	подсолнечное масло	пентаэритрит	фталевый ангидрид	ксилол
Разгрузка из цистерн и контейнеров в цеховые емкости	99,8	99,5	99,5	99,5	99,5
Переэтерификация	99,5	99,0	98,0	-	-
Поликонденсация	98,5	98,5	98,5	98,0	-

Исходя из приведенных в таблице потерь на отдельных операциях, получаем суммарный выход:

по кальцинированной соде (0,998 + 0,995 + 0,985)100 = 97,8%;

по подсолнечному маслу (0,995 + 0,990 + 0,985)100 = 97,0 %;

по пентаэритриту (0,995 + 0,980 + 0,985) 100 = 96,0 %;

по фталевому ангидриду (0,995 + 0,980) 100 = 97,5 %;

по ксилолу 0,995 100 = 99,5 %.

Таким образом, суммарные потери, отнесенные к реальному выходу:

для кальцинированной соды

для подсолнечного масла

для пентаэритрита

для фталевого ангидрида

для ксилола

3.3 Материальные расчеты

3.3.1 Реакция переэтерификации

Суточная производительность по пентафталевому полиэфиру:

т/сутки

Расход пентаэритрита 100%-ной чистоты с учетом его общего выхода 96,0%

кг/сутки

или в пересчете на технический пентаэритрит марки А 1 сорта, содержащий согласно ГОСТ 9286-89 0,2% воды:

кг/сутки

Применяя рафинированное растительное масло, получаем его расход с учетом общего выхода 97,0%:

кг/сутки

Количество кальцинированной соды составляет 0,06% по отношению к подсолнечному маслу (по данным завода), что составляет для проектируемого производства:

кг/сутки

или при пересчете на техническую кальцинированную соду, содержащую согласно ГОСТ 5100-85 99,4% кальцинированной соды:

кг/сутки

При загрузке тары и в результате переэтерификации теряется:

подсолнечного масла кг/сутки

пентаэритрита кг/сутки

кальцинированная сода кг/сутки

Всего 193,4+50,6+0,1=244,1кг/сутки

Поскольку в результате переэтерификации не происходит выделения никаких летучих продуктов, исключая принятые величины потерь, то количество переэтерифика:

2018+12891-244,1=14665кг/сутки

Таблица 5 - Расход сырья при реакции переэтерификации

Израсходовано:	Получено:
пентаэритрита	2022	кг	переэтерификата	14665	кг
в том числе:			потери:	244,1
пентаэритрита	2018	кг	соды кальцинированной	7,8	кг
воды	4	кг	примесь кальцинированной соды	0,1	кг
подсолнечного масла	12891	кг	испаряется воды	1,1	кг
соды кальцинированной	7,8	кг
в том числе
соды кальцинированной	7,7	кг
примеси	0,1	кг
Всего: 14918,8	Всего:14918,8

3.3.2 Реакция поликонденсации

Раствор фталевого ангидрида 100%-ой чистоты с учетом общего выхода 97,5%:

кг/сутки,

при пересчете на технический фталевый ангидрид марки А 1 сорта, содержащий по ГОСТ 7119-77 99,7 фталевого ангидрида:

кг/сутки

Выделится реакционной воды

кг/сутки

Из общего количества потерь фталевого ангидрида 1,5% теряется в виде продуктов поликонденсации и 0,5% в результате улетучивания.

Следовательно, теряется продукта поликонденсации:

кг/сутки

Фталевого ангидрида при загрузке:

кг/сутки

Суммарные потери составляют:

281+22=303кг/сутки

Получают полиэфир, пренебрегая примесями, содержащимися во фталевом ангидриде:

14665+4324-303-263=18423кг/сутки.

Таблица 6 - Расход сырья при реакции поликонденсации

Израсходовано	Получено
переэтерификата	14665	кг	полиэфира	18423	кг
фталевого ангидрида	4337	кг	выделяется реакционной воды	263	кг
в том числе:			потери	303	кг
фталевого ангидрида	4324	кг	примеси	13	кг
примеси	13	кг			кг
Всего: 19002кг	Всего: 19002кг

3.3.3 Расход сырья для получения основы лака ПФ-053

Таблица 7 - Расход сырья для получения основы лака ПФ-053

Сырье	Расход на 1 тонну основы, кг	Потребность в сырье
		суточная, кг	годовая, т
Пентаэритрит технический 1 сорта, 99,8%	109,9	2022,0	329,6
Масло подсолнечное рафинированное	700,4	12891,0	2101,2
Фталевый ангидрид технический 1 сорта, 99,7%	235,6	4337	706,9
Кальцинированная сода техническая, 99,0%	0,4	7,8	1,3
Ксилол	20	368,5	60,1

3.4 Расчет основного оборудования

3.4.1 Расчет реактора

Объем аппарата определяется по формуле:

где G- массовый расход реакционной смеси, кг/сутки; ц-коэффициент заполнения аппарата; с- плотность реакционной смеси, кг/м^і; ф-время технологического цикла, ч,

ф=24ч.

Для аппаратов с перемешивающими устройствами ц=0,75-0,8.

Плотность реакционной смеси при температуре смеси равна:

где t - температура реакционной смеси,

t = 260°С;

- плотность реакционной смеси при 20°С, кг/мі;

в - коэффициент объемного расширения,

.[12]

Процентное содержание компонентов в смеси:

Подсолнечное масло 59,62%

Пентаэритрит 15,41%

Фталевый ангидрид 24,97%

Всего 100%

Принимаем ц=0,8.

Плотность реакционной смеси при 20°C рассчитывается по формуле:

,

где - содержание подсолнечного масла в смеси, %;- содержание пентаэритрита в смеси, %; - содержание фталевого ангидрида в смеси, %; -плотность подсолнечного масла при 20°С, = 924 кг/мі ; - плотность пентаэритрита при 20°С, = 1770 кг/м³; - плотность фталевого ангидрида при 20°С, =1527 кг/мі.

кг/мі

Принимаем в=0,9,

тогда плотность при 260°С:

кг/мі

Массовый расход подсолнечного масла-12891кг/сутки

Массовый расход пентаэретрита-2022 кг/сутки

Массовый расход фталевого ангидрида-4337 кг/сутки

Массовый расход реакционной смеси:

12891+2022+4337=19250 кг/сутки

В итоге объем реактора:

мі

На основании проведенных выше расчетов производится выбор реактора. Принимаем номинальную емкость реактора V=11 мі. В настоящее время производятся реакторы с индукционным обогревом объемом 3,2; 6,3; 12,5 мі, следовательно, целесообразно установить два реактора по 6,3 мі.

3.5 Тепловой расчет реактора

Температурно-временной режим работы реактора принимается трехступенчатым:

1. 20 -- 260°С (нагрев подсолнечного масла от 20 до 150°С происходит в приемниках и от 150°С до 260°С в реакторе)

2. 260 -- 180°С (охлаждение реакционной смеси водой)

3. 180 -- 260°С (нагрев реакционной смеси)

4. 260 - 170°С (охлаждение реакционной смеси)

Произведем расчет этапов нагрева реакционной массы:

Таблицы значений физических свойств пентаэритрита и фталевого ангидрида отсутствуют. Для упрощения расчеты выполняют применительно к подсолнечному маслу.

1. 150 - 260°С

Средняя температура нагреваемого продукта:

°C

Расход теплоты на нагревание подсолнечного масла с учетом коэффициента 1,1 на нагрев аппарата и тепловые потери:

Дж,

где -- масса нагреваемой реакционной смеси в реакторе, кг; - теплоемкость подсолнечного масла при температуре 205°С, Дж/(кг * К). [12]

2. 180 - 260°C

Средняя температура нагреваемого продукта:

°C

Расход теплоты на нагревание подсолнечного масла с учетом коэффициента 1,1 на нагрев аппарата и тепловые потери:

Дж,

где -- масса нагреваемой реакционной смеси в реакторе, кг; - теплоемкость подсолнечного масла при температуре 220°С, Дж/(кг * К). [12]

4. Охрана окружающей среды

На производстве должны быть предусмотрены следующие мероприятия по охране окружающей среды:

1. Ёмкостное оборудование должно быть подсоединено к системе инертного дыхания через дыхательные бачки для создания инертной подушки и снижения выделения вредных веществ в атмосферу.

2. Газообразные продукты реакции, выхлопы вакуум-насосов, реакционные сточные воды и твердые отходы производства должны передаваться на станцию сжигания.

3. Для предотвращения попадания вредной пыли в помещение должны быть установлены местные вентотсосы, а во избежание попадания в атмосферу на местных отсосах должны быть предусмотрены рукавные фильтры.

Перечисленные выше мероприятия позволяют снизить суммарное количество вредностей в технологических выбросах в атмосферу ниже предельно-допустимых норм для населённой зоны.

Таблица 9 - Твердые и жидкие отходы

Наименование отхода, отделение, аппарат	Куда складируется, транспорт, тара	Количество отходов, кг/сут	Периодичность образования	Химический состав отходов: твердых и жидких (влажность %)
1.Фильтр-патроны «Куно» из отделения фильтрации	Автотранспортом вывозится на сжигание	130	1 раз в 3 суток	1.Патроны из натуральных и синтетических волокон, пропитанных смолой - 40 2.Смола алкидная - 30 3.Растворитель - 30
2.Мешки бумажные из отделения синтеза	Автотранспортом вывозится на сжигание	600	1 раз в сутки	1.Бумага- 99,9 2.Пыль пентаэритрита и фталевого ангидрида- 0,1
3.Реакционная вода	Автоцистернами на сжигание	4360	1 раз в сутки	1.Вода-72,0 2.Ксилол- 6,5 3.Смолистые вещества и фталевая кислота- 21,5
4.Отходы от замывки оборудования	Автоцистернами на сжигание	650	1 раз в квартал 50-60 мі	1.Вода- 87 2.Натриевые соли жирных кислот- 10-12 3.Натриевая щелочь- 2-3 4.Взвешенные частицы- 1,0

5. Техника безопасности и охрана труда

Производство лаков на конденсационных смолах по характеру применяемого сырья и методам производства, по нормам строительного проектирования промышленных предприятий относится к категории взрывопожароопасных производств.

В производстве применяются следующие взрывоопасные продукты:

* ксилол, уайт-спирит - растворители;

* фталевый ангидрид, пентаэритрит - сыпучие органические вещества, дающие с воздухом взрывоопасные смеси.

На производстве должны быть предусмотрены следующие мероприятия по охране труда и технике безопасности:

1. Во всех производственных помещениях должны быть запроектирована приточно-вытяжная вентиляция, обеспечивающая в зоне пребывания рабочих состояние воздушной среды, соответствующее санитарным нормам.

2. Всё электрооборудование должно быть выполнено во взрывозащищенном исполнении. Технологическое оборудование и материалопроводы, где возможно появления статического электричества, должны быть заземлены. Должна быть предусмотрена молниезащита.

3. Транспортирование жидкого сырья со склада должно осуществляться по трубопроводам. Жидкое сырье и растворители должны загружаться через автоматические счетчики - дозаторы.

4. Для уменьшения выделения паров в цехе должны быть предусмотрены герметичные насосы и аппаратура с фланцевыми соединениями «шип-паз» и с торцевыми уплотнениями.

5. Опоражнивание технологических аппаратов с горючими и токсичными веществами перед ремонтом и в случае аварии или пожара должно производиться в один из свободных смесителей.

6. Все управление дозировкой, загрузкой и передачей сырья и продукции должно осуществляться с пульта управления оператором дистанционно.

7. На трубопроводах и емкостях отделения фильтрации должны быть установлены автоматические клапаны, исключающие возможность перелива.

8. Аппараты и установки должны быть оборудованы типовыми приводами, обладающими при нормальной эксплуатации шумовыми характеристиками в пределах допустимых норм.

9. Производственные помещения должны быть оснащены системой автоматического пожаротушения.

Таблица 10 - Характеристика отделения синтеза по взрывопожароопасности и электрооборудованию, санитарные характеристики

Наименование показателя	Категория, класс, группа
1. Категория взрывопожарной и пожарной опасности производства по СниП II 90-81	А
2. Класс помещения по правилам устройства электроустановок (ПУЭ) потребителей	В-Iа
3. Категория и группа взрывоопасных смесей по правилам изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ПИВРЭ)	ПА-Т3
4. Группа производственных процессов по санитарной характеристике по СнииП II-92-76	IIIа

Заключение

В данном курсовом проекте были предложены следующие усовершенствования:

1. Установка реактора, сблокированного с пленочным тепломассообменным аппаратом. Способствует повышению поверхности теплообмена.

2. Метод обогрева жидкими ВОТ. Замена дифенильной смеси на масло АМТ-300. Масло АМТ-300 менее токсично, не проникает через места уплотнений( фланцевые соединения трубопроводов и арматуры, сальники запорных приспособлений и насосов и т.д.),достаточно термостойко, обеспечивает достижение высоких коэффициентов теплоотдачи.

3. Установка шестеренного насоса для экономии объема помещений.

Усовершенствования аппаратурного оформления, предусмотренные проектом, направлены на обеспечение стабильности высокого качества лака, позволят выход продукта на каждой стадии по сравнению с действующим производством.

Список используемой литературы

1. Охрименко И.С., Верхоланцев В.В. Химия и технология пленкообразующих веществ. -Л.: Химия, 1978. - 392 с.

2. Сорокин М.Ф., Кочнова З.А., Шодэ Л.Г. Химия и технология пленкообразующих веществ. - М.: Химия, 1989. - 377 с.

3. Пэйн Г.Ф. Технология органических покрытий. - Л.: Госхимиздат,1959. - 760с.

4. Брок Т., Гротеклаус М., Мишке П. Европейское руководство по лакокрасочным материалам и покрытиям. - М.: Пэйнт-Медиа, 2004. - 550 с.

5. Дринберг С.А. Технология пленкообразующих веществ. - Л.: Ленгосхимиздат, 1955. - 652 с.

6. Ливщиц М.Л., Пшиялковский Б.И. Лакокрасочные материалы. - М.: Химия, 1982. - 360 с.

7. Добровинский Л.А. // ЛКМ. №10. 2007 г. с. 7

8. Ульрих Пот. Полиэфиры и алкидные смолы. - М.: Пэйнт-Медиа, 2009. - 232с.

9. Евтюков Н.З., Кузина Н.Г. Основы проектирования и оборудование производств полимеров. - СПБГТИ(ТУ), 2010. - 116 с.

10. Козулин Н.А., Соколов В.Н., Шапиро А.Я. Примеры и задачи по курсу оборудования заводов химической промышленности. - Л.: Машиностроение, 1966. - 490 с.

11. Рабинович В.А., Хавин З.Я., Краткий химический справочник. - Л.: Химия, 1978. - 260 с.

12. Луцко А.Н., Телепнев М.Д., Марцулевич Н.А. Прикладная механика. Пособие по проектированию. - СПб.: Издательство СПБГТУЭФ, 2005. - 214 с.

13. Евтюков Н.З., Прорубщиков А.Ю. Проектирование производств лакокрасочных материалов. - СПБГТИ(ТУ), 1994. - 15с.

14. Романков П.Г., Фролов В.Ф., Флисюк О.М. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи): Учебное пособие для вузов. - СПб.: Химиздат, 2009. - 544 с.

15. Производство алкидных лаков. Настоящее и будущее/Л. А. Добровинский, И.В. Руцкий//Лакокрасочные материалы и их применение. 2005. №5. с. 3-4

16. Тепломассообмен в процессах синтеза алкидных лаков// А. М. Кашников /Лакокрасочные материалы и их применение. 2006. №6. с. 20-31

17. Интенсификация синтеза алкидных олигомеров/Ю.Г. Гоголев, В.Н. Блиничев, Н.В. Степычева//Лакокрасочные материалы и их применение. 2002. № 5. с.12-15

Размещено на www.allbest.ru