Производство трубок на основе полиамида марки ПА12Э

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Кафедра «Технологии органического синтеза»

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Производство трубок на основе полиамида марки ПА12Э

Студент

Рубижанский А.В.

Екатеринбург

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор литературы по получению, свойствам и применению полиамида

1.1 Общие сведения о полиамидах

1.2 Характеристика исходного сырья - щ-додекалактама

1.3 Характеристика полупродукта - полидодеканамида

1.4 Характеристика готового продукта - полиамидных трубок

2. Описание технологического процесса

2.1 Характеристика готового продукта

2.2 Характеристика сырья и материалов

2.3 Блок-схема технологического процесса

2.4 Описание технологического процесса

2.5 Контроль производства

3. Материальный баланс производства

3.1 Исходные данные

3.2 Расчет материального баланса по стадиям производства

4. Технологический расчет основного и подбор вспомогательного оборудования

4.1 Исходные данные

4.2 Расчет и подбор оборудования по стадиям производства

4.3 Ведомость-спецификация оборудования

5. Тепловой расчет

5.1 Тепловой расчет расплавителя (поз. 1)

5.2 Тепловой расчет реактора (поз. 3)

5.3 Тепловой расчет экструдера

6. Автоматизация производства

7. Безопасность жизнедеятельности

7.1 Введение

7.2 Вредные и опасные факторы на проектируемом предприятии и безопасность труда

7.3 Взрывопожаробезопасность

7.4 Чрезвычайные ситуации

Выводы

8. Природопользование

8.1 Твердые отходы

8.2 Газообразные отходы

8.3 Сточные воды

Выводы

9. Экономическая эффективность проекта

9.1 Сущность проекта, его цели и задачи

9.2 Размещение производства

9.3 Исходные данные и условия для расчета проекта

9.4 Технико-экономические расчеты

9.5 Финансово-экономическая оценка проекта

Заключение

Приложение

Библиографический список

Введение

В современных условиях люди по необходимости вынуждены создавать и использовать большое разнообразие материалов. Материалы могут быть природными или искусственно приготовленными. Важным типом материалов, без которых уже давно невозможно существование человеческого общества, являются конструкционные материалы, т.е. материалы, используемые для изготовления отдельных элементов или целых конструкций в различных отраслях промышленности и в различных областях техники [1]. Выделяют три типа конструкционных материалов: металлы, органические полимерные материалы (ПМ) и неорганические неметаллические материалы. ПМ занимают вслед за металлами второе место по числу областей применения.

Существует три типа ПМ - волокна, пластмассы и эластомеры, причем производство пластмасс является самым крупнотоннажным. В настоящее время мировое производство пластмасс составляет порядка 180 млн. т/год. Мировое потребление пластмасс на душу населения в 1980 г. составляло 10 кг/год, в 2003 г. - 28 кг/год, а в 2015 г. должно достигнуть 44 кг/год [2]. Названные показатели свидетельствуют о том, что производство полимеров и ПМ, особенно конструкционного назначения, стало одним из основных факторов, определяющих научно-технический прогресс в различных отраслях экономики развитых стран. Причины ускоренных темпов развития производств ПМ обусловлены предпочтительностью их применения в сравнении с металлами [3].

К ПМ, ассортимент которых велик, относятся и полиамиды. Глобальное потребление полиамида в 2006 г. составило примерно 7 млн. т. [4]. Наиболее широко используются такие типы полиамида как поликапроамид (ПА6) и полигексаметиленадипинамид (ПА66). На долю специальных видов полиамида, к которым относятся полиундеканамид (ПА11) и полидодеканамид (ПА12), приходятся ограниченные области потребления. Последний содержит в элементарном звене максимальное количество метиленовых групп, что обуславливает специфичность его свойств и отличает его от всех типов полиамида. Полидодеканамид и композиции на его основе применяются в различных отраслях промышленности и областях техники. ПА12 можно перерабатывать как в изделия законченной формы, так и в длинномерные изделия. Одним из самых распространенных длинномерных изделий из ПА12 являются трубки, которые применяются в автомобильной, авиационной, нефтедобывающей, медицинской и других отраслях промышленности.

Целью данного проекта является разработка производства трубок на основе полиамида марки ПА12Э.

1. Аналитический обзор литературы по получению, свойствам и применению полиамида 12

1.1 Общие сведения о полиамидах

Полиамиды - это гетероцепные полимеры, содержащие в основной цепи макромолекулы амидные группы ; это синтетические материалы, обладающие комплексом свойств, позволяющими формовать из них волокна, пленки или перерабатывать в изделия законченной формы. К ПА относятся многие природные и синтетические полимеры: белки, полипептиды, полимеры аминокарбоновых кислот и их лактамов и др. [5, с. 736]. Первый синтетический полиамид - поли-м-бензамид - был получен в 1862 г. из м-аминобензойной кислоты. В настоящее время широко применяется числовая система обозначения полиамидов, которая отражает их химическое строение. Если ПА получен из одного мономера - аминокислоты или лактама, то после слова «полиамид» или аббревиатуры «ПА» ставится одна цифра, соответствующая числу углеродных атомов в мономере. Если ПА получен поликонденсацией диамина с дикарбоновой кислотой или ее производными, ставится двух- или трехзначное число, в котором первая цифра указывает число атомов углерода в диамине, а вторая - число атомов углерода в дикарбоновой кислоте или ее производных [6, с. 456]. Например, ПА12 - полимер аминододекановой кислоты NH₂(CH₂)₁₁COOH, а ПА66 получается из гексаметилендиамина NH₂(CH₂)₆NH₂ и адипиновой кислоты HOOC(CH₂)₄COOH.

1.2 Характеристика исходного сырья - щ-додекалактама

щ-Додекалактам - лактам щ-аминододекановой кислоты. Имеет следующую структурную формулу:

щ-Додекалактам - это кристаллическое вещество белого цвета плотностью 973 кг/м³. Молекулярная масса: 197 г/моль. Температура плавления: 151-153 єС. Температура кипения: 182 єС при 2 мм. рт. ст. Теплота плавления: 9,4 кДж/моль. Хорошо растворим в спирте, бензоле, ацетоне, плохо в воде.

щ-Додекалактам полимеризуется с большим трудом, чем е-капролактам; способен сополимеризоваться с другими лактамами, например с е-капро-лактамом [5, с. 821].

щ-Додекалактам получают из бутадиена. Сначала проводят каталитическую тримеризацию бутадиена в присутствии катализаторов Циглера-Натта (TiCl₄ + Al(C₂H₅)₃) при температуре 40-80 єС в неполярном растворителе. Полученную смесь цис- и транс-изомеров 1,5,9-циклододекатриена без разделения гидрируют при температуре 150 єС с образованием циклододекана, который затем фотонитрозированием (hн, NOCl) перерабатывают в оксим циклододеканона. Из оксима под действием олеума получают щ-додекалактам [7, с. 57]:

Выделяют щ-додекалактам последовательно экстракцией, кристаллизацией и ректификацией. Для получения чистого щ-додекалактама растворы его обрабатывают ионообменными смолами [5, с. 822].

1.3 Характеристика полупродукта - полидодеканамида

Полидодеканамид производится в различных странах под названиями: ПА12 (Россия), вестамид (Германия), гриламид (Щвейцария), рильсан А (Франция). Структурная формула:

Физические, механические и химические свойства.

Полидодеканамид - твердый роговитый продукт белого цвета, прозрачный в тонком слое, без запаха. Молекулярная масса полидодеканамида, выпускаемого в промышленности, 15000-35000. Плотность 1020 кг/м³. Температура плавления 180 єС. Температура хрупкости от -70 єС до -90 єС. Степень кристалличности: 40-70% (в зависимости от условий переработки). Зависимость между характеристической вязкостью (з) и молекулярной массой (М) выражается уравнением (м-крезол, 25 єС): з = 15,5 · 10^-4 · М^0,7

ПА12 устойчив к действию большинства органических растворителей, масел, жиров, разбавленных кислот и в противоположность всем другим полиамидам не растворяется в муравьиной кислоте. Растворяется в сильнополярных растворителях, например, в концентрированной серной кислоте, крезоле, фенолах, хлорированных и фторированных спиртах. Максимальное водопоглощение 1,7%. ПА12 биологически безвреден. Характеризуется высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения (0,28-0,30), хорошими электроизоляционными свойствами (диэлектрическая проницаемость при 1МГц - 3,0-3,5; тангенс угла диэлектрических потерь при 1 МГц - 0,02-0,03) и физико-механическими свойствами (ударная вязкость без надреза - 90-100 кДж/м²; прочность при изгибе - 65 МПа; модуль упругости при растяжении - 1200-1600 МПа) [5, с. 822].

Полидодеканамид обладает всеми химическими свойствами, характерными для полиамидов.

Он окисляется под действиям тепла и света; на воздухе расплав ПА12 окрашивается в коричневый свет. Для повышения срока службы в ПА12 вводят антиоксиданты и светостабилизаторы - обычно амины или фенолы, йодистый калий или ацетат меди. Для повышения ударной вязкости в ПА12 вводят пластификатор, в качестве которого используют сульфамидные производные (до 20 % по массе) [5, с. 823].

Полидодеканамид получают двумя методами:

· гидролитической полимеризацией в присутствии воды и кислоты (ортофосфорной, адипиновой);

· анионной полимеризацией в присутствии щелочных катализаторов и сокатализаторов.

Гидролитическая полимеризация - полимеризация, проходящая с раскрытием циклов и осуществляемая при добавлении небольших количеств воды. Данный тип полимеризации характерен для лактамов.

При протекании данной реакции амидные группы будут ориентироваться следующим образом [8, с. 613]:

Механизм гидролитической полимеризации до конца не изучен. Но в технической литературе пишут, что, наиболее вероятно, процесс протекает по типу ступенчатой полимеризации.

В начальной стадии реакции в результате взаимодействия мономера с водой (активатор) образуется аминокислота (раскрытие цикла) [7, с. 29]:

Аминокислота реагирует с лактамом и получается димер (диприсоединение):

Затем молекула димера реагирует с молекулой лактама с образованием тримера и так далее, вплоть до получения продукта со степенью полимеризации, определяемой условиями проведения реакции [7, с. 29].

Суммарное уравнение реакции полиприсоединения:

По изменению содержания концевых групп и свободной аминокислоты была установлена кинетика протекающих реакций. Полученные зависимости концентрации основных продуктов реакций от продолжительности полимеризации показали, что процесс катализируется концевыми группами и преобладающей реакцией является реакция полиприсоединения [9, с. 48]. Также было выяснено, что наиболее медленной стадией процесса является образование аминокислоты при взаимодействии лактама с активатором [7, с. 29].

Таким образом, при гидролитической полимеризации происходит гидролиз лактама с раскрытием цикла, катализируемый карбоксильными группами, с последующим присоединением лактама к концевым аминогруппам линейной цепи, катализируемой подобным же образом [9, с. 48].

Реакция полимеризации является равновесной и обратимой:

Основными параметрами процесса являются: продолжительность полимеризации, температура, количество активатора, регуляторы молекулярной массы [7, с. 32].

Продолжительность полимеризации

Влияние продолжительности полимеризации на выход и свойства ПА12 схематически показано на рис. 1.1.

С увеличением продолжительности полимеризации возрастает выход полимера и одновременно повышается его молекулярный вес. Характерной особенностью реакции полимеризации является наличие начального индукционного периода, в течение которого происходит постепенный гидролиз додекалактама. По окончании индукционного периода реакция протекает аутокаталитически [7, с. 33].

Температура проведения процесса определяется растворимостью додекалактама в воде. А так как додекалактам плохо растворим в воде, то для раскрытия цикла реакцию проводят при температуре 270-300 єС [5, с. 823].



Рис. 1.1. Влияние продолжительности полимеризации додекалактама на выход и свойства полимера: 1-выход полимера, 2-молекулярная масса полимера, 3-содердание мономера в полиамиде.

При гидролитической полимеризации додекалактама в качестве активаторов применяются вода и ортофосфорная кислота. Причем, ортофосфорная кислота при температуре 250 єС переходит в пирофосфорную с выделением воды, которая также является инициатором полимеризации [7, с. 34].

Регуляторы молекулярной массы.

Важным технологическим свойством полиамидов является вязкость получаемого расплава, зависящая от молекулярной массы молекул. Для регулирования молекулярной массы вводят регуляторы. Принцип их действия заключается в блокировании одной из концевых функциональных групп [7, с. 37]. Для полимеризации додекалактама в качестве регулятора применяют нелетучие кислоты, например адипиновую кислоту, что приводит к образованию следующих концевых групп:

Полимеризация додекалактама осуществляется в атмосфере инертного газа, обычно азота, тщательно очищенного от кислорода, так как присутствие даже небольших количеств его в реакторе не допускается по причине частичного окисления получаемого полимера, что приводит к изменению цвета ПА, в результате чего может образоваться полимер сетчатой структуры, который не плавится. Поэтому необходимо, чтобы в азоте содержалось меньше 0,001% кислорода [7, с. 38].

В качестве пластификатора для полидодеканамида используют N-бутилбензолсульфамид. Имеет следующую структурную формулу:

Это прозрачная масляная жидкость плотностью 1150 кг/м³.

N-бутилбензолсульфамид устойчив при обычных условиях, нерастворим в воде. Температура кипения 314 єС. Имеет высокое сродство к ПА12, не улетучивается при переработке полимера, повышает ударную вязкость ПА12, при этом не ухудшая других свойств [10].

Анионная полимеризация лактамов является реакцией, катализируемой основаниями при нагревании.

Анионная полимеризация лактамов осуществляется в присутствии металлического натрия, щелочных металлов или щелочных солей карбоновых кислот по механизму нуклеофильной атаки анионом лактама () атома углерода карбонильной группы лактама, являющейся наиболее электрофильной группой в полимеризующейся системе. Для получения воспроизводимых результатов при щелочной полимеризации лактамов необходимо связать незначительное количество воды, находящейся в реакционной среде. Для этого в реакционную смесь добавляют небольшое количество алкиламинов, например ациллактамов. Эти реагенты, являющиеся сокатализаторами в процессе анионной полимеризации, получили широкое применение [7, с. 31].

Механизм действия катализаторов основан на образовании с лактамом или его анионом производного, содержащего полярный заместитель у атома азота в амидной группе лактама [7, с. 32].

Образующиеся в незначительных количествах производные лактама принимают участие в начале роста цепи при условии присутствия сильного основания и большого избытка безводного свободного лактама.

В качестве сокатализаторов можно применять также эфиры карбоновых и минеральных кислот, амиды и спирты.

Таким образом, анионная полимеризация лактамов протекает ступенчато при взаимодействии аниона лактама с конечными имидными группами растущей цепи [7, с. 32].

В промышленности ПА12 получают как гидролитической, так и анионной полимеризацией. В обоих случаях по периодической схеме производства.

При гидролитической полимеризации полимер получают в виде гранул, которые затем поступают на переработку. Метод анионной полимеризации позволяет путем полимеризации в формах получать готовые изделия любых размеров, нуждающиеся только в механической обработке [11, с. 352].

ПА12 можно перерабатывать в изделия различными методами: простым литьем, литьем под давлением, вальцеванием, каландрированием, экструзией. Полидодеканамид можно подвергать механической обработке, сварке, склеивать фенольными или эпоксидными клеями, окрашивать в различные цвета [5, с. 824].

Полидодеканамид применяют как антифрикционный и конструкционный материал для изготовления вкладышей подшипников, деталей точных измерительных приборов (поплавки водомеров, детали газовых счетчиков). Из ПА12 изготавливают также проточные части турбин турбобуров, комплектующие детали автомобилей (втулки, держатели проводов, фильтры, трубки), каркасы катушек, изоляторы для телефонов и оболочки для кабелей. Порошок ПА12 используют для нанесения покрытий по металлу методом напыления. Из полидодеканамида формуют также пленки для упаковки в пищевой и фармацевтической промышленности и волокна [5, с. 824].

1.4 Характеристика готового продукта - полиамидных трубок

Под трубками понимают изделия кольцевого сечения закрытого профиля цилиндрические или гофрированные диаметром от 5 до 20 мм.

Полиамидная трубка - трубка полупрозрачного цвета, изготовленная из пластифицированного полиамида 12. Температура эксплуатации составляет от -50 до +100 єС. Рабочее давление до 10 МПа. Имеет низкую гигроскопичность. Наружная поверхность гладкая без пустот и трещин. Трубка обладает высокими электроизоляционными свойствами, бензо- и маслостойкостью.

Трубка сохраняет гибкость и прочность при температуре -50 єС. При этом на ней не образуется складок и трещин. Сохраняет прочность при пульсирующих нагрузках в течение длительного времени при повышенной температуре окружающей среды. Трубка стойка к осевым нагрузкам. Сохраняет прочность при воздействии удара после теплового старения. Трубка сохраняет гибкость при высоких температурах. Устойчива к прямым солнечным лучам.

Трубка стойка к воздействию солей, спиртов, аккумуляторной кислоты, масел, химических веществ в области pH 4-12, бензина, воздуха с частицами незамерзающих жидкостей [12].

Трубки, как правило, получают экструзией гранулированного полиамида. При этом, все стадии технологического процесса производства (экструзия, калибрование, охлаждение, маркировка, намотка в бухты) неразрывны и выполняются на одной линии непрерывного действия.

Экструзией называется непрерывное выдавливание материала через форму, имеющую канал определенного сечения.

Конструкции экструдеров очень разнообразны, но в основном они состоят из следующих основных частей: станины, на которой закреплен материальный цилиндр, одного или нескольких червяков, находящихся внутри цилиндра и получающих вращение от электродвигателя через редуктор, систем обогрева и охлаждения. Для оформления профиля труб служит формующая головка. Материал загружается в цилиндр экструдера через бункер [13, с. 275].

Характер перемещения и пластикации материала внутри материального цилиндра можно упрощенно представить следующим образом. Полимер в виде гранул поступает внутрь материального цилиндра, который, как и червяк, условно разделяется на три зоны. Первая зона - загрузочная. В ней происходит загрузка и перемещение твердых частиц и их уплотнение. Во второй зоне - зоне сжатия - материал постепенно расплавляется и пластицируется за счет теплоты, подводимой от расположенных снаружи цилиндра нагревателей и теплоты внутреннего трения в материале. При плавлении объем полимера уменьшается. Соответственно в этой зоне уменьшается глубина канала червяка. В последней зоне - дозирующей - весь винтовой канал червяка заполнен расплавом.

Соотношение длин зон червяка определяется характером перерабатываемого материала: для полиамидов (кристаллизующихся полимеров) - с короткой зоной сжатия (длиной около одного диаметра). Для перемещения материала внутри цилиндра нужно, чтобы коэффициент трения о поверхность червяка был меньше, чем о стенку цилиндра, так как иначе полимерный расплав будет только вращаться с червяком без перемещения в осевом направлении [13, с. 275].

На работу экструдера оказывают большое влияние размеры и форма гранул полимера. Если гранулы слишком велики, то внутри расплава остается воздух, что приводит к получению изделий с вздутиями. Форма гранул определяет их сыпучесть, от которой зависит равномерность загрузки материала в цилиндр. Помимо температуры качество изделий существенно зависит от прилагаемого к расплаву напряжения и скорости деформации расплава. Выше определенных (критических) значений напряжений на поверхности экструдируемых трубок могут получаться дефекты - шероховатости, утолщения и другие [13, с. 276].

Формование профиля трубы осуществляется за счет течения расплава полимера через кольцевую щель головки. Для этого обычно используют прямоточные формующие головки. Корпус головки состоит из двух частей, между которыми закреплена радиальная решетка дорнодержателя. В переднюю часть корпуса вставляется формующее кольцо (мундштук), которое крепится к корпусу фланцем. На входе в головку вставляются решетка и пакет фильтрующих сеток. На решетке дорнодержателя закреплены рассекатель и дорн. Решетка дорнодержателя имеет штуцер для подвода сжатого воздуха внутрь трубы. Расплав полимера из цилиндра экструдера проходит через пакет фильтрующих сеток, решетку, а затем течет в кольцевом зазоре между патрубком и рассекателем дорна и входит в отверстия решетки дорнодержателя, где ребрами разделяется на несколько параллельных потоков. Чтобы не было застойных зон, ребра решетки дорнодержателя делают обтекаемой формы.

После решетки дорнодержателя расплав вновь поступает в кольцевой канал, образованный второй частью корпуса и дорном. Окончательные размеры расплав принимает в формующем канале [14].

Конструкции формующих головок должны удовлетворять следующим общим требованиям:

· равномерное течение расплава по периметру головки;

· отсутствие линий спаев;

· плавный переход от одного участка канала к другому;

· равномерное нагревание расплава по периметру;

· отсутствие застойных зон;

· форма канала выбирается из условия эксплуатации и области применения труб.

Кроме конструктивных факторов на качество изготовляемых труб влияют технологические параметры - температура, скорость течения и скорости вытяжки расплава. При течении происходит ориентация молекул полимера, которая зависит от вязкости расплава и скорости течения. При увеличении температуры расплава ориентация и время релаксации уменьшаются, поэтому усадка труб в осевом направлении снижается [14].

При формовании профиля трубы расплав из головки отводится с помощью тянущего устройства. Если расплав отводится со скоростью большей, чем скорость выхода расплава, происходит уменьшение толщины стенки трубы и повышается осевая ориентация трубы [14].

Для придания профилю экструдата заданных размеров и исключения его деформации в охлаждающем устройстве трубы калибруют, т.е. предварительно охлаждают с обеспечением расплаву определенной конфигурации и размеров. Как правило, трубы калибруют по их наружному диаметру, поскольку это важно для стыкования и соединения при дальнейшем использовании [14].

Для придания калибруемому изделию требуемой формы с последующим ее сохранением процесс должен начинаться при температуре, близкой к температуре плавления термопласта Т₁ ? Т_пл, а заканчиваться, когда расплав затвердевает, то есть при температуре ниже температуры размягчения Т₂ < Т_р. В связи с этим калибратор располагается в непосредственной близости от головки на расстоянии 10-20 мм. Скольжение трубы по калибрующей втулке сопровождается интенсивным теплоотводом и охлаждением изделия [14].

Самый распространенный вид калибрования - это калибрование с использованием вакуума.

При калибровании вакуумом необходимо обеспечить герметичность между зкструдатом и гильзой на входе, поэтому диаметр формующего мундштука делают несколько больше, чем диаметр гильзы. Необходимые размеры труба приобретает в результате прижатия экструдата к стенкам гильзы под действием разности давления атмосферного воздуха и вакуума. Поскольку невозможно создать большую разность давлений (?P не превышает 0,05 МПа), этот метод неприменим при калибровании толстостенных труб [14].

При калибровании изделий следует избегать быстрого охлаждения, чтобы свести к минимуму остаточные напряжения и неравномерность усадки, нередко являющиеся причиной образования микротрещин [14].

Охлаждение труб проводится орошением их водой или пропусканием через водяную ванну. Основное требование к этой операции - равномерное и быстрое охлаждение расплава [14].

В ваннах обеспечивается интенсивное перемешивание жидкости, для чего устанавливают барботажные трубки, разбрызгивающие форсунки или создают спиральный поток воды вокруг трубы. Интенсивное перемешивание необходимо также для удаления пузырьков воздуха, оседающих на поверхности трубы и нарушающих теплообмен. Иначе поверхность становится дефектной. Температура охлаждающей воды обычно выбирается в зависимости от полимера, а также с учетом требований, предъявляемых к трубам. Трубы хорошего качества получаются, если температура расплава на внутренней поверхности после выхода из ванны понижается до температуры плавления или текучести. Поэтому необходимо обеспечивать определенную скорость отвода трубы тянущим устройством. Длина ванны и кратность обмена воды определяются с учетом толщины стенки изделия [14].

Для идентификации труб из пластмасс в нормативных документах на их производство в обязательном порядке приводится набор сведений, с необходимой и достаточной степенью характеризующих эти изделия. Кроме этого, для удобства потребителя на наружной поверхности труб и соединительных деталей эти сведения наносятся в сокращенном виде и отображают следующую информацию [15]:

· знак качества;

· зарегистрированное наименование производителя или его товарный знак;

· номер и наименование международного или национального стандарта на производство данного вида продукции.

· обозначение используемого материала;

· наружный диаметр и минимальная толщина стенки;

· номинальное давление, обычно выражаемое в барах (кгс/см²);

· среда, максимальное рабочее давление;

· дата изготовления, номер партии.

Наличие маркировки на трубах позволяет контролировать соответствие их качества и рабочих параметров информации, полученной от поставщиков, а также четко определяет предельные рабочие параметры процесса сварки пластмасс.

Готовые трубки наматываются в бухты по 100 п.м. автоматическим тянуще-намоточным устройством и скрепляются пластиковым хомутом.

Трубки могут использоваться в линиях гидроприводов сцепления и коробок передач автотранспортных средств и машиностроении, в гидравлических системах технологического оборудования, для подводки масла к подвижным частям машин, в системах промышленного и автомобильного охлаждения, в качестве различного рода антифрикционных трубок, в медицинской, химической и нефтяной промышленности, в лабораторных исследованиях, при укладке электрического провода [16,17].

Таким образом, к проектированию принимается производство трубок из полиамида марки ПА12Э. Полиамид 12 экструзионный получают по периодической схеме методом гидролитической полимеризации с добавлением пластификатора N-бутилбензолсульфамида. Трубки производят методом экструзии гранулированного ПА12Э с использованием вакуум-калибратора по наружному диаметру.

2. Описание технологического процесса

2.1 Характеристика готового продукта

Название продукта: полиамидная трубка.

Типоразмер: 15Ч1,5 мм.

Рис. 2.1. Геометрические параметры трубки

Характеристика готового продукта приведена в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Характеристика технического продукта

Наименование показателя	Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями
1. Внешний вид	Полое изделие круглое в поперечном сечении, имеющее равномерную номинальную толщину стенки и гладкую наружную поверхность
2. Цвет	Полупрозрачный
3. Средний наружный диаметр, мм	15±0,15
4. Толщина стенки, мм	1,5±0,15
5. Минимальный радиус гибки, мм	90,00
6. Содержание ПА12Э, %	Не менее 99,67
7. Массовая доля влаги, %	Не более 0,20
8. Массовая доля НМС, %	Не более 0,13
9. Температура эксплуатации, оС	От -50 до +100
10. Максимальное рабочее давление, МПа	До 10
11. Действие на организм	Не является токсичным и при нормальных условиях не оказывает вредного влияния
12. Упаковка и транспортировка	Бухта, длина трубы в бухте 100 м.

2.2 Характеристика сырья и материалов

Таблица 2.2. Характеристика сырья и материалов

Наименование	Обозначение НДТ	Сорт или артикул	Показатели, обязательные для проверки	Примечание
А. Сырье:
1. щ-Додекалактам	CAS №: 947-04-6	1 сорт	Массовая доля не менее 99,9 %	Со склада
2. Кислота адипиновая	ГОСТ 10558-80	1 сорт	Массовая доля не менее 99,7 %	-«-
3. Кислота ортофосфорная	ГОСТ 6552-80	х.ч.	Массовая доля не менее 87,0 %	-«-
4. N-Бутилбензолсульф-амид	CAS №: 3622-84-2	-	Массовая доля не менее 99,0 %	-«-
5. Вода дистиллированная	ГОСТ 6709-72	1 сорт	Внешний вид	-
6. Азот газообразный	ГОСТ 9293-74	Особой чистоты	Объемная доля не менее 99,999 %	Со склада
Б. Полупродукты:
1. Полиамид 12	ОСТ6-06-425-92	Э	Массовая доля влаги не более 0,20 %; массовая доля НМС не более 0,13 %.	Из цеха
В. Материалы:
Бязь х/б	ГОСТ 11680-76	-	-	Со склада

2.3 Блок-схема технологического процесса

2.4 Описание технологического процесса

На складе на промышленных платформенных весах взвешиваются додекалактам (100 % масс.) и адипиновая кислота (0,3 % масс.) (к.т. 1) и подготавливаются к загрузке в расплавитель.

Таблица 2.3. I - Израсходовано на стадии (суммарно)

Наименование полупродуктов и сырья	Содержание основного вещества, %	Загружено
		Масса	Объем, л
		кг	кг осн. в-ва
1. Технический додекалактам 2. Техническая АК	100,00 100,00	1074,00 3,22	1074,00 3,22
ИТОГО:	1077,22
1. Расплав додекалактама, в том числе: Додекалактам АК 2. Потери на стадии	100,00 99,70 0,30 100,00	1073,98 3,24	1070,78 3,20 2,10	1103,00
ИТОГО:	1077,22

Додекалактам и адипиновая кислота, предварительно взвешенные на складе, с помощью вакуума загружаются в расплавитель (поз. 1). Затем по лактамопроводу из реактора (поз. 3) подается азот для удаления кислорода воздуха как из расплавителя, так и из лактамопровода. Для этого используется азот, оставшийся в реакторе после выгрузки полимера. В это время в рубашку подается жидкий теплоноситель - дифенильная смесь - нагретый до температуры 250 єС. Через 10-15 минут включается мешалка. Процесс расплавления додекалактама продолжается 1-1,5 ч (к.т. 2) при температуре 160 єС (к.т. 3). Контроль полноты расплавления осуществляется по времени.

Полученный расплав додекалактама передавливается из расплавителя (поз. 1) в реактор (поз. 3) через фильтр (поз. 2) азотом под давлением 0,2-0,3 МПа (к.т. 3) и температуре 160 єС (к.т. 4).

Таблица 2.4. I - Израсходовано на стадии (суммарно)

Наименование полупродуктов и сырья	Содержание основного вещества, %	Загружено
		Масса	Объем, л
		кг	кг осн. в-ва
1. Расплав додекалактама, в том числе: Додекалактам АК	100,00 99,70 0,30	1073,98	1070,78 3,20	1103,00
ИТОГО:	1073,98
1. Расплав додекалактама, в том числе: Додекалактам АК 2. Потери на фильтре	100,00 99,70 0,30 100,00	1070,76 3,22	1067,57 3,19 3,22	1099,60 3,40
ИТОГО:	1073,98

Фильтр обогревается дифенильной смесью через рубашку. Лактамопровод должен быть хорошо теплоизолирован. Фильтрование проводится для отделения механических примесей.

Таблица 2.5. I - Израсходовано на стадии (суммарно)

Наименование полупродуктов и сырья	Содержание основного вещества, %	Загружено
		Масса	Объем, л
		кг	кг осн. в-ва
1. Расплав додекалактама, в том числе: Додекалактам АК 2. ББСА 3. Раствор ОФК, в том числе: ОФК Вода Примеси	100,00 99,70 0,30 100,00 100,00 3,36 96,14 0,50	1070,76 85,33 55,52	1067,57 3,19 85,33 1,86 53,38 0,28	1099,60 74,20 54,65
ИТОГО:	1211,61
1. Полимер, в том числе: ПА Влага НМС 2. Отгоняемые пары, в том числе: Вода ОФК Примеси	100,00 98,09 1,00 0,91 100,00 95,11 4,25 0,64	1167,78 43,83	1145,42 11,68 10,68 41,69 1,86 0,28
ИТОГО:	1211,61

После фильтрования расплав додекалактама поступает в реактор (поз. 3), заполненный чистым азотом и нагретый до температуры 240-250 ^оС (к.т. 5). Затем из мерника (поз. 6) в реактор подают водный раствор ортофосфорной кислоты. Температура в реакторе самопроизвольно снижается до 200 ^оС (к.т. 6). После этого система электрообогрева реактора включается на полную мощность до достижения заданной максимальной температуры полиамидирования - 280 ^оС (к.т. 7). На начальной стадии процесса давление водяных паров в реакторе поднимается до 0,6 МПа вследствие испарения воды, содержащейся в расплаве, и высокой температуры. Поэтому, после того как давление поднимается до заданного - 0,6 МПа (к.т. 8), приоткрывается вентиль, соединяющий реактор (поз. 3) с холодильником (поз. 7), настолько, чтобы при дальнейшем повышении температуры реакционной массы давление не превышало заданного значения. Продолжительность подъема температуры до максимальной составляет около 2-3 ч.

После достижения максимальной температуры процесса реакционная масса выдерживается в течение 1-2 ч (к.т. 9).

После выдержки реакционной массы начинается постепенное снижение давления в реакторе (по лекалу) с 0,6 МПа до 50 кПа (к.т. 10). Причем, дальнейший сброс давления, с 50 кПа до 0 (атмосферного) (к.т. 11), осуществляется постепенно, в течение 30 минут, при этом производится строгий контроль динамики падения давления; температура к концу сброса составляет 280 ^оС (к.т. 12). Продолжительность снижения давления составляет около 2 ч.

После сброса давления начинается заключительная стадия процесса - так называемая дегазация - при полностью открытом вентиле на линии холодильника (поз. 7) и постоянной температуре в реакторе (поз. 3) 280 ^оС (к.т. 13). Дегазация проводится под током азота для удаления остаточной влаги и ортофосфорной кислоты из массы полимера. Пары воды и ортофосфорной кислоты охлаждаются в холодильнике и собираются в мернике (поз. 4). На данной стадии в реактор из мерника (поз. 5) загружается пластификатор - N-бутилбензолсульфамид. В результате происходит увеличение вязкости полимера. Продолжительность дегазации составляет около 4 ч.

Таблица 2.6. I - Израсходовано на стадии (суммарно)

Наименование полупродуктов и сырья	Содержание основного вещества, %	Загружено
		Масса	Объем, л
		кг	кг осн. в-ва
1. Полимер, в том числе: ПА Влага НМС 2. Дист. вода	100,00 98,09 1,00 0,91 100,00	1167,78 8,31	1145,42 11,68 10,68 8,31	8,31
ИТОГО:	1176,09
1. Гран. полимер, в том числе: ПА Влага НМС 2. Потери на стадии	100,00 97,40 1,70 0,90 100,00	1170,20 5,89	1139,69 19,89 10,62 5,89
ИТОГО:	1176,09

После окончания полиамидирования в реакторе азотом создается давление 0,3-0,5 МПа (к.т. 14), необходимое для выгрузки полимера. Процесс литья (выгрузки) полидодеканамида сочетается с формованием его в виде жилки. Жидкий полидодеканамид выливается из реактора через фильеру, присоединенную к разгрузочному штуцеру, в ванну с водой (поз. 4). Полученный полидодеканамид содержит около 1 % НМС, которые почти нерастворимы в воде, поэтому их не удаляют из полимера.

Охлаждение жилки происходит при ее прохождении через ванну (поз. 4) с холодной дистиллированной водой. Температура воды 10-12 ^оС. В ванне находится несколько направляющих валиков, причем один из них обязательно расположен под реактором. При этом происходит затвердевание полидодеканамида. Из ванны пучок жилок направляется в приемно-гранулирующее устройство (поз. 8), которое сочетает в себе функции тянущего и режущего устройств, а также оснащено виброситом. Протяжка жилок производится рифленым и обрезиненным (гуммированными) валками. Резка специальной цилиндрической фрезой. Протяжной и режущий механизмы связанны зубчатой передачей от одного привода. Такая конструкция позволяет при изменении скорости протягивания производить резку жилок на гранулы с постоянным размером. Затем гранулы ссыпаются на вибросито. Вибросито состоит из наклонного лотка, приводимого в движение вибратором через тяги. На вибросите осуществляется отделение стандартных гранул (3-4 мм) от нестандартных. Полученные гранулы собираются в контейнере (поз. 9).

После этого полимер по вакуумной линии загружается в сборник-циклон (поз. 10), в который, при необходимости долгого хранения гранулята, подается азот. Гранулирование длится около 2 ч.

Таблица 2.7. I - Израсходовано на стадии (суммарно)

Наименование полупродуктов и сырья	Содержание основного вещества, %	Загружено
		Масса	Объем, л
		кг	кг осн. в-ва
1. Гран. полимер, в том числе: ПА Влага НМС	100,00 97,40 1,70 0,90	1170,20	1139,69 19,89 10,62
ИТОГО:	1170,20
1. Гран. полимер, в том числе: ПА НМС Влага 2. Отвед. вещества, в том числе: Вода НМС 3. Потери на стадии	100,00 99,67 0,13 0,20 100,00 65,85 34,15 100,00	1137,76 26,71 5,73	1134,00 1,48 2,28 17,59 9,12 5,73
ИТОГО:	1170,20

Из сборника-циклона (поз. 10) с помощью винтового питателя (поз. 11) гранулированный полиамид загружается в сушилку. Сушка гранулированного полидодеканамида проводится в роторной вакуум-сушилке (поз. 12). Сушилка снабжена электрообогревом. После загрузки полимера сушилка герметично закрывается, затем создается вакуум и включается обогрев. При этом происходит постоянное перемешивание гранул за счет вращения ротора, оснащенного гребками. Сушка проводится при температуре 80 ^оС (к.т. 15) и остаточном давлении 0,01 МПа (к.т. 16). Общее время сушки варьируется в пределах 8-10 ч. Влажность гранулированного полидодеканамида после сушки не должна превышать 0,1-0,2% (к.т. 17). Высушенный полидодеканамид выгружается в полиэтиленовый контейнер (поз. 13), откуда по вакуумной линии загружается в сборник-циклон (поз. 14).

Таблица 2.8. I - Израсходовано на стадии (суммарно)

Наименование полупродуктов и сырья	Содержание основного вещества, %	Загружено
		Масса	Объем, л
		кг	кг осн. в-ва
1. Гран. полимер, в том числе: ПА НМС Влага	100,00 99,67 0,13 0,20	1137,76	1134,00 1,48 2,28
ИТОГО:	1137,76
1. Полиам. трубка, в том числе: ПА НМС Влага 2. Потери на стадии	100,00 99,67 0,13 0,20 100,00	1131,98 5,78	1128,24 1,47 2,27 5,78
ИТОГО:	1137,76

Гранулированный полиамид из сборника-циклона (поз. 14) через загрузочную воронку подается в экструдер (поз. 15), в котором происходят его пластикация, гомогенизация и последующее формование профиля трубки через прямоточную формующую головку кольцевого сечения.

Экструдер имеет несколько зон обогрева: в начале цилиндра - 200 єС (к.т. 18), в средней части цилиндра - 230 єС (к.т. 19), в передней части цилиндра - 250 єС (к.т. 20). Каждая функциональная зона имеет свой электронагреватель и теплоизоляцию. Температура в головке - 240 єС (к.т. 21). В мундштуке - 230 єС (к.т. 22). Температура трубки на выходе из головки -

220 єС. Для придания трубке определенного размера ее направляют в калибратор (поз. 16).

Для придания профилю экструдата заданных размеров и исключения его деформации в охлаждающем устройстве трубки калибруют, т.е. предварительно охлаждают с обеспечением расплаву определенной конфигурации и размеров. Для этого используют вакуумный калибратор (поз. 16). Калибрование трубки осуществляется по ее наружному диаметру, поскольку это важно для стыкования и соединения при дальнейшем использовании.

Процесс начинается при температуре выше температуры плавления полимера, а заканчивается, когда расплав затвердевает, то есть при температуре ниже температуры плавления. В связи с этим калибратор располагается в непосредственной близости от головки на расстоянии 10-15 мм. Скольжение трубы по калибрующей втулке сопровождается интенсивным теплоотводом и охлаждением изделия.

При калибровании вакуумом необходимо обеспечить герметичность между зкструдатом и гильзой на входе, поэтому диаметр формующего мундштука делают несколько больше, чем диаметр гильзы. Необходимые размеры труба приобретает в результате прижатия экструдата к стенкам гильзы под действием разности давления атмосферного воздуха и вакуума. Поскольку невозможно создать большую разность давлений (?P не превышает 0,05 МПа), этот метод неприменим при калибровании толстостенных труб.

Гильза калибратора имеет свою систему охлаждения водой. Температура воды должна быть 18-20 єС.

Сразу после калибратора трубка попадает в секцию охлаждения, которая на 80 % заполнена холодной водой. Температура воды 13-18 єС. Здесь осуществляется частичное охлаждение трубки. После этого трубка поступает в охлаждающую ванну (поз. 17), в которой она окончательно охлаждается холодной водой. Температура воды 15-20 єС.

После охлаждающей ванны (поз. 17) трубка через тянущее устройство (поз. 18) гусеничного типа поступает на маркировочное устройство (поз. 19). Труба маркируется резиновым роликом через гравированный маркирующий диск. Маркировка включает последовательно: наименование предприятия-изготовителя, условное обозначение трубки без слова «трубка», месяц и год изготовления, номер партии.

После прохождения через маркирующее устройство готовая трубка поступает на автоматическое намоточное устройство (поз. 20). Имея регулируемый по диаметру намоточный барабан, электропривод и систему счетчика метража, оно позволяет получать на выходе готовые бухты. Бухта закрепляется пластиковым хомутом (6 хомутов на 100 м).

Готовая трубка подвергается контролю по внешнему виду (к.т. 23), наружному диаметру (к.т. 24) и толщине стенки (к.т. 25).

2.5 Контроль производства

Таблица 2.9. Основные технологические параметры и контроль производства

Контр. точка	Наименование объекта контроля	Контролируемый параметр	Норматив	Метод и средства контроля
К.т. 1	Расплавитель (поз. 1)	Температура даутерма А	250 єС	УКТ38-Щ4, визуально
К.т. 2	-//-	Время расплавления	1,5 ч	Часы В76СМ-6, визуально
К.т. 3	-//-	Температура расплава	160 єС	УКТ38-Щ4, визуально
К.т. 4	-//-	Давление азота	0,2-0,3 МПа	Манометр 232.50 Wika, визуально
К.т. 5	-//-	Температура расплава	160 єС	УКТ38-Щ4, визуально
К.т. 6	Реактор (поз. 3)	Температура реактора	240-250 єС	УКТ38-Щ4, визуально
К.т. 7	-//-	Температура реакционной массы	280 єС	Термодат-16Е3, визуально
К.т. 8	-//-	Давление в реакторе	0,6 МПа	УКТ38-Щ4, Манометр 232.50 Wika, визуально
К.т. 9	-//-	Время выдержки реакционной массы	1-2 ч	Часы В76СМ-6, визуально
К.т. 10	-//-	Давление в реакторе	0,6-0,05 МПа	УКТ38-Щ4, Манометр 232.50 Wika, визуально
К.т. 11	-//-	Давление в реакторе	0,05-0 МПа	УКТ38-Щ4, Манометр 232.50 Wika, визуально
К.т. 12	-//-	Температура реакционной массы	280 єС	Термодат-16Е3, визуально
К.т. 13	-//-	Температура реакционной массы	280 єС	Термодат-16Е3, визуально
К.т. 14	-//-	Давление азота	0,3-0,5 МПа	УКТ38-Щ4, Манометр 232.50 Wika, визуально
К.т. 15	Сушилка (поз. 12)	Температура сушки	80 єС	УКТ38-Щ4, визуально
К.т. 16	-//-	Давление остаточное	0,01 МПа	УКТ38-Щ4, визуально
К.т. 17	Гранулят ПА12Э (поз. 14)	Влажность	0,1-0,2 %	По ОСТ6-06-425-92
К.т. 18	Экструдер (поз. 15)	Температура в начале цилиндра	200	УКТ38-Щ4, визуально
К.т. 19	-//-	Температура в средней части цилиндра	230	УКТ38-Щ4, визуально
К.т. 20	-//-	Температура в передней части цилиндра	250	УКТ38-Щ4, визуально
К.т. 21	-//-	Температура в головке	240	УКТ38-Щ4, визуально
К.т. 22	-//-	Температура в мундштуке	230	УКТ38-Щ4, визуально
К.т. 23	Товарный продукт (трубка)	Внешний вид	Гладкая, без пустот, трещин, инородных включений; цвет - однотонный	По ГОСТ Р 51190-98
К.т. 24	-//-	Наружный диаметр	15 мм	Штангенциркуль ШЦЦ-150-0,01 электронный, по ГОСТ Р 51190-98
К.т. 25	-//-	Толщина стенки	1,5 мм	Стенкомер индикаторный С-10А, по ГОСТ Р 51190-98

3. Материальный баланс производства

3.1 Исходные данные

Материальный баланс на 10000 п.м. полиамидной трубки

Таблица 3.1. Состав полиамидной трубки

Вещество	Процент, %
ПА12	99,67
НМС	0,13
Влага	0,20

Состав и удельные загрузки исходных веществ представлены в табл. 3.2 и табл. 3.3 соответственно.

Таблица 3.2. Состав исходных веществ

Вещество	г	Процент, %
Технический додекалактам	гД	100,00
Техническая ортофосфорная кислота, в том числе: Ортофосфорная кислота Примеси	гприм.	100,00 87,00 13,00
Техническая адипиновая кислота	гАК	100,00
Технический N-бутилбензилсульфонамид	гББСА	100,00

Таблица 3.3. Удельные загрузки исходных веществ

Вещество	g	По массе
Додекалактам		100,00
Ортофосфорная кислота		0,20
Дистиллированная вода	gводы	5,00
Адипиновая кислота		0,30
N-Бутилбензилсульфонамид		8,00

Таблица 3.4. Выходы по стадиям

№	Стадия		По додекалактаму, усл. ед.	По полиамиду, усл. ед.
1.	Расплавление	зр.	0,997	-
2.	Фильтрование	зф.	0,997	-
3.	Полимеризация	зп.	0,990	-
4.	Литье и гранулирование	згр.	-	0,995
5.	Сушка	зс.	-	0,995
6.	Экструзия	зэ.	-	0,995
	Общий выход	зобщ.	0,984	0,985

3.2 Расчет материального баланса по стадиям производства

Масса трубки:

= V_тр. · с_ПА,

где V_ст. - объем трубки, м³;

с_ПА - плотность ПА12, 1020 кг/м³ [18].

Объем трубки:

V_тр. = Н · (S_н - S_в) = рН · ( - )/4,

где H - длина трубки, м;

S_н - площадь наружной окружности трубки, м²;

S_в - площадь внутренней окружности трубки, м²;

d_н - диаметр наружной окружности трубки, м;

d_в - диаметр внутренней окружности трубки, м.

Тогда масса трубки длиной 10000 п.м. будет:

= 1020·3,14·10000·(0,015² - 0,012²)/4 = 650,00 кг.

Масса полиамида, образующегося при полимеризации:

 = = = 657,72 кг.

Масса полиамида состоит из массы АК, массы ББСА и массы заполимеризованного додекалактама:

= + + ,

где = з_р. · з_ф. · · g_АК / = 0,997 · 0,997 · · 0,3/100;

= з_р. · з_ф · · / = 0,997 · 0,997 · · 8,0/100;

= з_общ. · = 0,984 · ,тогда

= · (0,997 · 0,997 · 0,3/100 + 0,997 · 0,997 · 8,0/100 + 0,984).

Находим исходную массу технического додекалактама:

= 616,71 кг.

Исходная масса технической адипиновой кислоты:

= g_АК/ · = 0,30/100 · 616,71 = 1,85 кг.

В результате расплавления додекалактама получается расплав додекалактама, масса которого:

= з_р. · + з_р. · = 0,997 · 616,71 + 0,997 · 1,85 = 616,70 кг, в

том числе:

додекалактама: = 0,997 · 616,71 = 614,86 кг;

адипиновой кислоты: = 0,997 · 1,85 = 1,84 кг;

Масса потерь на стадии:

 = + - = 616,71 + 1,85 - 616,70 = 1,86 кг.

Результаты расчета сводятся в таблицу 3.5.

Таблица 3.5. Материальный баланс стадии плавления додекалактама

Загружено (приход)	Получено (расход)
Сырье и полупродукты	Содержа-ние, % (масс.)	Масса, кг	Продукты, отходы, потери	Содержа-ние, % (масс.)	Масса, кг
1. Технический додекалактам 2. Техническая АК	100,00 100,00	616,71 1,85	1. Расплав додекалактама, в том числе: Додекалактам АК 2. Потери на стадии	100,00 99,70 0,30 100,00	616,70 614,86 1,84 1,86
ИТОГО:	618,56	ИТОГО:	618,56

Масса расплава додекалактама после фильтрования:

= з_ф. · = 0,997 · 616,70 = 614,85 кг, в том числе:

додекалактама: = 0,997 · 614,86 = 613,02 кг;

адипиновой кислоты: = 0,997 · 1,84 = 1,83 кг;

Масса потерь на стадии:

= - = 616,70 - 614,85 = 1,85 кг.

Результаты расчета сводятся в таблицу 3.6.

Таблица 3.6. Материальный баланс стадии фильтрования расплава додекалактама

Загружено (приход)	Получено (расход)
Сырье и полупродукты	Содержание, % (масс.)	Масса, кг	Продукты, отходы, потери	Содержание, % (масс.)	Масса, кг
1. Расплав додекалактама, в том числе: Додекалактам АК	100,00 99,70 0,30	616,70 614,86 1,84	1. Расплав додекалактама, в том числе: Додекалактам АК 2. Потери на фильтре	100,00 99,70 0,30 100,00	614,85 613,02 1,83 1,85
ИТОГО:	616,70	ИТОГО:	616,70

Водопоглощение ПА12 при полимеризации, W: 1,0 % [19].

Полимеризация додекалактама протекает по следующей реакции:

Масса технического ББСА:

= / · = 8,00/100 · 613,02 = 49,00 кг.

Масса дистиллированной воды, необходимой для приготовления раствора ОФК:

= g_воды / · = 5,00/100 · 613,02 = 30,65 кг.

Масса технической ОФК:

 = / · = 0,2/100 · 613,02 = 1,23 кг.

Масса чистой ОФК:

= · = 1,23 · 0,87 = 1,07 кг.

Масса примесей:

= - = 1,23 - 1,07 = 0,16 кг.

Масса раствора ОФК, добавляемого в реактор:

= + = 1,23 + 30,65 = 31,88 кг.

Концентрация раствора ОФК:

щ = / · 100 = 1,07/31,88 100 = 3,36 %.

Масса полиамида, с учетом массы АК и ББСА:

= з_п. · + + = 0,99 · 613,02 + 1,83 + 49,00 = 657,72 кг.

Масса остатка додекалактама:

= 613,02 · (1- 0,99) = 6,13 кг.

Масса НМС в полиамиде:

= = 6,13 кг.

Масса влажного полиамида:

= = = 670,56 кг.

Масса впитываемой воды:

= - () = 670,56 - (657,72 + 6,13) = 6,71 кг.

Масса отгоняемых паров:

= - + + = 30,65 - 6,71 + 1,07+ 0,16 = 25,17 кг.

Результаты расчета сводятся в таблицу 3.7.

Таблица 3.7. Материальный баланс стадии полимеризации додекалактама

Загружено (приход)	Получено (расход)
Сырье и полупродукты	Содержание, % (масс.)	Масса, кг	Продукты, отходы, потери	Содержание, % (масс.)	Масса, кг
1. Расплав додекалактама, в том числе: Додекалактам АК 2. ББСА 3. Раствор ОФК, в том числе: ОФК Вода Примеси	100,00 99,70 0,30 100,00 100,00 3,36 96,14 0,50	614,85 613,02 1,83 49,00 31,88 1,07 30,65 0,16	1. Полиамид, в том числе: ПА Влага НМС 2. Отгоняемые пары, в том числе: Вода ОФК Примеси	100,00 98,09 1,00 0,91 100,00 95,11 4,25 0,64	670,56 657,72 6,71 6,13 25,17 23,94 1,07 0,16
ИТОГО:	695,73	ИТОГО:	695,73

Влажность гранулированного полиамида после литья и гранулирования, : 1,7 % [19]. Масса впитываемой воды:

= - = - 670,56 = 4,77 кг.

Масса гранулированного полиамида:

= з_гр. · ( + ) = 0,995 · (670,56 + 4,77) = 671,95 кг,

в том числе:

полиамида: = 0,995 · 657,72 = 654,43 кг;

НМС: = 0,995 · 6,13 = 6,10 кг;

воды: = 0,995 · 11,48 = 11,42 кг.

Масса потерь на стадии:

= ( + ) - = 675,33 - 671,95 = 3,38 кг.

Результаты расчета сводятся в таблицу 3.8.

Таблица 3.8. Материальный баланс стадии литья и гранулирования полиамида

Загружено (приход)	Получено (расход)
Сырье и полупродукты	Содержание, % (масс.)	Масса, кг	Продукты, отходы, потери	Содержание % (масс.)	Масса, кг
1. Полиамид, в том числе: ПА Влага НМС 2. Дист. вода	100,00 98,09 1,00 0,91 100,00	670,56 657,72 6,71 6,13 4,77	1. Гран. полиамид, в том числе: ПА Влага НМС 2. Потери на стадии	100,00 97,40 1,70 0,90 100,00	671,95 654,43 11,42 6,10 3,38
ИТОГО:	675,33	ИТОГО:	675,33

Масса высушенного полиамида:

= = = 656,61 кг.

Масса НМС в полиамиде после сушки:

= · ц = 656,61 · 0,0013 = 0,86 кг.

Масса влаги в полиамиде после сушки:

= · w = 656,61 · 0,002 = 1,32 кг.

Масса отведенных веществ:

= + = (11,42 - 1,32) + (6,10 - 0,86) = 15,34 кг.

Масса полиамида после сушки:

= з_с. · = 0,995 · 656,61 = 653,32 кг, в том числе:

полиамида: = 0,995 · 654,43 = 651,16 кг;

НМС: = 0,995 · 0,86 = 0,85 кг;

влаги: = 0,995 · 1,32 = 1,31 кг.

Масса потерь на стадии:

= - = 656,61 - 653,32 = 3,29 кг.

Результаты расчета сводятся в таблицу 3.9.

Таблица 3.9. Материальный баланс стадии сушки гранулированного полиамида

Загружено (приход)	Получено (расход)
Сырье и полупродукты	Содержание, % (масс.)	Масса, кг	Продукты, отходы, потери	Содержание % (масс.)	Масса, кг
1. Гран. полиамид, в том числе: ПА Влага НМС	100,00 97,40 1,70 0,90	671,95 654,43 11,42 6,10	1. Полиамид, в том числе: ПА НМС Влага 2. Отвед. вещества, в том числе: Вода НМС 3. Потери на стадии	100,00 99,67 0,13 0,20 100,00 65,84 34,16 100,00	653,32 651,16 0,85 1,31 15,34 10,10 5,24 3,29
ИТОГО:	671,95	ИТОГО:	671,95

Масса трубки:

= з_ф. · = 0,995 · 653,32 = 650,00 кг, в том числе:

полиамида: = 0,995 · 651,16 = 647,86 кг;

НМС: = 0,995 · 0,85 = 0,84 кг;

влаги: = 0,995 · 1,31 = 1,30 кг.

Масса потерь на стадии:

= - = 653,32 - 650,00 = 3,32 кг.

Результаты расчета сводятся в таблицу 3.10.