Материал: Производство лака ПФ-060

Таким образом, для получения 1000 кг лака необходимо синтезировать 554,21 кг пентафталя.

) Расчет стадии синтеза по теории (без учета потерь).

Молекулы пентафталей ориентировочно содержат 4- 6 остатков фталевого ангидрида. При этом, кроме остатков эфира пентаэритрита в молекулах пентафталей содержатся также моноглицеридные остатки, которые образуются при переэтерификации масла.

В соответствии с этим формулу жирногопетафталя, модифицированного подсолнечным маслом, схематично можно представить в виде:

где - СОR жирнокислотные остатки кислот подсолнечного масла со средней молекулярной массой М = 265. Отсюда, молекулярная масса звена 1280.

Молекулярная масса олигомера (М_олиго) рассчитывается по формуле:

М_олиго = М_звена∙n + М_{концевых групп}.

Отсюда, М_олиго = 1280∙3 + 18=3858 (при n=3)

Проверка кислотного числа:

К.Ч. = 1∙56,1∙1000/3858 = 14,5 мг КОН/г

Полученные значения удовлетворяют заданным параметрам.

Химизм процесса изображаем с последней стадии:

а) Полиэтерификация моноглицерофталата и фталатадиэфира пентаэритрита

моноглицерофталат              фталатдиэфира пентаэритрита

Пентафталь с молекулярной массой 3858.

б) Этерификация моноглицерида и диэфира пентаэритрита фталевым ангидридом

моноглицериддиэфир пентаэритрита фталевый ангидрид

моноглицерофталатфталатдиэфира пентаэритрита

в) Переэтерификация подсолнечного масла пентаэриритритом

триглицерид пентаэритрит

моноглицериддиэфир пентаэритрита

Отсюда, брутто - реакция имеет вид:

триглицерид пентаэритрит фталевый ангидрид

Пентафталь с молекулярной массой 3858.

Проверка баланса:

Молекулярная масса левой части брутто- реакции:

∙884 + 3∙136 + 6∙148 = 3948

Молекулярная масса правой части брутто реакции:

+ 5∙18 = 3948

Расчет масс реагентов и реакционной воды по теории:

Масса подсолнечного масла:

∙884 - 3858

Х₁ - 554,21                   Х₁ = 381,0 кг.

Масса пентаэритрита:

∙136 - 3858

Х₂ -554,21                    Х₂ = 58,6 кг.

Масса фталевого ангидрида:

∙148 -3858

Х₃ - 554,21                   Х₃ = 127,5 кг.

Масса реакционной воды:

∙18 -3858

Х₄ - 554,21                   Х₄ = 12,9 кг.

Расчёт реакционной воды по фталевому ангидриду

В результате реакции полиэтерификации выделяется реакционная вода.

а) На 1 моль фталевого ангидрида (ФА) выделяется 1 моль воды

кг ФА - 18 кг Н₂О

127,5 кг ФА - Х_р.в. кг Н₂О         Х_р.в.=15,5кг Н₂О;

б) Степень превращения (α) по ФА определяется по формуле:

α = (КЧ_исх-КЧ_кон)/КЧ_исх,                                      (2.1)

где: КЧ_исх и КЧ_кон - соответственно, кислотное число исходной смеси реагентов и конечного продукта.

КЧ_исх= КЧ_ф.а∙W_ф.а,                                                                    (2.2)

где: КЧ_ф.а - это кислотное число фталевого ангидрида, мг КОН/г;

W_ф.а - процентное содержание фталевого ангидрида в исходной смеси

КЧ_ф.а=f∙М_кон∙1000/М_ф.а,(2.3)

где: М_кон и М_ф.а - это молекулярные массы щелочи и фталевого ангидрида;

f - функциональность фталевого ангидрида;

КЧ_ф.а=2∙56100/148=758,1 мг КОН/г;

КЧ_исх=758,1∙ 0,254= 192,6 мг КОН/г;

α = (192,6-14,5)/192,6 = 0,92

в) Масса выделившейся реакционной воды:

_р.в = α∙Х_р.в.=0,92∙15,5 = 14,3 кг,

это удовлетворительно согласуется с расчётом по уравнению реакции.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 1.6.

Таблица 2.6 - Материальный баланс стадии синтеза по теории

) Расчет стадии синтеза с учетом потерь и составление расходных норм сырья.

Потери на стадии синтеза составляют 38,4 кг, в том числе, реакционная вода 12,9 кг, т.е технологические потери на стадии синтеза составят: 38,4-12,9 = = 25,5 кг

Результаты расчетов сводятся в таблицу 7. Далее определяют нормы расхода сырья на 1 тонну лака. Результаты заносят в таблицу 8.

Таблица 2.7 - Материальный баланс стадии синтеза с учётом потерь

Таблица 2.8 - Нормы расхода сырья на 1 тонну лака:

2.2 Расчет эффективного фонда времени работы оборудования

Т_эфф= (365 - П - В) • n • t - (ППР + ТП);                              (2.4)

П= 8 сут

В= 0= 3= 8 ч

ППР = 252 ч/год,

где:

- число дней в году, сут;

П - количество праздничных дней в году, сут;

В - количество выходных дней в году, сут;- число смен в сутки, смены/сутки;- продолжительность смены, ч;

ППР - время на планово - предупредительный ремонт реактора, ч/год;

ТП - время на технологические простои, ч/год.

ТП=t_{замывки}+t_{загрузка компонентов} •365

где:

t_{замывки}-время на замывку: замывку реактора проводят 2 раза в месяц, длительность 11 часов, [1];

t_{загрузка компонентов}- время на загрузку всех компонентов:

растительное масло- 2 часа;пентаэритрит и сода-1,5 часа;фталевый ангидрид-1,5 часа;

- число дней в году, сут.

ТП=11•2•12+(2+1,5+1,5) •365=2089 ч/год

Т_эфф= (365 - 8 - 0) • 3 • 8 - (536 + 2089)=5943 ч

а) Годовая потребность в сырье (G_год), т/год:

_год= G_{сырья на тонну} ∙ N_{год по лаку}/1000                                                    (2.5)

где: G_{сырья на тонну} - масса каждого компонента, кг/т;

N_{год по лаку} - годовая мощность по лаку, т (зададимся N=5000 т)

Годовая потребность в подсолнечном масле (G_{год. под. масла}), пентаэритрита (G_{год. пентаэритрита}), фталевом ангидриде (G_{год. фт.анг}), растворителе (G_{год. растворителя}), соды (G_{год. соды}) составляет:

G_{год. под. масла}=396,3∙5000/1000=1981,5 т/год;

G_{год. пентаэритрита}= 62,3∙5000/1000=311,5 т/год;

G_{год фт.анг}= 134,01∙5000/1000=670 т/год

G_{год. растворителя}=453,44∙5000/1000=2267,2 т/год;

G_{год. соды} =0,4∙5000/1000=2 т/год.

б) Часовая потребность в сырье (G_час), кг/час;

_час.=G_год/ Т_{эфф. реактора}∙1000;                                                               (2.6)

_{час. под. масла} = 1981,5/5943∙1000=333,42 кг/час;

G_{час. пентаэритрита} = 311,5/5943∙1000=52,41 кг/час;

G_{час фт.анг} = 670/5943∙1000 = 112,74 кг/час

G_{час. растворителя} = 2267,2/5943∙1000=381,49 кг/час;

G_{час. соды} = 2/5943∙1000=0,34 кг/час;

в) Суточная потребность(G_сут), кг/сутки;

_сут=G_час∙24;                                                                                       (2.7)

_{сут под. масла} = 333,42∙ 24 = 8002,08 кг/сутки;

G_{сут пентаэритрита} = 52,41∙24=1257,84 кг/сутки;

G_{сутфт.анг} = 112,74∙24 = 2705,76 кг/сутки,

G_{сут растворителя} = 381,49∙24=9155,76 кг/сутки;

G_{сут соды} =0,34∙24=8,16 кг/сутки.

Результаты расчёта сводим в таблицу 2.9.

Таблица 2.9 - Потребность в сырье

2.3 Расчёт количества реакторов и выбор объёма реактора

А. Исходные данные

) годовая мощность 5000 т/год;

) МДНВ = 55%;

) Расходная норма сырья на 1 тонну лака по основе на сам алкидприведены в таблице 2.9;

) Т_{эфф реактора}= 5943ч;

) Коэффициент заполнения реактора = 0,8 [1];

) Коэффициент запаса =0,15[1]

Б. Расчёт числа реакторов n

n=  ;                                                 (2.8)

где :

n - число реакторов;

G_год.пф - масса пентафталя которую нужно сделать за год, т/год ;

α - коэффициент запаса;

z - число синтезов за год;

Gс - суммарная масса веществ, загруженных в реактор, кг ;

) Расчёт массы пентафталя которую нужно получить за год G_год.пф, т;

_год.пф= G_год.пэ + G_год.фа + G_{год.масла}                                                      (2.9)

_год.пф=311,5+670+1981,5=3407,45т/год

) Рачётz, ч

z=;                                         (2.10)

где:

Т_{эфф.реактора} - эффективный фонд рабочего времени реактора, ч;

Т_цикла - время одного синтеза, ч, [1];

Т_цикл= Т₁+ Т₂ + Т₃ + Т₄ + Т₅ + Т₆ + Т₇ + Т₈ + Т₉ + Т₁₀ + Т₁₁;             (2.11)

Т₁ = 2 ч [10];

Т₂ = 2,5 ч [10];

Т₃ = 1,5 ч [10];

Т₄ = 3,25 ч [10];

Т₅ = 2,5 ч [10];

Т₇ = 1,5 ч [10];

Т₈ = 3 ч [10];

Т₉ = 6,5 ч [10];

Т₁₀ = 0,85 ч [10];

Т₁₁ = 0,75 ч [10];

где:

Т₁ - Загрузка масла растительного, ч;

Т₂ - Нагрев масла до температуры (120-150)°С, ч;

Т₃ - Загрузка пентаэритрита и соды кальцинирован, ч;

Т₄ - Нагрев реакционной массы до температуры (250±5)°С, ч;

Т₅ - Переэтерификация, ч;

Т₆ - Охлаждение до тем-пературы (180-200)°С ,ч;

Т₇ - Загрузка фталевого ангидридов и раствора ПМС-200А, ч;

Т₈ - Нагрев реакционной массы до температурь (250 ±10)°С на стадию этерификации и поликонденсации, ч;

Т₉ - Стадия этерификации и полиэтернфикацин, ч;

Т₁₀ - охлаждение основы до 180ºС, ч;

Т₁₁ - выгрузка основы лака в смеситель, ч;

Т_цикл=2+2,5+1,5+3,25+2,5+1,25+1,5+3+,5+0,85+0,75=25,6 ч;

z=  =232,7ч;

примем z=233 ч

) Расчёт суммарной массы веществ, загруженных в реакторGмах, кг;

Gс=V_{реактора}·К_зап·ρ_смеси;                      (2.12)

где:

V_{реактора}-объем реактора, м³;

ρ_смеси-плотность смеси, кг/м³;

К_зап- коэффициент запаса;

Находим плотность смеси по формуле:

ρ_см = ΣG_i/т/(Σ(G_i/т/ρ_i);                                                                       (2.13)

где:_i/т - масса каждого компонента на 1 т основы лака, кг;

ρ_i - плотность каждого компонента, кг/м³;

ρ_масла = 925 кг/м³[2];

ρ_пэ = 1400 кг/м³ [2];

ρ_фа = 1530 кг/м³ [2];

ρ_см=

где:

x_пэ-массовая доля пентаэритрита;

ρ_пэ-плотность пентаэритрита, кг/м³;

x_фа- массовая доля фталевого ангидрида;

ρ_фа плотность фталевого ангидрида кг/м³;

x_масла- массовая доля подсолнечного масла;

ρ_масла-плотность подсолнечного масла;, кг/м³;

ρ_см== 1088,20 кг/м³

Задаёмся целым рядом объёмов реакторов 6,3 м³; 10 м³; 20 м³; [3];

Для этих объёмов считаем Gс и n, полученные значения заносим в таблицу 2.10;

G_с(6,3) =6,3•1088,20•0,8=5484,53 кг

G_с(12) =12•1088,20•0,8=10446,72 кг

G_с(20) =20•1088,20•0,8=17411,20 кг

n₁= =2,7;

n₂= =1,4;

n₃= =0,8;

Таблица2.10 -результаты расчёта количества реакторов