Производство лака ПФ 060

 

 

 

 

5 Технологические расчеты

 

5.1 Расчет расходных норм сырья  для получения одной тонны лака [4]

 

1) Загрузочная рецептура лака  ПФ-060.

Таблица 13 – Загрузочная рецептура лака ПФ-060

Компонент	Массовые проценты		Молекулярная масса, г/моль	Плотность, кг/м3
	На основу	На лак
1	2	3	4	5
Масло растительное полувысыхающее	60	33	882	800
Пентаэритрит технический	14,6	8,0	136	1397
Ангидрид фталевый технический	25,4	14,0	148	1527
Уайт-спирит		27,0		790
Ксилол		18,0		862-868
Итого	100	100

Примечание: плотность и молекулярная масса растительного полувысыхающего масла взята по подсолнечному маслу при 200оС.

 

2) Распределение потерь по стадиям  технологического процесса.

Общее количество потерь составляет 48 кг на 1000 кг лака ПФ-060, включая реакционную воду. Потери распределены по стадиям в соответствии с таблицей 14.

Таблица 14 – Распределение потерь по стадиям технологического процесса

Стадия технологического процесса	Потери, кг	Соотношение летучие:нелетучие
1	2	3
Слив	2,5	2:1
Фильтрация	8,0	1:2
Растворение основы лака и постановка на тип	2,3	3,25:1
Загрузка сырья и синтез основы лака в реакторе	35,2*	
Итого	48.0

* в потери включена реакционная  вода.

Материальный баланс составляется с последней стадии – слива.

Массовая доля нелетучих веществ равна 55 процентам, следовательно, одна тонна лака ПФ-060 содержит на стадии слива 550 кг основы и 450 кг растворителей.

Согласно таблице 14 потери на этой стадии составляют 2.5 кг из них летучие вещества составляют mл=2×2.5/(2+1)=1,67 кг, нелетучие mнелет=1×2.5/(2+1)=0,83 кг.

Таблица 15 – Расчет потерь по стадиям технологического процесса

Стадия процесса	Компоненты	Приход, кг	Потери*, кг	Расход, кг
1	2	3	4	5
Слив	Лак ПФ-060: Летучие	451,67	1,67	450
	Нелетучие	550,83	0,83	550
	Итого	1002,5	2,5	1000
Фильтрация	Лак ПФ-060: Летучие	454,34	2,67	451,67
	Нелетучие	556,16	5,33	550,83
	Итого	1010,5	8,0	1002,5
Растворение и постановка на тип	Лак ПФ-060: Летучие	456,1	1,76	454,34
	Нелетучие	556,7	0,54	556,16
	Итого	1012,8	2,3	1010,5

* потери рассчитаны по таблице 14.

Чтобы получить одну тонну лака ПФ-060 необходимо получить 556.7 кг основы, а для получения 556.7 кг основы необходимо в реактор загрузить 591.6 кг компонентов (включены 35.2 кг потерь, вычтены 0.3 кг кальцинированной соды).

Количество загружаемых компонентов:

1) Масло растительное m=0.6×591.6=354.96 кг.

2) Пентаэритрит m=0.146×591.6=86.37 кг.

3) Фталевый ангидрид m=0.254×591.6=150.27 кг.

При синтезе алкидной основы выделяется реакционная вода, теоретическое количество которой (исходя из загрузки 1000 кг сырья) рассчитывается следующим образом.

При взаимодействии одного моль фталевого ангидрида с одним моль моноглицерида или с одним моль диэфира пентаэритрита выделяется один моль воды. Таким образом, при взаимодействии 148 кг фталевого ангидрида с моноглицеридом (диэфиром пентаэритрита) выделяется 18 кг воды, а при взаимодействии 254 кг фталевого ангидрида выделится mводы=254×18/148=30,89 кг воды.

Исходя из кислотного числа, при котором заканчивают синтез, уточним количество образующейся воды.

Степень превращения компонентов (степень завершения реакции) определяется по формуле:

 

,

 

где КЧисх , КЧкон – соответственно, кислотное число исходной реакционной смеси и конечного продукта.

Кислотное число исходной реакционной смеси рассчитывается по формуле:

 

,

 

где КЧi, Ni – соответственно, кислотное число и массовая доля индивидуальных компонентов.

Кислотное число исходной реакционной смеси определяется двумя компонентами – фталевым ангидридом и, в незначительной мере, растительным маслом. Кислотное число растительного масла примем равным 4 мг КОН/г (табл. 2, нерафинированное подсолнечное масло первого сорта). Кислотное число фталевого ангидрида рассчитывается по формуле:

 

,

 

где f – функциональность фталевого ангидрида;

ММКОН – молекулярная масса гидроксида калия;

ММфа – молекулярная масса фталевого ангидрида.

 

 мг КОН/г

 

 мг КОН/г

 

Тогда степень завершения реакции составит p=(195-20)/195=0.897.

С учетом степени превращения компонентов количество реакционной воды составит mводы практ. =mводы теор.×p=0.897×30.89=27.71 кг.

При загрузке в аппарат 1000 кг сырья выход основы с учетом реакционной воды составит mосновы=1000-27.71=972.29 кг.

Для получения одной тонны лака ПФ-060 необходимо получить 556.7 кг основы, следовательно, количество выделившейся реакционной воды составит m=556.7×27.71/972.29=15.87 кг, а потери компонентов на стадии синтеза составят mкомп=35.2-15.87=19.33 кг.

Таблица 16 – Распределение потерь при синтезе

Компоненты	Приход, кг	Потери, кг	Расход, кг
1	2	3	4
Масло растительное	354,96	11,60	343,36
Пентаэритрит	86,37	2,82	83,55
Фталевый ангидрид	150,27	4,91	145,36
Сода кальцинированная	0,3		0,3
Реакционная вода		15,87	
Итого	591.9	35.2	556.7

 

 

Таблица 17 – Расходные нормы на 1000 кг лака ПФ-060

Компоненты	Расходные нормы, кг/т
1	2
Масло растительное	354,96
Пентаэритрит	86,37
Фталевый ангидрид	150,27
Сода кальцинированная	0,3
Уайт-спирит	273,66
Ксилол	182,44
Итого	1048,0

Примечания:

1) Массовая доля нелетучих веществ 55 процентов.

2) По таблице 15 общее количество  загружаемых растворителей равно 456.1 кг. Соотношение уайт-спирит:ксилол=1.5:1. Исходя из этого рассчитано  количество каждого из растворителей.

 

5.2 Расчет суточного расхода сырья отделения синтеза [4]

 

1) Расчет эффективного фонда  рабочего времени оборудования.

 

,

 

где П – количество праздничных дней;

В – количество выходных дней;

t – продолжительность рабочей смены, час;

с – количество смен в сутки;

Ттек – количество дней в году, затрачиваемых на текущий ремонт оборудования;

Ткап – количество дней в году, затрачиваемых на капитальный ремонт;

Ппр – процент простоя оборудования.

 

 час

 

2) Расчет среднесуточной производительности отделения получения лака.

 

,

 

где М – производительность отделения синтеза, кг/год;

Тэфф – эффективный фонд рабочего времени оборудования.

 

 кг/сутки≈15,4 т/сутки

 

Таблица 18 – Суточный расход сырья

Компоненты	Расходные нормы, кг/т	Расход
		кг/сутки	кг/час	кг/год
1	2	3	4	5
Масло растительное	354,96	5466,38	227,77	1703325,25
Пентаэритрит	86,37	1330,10	55,42	414458,54
Фталевый ангидрид	150,27	2314,16	96,42	721091,63
Сода кальцинированная	0,30	4,62	0,19	1439,59
Уайт-спирит	273,66	4214,36	175,60	1313194,58
Ксилол	182,44	2809,58	117,07	875465,13
Итого	1048,00	16139,20	672,47	5028974,72

 

5.3 Выбор реактора. Расчет числа  реакторов отделения синтеза [4]

 

Число реакторов можно определить по формуле:

 

n ,

 

где n – число реакторов;

M – производительность отделения синтеза, кг/год;

Z=0.15 – запас производительности;

Y – число синтезов одного реактора в году, рассчитывается по формуле Y=Тэфф/Тодного синтеза;

G – общая загрузка реактора.

Общую загрузку реактора можно рассчитать по формуле:

 

G=ρ×φ×V,

 

где V – объем реактора, м3;

φ=0.8 – коэффициент заполнения реактора;

ρ – плотность реакционной массы, рассчитывается по формуле:

 

,

 

где mi – масса i-го компонента реакционной смеси;

ρi – плотность i-го компонента реакционной смеси.

 

 кг/м3

Расчет числа реакторов приведен в таблице 17.

Таблица 19 – Расчет числа реакторов

Объем реактора, м3	Общая загрузка реактора,кг	Число реакторов
1	2	3
6,3	4937,18	4,7
8,0	6269,44	3,7
10,0	7836,80	2,96

Согласно данным таблицы 19 принимаем 5 реакторов объемом 6.3 м3.

 

5.4 Материальный баланс реактора  периодического действия. Расходные  нормы сырья на один цикл [4]

 

Количества загружаемых в реактор компонентов находим исходя из расходных норм (таблица 17) и коэффициента пересчета Кпер, который рассчитывается по формуле:

 

Кпер= ,

 

где Gзагр – масса компонентов загружаемых в реактор, кг;

Gкомп – масса компонентов, необходимая для синтеза одной тонны лака (расходные нормы), кг.

 

Кпер=

 

Таблица 20 – Загрузочная рецептура реактора объемом 6.3 м3

Компоненты	Расходные нормы, кг/т	Масса компонентов, загружаемых в реактор, кг
1	2	3
Масло растительное	354,96	2960,8
Пентаэритрит	86,37	720,4
Фталевый ангидрид	150,27	1253,4
Сода кальцинированная	0,30	2,5
Итого	591.9	4937,2