Проект участка по производству водорастворимой фенолоформальдегидной смолы СФЖ-3013 производительностью 3000 т/год

Реактор — основной аппарат для проведения реакции конденсации. Реакторы представляют собой цилиндрические емкости со сферическими днищем и крышкой. Они снабжены рубашкой для обогрева и для охлаждения конденсируемой массы. На паровой рубашке расположены штуцера для ввода пара, холодной воды и выхода конденсата.

В крышку реактора вмонтированы штуцера  для загрузки формалина, фенола, катализаторов, для отвода паров в конденсатор, а также для взятия пробы в процессе конденсации смолы. На крышке реактора имеется люк для загрузки карбамида, меламина и других сырьевых материалов, смотровые стекла для наблюдения за ходом процесса и отверстия для установки приборов, регистрирующих температуру реакционной среды и давление. Люк используют также для осмотра, чистки и ремонта без снятия его крышки. В нижней части реактора расположен штуцер для слива смолы. Реакторы снабжены мешалками, которые приводятся во вращение от электродвигателя через редуктор, установленный на крышке реактора вместе с электродвигателем.

Для охлаждения и конденсации выделяющихся при синтезе смол паров воды, насыщенных формальдегидом и фенолом, и возвращения их в реакционную среду применяют конденсатор (холодильник). Конденсатор представляет собой цилиндрический кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками.

Пары воды и летучие компоненты поступают в конденсатор по трубам сверху вниз и охлаждаются водой, протекающей в межтрубном пространстве противотоком снизу вверх. В этом случае конденсатор работает как обратный.

При частичном обезвоживании синтезируемых  смол под вакуумом конденсатор переключают  на прямое действие и используют для  вывода паров воды из сферы реакции. Чем больше емкость реактора, тем большая требуется поверхность теплообменника конденсаторов.

Эффективность работы конденсатора зависит  от многих факторов, в том числе  от скорости движения паров в трубном  пространстве и равномерности распределения потока при входе в трубное пространство.

Для приема конденсата из трубчатого холодильника используют вакуум-сборник конденсата, представляющий собой вертикальный цилиндрический бак со сферическим днищем. Максимальная вместимость сборника составляет из вместимости реактора.

Суммарный объем ректора определяется по следующей формуле:

где V_П — полный объем реактора, м³

Q — суточная производительность по загрузке, м³/сутки

τ_Ц — суммарное время оборота (цикла), час

φ — коэффициент заполнения

Производительность реактора определяется материальным балансом данного процесса и заданной производительностью по готовой продукции, в схему производства входит данная операция. Коэффициент заполнения φ принимается в зависимости от условий протекания реакции (пенообразование). Время цикла определяется по формуле

где τ_З — время загрузки, τ_П — время подготовки (время нагрева до температуры реакции), τ_Р — время проведения самой реакции, τ_В—время выдержки (в тех случаях когда перед выгрузкой необходимо снижение температуры, время для удаления жидкой составляющей и т.д.), τ_ВЫГР—время выгрузки, τ_Ч—время подготовки реактора под следующую загрузку.

Определяем суточную производительность по загрузке:

где 1,1 т-это расход фенола с учетом потерь и 2,046 т-расход формалина с учетом потерь,

260-количество рабочих дней, а  1200 г/м – плотность смолы, тогда

Q= ((4000/260(1,1+2,046))/1200=28,9м

Время цикла  τ_Ц=0,58+0,583+1,92+1+0,5+0,9=5,5 часа, φ=0,7

Определяем объем реактора:

V= (28,9 5,5)/(24 0,8)=9,46 м

 

 

3. КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА

 

 

1. Оценка технического уровня и качества синтетических смол

 

Качество синтетических смол влияет на прочность и долговечность  клееной продукции, ее внешний вид, соответствие свойств санитарно-гигиеническим  нормам,   а  также  на  условия  труда  при  работе  со  смолами, производительность прессов и экономические показатели работы предприятия. Оценка технического уровня и качества смол лежит в основе работ по аттестации продукции по категориям качества, выбору лучшего типа смолы, планированию показателей качества. Однако методики оценки технического уровня синтетических смол нет. Это затрудняет проведение работ по управлению качеством смол.

Особые трудности возникают  при аттестации смол по категориям качества. Кроме отсутствия методик, причина трудностей в том, что в действующие стандарты и технические условия на синтетические смолы не включены требования к продукции высшей категории качества. Поэтому при аттестации синтетических смол подтверждается лишь соответствие показателей их качества требованиям действующих стандартов или технических условий, т. е. первой категории качества. Кроме того, отсутствует единый подход к вопросам оценки технического уровня и качества синтетических смол. В ЦНИИФе разработана методика оценки качества клеящих и пропиточных смол. При этом использованы результаты исследований и данные о качестве синтетических смол, полученные с предприятий отрасли.

Оценка уровня качества продукции  заключается в выборе номенклатуры, а также метода определения показателей качества и сопоставления их с базовыми.

Номенклатура показателей качества. Технический уровень и качество синтетических смол должны оцениваться  по группам показателей: назначения, надежности (сохраняемости), эргономических, технологических и однородности  свойств.

Показатели назначения характеризуют  свойства смол, определяющие основные функции, для выполнения которых они предназначены, и обусловливают область их применения.

Показатели надежности характеризуют  способность синтетических смол сохранять пригодное для потребления состояние после хранения и транспортировки. К ним можно отнести гарантийный срок и вязкость смолы после хранения в течение этого срока.

 

Эргономические показатели характеризуют  санитарно-гигиенические свойства смол, проявляющиеся в процессе применения и эксплуатации изделий на их основе. Санитарно-гигиеническая характеристика синтетических смол включает в себя показатели, отражающие содержание токсичных веществ (формальдегида, фенола) в свободном состоянии, и разрешение Минздрава на применение изделий на основе конкретной смолы в жилищном и гражданском строительстве.

 Технологичность (распределение  затрат труда, материалов и  времени на изготовление 1 т условно сухого продукта) синтетических смол определяют следующие показатели: трудоемкость (затраты труда в человеко часах), материалоемкость (расход основных материалов) и себестоимость производства единицы продукта.

 Показатели    технологичности   позволяют   установить,   какой  ценой  достигается  требуемый  уровень качества  смол. Они необходимы   в   первую   очередь   для   сравнительной   оценки  деятельности   родственных предприятий.

Показатели     однородности    указывают    на    стабильности, свойств смол при массовом или  серийном их производстве. Они характеризуются  среднеквадратическим   отклонением  следующих  физико-химических показателей: массовой доли сухого остатка, вязкости в момент изготовления, продолжительности желатинизации.

Учитывая жесткие требования стандартов и технических условий к синтетическим смолам и соответствие качества смол современному уровню производства, можно утверждать, что именно показатели однородности являются отличительным признаком категории качества смол. Эти показатели отражают уровень организации производства и технологической дисциплины на предприятии-изготовителе, а также служат гарантией стабильного качества смол для потребителя. Узкий диапазон изменения показателей основных физико-химических свойств синтетических смол в значительной мере исключает колебания их технологических параметров при использовании в производстве.

Определение показателей  качества. Единичные показатели качества смол, входящие в группы показателей назначения, надежности и эргономических, определяются в соответствии с методами испытаний, предусмотренными стандартами (техническими условиями) на оцениваемую продукцию. Они выражаются средними арифметическими значениями результатов испытаний отдельных проб смол.

Значение каждого показателя технологичности  может быть определено сопоставлением фактически достигнутого (по отчетным данным предприятия на момент оценки) со значением, устанавливаемым в зависимости от цели проведения оценки.

Сравнительную себестоимость  S_c определяют как отношение общей себестоимости к себестоимости, принятой или заданной для сравнительной оценки технологичности:

Выбор базовых показателей  качества. Выбор базовых показателей синтетических смол зависит от задач, поставленных при проведении оценки технического уровня и качества. При планировании показателей качества и стимулирования их повышения базовыми являются показатели достигнутые на данный момент. При анализе динамики уровня качества и информации о качестве смол, а также при контроле качества базовые показатели устанавливает исполнитель работы. Во время аттестации сип технических смол по категориям качества значения базовых показателен определяют базовые организации по стандартизации.

Методы  оценки уровня качества.  В соответствии с ГОСТ 22732—77 «Методы   оценки   уровня   качества   промышленной   продукции.  Основные положения»  для   оценки   уровня   качества   синтетических   смол   можно применять дифференциальный, комплексный и смешанный методы.

Дифференциальный метод используют при сопоставлении уровня качества оцениваемой смолы и базового образца по отдельным показателям (например, при контроле и планировании показателей качества, анализе информации о качестве смол).

Комплексный метод применяют, когда  требуется характеризовать уровень качества смолы одним обобщенным показателем (например, при анализе динамики уровня и стимулировании улучшения качества смол).

Смешанный метод употребляют тогда, когда нужно более полно учесть все существенные свойства продукции  и сделать выводы относительно определенных групп свойств (например, при аттестации смол по категориям качества).

 

 

2. Санитарно-химические свойства синтетических смол и клееных материалов

 

Ограничение Минздравом применения древесностружечной плит в строительстве связано  с выделением из них формальдегида  в количествах, превышающих допустимые нормы.

Исследованиями,  выполненными  многочисленными  институтами  и  лабораториями, в том числе учреждениями Минздрава, установлено, что главная причина выделения формальдегида из плит обусловлена свойствами  и особенностями строения  карбамидоформальдегидных  смол.

В соответствии с требованиями  ГОСТ  10632—77   «Плиты   древесностружечные» ДСтП должны изготовляться с применением синтетических смол, разрешенных Минздравом, и не должны выделять в окружающую среду вредные химические вещества  в количествах, превышающих допустимые уровни, утвержденные Минздравом.

Как известно, процесс склеивания древесины синтетическими смолами  основан на переходе смол из растворимого состояния, когда молекулы имеют  линейное строение и состоят из метилольных  производных, в которых формальдегид связан недостаточно прочно, в нерастворимое и не обратимое при нормальных атмосферных условиях состояние — с образованием более прочных метиленовых связей.

В силу этого положения считается, что токсичность, например, карбамидоформальдегидных смол зависит в основном от количества свободного формальдегида, содержащегося в смолах, а токсичность фенолоформальдегидных смол — от количества свободных фенола и формальдегида в смолах, т. е. более токсичными являются смолы, содержащие наибольшее количество  мономеров  в свободном,  несвязанном  состоянии.

Основываясь на этих положениях, исследователи  и изобретатели стремятся создавать смолы с наименьшим содержанием свободных, не вступивших в реакцию мономеров.

Технические требования стандартов на синтетические смолы предусматривают в качестве санитарно-химических показателей содержание свободных формальдегида и фенола. Однако данные показатели характеризуют в основном реакционную способность смол: чем выше содержание свободных формальдегида и фенола, тем лучше клеящие свойства смол. Колебание этих показателей в наиболее широко применяющихся марках смол значительное.

 Исследования процесса выделения  формальдегида из готовых ДСтП  и фанеры показали, что определенной  зависимости между содержанием  свободного формальдегида в смолах и его количеством, выделяющимся из клееных изделий, не наблюдается.

В настоящее время в нормативно-технической  документации на  клееную продукцию отсутствуют единые принятые методы испытаний клееных материалов по санитарно-химическим показателям для контроля санитарно-химических свойств изготовляемой продукции. Это вызывает большие затруднения и осложнения.

В ЦНИИФе предпринята попытка характеризовать  санитарно-химические свойства клееных  материалов, например ДСтП, косвенным  методом а именно — оценивая санитарно-химические свойства применяемых для этой цели связующих. В связи с тем, что смолы в ДСтП находятся в отвержденном состоянии, при котором не должно происходить накопление или увеличения свободного формальдегида, выделение формальдегида при изготовлении плит и из самих плит при их хранении можно в какой-то степени отождествлять с выделением формальдегида при отверждении карбамидных смол и из самих отвержденных смол.

Исследования проводились с  целью установить, существует ли зависимость между содержанием свободных мономеров в товарных смолах их содержанием в отвержденных смолах; влияет ли количество свободных мономеров в готовых смолах на их количество, выделяющееся из отвержденных смол, а следовательно, и из клееной продукции; как влияет общее содержание формальдегида, например, в карбамидоформальдегидных смолах на санитарно-химические свойства смол.