Производство карбамидоформальдегидной смолы

Периодический способ производства карбомидоформальдегидных смол

 

Отличительная особенность  периодического способа производства карбамидных смол - проведение всего  процесса в одном реакционном  аппарате. Центробежным насосом, сжатым воздухом или под вакуумом формалин подают из хранилища по закрытому трубопроводу в напорный сборник, откуда он самотеком поступает в весовой мерник, а затем в реактор. Кристаллический карбамид измельчают в дробильном аппарате и ковшевым элеватором подают в весовой мерник, из которого он через бункер загружается в реактор. В случае применения гранулированного карбамида, измельчения не требуется. При этом уменьшается запыленность производственного помещения.

Формалин, загруженный в реактор, нейтрализуют до требуемого режимом  значения рН, для чего небольшими порциями при работающей мешалке добавляют раствор едкого натра или другого вещества, обладающего основными свойствами.

В подготовленный таким способом формалин при включенном вакууме и постоянном перемешивании загружают карбамид. Затем выключают вакуум и при включенном обратном холодильнике в паровую рубашку подают пар. Реакционную смесь постепенно нагревают до нужной температуры. Все стадии изготовления смолы, включая вакуум-сушку, доконденсацию с   дополнительной   порцией   карбамида,   охлаждение   и стабилизацию, проводят в реакторе. В сборник сливается смола, охлажденная до 20-25^оС. После чего смола с помощью центробежного насоса поступает на склад готовой продукции.

 

 

Расчетная часть

Производство  поликонденсационных олигомеров на деревообрабатывающих предприятиях осуществляется периодическим или полунепрерывным способом. В производстве синтез олигомеров ведут в строгом соответствии с технологическим регламентом. Поэтому, цеха по производству смол в деревообрабатывающей промышленности обычно работают без остановок в три смены по скользящему графику.

Таблица 2.1

Годовой фонд рабочего времени

Нерабочие дни	Количество
Праздничные дни Капитальный  ремонт Профилактический ремонт	8 10 22
Итого нерабочих дней Число рабочих дней в году	40 325

Часовой фонд рабочего времени рассчитывается по формуле

Т_год=Т _дн  х  Q_см х Т _см

Где: Т_дн - число рабочих дней в году (325);

Q_см - количество смен (3);

Тсм - количество часов  в смену (8).

Т_год=325×3×8=7800 часов/год

2.2. Расчет  годовой программы

Мощность  цеха смол определяется  количеством  реакторов.

Расчет производительности реактора (П) осуществляется по

формуле:                                                

  V × T_год ×К_и                10,24×7800×0,85

П=^{__________________} = ^{___________________________} = 10445 (т/год)

τ_с                                                  6,5

Выбираем реактор марки  РСЭрн 10-3.

где V- полезный выход одного синтеза, т; 

V = V_р × ρ_см× К_з;

V = 10 × 1,28×0,8=10,24 (т).

К_з – коэффициент заполнения реактора, 0,8

V_р – емкость реактора, V_р = 10 м³ ;

ρ_см – плотность смолы т/м³, ρ_см=1,28 т/м³;

 Т_год - годовой фонд рабочего времени, ч; 

К_и - коэффициент использования оборудования, 0,75 - 0,9;

τ_с – продолжительность одного синтеза, 6 ч.

τ_с = τ_р + τ_всп; τ_с = 6 + 0,5=6,5 (ч).

где    τ_всп - вспомогательное время, которое складывается из затрат времени на загрузку исходных мономеров, выгрузку готовых олигомеров, охлаждение или нагрев реактора и принимается равным 30 - 40 мин (0,5-0,75 ч); τр - время проведения синтеза по технологическому регламенту.(прибл. 6 ч).

Реакторы, используемые для проведения процесса поликонденсации, различаются по номинальной вместимости от 3,2 до 16 м³. Выбор реактора производится с учетом необходимой производительности цеха смол для обеспечения выполнения производственной программы основного производства, при этом желательно иметь минимальное количество реакторов одного объема.

Количество реакторов (n) определяется по формуле

n = Р/П;   n =16900 / 10445 =1.6

где   П - производительность одного реактора, т;

Р - необходимое количество олигомера для выполнения программы, т.

  Расчет потребного количества  сырья и материалов

Расчет количества сырья и материалов начинается с  расчета рецептуры смол.

Расчет рецептуры смол.

Расчет рецептуры производится на 100 массовых частей основного реагента, используемого для проведения синтеза (карбамида, фенола, ме-ламина и т.д.). Исходными данными для проведения этого расчета являются мольное соотношение используемых для синтеза мономеров и их молекулярная масса: 

                                                  100 × М_м × g

G_м = –––––––––––––,

                                                       М_р

где   100 - массовые части  основного реагента;

М_м - молекулярная масса мономера, для которого производится расчет;

g - мольная доля мономера;

М_р - молекулярная масса основного реагента  (фенола или карбамида);

G_M - количество в массовых частях определяемого мономера.

Рассчитаем массовую часть формальдегида:

                                                  100 × 30× 1,66

G_м = –––––––––––––––– = 83 м.ч.,

                                                       60

 

Некоторые мономеры используются для проведения синтеза  в виде растворов (формальдегид применяют  в виде 37%-ного водного раствора формалина), необходимо полученные расчетные количества этих мономеров перевести в массовые части их растворов:        

                                                                G_м

                                                G_мр  =    –––– × 100,                      

                                                                 K

где   G_M - количество мономера в массовых частях; К - концентрация мономера   в растворе, % (для формальдегида K =37%); G_Mp - количество мономера в массовых частях в виде раствора.

 

                                                                83

  Для формалина :                 G_мр  =    –––– × 100 = 224,3 м.ч.,

                                                                 37

 

Результаты  расчета представляются в виде таблицы, отражающей рецептуру олигомера (в массовых частях).

Расчет выхода олигомера и количества растворителя.

 

Рецептура карбамидоформальдегидной смолы 

Наименование  компонентов	Абс. сух	Раствор
карбамид	100	100
формальдегид	83	-
формалин	-	224,3
Едкий натр 20%-ный раствор	0,12	0,6
Хлорид аммония	0,6	3
Выход теоретический  абс.сух. олигомера	183,72	-
Выход теоретический  раствора олигомера олигомера		327,9

В ходе проведения синтеза возможны производственные потери, образующиеся, например, за счет выделения свободного формальдегида, а также летучих веществ. Практический выход олигомера определяется с учетом потерь:

ПВ = ТВ-ПП,    ПВ = 183,72 – 3,67 =180,05 (м.ч.) 

где   ТВ - теоретический выход, м.ч.;

ПП - производственные потери, м.ч.;(можно принять 2% от ТВ),ПП = 3,67.

ПВ - практический выход, м.ч.

Производственные  потери определяются как сумма содержания свободных мономеров в составе олигомера и летучих веществ.

Зная практический выход сухой смолы рассчитывают количество испаренной влаги:

                                                           ПВ

В_и  = (ПВ+В)  − –––– × 100,                           

                                                           K_о

       

 

 

 

                                                     180,05

В_и  = (183,72+141,3)  − –––– × 100, = 50,84 (м.ч.)                      

                                                       67

 

где   ПВ - практический выход  олигомера, м.ч.;

К_о - требуемая концентрация олигомеров, %;

В - количество воды, вводимое с формалином, м.ч.;

В_и - количество необходимого растворителя.

Количество  воды В, вводимое с формалином, рассчитывают по формуле:

В=Ф-ФА             В=224,3-83 = 141,3(м.ч.)

где   Ф - количество формалина по рецептуре, м.ч.;( G_M)

ФА - количество формальдегида по рецептуре, м.ч.( G_MP)

После выполнения данного расчета можно приступить к расчету расхода сырья на производство 1 тонны смолы.

Расчет  расхода сырья на производство 1 т смолы.

Исходными данными  для расчета являются: концентрация готового олигомера (К_о), количество отгоняемой в процессе вакуум сушки воды (В_и , %) и рецептура олигомера в массовых частях.

1. Расход сырья на приготовление реакционной смеси:

Р = Р_карб+Р_форм+ Р_хамон+Р_{ед.натр} , мч, 

P= 100 + 224,3 +3 + 0,6 = 327,9 (м.ч.)

где   Р_карб, Р_форм, Р_хамон ,Р_{ед.натр} - количество мономеров, м.ч., (ТВ раствор)

2. Выход после вакуум сушки:

Р' = Р-В_и   

Р'=327,9-50,84=277,06 (м.ч.)

где   Р - количество сырья в исходной реакционной смеси, м.ч.; В_и - количество испаряемой влаги, м.ч.

3. Общий выход смолы (Р ^п):

                                                   Р'

                                      Р ^п  =  –––– × 100, (%)

                                                    P

 

                                                   277,06

                                      Р ^п  =  –––––––– × 100 = 84,49 (%),

                                                    327,9

 

где   Р' - выход после вакуум-сушки, м.ч.;

Р - количество сырья в исходной реакционной смеси, м.ч. 4. Расход мономера на 1 т товарной смолы:

                                                  G_M

                                      X₁  =  –––– × 1000,

                                                    Р'

                                                   83

 для формальдегида X₁  =  –––––– × 1000 = 299,57 (кг)

                                                277,06

                                                   224,3

  для формалина          X₁  =  –––––– × 1000 = 809,57 (кг)

                                                277,06

                                                   100

 для карбамида             X₁  =  –––––– × 1000 = 360,93 (кг)

                                                277,06

                                                   0,6

 для едкого натра X₁  =       –––––– × 1000 = 2,165 (кг)

                                                277,06

                                                                   3

 для хлористого аммония       X₁  =  –––––– × 1000 = 10,82 (кг)

                                                              277,06

 

где   G_M - количество мономера в реакционной смеси, м.ч.; Р' - выход олигомера после вакуум-сушки, м.ч. 5. Расход мономера на 1 т условной сухой смолы:

                                                  X₁

                                      X₂ =  –––– × 100,

                                                          K_o

                                                   299,57