43231

Организация производства алкидно–акрилового лака

Дипломная

Производство и промышленные технологии

Это позволило в частности решить проблему получения долговечных атмосферотермо и химстойких покрытий с высокими декоративными свойствами. Трехаппаратная схема реализации позволяет более полно использовать существующее в цехе оборудование а так же дает возможность использовать алкидный лак в качестве самостоятельного продукта. Применение этого материала позволит увеличить срок эксплуатации оборудования улучшить качество производимой продукции а так же упростит очистку реактора. Охлаждение осуществляется тем же самым теплоносителем...

Русский

2013-11-04

46.93 MB

71 чел.

PAGE   \* MERGEFORMAT 60

РЕФЕРАТ

с., рис., табл., источников, 2 прил.

ПРОЕКТ,  АЛКИДНО–АКРИЛОВЫЙ ЛАК, ЛАК ПФ–064, ОБОРУДОВАНИЕ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС, КОНСТРУКТИВНЫЙ РВСЧЕТ, НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА, СРЕДСТВА АВТОМАТИКИ, ОХРАНА ТРУДА, ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ.

Целью проекта является организация производства алкидно–акрилового лака.

Объектом проектирования является участок производства алкидно–акрилового лака, годовой производительностью 7000 т.

В ходе выполнения проекта выбраны технология и способ организации производства, выполнены технологические и технические расчеты. Подобрано оборудование, рассчитаны нормы расхода сырья и образования отходов, выполнены тепловые расчеты. Подобраны средства автоматического контроля и управления. Рассмотрены вопросы охраны труда и окружающей среды. Выполнены технико-экономические расчеты, рассчитана цеховая себестоимость 1 тонны алкидно–акрилового лака.

Графическая часть проекта состоит из пяти листов, в том числе: технологическая схема – 1 лист, схема размещения оборудования –2 листа, чертеж основного аппарата – 1 лист, таблица технико–экономических показателей – 1 лист.


СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………….................7

1. Обоснование выбора технологического процесса…………………………………………..9

1.1 Обоснование выбора технологии и способа производства…………………….............9

1.2 Выбор аппаратурного оформления……………...........……………...............................10

1.3 Выбор способа обогрева…………………………………………………………. …….10

1.4 Выбор механического перемешивающего устройства (МПУ)……………………….13

  1.  Выбор оснастки реактора……………………………………………………………….14

1.6 Выбор оборудования для фильтрации…………………………………………………15

1.7 Обоснование выбора оборудования для транспортировки сырья……………...........17

2. Технологические расчеты……………………………………………………………............19

2.1 Материальный баланс производства алкидно–акрилового лака……………………..19

2.2 Расчет норм образования отходов сырья на 1 тонну алкидно–акрилового лака…....29

2.3 Расчет эффективного времени работы оборудования………………………………...32

2.4 Расчет количества реакторов……………………………………………………...........33

2.5 Расчет объема смесителя……………………………………………………………......34

2.6 Расчет числа фильтров……………………………………………………………………. 35

2.7 Расчет объемного оборудования…………………………………………………….....36

3. Описание аппаратурно-технологической схемы производства……………………..........37

3.1 Характеристика готовой продукции……………………………………………...........37

3.2 Характеристика сырья и материалов………………………………………………......38

3.3Химизм процесса………………………………………………………………………...45

3.4 Описание технологического процесса………………………………………………...47

3.5 Нормы технологического режима……………………………………………………...56

3.6 Нормы контроля и управления технологическим процессом………………………..60

4. Технические расчеты…………………………………………………………………............69

4.1 Тепловые расчеты………………………………………………………………………..69

4.1.1 Тепловой расчет синтеза основы алкидного лака………………………………….69

4.1.2 Тепловой расчет процесса изготовления алкидно–акрилового лака………..........76

4.2. Расчет суммарного количества ВОТ…………………………………………………..80

4.3 Расчет количества тепла выделившегося при конденсации азеотропной смеси…...82

4.4 Проверка смесителя по тепловой нагрузке……………………………………………83

4.5 Выбор теплообменника для охлаждения азеотропной смеси………………………..83

4.6 Расчет площади теплообмена реактора………………………………………………..84

4.7 Расчет габаритных размеров змеевика………………………………………………....85

4.8 Расчет мощности привода мешалки……………………………………………………87

4.9 Расчет толщины обечайки……………………………………………………………...88

4.10 Расчет опор для реактора……………………………………………………………...89

5. Автоматизация технологического процесса производства………………………….........91

5.1 Обоснование выбора системы средств измерений…………………………………...91

5.2 Описание схемы автоматизации………………………………………………………..91

5.3 Заказная спецификация приборов и средств автоматизации………………………....93

6 Монтажно-строительная часть……………………………………………………….............95

7 Охрана труда и защита окружающей среды………………………………………………...97

7.1 Характеристика проектируемого производства…………………………….................97

7.1.1 Санитарно – гигиеническая характеристика производства……………………….97

7.1.2 Токсикологические характеристики веществ и материалов………………............98

7.1.3 Взрыво – и пожароопасные свойства веществ и материалов…………………….101

7.1.4 Определение категории помещения и здания по взрывопожарной и пожарной опасности……………………………………………………………………………………….102

7.1.5 Электробезопасность проектируемого производства…………………….............104

7.1.6 Мероприятия по защите от статического электричества………………………...106

7.1.7 Молниезащита проектируемого производства……………………………...........107

7.2 Производственная санитария………………………………………………………….107

7.3 Вентиляция……………………………………………………………………………...107

7.4 Промышленное освещение…………………………………………………………….108

7.5 Мероприятия по защите от шума и вибрации………………………………………..109

7.6 Инженерно–технические решения по устранению опасностей в технологических процессах………………………………………………………………………………………109

7.7 Пожарная профилактика………………………………………………………………110

7.8 Водоснабжение и канализация………………………………………………………..111

7.9 Защита окружающей среды…………………………………………………………....111

8. Технико-экономические раздел……………………………………………………………116

8.1 Расчёт балансовой стоимости основных производственных фондов……………....116

8.1.1 Балансовая стоимость здания……………………………………………………...116

8.1.2 Балансовая стоимость основного и вспомогательного оборудования………….117

8.1.3 Балансовая стоимость и структура ОПФ………………………………………….118

8.1.4 Объём капитальных вложений в разработку проекта и в основные производственные фонды…………………………………………………………………….....................119

8.2 Текущие издержки проектируемого производства…………………………………..120

8.2.1 Расчет материальных затрат………………………………………………………..120

8.2.2 Определение фонда оплаты труда отдельных категорий промышленно-производственного персонала………………………………………………………………..121

8.2.3 Смета затрат на содержание и эксплуатацию оборудования……………………129

8.2.4 Смета цеховых расходов…………………………………………………………...129

8.2.5 Цеховая себестоимость алкидно–акрилового лака………………………………130

8.3 Показатели экономической эффективности проекта………………………………...131

8.3.1 Чистая текущая стоимость проекта (NPV)…………………………………..........131

8.3.2 Срок окупаемости инвестиций…………………………………………………....133

8.4 Технико-экономические показатели инвестиционного проекта……………............134

Список использованных литературы………………………………………………………...135

Приложение А………………………………………………………………………………....137

Приложение Б…………………………………………………………………….....................139


Введение

Без продукции лакокрасочной промышленности не может обойтись ни одна отрасль народного хозяйства, т.к. лакокрасочные  материалы при нанесении на различные подложки выполняют множество функций - защитные, декоративные, специальные.

В качестве пленкообразующих веществ для большинства лакокрасочных материалов используются синтетические полимеры и олигомеры. В результате применения синтетических пленкообразователей появилась возможность расширить сырьевую базу лакокрасочной промышленности, а также создать новые более совершенные лакокрасочные материалы, которые принципиально невозможно получить на основе только природных продуктов. Это позволило, в частности, решить проблему получения долговечных, атмосферо-, термо-, и химстойких покрытий с высокими декоративными свойствами. К числу таких олигомеров относятся в первую очередь материалы на основе полиэфиров, эпоксидных олигомеров, олигоуретанов и многих других.

Широкое распространение получили алкидные пленкообразователи, обладающие комплексом ценных свойств, которые можно изменять в широком диапазоне. Алкиды получают полиэтерификацией полиолов и многоосновных карбоновых кислот в присутствии монокарбоновых кислот, которые являются модификаторами. На основе алкидных олигомеров формируются эластичные, атмосферостойкие покрытия с высокой стойкостью к механическим воздействиям. Пленки алкидных олигомеров способны в большинстве случаев отверждаться на воздухе. Недостатком подобных материалов является низкая твердость и низкая износостойкость покрытий, а также пониженная химическая стойкость.

Алкидным пленкообразователям можно придать определенные свойства, модифицируя их. Для модификации применяют эпоксидные олигомеры, фенольные олигомеры, виниловые и акриловые мономеры. Одним из способов модификации является сополимеризация алкида с бутилметакрилатом или метилметакрилатом.

В основе процесса получения алкидно-акриловых сополимеров лежит реакция сополимеризации акриловых мономеров с двойными связями жирнокислотных остатков растительных масел. Возможно также образование аддуктов Дильса–Альдера. При повышении температуры возрастает относительная доля реакции сополимеризации.

Акриловые мономеры, сополимеризуясь с алкидными  олигомерами, повышают твердость, износостойскость, светостойкость покрытий на основе таких пленкообразователей. Наряду с перечисленными свойствами алкидно–акриловые сополимеры обладают повышенным временем высыхания материала.

Лаки на основе алкидно–акриловых олигомеров применяют для получения ЛКМ для наружной и внутренней отделки. Покрытия на основе алкидно–акриловых сополимеров обладают высокой прочностью и твердостью в сочетании с хорошей водо- и щелочестойкостью. Однако атмосферостойкость их ниже, чем алкидов [8].

Поскольку увеличивается спрос на материалы для наружной и внутренней отделки и т.к. алкидно–акриловые олигомеры обладают комплексом ценных свойств и преимуществом перед немодифицированными алкидами, то организация производства алкидно–акриловых лаков является актуальной.


1 Обоснование выбора технологического процесса

  1.  Обоснование выбора технологии и способа производства

На текущий момент существует два способа производства алкидно–акриловых лаков. По двухаппаратной схеме производства сначала синтезируют алкидную основу в реакторе, затем ее сливают под слой растворителя в реактор–смеситель, растворяют и ставят на «тип». Далее в реактор–смеситель вводят необходимое количество мономера и проводят сополимеризацию в присутствии инициатора.

По трехаппаратной схеме производства в реакторе синтезируют алкидный олигомер, в дальнейшем его сливают в смеситель под слой растворителя с последующим растворением, получая алкидный лак с определенной массовой долей нелетучих веществ. Далее полученный лак перекачивают в следующий ректор, куда предварительно загружают растворитель, а после вводят мономер и проводят сополимеризацию в присутствии инициатора. Также могут быть предусмотрены стадии отгонки непрореагировавшего мономера и постановка лака на «тип». с доведением до нужной массовой доли нелетучих веществ.

Трехаппаратная схема реализации позволяет более полно использовать существующее в цехе оборудование, а так же дает возможность использовать алкидный лак в качестве самостоятельного продукта.

Выбор пентафталя обеспечивает применение полувысыхающих масел, при этом сохраняется высокая скорость сушки пленки. Применение алкидного лака с большой жирностью обеспечивает совместимость с метилметакрилатом. Данный мономер придает готовому продукту высокую твердость.

На текущий момент существуют три способа производства: непрерывный, периодический, полунепрерывный.

При непрерывном способе производства схема состоит из аппаратов непрерывного действия, в поперечном сечении которых свойства веществ не меняются, их превращение наблюдается по длине процессов. Этот способ целесообразно применять при крупнотоннажных производствах.

Достоинства:

– высокая производительность;

– механизация и автоматизация;

– высокое качество продукта;

– относительно невысокие потери сырья;

– малая доля вспомогательного оборудования.

Недостатки:

– дорогое оборудование;

– сложность переналадки на выпуск другой родственной продукции.

При периодическом способе производства технологическая схема состоит из аппаратов периодического действия. В этом случае сырье по пути превращения в готовый продукт проходит последовательно несколько аппаратов, в которых за счет активного перемешивания создается режим «идеального смешения». Данный способ применим для малотоннажных производств.

Достоинства:

– относительно невысокая стоимость оборудования;

– простота оборудования;

– легкость переналадки на выпуск другой родственной продукции, пользующейся спросом.

Недостатки:

– высокая доля вспомогательного оборудования;

– большие потери сырья;

– нестабильное качество продукта.

Поскольку производство является малотоннажным, кроме того есть промежуточные операции, то целесообразно использовать периодическую схему производства.

1.2 Выбор аппаратурного оформления

Для периодического способа производства применяют горизонтальные и вертикальные реактора.

Выбор типа реактора осуществляется в зависимости от:

– температурного режима;

– вязкости и фазового состояния реакционной массы;

– организации производства (по непрерывной, периодической или полунепрерывной схеме).

В соответствии с используемой схемой производства выбираем вертикальный аппарат периодического действия с крышкой и днищем эллиптической формы. На крышке реактора закреплена опора привода с редуктором электродвигателя. На крышке имеется также ряд штуцеров для ввода жидкого сырья, растворителей, для датчиков КИП, для отбора проб и прочее. Материал реактора – нержавеющая сталь марки: 0Х18Н12Б. Применение этого материала позволит увеличить срок эксплуатации оборудования, улучшить качество производимой продукции, а так же упростит очистку реактора.

Недостатком является высокая стоимость материала.

1.3 Выбор способа обогрева

Различают следующие виды обогрева:

– обогрев продуктами сгорания топлива;

– электрообогрев;

– обогрев теплоносителями.

  1.  
    Обогрев продуктами сгорания топлива

В качестве топлива применяют уголь, дрова, торф, мазут, природный газ. Твердое и жидкое топливо сжигается в выносных топках, в результате образуются дымовые газы, которые обогревают реактор. Газообразное топливо сжигается под днищем реактора.

Недостатки:

– пожаро - и взрывоопасны;

– возможны локальные перегревы;

– большое время охлаждения реактора;

– низкий КПД.

  1.  Электрообогрев

а) Обогрев трубчатыми электронагревателями

ТЭН (Трубчатый Электрический Нагреватель) представляет собой металлическую трубку, заполненную теплопроводящим электрическим изолятором. Точно по центру электрического изолятора (сердцевины ТЭНа), проходит токопроводящая нихромовая нить определённого сопротивления для передачи необходимой удельной мощности на поверхность ТЭН.

Главным достоинством таких электронагревателей является высокий коэффициент теплоотдачи. Недостатком данного способа обогрева является наличие градиента температур, что приводит к локальному перегреву.

б) Электроиндукционный обогрев

Принцип работы: реактор помещается в индуктор, представляющий собой катушку с намотанным медным проводом с изоляцией. На катушку подается переменный электрический ток, в результате чего возникает переменное магнитное поле, которое наводит вторичные токи в стенке реактора, вызывая ее разогрев. Таким образом, тепло от стенки реактора передается реакционной массе.

Достоинства:

– высокий КПД;

– низкий перепад температур между стенкой реактора и реакционной массой;

– возможность точной регулировки температуры из-за низкой инерционности нагревателя;

– возможность полной автоматики обогрева.

Недостатком данного способа является высокая стоимость электроэнергии.

      

  1.  Обогрев теплоносителями

В качестве теплоносителей используют воду, водяной пар, высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ).

Водой невозможно нагревать свыше температуры 90 ºС.

Водяной пар наиболее доступный и дешевый теплоноситель, им можно нагревать до температуры 160 ºС. Главным его достоинством является высокий коэффициент теплопередачи от стенки змеевика к реакционной массе.

В качестве ВОТ применяют различные вещества: минеральные масла, силиконовые жидкости, дифенильную смесь.

Силиконовые теплоносители изготавливаются на базе полидиметилсилоксановой (кремнийорганической) жидкости.

Достоинства обогрева силиконовыми жидкостями:

– длительный срок использования без замены;

– стабильность параметров в широком диапазоне температур;

– пожаробезопасность эксплуатации системы;

– совместимость с различными материалами;

– отсутствие запаха, токсичности и биоактивности;

– малое время нагрева и охлаждения;

– более низкая стоимость по сравнению с электроиндукционным обогревом;

– отсутствие коррозии.

Недостатками обогрева с помощью дифинильной смеси являются:

– высокая цена;

– пары дифинильной смеси токсичны;

– при комнатной температуре дифинильная смесь твердая.

А основным недостатком обогрева с помощью кремнийорганических жидкостей является выская цена.

В качестве кремнийорганического теплоносителя применяют полиметилсилоксановый полимер, модифицированный специальными добавками, повышающими устойчивость к пиролизу и окислению. В частности применяюь Софексил ТСЖ–в – это силиконовый теплоноситель, который может использоваться в широком диапазоне температур ( от –40  С до +400  С). Теплоноситель не замерзает в случае, когда установка с теплоносителем остановлена. При этом теплоноситель сохроняет свои свойства при рабочей температуре +400  С.

В данном проекте применяем обогрев ВОТ с целью экономии электроэнергии и возможности тонкого регулирования температуры. В связи с тем, что температура синтеза находится в пределах 200 – 300  С используем кремнийорганический теплоноситель. Охлаждение осуществляется тем же самым теплоносителем, что позволяет сократить расход тепла.

Охлаждение и нагревание происходит в реакторе с помощью внутреннего змеевика реактора.

Достоинством внутреннего змеевика являются:

– наиболее полное использование поверхности теплообмена;

– меньшие потери тепла в окружающую среду.

Недостатками являются:

– сложность замывки реактора;

– сокращается полезный объем реактора

1.4 Выбор механического перемешивающего устройства (МПУ)

Критерии выбора МПУ:

  1.  Для гомофазных низковязких сред применяют любой тип мешалки;
  2.  Для гомофазных высоковязких в основном применяются тихоходные мешалки (якорные, лопастные, рамные и другие виды МПУ);
  3.  Гетерофазные низковязкие дисперсии, эмульсии, латексы перемешивают быстроходными мешалками (турбинные и пропеллерные).

Механические перемешивающие устройства классифицируются по трем признакам:

– по конструкции (турбинные с вертикальными прямыми или изогнутыми лопатками; пропеллерные; турбинные с наклонными лопатками; лопастные, якорные, рамные);

– по типу течения (радиальное, аксиальное, радиально-аксиальное, тангенциальное);

– по скорости вращения (быстроходные и тихоходные).

а) Турбинные МПУ подразделяют на:

– с вертикальными прямыми лопатками;

– с вертикальными изогнутыми лопатками;

– с наклонными прямыми лопатками;

– с горизонтальным диском и приварными лопатками.

Применяются для перемешивания низковязких систем как гомофазных, так и гетерофазных.

б) Пропеллерные МПУ подразделяют на:

– стандартный корабельный винт;

– корабельный винт с зубчатыми краями;

– корабельный винт с отверстиями.

Применяются для перемешивания низковязких систем как гомофазных, так и гетерофазных. Такие мешалки легко поднимают тяжелые частицы со дна аппарата, т.е. характеризуются большим насосным эффектом. Они создают аксиальный тип течения при минимальном расходе энергии, т.е. они экономичные, но достаточно дорогие.

в) Лопастные МПУ подразделяют на:

– с вертикальными прямыми низкими лопатками;

– с вертикальными прямыми высокими лопатками;

– с наклонными прямыми лопатками.

Это самые дешевые МПУ, тихоходные, создают тангенциальный тип течения. Применяются там, где нет необходимости в интенсивном перемешивании.

г) Якорные МПУ подразделяют на:

– стандартный якорь;

– якорь с вертикальными отражательными перегородками и «пальцами».

Применяются там, где не требуется сильного перемешивания. Невозможно применять где есть внутренний змеевик.

д) Рамные МПУ подразделяют на:

– стандартный вариант;

– якорно-рамный вариант.

Для данного синтеза нельзя применить рамное или пропеллерное МПУ, так как для обогрева реакционной массы силиконовыми теплоносителями используем внутренний змеевик, поэтому выбираем лопастное МПУ с высокими лопатками.

Техническая характеристика:

– отношение диаметра лопаток к диаметру реактора – d/D = 0,5;

– окружная скорость – 1,5 ÷ 4 м/с;

– вязкость до 50000 сП

 

1.5 Выбор оснастки реактора

Оснастка реакторов – это система для отвода, конденсации или улавливания летучих веществ из реактора, а так же для соединения реактора с внешней средой.

Для удаления низкомолекулярных продуктов в настоящее время применяют следующие виды оснасток:

  1.  Оснастка для азеотропного обезвоживания.

Классическая азеотропная оснастка состоит из наклонного прямого конденсатора, разделительного сосуда и теплообменника.

Принцип азеотропного обезвоживания: в реактор добавляют 3–5 %  ксилола. Пары ксилола и воды проходят в конденсатор, где совместно конденсируются и стекают в разделительный сосуд. В разделительном сосуде происходит разделение, ксилол – вверху, вода – внизу. Ксилол при этом самотеком стекает назад в реактор, вода же по мере накопления сливается.

Данная оснастка применяется, если в реакционной массе присутствует вода, кроме того её применяют, если во время синтеза выделяется реакционная вода.

  1.  Оснастка для азеотропного обезвоживания по варианту фирмы “DuPont”.

Данная оснастка включает в себя насадочную колонну, наклонный конденсатор и разделительный сосуд. Эта оснастка позволяет снизить до минимума потери фталевого ангидрида в процессе синтеза.

Принцип работы: пары азеотропной смеси совместно с парами фталевого ангидрида поступают в насадочную колонну, где поддерживается такая температура, чтобы фталевый ангидрид кристаллизовался на насадках, а пары азеотропной смеси проходили в конденсатор, затем в разделительный сосуд, который имеет «карман». В этом «кармане» накапливается ксилол, который снизу насосом перекачивается в верхнюю часть насадочной колонны и смывает с насадок кристаллизовавшийся фталевый ангидрид обратно в реактор.

  1.  Блочная оснастка

В блочном методе используется оснастка, включающая в себя сублимационную трубу и уловитель мокрых погонов.

Пары реакционной воды совместно с парами фталевого ангидрида поступает в сублимационную трубу и далее в виде паров поступают в уловитель мокрых погонов, где происходит распыление воды, фталевый ангидрид реагируют с водой с образованием фталевой кислоты, в результате образуется гомогенный шлам.

Для реактора объемом 6,3 м3  выбираем оснастку для азеотропного обезвоживания по варианту фирмы “DuPont” и блочную оснастку для уменьшения пыления порошкообразных реагентов (фталевого ангидрида, пентаэритрита) при их загрузке. При переходе на азеотропное обезвоживание блочная оснастка отключается. Для реактора объемом 12,6 м3 выбираем оснастку для азеотропного обезвоживания для отгонки непрореагировавшего метилметперилата, с целью его дальнейшего использования.

  1.   Выбор оборудования для фильтрации

  1.  Тарельчатые фильтры с механизированной выгрузкой осадка

Устройство: аппарат представляет собой корпус с коническим днищем, внутри расположен полый вал, к которому крепятся диски. Вал снабжен приводом. Диск имеет горизонтальную перфорированную верхнюю поверхность и глухую коническую нижнюю. На горизонтальную поверхность укладывается фильтрующий элемент.

Достоинства:

– отсутствие ручного труда при замене фильтровального элемента,  высокая степень очистки вязкого сырья;

– высокая производительность единичного аппарата;

– герметизация аппарата.

Недостатки:

– необходимость применения вспомогательных веществ;

– более сложная конструкция.

  1.  Тарельчатые фильтры с ручной выгрузкой осадка.

Аппарат состоит из корпуса, привода нет. Внутри корпуса находятся тарелки, которые скреплены между собой.

Достоинства:

– пригодны для очистки сырья с любой степенью загрязнения и   плотностью частиц загрязнения;

– возможно совмещение процессов фильтрации и адсорбции.

Недостатки:

– ручная замена фильтровального элемента;

– более низкая производительность по сравнению с тарельчатым фильтром с механизированной выгрузкой осадка.

  1.  Плитные (однокамерные) фильтры.

Устройство: представляют собой выпуклую чашу, установленную на станине. Фильтровальный элемент устанавливается внутри чаши. Неочищенное сырье подается снизу в верхнюю часть чаши, продавливается через фильтровальный элемент, и чистое сырье выводится из нижней части чаши.

  1.  Патронные фильтры.

Главная особенность – одноразовый фильтровальный элемент.

Устройство: фильтровальная установка представляет собой металлический корпус, в котором находятся вертикальные перфорированные трубки. На каждую такую трубку надевается фильтровальный элемент – патрон, представляющий собой цилиндр высотой 250 мм из химического или натурального волокна, пропитанного смолами, с различным диаметром пор. Трубки фиксируют патроны в горизонтальном положении, а в вертикальном положении патроны фиксируются пружинами.

Достоинством является хорошая степень очистки лаков, не требующих вызревания.

Недостатки:

– ручная замена патрона;

– сложность утилизации отработанных патронов;

– большие потери ЛКМ;

– высокая стоимость.

  1.  Мешочные фильтры.

Разработаны вместо патронных фильтров. Устройство: представляет собой цилиндрический корпус, в который помещается металлический каркас. Внутрь каждого металлического каркаса помещают фильтровальный элемент – мешок. Количество мешков в корпусе от 2 до 24. Материал корпуса - нержавеющая сталь или стеклопластик, обладающий высокой химической стойкостью. Фильтрация происходит изнутри через наружные стенки фильтрующего элемента. Производительность от 0,5 до 1000 м3/ч.

Материалом мешков может служить:

а) полиэстер – хорошая термическая устойчивость (170-190°С) и химическая стойкость;

б) полипропилен – термическая устойчивость (100 – 110°С);

в) нейлон – термическая устойчивость (170 – 190°С);

г) NOMEX -  термическая устойчивость (220°С);

д) фторполимеры Тэкс = 250 – 260°С;

е) шерсть Тэкс = 30 – 40°С.

Достоинства:

– производительность 0,5–1000 м3/ч;

– один мешок может заменить 6-10 патронов;

– позволяет фильтровать жидкости, содержащие гелеобразные примеси и твердые частицы с размером от 0,5 до 1250 мкм;

– возможность подбора материала устойчивого к различным химическим средам и высокой температурой;

– небольшие потери ЛКМ.

  1.  Суперцентрифуги (трубчатые, осветляющие).

Устройство: трубчатый ротор подвешен на тонком длинном вале и приводится во вращение от электродвигателя с помощью ременной передачи. Внутри ротора установлена трехлопастная крыльчатка, исключающая угловое вращение жидкости относительно стенок барабана. Ротор центрифуги помещен в станине. Лак подается по питающей трубке через нижнюю часть торцовой крышки. Осадок осаждается на стенках ротора, а очищенный лак поступает в приемную камеру.

Достоинства:

– не требуются фильтровальные элементы и вспомогательные материалы;

– низкое содержание лака в осадке.

Недостатки:

– ручная очистка ротора;

– в сырье должно быть низкое содержание загрязнений;

– сложность конструкции.

Для тонкой очистки лака выбираем мешочные фильтры фирмы «HAYWARD» [27], т. к. подобные фильтры обладают высокой производительностью, термической и химической стойкостью и подходят для любых видов лакокрасочных материалов.

  1.   Обоснование выбора оборудования для транспортировки сырья

Жидкое сырье транспортируют по трубопроводу с помощью насосов. Для вязких жидкостей используют шестеренчатые, а для низковязких – центробежные насосы.

Воздушно-мембранные насосы могут применяться для жидкостей любой вязкости.

Преимущества мембранных наосов:

– безопасность работы «всухую»;

– взрывобезопасны, т.к. привод пневматический;– просты по конструкции, малые затраты на техническое обслуживание;

– способны перекачивать агрессивные среды, а так же высоковязкие жидкости, содержащие абразивные частицы.

Принцип работы мембранных насосов: две мембраны, соединенные валом, перемещаются вперед и назад под воздействием попеременного нагнетания воздуха в камеры позади мембран. Движение мембран в одну сторону происходит путем направления воздуха с использованием воздушного клапана под одну из мембран. После достижения максимального отключения наступает автоматическое переключение воздушного клапана и направление воздуха под вторую мембрану. Это вызывает движение мембран в противоположную сторону.

В связи с тем, что вязкость растворителей невелика, то для их перекачивания выбираем центробежные насосы, а для перекачивания других жидкостей применяем воздушно-мембранные насосы шведской фирмы «Tapflo» модели Т – 255, расход которых равен 25 – 450 дм3/мин [28] . Главное отличие этих насосов состоит в том, что они работают не от электропривода, а с помощью сжатого воздуха.


2 Технологические расчеты

2.1 Материальный баланс производства алкидно–акрилового лака

В качестве основы алкидно-акрилового лака выбираем алкидный лак ПФ-064.

Рецептура лака ПФ–064 приведена в таблице 2.1[3].

Таблица 2.1 – Рецептура лака ПФ–064

Компонент

Массовая доля компонента, %

Масло растительное

64

Пентаэритрит

12,6

Ангидрид фталевый

23,4

Итого:

100,0

Исходные данные:

1) массовая доля нелетучих веществ в алкидном лаке 50 %

2) массовая доля нелетучих веществ в готовом продукте (45±2) %

2) кислотное число готового продукта = 20 мг КОН/ г

Загрузка в реактор рассчитывается по следующей формуле:

 

где  = 0,8 – коэффициент заполнения реактора;

      – плотность реакционной массы, кг/м3

        – объём реактора, м3

        Плотность смеси рассчитывается по формуле [2]:

 

где  – плотность i–го компонента, кг/м3

      – массовая доля i–го компонента, %

 Т.к. при нагревании плотность уменьшается, принимаем плотность смеси равной 1000 кг / м3

 

  Количества загружаемых компонентов в реактор находятся, исходя из коэффициента пересчета:

Тогда загрузка компонентов в реактор:

где  – масса i–го компонента, загружаемого в реактор, кг

– массовая доля i–го компонента, %

Масса масла, загружаемого в реактор:

Масса пентаэритрита, загружаемого в реактор:

Масса фталевого ангидрида, загружаемого в реактор:

Масса ксилола, загружаемого в реактор:

Потери компонентов находятся по формуле:

где  – потери i-го компонента, кг

 – процент потерь компонентов на стадии загрузки, %

Процент потерь компонентов на стадии загрузки берется из заводских данных [3].


Потери масла в процессе синтеза:

Потери пентаэритрита в процессе синтеза:

 

Потери фталевого ангидрида в процессе синтеза:

 

Потери ксилола в процессе синтеза:

 

Сумма потерь всех компонентов в процессе синтеза:

Количества прореагировавших компонентов в реакторе находятся по формуле:

 

 

Масса вступившего в реакцию масла:

Масса вступившего в реакцию пентаэритрита:

Масса вступившего в реакцию фталевого ангидрида:

Масса ксилола с учетом потерь:

При синтезе алкидной основы выделяется реакционная вода, теоретическое количество которой рассчитывается следующим образом:


1 кмоль ФА–1 кмоль  воды

148 кг ФА–18 кг воды

–Х кг воды теор

                                

Исходя из кислотного числа основы, уточним количество выделившейся воды.

Степень конверсии:

где КЧ1 – кислотное число исходной смеси компонентов, мг КОН/г

КЧ2 – кислотное число конечного продукта, мг КОН/г

где – кислотное число фталевого ангидрида, мг КОН/г

– массовая доля фталевого ангидрида, %

Следовательно, с учетом степени конверсии количество реакционной воды равно:

Массу алкида рассчитываем по формуле:

где  масса i–го компонента, вступившего в реакцию, кг

 

Материальный баланс стадии синтеза основы лака ПФ–064 представлен в таблице 2.2


Таблица 2.2 – Материальный баланс стадии синтеза основы лака ПФ – 064

Приход

Расход

Наименование компонентов

Масса, кг

Наименование компонентов

Масса, кг

1.Масло подсолнечное

3101,6

1.Основа лака

4879,8

2.Пентаэритрит

610,6

а) Алкид

4687,0

3.Фталевый ангидрид

1134,0

б) Ксилол

192,9

4.Ксилол

193,8

2.Реакционная вода

106,0

3.Потери

54,1

а) Масло подсолнечное

37,2

б) Пентаэритрит

6,7

в) Фталевый ангидрид

9,3

г) Ксилол

0,9

Итого:

5040,0

Итого:

5040,0

Потери основы при сливе в смеситель по заводским данным составляют 0,5 % [3], т. е.

где  – масса основы, загружаемая в смеситель, кг

Потери алкида составляют:

             

где   – массовая доля алкида, %

где  – массовая доля ксилола ,%

где mкс – масса ксилола в основе, кг


Количество алкида, загружаемого в смеситель с учетом потерь, равно:

где  – масса основы, кг

– потери основы, кг

– массовая доля алкида,%

Количество ксилола, загружаемого в смеситель с учетом потерь, равно:

 

Масса лака в смесителе составляет:

где  – массовая доля нелетучих веществ, %

Масса растворителя в лаке составляет:

Масса ксилола, загружаемая в смеситель, для растворения основы рассчитывается по формуле:

 

Количество ксилола, загружаемого в смеситель для растворения основы с учетом потерь, равно:

                                     

     

Количество ксилола, которое теряется при растворении основы, составляет:

                                        

Материальный баланс стадии растворения алкида представлен в таблице 2.3

Таблица 2.3 – Материальный баланс стадии растворения алкида

Приход

Расход

Наименование компонентов

Масса, кг

Наименование компонентов

Масса, кг

1. Основа лака

4879,8

1.Алкидный лак

8900,8

а) Алкид

4687,0

а) Алкид

4450,4

б) Ксилол

192,9

б) Ксилол

4450,4

2. Ксилол

4435,6

2. Потери

414,6

а) Основа лака

244,0

б) Ксилол

170,6

Итого:

9315,4

Итого:

9315,4

Рецептура алкидно–акрилового лака представлена в таблице 2.4

Таблица 2.4 – Рецептура алкидно–акрилового лака

Наименование компонента

Массовая доля компонентов, %

Алкидный лак (м.д.н.в. 50 %)

45,3

Метилметакрилат (ММА)

22,3

Ксилол

32,4

Итого:

100,0

В качестве инициатора сополимеризации используем азо–бис–изобутиронитрил (АИБН).

Загрузка в реактор рассчитывается по формуле (2.1):

 


Плотность смеси рассчитывается по формуле (2.2):

Количества загружаемых компонентов в реактор находятся, исходя из коэффициента пересчета, который находится по формуле (2.3) :

Тогда загрузка компонентов в реактор рассчитывается по формуле (2.4):

Масса алкидного лака, загружаемого в реактор:

Масса метилметакрилата, загружаемого в реактор:

Масса ксилола, загружаемого в реактор:

Масса инициатора, загружаемого в реактор:

Потери компонентов находятся по формуле (2.5):

Потери алкидной основы в процессе синтеза:

Потери метилметакрилата в процессе синтеза:

Потери ксилола в процессе синтеза:

Потери инициатора в процессе синтеза:

Количества прореагировавших компонентов в реакторе находятся по формуле (2.6):

Масса вступившей в реакцию алкидной основы:

Масса вступившего в реакцию метилметакрилата:

Масса ксилола с учетом потерь:

Масса вступившего в реакцию инициатора:

При распаде инициатора выделяется свободный азот, количество которого рассчитывается из соотношения:

164 кг инициатора–28 кг  азота

       42,2 кг инициатора– кг  азота

                               

Массу олигомера рассчитываем по формуле:

где  – количество прореагировавшей алкидной основы, кг

 – масса ксилола в основе,кг

– масса прореагировавшего метилметакрилата, кг

– масса прореагировавшего инициатора, кг

– масса азота, выделившегося во время реакции, кг

Материальный баланс стадии сополимеризации представлен в таблице 2.5

Таблица 2.5 – Материальный баланс стадии сополимеризации

Приход

Расход

Компонент

Масса, кг

Компонент

Масса, кг

1.Алкидный лак

4296,8

1.Алкидно–акриловый лак

9385,3

а)Алкид

2148,4

а) Олигомер

4266,6

б)Ксилол

2148,4

б) Ксилол

5118,7

2. Метилметакриалат (ММА)

2115,2

2. Потери

142,3

3. Ксилол

3073,2

а) Алкидная основа

21,5

4. Инициатор* (АИБН)

42,4

б) ММА

21,2

в) Ксилол

92,2

г) Инициатор (АИБН)

0,2

д) Азот

7,2

Итого:

9527,6

Итого:

9527,6

 

*В качестве инициатора сополимеризации применяем азо–бис–изобутиронитрил (АИБН).

Массовая доля нелетучих веществ в готовом продукте рассчитывается по формуле:

где –масса олигомера, кг

–масса алкидно–акрилового лака, кг

Массовая доля нелетучих веществ соответствует заданному диапазону, поэтому стадия постановка “на тип” не требуется.

На стадии фильтрации потери лака по заводским данным [3] составляют 15 кг на 1000 кг лака, тогда на 9385,3 кг лака потери составят:

Материальный баланс стадии фильтрации представлен в таблице 2.6

Таблица 2.6 – Материальный баланс стадии фильтрации лака

Приход

Расход

Компонент

Масса, кг

Компонент

Масса, кг

1.Нефильтрованный лак

9385,3

1. Фильтрованный лак

9244,5

2.Потери лака

140,8

Итого:

9385,3

Итого:

9385,3

2.2 Расчет норм образования отходов сырья на 1 тонну алкидно–акрилового лака

Нормы расхода сырья на 1 тонну алкидно–акрилового лака рассчитываются по формуле:

где –масса i – го компонента, пошедшего на изготовление лака, кг

–масса алкидно – акрилового лака, кг

Расход масла на 1 тонну лака:

Расход пентаэритрита на 1 тонну лака:

Расход фталевого ангидрида на 1 тонну лака:


Расход инициатора на 1 тонну лака:

Расход метилметакрилата на 1 тонну лака:

Расход ксилола на 1 тонну лака:

Нормы расхода сырья на 1 т алкидно–акрилового лака представлены в таблице 2.7

Таблица 2.7 – Нормы расхода сырья на 1 т алкидно–акрилового лака

Компонент

Норма расхода, кг

Масло подсолнечное

162,0

Пэнтаэритрит

32,0

Фталевый ангидрид

59,0

Ксилол

574,7

Инициатор (АИБН)

4,8

Метилметакрилат

229,0

Итого:

1061,5

Потребность в сырье представлена в таблице 2.8

Таблица 2.8 – Потребность в сырье

Компоненты

Расход на 1 т лака, кг

Расход на год,

кг/год

Расход на  месяц, кг/мес

Расход на сутки,

кг/ сут

Расход на смену,

кг/смену

Расход на

час, кг/ч

Масло подсолнечное

162,0

1134000,0

94500,0

3150,0

1050,0

131,3

Пентаэритрит

32,0

224000,0

18666,7

622,3

207,4

25,9

Фталевый ангидрид

59,0

413000,0

34416,7

1147,2

382,4

47,8

Ксилол

574,7

4022900,0

335241,7

11174,7

3724,9

465,6

Инициатор

4,8

33600,0

2800,0

93,3

31,1

3,9

Метилметакрилат

229,0

1603000,0

133583,4

4452,8

1484,3

185,5

Итого:

1061,5

7430500,0

619208,4

20640,3

6880,1

860,0

Нормы образования потерь сырья на 1 тонну алкидно–акрилового лака рассчитываются по формуле (2.22):

Потери масла на 1 тонну лака:

Потери пентаэритрита на 1 тонну лака:

Потери фталевого ангидрида на 1 тонну лака:

Потери инициатора на 1 тонну лака:

Потери метилметакрилата на 1 тонну лака:

Потери ксилола на 1 тонну лака:

Потери реакционной воды на 1 тонну лака:


Потери азота на 1 тонну лака:

Потери основы лака на 1 тонну лака:

Нормы образования потерь на 1 т алкидно – акрилового лака представлены в таблице 2.9

Таблица 2.9 – Нормы образования отходов на 1 т алкидно – акрилового лака

Компонент

Норма образования потерь, кг

Масло подсолнечное

2,0

Пэнтаэритрит

0,4

Фталевый ангидрид

0,5

Ксилол

19,3

Инициатор (АИБН)

0,02

Метилметакрилат

2,3

Реакционная вода

5,7

Азот

0,8

Основа лака

15,5

Алкидно – акриловый лак

15

Итого:

61,52

2.3 Расчет эффективного времени работы оборудования

Расчет эффективного времени работы оборудования выполняется по формуле:

 

где –праздничные и выходные дни,

–число рабочих смен,

–продолжительность смены [3],

–планово – предупредительные работы [3],

–время технического простоя [3].


Эффективный фонд времени работы реактора объемом 6,3 м
3 составляет:

Эффективный фонд времени работы реактора объемом 12,6 м3 составляет:

2.4 Расчет количества реакторов

Число реакторов определяется следующим образом:

где –7000 т / год – производительность отделения

–число циклов синтеза одного реактора в году

–выход готового продукта, кг

Число циклов синтеза одного реактора в год можно определить по формуле:

где –эффективный фонд работы реактора, ч

–длительность одного цикла синтеза, ч

а) Реактор V=12,6 м3

Длительность одного цикла сополимеризации находится по формуле:

где  – время загрузки алкида, ч

 – время загрузки метилметакрилата и инициатора, ч

 – время нагрева реакционной массы до 80 ºС, ч

 – время протекания реакции сополимеризации, ч

 – время охлаждения реакционной массы до 40 ºС , ч

– время слива лака в смеситель, ч

Принимаем 1 реактор объёмом 12,6 м3

б) Реактор V=6,3 м3

Длительность одного цикла синтеза находится по формуле:

где  – время загрузки масла и пентаэритрита, ч

– время нагрева смеси до250 ºС, ч

 – время выдержки, ч

 – время охлаждения до 180 ºС, ч

 – загрузки фталевого ангидрида и ксилола, ч

 – время нагрева реакционной массы до 240 ºС, ч

 – время выдержки при 240 ºС, ч

 – время охлаждения реакционной массы от 240 ºС до 180 ºС, ч

 – время слива реакционной массы, ч

 – время растворения алкидной основы, ч

Принимаем 1 реактор объёмом 6,3 м3

Принимаем 1 реактор объёмом 6,3 м3

2.5 Расчет объема смесителя

Смесители горизонтальные, оборудованы пароводяной рубашкой и двумя пропеллерными мешалками.


Объём смесителя рассчитывается по формуле:

где  – масса лака в смесителе, кг

= 0,8– коэффициент заполнения аппарата

– плотность лака, кг/м3

а) Смеситель для растворения алкидной основы

Принимаем 1 смеситель объемом 12 м3.

2.6 Расчет числа фильтров

Число фильтров определяется по следующей формуле:

где  – масса не фильтрованного лака, кг

– производительность фильтра с одним мешком по заводским данным составляет 1000 кг/ч

– эффективный фонд работы фильтра, ч

Массу не фильтрованного лака, из которого получаем 7000000 кг/год фильтрованного лака, находим из соотношения:

9244,5 кг–9385,3кг

7000000 кг/год–кг/год

Принимаем фильтровальную установку с одним мешочным фильтром.

2.7 Расчет объемного оборудования

Объем емкостного оборудования рассчитываем по формуле:

где  – суточный расход сырья, кг

= 0,9– коэффициент заполнения аппарата

– плотность сырья, кг/м3

а) Расчет объема емкости для хранения масла:

Принимаем емкость для хранения масла объемом 4 м3

б) Расчет объема емкости для хранения ксилола:

Принимаем емкость для хранения ксилола объемом 15 м3.

в) Расчет объема емкости для хранения ММА:

Принимаем емкость для хранения ММА объемом 6,0 м3.

г) Расчет объема емкости для хранения готового продукта:

Принимаем 2 емкости для хранения алкидно–акрилового лака объемом 12,6 м3


3 Описание аппаратурно-технологической схемы производства

3.1 Характеристика готовой продукции

Алкидно–акриловый лак представляет собой раствор в ксилоле сополимера алкидного (пентафталевого) олигомера высокой жирности с эфирами метакриловой кислоты.

Алкидно–акриловый лак должен соответствовать ТУ У 24.3–13395997–011:2005.

Алкидно–акриловый лак применяется при производстве ЛКМ для наружной и внутренней отделки, ЛКМ для окраски корпусов бытовой техники и приборов.

Характеристика готовой продукции представлена в таблице 3.1

Таблица 3.1 – Характеристика готовой продукции

Наименование показателя

Значение по НТД

  1.  Внешний вид

Однородная жидкость без механических примесей

  1.  Чистота пленки лака

Прозрачная, гладкая, однородная без “сыпи”

  1.  Цвет по йодометрической шкале, мг I2/100 см3, не более

130

  1.  Условная вязкость по вискозиметру ВЗ–4 с диаметром сопла 4 мм при (20±0,5) ºС, не менее, с

80–100

  1.  Массовая доля нелетучих веществ,
    % в пределах

(43±2)

  1.  Время высыхания до степени 3, час, не более. При температуре (87±2) ºС

                                    (20±2) ºС

1,5

24

  1.  Твердость пленки усл. ед., по маятниковому прибору ТМЛ (маятник А),
    не менее

0,16

  1.  Эластичность пленки при изгибе,
    мм, не более

1

  1.  Прочность пленки при ударе,
    см, не менее

40

  1.  Нарастание вязкости после выдержки лака при температуре (50±2) ºС в течение 16 час., % не более

15

  1.  Кислотное число, мг КОН/г, не более

20

  1.  Стойкость пленки к статическому воздействию воды, ч, при температуре (20±2) ºС, не менее

48

  1.  Влагостойкость пленки, ч, не менее

12


3.2 Характеристика сырья и материалов

Характеристика исходного сырья и материалов используемых в производстве алкидно-акрилового лака, представлена в таблице 3.2

Таблица 3.2 – Характеристика исходного сырья и материалов

Наименование сырья материалов и полупродуктов

Государственный или отраслевой стандарт, технические условия, регламент или методика на подготовку сырья

Показатели обязательные для проверки

Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями

1

2

3

4

1. Масло подсолнечное

ГОСТ 1129 - 93

1. Прозрачность

рафинирован-ного

гидратированного

дезодориро-ванного

Высшего сорта

1 сорта

прозрачное без осадка

2. Цветное  число, мг I2   

10

15

20

3. Кислотное число, мг KOH/г, не более

0,5

1,5

4,0


Продолжение таблицы 3.2

1

2

3

4

4. Массовая доля влаги и летучих веществ, %, не более

0,10

5. Температура вспышки экстракционного масла, ºС, не ниже

234

225

6. Термопроба

Не более 100 мг I2

2. Пентаэритрит технический

ГОСТ 928 6 - 89

1. Внешний вид

Марка А

Марка Б

высший сорт

высший сорт

белый кристаллический порошок без посторонних примесей, видимых невооруженным взглядом. Допускается серо-голубой или желтоватый оттенок

2. Температура плавления, ºС, не ниже

255

252

3. Массовая доля влаги и летучих веществ, %, не более

0,2


Продолжение таблицы 3.2

1

2

3

4

4. Цветность плава по платино-кобальтовой шкале, не более

Не определяется

300

3. Фталевый ангидрид технический

ГОСТ 7119 - 77

1. Внешний вид

Марка А

Марка Б

Чешуйки или порошок белого цвета или расплав. Допускается желтоватый или розоватый оттенок

2. Массовая доля фталевого ангидрида, %, не менее

99,7 – 99,9

99,7 – 99,8

3. Температура кристализации, ºС, не ниже

130,6 – 130,9

130,6 – 130,8

4. Ксилол нефтяной

ГОСТ 9410 - 78

1. Внешний вид

Марка А

Марка Б

Прозрачная жидкость, не содержащая посторонних примесей и воды, не темнее раствора 0,003 г K2Cr2O7 в 1 дм3 воды


Продолжение таблицы 3.2

1

2

3

4

2. Плотность при 20 ºС, кг/м3

862 - 868

860 – 870

3. Массовая доля основного вещества (ароматических углеводородов С8Н10), %, не менее

99,6

не определяется

5. Метилметакрилат

ГОСТ 20370

1. Внешний вид

Бесцветная прозрачная жидкость

2. Цветность, не более

5

3. Массовая доля основного вещества, %, не менее

99,8

4. Массовая доля воды, %, не более

0,04

5. Плотность при 20 °С, г/см3

0,942± 0,003

6. Показатель преломления при 20°С

0,00005

7. Массовая доля свободных кислот в пересчете на метакриловую кислоту, %, не более

0,004


Продолжение таблицы 3.2

1

2

3

4

8. Массовая доля примесей (ацетона, метанола, метилакрилата, метилизобутерата, этилметакрилата, метил-α-оксиизобутирата, метилацетата), %, не более

Сумма – 0,15

9. Содержание полимера

Отсутствие помутнения

6. Азо-бис-изобутиронитрил

ТУ 113-003-365-82

1. Внешний вид

Кристаллический порошок белого цвета

2. Температура плавления, °С, в пределах

100 - 103

3. Газовое число см3/г, не менее

140

4. Массовая доля веществ, нерастворимых в изопропиловом спирте, %, не более

0,2

6. Массовая доля влаги, %, не более

0,2


Продолжение таблицы 3.2

1

2

3

4

7. Сода кальцинированная

ГОСТ 6613

1.Внешний вид

Марка А ОКП 21 3111 0200

Высший сорт 
ОКП 
21 3111 0220

Первый сорт 
ОКП 
21 3111 0230

Гранулы белого цвета

2. Массовая доля углекислого натрия (Na2CO3), %, не менее

99,4

99,0

3. Массовая доля углекислого натрия (Na2CO3) в пересчете на непрокаленный продукт, %, не менее

98,7

98,2

4. Массовая доля потери при прокаливании (при 270- 300) ºС, %, не более

0,7

0,8

5. Массовая доля хлоридов в пересчете на NaCl, %, не более

0,2

0,5


Продолжение таблицы 3.2

1

2

3

4

6. Массовая доля железа в пересчете на Fе2О3, %, не более

0,003

0,005

7. Массовая доля веществ, нерастворимых в воде, %, не более

0,04

0,04

8. Массовая доля сульфатов в пересчете на Na2SO4, %, не более

0,04

0,05

9. Насыпная плотность, г/см3, не менее

1,1

0,9

10.Гранулометрический состав:

остаток на сите с сеткой № 2К по ГОСТ 6613, %, не более

Не нормируется

5

прохождение через сито с сеткой № 1, 25К, %

100

Не нормируется

остаток на сите с сеткой № 1К, %, не более

3

3

прохождение через сито с сеткой № 01К, %, не более

7

15

11 . Магнитные включения размером более 0,25 мм

Отсутствуют

Не нормируются


3.3 Химизм процесса



3.4 Описание технологического процесса

Технологический процесс производства алкидного-акрилового лака состоит из следующих стадий:

1) Подготовка сырья

2) Синтез алкидной основы

3) Растворение алкидной основы

4) Сополимеризация алкидного лака с метилметакрилатом

5) Очистка лака и фасовка в тару

1) Подготовка сырья

Качество сырья при поступлении на производство проверяется сырьевым сектором ОТК по показателям действующей НТД.

Перед началом синтеза на участке создают суточный запас сырья.

Жидкое сырье: растительные масла, растворитель и мономер поступают в железнодорожных и автоцистернах и хранятся на складах. С заводского склада жидкое сырье поступает в цех по трубопроводам в специально оборудованные емкости–хранилища. Масло подсолнечное в цеховую емкость поз.1, ксилол в емкость поз. 16, мономер в  емкость поз. 4,  вместимостью 4 м3, 15 м3, 6м3 соответственно.

Емкости–хранилища оборудованы системами сигнализации  вызова для закачки сырья, открытия клапана при закачке, системой предупредительной сигнализации  уровня – отключение насоса на сливе при максимальном уровне.

      Дозировка масла в реактор поз. 10 производится по весовому мернику поз. 3, в который сырье подается насосом поз. 21 из емкости–хранилища поз. 1. Загрузка масла производится при температуре (110+5)  С. Дозировка осуществляется с помощью системы дистанционного управления с центрального пульта.

Ксилол для азеотропного ведения процесса из емкости–хранилища поз. 16 с помощью объемного счетчика поз. 7 1 закачивается в реактор поз.10. Дозировка ксилола в реактор поз. 10 для синтеза алкидной основы осуществляется с помощью объемного счетчика поз. 71 насосом поз. 17 из емкости–хранилища поз. 16. Ксилол для растворения алкидной основы поступает из емкости–хранилища поз. 16 в смеситель поз. 18 с помощью объемного счетчика поз 72 насосом поз. 17. Дозировка ксилола в реактор поз. 12 производится по массе насосом поз. 17 из емкости–хранилища поз 16.

Доза на счетчике задается оператором на пульте. Дистанционно с пульта открывается клапан на питающей линии и дается вызов на слив для закачки растворителя. По прохождению заданной дозы автоматически закрывается клапан на питающей линии и отключается насос на складе. Управление запорной арматурой по месту осуществляется вручную.

Дозировка метилметакрилата в реактор поз. 12 производится по массе  из емкости–хранилища поз. 4 насосом поз. 22. Допускается использование возвратного метилметакрилата из емкости поз. 20 насосом поз. 26, дозировка которого осуществляется по массе.

Твёрдое сырье (пентаэритрит, фталевый ангидрид, сода кальцинированная) заготавливается в количестве, необходимом для суточного изготовления лака. Пентаэритрит, фталевый ангидрид поставляются в бумажных, полипропиленовых или полиэтиленовых  мешках или контейнерах.

Твёрдое сырье поднимается на лифте и далее на электропогрузчике подвозится к месту загрузки. Дозировка загружаемого сырья осуществляется по трафарету через загрузочную воронку.

2) Синтез алкидной основы

    Синтез алкидной основы производят в реакторе поз. 10, объемом 6,3 м3. Реактор обогревается с помощью высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ) – силиконового теплоносителя.

    Реактор поз. 10 оснащен следующим оборудованием:

– сублимационная труба с рубашкой для обогрева с помощью ВОТ поз. 6;

– уловитель погонов  поз. 5.

– насадочная колонна поз. 8;

– теплообменник поз. 91, в межтрубное пространство которого поступает вода;

– разделительный сосуд поз. 11.

    Реактор поз. 10 для изготовления основы лака – стальной, снабжен лопастной мешалкой со скоростью вращения  6,6 рад/сек (n = 63 об/мин), внутренним змеевиком для нагревания и охлаждения с помощью ВОТ.

Индуктор реактора поз.10 автоматически отключается при следующих условиях:

–снижение давления воздуха в кожухе ниже 250 Па (25 мм вод.ст.);

–превышение температуры стенки реактора выше 300оС;

–вспенивание реакционной массы.

В качестве инертной среды в производстве используется инертный газ. Инертный газ под давлением 0,07 МПа (технологический) применяется в реакционном оборудовании в целях удаления кислорода и предотвращения образования окисной пленки, для барботирования реакционной массы, в смесителе поз. 23 при изготовлении лаков в целях удаления кислорода и предотвращения образования окисной пленки, а также как противопожарное средство.

При наличии полного комплекта сырья перед его загрузкой реакторная установка должна быть приведена в полную готовность, для чего проверяется:

– чистота и исправность реакторной установки;

– исправность КИП, систем блокировок и регулирования;

– исправность систем обогрева и охлаждения, трубопроводов и кранов, а также подключения реактора к установке ТОГВ.

а) Стадия переэтерификации

На стадии переэтерификации к реактору поз. 10 подключают сублимационную трубу поз. 6 и уловитель мокрых погонов поз. 5.

Сначала в реактор загружается растительное масло. Масло предварительно нагретое до температуры (110+5)  С внутренним змеевиком с помощью ВОТ из емкости–хранилища поз. 1 подается в весовой мерник поз. 3 по трубопроводу насосом поз. 21. Дозировка компонента ведется по массе, по достижению требуемой массы срабатывает блокировка на линии подачи , открывается клапан и масло самотеком поступает в реактор поз. 10. Во время загрузки жидкого сырья включается подача азота на поверхность со скоростью 5-10 м3/ч, включается мешалка и обогрев реактора, путем подачи в змеевик высокотемпературного органического теплоносителя с температурой (320+5)  С .

Температурный режим синтеза алкидной основы ведется с помощью регулирующих приборов по заданию оператора.

При температуре (150+ 5) о С загружают катализатор (кальцинированную соду) и пентаэритрит.

Во избежание пыления на время загрузки  соды кальцинированной и пентаэритрита создается разрежение в реакторе 5-10 кПа (0,05-0,10 кгс/см2) с помощью установки, состоящей из сублимационной трубы и уловителя мокрых погонов. Во время загрузки соды и пентаэритрита обогрев не выключается. Загрузка соды и пентаэритрита осуществляется вручную через загрузочную воронку.

При быстрой загрузке пентаэритрита возможно вспенивание реакционной массы, поэтому загрузка его производится порциями в течение 0,5-1,0 часа.

После загрузки пентаэритрита вакуум отключается, включается подача азота через ротаметр под слой реакционной массы с расходом 15-20 м3/ч для лучшего перемешивания, мешалка переключается на большие обороты и реакционная масса нагревается до температуры (250+5) оС. При этой температуре проводится процесс переэтерификации.

Контроль за прохождением реакции переэтерификации производится по растворимости реакционной массы в этиловом спирте в соотношении 1:5 по объему при температуре 25–27 оС.

Проверку растворимости реакционной массы в этиловом спирте начинают сразу по достижении температуры (250+5) оС и далее проводят через каждые 15 минут.

В случае, если после двухчасовой выдержки реакционной массы при температуре (250+5) оС не будет достигнута растворимость в этиловом спирте в соотношении 1:5, но при этом она будет не менее 1:1, то переэтерификацию заканчивают. Если после 2-х часовой выдержки  не будет достигнута растворимость переэтерификата в этиловом спирте в соотношении 1:1, то контроль за прохождением реакции переэтерификации производится по технологической пробе, которая осуществляется следующим образом: в фарфоровый или стеклянный термостойкий стакан отвешивают 50 г переэтерификата и 15 г фталевого ангидрида. Смесь нагревают на плитке до температуры (200+5) оС.

Реакцию переэтерификации считают законченной, если при нагревании смесь переэтерификата  с фталевым ангидридом становится прозрачной и налив этой смеси на стекло тоже прозрачный.

б) стадия полиэтерификации

По окончании переэтерификации подача азота переключается на слой реакционной массы со скоростью 5-10 м3/ч, мешалку переключают на медленные обороты и реакционную массу охлаждают до температуры (180+5) оС путем подачи в змеевик ВОТ, затем азот отключают и производят загрузку фталевого ангидрида. Загрузка фталевого ангидрида осуществляется вручную с отм. + 13,2 м через загрузочную воронку.

На период загрузки фталевого ангидрида из мешков или контейнеров для предотвращения пыления к реактору подключается блочная оснастка для создания в реакторе разрежения порядка 5–10 кПа (0,05–0,10 кгс/см2). По окончании загрузки вакуум отключается и включается подача азота в реактор со скоростью 5-10 м3/ч до конца процесса.

К реактору поз.10, оборудованному насадочной колонной, подключается в работу разделительный сосуд поз.11.

В реактор поз. 10 загружают ксилол в количестве (1,5–3,0)% от массы основы в реакторе и включают обогрев реактора.

Во избежание возможной конденсации образующихся паров реакционной воды и ксилола, а также попадания фталевого ангидрида в конденсатор поз. 91, в верхнюю часть насадочной колонны поз.8 насосом поз.23 из разделительного сосуда поз.11 через ротаметр и регулирующий клапан непрерывно подается ксилол. Предотвращение попадания паров фталевого ангидрида в конденсатор осуществляется за счет поддержания температуры паров азеотропной смеси на выходе из насадочной колонны не более 130 о С.

Разделительный сосуд поз.11 предварительно заполняется водой до линии разделения азеотропной смеси и ксилолом до переливной трубы.

Процесс полиэтерификации сопровождается выделением реакционной воды, поэтому при подъеме температуры, после загрузки фталевого ангидрида и ксилола, возможно вспенивание реакционной массы.

Реактор оборудован автоматической сигнализацией при вспенивании реакционной массы и блокировкой: отключение обогрева в случае пенообразования.

При проведении стадии полиэтерификации в реакторе поз.10 оборудованном насадочной колонной поз.8 процесс азеотропной отгонки воды осуществляется следующим образом: азеотропная смесь проходит через насадочную колонну поз.8 и попадает в конденсатор поз.91, где происходит ее конденсация. Реакционная вода с ксилолом из конденсатора поступает в разделительный сосуд поз.11 в котором происходит разделение ее на два слоя: верхний слой – ксилол, нижний слой – вода.

Вода через переливное устройство непрерывно стекает в канализацию кислых стоков.

При появлении азеотропной смеси в смотровом фонаре на линии слива из конденсатора поз.91 включается насос поз.23, и ксилол из верхней части разделительного сосуда подается на орошение насадок колонны через ротаметр и регулирующий клапан. До температуры 96 о С (соответствующей температуре кипения азеотропной смеси) клапан закрыт, а свыше этой температуры открыт. Избыток ксилола сверх необходимого для орошения, через гидрозатвор возвращается в реактор. Уровень раздела фаз автоматически поддерживается на одном месте за счет работы переливного устройства и гидрозатвора.

Разделительный сосуд поз.11 оборудован сигнализацией уровня раздела фаз.

Контроль за работой насоса, подающего ксилол на орошение насадок колонны, осуществляется оператором по индикации сигнальной лампы и аппаратчиком синтеза визуально по показанию ротаметра и по смотровому фонарю в нижней части колонны.

Фталевый ангидрид конденсируется на насадках колонны и непрерывно смывается обратно в реактор ксилолом, поступающим на орошение в верхнюю часть колонны.

Минимальная температура паров азеотропной смеси должна быть не менее 96 о С (температура кипения азеотропной смеси) во избежание конденсации азеотропной смеси на насадках и возврата реакционной воды в реактор.

Необходим постоянный контроль за циркуляцией ксилола. В случае недостаточной циркуляции ксилола (возврат его отдельными каплями) последний необходимо добавить в реактор с таким расчетом, чтобы общее количество его не превышало 3% от реакционной массы.

Процесс полиэтерификации ведется при атмосферном давлении и при температуре (240+5) оС.

Реакционную массу выдерживают при указанной температуре до условной вязкости – 60-100 с и кислотного числа не более 20 мг КОН/г.

Проверку условной вязкости начинают при достижении температуры (200+5) оС и проверяют в начале процесса не реже, чем через каждый час, а при достижении условной вязкости 45–50 с (в ксилоле) – через каждые 30 минут. Кислотное число проверяют периодически, но не реже, чем через 2 часа выдержки и в конце процесса.

Отбор проб из реактора производится с помощью пробоотборника, расположенного на крышке реактора. Перед отбором пробы пробоотборник продувается азотом в реактор, затем подключается к вакуум-насосу и проба засасывается в пробоотборник. После этого кран на реакторе закрывают, соединяют пробоотборник с атмосферой и через специальный краник сливают пробу в кружку. Оставшуюся основу сливают в реактор. После отбора пробы пробоотборник тщательно продувается инертным газом в реактор.

При достижении необходимых значений условной вязкости и кислотного числа реактор охлаждается путем подачи ВОТ в змеевик реактора и при температуре 130 о С основа сливается в смеситель под слой растворителя при подаче инертного газа в реактор на поверхность реакционной массы. Подачу инертного газа в реактор прекращают через 10 минут после слива всей массы.

По окончании слива основы лака в смеситель и закрытия сливного вентиля при температуре не выше 150 о С в реактор закачивают 1,5 м3 ксилола для ополаскивания реактора. Затем производится возврат растворителя из разделительного сосуда поз. 11 в реактор путем передавливания его водой. Для этого в верхнюю часть разделительного сосуда подается вода  и открывается вентиль на линии слива растворителя из разделительного сосуда в реактор. Необходим строгий визуальный контроль через смотровые стекла разделительного сосуда за возвратом растворителя в реактор во избежания попадания воды.

Включается мешалка и в течение 15–30 минут производится ополаскивание реактора растворителем. По истечении указанного времени растворитель сливается в смеситель для растворения основы.

Периодически, по мере загрязнения, ориентировочно 1 раз в квартал и перед ремонтом, производят замывку реактора раствором щелочи.

Для улучшения перемешивания на стадии переэтерификации и во время выдержки на стадии полиэтерификации допускается подача азота на «барботаж» со скоростью 15–20 м3/ч, причем в начале азот подается со скоростью 5 м3/ч в течение 30 мин, затем скорость подачи азота увеличивается до 15–20 м3/ч.

3) Растворение алкидной основы в смесителе

Растворение алкидной основы производят в смесителе поз. 18.

Смеситель поз. 18 из нержавеющей стали вместимостью 12 м3 оборудован мешалкой, рубашкой для охлаждения водой, манометрическим термометром, теплообменником поз. 95 и вакуумным пробоотборником.

Перед загрузкой растворителей смеситель поз. 18 проверяют на чистоту, исправность и герметизируют. После этого в смеситель поз. 18 закачивают растворитель насосом поз. 17 из емкости поз. 16 .Смеситель поз. 18 подсоединяют к теплообменнику поз. 95, включают мешалку, подают воду на охлаждение в рубашку смесителя и в теплообменник поз. 95. Открывают клапан и кран на выгрузочной линии из реактора поз. 10 в смеситель поз. 18 и алкидную основу из реактора поз. 10 поступает в смеситель поз. 18.

Во избежании образования взрывоопасных смесей паров растворителей с воздухом слив основы производят при подаче инертного газа, как в реактор поз. 10, так и в смеситель поз. 18. Объемный расход его (5–10) м3/час. Подачу инертного газа в смеситель поз. 18 прекращают после выкачки из него алкидного лака в промежуточную емкость поз. 19. Температура массы в смесителе не должна превышать температуры начала кипения применяемого растворителя.

Основу смешивают с растворителем для получения однородного раствора – не менее 2–х часов до получения алкидного лака с массовой долей нелетучих веществ 50 %, если требуемая массовая доля нелетучих веществ не достигается, то допускается стадия постановки лака на “тип”. Постановка на тип по  массовой доле нелетучих веществ. производится путем добавок растворителя.

После каждой добавки раствор перемешивается в течение 1-2 ч и вновь проверяется на соответствие требованиям НТД по массовой доле нелетучих веществ.

После окончания растворения основы и постановки на “тип” готовый алкидный лак из смесителя поз. 18 насосом поз. 24 перекачивают в емкость–хранилище поз. 19. В дальнейшем готовый алкидный лак может использоваться как самостоятельный продукт, и также может использоваться для сополимеризации с акриловым мономером.

После постановки лака на “тип” приступают к стадии сополимеризации.

  1.  Сополимеризация алкидного олигомера с метилметакрилатом

Сополимеризацию алкидного лака с метилметакрилатом проводят в реакторе поз. 12, объемом 12,6 м3. Реактор обогревается с помощью высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ) – силиконового теплоносителя.

Реактор поз. 12 оснащен следующим оборудованием:

– теплообменник поз.93, в межтрубное пространство которого поступает вода;

– приемник конденсата поз. 14.

Реактор поз. 12 для получения алкидно–акрилового лака – стальной, снабжен лопастной мешалкой, внутренним змеевиком для нагревания и охлаждения с помощью ВОТ.

При наличии полного комплекта сырья перед его загрузкой реакторная установка должна быть приведена в полную готовность, для чего проверяется:

– чистота и исправность реакторной установки;

– исправность КИП, систем блокировок и регулирования;

Температурный режим сополимеризаци ведется с помощью регулирующих приборов по заданию оператора.

При изготовлении алкидно–акрилового лака в реактор поз. 12 загружают алкидный лак из промежуточной емкости поз 19 насосом поз 25. Дозировку производят по массе.

Далее включают мешалку и на поверхность реакционной массы подают инертный газ, объемный расход которого должен быть (5 – 6) м3/час. Подачу инертного газа производят во время всего процесса сополимеризации и прекращают через (10 – 15) мин после выгрузки лака в промежуточную емкость  поз. 21.

Затем в реактор поз. 12 из емкости-хранилища поз. 4 насосом поз. 22 загружают метилметакрилат. Дозировка производится по массе. Допускается использование возвратного метилметакрилата из емкости поз. 20 насосом поз. 26, дозировка которого осуществляется по массе.

Далее в реактор поз. 12 подается ксилол из емкости поз. 16 насосом поз. 17, дозировка которого производится по массе. Вручную через загрузочный люк реактора поз. 12 вводится раствор азо–бис–изобутиронитрила в ксилоле для инициирования сополимеризации.

Далее включают обогрев реактора, путем подачи во внутренний змеевик высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ) с температурой (320±5) С. Температуру в реакторе поз. 12 поднимают до (80 + 5) º С и при этой температуре проводят сополимеризацию алкидного лака с метилметакрилатом до массовой доли нелетучих веществ (40±5) % и значения вязкости алкидно–акрилового лака по вискозиметру ВЗ–246 с диаметром сопла 4 мм при температуре (20,0 ± 0,5) ºС : 80–100 с.

В процессе сополимеризации теплообменник поз. 93 работает как обратный - пары растворителя поступают в конденсатор, где конденсируются и стекают в приемник конденсата поз. 14, откуда по переливной трубке возвращаются в реактор.

При необходимости, в процессе получения алкидно-акрилового лака может проводится стадия вакуум-отгонки непрореагировавшего мономера. Для этого в реакторе создают разрежение 49-60 кПа (0,5-0,6 кгс/см2),  теплообменник поз. 93 переключают на прямой отгон

Пары мономера и растворителя поступают в конденсатор поз. 93, где кондесируются и стекают в приемник конденсата поз. 14. Из емкости поз. 14 мономер и растворитель попадают в вакуум-приемник поз. 15 и самотеком поступают в емкость поз. 20. Контроль стадии ведут по количеству отогнанного мономера и по  содержанию остаточного мономера в готовом продукте.

 Готовый продукт анализируют по показателям массовая доля нелутчих веществ и условной вязкости. При отклонений показателей от требований НТД производится постановка лака на «тип», путем добавления растворителя.

При соответствии показателей требованиям НТД реакционную массу в реакторе поз. 12 охлаждают до температуры (40 +  5) ºС. Лак самотеком сливают в промежуточную емкость поз. 21.

5) Очистка лак и транспортировка его в цех-потребитель или на склад

Алкидно–акриловый лак насосом поз. 27 направляют на очистку через мешочный фильтр поз. 22, далее насосом поз. 28 в бак поз. 23.

Очищенный лак из бака поз. 23 проверяют на соответствие требованиям НТД по всем показателям.

Из бака поз. 23 лак, полностью соответствующий требованиям НТД, закачивают в подземные емкости склада лаков или заливают в автоцистерны.

Из подземных емкостей склада лаков лак проверяют на соответствие норм НТД  по всем показателям и закачивают в железнодорожные цистерны. Из железнодорожных цистерн перед отправкой потребителю лак вновь проверяется по всем показателям НТД.


3.5 Нормы технологического режима

Нормы технологического режима представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Нормы технологического режима

Наименование стадий и потоков

Наименование технологических показателей

Продолжи-тельность, ч

Температура, ºС

Давление

Прочие показатели

1

2

3

4

5

Синтез алкидной основы

1. Загрузка масла растительного

0,7 – 1,0

110

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

2. Нагрев массы

до 150 ºС

2,0 – 3,0

150

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

3. Загрузка  пентаэритрита, соды кальцинированной

0,7 – 2,0

150+ 5

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 2,5 – 3 м3/час

4. Нагрев массы

до 250 +5 ºС

1,5 – 3,0

Не выше

250 + 5

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

5. Переэтерификация

Не более 3-х часов

250 + 5

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 2,5 – 3 м3/час. Контролируют растворением пробы реакционной массы в спирте этиловом в соотношении 1:1 по объему при температуре 20 ºС, раствор должен быть прозрачным. Проверку начинают по достижению температуры 245 ºС и производят каждые 30 мин

Продолжение таблицы 3.3

1

2

3

4

5

6. Охлаждение до 180 ºС

1,0 – 1,5

180

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

7. Загрузка фталевого ангидрида

1,0 – 2,0

180

разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 2,5 – 3 м3/час

8. Охлаждение до температуры 160 ºС

0,5 – 0,7

160

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

9. Загрузка ксилола в реактор при температуре не выше 160 ºС

0,3 – 0,5

Не выше 160

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

10. Нагрев массы  до

(240 + 5) ºС

2,5 – 3,5

160 – (240 + 5)

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

11. Полиэтерификация

3,0 – 5,0

240 + 5

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 2,5 – 3 м3/час.

Ведется до достижения кислотного числа не более 20 мг KOH/г и необходимых значений вязкости 60%-ого раствора основы в ксилоле по вискозиметру ВЗ – 246 с диаметром сопла 4 мм при температу-ре (20,0 +/–  +/–0,5) ºС:

– (65 – 85) с при изготовлении лака по

ТУ 6 – 10 – 612 – 76;

– (80 – 100) с при изготовлении лака по СТП 6 – 1 – 104 – 99;

– (90 – 130) при изготовлении лака по ТУ 6 – 10 – 612 – 76 или СТП 6 – 1 – 612 – 104 – 99 на сольвенте нефтяном тяжелом (нефрасе А - 120/200).


Продолжение таблицы 3.3

1

2

3

4

5

12. Охлаждение основы

до 180 + 5 ºС

1,0 – 1,5

(240 + 5) –

(180 + 5)

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

13. Выгрузка основы лака в смеситель

1,0 – 2,0

130 + 5

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

ИТОГО:

17,5 – 26,7

Растворение основы лака в смесителе

1. Загрузка в смеситель растворителя

0,8 – 1,2

Не более 100

Атмосферное

Подача инертного газа  объемным расходом 2,5 – 3 м3/час

2. Прием основы лака в смеситель

0,5 – 1,0

Не более 120

Атмосферное

Подача инертного газа  объемным расходом 2,5 – 3 м3/час

3. Перемешивание с охлаждением

1,5 – 2,0

Не более 80

Атмосферное

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

4. Передача лака в промежуточную емкость

2,0 – 3,0

Не более 60

0,5 Мпа в трубопроводе

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

ИТОГО:

4,8 – 8,2

Изготовление в реакторе объемом 12,6 м3 алкидно–акрилового лака

1. Загрузка в реактор лака ПФ – 064, метилметакрилата, ксилола, АИБН

1,0 – 2,0

не выше 100

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

2. Нагрев реакционной массы до 80 º С с перемешиванием

1,5 – 2,0

не более 80

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час


Продолжение таблицы 3.3

1

2

3

4

5

3. Выдержка при 80 º С (сополимеризация)

5 – 7

не более 80

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

4. Охлаждение реакционной массы до (40 + 5) ºС

1,5 – 2,0

40 + 5

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

5. Выгрузка алкидно - акрилового лака в промежуточную емкость

1,0 – 2,0

(40 + 5)

Разряжение около 0,2 кПа

Подача инертного газа  объемным расходом 5 – 6 м3/час

ИТОГО

10,0 – 15,0

Очистка лака

Фильтрация лака через мешочный фильтр и передача его в емкость лаковыпускного отделения

5,0 – 7,0

(40 + 20)

0,4 Мпа на фильтре

Выход лака с учетом потерь – 15 кг на 1 тонну фильтрата

ИТОГО:

5,0 – 7,0

Хранение лака, фасовка или передача его цехам-потребителям

1. Хранение лака в промежуточной емкости

25 + 15

2. Фасовка лака в тару или передача его цехам потребителям

6,0 – 10,0

25 + 15

0,5 МПа в трубопроводе

ИТОГО:

6,0 – 10,0

ВСЕГО

43,3 – 66,9

 

3.6 Нормы контроля и управления технологическим процессом

Нормы контроля производства и управления технологическим процессом представлен в таблице 3.4

Таблица 3.4 – Контроль производства и управления технологическим процессом

Наименование

стадий процесса, места измерения параметров или отбора проб

Контролируемый параметр

Частота и способ контроля

Норма и

технический

показатель

Метод испытания и средство контроля

Требуемая точность измерения параметров

Кто контролирует

1

2

3

4

5

6

7

1. Подготовка

сырья

Качество сырья по показателям ГОСТ, ТУ, ОСТ, СТП

Каждая партия

Соответствие требованиям ГОСТ, ТУ, ОСТ, СТП

По результатам испытаний ОУК

Нет требований

Начальник лаборатории, мастер смены

Внешний вид всех видов сырья, упаковка и маркировка

Каждая загрузка

Соответствие ГОСТ, ТУ, ОСТ, СТП

Визуально

Нет требований

Мастер смены, аппаратчик


Продолжение таблицы 3.4

1

2

3

4

5

6

7

2. Подготовка оборудования, коммуникаций и приборов

Чистота и исправность

Перед загрузкой сырья и полуфабрикатов, перед пуском оборудования в работу

Оборудование, КИП и коммуникации должны быть чистыми и исправными

Визуально в соответствии с требованиями инструкций

№ И–6–3 и

№ И–0–8

Нет требований

Аппаратчик, дежурный по КИП

3. Синтез алкидной основы, реактор поз. 10

а) стадия пере-

этерификации

Степень переэтерификации

По достижении температуры (250+5) о С и далее через каждые 15 минут

Растворимость переэтерификата в этиловом спирте в соотношении 1:5

Растворение пробы в пробирке при температуре

25-27 о С

Нет требований

Аппаратчик, лаборант ОУК


Продолжение таблицы 3.4

1

2

3

4

5

6

7

б) стадия полиэтерификации

Условная вязкость 50%-ного раствора алкидной основы в ксилоле

По достижении температуры

(200+5) о С, далее через каждый час, в конце процесса при условной вязкости 45-50 с в ксилоле каждые 30 минут и перед сливом

60-100 с, перед сливом не более 80 с

ГОСТ 8240-74 по вискозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм (ВЗ-4) при температуре (20,0+0,5) о С

По ГОСТ 8240-74

Лаборант ОУК

Кислотное число

Периодически, но не реже, чем через 2 ч выдержки и перед сливом

Перед сливом в смеситель не более

20 мг КОН/г

Перед сливом в смеситель не более

20 мг КОН/г

По ГОСТ 23955-80

Лаборант ОУК


Продолжение таблицы 3.4

1

2

3

4

5

6

7

Массовая доля нелетучих веществ

Периодически через 3 ч выдержки и в конце процесса перед охлаждением реактора

50 %

ГОСТ 17537-72 при температуре (140+2) оС под инфракрасной лампой до постоянной массы. Первое взвешивание через 10 минут. Навеска (1,5-2,0) г

По ГОСТ 17537-72

Лаборант ОУК

4. Растворение алкидной основы, смеситель поз.18

Условная вязкость

После перемешивания в течение 2 ч

60–80 с

ГОСТ 8420-74 по вискозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм (ВЗ-4) при температуре (20,0+0,5) о С

По ГОСТ 8420-74

Лаборант ОУК


Продолжение таблицы 3.4

1

2

3

4

5

6

7

Кислотное число

После перемешивания в течение 2 ч

Не более 20 мг КОН/г

ГОСТ 23955-80 титрованием 0,1 н спиртовым раствором КОН в присутствии фенолфталеина. Растворитель спирто-толуольная смесь в соотношении 1:1

По ГОСТ 23955-80

Лаборант ОУК

5. Сополимеризация алкидного лака с метилметакрилатом, реактор поз. 12

Условная вязкость

После перемешивания в течение 2 ч

80–100 с

ГОСТ 8420-74 по вискозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм (ВЗ-4) при температуре (20,0+0,5) о С

По ГОСТ 8420-74

Лаборант ОУК


Продолжение таблицы 3.4

1

2

3

4

5

6

7

Кислотное число

После перемешивания в течение 2 ч

Не более 20 мг КОН/г

ГОСТ 23955-80 титрованием 0,1 н спиртовым раствором КОН в присутствии фенолфталеина. Растворитель спирто-толуольная смесь в соотношении 1:1

По ГОСТ 23955-80

Лаборант ОУК

6. Очистка лака, мешочный фильтр поз.22

Внешний вид пленки лака

Через каждые 3 часа

Лак должен быть прозрачным без механических включений

Наливом на стекло

Нет требований

Аппаратчик

7. Готовый лак

Показатели готового лака

Каждая партия

Соответствие требованиям ТУ У 24.3–13395997–011:2005

По методикам ТУ У 24.3–13395997–011:2005

По методикам ТУ У 24.3–13395997–011:2005

Лаборант ОУК


Продолжение таблицы 3.4

1

2

3

4

5

6

7

8. Контроль воздуха рабочей зоны на рабочих местах на всех стадиях технологического процесса

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны:

В соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 и графиком, утвержденным

техническим

директором

Не должно превышать ПДК:

По методикам:

По ГОСТ 12.1.005–88: +25%

Санитарная лаборатория

–ксилола

ксилола –

150/50 мг/м3

ксилол МУ № 4851-88 от 12.12.88;

МУ № 5912-91от 10.09.91

–фталевого

ангидрида

фталевого ангидрида – 1 мг/м3

фталевый ангидрид

МУ № 5287-90 от 28.12.90


Продолжение таблицы 3.4

1

2

3

4

5

6

7

9. Контроль промышленных выбросов

Содержание вредных веществ в организованных источниках выбросов:

ксилола, фталевого ангидрида

В соответствии с графиком лабораторного контроля за соблюдением нормативов ПДВ (ВСВ) от организованных источников выбросов в атмосферу, утвержденным техническим директором и согласованным с Яр. филиалом ФГУ СИАК по ЦР

Не более ПДВ (ВСВ)

По методикам:

Ксилол– ПНДФ 13.1:2.21-98;

Фталевый ангидрид

МУ 5287-90 от 28.12.90

По РД 52.04.59-85:+25%

Санитарная лаборатория


Продолжение таблицы 3.4

1

2

3

4

5

6

7

10. Качество сточных вод

Состав стоков после жироловушки

1 раз в месяц

Соответствие нормативам содержания загрязняющих веществ в сточных водах (в мг/дм3):

рН–6,5-9,0

взвешенные в-ва н\б 60

ХПК н\б 96

Нефтепродукты н\б 1,1

Марганец н\б 0,05

Свинец н\б 0,046

Ксилол н\б 0,002

По методикам:

ПНДФ 14.1:2:3:4.121–97

ПНДФ 14.1:2.110-97

ПНДФ 14.1:2.19-95

ПНДФ 14.1:2.100-97

ПНДФ 14.1:2.116-97

ПНДФ 14.1:2:4.128-98

ПНДФ 14.1:2.22-95

По ГОСТ 27384-87

Санитарная лаборатория

11. Качество оборотной воды 1-й очереди системыводооборота

Показатели

СТП 44-2000

1 раз в месяц

Соответствие требованиям СТП 44-2000

По методикам СТП 44-2000

По методикам СТП 44-2000

Санитарная лаборатория


4 Технические расчеты

4.1 Тепловые расчеты

Масса и некоторые теплофизические свойства компонентов приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Характеристика исходного сырья

Компоненты

Масса, G; кг

Плотность, ρ; кг/м3

Теплоемкость, С; кДж/кг  К

Теплопроводность, α

Теплота испарения, r; кДж/кг

1. Масло подсолнечное

3101,6

932

1,75

0,117

2. Пентаэритрит технический

610,6

1396

2,27

3. Фталевый ангидрид технический

1134,0

1527

1,08

4.Ксилол нефтяной

193,8

868

2,31

0,132

350

5. Метилметакрилат

2115,2

940

1,92

6. Вода

106

1000

4,10

2194

4.1.1 Тепловой расчет синтеза основы алкидного лака

Температурный график процесса синтеза основы лака ПФ-064 приведен на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Температурно-временной й график процесса синтеза лаковой основы


а) Нагрев от 20 ºС до 250 ºС

Расчет суммарного количества тепла на нагрев от 20 ºС до 255 ºС определяем по формуле:

где  – количество тепла на нагрев реакционной массы, кДж;

– количество тепла на нагрев реактора, кДж;

– потери тепла в окружающую среду при нагревании от 20 ºС до 250 ºС, кДж;

Количество тепла на нагрев реакционной массы и реактора находим по формуле:

где –масса i - го компонента, кг  

–теплоемкость i – го компонента, кДж/кг

–разность температур, ºС

Потери тепла в окружающую среду определяем по формуле [1]:

где  – площадь изолированной поверхности аппарата, м2

– коэффициент теплоотдачи от изолированной стенки в окружающую среду, Вт/м2 К;

– разность температур между наружной изолированной поверхностью и температурой окружающего воздуха, ºС;

– время стадии, ч.

Разность температур между наружной изолированной поверхностью и температурой окружающего воздуха находится по формуле:

где  – температура наружной изолированной поверхности, ºС;

–температура окружающего воздуха, ºС.

С

Коэффициент теплоотдачи от изолированной стенки в окружающую среду находим по формуле [1]:

Площадь изолированной поверхности аппарата находим по формуле:

где –площадь крышки, днища, обечайки соответственно, м2

Площадь крышки, днища определяем по формуле [1]:

где  – внутренний радиус реактора, м

– толщина стенки реактора, м

– толщина изоляции, м

Площадь обечайки определяем по формуле [1]:

где  – высота обечайки, м.

        Рассчитываем тепловой поток по формуле [1]:

б) Выдержка при 250 ºС

Расчет суммарного количества тепла на стадии выдержки при 250 ºС определяем по формуле (4.1):

где  – потери тепла в окружающую среду на стадии выдержки при 250 ºС, кДж.

Потери тепла в окружающую среду определяем по формуле (4.3):

Тепловой поток этой стадии рассчитываем по формуле (4.9):

в) Охлаждение от 250 ºС до 180 ºС

Суммарный расход тепла на охлаждение от 255 ºС до 160 ºС определяем по формуле (4.1):

,

где  – количество тепла выделившегося при охлаждении реактора, кДж;

– количество тепла выделившегося при охлаждении реакционной массы, кДж;

– потери тепла в окружающую среду при охлаждении от 250 ºС до 180 ºС, кДж

Количество тепла выделившегося при охлаждении реактора и количество тепла выделившегося при охлаждении реакционной массы определяем по формуле (4.2):

C

Потери тепла при охлаждении от 250 ºС до 180 ºС определяем по формуле (4.3):

Тепловой поток этой стадии рассчитываем по формуле (4.9):

г) Нагрев от 180 ºС до 240 ºС

Суммарное количество тепла на нагрев от 180 ºС до 240 ºС определяем по формуле (4.1).

С

С

Количество тепла, необходимое для нагрева реактора определяем по формуле (4.2):

Количество тепла, необходимое для нагрева реакционной массы определяем по формуле:

где  ,– массы масла растительного, пентаэритрита, ксилола и фталевого ангидрида соответственно, кг

– теплоемкости масла растительного, пентаэритрита, ксилола и фталевого ангидрида соответственно, кДж/кг*К

Потери тепла в окружающую среду определяем по формуле (4.3):

Тепловой поток этой стадии рассчитываем по формуле (4.9):


д) Выдержка при 240 ºС

Расчет суммарного количества тепла на стадии выдержки определяем по формуле (4.1):


где  – количество тепла на нагрев ксилола, кДж;

– количество тепла необходимое для испарения ксилола, кДж;

– потери тепла в окружающую среду на стадии выдержки при 240 ºС, кДж;

Азеотропная смесь: ксилол : вода (65 : 35). [6]

35 кг воды – 65 кг ксилола

106 кг воды – X кг ксилола

Находим массу ксилола, необходимую для испарения всей реакционной воды:

где – количество ксилола для азеотропного обезвоживания на реактор, кг

= 4

Количество тепла, необходимое для нагрева ксилола  определяем поформуле (4.1):

где  – разность между температурой кипения азеотропной смеси и

температурой конденсата, ºС.

где  – температура кипения азеотропной смеси, ºС;

– температура конденсации азеотропной смеси, ºС.

С

Количество тепла необходимое для испарения ксилола находим по формуле:

где  –теплота парообразования ксилола, кДж/кг

Потери тепла в окружающую среду определяем по формуле (4.3):

Тепловой поток рассчитываем по формуле (4.9):

е) Охлаждение от 240 ºС до 180 ºС

Суммарный расход тепла на охлаждение от 255 ºС до 180 ºС определяем по формуле (4.1):

где  – количество тепла выделившегося при охлаждении реакционной массы, кДж;

– количество тепла выделившегося при охлаждении реактора, кДж;

– потери тепла в окружающую среду при охлаждении от 240 ºС до 180 ºС, кДж.

С

Количество тепла выделившегося при охлаждении реакционной массы рассчитываем по формуле (4.2):

)

где ,  – теплоемкость алкида и ксилола соответственно, кДж/кг*К

,  – масса алкида и ксилола соответственно, кг

Теплоемкость алкида находится по формуле:

где  – массовая доля i – го компонента, %

– теплоемкость i – го компонента, кДж/кгК

Количество тепла, необходимое для нагрева реактора определяем по формуле (4.2):

Потери тепла в окружающую среду при охлаждении от 240 ºС до 180 ºС определяем по формуле (4.3):

+172368-26300,2=616631,8 кДж

Тепловой поток рассчитываем по формуле (4.9):

 

4.1.2 Тепловой расчет процесса изготовления алкидно–акрилового лака

Температурный график процесса изготовления алкидно–акрилового лака

Рисунок 4.2 – Температурный график процесса изготовления алкидно – акрилового лака


а) Нагрев от 20 ºС до 80 ºС

Расчет суммарного количества тепла на нагрев от 20 ºС до 80 ºС определяем по формуле :

Рассчитываем тепловой поток по формуле

б) Выдержка при 80 ºС

Расчет суммарного количества тепла на стадии выдержки при 80 ºС определяем по формуле:

где  – потери тепла в окружающую среду на стадии выдержки при 80 ºС, кДж.

количество тепла, пошедшее на реакцию полимеризации, кДж

Площадь крышки, днища определяем по формуле (4.7):

Площадь обечайки определяем по формуле (4.8):

Разность температур между наружной изолированной поверхностью и температурой окружающего воздуха находится по формуле (4.4):

С

Коэффициент теплоотдачи от изолированной стенки в окружающую среду находим по формуле (4.5):

Потери тепла в окружающую среду определяем по формуле (4.3):

Тепловой эффект реакции полимеризации находится по формуле:

)

где  –число моль метилметакрилата, моль

– тепловой эффект реакции полимеризации метилметакрилата, кДж/моль

Стадия выдержки является экзотермичной, поэтому тепло нужно отводить за счет испарения растворителя.

Тепловой поток этой стадии рассчитываем по формуле (4.9):

Избыточное тепло находим по формуле:

Массу ксилола, необходимую для отвода избыточного тепла, находим по формуле:

где  – теплота парообразования ксилола, кДж/кг

Проверяем избыточное количество тепла по ксилолу по формуле:

где  – теплоемкость ксилола, кДж/кг

– разность температур кипения ксилола и конденсации, ºС

С

в) Охлаждение от 80 ºС до 40 ºС

Суммарный расход тепла на охлаждение от 80 ºС до 40 ºС определяем по формуле (4.1):

 

где  – количество тепла выделившегося при охлаждении реактора, кДж;

– количество тепла выделившегося при охлаждении реакционной массы, кДж;

– потери тепла в окружающую среду при охлаждении от 80 ºС до 40 ºС, кДж

Количество тепла выделившегося при охлаждении реактора определяем по формуле (4.2):

С

Количество тепла выделившегося при охлаждении реакционной массы определяем по формуле (4.2):

Потери тепла при охлаждении от 80 ºС до 40 ºС определяем по формуле (4.3):

Тепловой поток этой стадии рассчитываем по формуле (4.9):


4.2 Расчет суммарного количества ВОТ

Суммарное количество ВОТ находится по формуле:

где  – суммарное количество ВОТ на стадии нагревание, кг

– суммарное количество ВОТ на стадии выдержки, кг

Суммарное количество ВОТ, необходимое для нагревания находится по формуле:

где   – масса ВОТ, необходимая для нагревания реакционной массы на I, IV стадии соответственно.

Количество ВОТ, необходимое для нагрева на каждой стадии находим по формуле:

где  – суммарное количество тепла, требуемое на нагрев реакционной массы на i-ой стадии, кДж

– теплоемкость силиконового теплоносителя, кДж/кг • К

– разница входной и выходной температурами ВОТ на стадиях нагрева, ºС

где  – входная температура ВОТ на стадиях обогрева, ºС

– выходная температура ВОТ на стадиях обогрева, ºС

С


Суммарное количество ВОТ, необходимое для выдержки находится по формуле:

где  – масса ВОТ, необходимая для нагревания реакционной массы на II, V стадии соответственно.

Количество ВОТ, необходимое для нагрева на каждой стадии находим по формуле (4.21):

Суммарное количество ВОТ, необходимое для охлаждения находится по формуле:

где  – масса ВОТ, необходимая для нагревания реакционной массы на III, VI стадии соответственно.

Разница между входной и выходной температурами ВОТ на стадиях охлаждения находится по формуле (4.22):

С

Количество ВОТ, необходимое для нагрева на каждой стадии находим по формуле (4.21):


4.3 Расчет количества тепла выделившегося при конденсации

азеотропной смеси

Количество тепла выделившегося при конденсации азеотропной смеси определяем по формуле:

где  – теплота парообразования воды и ксилола соответственно, кДж/кг

– масса воды, выделившейся в ходе синтеза, кг

– масса ксилола, необходимая для испарения всей реакционной воды, кг

– разность температур кипения азеотропной смеси и конденсата,  С

Разность температур кипения азеотропной смеси и конденсата находится по формуле:

где  – температура кипения азеотропной смеси, ºС;

– температура конденсата, ºС.

С

Количество теплоносителя для конденсации азеотропной смеси

находим по формуле (4.2):

 

где  – количество тепла выделившегося при охлаждении азеотропной смеси, кДж;

– разница температуры теплоносителя на выходе и входе из

конденсатора, ºС .

  – выходная температура теплоносителя, ºС

– входная температура теплоносителя, ºС

С

4.4 Проверка смесителя по тепловой нагрузке

где   – температура основы при сливе в смеситель, ºС

– температура лака в смесителе, ºС

где  – температура лака в смесителе, ºС

– температура окружающей среды, ºС

Находим t2 = 130ºС

Температура лака меньше температуры кипения растворителя, следовательно, дополнительное охлаждение не требуется.

4.5 Выбор теплообменника для охлаждения азеотропной смеси

Площадь теплообмена определяем из формулы (4.3):

Следовательно, площадь теплообмена определяем по формуле:

где  – количество тепла на стадии охлаждения, кДж

– время охлаждения азеотропной смеси, ч

– коэффициент теплопередачи,

– средняя разность температур, ºС

Среднюю разность температур находим по формуле [1]:

где разница между температурой кипения азеотропной смеси и входной температурой теплоносителя, ºС;

– разница между температурой кипения азеотропной смеси и выходной температурой теплоносителя (воды), ºС.

где  – входная температура теплоносителя, ºС.

где  – выходная температура теплоносителя º С.

С

С

 C

Выбираем теплообменник одноходовой, ГОСТ 15120 – 79:

Dкож = 273 мм

n = 37

l = 3000 мм

Fто = 9 м2

где Dкож – наружный диаметр кожуха, мм;

n – число труб;

l – длина труб, м.

4.6 Расчет площади теплообмена реактора

Расчет площади теплообмена приведем на примере реактора объемом V=6,3

Площадь теплообмена определяем по формуле (4.27):

где – количество тепла на самой теплонапряженной стадии, кДж;

Среднюю разность температур находим по формуле (4.28):

где разница между температурой входящего ВОТ и минимальной температурой реакционной массы, º С;

– разница между температурой выходящего ВОТ и максимальной температурой реакционной массы , ºС.

где минимальная температура реакционной массы, ºС

где  максимальная температура реакционной массы, ºС

С

 С

 C

4.7 Расчет габаритных размеров змеевика

Расчет габаритных размеров змеевика рассмотрим на примере змеевика для реактора объемом V=6,3

Определяем размеры змеевика, наружный диаметр трубы которого

принимается   = 0,06 м.

Длина змеевика определяется по формуле:

Диаметр витка змеевика определяется по формуле:

где – диаметр реактора, м

– диаметр , описываемый лопастью мешалки, м

Длина одного витка змеевика определяется по формуле:

Число витков змеевика определяется по формуле:

Шаг между витками определяется по формуле:

Высота змеевика в реакторе определяется по формуле:

4.8 Расчет мощности привода мешалки

Выбираем для перемешивания лопастную мешалку с вертикальными прямыми лопатками с отверстиями.

Диаметр, который описывает мешалка находим по формуле:

где диаметр реактора, м

Выбираем, согласно ГОСТ 20680–76, мешалку со следующими параметрами:

ω = 6,6 рад/с

n = 63 об/мин

= 1250 мм

= 1–3000 мнс/м2

где  окружная скорость, рад/сек

– число оборотов, об/мин

– динамический коэффициент вязкости смеси,

Критерий Рейнольдса рассчитываем по формуле:

Находим значение критерия мощности по графику [7]:

Находим затраты мощности на перемешивание по формуле:

Находим мощность электродвигателя по формуле:

где  – потери мощности на трение, кВт

– КПД двигателя

Выбираем вертикальный с червячным глобоидным мотор-редуктором электрический двигатель серий АО2 и ВАО, № 5862 – 66, ТИП VIII.

= 1,1 – 10 кВт

= 8 – 125 об/мин

4.9 Расчет толщины обечайки

Расчет толщины обечайки рассмотрим на примере реактора объемом 6,3 .

Реактор работает под атмосферным давлением и некоторым разряжением, тогда толщину стенки обечайки рассчитываем по формуле:

где  – толщина стенки обечайки, м

– внутренний диаметр цилиндрической обечайки, м

– расчетное внутреннее давление, МПа

– допускаемое напряжение, Па

– коэффициент прочности шва

Внутреннее давление находим по формуле:

где  – рабочее давление среды, Па

– ускорение силы тяжести, м/с2

– высота столба смеси в реакторе, м

Номинальное допускаемое напряжение для стали марки 0Х18Н12Т

равно 100 Па, [7].

С учетом прибавок толщина стенки обечайки будет равна 10 мм.

4.10 Расчет опор для реактора

Расчет опор для реактора выполним на примере реактора объемом 6,3 .

Принимаем 4 опоры для лучшего закрепления и центрирования реактора.

Суммарную нагрузку на лапы рассчитываем по формуле:

где  – суммарная масса реакционной массы и стали реактора, кг

Суммарная масса реакционной массы и стали реактора находится по формуле:

 

Нагрузку на одну опору рассчитываем по формуле:

где  – число опор реактора.

Подбираем стандартные опоры, тип № 2 [7]

L = 85 мм; L1 = 95 мм; L2=80 мм; В = 160 мм; В1 = 75 мм; В2 = 80 мм;

 b = 22 мм; b1 = 60 мм; Н1 = 190 мм; s = 5 мм; а = 20 мм; а1= 40 мм; а2 = 80 мм; d = 12 мм; s1 = 8 мм; L3 = 125 мм; М = 25,7 кг.

Рисунок 3 – Опоры вертикальных цилиндрических аппаратов тип № 2


5 Автоматизация технологического процесса производства [9]

5.1 Обоснование выбора системы средств измерений

Для обеспечения безаварийной работы технологического объекта управления необходимо применять не только надежные системы управления, но и в комплексе с ними надежные средства измерения, обеспечивающие достоверное и с достаточной точностью измерение технологических параметров.

При выборе системы средств измерения обоснованно учитывались различные качества этих устройств, такие как: надежность, степень исполнения, чувствительность датчика к измеряемому параметру и его погрешность, диапазон температур окружающей среды и другие. На сегодняшний день однотипные средства измерения отечественных и зарубежных производителей по функциональности мало чем отличаются. В этом случае важно выбрать фирму производителя, реализующую свою продукцию по доступной цене.

5.2 Описание схемы автоматизации

Жидкое сырье, вспомогательные компоненты при поступлении на завод необходимо учитывать для расчета технико–экономических показателей. Для этого на трубопроводах установлены расходомеры FT.

Для учета :

–воды оборотной прямой расходомер поз. 2–2 (поз. 2–1 это диафрагма, установленная на трубопроводе);

– воды оборотной обратной поз. 1–2 (поз. 1–1 диафрагма);

– сжатого воздуха поз. 3-2;

– азота поз. 4-2;

– ксилола поз.5-2;

– ВОТ Т=280 °С поз.6-2;

– ВОТ Т=160 °С поз.7-2;

– ВОТ Т=120 °С поз. 8-2.

Для учета подсолнечного масла и вычисления количественного показателя применяется расходомер-счетчик поз. 9–1, установленный на нагнетательной линии в емкость поз. 1.

Уровень в емкости 1 контролируется по уровнемеру по. 10–1 и блокируется при достижении максимально возможного значения клапаном поз. 10–4. Температура нагретого с помощью ВОТ (Т=160) С подсолнечного масла контролируется с помощью термопреобразователя поз. 11–1.

За откачку кислых стоков на очистные сооружения из уловителя погонов поз. 5 отвечает регулирующий клапан поз. 12–1.

Уровень в емкости хранения ксилола поз. 16 контролируется уровнемером поз. 13–1 и блокируется клапаном поз. 13–4.

На выкидном трубопроводе насоса поз. 17 установлен датчик давления поз. 14–1, предназначенный для предотвращения «сухого» хода насоса. Электронный переключатель КМ1 предназначен для отключения электродвигателя насоса в случае аварийных ситуаций. Кнопки Н (SB1 и SB2) предназначены для ручного управления насосом.

В реакторе поз. 10 предусмотрены следующие точки контроля:

– контроль и сигнализация давления в кубе колонны (поз. 15–1);

– контроль и блокировка уровня (уровнемер поз. 16–1, клапан поз. 16–4);

– температура внутри реактора (термопреобразователь поз. 17–1).

В смесителе поз. 18 предусмотрены следующие точки контроля:

-  контроль и  сигнализация давления в смесителе (манометр поз. 18-1);

- контроль и блокировка уровня  (уровнемер поз. 19-1, клапан поз. 19-4);

- температура внутри смесителя  (термопреобразователь поз. 20-1).

Давление в выкидном трубопроводе насоса поз. 24  контролируется и сигнализируется манометром поз. 21–1.

Уровень в емкости поз. 19 контролируется уровнемером поз. 22–1 и блокируется клапаном поз. 22–4.

Давление в выкидном трубопроводе насоса поз. 25  контролируется и сигнализируется манометром поз. 23–1.

В реакторе поз. 12 предусмотрены следующие точки контроля:

– контроль и сигнализация давления в кубе колонны (поз. 24–1);

– контроль и блокировка уровня (уровнемер поз. 25–1, клапан поз. 25–4);

– температура внутри реактора (термопреобразователь поз. 26–1).

Давление в емкости поз. 21 контролируется и сигнализируется манометром поз. 27–1. Уровень в емкости поз.21 контролируется и сигнализируется уровнемером поз. 28–1.

Давление в выкидном трубопроводе насоса поз. 27 контролируется и сигнализируется манометром поз. 29–1.

Разность давлений на входе и выходе из мешочного фильтра поз 22 контролируется датчиком разницы давлений поз. 30–1.

Уровень в емкости поз.4 контролируется уровнемером поз. 32–1 и блокируется клапаном поз. 32–4.

Давление в выкидном трубопроводе насоса поз. 22 контролируется и сигнализируется манометром поз. 33–1.

Давление в выкидном трубопроводе насоса поз. 28 контролируется и сигнализируется манометром поз. 34–1.

Уровень в емкости поз. 23 контролируется уровнемером поз. 35–1 и блокируется клапаном поз. 35–4.

Давление в выкидном трубопроводе насоса поз. 29 контролируется и сигнализируется манометром поз. 36–1.

Температура в надсадочной колонне поз. 8 контролируется и сигнализируется термопреобразователем поз. 37–1.

Давление в выкидном трубопроводе насоса поз. 23 контролируется и сигнализируется манометром поз. 38–1.

Вес в реакторе поз. 12 контролируется весомером поз. 39–2 и блокируется несколькими клапанами: поз. 39–8 на трубопроводе из поз. 19, клапан поз.39–9 на трубопроводе из поз. 4, клапан поз. 39–10 из поз. 16, клапан поз. 39–11 из поз. 20.

Масло из емкости поз. 1 подается в реактор поз. 10 через весовой мерник поз. 40–1 и блокируется клапаном поз. 40–5.

Уровень в емкости поз.20 контролируется уровнемером поз. 41–1 и блокируется клапаном поз. 41–4.

5.3 Заказная спецификация приборов и средств автоматизации

Заказная спецификация приборов и средств автоматизации представлена в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Заказная спецификация приборов и средств автоматизации

Позиция на схеме

Наименование параметра

Место установки

Наименование прибора

Марка,

тип

Колличество

На один аппарат

На всю схему

1

2

3

4

5

6

7

1-1, 2-1, 3-1, 4-1,5-1, 6-1,

7-1, 8-1.

Расход

По месту

Диафрагма бескамерная

ДБС

1

8

1-2, 2-2, 3-2, 4-2, 5-2, 6-2,

7-2, 8-2.

По месту

Датчик перепада давления

Метран–100 ДД

1

8

9-1, 12-1,

31-1.

Расход

По месту

Расходомер-счетчик

Метран-350

1

3

14-1, 15-1,

18-1, 21-1,

23-1, 27-1,

29-1, 30-1,

33-1, 34-1,

36-1, 38-1.

Давление

По месту

Датчик избыточного давления

Е9А53ОА

1

11

39-1, 40-1.

Вес

По мету

Электронный индикатор веса

ГИВ6-М2

1

2


Продолжение таблицы 5.1

1

2

3

4

5

6

7

10-1, 13-1, 16-1, 19-1,

22-1, 25-1,

28-1, 32-1,

35-1.

Уровень

По месту

Датчик реле–уровня

Liquifant 150

1

9

11-1, 17-1,

20-1, 26-1,

37-1.

Температура

По месту

Термопреобразователь

ТХК Метран 251

1

5

10-3, 13-3,

16-3, 19-3,

22-3, 10-4,  13-4, 16-4, 19-4, 22-4, 25-4, 32-4, 35-4, 39-8

39-9, 39-10,

39-11,40-5,

41-4.

Изменение параметра

По месту

Отсечной клапан

22с32п НЗ

1

19


6 Монтажно-строительная часть
[3]

Проектируемое производство алкидно–акрилового лака располагается на существующих площадках цеха №6 ОАО «Ярославская лакокрасочная компания».

Производство алкидно–акрилового лака осуществляется в многоэтажном здании, это связано с тем, что используемое оборудование имеет различные размеры, как по высоте, так и по длине.

Здание цеха представляет собой конструкцию из сборного железобетона, отличается несгораемыми конструкциями стен, колоннами междуэтажных перекрытий и перегородок с пределом огнестойкости от 15 минут до 3 часов. Сетка колонн 6 х 24 м, для монтажа оборудования предусмотрена встроенная этажерка с сеткой колонн 6 х4,5 х6 м. Срок службы здания не менее ста лет.

Фундамент здания под несущие конструкции на буронабивных сваях. Стены здания изготовлены из керамзитобетонных панелей. Основными элементами каркаса являются колонны. Для естественного освещения предусмотрено ленточное двойное остекление.

С учетом последовательности операций и переходов, предусмотренных технологической схемой, оборудование располагается следующим образом:

– на отметке 0,000 находятся емкость–хранилище для ксилола,смеситель, промежуточная емкость для алкидного лака, емкость–хранилище для отогнанного метилметакрилата, емкость для нефильтрованного лака, филтровальная установка и бак–хранилище для лака;

– на отметке +7,200 расположены уловитель мокрых погонов, реактор объемом 6,3 м3 с технологической оснасткой, разделительный сосуд, реактор объемом 12,6 м3, приемник конденсата, вакуум–приемник.

– на отметке +13,200 расположены емкость–хранилише для растительного масла, весовой мерник, емкость –хранилище для метилметакрилата.

Оборудование расположено следующим образом:

а) основные проходы не менее двух метров;

б) проходы, связанные с обслуживанием оборудования не менее четырех метров;

в) проходы у оконных проемов, между стенами помещений и оборудованием не менее 1 метра;

г) проходы между насосами не менее 0,8 метра;

д) площадки, предназначенные для ремонта оборудования, имеют размеры, достаточные для разборки и ремонта оборудования.

Во избежание механических травм, вращающиеся части оборудования имеют защитные ограждения. Для открытых шлюзов на территории цеха применяются ограждения высотой не менее 1 метра.

Для доступа к оборудованию, расположенному на высоте свыше 1,8 метра установлены стационарные лестницы (перила высотой не менее 0,9 метра, ширина ступеней не менее 0,9 метра, шаг ступеней не более 0,25 метра, ширина не менее 0,12 метра, уклон не более 45°).


7 Охрана труда и защита окружающей среды

7.1 Характеристика проектируемого производства

7.1.1 Санитарно – гигиеническая характеристика производства [13], [14]

Санитарно – гигиеническая характеристика производства представлена в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Санитарно – гигиеническая характеристика производства

Санитарная классификация производства по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03

Санитарно-защитная зона по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03

Основные меры предупреждения отравлений

Группа производственного процесса по СНиП 2.09.04-87

1

2

3

4

Класс опасности III.

Производство алкидно – акрилового лака

300 м

  1.  СИЗ.
  2.  Вентиляция.
  3.  Герметизация оборудования.
  4.  Контроль воздушной среды.
  5.  Правильная эксплуатация оборудования и его размещение

3 б


7.1.2 Токсикологические характеристики веществ и материалов [11], [12]

Токсикологические характеристики веществ и материалов представлены в таблице 7.2.

Таблица 7.2 – Токсикологические характеристики веществ и материалов

Наименование вещества, формула

Агрегатное состояние вещества

ПДК

Класс опасности

Характер воздействия на организм человека

Средства индивидуальной защиты

в воздухе рабочей зоны, мг/м3

в пром. сточных водах мг/л

1

2

3

4

5

6

7

  1.  Масло подсолнечное

Жидкость

Нет данных

Нет данных

4

Нетоксично

  1.  Пентаэритрит технический

Твердое

0,5

0,1

3

Кумулятивная активность пентаэритрита выражена умеренно. Кожно – резорбтивные и сенсибилизирующие свойства выражены слабо

Респиратор, резиновые перчатки

  1.  Фталевый ангидрид технический

Твердое

1

0,5

2

Раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. Вызывает экземы

Противогаз марки А, защита кожи, защита глаз


Продолжение таблицы 7.2

1

2

3

4

5

6

7

  1.  Ксилол нефтяной

Жидкость

50

1

3

Пары ксилола при высоких концентрациях действуют наркотически, вредно влияют на нервную систему, оказываютраздражающее действие на кожу и слизистую оболочку глаз

Респиратор, защита кожи, защита глаз

  1.  Метилметакрилат

Жидкость

10

500

3

Метилметакрилат может оказывать угнетающее действие на центральную нервную систему, печень, почки. Вызывать аллергические реакции глаз, кожи, носа, горла. Вызывает сильную головную боль, тошноту, дерматит

Респиратор, защита глаз, защита кожи

  1.  Азобисизобутиронитрил

Твердое

0,3

Нет данных

1

Азобисизобутиронитрил при длительном контакте может вызывать дерматиты с высыпанием пузырьков или папул и зудом

Защита кожи


Продолжение таблицы 7.2

1

2

3

4

5

6

7

  1.  Сода кальцинированная

Твердое

3

2 (аэрозоли)

Аэрозоль соли при попадании на влажную кожу и слизистые оболочки глаз и носа может вызвать раздражение, а при длительном воздействии ее –дерматит

Респиратор, защита кожи, защита глаз


7.1.3 Взрыво – и пожароопасные  свойства веществ и материалов [11], [15]

Показатели взрыво- пожароопасности веществ и материалов представлены в таблице 7.3

Таблица 7.3 Взрывопожароопасные свойства материалов

Наименование веществ и материалов

Температура кипения, оС

Плотность кг/м3

Температура, оС

Пределы воспламенения

вспышки

воспламенения

самовоспламенения

концетрационные, % по объему или г/м3

темпертурные, оС

1

2

3

4

5

6

7

8

  1.  Масло подсолнечное

150

925

225

-

  1.  Пентаэритрит технический

276

1397

450

Пыль взрывоопасна НПВ=30

  1.  Фталевый ангидрид технический

285

1527

75 – 140

595

-

124 – 194

  1.  Ксилол нефтяной

144,4

880,2

29

580

-

24 – 50

  1.  Метилметакрилат

100,3

940,0

8, 0

10, 0

46, 0

1.5 – 11,6

2,0 – 43,0

  1.  Азо–бис–изобутиронитрил

300,0

240

5,2

  1.  Сода кальцинированная

1600,0

2530,0

Пожаро– и взрывобезопасна


7.1.4 Определение категории помещения и здания по взрывопожарной и пожарной опасности [22]

Категория помещения и здания по взрывопожарной и пожарной опасности определяется летучей частью алкидно–акрилового лака, т.е. ксилолом.

Избыточное давление взрыва  для паров легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) определяется по формуле:

где максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемом экспериментальноили или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать 900 кПа;

начальное давление, кПа (принимать равным 101 кПа);

–масса горючего газа (ГГ) или паров ЛВЖ и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг. При наличии  нескольких источников  определяется по формуле:

где масса с поверхности разлитой жидкости;

масса ЛВЖ, испарившейся из открытой емкости;

масса ЛВЖ и ГЖ со свежеокрашенной поверхности;

коэффициент участия горючего во взрыве, Для нагретых ЛВЖ принимается равным 0,3;

свободный оббьем помещения, м3;

плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м3,  вычисляется по формуле:

где молярная масса, кг

молярный объем, равный 22.413 м3;

расчетная температура,С. В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне 30 С или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры  по каким–либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61С;

стехиометрический коэффициент ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, %, вычисляемый по формуле:

где стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания (число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего);

коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать  равным 3.

Значения  можно определить по общей формуле:

где интенсивность испарения, кг

площадь испарения, м2, в зависимости от массы жидкости, вышедшей в помещение, м2;

время испарения жидкости, с, .

Для ЛВЖ интенсивность испарения определяется по формуле:

где  коэффициент, принимаемый равным 3,5 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

молярная масса разлившегося вещества, кг/кмоль;

давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, определяемое по справочным данным 6,52 кПа

Исходя из величины избыточного давления определяем класс зоны разрушения–3 класс, степень разрушения–сильное. Помещение по взрывопожарной и пожарной опасности относится к категории Б (взрывопожароопасность).

  1.  Электробезопасность проектируемого производства [17].

Характеристика производственного помещения по опасности поражения электрическим током представлена в талице 7.4

Таблица 7.4 Характеристика производственного помещения по опасности поражения электрическим током

Помещения, сооружения, установки

Характеристика используемой электроэнергии (вид, частота, напряжение)

Категория помещения, установки по опасности поражения электр. током

Способы защиты от поражения электрическим током

Участок производства алкидно – акрилового лака

Переменный ток с промышленной частотой 50 Гц, напряжением 220/380 В

Категория II - помещения с повышенной опасностью поражением электрическим током

Защитное заземление, зануление, защитное отключение, изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная). Применение электротехнических средств (электротехнический инструмент, штанги, диэлектрические перчатки, обувь). Предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности


Характеристика электрооборудования проектируемого цеха представлена в таблице 7.5.

Таблица 7.5 Электрооборудование проектируемого цеха

Помещения, сооружения, установки

Класс помещения по ПУЭ

Категория взрыво-опасной смеси

Группа взрыво-опасной смеси

Уровень взрыво-защиты

Вид взрыво-защиты

Тип электр. оборуд. (испол-нение)

Маркир. электр. обору-дования

Участок производства алкидно – акрилового лака

В-Iа

IIA

Т1

0

p

Взрывозащищенное

0ExpIIАТ1

  1.  
    Мероприятия по защите от статического электричества
    [3]

Возможность накапливания зарядов статического электричества, их опасность и способы нейтрализации представлены в таблице 7.6.

Таблица 7.6 Возможность накапливания зарядов статического электричества, их опасность и способы нейтрализации

Наименование стадии, технологической операции, оборудования и транспортных устройств, на которых ведется обработка или перемещение веществ-диэлектриков, способных подвергаться электризации с образованием опасных потенциалов

Перечень веществ - диэлектриков, способных в данном оборудовании и транспортном устройстве подвергаться электризации с образованием опасных потенциалов

Основные технические мероприятия по защите от статического электричества и вторичных появлений молний

Наименование веществ

удельное объемное электрическое сопротивление, Омсм

1

2

3

4

Растворение лака в  смесителе поз.  , трубопровод подачи растворителей

Ксилол

5,641011

Заземление смесителя, трубопровода подачи раствори-теля, опуски в смесителе для лаковой основы и отводы на стенку для растворителя

Хранение лака, емкость поз. , трубопровод подачи лака в емкость

Лак ПФ - 064

5,60109

Заземление емкости поз. , трубопровода подачи лака в емкость, отвод на стенку в емкости

Фильтрация лака, промежуточные емкости поз. , трубопровод подачи лака в емкость

Алкидно - акриловый лак

5,60109

Заземление емкости, трубопровода подачи лака в емкость, отвод на стенку в емкости


Продолжение таблицы 7.6

1

2

3

4

Хранение лака, емкость поз. , трубопровод подачи лака в емкость

Алкидно - акриловый лак

5,60109

Заземление емкости поз. , трубопровода подачи лака в емкость, отвод на стенку в емкости

Передача лака цеху- потребителю, трубопровод подачи лака в цех-потребитель

Алкидно - акриловый лак

5,60109

Заземление трубопровода подачи лака в цех-       потребитель

  1.  Молниезащита проектируемого производства [3]

Проектируемый участок производства в соответствии с  «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ) относится к классу В-Iа и располагается в местности с интенсивностью грозовой деятельности 10 ч/год и более, поэтому ему присваивается II категория молниезащиты.

  1.  Производственная санитария [3]

Допустимые метеорологические условия на производстве представлены в таблице 7.7.

Таблица 7.7 Допустимые метеорологические условия на производстве

Помещения

Основная рабочая профессии

Допустимые метеопараметры

Темпера-тура, оС

Влажность, %, не более

Скорость воздуха, м/с

хол.

тепл.

хол.

тепл.

хол.

тепл.

Участок производства алкидно – акрилового лака

Аппаратчик

17 - 23

18 - 27

75

65 (при 26°С)

Не более 0,3

0,2-0,4

  1.  Вентиляция [3]

Вентиляция–обмен воздуха в помещении для удаления избытков теплоты, влаги, вредных веществ с целью обеспечения  допустимых метеорологических условий и чистоты воздуха. В цехе производственных помещений используется комбинированная вентиляция–общая и местная.

При производстве алкидно–акрилового лака обеспечение нормальных метеорологических условий и чистоты воздуха на рабочих местах осуществляется благодаря приточно–вытяжной вентиляции (общеобменной), которая предусматривает четыре приточные и четыре вытяжные вентиляционные установки, обеспечивающие при включении одной (двух) из них производительность не менее 50 % требуемого воздухообмена, аспирации (местной вентиляции) и аварийной вентиляции.

В помещениях загрузки сырья (фталевого ангидрида) устроены местные отсосы, воздух из которых подвергается очистке в соответствии с требованиями санитарных норм. Также цех оборудован газосигнализатором, оповещающим обслуживающий персонал при помощи световой сигнализации о превышении установленных предельно–допустимых концентраций вредных и взрывоопасных паров жидкостей, газов и пыли. В целях охраны воздушного бассейна вентиляционная вытяжная установка ВУ–2 оборудована пылеочистным устройством, циклоном с обратным клапаном, который улавливает пыль из аспирационного воздуха в период загрузки сыпучего сырья. Вентиляционные выбросы очищаются от вредных примесей до необходимых значений.

  1.  Промышленное освещение [3]

Характеристика производственного помещения представлена в таблице 7.8

Таблица 7.8 Производственное освещение

Помещения

Разряд работы

Нормы КЕО, %

Нормы искусственного освещения, лк

Исполнение светильников

Тип или марка светильников

Участок производства алкидно – акрилового лака

VIIIб

0,3

75

Повышенной опасности против взрыва

НОГЛ 280

  1.  
    Мероприятия по защите от шума и вибрации
    [18], [19]

Источники шума и вибрации:

  1.  Машины и механизмы с неуравновешенными вращающимися массами (перемешивающие устройства).
  2.  Установки и аппараты, в которых движение жидкостей и газов происходит с большими скоростями или имеют пульсирующий характер (насосы, вентиляторы, трубопроводы).

Мероприятия по защите от шума и вибрации:

  1.  Электродвигатели перемешивающих устройств ограждают защитным кожухом со звукоизоляционным материалом.
  2.   Осуществление своевременной смазки и ремонта движущихся частей оборудования.
  3.  Приточная вентиляционная камера и вытяжная вентиляционная камера, вентиляторы располагаются вне рабочих помещений.
  4.  Опоры двигателей, перемешивающих устройств снабжаются амортизирующими прокладками.
    1.  Инженерно-технические решения по устранению опасностей в технологических процессах [3]

Основными условиями, обеспечивающими безопасную работу, являются:

  1.  Строгое соблюдение требований данного технологического регламента, рабочих инструкций, инструкции по технике безопасности и промышленной санитарии.
  2.  Выполнение работ обученным персоналом.
  3.  Герметичность всего оборудования, арматуры, мест соединений трубопроводов. Обеспечение герметичности оборудования является важнейшим условием, предотвращающим отравления, взрывы, пожары.
  4.  Соблюдение температурных режимов синтеза лака ПФ–064 и процесса сополимеризации лака с акриловым мономером. Перегрев может привести к пожару.
  5.  Постоянная работа вытяжной и приточной вентиляции на всех участках. Остановка вентиляции ведет к загазованности помещения парами растворителей или газообразными продуктами реакции, что может привести к отравлению людей и созданию взрывоопасных концентраций.
  6.  Чистота и исправность всего оборудования и коммуникаций.
  7.  Заземление электрооборудования. Отсутствие заземления может привести к поражению людей электротоком.
  8.  Защитное заземление от статического электричества, опуски на линиях закачки всего оборудования, связанного с переработкой ЛВЖ.
  9.  Исправность средств коллективной защиты, обеспечение работающих СИЗ (средствами индивидуальной защиты).
  10.   Полная исправность всей запорной арматуры.
  11.   Использование азота для безопасного ведения процесса. В цехе имеется система азотного дыхания. Азот из газгольдера поступает в систему под давлением 1,3 кПа (130 мм вод.ст.) и распределяется по емкостям цеха. В случае неисправности газгольдера азот поступает через дыхательные бачки. Для продувки фильтров, коммуникаций используется азот давлением 0,2 МПа (2 кгс/см2). Для подачи в реакторы также используется азот давлением 0,2 МПа (2 кгс/см2), предварительно прошедший через редуктор, при выходе из которого давление азота понижается до 0,07 МПа (0,7 кгс/см2).
  12.   Осуществление газоопасных работ в цехе неискрящим инструментом и применение для освещения ламп во взрывобезопасном исполнении напряжением не более 12 в.
  13.   Любая технологически обусловленная разгерметизация оборудования, связанная с переработкой ЛВЖ (загрузка сырья, отбор проб, слив продукции) является газоопасной работой, которую следует проводить при работающей общеобменной вентиляции и местном отсосе.
  14.   Газоопасные работы, связанные с разгерметизацией оборудования и трубопроводов с иными целями (ремонт, подготовка к ремонту и т.д.), содержащие ЛВЖ с температурой выше нижнего температурного предела воспламенения, должны проводиться с оформлением наряда–допуска.  

7.7 Пожарная профилактика [20]

Проектом предусматриваются следующие противопожарные мероприятия:

  1.  Аварийная и общеобменная вентиляция;
  2.  Все оборудование выполнено во взрывозащищенном исполнении и заземляется;
  3.  Для постоянного контроля за состоянием оборудования предусмотрена система планово- предупредительных ремонтов;
  4.  Существует следующие средства пожаротушения:

а) Углекислотные огнетушители:

–Ручные огнетушители типа ОУ-2 – 2 штуки;

–Передвижные огнетушители типа ОУ-25 – 2 штуки.

    б) Пенные огнетушители: химические, воздушно-пенные и жидкостные – 4 штуки.

    в) Ящик с песком емкостью 0,5 м3, одна лопата.

    г) Асбестовое одеяло 2×2 м.


7.8 Водоснабжение и канализация
[21]

Участок производства алкидно–акрилового лака имеет следующие виды водоснабжения:

  1.  Хозяйственно-питьевая вода;
  2.  Оборотное водоснабжение;
  3.  Техническое водоснабжение (замывки оборудования);
  4.  Противопожарное водоснабжение.

Участок производства алкидно–акрилового лака имеет следующие виды канализации:

  1.  Хозяйственно-фекальная;
  2.  Производственная;
  3.  Ливневая.

  1.   Защита окружающей среды [3]

  1.  Газовые производственные и вентиляционные выбросы.

Выбросы от оборудования проходят очистку от пыли на фильтрах и через аспирационную систему выбрасываются в атмосферу.

  1.  Сточные воды предприятия.

Характеристика производственных сточных вод и методы обезвреживания представлены в таблице 7.9 – Сточные воды


Таблица 7.9 – Сточные воды

Наименование стока, отделение, аппарат

Куда сбрасывается

Количество стоков, м3/сут

Периодичность выброса

Характеристика выброса

Примечание

Состав сброса, мг/дм3

(по компонентам)

ПДКВ и

ПДКРыб. хоз. сбрасываемых  вредных веществ

Допускаемое количество сбрасываемых вредных веществ, кг/сут

Воды от лаборатории и бытовок (кол.9312)

В горколлектор

50,4

Постоянно

рН среды: 6,5–9,0

нефтепродукты: 1,1

ХПК: 96

взв.в-ва: 60

ксилол: 0,002

Не применимо, т.к. сброса в водоемы не производится

рН среды: 6,5-9,0

нефтепродукты: 0,055

ХПК: 4,8

взв.в-а: 3,024

ксилол: 0,0001

Ввиду невозможности выделения стоков от производства лака ПФ-060 сточные воды приведены по всему цеху

Воды

- от рафинации масел

- щелочные замывки оборудования

- воды от вакуум-насосов

- от производства сиккатива (кол.9325)

В производственную канализацию

0,65

6

10,7

2,4

Периодически

рН среды: 6,5–9,0

ХПК: 96

Нефтепродукты : 1,1

cвинец: 0,046

марганец: 0,05

ксилол: 0,002

взв.в-ва: 60

толуол: 0,0017

натрий : 30

сульфаты: 77

РН среды: 6,5-9,0

ХПК: 1,92

Нефтепродукты: 0,022

cвинец: 0,0001

марганец: 0,0001

ксилол: 0,00004

взв.в-ва: 1,2

толуол: 0,00004

натрий : 0,6

сульфаты: 1,54

Реакционные погоны от разделительных сосудов поз.15, 20 , приемников поз.8, 22

На станцию сжигания

5

По мере освобождения накопительной емкости

РН: 2,8-8,6

М.д.эфироизвлекаемых веществ: 5230

РН: 2,8-8,6

М.д.эфироизвлекаемых веществ: 26

  1.  
    Твердые и жидкие отходы производства

Характеристика твердых и жидких отходов производства и мероприятия по утилизации, рекуперации и обезвреживанию представлены в таблице 7.10 –Твердые и жидкие отходы

Таблица 7.10 – Твердые и жидкие отходы

Наименование отхода,

отделение, аппарат

Куда скла-

дируется,

транспорт,

тара

Коли-

чество отходов

кг/сут

Перио-

дичность

образо-

вания

Характеристика твердых и жидких отходов

Примечание

Химический состав, %

Внешний вид

Класс опасности отходов

1

2

3

4

5

6

7

8

Зачистки оборудования (смесители, емкости-хранилища, центрифуги, фильтры)

Используется в собственном производстве или продается

597,7

(10,138 кг/т

В соответствии с графиком зачистки оборудования

Лаковые

Пленки: 89,5

механические

примеси: 8

растворитель: 2,5

Густая вязкая масса

3

Ввиду невозможности выделения твердых и жидких отходов от производства лака ПФ-060 твердые и жидкие отходы приведены по всему цеху

Жировой слой из жироловушки

Используются по решению комиссии в соответствии с ПР-СМК-СЭМ-49

910,6

(15,445 кг/т)

В соответствии с графиком зачистки оборудования

Омыленные

лаковые

пленки: 50

отходы от рафинации (слизистые вещества, фосфатиды): 40

вода: 10

Пастообразные

3


Продолжение таблицы 7.10

1

2

3

4

5

6

7

8

Бумажная тара из-под сырья

На сжигание

9,2

(0,156 кг/т)

После каждой загрузки

Бумага: 90

Хим.загрязнения: 10

Твердые

4

Синтетическая ткань из-под сырья

На полигон твердых бытовых отходов

99,3

(1,684 кг/т)

После каждой загрузки

Ткань: 90

Хим.загрязнения 10

Твердые

4

Полиэтиленовая тара из-под сырья

На полигон твердых бытовых отходов

63,4

(1,076 кг/т)

После каждой загрузки

Полиэтилен: 90

Хим.загрязнения: 10

Твердые

4

Фильтровальные материалы

На прицеховую площадку временного хранения отходов

51,0

(0,865 кг/т)

При замене патронов

Фильтровальный патрон: 15

Хим.загрязнения: 85

Твердые

3

Обтирочный материал

На сжигание

17,4

(0,294 кг/т)

1 раз в сутки

Х/б материал:90

Хим.загрязнения: 10

Твердые

3

Фанерные барабаны из-под сырья

На сжигание в цех №29

5,6

(0,095 кг/т)

После каждой загрузки

Фанера: 80

Хим.загрязнения: 20

Твердые

4

Оцинкованные барабаны из-под сырья

В цех №20 на прессование (далее во вторчермет)

52,9

(0,897 кг/т)

После каждой загрузки

Барабан: 95

Хим.загрязнения: 5

Твердые

4

К мерам, обеспечивающим надежность охраны водных ресурсов и воздушного бассейна, относятся следующие:

–использование системы замкнутого водооборота для охлаждения оборудования;

–сжигание реакционных вод и газовых выбросов;

–очистка сточных вод от замывки оборудования, вакуум-насосов, рафинации на очистных сооружениях предприятия.

В случае аварийной ситуации или остановки станции сжигания на ремонт реакционные воды сливаются в тару и складируются на площадке временного хранения отходов, а затем, при запуске станции сжигания, сжигаются.  В случае аварийной ситуации или остановки на ремонт жироловушки дальнейшая работа производится по распоряжению технического директора следующим образом: жироловушка отглушается от сетей промканализации, сброс сточных вод осуществляется через обводную линию, сброс щелочных замывок не производится, санитарной лабораторией осуществляется аналитический контроль сточных вод не реже 1 раза в сутки.


  1.  Технико – экономический раздел [23]

8.1 Расчёт балансовой стоимости основных производственных фондов

Общая балансовая стоимость основных производственных фондов (ОПФ) объекта проектирования рассчитывается суммированием стоимости отдельных групп ОПФ. Обычно их перечень ограничивается балансовой стоимостью зданий, машин и оборудования, транспортных средств, хозяйственного и производственного инвентаря [1].

8.1.1 Балансовая стоимость здания

Объектом проектирования является технологический процесс. Осуществление этого процесса связано с работой отдельного участка, а не цеха в целом. Оценка балансовой стоимости здания цеха сводится к определению стоимости той его части, которую занимают основное и вспомогательное оборудование с зонами обслуживания, имеющие отношение к проектируемому технологическому процессу. Необходимо сначала рассчитать стоимость одного квадратного метра развёрнутой производственной площади здания  путём деления балансовой стоимости здания цеха  на сумму производственной площади по всем его этажам.

Стоимость одного квадратного метра развёрнутой производственной площади здания рассчитывается по формуле:

где – балансовая стоимость здания цеха, руб. [3]

– сумма производственной площади цеха по всем его этажам, м².

Общая площадь цеха №6 составляет 7148 м2, а его стоимость–  руб.  

Затем, умножая полученную величину на площадь, занимаемую основным и вспомогательным оборудованием с зонами обслуживания, рассчитывают требуемую величину балансовой стоимости нужной части здания по формуле:

где  – площадь, занимаемая основным и вспомогательным оборудованием и зонами обслуживания, м2

Производство алкидно–акрилового лака осуществляется на участке общей площадью 1152 м2 в цехе №6 ОАО «Ярославская лакокрасочная компания».

Результаты расчета балансовой стоимости производственного участка представлены в таблице 8.2

8.1.2 Балансовая стоимость  основного и вспомогательного оборудования

В состав ОПФ предприятия, подлежащих амортизации, включается имущество, стоимость которого превышает стократный размер установленного минимума оплаты труда, полезный срок использования которого более одного года [1].

Перечень основного и вспомогательного оборудования, его балансовая стоимость и результаты расчета величины амортизационных отчислений представлены в таблице 8.1 [3].

Таблица 8.1 – Расчёт балансовой стоимости и амортизационных отчислений по основному и вспомогательному оборудованию

Наименование оборудования

Коли-чество,

шт.

Балансовая стоимость единицы оборудования, тыс. руб.

Балансовая стоимость всего оборудования, тыс. руб.

Норма амортиза-ционных отчислений, %

Амортиза-ционные отчисления, тыс. руб.

1

2

3

4

5

6

Основное оборудование:

 

 

 

Реактор ёмк. 6,3 м3

1

1511,615

1511,615

9,10

137,557

Реактор ёмк. 12,6 м3

1

2834,702

2834,702

9,10

257,958

Смеситель V = 12 м3

1

1008,637

1008,637

9,10

91,786

Итого:

3

5354,954

5354,954

487,301

Вспомогательное оборудование:

Емкость - хранилище для алкидного лака V = 12 м3

1

377,716

377,716

11,00

41,549

Емкость - хранилище для алкидно - акрилового лака V = 12,6 м3

2

388,865

777,73

11,00

85,550

Емкость - хранилище для масла V = 4,0 м3

1

307,479

307,479

9,00

27,673

Емкость - хранилище для ксилола V = 15,0 м3

1

801,526

801,526

11,00

88,167

Емкость - хранилище для метилметакрилата  V = 6,0 м3

2

393,236

786,472

11,00

86,511


Продолжение таблицы 8.1

1

2

3

4

5

6

Теплообменник

6

138,725

832,350

7,00

58,265

Насадочная колонна

1

1047,260

1047,260

0,00

0,00

Разделительный сосуд

2

1194,838

2389,676

0,00

0,00

Сублимационная труба

1

2026,597

2026,597

0,00

0,00

Уловитель погонов

2

103,923

207,846

8,30

17,251

Весы тензометрические

1

1092,804

1092,804

10,00

109,28

ТДУ для масла подсолнечного и ксилола V = 1 м3

2

410,662

821,324

11,00

90,346

Насос мембранный

9

80,518

724,662

20,00

144,932

Насос шестеренчатый

1

30,722

30,722

12,50

3,847

Фильтровальная установка с одним мешочным фильтром

1

67,269

67,269

10,00

6,727

Итого:

33

8462,140

12291,483

760,098

Неучтённое оборудование:

1070,991

20,00

214,198

Всего:

36

13817,094

18717,428

1461,597

Примечание: В строку “Неучтенное оборудование” вносится стоимость приборов, автоматики. Ввиду сложности расчета их суммарной стоимости, балансовая стоимость (таблица 1, строка “Неучтенное оборудование”, графа 4) принимается в размере 20 процентов от балансовой стоимости основного оборудования (таблица 1, “Основное оборудование”, строка “Итого”, графа 4).

8.1.3 Балансовая стоимость и структура ОПФ

 

Рассчитанное значение балансовой стоимости основного, вспомогательного и неучтенного оборудования (табл.1, строка «Всего», графа 4) заносится в таблицу 2 (строка 2, графа 2).

Балансовая стоимость транспортных средств рассчитывается по нормативу 1,6 % от балансовой стоимости основного и вспомогательного оборудования, хозяйственного и производственного инвентаря – 0,5 % от балансовой стоимости основного и вспомогательного оборудования.

Фактическая структура ОПФ рассчитывается как отношение, выраженное в процентах, балансовой стоимости отдельных групп ОПФ (таблица 2, графа 2) к их общей стоимости (таблица 2, строка “Итого”, графа 2).

Результаты расчёта представлены в форме таблицы 8.2 [3].


Таблица 8.2 – Балансовая стоимость и структура ОПФ

Группа ОПФ

Балансовая стоимость, руб.

Фактическая структура ОПФ, %

1

2

3

1 Здания

29919744,000

61,02

2 Машины и оборудование

18717428,000

38,18

3 Средства транспортные

299478,848

0,61

4 Хозяйственный и производственный инвентарь

93587,140

0,19

Итого:

49030237,988

100,0

8.1.4 Объём капитальных вложений в разработку проекта и в основные производственные фонды.

При определении объёма капитальных вложений в разработку проекта и его реализацию необходимо учитывать не только непосредственные капитальные вложения в основные фонды и в увеличение собственных оборотных средств, но и в затраты на проектирование и связанные с ним научные исследования, опыты, испытания.

Затраты на проектирование можно оценить лишь косвенным путем, пользуясь укрупненными нормативами, сложившимся в отраслевых проектных организациях.

Для ориентировочной оценки затрат на проектирование примем величину этого норматива в размере пяти процентов от величины вложений в основные фонды объекта.

Объём капитальных вложений в основные фонды  определяется балансовой стоимостью вновь приобретаемых или создаваемых элементов ОПФ, которые выбираем из перечня оборудования таблицы 8.1 и рассчитывается по формуле:

где  – объём капитальных вложений в основные производственные фонды;

      – балансовая стоимость вновь приобретаемых или создаваемых элементов ОПФ.

руб

Таким образом, объем инвестиций в проектирование, создание или обновление основных фондов может быть определен по следующему соотношению:

где – первоначальные разовые инвестиции в проектирование и основные фонды;

     1,05 – коэффициент, учитывающий затраты на проектирование.

руб

8.2 Текущие издержки проектируемого производства

Состав затрат на производство отдельных видов продукции, работ, услуг принято оценивать по калькуляционным статьям затрат. Калькулирование себестоимости является важным этапом производственного учета.

В разделе представлена методика и расчеты текущих затрат по отдельным статьям калькуляции:

– затраты на основные вспомогательные сырье и материалы, топливо, энергию на технологические нужды;

– фонда оплаты труда отдельных категорий промышленно -производственного персонала;

– сметы затрат по содержанию и эксплуатации оборудования;

– сметы цеховых расходов;

– проектной калькуляции себестоимости продукции, работ или услуг проектируемого производства [3], [6].

8.2.1 Расчёт материальных затрат

 Материальные статьи калькуляции отражают основные затраты, т. е. те, которые непосредственно связаны с процессом производства продукции, работ, услуг. К ним относят сырьё и материалы, возвратные отходы, полуфабрикаты, топливо и энергия на технологические нужды. Затраты () по указанным статьям рассчитываются как произведение цены () физической единицы каждого вида затрат, а для энергоносителей тарифа (), и их нормы расхода () на учётную единицу продукции, работ, услуг:

или  

Затраты на годовой выпуск продукции рассчитываются как произведение затрат на 1 тонну лака на годовой выпуск лака 7000 т/год:

 

Результаты расчетов представлены в таблице 8.3 [3].


Таблица 8.3 – Затраты на основные и вспомогательные сырье и материалы, топливо и энергию на технологические нужды

Наименование

Норма расхода на 1 т алкидно – акрилового лака

Цена за указанную единицу сырья, материалов, топлива, энергии,  руб.

Затраты на 1т алкидно - акрилового лака, руб.

Затраты на годовой выпуск алкидно - акрилового, тыс.руб.

1

2

3

4

5

1 Основное сырьё и

   материалы:

Масло подсолнечное, кг

167,8

32,05

5377,990

37645,930

Пентаэритрит, кг

33,0

55,40

1828,200

12797,400

Фталевый ангидрид, кг

61,3

34,16

2094,008

14658,056

Ксилол, кг

582,8

28,41

16557,348

105901,430

Инициатор АИБН

4,6

23,0

105,800

740,600

Метилметакрилат, кг

228,8

118,0

269988,400

1889918,800

Сода кальцинированная, кг

0,05

13,80

0,690

4,830

Итого:

1078,3

52962,436

370737,050

2. Вспомогательное сырьё и материалы:

Обтирочный материал, м

0,11

6,00

0,66

0,66

Сменные мешки для фильтров, шт

1,00

19,24

19,24

19,24

Инертный газ, м3

50,0

2,15

107,5

107,5

Итого:

51,11

127,4

127,4

3 Топливо и энергия

   на технологические

   нужды:

Вода оборотная, м3

17,0

8,0

136,0

952,0

Электроэнергия, кВт∙ч

195,00

2,60

507,00

3549

Сжатый воздух, м3

20,0

0,25

5,0

5,0

Высокотемпературный органический теплоноситель, кг

0,73

1500,0

1,095

7,665

Итого:

232,73

649,095

12171

8.2.2 Определение фонда оплаты труда отдельных категорий промышленно–производственного персонала

Расчёт фонда оплаты труда производится раздельно по отдельным группам промышленно-производственного персонала – по категории “рабочие” и по категориям “руководители”, “специалисты” и “служащие”.