Производство алкидных лаков на примере лака ПФ-060 (стр. 4 из 22)

m_пм, m_пэ, m_фа – масса подсолнечного масла, пентаэритрита и фталевого ангидрида соответственно;

MM_пм, MM_пэ, MM_фа – молекулярная масса подсолнечного масла, пентаэритрита и фталевого ангидрида соответственно.

n_пм:n_пэ:n_фа

: : 2:3:5

При таком мольном соотношении пентаэритрита и подсолнечного масла переэтерефикат помимо моно- и диглицеридов будет содержать свободный полиатомный спирт (пентаэритрит) и триглицерид. Это объясняется также равновесным характером реакции поликонденсации.

Вследствии этого в реакции поликонденсации помимо моно- и диглицеридов всегда принимают участие и другие компоненты, что значительно усложняет структуру образующегося алкидного олигомера. [1, стр. 146-154].

Молекулярная масса олигомера определяется исходя из кислотного числа, при котором заканчивают синтез.

MM

,

где MM – молекулярная масса алкидного олигомера, г/моль;

f – функциональность карбоновой кислоты ( количество карбоксильных групп, приходящихся на одну молекулу олигомера);

MM_КОН – молекулярная масса гидроксида натрия;

КЧ – кислотное число реакционной массы, при котором заканчивают синтез, мг КОН/г.

ММ

2805 г/моль

Степень поликонденсации рассчитывается по формуле:

n

,

где n – степень поликонденсации;

ММ_олиг – молекулярная масса алкидного олигомера;

ММ_{конц. зв} – молекулярная масса концевых звеньев;

ММ_звена – молекулярная масса звена.

n

0.988

Для получения одной тонны лака ПФ-060 нужно получить 556.7 кг основы. Массу каждого из компонентов, необходимых для получения 556.7 кг основы лака рассчитаем по формуле:

m_i

,

где m_i – масса i-го компонента;

m_олиг – масса олигомера, необходимая для получения одной тонны лака;

n – степень поликонденсации;

ММ_i – молекулярная масса i-го компонента;

ММ_олиг - молекулярная масса олигомера.

1) Масса подсолнечного масла.

m_пм

345,89 кг

2) Масса пентаэритрита.

m_пэ

кг

3) Масса фталевого ангидрида.

m_фа=

=145,10 кг

4) Масса реакционной воды (теоретическая, без учета степени завершения реакции).

m_воды=

=17,64 кг

3.2 Выбор способа производства

Существует три способа организации производства алкидов: периодический, непрерывный и полунепрерывный. [2, 3]

При непрерывном способе производства технологическая схема состоит из аппаратов непрерывного действия. Целесообразно использовать этот способ для создания многотоннажных серийных производств при малом ассортименте.

Особенности технологии получения алкидов по непрерывной схеме:

1) Все три реакции (переэтерефикация, этерефикацмя и поликонденсация) проводятся в разных аппаратах, в разное время.

2) Все аппараты непрерывного действия: переэтерефикация осуществляется в многосекционной колонне непрерывного действия с переливными трубками; этерефикация осуществляется в проточном реакторе; поликонденсация осуществляется в роторно-дисковой колонне непрерывного действия.

Достоинства способа:

1) Высокая производительность.

2) Комплексная автоматизация и механизация производства.

3) Более высокое качество продукции по сравнению с другими способами производства. Продукт легко воспроизводим за счет того, что технологические параметры процесса более стабильны.

4) Меньшие потери сырья, полупродуктов, готовой продукции по сравнению с другими способами производства.

5) Высокая культура производства и хорошие санитарно-гигиенические условия труда.

Недостатки способа:

1) Достаточно дорогое оборудование и высокая стоимость автоматизации процесса.

2) Требуется высоко квалифицированный персонал.

3) Сложность переналадки на выпуск другой, даже родственной продукции.

Сложность переналадки делает этот способ практически нереализуемым для производства алкидов, так как в настоящее время производится около 100 видов алкидных материалов, отличающихся своими свойствами, областью применения и следовательно технологией получения. Такое разнообразие обусловлено наличием обширной и разнообразной сырьевой базы, позволяющей широко варьировать свойства алкидов.

При полунепрерывном (комбинированном) способе производства часть операция осуществляется непрерывно, а другая часть операция проводится периодически.

Особенности технологии получения алкидов по полунепрерывной схеме:

1) Все три реакции (переэтерефикация, этерефикацмя и поликонденсация) проводятся в разных аппаратах, в разное время.

2) Переэтерефикация осуществляется в каскаде из двух реакторов, работающих непрерывно.

3) Этерефикация осуществляется в проточном реакторе непрерывного действия, куда непрерывно подается переэтерефикат и расплав ангидрида (чаще всего фталевого).

4)Поликонденсация проводится в реакторе периодического действия (Необходима установка двух реакторов на один проточный).

5) Для бесперебойной работы аппаратуры по полунепрерывной схеме необходима установка дополнительной емкости-хранилища для кислого переэтерефиката между непрервной и периодической частями схемы.

В настоящее время алкиды получают в основном по периодическим, реже – по полунепрерывным схемам. Непрерывные схемы в промышленности пока не реализованы.

При периодическом способе производства сырье при превращении в конечный продукт последовательно проходит через несколько аппаратов периодического действия.

Данный способ применяется для малотоннажных многоассортиментных производств, а также для единичного и мелкосерийного производства.

Особенности получения алкидов по периодической схеме: синтез проводится в одну или две стадии в одном реакторе периодического действия.

Достоинства способа:

1) Относительно невысокая стоимость оборудования.

2) Оборудование, как правило, простое и не сложное в обслуживании.

3) Легкость переналадки на выпуск другой родственной продукции, что имеет большое значение в производстве алкидов.

Недостатки способа:

1) Более низкое качество и воспроизводимость партий продукции по сравнению с непрерывным способом.

2) Более высокая себестоимость готовой продукции.

3) Высокая доля вспомогательного оборудования.

4) Низкая культура производства.

Выбор способа удаления реакционной воды.[2]

При получении алкидов выделяется вода, как за счет протекания реакции, так и за счет того что она может содержаться в исходном сырье, например, в растительных маслах.

Для удаления реакционной воды существует два способа: блочный и азеотропный.

Азеотропный способ удаления реакционной воды имеет ряд преимуществ по сравнению с блочным:

1) Азеотропный способ более эффективен.

2) При блочном способе образуется очень много газовых выбросов (приблизительно в 15-20 раз больше, чем при азеотропном способе).

3) При использовании азеотропного способа образуется меньшее количество сточных вод.

4) Блочный способ увеличивает цену алкида, усложняет технологию.

5) Азеотропный способ позволяет получить более качественный алкид, более светлый.

6) При азеотропном способе синтеза возможно ускорение процессов этерефикации и поликонденсации и замедление процессов полимеризации по двойным связям жирнокислотных остатков. При блочном способе возрастает относительная доля реакции полимеризации по двойным связям.

Для производства алкидного полуфабрикатного лака ПФ-060 применим в данном проекте периодическую схему. Для удаления реакционной воды будем использовать азеотропный способ.

Технологический способ осуществления реакции – поликонденсация в расплаве. Синтез основы лака осуществляется в две стадии в одном и том же реакторе: первая реакция – алкоголиз (переэтерефикация) растительного масла, вторая – этерефикация и поликонденсация.

3.3 Выбор оборудования [3]

Для синтеза пленкообразующих веществ наиболее часто используются реакторы полного смешения периодического или непрерывного действия. Конструкционным материалом реактора обычно является нержавеющая сталь, но для ее экономии корпус изготавливается из двухслойной стали – слой обычной стали плакирован слоем нержавеющей стали.

В соответствии с выбранной схемой производства применим периодический реактор полного смешения. Он представляет собой емкостной вертикальный аппарат с перемешивающим устройством. К периодически действующим реакторам смешения, применяемым для синтеза пленкообразующих веществ, в частности алкидов, предъявляется ряд требований:

1) Возможность секционного обогрева корпуса реактора (учитывая ступенчатую загрузку исходного сырья) и достижения температуры реакционной смеси 260-280^оС.

2) Наличие охлаждающих устройств.

3) Достаточно хорошее перемешивание реакционной массы при условии максимальной интенсивности процесса теплообмена.