Отделение синтеза алкидного олигомера ПФ-053 мощностью 3000 т/год

Проектирование производства и оборудования для отделения синтеза основы лака ПФ-053 мощностью 3000 т/год. Характеристика алкидных лакокрасочных материалов и способов их получения. Описание усовершенствований технологической схемы. Материальные расчеты.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Отделение синтеза алкидного олигомера ПФ-053

мощностью 3000 т/год»

Содержание

Введение

1. Аналитической обзор

1.1 Алкидные лакокрасочные материалы

1.2 Способы получения алкидных лаков

1.3 Реакторы периодического действия

2. Технологическая часть

2.1 Описание аналоговой технологической схемы

2.2 Описание усовершенствований технологической схемы

2.3 Характеристика исходного сырья

3. Расчетная часть

3.1 Материальный баланс производства ПФ-053

3.2 Определение потерь сырья

3.3 Материальные расчеты

3.3.1 Реакция переэтерификации

3.3.2 Реакция поликонденсации

3.3.3 Расход сырья для получения основы лака ПФ-053

3.4 Расчет основного оборудования

3.4.1 Расчет реактора

3.5 Тепловой расчет реактора

4. Охрана труда и окружающей среды

5. Техника безопасности и охрана труда

Заключение

Список литературы

Введение

производство синтез лак алкидный

Темой данного курсового проекта является проектирование производства и оборудования для отделения синтеза основы лака ПФ-053 мощностью 3000 т/год.

Лак ПФ-053 представляет собой раствор пентафталевой смолы (синтезированной на основе пентаэритрита и фталевого ангидрида) в органических летучих растворителях, модифицированной растительными маслами, синтетическими жирными кислотами, жирными кислотами растительного или таллового масла. Применяется в качестве связующего при изготовлении атмосферостойких высокопрочных эмалей и грунтовок по металлическим, деревянным и бетонным поверхностям, эксплуатирующимся внутри и снаружи помещений.

На сегодняшний день отечественная лакокрасочная промышленность производит в основном лишь две марки пентафталевых полуфабрикатных лаков - это лак ПФ-060 и лак ПФ-053, но объем производства этих лаков на порядок перекрывает объемы выпуска всех остальных полуфабрикатных лаков и смол на органических растворителях. Дело в том, что лаки ПФ-060 и ПФ-053 являются основным компонентом самых популярных на российском рынке алкидных лаков, эмалей и грунтовок. Это лаки: ПФ-283, ПФ-231 паркетный, ПФ-170; эмали: ПФ-115, ПФ-266 для пола, ПФ-1217 ВЭ, ПФ-133; грунтовки: ГФ-021, ГФ-0119 (несмотря на сохранившуюся маркировку «ГФ» в грунтовках, в последнее время для их изготовления в основном используют лак ПФ-053).

1. Аналитический обзор

1.1 Алкидные лакокрасочные материалы

Алкидными смолами называются сложные полиэфиры - продукты взаимодействия многоатомных спиртов с многоосновными кислотами или их ангидридами (главным образом со фталевым ангидридом), модифицированные жирными кислотами масел, или самими маслами, или высшими синтетическими карбоновыми кислотами. Молекулы их состоят из сложнополиэфирной главной цепи, более или менее разветвленной в зависимости от исходного сырья, с боковыми ответвлениями в виде остатков жирных кислот.

Модифицированные олигоэфиры, являются наиболее распространенным типом пленкообразующих веществ, применяемых в лакокрасочной промышленности. Это обусловлено сочетанием комплекса ценных свойств покрытий на основе этих олигомеров с наличием обширной и разнообразной сырьевой базы для их получения. На основе модифицированных олигоэфиров получают эластичные атмосферостойкие покрытия с высокой механической стойкостью, способные в большинстве случаев отверждаться на воздухе. Благодаря хорошим технологическим свойствам и высокому качеству покрытий эти материалы составляют значительную долю всей синтетической лакокрасочной продукции. [2]

Классификация алкидных смол и лаков на их основе

По типу спирта, взаимодействующего с фталевым ангидридом, алкиды и лакокрасочные материалы на их основе подразделяются на глифталевые, пентафталевые и этрифталевые.

По природе модификатора, применяемого в процессе их синтеза, алкиды подразделяются на:

- алкиды, модифицированные высыхающими и полувысыхающими растительными маслами (льняным, подсолнечным и др.);

- алкиды, модифицированные жирными кислотами - продуктами гидролитического расщепления растительных масел;

- алкиды, модифицированные дегидратированным касторовым маслом;

- алкиды, модифицированные смесью растительных масел с канифолью;

- алкиды, модифицированные невысыхающим касторовым маслом;

- алкиды, модифицированные синтетическими жирными кислотами;

- алкиды, модифицированные ненасыщенной фракцией жирных кислот соапстока хлопкового масла;

- алкиды, модифицированные синтетическими Ь-разветвленными кислотами.

По способности к высыханию алкиды подразделяются на высыхающие и невысыхающие; по способности к растворению - на растворимые в органических растворителях и разбавляемые ими, но нерастворимые в воде и на водоразбавляемые. Большинство алкидных смол относится к первому типу.

По жирности, то есть по содержанию масла, алкиды подразделяются на жирные - с содержанием растительного масла более 60%, средние, содержащие 45-59% масла и тощие - 33-44% (масс.) масла. Жирные алкиды готовят преимущественно на высыхающих, а тощие на полувысыхающих маслах. [6]

Химические основы синтеза алкидов

Основная полимерная цепь алкидов состоит из регулярно повторяющихся фрагментов полиатомных спиртов и полиосновных кислот. Возможность введения в состав алкидов монофункциональных кислот-модификаторов достигается использованием полиатомных спиртов с функциональностью больше двух ( глицерин и пентаэритрит), за счет которых удается сохранить среднюю функциональность системы.

При использовании в качестве модификаторов растительных масел, представляющих собой триглицериды монокарбоновых кислот, не имеющих свободных функциональных групп, их предварительно превращают в спиртовые компоненты, содержащие жирнокислотные остатки, путем переэтерификации (алкоголиза) многоатомными спиртами ( глицерином или пентаэритритом).

Различная химическая природа модификаторов (свободные монокарбоновые кислоты, растительные масла или их смеси) определяют выбор метода синтеза алкидного олигомера.

Известно 4 основных метода синтеза алкидов: глицеридный, жирнокислотный, метод ацидолиза и комбинированный метод. Но в промышленности, в основном, используют глицеридный и жирнокислотный.

Глицеридный метод используется при получении алкидов, модифицированных маслами. По этому методу процесс проводят в две стадии.

Первая стадия - алкоголиз растительных масел (переэтерификация), в результате которого образуются неполные эфиры полиатомных спиртов, состав которых в первую очередь определяется мольным соотношением масло : многоатомный спирт. Так, например, при мольном соотношении масло : глицерин 1 : 1 переэтерификат содержит в основном смесь моно- и диглицеридов.

На второй стадии моно- и диглицериды взаимодействуют с фталевым ангидридом с образованием неполных кислых эфиров.Эти неполные кислые эфиры сразу же вступают в реакцию поликонденсации. Переэтерификацию проводят при 210-240°С в присутствии катализаторов PbO, CaO. Затем температуру понижают до 180°С, вводят фталевый ангидрид и ведут процесс при постепенном повышении температуры до 240°С.

Жирнокислотный метод используется для получения алкидов, модифицированных свободными жирными кислотами (кислоты растительных масел, СЖК и др.). Процесс проводят в одну или две стадии. При одностадийном способе все компоненты загружают одновременно и процесс ведут при постоянном подъеме температуры от 150°С до 210°С.

В силу более высокой реакционной способности фталевого ангидрида в сравнении с кислотами вначале образуются неполные кислые эфиры фталевого ангидрида, которые при дальнейшем подъеме температуры этерифицируются кислотой и подвергаются поликонденсации.

Двухстадийный процесс осуществляется по двум вариантам. По одному из них вначале в реакционную смесь вводят полиатомный спирт и фталевый ангидрид и после завершения реакции между ними - кислоту-модификатор.

По второму варианту на первой стадии при 200-210°С проводят реакцию между полиатомным спиртом и монокарбоновыми кислотами, в результате которой получают неполные эфиры полиатомных спиртов, а на второй стадии при 180-240°С проводят реакцию неполных эфиров с фталевым ангидридом, приводящую в конечном счете к образованию алкидных олигомеров.

Следует отметить, что жирнокислотный метод дает возможность получать алкиды более регулярной структуры с хорошо воспроизводимыми характеристиками. Этот метод позволяет также осуществлять синтез алкидов, не содержащих в цепи глицеридных фрагментов. [2]

Модифицированные алкидные смолы

Под модифицированными алкидными смолами понимают пленкообразующие, которые кроме дикарбоновой кислоты, многоатомных спиртов и монокарбоновых кислот содержат в своем составе другие структурные звенья. Это озн...