Техническое перевооружение участка производства алкидного лака

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования
«Ярославский государственный технический университет»
Кафедра «Химическая технология органических покрытий»


УДК 621.878.23                                                ДОПУСКАЕТСЯ К ЗАЩИТЕ

Заведующий кафедрой                                                                                          док. хим. наук, профессор                                                                 _____________ А.А. Ильин                                                                                                                                               «__»___________2018



Техническое перевооружение участка производства алкидного лака

Расчетно-пояснительная записка к выпускной квалификационной работе по направлению подготовки «Технология полимеров, композиционных материалов и покрытий»

ЯГТУ 18.03.01.62 – 006 ВКР




           СОГЛАСОВАНО
Руководитель
канд. хим. наук, доцент               
_______________А.Е. Терешко                    
«__»___________2018                                                      
Нормоконтролер 
канд. хим. наук, доцент               
_______________А.Е. Терешко                    
«__»___________2018                                                      

Проект выполнил
студент группы ЗЛ-51
___________В.А. Константинова 
«__»___________2018



2018
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования
«Ярославский государственный технический университет»
Кафедра «Химическая технология органических покрытий»
УТВЕРЖДАЮ
Зав.кафедрой
  д.х.н., профессор
А.А. Ильин.
«__»___________2018

З А Д А Н И Е
на дипломное проектирование
 Выдано студенту           Константиновой В.А.                                          .
Тема проекта (работы) .
Техническое перевооружение участка производства алкидного лака            .
.
утверждена приказом по университету от  №.
3 Исходные данные к проекту____________________________________
   1) мощность производства: 7500 тонн в год                                                       .
.
   2) технологический регламент производства лака ПФ-060           .______________________________________________________________
______________________________________________________________
 Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)__________________________________________
               согласно методическим указаниям                                                 .
               по дипломному проектированию                                                   ..
______________________________________________________________
______________________________________________________________
5 Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)_____________________________________________________
   Технологическая схема — 1 лист                                           ._
   Чертеж основного аппарата   — 1 лист                                                      .
   План расположения оборудования — 2 листа                                          .
   Таблица проектной калькуляции себестоимости — 1 лист                     .
______________________________________________________________
6 Консультанты по проекту (с указанием относящихся к ним разделов проекта)______________________________________________________
_____________________________________________________________ 
_____________________________________________________________ 
_____________________________________________________________ 
_____________________________________________________________ 
7 Нормоконтролер      к.х.н., доцент Терешко А.Е.                 .._____________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
8 Срок сдачи законченного проекта_______________________________
9 Дата выдачи задания__________________________________________

Руководитель ______________________
 (подпись)
                Задание принял к исполнению______________________
   (подпись студента)



Реферат


ЛАКОКРАСОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ, ЛАК ПФ-060, ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, МАТЕРИАЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ, ТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ, РЕАКТОР, СМЕСИТЕЛЬ, ОСНОВНЫЕ ФОНДЫ, СЕБЕСТОИМОСТЬ.

	Объектом проектирования является участок производства алкидного лака на примере лака ПФ-060.
	В ходе проектирования выбран жирнокислотный метод производства, основное оборудование, а также были произведены материальные, технологические и технические расчеты, описан технологический процесс, рассмотрены вопросы охраны труда и защиты окружающей защиты.
	Графическая часть включает в себя технологическую схему производства алкидного лака, план корпуса по отметкам, схема основного оборудования.
	В расчетно-пояснительной записке рассмотрена методика получения алкидного лака на примере лака ПФ-060.
	Алкидный лак ПФ-060 является полуфабрикатным и представляет собой раствор в легколетучих органических растворителях пентафталевой смолы, модифицированной жирными кислотами талового масла
	Производство лака сводится к синтезу основы лака в реакторе, растворению основы лака и постановке на «тип» в смесителе, фильтрации и перекачке потребителю.
	Лак ПФ-060 используется в качестве связующего при изготовлении пентафталевых эмалей, грунтовок, шпатлевок и других лакокрасочных материалов.
	Данная работа посвящена производству алкидных лаков на примере ПФ-060 мощностью 7500 тонн в год.


СОДЕРЖАНИЕ
Введение	7
1.Обоснование выбора технологии и оборудования	8
1.1 Обоснование выбора технологического способа производства	8
1.2 Выбор реактора	8
1.3 Выбор обогрева	9
1.4 Выбор перемешивающего устройства	10
1.5 Выбор оснастки реактора	12
1.6 Выбор оборудования для стадии растворения и постановки на
 «тип»	13
1.7 Выбор оборудования для фильтрации	13
1.8 Выбор насоса	15
2. Технологические расчеты	17
2.1 Химизм	17
2.2 Расчет материального баланса на 1 тонну лака	18
2.3 Расчет потребности в сырье 	24
2.4 Расчет эффективного фонда времени работы оборудования 	26
2.5 Расчет количества оборудования и выбор объема	27
3. Описание аппаратурно-технологической схемы процесса	29
3.1Характеристика готовой продукции	29
3.2 Характеристика сырья, полуфабрикатов и энергоресурсов	30
3.3 Описание технологического процесса и схемы	33
3.4 Нормы технологического режима	36
4.Технические расчеты	43
4.1Тепловой расчет реактора	43
4.2 Расчет поверхности теплообмена для реактора	51
4.3 Выбор конденсатора	52
4.4 Расчет габаритных размеров змеевика	53
4.4 Механические расчеты	55
4.6 Расчет электроиндукционного обогрева	57
5. Возможные неполадки и аварийные ситуации, способы их предупреждения и локализации                                                                                                         60
6. Охрана труда и окружающей среды	64
6.1 Санитарно-гигиеническая характеристика производства	64
6.2 Метеорологические условия производства	72
6.3 Вентиляция	72
6.4 Производственное освещение	73
6.5 Пожарная профилактика	76
6.6 Водоснабжение и канализация	76
6.7 Охрана окружающей среды	78
7. Монтажно-строительная часть	82
8 Экономические расчеты	83
8.1 Расчет балансовой стоимости основных производственных фондов	83
8.2 Текущие издержки проектируемого производства	86
8.3 Показатели экономической эффективности производства	95
8.4 Технико-экономические показатели инвестиционного проекта	97
Заключение	98
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ	99
ПРИЛОЖЕНИЕ А (спецификация к схеме)	100
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (спецификация к реактору)	101



Введение
	Лаки и краски используют почти во всех отраслях промышленности, и спрос на них по всему миру остается всегда большим. В настоящее время на прилавках магазинов можно увидеть изобилие лакокрасочных изделий во всевозможных упаковках и самого разнообразного назначения. Уже практически не осталось таких поверхностей, для которых нельзя было бы подобрать определенный тип и марку лака и краски. Сейчас можно не только приобрести краску подходящего цвета, но и нужный оттенок с помощью автоматических колеровочных установок или готовых колеровочных паст.
	Лаки и краски предназначены для нанесения защитных, а также декоративных покрытий на промышленные изделия, части механизмов, строительные материалы и многое другое. Их общий принцип заключается в образовании герметичной и равномерной пленки с определенными свойствами. Лаки и краски отлично защищают металлические изделия от коррозии, служат оформлению интерьерного дизайна и придают различным материалам необходимые эксплуатационные свойства. 
	Производство лакокрасочных материалов (ЛКМ) является одной из крупных подотраслей химической промышленности. Лакокрасочные материалы применяются практически во всех отраслях промышленности, а также в строительстве и быту, поэтому спрос на них остается стабильно высоким. Ассортимент ЛКМ огромен: только в России производится около 2000 наименований продукции, ежегодно создаются новые материалы, соответствующие современным требованиям качества, разработанные с учетом конкретных условий применения.
	ЛКМ разделяют на шесть видов: лаки, краски, эмали, грунтовки, шпатлевки, порошковые краски. Основой любого ЛКМ является лак – раствор пленкообразующего вещества в легколетучем органическом растворителе. Большое применение находят материалы на основе алкидных, эпоксидных, аминоформальдегидных и других видов смол.
	Наиболее распространенным типом пленкообразующих веществ являются модифицированные олигоэфиры (алкиды).  Это обусловлено сочетанием комплекса ценных свойств покрытия на основе этих олигомеров с наличием сырьевой базы для их получения. На основе алкидов получают эластичные, атмосферостойкие покрытия с высокой механической стойкостью, способные также отверждаться на воздухе. 
	Основная цепь алкидов образуется за счет поликонденсации многоатомных спиртов с полиасновными кислотами. При синтезе алкидов используют глицерин или пентаэритрит в сочетании с фталевым ангидридом, они еще называются глифталли или пентафтали.
	Данная работа посвящена методике производства алкидного лака на примере лака ПФ-060.[1,2]

1. Обоснование выбора технологии и оборудования
	1.1 Обоснование выбора технологического способа производства
	Существует три способа организации производства алкидов: периодический, непрерывный и полунепрерывный.
	а) При непрерывном способе производства технологическая схема состоит из аппаратов непрерывного действия. Целесообразно использовать этот способ для создания многотоннажных серийных производств при малом ассортименте.
	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 продукции.
	б) При периодическом способе производства технологическая схема состоит из аппаратов периодического действия. Данный способ применим для малотоннажных производств.
	Достоинства:
•	относительно невысокая стоимость оборудования;
•	простота оборудования;
•	легкость переналадки на выпуск другой родственной продукции, пользующейся спросом.
	Недостатки:
•	высокая стоимость готовой продукции;
•	высокая доля вспомогательного оборудования.
	Для производства алкидного полуфабрикатного лака применим в данной работе периодическую схему.
	1.2 Выбор реактора 
Основными критериями, определяющими выбор конструкции реактора для проведения синтеза, являются способ производства (периодический или непрерывный), его температурный режим, вязкость и фазовое состояние реакционной массы (гомогенная, гетерогенная) и масштабы производства. Для проведения периодических процессов применяются вертикальные цилиндрические реакторы непрерывного действия со сферическими или эллиптическими днищами и со сферическими или эллиптическими снимающимися крышками.
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: сталь 3,0 -  Х18Н10Т.
Выбираем реактор непрерывного действия со сферической съемной крышкой. В качестве привода используют двигатель и редуктор, штуцера для ввода жидкого сырья, датчиков КИП, для вала и проботборников.
Вертикальные цилиндрические реакторы снабжены элементами для обогрева. Обогрев производится электроиндуктором. А также элементом для охлаждения (змеевик внутри реактора) и перемешивающими устройствами.
	1.3 Выбор обогрева
В зависимости от типа полимера температура синтеза в основном может быть в пределах 30-300°С. Обогрев может производиться 3 способами:
 обогрев продуктами сгорания топлива;
 обогрев теплоносителями;
 электрообогрев.
а) Обогрев продуктами сгорания топлива
	В качестве топлива применяют твердое топливо (уголь, торф) и жидкое (мазут).
	Топливо сжигают в выносных топках, в результате образуются дымовые газы, которые и обогревают реактор. Газообразное топливо сжигают непосредственно под днищем реактора через небольшие тарелки (огневой обогрев), но коэффициент полезного действия (КПД) очень низкий и варьируется в пределах:
КПД (тв.) = 15%
КПД (жидк.) = 30%
КПД (газ.) = 60%
	Недостатки:
 низкий КПД;
 достаточно высокая пожаро и взрывоопасность;
 проблемы с охлаждением;
 сложность и громоздкость установки;
 трудоемкость обслуживания.
	б) Обогрев теплоносителями
	В качестве теплоносителя используются:
1) горячая вода (нагревает реакционную массу до 80-85 °С);
2) водяной пар — доступный и относительно дешевый теплоноситель, кроме того у него высокий коэффициент теплоотдачи, равный 5000 – 10000 Вт/м2• К;
3) Высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ) — это дифенильная смесь, кремнийорганическая жидкость, ароматизированное минеральное масло и т.д.
	Достоинства дифенильной смеси:
 высокая температура кипения 360?;
 высокая плотность паров;
 смесь горючая;
 не высокая стоимость.
	Недостатки:
 смесь легко проникает через места уплотнений (фланцевые соединения трубопроводов и арматуры, сальники запорных соединений приспособлений и насосов)
 имеют высокую токсичность;
 необходимость замены смеси через определенное время.
	Достоинства кремнийорганического теплоносителя:
 длительный срок использования без замены (до 10лет).
 стабильность параметров в широком диапазоне температур.
 повышенная пожаробезопасность.
 отсутствие коррозии.
 совместимость с различными материалами.
 отсутствие запаха.
	Недостатки:
 большая вязкость.
	в) Электроиндукционный обогрев
1) В лаковых цехах при синтезе алкидов широко применяется электроиндукционный обогрев.
	Достоинства:
 высокий КПД = 90%;
 низкий перепад температур между стенками реактора и реакционной массой (5-8 °С в стационарном режиме);
 тонкая регулировка благодаря небольшой температурной инерции, что благоприятно сказывается на свойствах полимеров;
 возможность осуществления управления температурным режимом с дистанционного пульта;
 относительная простота;
 отсутствует загрязнение атмосферы цеха.
	Недостатки:
 высокая стоимость электроэнергии.
	2) Комбинированный обогрев
	Применяют с целью экономии энергии, до 120 °С нагревают водяным паром через внутренний змеевик, а затем до 230 °С включают электроиндукционный обогрев.
	Выбираем электроиндукционный обогрев как более простой в использовании и регулировки температуры.
	1.4 Выбор перемешивающего устройства
	Механические перемешивающие устройства (МПУ) делятся по разным признакам:
 конструкция (турбинные с вертикальными, прямыми и изогнутыми лопатками; пропеллерные; турбинные с наклонными лопатками; лопастные, якорные рамные);
 по типу течения (радиальный; аксиальный; тангенциальный);
 по скорости вращения (быстроходные и тихоходные).
	а) Турбинные МПУ(имеют 6 лапаток):
 с вертикальными прямыми лопатками;
 с вертикальными изогнутыми лопатками;
 с наклонными прямыми лопатками;
 с горизонтальными дисками, к которым приварены вертикальные лопатки.
Техническая характеристика:
1 d/D=0,25-0,33;
где	d-диаметр описываемый лопастью мешалки.
		D-диаметр реактора (м);
2 число оборотов от 2-20 об/сек,
окружная скорость 3-9 м/сек.
3 пределы для системы с вязкостью ?=30 Па/c
	б) Пропеллерные МПУ:
 стандартный;
 с отверстиями (для трудносмачивающихся порошков);
 с зубчатыми краями (для волокнистых материалов).
	Особенности:
 высокий насосный эффект;
 быстроходные;
 дорогие.
	в) Лопастные (листовые, ластовые) МПУ (2 лопатки):
 с вертикальными прямыми низкими лопатками;
 с вертикальными прямыми высокими лопатками (целесообразно применять в реакторах синтеза алкидов);
 с наклонными прямыми лопатками.
	Особенности:
 создают тангенсальное течение;
 тихоходные;
 дешевые.
	г) Якорные МПУ:
 стандартный якорь;
 с «пальцами» и отражательными перегородками.
	Особенности:
 создают тангенсальное течение;
 тихоходные;
 близко примыкают к стенкам реактора.
	д) Рамные МПУ:
 стандартный вариант;
 якорно-рамные.
	Выбираем лопастное МПУ с вертикальными прямыми высокими лопатками, так как в реакторе присутствует внутренний змеевик.
	1.5 Выбор оснастки реактора
	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.
	Оснастка реактора — это система для отвода, конденсации или улавливания летучих веществ, которые образуются в реакторе, а также для сообщения реактора атмосферой.
	Тип оснастки определяется технологическим режимом процесса, в частности давлением и т.д.
	Так как при синтезе алкидов выделяется побочный продукт - реакционная вода и вода содержащаяся в компонентах в виде влаги, который смещает равновесие химической реакции в сторону исходных продуктов, то его необходимо удалять из зоны реакции.
	а) Оснастка для азеотропной отгонки:
	Классический вариант — оборудование для данной оснастки включает теплообменник для нагревания паров азеотропной смеси; наклонный конденсатор для охлаждения паров азеотропной смеси; разделительный сосуд для разделения воды и ксилола.
	Достоинства:
 высокая эффективность,
 относительная простота конструкции.
	Недостатки:
 потеря фталевого ангидрида;
	По методу «DuРont» - по этому варианту вместо теплообменника устанавливается насадочная колонна, обогреваемая паром. Температура внутри колонны должна быть такой, чтобы пары азеотропной смеси свободно пролетали через нее в конденсатор, а фталевый ангидрид оседал на насадке колонны. Пары азеотропной смеси конденсируются, затем в разделительном сосуде конденсат разделяется, вода отгоняется, а ксилол насосом подается в верхнюю часть колонны. Проходя через насадку колонны, ксилол смывает фталевый ангидрид обратно в реактор, что значительно уменьшает потери фталевого ангидрида.
	Достоинства:
 высокая эффективность,
 относительная простота конструкции,
 возврат фталевого ангидрида в реактор, что позволяет уменьшить потери исходного сырья.
	Недостатки:
 сложный расчет насадочной колонны;
	б) Блочная оснастка реакторов синтеза алкидов.
	Оснастка включает сублимационную трубу и уловитель погонов. Метод основан на том, что при высокой температуре происходит испарение воды и фталевого ангидрида, пары направляются в сублимационную трубу, имеющую температуру 120°С, где нагреваются и поступают в уловитель мокрых погонов. В уловителе, через форсунку распыляется охлажденная вода, за счет чего происходит конденсация паров воды и фталевой кислоты.
	Достоинства:
 простота конструкции.
	Недостатки:
 под действием высокой температуры фталевый ангидрид гидролизуется во фталевую кислоту, которая выводится вместе с конденсатом.
в) Комбинированная оснастка реакторов синтеза алкидов.
	На реакторах ставят две оснастки:
 для азеотропного обезвоживания,
 блочная оснастка (с сублимационной трубой)
Блочная оснастка используется как вспомогательная.
	Достоинства:
 уменьшение пыление при загрузке реагентов.
 удаление газовых выбросов,
 рациональность использования.
	Недостатки:
 сложность конструкции.
	В данной работе применяем комбинированную оснастку. Потому что данная оснастка увеличивает эффективность производства.
	1.6 Выбор оборудования для стадии растворения и постановки на «тип»
В настоящее время применяются два типа смесителей:
 вертикальный;
 горизонтальный.
	Критерии выбора смесителей: если объем смесителя меньше 16 м3, то ставят как вертикальные, так и горизонтальные. Если объем смесителя выше 16 м3, ставят только горизонтальные.
	В данном проекте применяем горизонтальный смеситель объемом 18м3 обычного типа с лопастной мешалкой и рубашкой.
	1.7 Выбор оборудования для фильтрации
	В настоящее время все аппараты для очистки лаков делятся на основные группы:
 тарельчатые фильтры;
 патронные фильтры;
 мешочные фильтры.
	а) Тарельчатые фильтры
	Особенности: очищают лаки с частицами загрязнений любой плотности; эффективны при очистке лаков, требующих вызревания; позволяют совмещать процессы фильтрования и адсорбции.
	Тарельчатые фильтры по конструкции делятся на фильтры:
1)с механизированной выгрузкой осадка,
2)фильтры с ручной выгрузкой осадка.
	1) Тарельчатые фильтры с механизированной выгрузкой осадка.
	Особенности: работают под давлением 0,4-0,6 МПа, работают с адсорбентами, площадь поверхности фильтровального элемента 10, 15, 20 м2.
Достоинства:
 высокая механизация, минимум ручного труда;
 высокая степень очистки вязких лаков;
 возможность совмещения фильтрации и адсорбции;
 большая производительность единичного аппарата;
 полная герметичность.
	Недостаток:
 необходимость применения дорогостоящих вспомогательных веществ-адсорбентов.
	Аппарат представляет собой корпус, в котором расположен полый вал. К полому валу крепятся диски. Диск представляет собой конус с горизонтальной верхней поверхностью, на которой находится фильтровальный элемент. Внутренняя часть диска (тарелки) соединяется с полым валом. При вращении вала осадок отбрасывается с дисков к стенкам и потом удаляется.
	2) Тарельчатые фильтры с ручной выгрузкой осадка.
	Особенности: работает под давлением 1-1,5 МПа; наиболее часто
	Применяется поверхность фильтровального элемента 10 м; производительность 50 - 1000 кг/м час.
	Достоинства:
 высокая степень очистки лаков, требующих вызревания;
 возможность совмещения фильтрации и адсорбции.
	Недостатки:
 ручная разборка и сборка при замене фильтрующих элементов;
 более низкая производительность, чем у вышеописанного фильтра.
	Фильтр представляет собой корпус, в котором имеется труба для выпуска очищенного лака, а также тарелки, которые прикреплены к этой трубе. Привод отсутствует, труба неподвижная, а выгрузка осадка производится вручную.
б) Патронные фильтры
	Особенности: большая толщина пористой стенки патрона исключает проскок крупных частиц.
	Достоинство
 очень высокая степень очистки лаков, не требующих
вызревания.
	Недостатки:
 применение дорогостоящих патронов;
 ручная замена патронов;
 ограниченная производительность единичного аппарата.
	Фильтровальный элемент представляет собой цилиндр определенных размеров. Материал цилиндра - волокна, пропитанные фенолформальдегидными смолами и другими смолами. Главный показатель - диаметр пор - 5-125 мкм.
	Особенность фильтровального элемента - он одноразового действия, т.к. регенерировать его промывкой растворителем нерентабельно вследствие большого расхода растворителя и невозможности полностью очистить поры от загрязнений. Поэтому отработанные патроны либо выбрасываются, сжигаются, либо их перерабатывают путем измельчения и добавляют в какие-либо ЛКМ.
	Указанные патроны помещаются в корпус, в котором может быть от 10 до 42 патронов.
в) Мешочные фильтры
	Представляет собой; мешок из фильтрующего материала, закрепленного на каркасе и помещенный в цилиндрический корпус фильтра.
	Материалом мешков может быть (используются различные волокна):
 полиэстер - хорошая химическая и термостойкость (170-190 °С);
 полипропилен - стойкость к кислотам и щелочам (100-110 °С);
 нейлон - химическая стойкость кроме кислот (170-190 °С);
 NOMEX (ароматический полиамид) химическая стойкость до 220 °С;
 фторсодержащие полимеры - великолепная химическая стойкость (250-260 °С);
 шерсть - хорошая устойчивость к растворителям.
	Возможности фильтров:
 очистка жидких сред от твердых и гелеобразных частиц с размерами 0,5 — 12 мкм;
 производительность от 0,5 до 1000 м /час;
 возможность подбора материала, устойчивого к различным химическим средам.
	Конструкции различные, в корпусе может быть установлено от 2 до 24 мешков. Сами корпуса могут быть изготовлены из нержавеющей стали или химически стойкого стеклопластика.
	Достоинства:
 простота,
 надежность,
 многоразовое использование.
	В данной работе применяем очистку лака на мешочном фильтре, что позволяет достичь высокой степени очистки. Кроме того, данные фильтры дешевле в эксплуатации (стоимость мешков меньше стоимости патронов); фильтр имеет более простую конструкцию; проще регенерировать фильтрующий элемент (мешок). Марка фильтра ФМ-2-0,5, фирма «ЭТНА»
	1.8 Выбор насоса
	Для производства лака используется жидкое сырье (КЖТ, растворители) и сыпучий материал (фталевый ангидрид).
	Жидкое сырьё транспортируется по трубопроводам с помощью насосов. Существует несколько типов насосов, используемых в лакокрасочной промышленности. Это шестерёнчатые, центробежные и мембранные насосы.
	Достоинства шестеренчатых насосов
 высокое развиваемое давление.
	Недостатки шестеренчатых насосов:
 работа с низковязкими веществами;
 малая объемная подача;
 выход из строя при работе без рабочей среды;
 чувствительность к загрязнения перекачиваемой среды.
	Достоинства центробежных насосов
 высокая объемная подача.
	Недостатки центробежных насосов:
 малый развиваемый напор;
 невысокий КПД;
 необходимость электропривод во взрыво, пожароопасном исполнении.
	Особенность мембранных насосов:
	Данного типа насос работает с помощью пневмо-привода под давлением сжатого воздуха.
	Достоинства мембранных насосов:
 безопасная работа;
 взрыво-пожаробезопасность;
 надежная и прочная конструкция;
 тонкая регулировка потока;
 способность перекачивать агрессивные жидкости;
 способность перекачивать: жидкости с высокой вязкостью; абразивы; твердые фрагменты; жидкости, чувствительные к расслоению.
 не загрезняющая система воздуха распределения.
	Недостатки мембранных насосов:
 пульсационный режим работы.
	В данной работе выбираем мембранные насосы.

2 Технологические расчеты
	2.1 Химизм 
	Для написания уравнения реакции необходимо знать мольное соотношение компонентов. Его можно узнать из рецептуры: КЖТ – 56,8%, пентаэритрит – 21,0%, фталевый ангидрид – 22,2%. Для загрузки 1000 кг нужно взять 568 кг КЖТ, 210 кг пентаэритрита, 222 кг фталевого ангидрида.
	На основе этих данных рассчитаем мольное соотношение компонентов по формуле:
n=m/M;
где	m – масса компонента,
	M – молекулярная масса компонента.
nКЖТ=568/558=1
nПЭ=210/136=2
nФА=222/148=2
	Отсюда следует что соотношение компонентов 1:2:2, это означает что спирт взят в избытке, и при синтезе молекула кислоты присоединится лишь к одной молекуле пентаэритрита.
	Отсюда уравнение реакции будет выглядеть так:

	
2					 +2	+RCOOH
	фталевый
        пентаэритрит	ангидрид	КЖТ

	+	+  Н2О






	+ 




	+  2(n-1)Н2О   

	
	2.2 Расчет материального баланса на 1 тонну лака. [6]

	1) Расчет максимальной загрузки в реактор:
Мзагр=Vр*?смеси*?,
где,
	V - объём реактора; V = 10 м3
	?- коэффициент запаса, ?=0,8;
?- плотность смеси; 
Рассчитаем плотность смеси:
	?смеси=(???_i )/(???_ш/?_ш )=100/(56,8/895+21,0/1527+22,2/1487)=1086,96 кг/м3,
	Т.к. температура реакционной массы в процессе синтеза растет, то плотность будет изменятся. Для расчетов принимаем значение плотности реакционной массы ? = 1000 г/см3=1 кг/м3. Тогда:
Мзагр =10*1000*0,8=8000 кг.
	 2) Расчет коэффициента пересчета 
Мзагр=К[(a+b+c)+0.05*(a+b+c)],
где 	a+b+c – массовая доля компонентов
Отсюда К=М_загр/105 = 8000/105=76,2
	3) Расчёт массы компонентов, загружаемых в реактор
Mi=K*?i
где	w_i- массовая доля компонентов, загружаемых в реактор, %. [регламент]
MКЖТ=76,2*56,8=4328,2 кг;
МПЭ=76,2*21,0=1600,2 кг;
МФА=76,2*22,2=1691,6 кг;
МКСИЛОЛ=76,2*5=381 кг.
	4) Произведём расчёт потерь
Пi=Mi*%потерь;
где	Пi-потери компонента, кг;
	mi- масса компонента, загруженного в реактор, кг;
Принимаем потери: КЖТ - 1,5%, ПЭ – 1%, ФА – 2%, Ксилол – 3%,
ПКЖТ=4328,2*1,5%=64,9 кг;
ППЭ=1600,2*1%=16,0 кг;
ПФА=1691,6*2%=33,8 кг;
ПКС=381*3%=11,4 кг.
	5) Расчет массы каждого компонента без учета потерь.
М_i^'=Mi- Пi
где     Мi - масса компонента, загруженного в реактор, кг;
Пi- потери компонента, кг;
М_КЖТ^'=4328,2-64,9=4263,3 кг;
М_ПЭ^'=1600,2-16,0=1584,2 кг;
М_ФА^'=1691,6-33,8=1657,8 кг;
М_КС^'=381-11,4=369,6 кг
	6) Расчет массы реакционной воды выделяемой в результате реакции
	Расчет реакционной воды ведем по ФА и КЖТ
	Расчет по фталевому ангидриду:
1кмоль ФА – 1кмоль Н2О
         148 кг – 18 кг
      1657,8кг – Х
Х=(1657,8*18)/148=201,6 кг,
	Расчет по КЖТ:
1 кмоль КЖТ – 1 кмоль Н2О
281,45кг – 18кг
4263,3кг – Х
Х=(4263,3*18)/281,45=272,7 кг
m_(H_2 O)^теор=201,6+272,7=474,3 кг
	7) Расчет степени завершения реакции 
к.ч. готового продукта 15мгКОН на грамм [регламент]
	Число карбоксильных групп равно:
?=(?КЧ?_о-?КЧ?_гп)/?КЧ?_о ;
где	КЧо – к.ч. реакционной массы в момент начала выделения воды,
	КЧгп – к.ч. готового продукта
КЧо=???кч?_i *?*10-2 мгКОН/г
КЧФА=(f*56100)/M=(2*56100)/148=758 мгКОН/г;
КЧКЖТ=(1*56100)/281,45= 199,3 мгКОН/г;
КЧо= (758*22,2*10-2*0,5)+(199,3*56,8*10-2)=197,3 мгКОН/г ;
?=(197,3-15)/197,3=0,92
	8) Расчет практически выделившейся воды.
m_(H_2 O)^практ=m_(H_2 O)^теор*?=474,3*0,92=436,36 кг
	9) Расчет массы олигомера
Молиг=??m_прод -m_(H_2 O)^практ
Молиг=4263,3+1584,2+1657,8-436.36=7068.94 кг.
	10) Материальный баланс на стадии растворения основы
	Принимаем потери основы при сливе 1% 
 Посн=Мосн*%потери=7438.5*1%=74,4 кг
?олиг=М_олиг/М_осн *100%=7068,94/7438,5*100=95,0%;
	11) Расчет потерь олигомера
Полиг=Посн*?_олиг=74,4*0,95=70,68 кг;
	12) Потери ксилола:
Пкс= Посн- Полиг=74,4-70,68=3,72 кг;
	13) Расчет массы олигомера, попавшего в смеситель
М_олиг^'=Молиг-Полиг=7068.94-70,68=6998,26 кг;
	14) Расчет массы алкидного лака
Массовая доля нелетучих веществ 53% [регламент]
Млака=(М_олиг^')/(м.д.н.в)=6998,26/0,53=13204,3 кг;
	15) Расчет массы растворителя, который необходимо загрузить для получения лака с массовой долей нелетучих веществ 53%.
Мраст-ля=Млака-Молиг=132047,3-6998,26=6206,04 кг;
	16) Расчет массы растворителя за вычетом содержащегося в основе растворителя
М_(р-ля)^'=Мр-ля-(Мкс-Пкс)=6206,04-(369,6-3,72)=5840,16 кг;
	17) Расчет требуемой массы ксилола и уайт-спирита
Соотношение растворителей 3:2, 60% - уайт-спирита, 40% - ксилола [регламент]
М_(у.с.)^'=М_(р-ля)^'*%=5840,16*0,6=3504,1 кг;
М_(кс.)^'=М_(р-ля)^'*%=5840,16*0,4=2336,1 кг
	18) Расчет массы растворителя, учитывая потери при загрузке
М_(р-ля)^"=М_(р-ля)^'*(1+?_потерь)
где	 ?потерь – потери растворителя при загрузке,
	Потери уайта-спирита и ксилоа составляют 4 %, тогда 
	Масса уайт-спирита (с учетом потерь) равна:
М_(у.с.)^"=3504,1*(1+0,04)=3644,3 кг
	Масса ксилола (с учетом потерь) равна:
М_кс^"=2336,1*(1+0,04)=2495,1 кг
	19) Расчет потерь растворителя при загрузке 
Пр-ля=М_(р-ля)^"-М_(р-ля)^' кг,
Пу.с.=3644,3-3504,1=140,2 кг,
Пкс=2495,5-2336,1=93,4 кг.
	20) Материальный баланс на стадии фильтрации
	Примем что потери при фильтрации на 1 тонну лака составят 25 кг
1000 – 25
13204,3 – Х
Х=(13204,3*25)/1000=330,1 кг 
Мфильтр.л=13204,3-330,1=12874,2 кг


Таблица 2.1 - Материальный баланс на реактор V=10 м3
Приход
Расход
1.Загрузка, синтез
Компонент
m, кг
Компонент
m, кг
КЖТ
4328,2
1) Основа лака в т.ч.
- олигомер,
-ксилол
7438,5
7068,94
369,6
ПЭ
1600,2
2) реакционная вода
436,36
ФА
1691,6
3)потери
126,1
КС
381,0


Итого:
8001

8001
2. Постановка на тип
Приход
Расход
Компонент
m, кг
Компонент
m, кг
основа лака
7438,5
лак
13204,3
уайт-спирит
ксилол
3644,3
2495,5
Потери в т.ч
- основа
-уайт-спирит 
-ксилол
74,4
140,2
93,4




Итого:
13512,3

13512,3
3.Фильтрация
Приход
Расход
Компонент
m, кг
Компонент
m, кг
Лак
13204,3
Очищенный лак
12874,2


Потери лака
330,1
ИТОГО:
13204,3

13204,3






Таблица 2.2 Материальный баланс на 1 тонну лака

Приход
Расход
Компонент
m, кг
Компонент
m, кг
1. Синтез
КЖТ
ПЭ
ФА
Ксилол
336,2
124,3
131,4
29,6
1. Основа лака в т.ч.
Олигомер
ксилол


549,1
28,7


2.Реакционная вода
33,9


3.Потери
9,8
ИТОГО:
621,5

621,5
2. Постановка на тип
основа лака
уайт-спирит
ксилол
577,8
283,1
188,7
Лак
Потери в т.ч
- основа
-уайт-спирит
-ксилол
1025,6

5,8
10,9
7,3
Итого:
1049,6

1049,6
3. Фильтрация
Лак
1025,6
Очищенный лак
1000


потери
25,6
ИТОГО:
1025,6

1025,6



2.3 Расчет потребности сырья
1) Годовая потребность в сырье
Gгод=(G_(сырья на 1 т)*N_(год по лаку))/1000;
где	Gгод – масса каждого компонента, кг/т,
	Nгод по лаку – годовая мощность производства по лаку, т/год
Gгод КЖТ=(336,2*7500)/1000=2521,5 т/год,
Gгод ПЭ=(124,3*7500)/1000=932,3 т/год,
Gгод ФА=(131,4,3*7500)/1000=985,5 т/год,
Gгод кс=((188,7+28,7)*7500)/1000=1630,5 т/год,
Gгод у.с.=(283,1*7500)/1000=2123,3 т/год.
2) Часовая потребность в сырье (Gчас), кг/час
Gчас=(G_год*1000)/Т_(эф.р-ра) ;
где	Gгод – годовая потребность в сырье, т/год
Gчас КЖТ=(2521,5*1000)/8074=312,3 кг/ч,
Gчас ПЭ=(932,3*1000)/8074=115,5 кг/ч,
GчасФА=(985,5*1000)/8074=122,1 кг/ч,
Gчас кс=(1630,5*1000)/8074=201,9 кг/ч,
Gчас у.с.=(22123,3*1000)/8074=263,0 кг/ч.
3) Суточная потребность в сырье (Gсут), кг/сутки
Gсут=Gчас*24,
Gсут КЖТ=312,3*24=7495,2 кг/сутки,
Gсут ПЭ=115,5*24=2772 кг/сутки,
Gсут ФА=122,1*24=2930,4 кг/сутки,
Gсут кс=2019*24=4867,7 кг/сутки,
Gсут у.с.=263,0*24=6311,4 кг/сутки.
	Результаты расчетов сводим в таблицу




Таблица 2.3 - Потребность в сырье
Компонет
Gгод, кг/т
т/год
Gчас, кг/час
Gсут, кг/сутки
КЖТ
336,2
2521,5
312,3
7495,2
Пентаэритрит
124,3
932,3
115,5
2772,0
Фталевый ангидрид
131,4
985,5
122,1
2930,4
Ксилол
217,4
1630,5
201,9
4867,7
Уайт-спирит
283,1
2123,3
263,0
6311,4
4) Расчет емкости хранилищ 
V=Giсут/(?_i*k_зап );
где	Gi сут – суточная потребность в сырье, кг/сут,
	?i– плотность i-го компонента, кг/м3
	kзап – коэффициент запаса.[справочные данные]
VКЖТ=7435,2/(895*0,8)=10,4 м3
	Примем объем емкости-хранилища для КЖТ 11м3
Vкс=4845,6/(880*0,8)=6,9 м3
	Примем объем емкости-хранилища для ксилола 7,5м3
Vу.с.=6311,4/(790*0,8)=10,0 м3
	Примем объем емкости-хранилища для уайт-спирита 10,5м3
Vлака=1.......................