Введение 6
1 Теоретическая часть 8
1.1 Анализ существующих видов смол 8
1.2 Химизм получения формальдегидных смол 11
1.3 Отчет о патентных исследованиях 19
2 Технологическое оформление производства КФС 24
2.1 Подготовка исходного сырья 24
2.2 Приготовление конденсационного раствора 25
2.3 Щелочная и кислая конденсация карбамида с формальдегидом 26
2.4 Доконденсация продукта со второй порцией карбамида 27
2.5 Схема узла обогрева трубопроводов и аппаратов горячей водой и
паром 28
2.6 Схема узла охлаждения рубашек аппаратов оборотной водой 29
2.7 Схема узла ХОВ для подачи в реакторы и мерники и на промывку
оборудования трубопроводов 29
2.8 Схема узла сбора дренажных стоков и узел сбора некондиционной
смолы 30
2.9 Пути модернизации существующей технологии 30
2.10 Экспериментальная часть 33
2.11 Аналитический контроль качества производства 36
3 Расчетная часть 41
3.1 Расчет материального баланса синтеза КФС 41
3.2 Расчет производительности стандартного реактора синтеза
карбамидоформальдегидных смол в год 44
3.3 Материальный баланс синтеза смолы на основе NH4OH и КФК.... 47
3.4 Гидродинамический расчет аппарата без внутренних устройств 54
Заключение 59
Список используемых источников 61
В настоящее время существует большое количество смол и полимеров, синтезированных при различных условиях их синтеза, обладающих определенными ценными свойствами.
На предприятии ПАО «Тольяттиазот» образуется более 200 тыс. т/год аммиачной воды NH4OH, которая является побочным продуктом производства аммиака. Ее эксплуатация в качестве удобрения в сельскохозяйственной сфере деятельности в зимний период довольно затруднительна.
90% мебели изготавливается из ДСП. Формальдегид входит в состав клея при производстве ДСП, фанеры и иных материалов. В синтетических смолах, являющихся востребованными в сферах строительства и деревообработке, содержание свободного формальдегида превышает допустимый диапазон - 0,3-1% [1].
Формальдегид является веществом второго класса опасности, «обладает канцерогенным, а также угнетающим воздействием на нервную систему» [2]. «При высокотемпературном прессовании (t>115°C) накопление свободного формальдегида в древесном материале происходит за счет следующих процессов:
- выделение CH2O из компонентов древесины, как результат термопре-вращений древесины в процессе производства;
- окисление метанола, содержащегося в формалине и готовых смолах в концентрациях, существенно превосходящих свободный ФА;
- химические реакции гидроксиметиленовых групп с образованием диметиленэфирных и метиленовых связей по мере углубления процесса конденсации;
- термогидролитические процессы в полимере» [23].
В качестве альтернативы предлагается использовать NH4OH и КФК в качестве исходного сырья для производства поликонденсационных смол, применяемых в строительной и деревообрабатывающей промышленности, например, в производстве древесностружечных и древесноволокнистых плит и фанеры.
В данной работе рассматриваются различные способы производства смол на основе формальдегида.
Целью бакалаврской работы является получение токсикологически безопасной для окружающей среды смолы, совершенствование технологического процесса ее производства.
Для реализации выше поставленных целей были сформированы следующие задачи:
1) Провести анализ характеристик существующих видов смол на основе формальдегидсодержащих соединений, выявить их достоинства и недостатки.
2) Проанализировать существующие технологии добычи формальдегидсодержащих смол.
3) Предложить пути совершенствования технологического процесса производства формальдегидных смол.
4) Произвести технологические расчеты для подтверждения эффективности предлагаемого способа оптимизации технологии.
В бакалаврской работе были рассмотрены наиболее распространенные виды формальдегидных смол:
- карбамидоформальдегидные;
- фенолформальдегидные;
- меламиноформальдегидные.
Проведен анализ их характеристик, рассмотрен химизм образования поликонденсационных смол на основе формальдегидсодержащих соединений.
Наиболее популярными в сфере строительства и деревообрабатывающей промышленности являются смолы на основе формалина, являющийся водным раствором формальдегида. В результате образования лишней воды, попавшей в реактор с формалином и удаляемой переводом ее в пар, на 1 тонну полученной смолы образуется 300-400 кг вредных стоков, содержащих 8-12 % метанола и 5-8 % формальдегида. Надсмольные воды зачастую «сбрасываются» в окружающую среду, что влечет за собой пагубные для окружающей среды последствия.
Выполнен поиск патентной информации. Рассмотрены схемы технологического процесса существующих производств периодического действия. Предложена оптимизация технологического процесса, а именно получение смолы, используя в качестве сырья КФК и 25%-ую NH4OH. Произведены технологические расчеты для подтверждения эффективности предлагаемого метода модернизации технологии:
- материальный баланс синтеза КФС;
- материальный баланс синтеза полиамина;
- материальный баланс синтеза полиаминной смолы;
- гидродинамический расчет аппарата;
В результате произведённых расчетов были определены основные геометрические параметры аппарата:
- объем реактора 7 м3;
- плотность смолы 1048,8 кг/м3;
- производительность реактора 2741 кг/ч.
Усовершенствованная технология позволяет получать смолу высокоустойчивую к минеральным кислотам. Помимо этого, технология позволяет сократить объем образуемых сточных вод в ходе технологического процесса в виду отсутствия избытка воды.
Рассмотренная в данной работе технология добычи смолы периодическим методом является невыгодной за счет выделения паров формальдегида и значительных потерь энергетических ресурсов.
Анализ свойств смолы в лабораторных условиях не требует применения дорогостоящего оборудования и реактивов.
Во избежание неконтролируемых сбросов сточных вод в процессе получения смолы, рекомендуется внедрение на предприятии ряда узлов (аварийный сборник аммиака, локальные установки очистки сточных вод), обеспечивающих снижение всех видов выбросов в окружающую среду.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
