Разработка участока цеха по производству термопластичного полиуретана

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Технологическая часть

1.1 Характеристика сырья

1.2 Характеристика готовой продукции

1.3 Описание технологического процесса

1.4 Автоматизация и контроль технологического процесса

1.5 Охрана труда и противопожарная техника

1.6 Охрана окружающей среды

2 Расчётная часть

2.1 Материальный расчёты и материальный баланс производства

2.2 Технологический расчёт оборудования

2.3 Тепловой расчет оборудования

2.4 Расчёт потребности электроэнергии и воды на технологические цели

2.5 Расчёт потребности пара, воды, азота на технологические цели

Заключение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Опытно промышленное производство термопластичных полиуретанов (ТПУ) осуществляется непрерывным методом с проведением реакции в расплаве с использованием в качестве реактора синтеза шнекового аппарата АШ-75.

Производство ТПУ является новым, состоит из одного технологического потока с проектной производительностью 60-70 кг / ч. Производство введено в 1980 году.

Термопластичные полиуретаны, появившееся на мировом рынке лишь в начале 60-х годов уже успели завоевать прочное признание. В качественном соотношении ТПУ являются связующим звеном между каучуками и пластмассами.

Важнейшее достоинство ТПУ - их отличная износостойкость. По этому показателю изделия превосходят аналоги из высококачественных резин. Кроме того, для лучших ТПУ характерно сочетание высокой масло-, бензо-, озоностойкости с превосходными теплофизическими, электрическими и эластичными свойствами. Ценным комплексом свойств, обеспечивающих широкое применение в различных областях техники, обладают уретановые эластомеры и термопласты. Многие ТПУ используются в производстве товаров народного потребления. Возможности применения материалов в автомобильной, машиностроительной, кабельной, электротехнической и обувной промышленностях огромные и многосторонние. Несмотря на их, относительно высокую стоимость, использование ТПУ не только технически целесообразно, но и экономически выгодно, благодаря значительному увеличению долговечности и повышению качества изделий.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Характеристика сырья

ТПУ получают реакцией аддитивного полиприсоединения между 4,4-дифенилметандиизоционатом и гидроксилсодержащей смесью, состоящей из сложного линейного или простого полиэфира и удлиняющего агента. В качестве последнего используется 1,4-бутандиол.

По химическому составу ТПУ представляют собой блок - сополимер, состоящий из чередующихся между собой звеньев полиэфира и БД, соединённых уретановыми группами.

Таблица 1 - Характеристика исходного сырья и материалов

Наименование сырья	Отраслевой стандарт, тех. услов., или методика на подготовку сырья	Показатели, обязательные для проверки	Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями
полиэфир П-6 или ОМА-1950	ТУ 38.103582-85 ТУ-2226-002-5062854-00	массовая доля гидроксильных групп, воды, %	1,6-1,9 не более 0,05
1,4-бутандиол марки Б	64-5-65-80 или импорт	массовая доля воды, %	не более 0,1
4,4-дифенилметандиизоцианата	Импортный ТУ 113-03-29-3-84	прозрачный расплав при (60 ± 2)? С	прозрачный
смазка Циатим 221 / 904	ГОСТ 9433.80	_	_
азот	ГОСТ 9293-74 или с ВХЗ	_	_

1.2 Характеристика готовой продукции

ТПУ предназначаются для изготовления методами литья под давлением и экструзии уплотнительных прокладок, гидроманжет, вкладышей, втулок, грязезащитных чехлов, зубчатых колёс, листовых материалов, гибких шлангов, изделий для машино-, прибора-, автомобилестроения и других отраслей промышленности. Термопластичный полиуретан представляет собой гранулы размером в поперечном сечении не более 6 мм от белого до светло-жёлтого цвета.

Марки ТПУ различаются между собой природой исходного полиэфира и количеством 1,4-бутандиола (БД) в составе ТПУ. Так марка ТМ-0433-90 изготавливается на основе сложного полиэфира-полиэтиленбутиленгликольадипината ММ1500, БД и МДИ в соотношении (моль) 1:3:4.

В обозначении марок первые две цифры указывают на номер разработанной рецептуры. Третья указывает на тип применяемого для получения полиуретана марки Витур ТМ-0433-90 сложного полиэфира. Четвёртая цифра на удлинитель цепи (бутандиол). Две последние цифры в обозначении марок свидетельствуют о твёрдости материала.

Витур ТМ-0433-90 в воде и в обычных органических растворителях не растворяются, растворим при нагревании в диметилформамиде. ТПУ сохраняет свои свойства в интервале температур от минус 60? С до 80? С. Пример записи при заказе и в другой документации: «Полиуретан термопластичный марки Витур ТМ-0433-90, ТУ 6-55-221-1057-2003».

Технические требования Витур ТМ-0433-90. ТПУ марки Витур ТМ-0433-90 должен соответствовать требованиям настоящих технических условий и производиться по технологической документации, утверждённой в установленном порядке. Применяемое для получения ТПУ сырьё должно соответствовать действующей на него НТД.

По физико-механическим показателям ТПУ марки Витур ТМ-0433-90 должен соответствовать нормам и требованиям, указанным в таблице 2.

Маркировка. Маркировку груза производят в соответствии с требованиями ГОСТ 14192 с указанием: предприятия-изготовителя, наименование продукции, номера партии, места, массы нетто и брутто, даты изготовления, штампа технического контроля и подписи, обозначения настоящих технических условий.

Таблица 2 - Физико-механические показатели термопластичных полиуретанов

Наименование показателя	Норма по марке Витур-0433-90
внешний вид	гранулы с размером частиц в поперечнике не более 6 мм. Без посторонних включений. Цвет материала не нормируется.
прочность при растяжении МПа (кгс / смІ), не менее	12 (150)
относительное удлинение при разрыве, %не менее	250
остаточное удлинение, % не более	80
условное напряжение при удлинении на 100%, МПа (кгс / см), не менее	6 (60)
твёрдость усл. ед., в пределах	85-91
сопротивлению раздиру, н / мм (кгс / смІ), не менее	55 (55)
текучесть расплава, г / 10 мин. в пределах	1-15

Упаковка. ТПУ марки Витур ТМ 0433-90 упаковывают в бумажные непропитанные мешки по ГОСТ 2226 с плёночным мешком-вкладышем по ГОСТ 19360 или ТУ 6-52-18. Горловину вкладыша заваривают или завязывают, масса одного мешка не должна превышать 25 кг.

Требования безопасности. Термопластичные полиуретаны марки Витур 0433-90 представляют собой гранулы, при переработке которых не образуется пыли. ТПУ, а так же изделия из него не являются токсичными, не вызывают раздражающего действия при контакте с кожей и слизистыми оболочками не выделяет вредных продуктов деструкции при рекомендуемых условиях переработки (при 160-200? С).

При переработке полиуретана марки ТПУ в изделия при соблюдении технологического режима вредные продукты деструкции не выделяются. Разложение материала с выделением токсичных продуктов деструкции проходит при температуре не выше 240 С. ТПУ марки Витур ТМ 0433-90 относится к горючим материалам. При поджигании горит ярким коптящим пламенем. Продукты горения полиуретана являются токсичными, т к в небольших количествах содержат СО, СО₂, НСN.

Производство термопластичных полиуретанов марки Витур ТМ 0433-90 являются безопасными.

Правила приёмки и отбора проб. ТПУ марки Витур ТМ 0433-90 выпускается партиями. Партией считают количество продукта, однородного по своим качественным показателям и сопровождаемое документом о качестве. Масса порти должна быть не менее 250 кг. Пробы для анализа отбираются в равных количествах от 10% не менее каждой пробы.

Общая масса должна быть не менее 2 кг. Отобранную пробу делят на 2 части, которые помещают в чистые, сухие, плотно закрывающиеся банки. На банки наклеивают этикетки с обозначением наименования материала, номера партии и даты отбора пробы. Одну банку дают для изготовления образцов, другие хранят в течение месяца на случай контрольных испытаний.

Каждая партия ТПУ марки Витур ТМ 0433-90 должна сопровождаться документом с результатами испытаний и заключений настоящих технических условий.

Методы испытаний. Внешний вид ТПУ определяют визуально. Размер частиц определяют любым измерительным документом с погрешностью не более 0,1 мм. Определение условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве проводят по ГОСТ 270 на образцах типа 1 при скорости движения зажимов V_з = 100 мм / мин. За результат испытаний принимают среднее арифметическое из пяти определений.

Сопротивление раздиру определяют по ГОСТ 263 пяти образцах, толщина которых должна быть не менее 6 мм. Текучесть расплава определяют по ГОСТ 11645 при температуре экструзионной камеры 205? С и массе груза 2,16 кг.

Транспортирование и хранение. ТПУ перевозят автомобильным или железнодорожным транспортом, предохраняющим продукт от действия влаги в соответствии с правилами перевозки грузов.

ТПУ хранят в упакованном виде, в сухом закрытом помещении на расстоянии не менее 1 м от нагревательных приборов.

Гарантийный срок хранения 1 год со дня изготовления.

1.3 Описание технологического процесса

Технологический процесс получения ТПУ состоит из нескольких стадий:

- проверка и подготовка технологического оборудования к работе;

- подготовка сырья;

- дозирование и смешение компонентов;

- получение полимера, контроль качества и управления процессом;

- охлаждение полимера и его грануляция;

- отделение ТПУ от воды, сушка и упаковка их в мешки.

Проверка и подготовка технологического оборудования к работе. Установка, предназначенная для получения ТПУ различных марок в виде гранул, работающая в непрерывном режиме, включает в себя большое количество технологического оборудования и отдельных узлов, требующих обязательной проверки и подготовки к работе.

Управление технологическим процессом осуществляется с пультов управления с приборами контроля, системами управления и блокировок.

Подготовка сырья. Реакторы подготовки компонентов имеют загрузочные люки, линии сбрасывания давления, линии подвода сжатого воздуха с запорной арматурой. Все реакторы снабжены электрическими приводами с якорной мешалкой.

При подготовке полиэфиров и МДИ разогрев аппарата осуществляется путём подачи горячей воды в рубашки аппаратов от тепловой электростанции.

Все продукты, применяемые в синтезе, при температуре производственного помещения находятся в твёрдом состоянии, поэтому перед началом работы их необходимо выдержать в течении не менее 24 часов в термокамере при температуре невыше 105? С непосредственно в таре поставщика до полного расплавления. Расплавленный полиэфир из термошкафа с помощью вакуума перекачивают в предварительно разогретый до температуры (75 ± 5)? С реактор. Полиэфир перед использованием контролируется на содержание влаги. При массовой доле воды не более 0,05 % производится подсушка полиэфира в реакторе под вакуумом. Сушка полиэфира проводиться при барботаже сухого азота до достижения массовой доли воды не выше 0,05 %. Высушенный полиэфир после стравливания вакуума передавливают в реактор.

1,4 бутандиол сушится аналогичным способом в этом же реакторе при температуре (100 ± 5)? С до массовой доли воды не более 0,1%. Сухой 1,4-бутандиол выгружается из реактора в герметичную тару (бочки). Расчётное количество выпущенного БД с помощью вакуума загружается в реактор.

Загруженные компоненты перемешиваются при температуре (75 ± 5)? С в течение 1,0 ± 1,5 часа с образованием гидроксилсодержащей смеси (ГСС).

МДИ, не содержащий димера, должен храниться при температуре не выше 5? С. Перед началом работы МДИ проверяется на прозрачность. Для этого берется небольшое его количество пробирку и нагревается до температуры (60 ± 2)? С. При прозрачности расплава МДИ используется в состоянии поставки. Если расплав при (60 ± 2)? С не прозрачен, то МДИ подвергается фильтрации через бельштинг-бумагу-бязь на друкк-фильтре вместимостью 25 литров и ещё раз после фильтрации проверяется на прозрачность.

Плавится МДИ в термошкафу при темпертуре 70-80? С не более 24 часов.

Расплавленный МДИ загружается при помощи вакуума в реактор. При работающей мешалке МДИ термостатируется при температуре (60 ± 6)? С в течение (25 ± 5) минут.

Дозирование и смешение компонентов. Дозировку основных компонентов осуществляют дозировочными шестерёнчатыми насосами. Из расходных реакторов по материальным линиям компоненты поступают на обогреваемые дозировочные станции, проходя через фильтры грубой очистки компонентов. После термостатирования МДИ и ГСС на расходных реакторах открываются краны подачи компонентов на насосы, и устанавливается необходимая производительность ГСС путём регулирования частоты вращения насоса подачи ГСС, которая осуществляется плавно вручную с помощью тиристорного преобразователя частоты тока. Насос подачи МДИ работает при постоянной частоте вращения. Дозирование компонентов проверяется по массовой подаче насоса в течении 5 минут. При постоянной частоте вращения насоса, добиваясь стабильных значений при замерах до 3 раз. Время контролируется по секундомеру.

Расчётное количество МДИ И ГСС после дозирующих насосов по обогреваемым трубам трубопроводам поступает в двух шнековую смесительную головку, где происходит смешивание. Смесительная головка смонтирована на неподвижной раме и жёстко связана с двух шнековой смесительной машиной АШ-75 «Полимеризатор».

Получение полимера, контроль качества и управление процессом. Начальная стадия реакции со степенью превращения компонентов более 75 % проходит в смесительной головке. Из смесительной головки, гомогенная смесь, представляющая собой низкомолекулярный полиуретан поступает в двух шнековую реакторно-смесительную машину АШ-75 «Полимеризатор», состоящую из 7 секций, обогреваемых теплоносителем от электронагревателя.

В машине АШ-75 «Полимеризатор» при температуре 210-230? С происходит, в основном, завершение реакции с образованием ТПУ. Далее расплав полимера поступает в двух шнековую реакторно-смесительную машину АШ-75 «Термостабилизатор», состоящую из 7 зон, обогреваемых теплоносителем от термостата. К машине АШ-75 «Термостабилизатор» пристыкован гранулятор. Три секции гранулятора обогреваются от электронагревателя. Циркуляция теплоносителя осуществляется насосами.

В термостабилизаторе расплав полимера охлаждается и стабилизируется при определённой температуре с целью подготовки расплава полиэфира к грануляции. Поддерживаемая в термостабилизаторе температура зависит от марки термопласта и находится в пределах от 210 до 240? С.

В начальной стадии проведения синтеза осуществляется контроль качества и управления синтезом с целью вывода технологического процесса на стабильный режим и получения качественного продукта.

Охлаждение полимера и его грануляция. Выходящий из фильеры расплав ТПУ срезается в водном объёме вращающимися ножами непосредственно на фильерной доске. В ножевой головке гранулятора установлено 3 ножа. Привод ножей гранулятора, электрический, частота вращения ножей 24с.

Необходимая для транспортировки и охлаждения гранул вода (конденсат) циркулирует через камеру гранулятора по замкнутому контуру: ёмкость, центробежный насос, фильтр для очистки воды от полимерной крошки, камера гранулятора, барабанный разделитель, аппарат.

Вода гидротранспорта используется в замкнутом цикле многократно. Для подпитки в бак оборотной воды добавляется 60 литров в сутки свежей воды.

Отделение гранул ТПУ от воды, сушка и упаковка их в мешки. Из камеры гранулятора смесь воды и гранул поступает в барабанный разделитель. В нём происходит отделение гранул от водной фазы, которая возвращается в аппарат, а влажные гранулы из разделителя ссыпаются в пневмотранспорт, где происходит их сушка потоком подогретого воздуха. Транспортируемые гранулы по трубопроводу поступают в циклон, а затем на расфасовку и упаковку. Упакованный в бумажные мешки с полиэтиленовыми вкладышами гранулят ТПУ хранится в складском помещении не ниже 18? С не менее 2 недель до стабилизации вязкостных показателей.

Подготовка, установка к работе при замене рецептуры. Из-за отсутствия непрерывного технологического цикла работы установки выпуска ТПУ различного состава и твёрдости, двухшнековые реакторно-смесительные машины и узел гранулятора накапливают деструктивный полимер, загрязняющий кондиционный продукт. Поэтому по необходимости при замене рецептуры или увеличивающимся выходом полимера, засорённого деструктированным материалом, проводят чистку машин.

Чистка машины проводится до получения расплава на выходе из «Термостабилизатора» свободного от посторонних включений. Если эта операция не даёт результатов, прибегают к механической очистке машин и узла грануляции.

Таблица 3 - Основное технологическое оборудование

Наименование оборудования	Технологическая характеристика оборудования	материал
реактор	вертикальный цилиндрический аппарат со специфическим днищем и крышкой; аппарат с рубашкой для обогрева, загрузочным люком, якорной мешалкой с частотой вращения 1с; вместимостью 250л.	сталь Х18Н10Т
реактор	вертикальный цилиндрический аппарат со специфическим днищем и крышкой; аппарат с рубашкой для обогрева, загрузочным люком, якорной мешалкой с частотой вращения 1с, вместимостью 400л.	сталь Х18Н10Т
	номинальная массовая подача 45 кг / ч; подача регулируется:
насос 21 НШ-10К насос 21 НШ-1,2 К	n1 = 112 обор / мин n2 = 80 обор / мин	сборка сборка
фильтр	поверхность фильтрования 0,18 мІ; диаметр 130 м, высота 300 м.	сборка
смесительная головка	цилиндрический аппарат с рубашкой, снабжённый мешалкой с частотой вращения 21 с; рабочее давление до 10 кгс / мІ; вместимостью 400 л.	сборка
полимеризатор	номинальная массовая подача 85 кг / с	сборка
термостабилизатор	номинальная массовая подача 85 кг / с	сборка
гранулятор		сборка
барабанный разделитель	диаметр 580 мм, длина 800мм	сборка
Ёмкость для воды	цилиндрическая ёмкость со сферическим днищем, загрузочным люком, с рубашкой; вместимостью 650 литров	сталь Х18Н10Т
циклон	высота 1500 мм, диаметр 800 мм	сборка
калорифер	длина 1000 мм, ширина 800мм, высота 800 мм	сборка
вентилятор	ширина 220 мм, диаметр 600 мм	сборка
термостат	мощность электродвигателя 20кВт; высота 2000 мм, длина 700 мм, ширина 600 мм	сборка

1.4 Автоматизация и контроль технологического процесса

Автоматизация одна из ведущих отраслей науки и техники, развивается в настоящее время особенно динамично, она проникает во все сферы человеческой деятельности.

Автоматизация качественно изменяет характер труда рабочих, неизмеримо облегчая его, делая более содержательным. Коренным образом меняется и квалификационно-прфессиональный состав рабочих. В цехах с автоматизированным производством главной фигурой становится специалист новой формации - оператор, программист, рабочие других ранее не существовавших профессий.

Всякая система регулирования состоит из двух взаимодействующих между собой частей: объекта регулирования и регулятора.

Автоматические регуляторы представляют собой большую группу автоматических управляющих устройств в АСР, если регулируемая величина отклонится от заданного значения.

Существует большое число разнообразных типов регуляторов, однако все они представляют собой совокупность некоторых специфических элементов, выполняющих определённые функции (рис 1): датчика 1, устройства сравнения 2, задающего устройства 3, управляющего устройства 4, исполнительного механизма 5 и регулирующего органа 6.

Датчик производит непрерывное измерение текущего значения регулируемой величины у в объекте управления 1, который испытывает возмущающее воздействие л, и преобразует эту величину в сигнал у₁. Задающее устройство выдаёт сигнал у₀, соответствующий заданному значению регулируемой величины. Устройство 2 сравнивает сигналы от датчика и задатчика, а в случае необходимости усиливает этот сигнал, и с помощью исполнительного механизмами регулирующего органа осуществляет управляющее воздействие м на объект управления 1, изменяя входную величину (х) так, чтобы выходная величина у приняла первоначальное значение.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Структурная схема регулятора

технологический производство термопластичный полиуретан

Таблица 4 - Спецификация средств автоматического контроля и регулирования

позиция по схеме	параметр	марка, тип прибора	Место установки	количество	примечание
5-2, 11-2, 18-2, 33-2, 40-2	расход	передающий преобразователь 13ДД11	по месту	5	FT
5-3, 18-3, 33-3	расход	вторичный прибор со станцией управления ПВ10. 1Э	на щите	3	FIRK
5-4, 18-4, 33-4	расход	регулирующий блок ПР3.31	на щите	3	FC
5-1, 11-1, 18-1, 33-1, 40-1	расход	сужающее исполнительное устройство ДК 6-50	по месту	5	FE
2-1, 3-1, 39-1	расход	счётчик ШЩ 4-25-6	по месту	3	FQI
11-3, 14-2, 40-3	расход	вторичный прибор ПВ4.2Э	на щите	3	FIR
6-1, 7-1, 8-1, 19-1, 20-1, 21-1, 26-1, 30-1, 34-1, 37-1, 38-1, 50-1, 51-1, 52-1	температура	ТЭП ТХК	по месту	3	TE
6-4, 19-3, 34-4, 50-3	температура	электропневматический преобразователь ПТ-ТС-68	щит преобразователь	4	TYЕ / Е
6-3, 19-2, 34-3, 50-2	температура	вторичный прибор со станцией управления ЭВМ	щит преобразователь	4	TYЕ / P
6-5, 34-5, 50-4	температура	вторичный прибор со станцией управления ЭВМ	на щите	3	TIRK
6-6, 34-6, 50-5	температура	регулирующий блок ПР3.31	на щите	3	ТС
6-2, 26-2, 30-2, 34-2	температура	сигнализация	щит преобразователь	4	TA НL
7-2, 20-2, 37-2, 51-2	температура	Потенциометр КСП3-ПИ	на щите	2	TJIR
26-3, 30-3	температура	вторичный прибор ПВ4.2Э	на щите	2	TIR
4-1, 12-1, 13-1, 41-1, 42-1, 46-1	давление	мановакууметр 8525-77	по месту	6	PI
14-1, 23-1, 43-1, 47-1, 48-1, 49-1	давление	Передающий преобразователь 13ДИ13	по месту	6	PT
14-2, 23-2, 43-2	давление	вторичный прибор ПВ4.2П	на щите	3	PIR
49-3	давление	регулирующий блок ПР10.1Э	на щите	1	PC
49-2	давление	вторичный прибор со станцией управ. ПВ10.1Э	на щите	1	PIRK
9-1, 22-1, 27-1, 31-1, 37-1, 45-1	уровень	передающий преобразователь 13УБ08	по месту	6	LT
9-2, 22-2, 27-2, 31-2, 37-2, 45-3	уровень	вторичный прибор ПВ4.2Э	на щите	6	LIR
45-2	уровень	сигнализация	щит преобразователь	1	LA Н
10-1, 15-1	уровень	прибор СТХ-3У	по месту	2	QE
15-2	уровень	прибор звуковой сигнализации	щит преобразователь	1	QA Н
10-2, 15-3	уровень	вторичный прибор ПВ4.2Э	на щите	2	QIR
1-1, 16-1, 17-1, 24-1, 25-1, 28-1, 29-1, 32-1, 35-1, 44-1		кнопочный выключатель КУ 123-12	на щите	10	H
1-3, 16-3, 17-3, 24-3, 25-3, 28-3, 29-3, 32-3, 44-3		Переключатель электрических цепей измерения, газовых линий	на щите	10	HA

1.5 Охрана труда и противопожарная техника

Производство термопластичных полиуретанов по применяемому сырью и готовой продукции относится к пожароопасным производствам. По характеру действия на организм человека относится к вредным производствам.

Основными опасными моментами при обслуживании установки являются:

- возможность получения механических травм от вращающихся устройств и валов, не имеющих ограждений, при выполнении ремонтных работ на не обесточенном оборудовании, при отборе проб из реакторов с не выключенной мешалкой;

- возможность поражения электрическим током при неисправном заземлении или его отсутствии, повреждённой изоляции электропроводки и электрооборудования;

- возможность термического ожога открытых участков тела при соприкосновении с нагретыми частями установки;

- возможность попадания брызг химических продуктов в глаза при открытии люков аппаратов;

- возможность химического ожога при попадании диизоцианата на открытые участки тела

- возможность отравления парами диизоцианата при работе с невыключенной приточно-вытяжной вентиляцией.

Для обеспечения безопасных условий работы аппаратчиков и предупреждения аварий, необходимо соблюдать следующее:

- к самостоятельной работе на установке допускать только лиц, прошедших инструктаж, обученных безопасным методам работы и сдавшим экзамен квалификационной комиссии на право допуска к самостоятельной работе;

- приступая к работе, проверить наличие и исправность механических ограждений вращающихся частей, исправность заземления, целостности изоляции электропроводки и электрооборудования;

- приступать к работе только при бесперебойно работающее вытяжной вентиляции;

- работать в правильно одетой спецодежде и использовать в зависимости от условий работы имеющиеся средства индивидуальной защиты;

- не прикасаться открытыми частями тела к нагретым поверхностях двух шнековых реакторно-смесительных машин АШ-75, двух шнековой реакторно-смесительной головки, тепловых станций, перекачивающих теплоноситель насосов, трубопроводов, кранов и вентилей с высокотемпературным теплоносителем; применять в случае необходимости защитные рукавицы;

- загрузку 4,4-дифенилметандиизоцианата (МДИ) в реакторы производить только в противогазе марки БКФ, резиновых перчатках и при включенной местной вытяжке;

- отбор проб полиэфира и 1,4-бутандиола из реактора производить пробоотборником только при выключенной мешалке, стравленном давлении и в защитных очках и хлопчатобумажных рукавицах;

- при проверке вращения шнеков рабочих машин перед пуском их в работу с помощью специального приспособления вручную на кнопке «пуск» должен быть повешен плакат «Не включать работают люди» и выставлен контрольный пост;

- приступая к работе, необходимо убедиться в исправности блокировки ножей гранулятора, о чём сделать запись в журнале учёта работы блокировочных устройств.

Таблица 7 - ПДК исходных веществ

наименование сырья полупродуктов, готовой продукции, отходов производства (вещества, % масс)	ПДК веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений, мг / мі	НТД
4,4-дифенилметандиизоцианат	0,5	Технические условия на сырьё и готовый продукт
1,4-бутандиол	500
Полиэфир П-6	50
ТПУ	-
Отходы производства (некондиционный ТПУ 7,5-20%)	-

Таблица 5 - Взрывопожарная и пожарная опасность, санитарная характеристика зданий и помещений

Наименование производственных зданий, помещений наружных установок	Категория взрывопожарной опасности помещений и зданий (НПБ-105-95)	классификация взрывоопасных зон внутри и вне помещений для выбора и установки электрооборудования по ПУЭ	Группа производственных процессов по санитарной характеристике (СНИП 2.09.04-87)	Средства пожаротушения
		Класс взрывоопасной зоны	категория и группа взрывоопасных смесей	Наименование веществ определяющих категорию и группу взрывоопасных смесей
цех 02, отделение сложных полиэфирных смол №6, установка производства ТПУ непрерывным способом	В	П-1	-	-	Ш-А	асбестовое одеяло, песок, углекислотная установка УП-2-56, пенные огнетушители ОХП-10, пожарный ПК-11, ПК-17, ПК-18 ПК-21, Углекислотная установка УП-1М

Таблица 6 - Характеристика пожаро-, взрывоопасных и токсических свойств сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства

Наименование сырья, полупродуктов, готовой продукции, отходов производства (вещества, % масс)	Класс опасности (ГОСТ 12.1-007-76)	Агрегатное состояние при нормальных условиях	Плотность паров (газ) по воздуху	Удельный вес для твёрдых и химических веществ г / смІ	Растворимость в воде, % масс	возможно ли воспламенение или взрыв при воздействии на него
						Воды (да, нет)	Кислорода (да, нет)
4,4-дифенилметандиизоцианат	2	твёрдое	-	1,19 при 50? С	-	нет	нет
1,4-бутандиол	4	жидкое	2,77	1,01	-	нет	нет
полиэфир П-6	4	Твёрдое воскообразное	-	1,27	-	нет	нет
ТПУ	-	твёрдое в гранулах	-	1,23	-	нет	нет
отходы производства (некондиционный ТПУ 7,5-20%)	-	твёрдое	-	1,23	-	нет	нет

Таблица 8 - Характеристика токсичности

наименование сырья, полупродуктов, готовой продукции, отходов производства (вещества, % масс)	характеристика токсичности (воздействие на организм человека)
4,4-дифенилметандиизоцианат	высокоопасное вещество; вызывает раздражение кожи, слизистых оболочек и дыхательных путей
1,4-бутандиол	вещество при попадании в организм через рот действует как сосудистый яд; оказывает влияние на центральную нервную систему и почки, 4-й класс опасности
полиэфир П-6	вещество малоопасное, 4-й класс опасности, способен проникать в организм через неповреждённую кожу и оказывает угнетающее действие на нервную систему
ТПУ	Нетоксичное вещество, не вызывает раздражающего действия при контакте с кожей и слизистыми оболочками

1.6 Охрана окружающей среды

Практически опытное производство ТПУ не имеет вредных выбросов в атмосферу.

При рекомендуемых условиях переработки (170-210?С) вредных газовых выбросов в атмосферу нет. Твёрдые отходы, образуемые при запуске оборудования, при переходе с одной марки ТПУ на другую, при разработке готовых изделий используются вторично. При переработке ТПУ вода после прохождения охлаждающей зоны перерабатывающего оборудования не содержит посторонних примесей и может использоваться в системе водооборота цеха.

Термопластичный полиуретан Витур ТМ-0433-90 не представляет опасности для окружающей среды. Поэтому отходы могут быть утилизированы путём захоронения на полигонах.

Таблица 9 - Тяжёлые и жидкие отходы

Наименование отходов, стоков	куда складируется, куда сбрасывается	Масса отходов кг / сут., объём стоков мі / сут.	Периодичность образования сбросов	Характеристика	примечание
ТПУ	Бумажные мешки	30 кг / сут.	при пуске и остановке установки	ТПУ некондиционный	отходы подвергаются дроблению используются для переработки в набойки для обуви
Вода для транспортировки гранул	иногда сбрасывается в канализацию	_	3 мі в месяц	Содержит следы пыли ТПУ
Вода для охлаждения 2 насосов, смесительной головки	Непрерывно сбрасывается в канализацию	41,4 мі / сут.	_	_	_

Таблица 10 - Нормы образования отходов

Наименование отхода, характеристика, состав, или стадия образования	Направление использования, метод очистки или уничтожения	Нормы образования (кг / т)
		По проекту %	Научно обоснованные %	достигнутые на момент составления регламента
Некондиционный продукт, имеющий повышенные физико-механические показатели, а также образующийся в результате смены рецептуры	отходы подвергаются дроблению в крошку и могут использоваться при переработке в набойки для обуви или шнуры осветительной арматуры	10-15	12	15
МДИ некондиционный в случае фильтрации МДИ	Нейтрализуется водным раствором аммиака и направляется в места захоронения, согласованные с ГорСЭС	0,2	0,2	0,3

2 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Материальные расчёты и материальный баланс производства

N = 500 т / год

Потери по стадиям:

1 стадия. Подготовка сырья - 0,3%

2 стадия. Дозировка и смешение компонентов - 0,7%

3 стадия. Сушка ТПУ - 2,9%

4 стадия. Гранулирование - 0,5%

?_потерь = 4,4%

Таблица 11 - Материальный баланс стадии подготовки

Загружено	Получено
Сырьё	Кг / т	Готовый продукт	кг / т
Полифурит «Б»	634,9	Полифурит «Б» потери 0,3%	632,9953 1,9047
Итого	634,9	Итого	634,9

Считаем потери на этой стадии:

634,9 - 100%; Х - 0,3%, Х = 1,9047

634,9 - 1,9047 = 632,9953

Таблица 12 - Материальный баланс стадии дозировки и смешения компонентов

Загружено	Получено
Сырьё	кг / т	Готовый продукт	кг / т
Полифурит «Б» БД	632,9953	ГСС потери 0,7 %	706,4696
	75,6		2,1253
Итого	708,5953	Итого	708,5953

Считаем потери на этой стадии:

Гидроксилсодержащая смесь (ГСС) состоит из Полифурита и БД

632,9953 + 75,6 = 708,5953

с учётом потерь:

708,5953 - 100%

Х - 0,7%

Х = 708,5953 * 0,7 / 100 = 2,1257

708,5953 - 2,1257 = 706,4996

Таблица 13 - Материальный баланс на стадии получения полимера (ТПУ)

Загружено	Получено
сырьё	кг / т	Готовый продукт	кг / т
ГСС МДИ	706,4696	ТПУ потери 2,9 %	1008,4511
	332,1		30,1185
Итого	1038,5696	Итого	1038,5696

Считаем потери на этой стадии:

ТПУ состоит из ГСС и МДИ

706,4696 + 332,1 = 1038,5696

с учётом потерь:

1038,5696 - 100%

Х - 2,9%

1038,5696 * 2,9 / 100 = 30,1185

1038,5696 - 30,1185 = 1008,4511

Таблица 14 - Материальный баланс стадии гранулирования

Загружено	Получено
сырьё	кг / т	Готовый продукт	кг / т
ТПУ	1008,4511	ТПУ гранулированный потери 0,5 %	1003,4069
			5,0422
Итого	1008,4511	Итого	1008,4511

Считаем потери на этой стадии:

1008,4511 - 100%

Х - 0,5%

Х = 1008,4511 * 0,5 / 100 = 5,0422

1008,4511 - 5,0422 = 1003,4089

Таблица 15 - Расчёт сырья и материалов в процессе производства ТПУ

Сырьё	qчас кг / ч	К кг / т	qсут кг / сут.	qгод т / год
Полифурит «Б»	24,6084	634,9	590,6016	126,98
МДИ	12,8720	332,1	308,928	66,42
БД	2,9302	75,6	70,3248	15,12

q_ЧАС = (К * П_ЧАС) / 100

П_ЧАС = (N * 1000) / Т_ЭФ

Т_ЭФ = (365 - n) * 24

Определяем Т_ЭФ:

Т = Т_НОМ - Т_НЕВЫХ

Т_НОМ = Т_КАЛ - (Т_ПРАЗДН + Т_ВЫХ) = 366-(12 + 104) = 250 дней

Т_ЭФ = 250 - 35 = 215 дней

Т_ЭФ = 215 x 24 = 5160 часов

П_ЧАС = (200 х 1000)15160 = 38,7596 кг / ч

Определяем q_ЧАС:

Q_ЧАС = (К * П_ЧАС) / 1000

q_{час ПФ} = (634,9 * 38,7596) / 1000 = 24,6084 кг / ч

q_{час МДИ} = (332,1 * 38,7596) / 1000 = 12,8720 кг / ч

q_{час БД} = (75,6 * 38,7596) / 1000 = 2,9302 кг / ч

Определяем q_СУТ:

Q_СУТ = q_{ЧАС * 24}

q_сутПЭ = 246,0847 * 24 = 590,6016 кг / сут.

q_сутМДИ = 128,7206 * 24 = 308,928 кг / сут.

q_сутБД = 703,2528 * 24 = 70,3248 кг / сут.

Определяем q_ГОД:

q_ГОД = (К * N) / 1000

q_годПФ = (634,9 * 200) / 1000 = 126,98 т / год

q_годМДИ = (332,1 * 200) / 1000 = 66,42 т / год

q_годБД = (75,6 * 200) / 1000 = 15,12 т / год

2.2 Технологический расчёт оборудования

V_ПФ = 590,6016 / 1270 = 0,4650 мі

V_МДИ = 308,928 / 1190 = 0,2596 мі

V_БД = 70,3248 / 1010 = 0,06 мі

Суточный объём равен:

V_ПФ + V_МДИ + V_БД = 0,4650 + 0,2596 + 0,06 = 0,7846

К = 1,1

ц - коэффициент заполнения аппарата = 0,8

V_П = V_СУТ * ф * К / (24 * ц)

где V_{СУТ -} суточная объёмная производительность, мі

ф - время технологического цикла необходимое для загрузки, нагрева, промыва, продувки и загрузки аппарата = 24 часа (3 смены)

К - коэффициент запаса производительности

ГСС - это БД и ПЭ = 0,4650 + 0,2596 = 0,7246

V_ГСС = 0,7246 * 10 * 1,1 / (24 * 0,8) = 7,9706 / 19,2 = 0,8663 мі

n₁ = 0,8663 / 1 = 0,8663(выбираем 1 реактор V = 1 мі) реактор выбираем по справочнику Альперта сырьё хранится в бочках V = 0,2 мі

V_БОЧКИ = V_сут * б / ц *

V_ПФ = 0,4650 / 0.8 = 0,5812

V_МДИ = 0,2596 / 0.8 = 0,3245

V_БД = 0,06 / 0,8 = 0,075

0,4650 / 0,2 = 3 бочеки

0,2196 / 0,2 = 2 бочеки

0,06 / 0,2 = 1 бочка

2.3 Тепловой расчёт оборудования

Сначала составляем тепловой баланс данной стадии:

Q_Н = Q_СМ + Q_АП + Q_РУБ + Q_ПОТ + Q_ИЗ

где Q_{Н -} общий расход теплоты, Дж;

Q_{СМ -} расход теплоты на нагревание реакционной смеси, Дж;

Q_{ИЗ -} расход теплоты на нагрев теплоизоляции, Дж;

Q_{АП -} расход теплоты на нагрев корпуса аппарата, Дж;

Q_{РУБ -} расход теплоты на нагрев рубашки аппарата, Дж;

Q_{ПОТ -} потери тепла в окружающий воздух, Дж.

Определяем расход теплоты на нагревание реакционной смеси

Q_СМ = G_СМ * G_СМ * (Т_2СМ-Т_1СМ)

где G_{СМ -} масса нагреваемой реакционной смеси, кг;

G_{СМ -} удельная теплоёмкость реакционной смеси,Дж / (кг * К)

Т_2СМ и Т_{1СМ -} конечная и начальная температуры реакционной смеси, К.

С_ПЭ = 1,848 * 10і Дж / (кг * К)

С_ПЭ = 61,5213

С_БД = 2,268 * 10і Дж / (кг * К)

С_БД = 32,1802

С_МДИ = 1,38 * 10і Дж / (кг * К)

С_МДИ = 7,3255

Т_2СМ = 105? С

Т_1СМ = 20? С

Q_ПЭ = 61,5213 * 1,848 * 10і * (105-20) = 9663765,804 Дж 9663,7658 кДж

Q_БД = 32,1802 * 2,268 * 10і * (105-20) = 6203698,956 Дж = 6203,6989 кДж

Q_МДИ = 7,3255 * 1,38 * 10і * (105-20) = 859281,15 Дж = 859,2811 кДж

Q_СМ = Q_ПЭ + Q_БД + Q_МДИ = 9663,7658 + 6203,6989 + 859,2811 = 16726,7458 кДж

Определяем расход теплоты на нагрев корпуса аппарата

Q_АП = G_АП * С_АП * (Т_2СМ-Т_1СМ)

где G_{АП -} масса корпуса аппарата, кг

С_{АП -} удельная теплоёмкость аппарата

Т_2СМ и Т_{1СМ -} конечная и начальная температуры аппарата, К.

С_АП = 0,5 кДж / (кг * К) G_АП = 1600 кг

Q_АП = 1600 * 0,5 * (105 - 20) = 68000кДж

Определяем расход теплоты на нагрев теплоизоляции

Q_ИЗ = G_ИЗ * С_ИЗ * (Т_2СМ-Т_1СМ)

где G_{ИЗ -} масса теплоизоляции, кг

С_{ИЗ -} удельная теплоёмкость материала изоляции, Дж / (кг * К)

Т_2СМ и Т_{1СМ -} конечная и начальная температуры изоляции, К.

С_ИЗ = 0,64 кДж / (кг * К) G_ИЗ = 10,80

Q_ИЗ = 10,80 * 0,64 * (105-20) = 587,52 кДж

Определяем расход теплоты на нагрев рубашки аппарата

Q_РУБ = G_РУБ * С_РУБ * (Т_{2СМ -} Т_1СМ)

где G_{РУБ -} масса рубашки, кг

С_{ИЗ -} удельная теплоёмкость материала рубашки, Дж / (кг * К)

Т_2СМ и Т_{1СМ -} конечная и начальная температуры изоляции, К.

С_РУБ = 0,2 кДж / (кг * К) G_РУБ = 275 кг

Q_РУБ = 275 * 0,2 * (105 - 20) = 7650кДж

Определяем потери тепла в окружающий воздух

Q_ПОТ = F * б * ДТ

где F - поверхность теплопотерь, мІ

ДТ - разность температур наружной стенки аппарата и окружающего воздуха

б - коэффициент теплоотдачи конвекцией лучеиспусканием Вт / ( мІ * К)

б = 9,74 + 0,07 + Т = 9,74 + 0,07 * (80-20) = 13,94 Вт / ( мІ * К)

Q_ПОТ = 13,94 * 10,80 * (80 - 20) = 9033,12 кДж

Находим общий расход теплоты

Q_Н = Q_СМ + Q_АП + Q_РУБ + Q_ПОТ + Q_ИЗ

Q_Н = 16726,7458 + 6800 + 587,52 + 4675 + 9033,12 = 31029,1858

2.4 Расчёт потребности электроэнергии на технологические цели

Для определения электроэнергии на технологические цели (электроподогрев) необходимо знать мощность потребителей электроэнергии и число часов их работы (в сутки, в год).

Установленная мощность составляет 224 кВт. Из них:

2 постоянная составляющая - 88 кВт

3 переменная составляющая-(21 + 32 + 32 + 20 + 31) = 136 кВт.

Если принять ПВ (продолжительность включения) 50% от переменной составляющей, то потребляемая мощность составит:

N_n = 88 + 136 + 0,5 = 156 кВт

Продолжительность выпуска 1 тонны ТПУ:

ф = 1000кг / 60кг / час ? 16,7 ч

Потребление энергии для выпуска 1 тонны ТПУ составит:

Q = 156 * 16,7 = 2605,2 кВт ч.

Годовой расход электроэнергии определяется путём умножения количества электроэнергии за 1 тонну на заданную мощность проекта:

2605,2 * 200 = 521040 кВт ч.

2.5 Расчёт потребности пара, воды, азота на технологические цели

Определяем расход воды на технологические цели.

По техническим условиям цеха расход воды на 1 тонну термопластичного полиуретана составит 87,5 мі.

Годовой расход воды определяется путём умножения количества воды за 1 тонну на заданную мощность проекта:

87,5 * 200

Расход воды в год составит 17500 мі.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте разработан участок цеха по производству термопластичного полиуретана марки Витур ТМ-0433-90. В ходе проделанной работы я изучила характеристику готовой продукции, сырья и материалов, а также обосновала технологическую схему и описала технологическую оснастку. Прошла технику безопасности. Произвела материальный и технологический расчёт, а также расчёт энергоресурсов. К пояснительной записке прилагаются чертежи реактора и технологической схемы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Л.З. Альперт «Основы проектирования химических установок» Л.: Высшая школа, 1982 г.

2. Е.А. Брацыхин Е., Э.С. Шульгина «Технология пластических масс» Л.; 1987 г.

3. Ю. К. Мелюшев «Основы автоматизации химических производств и техника вычислений» М.; Химия, 1982

4. Пусковая записка на проведение опытных работ по получению ТПУ на установке непрерывного действия в цехе 02.

5. Методическое пособие «Требования к содержанию и оформлению курсового и дипломного проекта» 2004.

Размещено на Allbest.ru