Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

марка смолы - КФ-МТ-15;

программа выпуска - 100 000 м3 ДСтП;

производительность - 110 000 тонн смолы в год.

Введение

Рациональное использование древесины невозможно представить без применения синтетических смол и клеев. Деревообрабатывающая промышленность -- один из основных изготовителей и потребителей синтетических смол. Значительное развитее всех отраслей деревообработки и увеличения ассортимента выпускаемой продукции предопределили создание клеев, отвечающих специфическим требованиям каждого производства. В соответствии со сложившимися реалиями, потребность в производстве мебели все больше, значительно увеличивается выпуск специальных видов фанеры для авто, вагона, контейнеростроения , на более отдаленную перспективу ставится задача улучшения качества продукции и повышения комплексности переработки древесного сырья.

Следовательно, потребность в синтетических смолах также значительно увеличится. Наряду с увеличением объема производства возникает необходимость разработки новых марок быстроотверждающих и малотоксичных смол, позволяющих повысить производительность оборудования по выпуску древесных плит и фанеры.

С разработкой новых видов синтетических смол в деревообрабатывающей промышленности осваиваются новые автоматизированные линии по производству ДСтП, мебели, фанеры и клееного паркета; быстроотверждающиеся синтетические с низким содержанием свободных продуктов позволяет значительно повысить эффективность технологии изготовления клееной продукции и улучшить условия труда.

Синтетические клеящие смолы относят к классу высокомолекулярных органических соединений и получают из низкомолекулярных веществ (мономеров) реакций поликонденсации и полимеризации.

Разнообразие изделий, выпускаемых деревообрабатывающей промышленностью, и различие в условиях их производства и эксплуатации предъявляют определенные требования свойствам применяемых клеящих веществ. Синтетические клеящие смолы, используемые в деревообрабатывающей промышленности, могут быть классифицированы по нескольким признакам:

- по методу получения (конденсационные и полимеризационные);

- по отношению к нагреванию (термореактивные и термопластичные);

К термореактивным относят клеящие вещества, необратимо переходящие при нагревание в твёрдое, не растворимое состояние.

К термопластичным относятся клеящие вещества, способные многократно размягчатся при нагревании и затвердевать при охлаждении.

-по водостойкости клеевых соединений все клеящие вещества делят на четыре группы: неводостойкие, средние, повышенной и высокой водостойкостью;

К неводостойким относятся клеевые соединения, разрушающиеся под воздействием воды.

Средней водостойкостью обладают клеевые соединения, выдерживающие воздействие холодной воды.

Повышенном водостойкостью обладают клеевые соединения, выдерживающие воздействие кипящей воды в течение одного часа.

Высокой водостойкостью обладают соединения, выдерживающие кипячение в течение трёх часов.

- по условиям склеивания различают клеящие вещества отверждающиеся при нагревании и без нагревания;

- по внешнему виду клеящие вещества могут быть жидкими, порошкообразными , плёночными , гранулированными.

Синтетические полимеры в больших объёмах применяются в производстве древесностружечных и древесноволокнистых плит, древесных пресс-масс, фанеры, отделочных материалов на основе бумаги, шпона и др. Наиболее широкое применение имеют клеи на основе карбамидоформальдегидных, меламиноформальдегидных олигомеров.

Ламинирование - это облицовывание древесностружечных плит плёночными материалами с низкой степенью отверждения смолы. Основное назначение пропиточных смол - изготовление плёнок на основе бумаг для отделки древесных плит и фанеры. Для получения различного рода плёнок на бумажном основе в зависимости от их назначения применяют меламиноформальдегидные, карбамидоформальдегидные и фенольные пропиточные смолы. В некоторых случаях для пропитки бумаг используют смесь карбамидоформальдегидных и полиэфирных пропиточных смол. Меламиноформальдегидные продукты конденсации, известные как меламиновые смолы, широко применяются в деревообрабатывающей промышленности при ламинировании древесных плит и фанеры. Меланин образует с формальдегидом смолы, которые отверждаются при нагревании и под давлением, образуя прозрачные покрытия с высокой стойкостью к истиранию, водостойкостью и стойкостью к органическим растворителям, разбавленным кислотам и щелочам. Эти свойства делают меламиновые смолы особенно ценными для получения декоративных плёнок на бумажной основе, предназначенных для отделки древесных плит и фанеры.

Технологическая часть

карбамидоформальдегидный синтетический смола

Фенолформальдегидные смолы (PF, от англ. Phenol formaldehyde resin) -- синтетические смолы со свойствами реактопластов или термореактопластов. Являются жидкими или твердыми олигомерными продуктами поликонденсации фенола с формальдегидом в щелочной или кислой среде (бакелиты, новолачные и резольные смолы), что соответственно влияет на их свойства.

1) Феномл (гидроксибензол, устаревшее карболовая кислота) C6H5OH -- простейший представитель класса фенолов. Бесцветные игольчатые кристаллы, розовеющие на воздухе из-за окисления, приводящего к образованию окрашенных веществ. Обладают специфическим запахом (таким, как запах гуаши, т. к. в состав гуаши входит фенол). Умеренно растворим в воде (6 г на 100 г воды), в растворах щелочемй, в спирте, в бензоле, в ацетоне. 5 % раствор в воде -- антисептик, широко применяемый в медицине.

Мировое производство фенола на 2006 год составляет 8,3 млн тонн/год. По объёму производства фенол занимает 33-е место среди всех выпускаемых химической промышленностью веществ и 17-е место среди органических веществ. 30 % фенола расходуется на производство фенолформальдегидных смол

Фенолы выделяют из каменноугольной смолы, а также из продуктов пиролиза бурых углей и древесины (деготь). Промышленный способ получения самого фенола С6Н5ОН основан на окислении ароматического углеводорода кумола (изопропилбензол) кислородом воздуха с последующим разложением получающейся гидроперекиси, разбавленной H2SO4 (рис. 8А). Реакция проходит с высоким выходом и привлекательна тем, что позволяет получить сразу два технически ценных продукта - фенол и ацетон. Другой способ - каталитический гидролиз галогензамещенных бензолов.

2) Формальдегид - бесцветный газ с резким раздражающим запахом. Хорошо растворим в воде, метаноле, этаноле и других полярных растворителях. При низких температурах смешивается в любых соотношениях с толуолом, диэтиловым эфиром, этилацетатом, хлороформом. Водные растворы формальдегида носят название формалин. Как правило, формальдегид реализуется в виде 37-40% водного раствора, стабилизированного метанолом. Чистый газообразный формальдегид стабилен при 80-100°C, при более низких температурах медленно полимеризуется. При упаривании водных растворов в вакууме образуется параформальдегид (параформ) (CH2O)n, где n=8-12. Параформ - линейный полимер формальдегида.

Основной способ получения формальдегида -- окисление метанола: 2CH3OH + O2 > 2HCHO + 2H2O. Окисление метанола в формальдегид проводится с использованием серебряного катализатора при температуре 650 °C и атмосферном давлении.

Это хорошо освоенный технологический процесс, и 80 % формальдегида получается именно по этому методу.

Недавно разработан более перспективный способ, основанный на использовании железо-молибденовых катализаторов. При этом реакция проводится при 300 °C. В обоих процессах степень превращения составляет 99 %. Формальдегид хорошо растворяется в воде, температура плавления -118 0С, температура кипения -19 0С, температура самовоспламенения -- 435 °C.

Карбамидоформальдегидные смолы -- это продукт поликонденсации карбамида с формальдегидом.

Технология получения смол такого класса состоит, как правило, из трех стадий. Синтез проводят в аппарате с перемешивающим устройством, снабженным рубашкой. На первой стадии процесс поликонденсации ведут в щелочной среде при значении рН = 7,5-8 (щелочная конденсация) и мольном соотношении карбамид : формальдегид соответственно 1: 1,6-1,9. Вторую стадию ведут в кислой среде при рН = 4,5 -- 4,8 (кислая конденсация). Данная стадия характеризуется резким нарастанием вязкости вследствие увеличения молекулярной массы продукта. После окончания стадии кислой конденсации в смолу вводят дополнительную порцию карбамида, для доведения остаточного мольного соотношения карбамид : формальдегид соответственно 1 :1,3 - 1,4 и проводят сушки полученного связующего до требуемого значения условной вязкости (стадия сушки). После смолу охлаждают и проводят ее модификацию, направленную на улучшение ее токсических (снижение уровня свободного формальдегида до значения ниже 0,3%) и физико-механических свойств.

Температурный режим

Температура синтеза должна находиться в пределах 88--94 °С, для чего после загрузкиформалина и растворения в нем карбамида в рубашку реактора подают пар, до достижения температуры порядка 80 °С. Скорость нагрева должна составлять 1--1,5 °С/мин. По достижении температуры 80 °С подачу пара в рубашку прекращают, а дальнейший подъем температуры осуществляется за счет тепла экзотермической реакции. При повышении температуры в реакторе выше 94 °С, в рубашку подают оборотную воду. Стадию модификации ведут, как правило, при температуре 40--50 °С.

Исходное сырье

Исходными материалами для производства карбамидоформальдегидных (КФ) смол являются:

· карбамид (CO(NH2)2)

· формальдегид (HCOH)

Соотношение компонентов 1:1,5 - 1:2 соответственно.

Применение

Карбамидоформальдегидные смолы нашли широкое распространение в различных сферах производства и строительства. Они применяются при производстве карбамидно-формальдегидного пенопласта, древесностружечных и древесноволокнистых плит, а также фанеры. Кроме того они применяются при изготовлении специальных влагопрочных сортов бумаги и картона.

Наиболее широкое распространение получили КФ смолы в технологических процессах деревообработки. Их преимущества: широкая сырьевая база, недороги, дают прочный клеевый шов средней водостойкости, обладают высокой скоростью отверждения, имеют слабый запах, практически бесцветны.

Карбамидоформальдегидные смолы марок КФЖм и КФ-МТ-15 применяются как связующее в производстве древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит.

Область применения КФ-МТ-15 - производство древесно-стружечных плит пониженной токсичности поддонным способом.

Основные марки карбамидоформальдегидных смол

Свойства

КФ-смолы представляют собой сиропообразные жидкости с концентрацией 60-65% после отгонки воды под вакуумом. Имеют ряд преимуществ и недостатков в сравнении с другими полимерами.

Преимущества: дают прочный клеевый шов средней водостойкости, обладают высокой скоростью отверждения, имеют слабый запах, практически бесцветны.

Недостатки: ограниченная водостойкость и теплостойкость в интервале температур -400 до +600С, наличие токсичного компонента - свободного формальдегида, значительная усадка клея, плохое зазорозаполнение и повышенная коррозионная опасность.

Учитывая недостатки, клеи применяют только в комнатных, или защищенных от атмосферных воздействий условиях.

Физико-химические показатели

Срок годности смолы при надлежащем хранении должен составлять не менее 45 суток с момента изготовления.

Расчётная часть

Расчёт годовой программы

Расчет годового фонда рабочего времени

Производство смол осуществляется в соответствии с технологическим регламентом периодическим или полунепрерывным способом.

Годовой фонд рабочего времени:

Тгод=325*2*8=5200

где:

Тдн - число рабочих дней в году (325);

Qcм - количество смен (2);

tсм - количество часов в смену (8).

Производительность реактора.

Мощность цеха смол определяется техническими характеристиками и количеством реакторов. Реакторы различают по номинальной вместимости от 3,2 до 16 м3. Выбираем реактор объемом 16м3.

V=Vреак*pсмолы

V=16*1200=19200 кг=19,2т.

V - полезный выход одного синтеза, т.

pсмолы - плотность смолы

Расчет производительности реактора (П) осуществляется по формуле

V-полезный выход одного синтеза, т;

Тгод -годовой фонд времени, ч;

Ки - коэффициент использования оборудования 0,79…0,9;

- продолжительность одного синтеза, ч;

- вспомогательное время которое складывается из затрат времени на загрузку исходных мономеров, выгрузку готовых олигомеров, охлаждение или нагрев реактора и принимается равным 30…40 мин (0.5…0.75 ч)

-время проведения синтеза по технологическому регламенту, 6-7ч.

7+0.75=7,75 ч; т.

Количество реакторов (n) определяется по формуле

n=Р/П

П - производительность одного реактора, т

Р - необходимое количество олигомера для выполнения программы

n=35000/10306=3,39~3реактора.

Расчёт потребного количества сырья и материалов.

Расчёт потребного количества сырья и материала начинается с расчёта рецептуры смол.

Техника безопасности при производстве синтетических смол

В производстве синтетических смол применяют материалы, оказывающие токсическое действие на организм человека.

Фенол -- сильный яд, вызывающий раздражение дыхательных путей; при длительном воздействии на организм наступает общее отравление.

При попадании на ткани человека фенол оказывая сильное раздражение и прожигающее действие. Предельно допустимая концентрация паров фенола в воздухе 0,005 мг/л.

Температура вспышки фенола 85°С, температура воспламенения 395°С.

Формальдегид -- ядовитый газ. Он раздражает слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз оказывает токсическое действие на нервную систему человека.

Предельно допустимая концентрация формальдегида в воздухе 0,005 мг/л.

Формальдегид -- горючий, взрывоопасный газ с температурой самовоспламенения 430°С.

Фенолформальдегидные смолы действуют на кожу, они вызывают дерматиты и экземы.

В производстве смол пожароопасны фенол, крезоля ксиленолы, параформ и органические растворители взрывоопасны смеси паров органических растворителей и газообразного формальдегида при определенных коне центрациях этих веществ в воздухе.

Аппараты для производства фенолформальдегидных смол должны быть оборудованы предохранительным клапанами, сообщающимися с атмосферой.

Производственные помещения должны быть оснащены вентиляционными системами, обеспечивающими не менее чем 10-кратный воздухообмен.

При конденсации карбамидных смол необходимо учив тывать вредное воздействие паров и растворов формолина и не допускать его попадания на одежду, руки а также не допускать разлив его на оборудование и на пол.

Работающие с формалином и каустиком должны быть знакомы с действующими инструкциями по охране труда и технике безопасности по работе с этими веществами.

При вакуумировании карбамидных смол отгоняются метиловый спирт, частично формальдегид, летучие продукты и вода. Этот отгон (надсмольная вода) должен уничтожаться путем сжигания в специальных печах или вывозиться в закрытых цистернах в места, выдедяемые санитарной инспекцией. Сливать отгоняемую воду в канализацию запрещается.

К работе на реакторе допускаются лица, прошедшие специальный инструктаж и хорошо ознакомленные с правилами работы на нем, а также со свойствами исходного сырья и готовых мочевино-меламино-формальдегидных смол.

Загрузку формалина, конденсацию смолы и выгрузку готовой смолы следует производить при надежно действующей приточно-вытяжной вентиляции.

Аппаратчик должен работать в соответствующей спецодежде (халате, прорезиненном фартуке, защитных очках, резиновых перчатках и головном уборе). Работать разрешается только на исправном реакторе с герметически закрытыми крышкой, загрузочным и разгрузочным люками.

Термометр или иной терморегистрирующий прибор должен быть установлен так, чтобы показывать истинную температуру раствора или смолы. Необходимо строго соблюдать температурный режим, ке допуская перегрева (против температурного регламента по инструкции), во избежание выброса раствора или смолы. Нельзя допускать нагрев теплообменника холодильника.

Выгружать смолу из реактора после ее охлаждения следует при открытом загрузочном люке.

Список литературы.

1. Цветков В.Е. , Пасько Ю.В., Мачнева О.П. Полимеры в производстве древесных материалов (учебно-методическое пособие к курсовой работе).-М.:ГОУ ВПО МГУЛ, 2007.-23с.

2. Цветков В.Е. , Пасько Ю.В., Кремнев К.В., Мачнева О.П. Полимеры в производстве древесных материалов: практикум- М.: ФГБОУ ВПО МГУЛ, 2012.-55с.

3. Полимеры в производстве древесных материалов: учебник / В.И. Азаров , В.Е. Цветков.-2-е изд.-М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2006.-236с.

Размещено на Allbest.ru