Проект цеха синтеза карбомидоформальдегидных смолы, мощностью 12. тыс. 
тонн в год при производстве ДСП

Объем этих емкостей должен удовлетворить суточную потребность цеха в указанных химикатах. Емкости приготовления оборудуются перемешивающими устройствами. Объемы емкостей для приготовления указанных растворов равны соответствующим объемам воды использующимся для производства данных растворов в сутки (табл. 4.5). Плотность воды составляет 1000 км3:

м320 л. м3= 26,8 л 30 л. Емкость для раствора гидроксида натрия:

Таблица 5.

9. Технические характеристики и размеры СЭнв 0,025−1-0,2−0,2 [8, c.55]. Показатель

ЗначениеОбъем, м30,025Остаточное давление в корпусе, кПа4Условное давление, МПа0,07Диаметр вала мешалки в зоне уплотнения, мм35Основные размеры, ммDНLSМасса кг, не более350 740 520 560

Емкость для раствора хлорида аммония:

Таблица 5.

10. Технические характеристики и размеры СЭнв 0,04−1-0,2−0,2 [8, c.55]. Показатель

ЗначениеОбъем, м30,04Остаточное давление в корпусе, кПа4Условное давление, МПа0,07Диаметр вала мешалки в зоне уплотнения, мм35Основные размеры, ммDНLSМасса кг, не более4 008 605 905 752

Объем расходных емкостей 42%-го и 20%-го растворов гидроксида натрия и хлорида аммония составляет 20 л и 30 л соответственно.

3.Мерники и напорные мерники 42%-го и 20%-го растворов гидроксида натрия и хлорида аммония. Так при нормальной работе цеха в сутки необходимо:

л.л.Объемы растворов гидроксида натрия и хлорида аммония слишком малы, и оборудование с указанными параметрами отсутствует в справочнике. В качестве емкостей и мерников указанных растворов можно использовать стальные или полипропиленовые емкости соответствующего объема. 5.

2.3 Расчет емкостей для готового продукта

Выберем сливную емкость для каждого реактора объемом6,3 м³ (в справочнике [8] отсутствуют сливные емкости объемом 5 м3). Выберем сборник стальной эмалированный объемом СЭрив 6,3−31−02. Код ОКП данного изделия: 32 1519 9272

Технические характеристики и размеры сборника представлены в таблице 5.

11. Схема сборника — на рис. 5.

3.Таблица 5.

11. Технические характеристики и размеры СЭрив 6,3−31−02[8, c.33]. Показатель

ЗначениеОбъем, м36,3Остаточное давление в корпусе, кПа4Условное давлениев корпусеи в рубашке, МПа0,6Площадь поверхности теплообмена, м213,8Основные размеры, ммDD1D2D3НН1Н2Н3Н4Н5LL1L2DdМасса кг, не более1 800 200 462 023 753 821 222 806 671 659 626 905 066 957 512 416 182 665 216

Таблица 5.

12. Таблица штуцеров

СЭрив 6,3−31−02.Обозначение

Диаметр условного прохода

А, Г, Д100Е, Ж50Л150Ф15Ч65Рис. 5.

3.Схема сборника смолы: слева — вид в разрезе, справа — вид сверху

Рассчитаем емкости хранениясмолы. Суммарный объем емкостей, снабженных мешалками, должен обеспечить хранение смолы в течение трех суток. Для хранения смолы используют стальные вертикальные емкости, оснащенные рамными мешалками. Рассчитаем объем смолы, производимый в течение трех суток.

м3.С учетом коэффициента заполнения К = 0,8, объем емкостей составит:

м3.Так как использование емкостей большего объема, чем 25 м³, из-за больших габаритных размеров нецелесообразно, то при общем номинальном объеме в 119 м3емкостейобъема 25 м3необходимо:

шт. Подберем соответствующие емкости и опишем их характеристики. Выберем аппарат стальной эмалированный Сэрнв 25−3-Х2−04 (36 1546 9072).Таблица 5.

13. Технические характеристики Сэрнв 25−3-Х2−04 [8, c. 77]Показатель

ЗначениеОбъем, м325Остаточное давление в корпусе, кПа4Условное давлениев корпусеи в рубашке, МПа0,6Площадь поверхности теплообмена, м235Диаметр вала мешалки в зоне уплотнения, мм130Мощность электромотора мешалки, кВт15D3640L4860H7930

Масса, кг, не более170 505.

3 Расчет теплообменника

Для охлаждения и конденсации выделяющихся при синтезе паров воды, формальдегида и возвращения их в сферу реакции реакторы оснащаются конденсаторами (теплообменниками).Расчет конденсатора заключается в определении площади поверхности теплообмена. Рассчитаем конденсатор для реактора объемом 5 м³ (т.е. для ½ от общей загрузки).Таблица 5.

14. Масса компонентов, загружаемых в реактор на одну варку№Наименование

Масса, кг1Карбамид2255,3792

Формалин 37%-й концентрации3689,3303

Раствор едкого натра4,1434

Раствор хлорида аммония4,1435

Вода4,925Итого11 905,99Содержание воды:

в формалине: 2255,4. 0,63 = 1420,9 кг;в растворе гидроксида натрия и хлорида аммония:

4,93 кг;в реакционной смеси 1420,9 + 4,93 = 1425,83 кг. Содержание формальдегида в формалине: 2255,379. 0,37 = 834,5 (кг).Массовая доля формальдегида в реакционной смеси:

Массовая доля воды в реакционной смеси:

Мольная доля воды и формальдегида в реакционной смеси:

где Мв и Мф — соответственно молекулярные массы воды и формальдегида (18 г/моль и 30 г/моль) [14]По таблице [5, c.83] посредством линейной интерполяции находим мольную долю формальдегида в паре при t = 90 °C уф = 0,197. Тогда мольная доля воды в паре составит: ув= 1 — 0,197 = 0,803.Плотность парогазовой смеси, кг/м3, рассчитываем по правилу аддитивности:

где ρф,ρв — плотность паров формальдегида и воды при 90 °C, кг/м3; уф и ув — мольное содержание формальдегида и воды в паре, доли. Плотность паров реакционной смеси рассчитывается по формуле:

где МА — молекулярная масса компонента, А смеси; Т0 = 273°К; Т — температура реакционной смеси, °К.кг/м3кг/м3кг/м3Парогазовая смесь находится в свободном объеме реактора. При номинальном объеме реактора 5 м³ (коэффициент заполнения К 0,8, объем, не занятый реакционной смесью, м3, составит:

м3Масса парогазовой смеси составит:

кг

Теплоту конденсации парогазовой смеси находим по формуле:

гдеrв — удельная теплота парообразования воды, кДж/кг;rф — удельная теплота испарения формальдегида, кДж/кг,; уф и ув — массовые доли формальдегида и воды в парогазовой смеси, доли. Удельная теплота парообразования воды 2285 кДж/кг.Мольная энтальпия испарения формальдегида составляет 23,3 кДж/моль. Тогда удельная теплота испарения формальдегида, кДж/кг, составит:

кДж/кг

Массовая доля формальдегида в парогазовой смеси составит:

где Мф и Мв — мольные массы формальдегида и воды. Массовая доля паров воды в парогазовой смеси составит:

Теперь мы можем рассчитать удельную теплоемкость смеси:

Количество тепла, отбираемое в теплообменнике при конденсации парогазовой смеси рассчитывается по формуле:

кДж/моль

Рассчитаем среднюю разность температур в конденсаторе. Примем температуру поступающей в конденсатор воды равной 16 °C, температуру воды на выходе из конденсатора равной 35 °C, температуру конденсата равной температуре реакционной смеси в реакторе (90°С).Тогда:

Тогда, тогда среднюю разность температур можем рассчитать как среднее арифметическое. Расчет площади теплообменника проводим по формуле:

м2где Ккоэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара органических веществ к воде (230 — 460 Вт/м2.К); τ - время конденсации паров, с (принимаем, что пары конденсируются в течение 1 с).По каталогу [15] выбираем вертикальный, четырехходовой теплообменник кожухотрубчатый600 ТНВ-1−6-М8 25Г6−4.Таблица 5.

15. Основные характеристики конденсатора 600 ТНВ-1−6-М8 25Г6−4№Наименование параметра

Значение1Диаметр кожуха, мм6002

Поверхность теплообмена, м2983

Материал

Нержавеющая сталь4Масса, кг2450

Для приема конденсата во время вакуум-сушки смолы в цехе устанавливают вакуум-сборники конденсата. Объем вакуум-сборника составляет не менее 1/3 от номинального объема реактора. Объем вакуум-сборника равен: м3. Ближайшее стандартное значение объема сборника равно 2,5 м3 — сборник СЭн 2,5 — 31 — 12. Таблица 5.

16. Технические характеристики СЭн 2,5 — 31 — 12 [8, c. 17]Показатель

ЗначениеОбъем, м32,5Остаточное давление в корпусе, кПа4Условное давлениев корпусеи в рубашке, МПа0,16D1400L2545H1780

Масса, кг, не более16 106 РАСЧЕТ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВАПроведем расчет насоса, подающего в реактор формалин. Рассчитаем указанный центробежныйнасос по методике, предложенной в [16, c. 3−6]. 6.1 Расчет производительности насоса

Производительностью насоса Q является подаваемый в единицу времени полезный объёмный расход, измеряемый в м3/с.В течение десяти минут (табл. 5.1) насос заполняет весовой мерникформалином (6,094 м3), который впоследствии самотеком стекает в реактор.

м3/с.

6.2 Расчет напора насоса

Напор насоса Н есть ни что иное как сообщённая перекачиваемой жидкости полезная механическая работа, отнесённая к силе тяжести подаваемой жидкости и выраженная в метрах. Напор насосной установки складывается из следующих составных частей:

1) Нгеодезической высоты подачи — разница высотмежду уровнями жидкости со всасывающей и с напорной стороны. Нг складывается из высот реактора и мерника формальдегида (рис.

3.3).м.2) — суммы всех потерь напора (сопротивления в трубопроводах, сопротивления арматуры и т. д. во всасывающем и нагнетательном трубопроводах). На практике равным принимается 0,05Н, тогда:

м.(6.3)6.3 Расчет потребляемой мощности насоса

Потребляемая мощность Р центробежного насоса есть ни что иное как предаваемая от привода к муфте или валу насоса механическая энергия, она определяется при помощи следующей формулы, гдеρ - плотность перекачиваемого насосом формалина, 1112 кг/м3,η - КПД насоса, %.КПД центробежного насоса представляет собой отношение полезной мощности к потребляемой. Потери мощности в насосе складываются из механических, объёмных, гидравлических потерь. Механический KПД насосов изменяется в пределах ηМ = 0,9…0,98.Объёмные потери в центробежных насосах обусловлены перетеканием жидкости через переднее уплотнение колеса и уплотнение втулки вала. Значения объёмного КПД ηО у современных центробежных машин лежат в диапазоне от 0,96 до 0,98.Гидравлические потери связаны с гидравлическим трением, ударами и вихреобразованием в проточной части. Значения ηГменяются от 0,85 до 0,96. Электрический КПД связан с потерями при преобразовании электрической энергии в механическую.ηэ у современных центробежных насосов лежат в диапазоне 0,96 — 0,98.Произведение всех составляющих даёт полный КПД: Тогда потребляемая мощность равна:

кВт = 180 Вт. На основании рассчитанного значения Р выберем соответствующий тип насоса. Так как объем перекачиваемой жидкости (формалина) достаточно невелик, то для данной операции насоса малой мощности, например насос Кама-17, модернизированный для работы в агрессивных средах. Таблица 6.

1.Технические характеристики насоса Кама-17 Показатель

ЗначениеНоминальное напряжение, В220Потребляемая мощность, Вт400Максимальный напор, м21Подача воды, м3/ч1,2 — 2,2Температура перекачиваемой среды, оС1 — 40Материал проточной части

Алюминиевый сплав

Еще одним вариант может быть реализован за счет подключения системы емкостей с формальдегидом к более мощному насосу, параллельно выполняющим какие-либо другие функции.

7 РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ НОРМ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ЦЕХУРасчет удельного расхода электроэнергии на технологические нужды проводится по номинальной мощности энергоприемников. Составим таблицу с указанием мощностей применяемого оборудования и коэффициентов его загрузки. Коэффициент загрузки — отношение рассчитанной производительности оборудования к его максимальной производительности по технической характеристике. Мощность вспомогательного оборудования принимается за 15−20% от суммарной мощности основного оборудования. Рассчитаем расход энергии за одну варку смолы длительностью шесть часов, и определим расход энергии на производство одной тонны смолы, а также на производство всего объема продукции. Рассчитаем коэффициенты загрузки оборудования. Дробилка ДВГ-2:, где П, Пуст -фактическая и номинальная производительность установки кг/ч.Пневмотранспортер ВСМ-75:, Центробежный насос:, где, Руст — фактическая и номинальная потребляемая мощность, кВт. Таблица 7.

1. Расчет расхода электроэнергии. Наименование оборудования

Кол-во, шт. Установочная мощность, кВтКоэффициент

Длительность работы, чРасход энергии, кВт. ч/сут

Реактор (объем 5 м3)27,500,8020,240,00Дробилка ДВГ-2 19,000,1524,0032,49Пневмотранспортер ВСМ-75 11,500,2524,009,02Емкости хранения смолы (объем 25 м3)515,000,8024,1 440,00Емкости хранения аммиачной воды и раствора NaOH22,500,824,0096,00Центробежный насос10,400,450,670,12Итого1817,63,Вспомогательное и неучтенное оборудование (20%)363,53Итого в сутки2181,16Итого на 1 тонну смолы, кВт57,26Всего за год (12 000 тонн), кВт687 068,81ЗАКЛЮЧЕНИЕВ представленной работе выполнен проект цеха синтеза карбамидоформальдегидной смолы мощностью 12 тыс. тонн в год при производстве ДСП. Среди выполненных в данной работе задач особенно следует отметитьследующие: подробно рассмотрена и проанализирована технологическая схема синтеза карбамидоформальдегидных смол на основе карбамида и фенола, а также на основе карбамида и карбамидо-формальдегидного концентрата. Рассчитан материальный баланс для производства КФК мощностью 12 000 тонн в год для обоих способов. В четвертом разделе данной работы был произведен расчет основного и дополнительного оборудования.

Так, основным оборудованием в представленной технологической схеме являются два реактора объемом 5 м³. С помощью расчетов и справочных данных также были определены: емкости, смесители и мерники для сырья и готовой продукции, а также соединенныес реакторами теплообменники. В данной работе также было рассчитано транспортное средство — центробежный насос, перекачивающий формалин из хранилища в мерник при реакторе. Рассчитанная мощность насоса составила 0,18 кВт. В заключительном разделе работы были рассчитаны энергозатраты на производство 12 000 тонн смолы, составившие, без учета затрат на нагревание реакторной смеси, 687 068,81 кВт.8 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫБазовые марки карбамидоформальдегидных смол[Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://b2blogger.com/articles/review/205.html (дата обращения: 01.

10.2012).Кондратьев В. П., Кондращенко В. Н. Синтетические клеи для древесных материалов. М.: Научный мир, 2004. — 520 с. Доронин Ю. Г., Мирошниченко С. Н., Свиткина М. М. Синтетические смолы в деревообработке.

2-е изд., перераб. и доп. М.: Лесная промышленность, 1987. ;

224 с. Коршак В. В. Технология пластических масс. Под ред. В. В. Коршака. Изд. 3-е, перераб.

и доп. — М.: Химия, 1985 — 560с. Каменков С. Д., Васильев В. В. Технология древесностружечных плит: учеб.

пособие по курсовому и дипломному проектированию. — СПб.: СПбГЛТА, 2006. — 100 с. Федеральный закон Российской Федерации от 23 апреля 2012 г. N 35-ФЗ «О внесении изменений в Трудовой кодекс РФ и статью 122 Гражданского процессуального кодекса РФ». — М.: Российская Газета, 2012

Чертежи аппаратов химической технологии и таблицы к ним [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://www.gaps.tstu.ru/kir/Katalog/Vertik/Index.htm (дата обращения: 02.

10.2012).Эмалированное оборудование: Каталог / НИИ ШАЛЬХИММАШ. — М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991. — 140 с.Мерники. Основные параметры и характеристики. [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://www.avtomash.sura.ru/prod/zapchasti/mernik1.htm (дата обращения: 02.

10.2012).Платформенные большегрузные весы «Титан» [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://www.metra.ru/catalogue_titan.html (дата обращения: 03.

10.2012).Сиденко П. М. Измельчение в химической промышленности. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1977. 348 с. Технические характеристики пневмооборудования. [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://unicom.fromzlatoust.ru/pnevmopr.html (дата обращения: 03.

10.2012).Вертикальные стальные сварные аппараты с перемешивающими устройствами: Каталог / ЦНИИ научн. техн. информ. и техн.

эконом.

иссл. по химич. и нефт. машиностроению. — М: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1988. — 66 с. Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. — Л.: Химия, 1977.

— 376 с. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения: Каталог/ВНИИНЕФТЕМАШ. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991. — 108 с. Расчет параметров центробежных насосов. -

Берлин: KSB, 2009. — 50 с. ПРИЛОЖЕНИЕ АТехнические характеристикикарбамоформальдегидной смолы

КФ-МТ-15№Наименование показателей

КФ-МТ-151Массовая доля сухого остатка, %66,0 ± 2,02Массовая доля свободного формальдегида, %, не более0,153Условная вязкость при (20,0±0,5) °С, сек.: — по вискозиметру ВЗ-246 (В3−4) с диаметром сопла 4 мм50 — 804- по вискозиметру ВЗ-246 (В3−4) с диаметром сопла 6 мм-5Концентрация водородных ионов, рН7,5 — 8,56Время желатинизации при 100 °C, сек.

50−707Смешиваемость смолы с водой при температуре (20±1)°С в соотношении по объему 1:2—8Предельная смешиваемость смолы с водой, при которой наблюдается коагуляция, по объему1:

2 — 1:109Предел прочности при скалывании по клеевому слою фанеры после вымачивания образцов в воде в течение 24 часов, МПа, не менее1,6ПРИЛОЖЕНИЕ БТехнические характеристики гидроксида натрия

Наименование показателя

Норма для марки и сорта

ТРТДРДВысший

Первый1. Внешний вид

Чешуированная масса белого цвета. Допускается слабая окраска. Плавленная масса белого цвета. Допускается слабая окраска. Бесцветная или окрашенная жидкость. Допускается выкристаллизованный осадок.

2. Массовая доля едкого натра, %, не менее98.

594.

046.

044.

0ПРИЛОЖЕНИЕВСодержание формальдегида и карбамида в КФК, вырабатываемых предприятиями химической промышленности

Массовая доля, %Нормируемый показатель для КФК марки

ККФ-983ККФ-2КФК-80КФК-85Общего формальдегида38…4246…5054,5…6059,5…60,5Общего карбамида23,5…26,528…3021…2524,5…25,5