Производство эмали ПФ-115

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Другое
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

2,04 Мб
Опубликовано:

2012-12-02

Все дипломные работы по другим направлениям

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Производство эмали ПФ-115

Введение

В настоящее время лакокрасочные покрытия - основное средство защиты и отделки объектов, предметов и изделий разного назначения. На их долю приходится около 80 процентов противокоррозионной защиты изделий машиностроения, свыше 90 процентов поверхности зданий и строительных конструкций, подвергающихся окрашиванию. Нанесением лакокрасочных покрытий заканчивается процесс производства изделий мебельной, кожевенной, обувной, автомобильной, полиграфической промышленности, многих резиновых изделий.

Велика роль лакокрасочных покрытий как основного средства электроизоляции, герметизации, защиты от излучения, декоративной отделки в электротехнической и электронной промышленности, при производстве космических кораблей и летательных аппаратов.

С развитием потребляющих отраслей промышленности все более возрастают требования к лакокрасочным покрытиям. Сейчас уже нельзяговорить об универсальных покрытиях, как это было несколько десятилетий назад. Все более существенной становится роль покрытий целевого назначения: химически-, термо-, морозо-, огне- и радиационно-стойких, антифрикционных, антиадгезионных, оптически прозрачных и многих других.

Такие покрытия необходимы для борьбы с кавитацией, обледенением, грязеудержанием, обрастанием в морских условиях микроорганизмами, для целей звукоизоляции, светомаскировки и создания источников света, решения ряда санитарно-гигиенических задач.

В связи с этим лакокрасочная промышленность выпускает обширный ассортимент лакокрасочных материалов: лаки, эмали, краски, грунтовки, шпатлевки, различные вспомогательные материалы, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности, в строительстве, на транспорте, в быту. В последние годы ассортимент лакокрасочных материалов значительно расширился.

В связи с неблагоприятной экологической ситуацией все большее значение приобретают водно-дисперсионные лакокрасочные материалы (ВД-ЛКМ), производство и применение которых не связано с использованием токсичных и пожароопасных органических веществ.

К их основным преимуществам относятся низкая токсичность, быстрое высыхание, возможность окрашивать влажные поверхности и проводить окрасочные работы при повышенной влажности воздуха.

Применение таких материалов позволяет исключить использование токсичных и пожароопасных растворителей, которые при отвержении ЛКМ безвозвратно испаряются в атмосферу. Кроме того, в промышленности при работе с этими материалами снижаются требования к охране труда, пожаро- и взрывоопасность окрасочных работ, не требуется применение оборудования для производства и нанесения во взрывозащитном исполнении. Таким образом, использование ВД-ЛКМ приводит кэкономии на себестоимости безвозвратно теряемых растворителей, вентиляции и мероприятиях по технике безопасности, позволяет сделать процесс окрашивания безвредным и пожаробезопасным.

В последнее время ВД-ЛКМ широко применяют в строительстве для наружной и внутренней отделки. Такие материалы должны решать задачи не только декоративной отделки зданий и сооружений, но и защищать постройки от действия влаги, солнечного света, механических или химических повреждений. Наиболее распространены в этом отношении краски на основе поливинилацетата. Преимущество их обусловлено легкостью изготовления водной дисперсии полимера и относительной дешевизной мономера, а так же пригодностью поливинилацетатных красок, как для внутренних, так и для наружных покрытий.

1. Теоретическая часть

.1 Выбор и обоснование способа производства

Лакокрасочные материалы представляют собой композиции, способные обеспечивать формирование на подложке (поверхности изделий) покрытий с заданным комплексом свойств. Возможность формирования слоя покрытия определяется пленкообразующим веществом, которое является основой любого лакокрасочного материала. Пленкообразующие вещества - высокомолекулярные синтетические или природные вещества, а также их смеси, способные вместе с другими компонентами лакокрасочного материала при нанесении тонким слоем формировать покрытия, способные выполнять защитные и специальные функции. Для обеспечения данных функций пленкообразователь должен обладать следующими свойствами:

) достаточной химической инертностью после его превращения в адгезированное покрытие;

2) низкой проницаемостью для внешней среды;

3) высокой адгезией;

4) комплексом физико-механических показателей (прочность, твердость, гибкость и др.),

Свойства пигментированных лакокрасочных материалов и покрытий на их основе определяют природой и соотношением компонентов, применяемых для их изготовления. Однако, поскольку в изготовлении ПЛКМ участвуют главным образом не самопроизвольные процессы, такие как диспергирование, свойства ПЛКМ в значительной степени зависят не только от рецептуры, но и от выбора способа производства /1/. В зависимости от требований, предъявляемых к свойствам красок и эмалей, качества используемого сырья, масштаба производства и его технического уровня применяют периодический мелкосерийный или непрерывный поточный способы производства. Различают три следующих способа введения пигментов в пленкообразующие системы /2/.

. Однопигментный способ, при котором с пленкообразующей системой или частью ее смешивают и диспергируют только один пигмент или пигмент с наполнителем. В этом случае, в зависимости от индивидуальных свойств пигмента можно подобрать оптимальные физико-химические и гидродинамические условия для его диспергирования, т.е. удается подобрать оптимальный вид и режим работы аппарата, что в 2….3 раза повышает производительность оборудования и улучшает дисперсность однопигментной пасты. При поточном производстве устраняются потери и простои на зачистку, и промывку оборудования, неизбежные при переходе с одного вида или цвета красок к другому. Белые однопигментные пасты являются базовыми для изготовления серии однотипных белых и цветных красок добавлением в них недостающего количества пленкообразователей и цветных (колеровочных) паст, изготовляемых отдельно также по однопигментной технологии.

. Многопигментый способ, при котором все входящие в состав композиции пигменты и наполнители одновременно смешивают с пленкообразующей системой или ее частью, например, в шаровых мельницах, и подвергают диспергированию, которое может продолжаться сутки и более, требуют большой затраты энергии и не позволяет получить дисперсность выше 5 мкм.

. На практике часто используют комбинированный способ введения пигментов. Базовые однопигментные пасты изготовляют непрерывным поточным способом. Колеровочные цветные и черные пасты и другие полуфабрикаты изготовляют малыми сериями на периодически работающем оборудовании, наиболее эффективном для данных пигментов (шнековые смесители, аттриторы и др.). Полученные колеровочные пасты совмещают с базовыми красками на последней стадии производства или непосредственно у потребителей.

1.2 Теоретические основы технологических процессов

.2.1 Преддиспергирование

Операцией преддиспергирования или приготовления замеса пигментной суспензии называют механическое смешивание и смачивание сухих пигментов и наполнителей лаками, олифами, растворителями, растворами ПАВ и другими жидкими компонентами, предусмотренными рецептурой, или частью их.

При этом получают пигментную суспензию, в которой произошли процессы смачивания и предварительная дезагрегация пигментов, что облегчает их дальнейшее диспергирование. Смачивание поверхности пигментных частиц является первой фазой формирования адсорбционного контакта между пигментом и компонентами пленкообразователя. Обладая некоторым запасом свободной энергии, пигмент всегда адсорбирует из воздуха различные газы и жидкости. При смачивании раствором связующего или дисперсионной средой, прежде всего, происходит вытеснение с поверхности пигмента этих веществ. Смачивающая способность определяется поверхностной активностью жидкой фазы и ее подвижностью. При одинаковой или близкой величине поверхностной активности (полярности) одного или нескольких компонентов жидкой фазы адсорбированные вещества с поверхности пигмента вытесняются наиболее подвижным (наименее вязким) компонентом (растворителем). Затем происходит вытеснение молекул растворителя более полярным компонентом (ПАВ, пленкообразователь). В конечном итоге на поверхности пигмента адсорбируются вещества, имеющие наибольшую разность дипольных моментов с молекулами пигмента. Многие пленкообразователи обладают собственной поверхностной активностью. В противном случае в пленкообразующую систему должны быть внесены поверхностно-активные вещества.

Полученная при преддиспергирование пигментная суспензия должна иметь оптимальные для переработки на диспергирующем оборудовании свойства.

В зависимости от концентрации пигментной суспензии выбирают тип оборудования.

Предварительное смешивание компонентов пигментных паст, диспергируемых на бисерных мельницах, производится в смесителях - дисольверах периодического действия, снабженных быстроходными дисковыми мешалками типа фреза (дискофрезными мешалками) /3/.

1.2.2 Диспергирование

Обязательным условием получения качественных пигментированных лакокрасочных материалов является равномерное распределение частиц твердой фазы в дисперсной среде. Необходимые эксплуатационные свойства покрытий, сформированных из пигментированных лакокрасочных материалов, достигаются при условии определенной степени дисперсности частиц пигмента и наполнителя.

Диспергирование пигментов в пленкообразующих веществах или растворах является наиболее энергоемкой и сложной стадией производства лакокрасочных материалов. На ее выполнение затрачивается 75-90% всех энергоресурсов, потребляемых при получении ПЛКМ /1/.

Целью диспергирования является разрушение агрегатов первичных частиц пигментов (дезагрегация) с замещением газовой адсорбционной оболочки на жидкую, достижением равномерного распределения первичных частиц в объеме пленкообразователя и предотвращения вторичных процессов флоккуляции (стабилизация).

Исходя из этого, процесс диспергирования пигментов включает две основные стадии, частично перекрывающие друг друга во времени:

) разрушение агрегатов пигментных частиц (дезагрегация), разрушение надмолекулярных структур пленкообразователя, сопровождающееся адсорбционным блокированием ПОВ центров агрегатирования;

2) стабилизация пигментной дисперсии в результате возникновения плотных структурных оболочек из адсорбционных молекул пленкообразователя и поверхностно-активных веществ, специально вводимых при диспергировании.

Ребиндером было установлено, что оптимальным для диспергирования условиям отвечает максимальное понижение межфазной поверхностной энергии на границе раздела твердого тела с окружающей средой, которое при прочих равных условиях достигается использованием поверхностно- активных дисперсионных сред.

Согласно классическим представлениям о влиянии среды на механические свойства твердых тел, мономолекулярный слой ПАВ, адсорбировавшийся на поверхности твердого тела, уменьшает во много раз работу по преодолению молекулярных сил при образовании новой поверхности. Это обусловлено адсорбцией молекул или ионов ПАВ на поверхности клиновидных дефектов и микротрещин, возникающих при воздействии на твердые тела механических нагрузок/4/.

Адсорбционный слой раствора ПАВ, достигая устья микротрещины, образует жидкий клин (рис. 1.1), который приводит к возникновению расклинивающего давления Р_р, оно в свою очередь действует противоположно стягивающему давлению вогнутого мениска жидкости Р_л и значительно больше последнего.

Развитие микротрещин под влиянием расклинивающего действия адсорбционного слоя

Наиболее эффективное действие ПАВ проявляется в результате расшатывания кристаллических структур по слабым местам - дефектам структуры. Это явление приводит к понижению упругости, прочности и твердости, благодаря чему увеличивается пластичность материала и облегчается диспергирование твердых тел. Оно получило название «адсорбционного понижения прочности» или «эффекта Ребиндера» /7/.

Рис.1.1 Р_р- расклинивающее давление, Р_л- давление Лапласа (стягивающее давление вогнутого мениска).

Формирование адсорбционного слоя пленкообразователя на поверхности пигментных частиц - это сложный физико-механический процесс, зависящий от многих факторов. Основные из них - природа, структура и молекулярная масса пленкообразователя, концентрация раствора, природа растворителя.

Структура и свойства адсорбционного слоя на поверхности пигментных частиц определяется характером поверхности пигмента и адсорбционными свойствами пленкообразователя: они, как правило, не изменяются. Нижний слой связан в отдельных точках физико-химическим взаимодействием непосредственно с поверхностью пигмента, и, как правило, повторяет его надмолекулярную организацию, которую пленкообразователь имеет в растворе. Последующие слои закреплены связями в самомассоциате, но тоже испытывают ориентирующее действие пигмента. Расположенные в непосредственной близости от адсорбционного слоя молекулы тоже в определенной степени ориентированы действием пигментной частицы и образуют сольватную оболочку толщиной 0,1…10 мкм, препятствующую слипанию пигментных частиц.

Большое значение имеет плотность расположения и плотность адсорбционных центров, иначе говоря, структура силового поля твердой поверхности. Под влиянием силового поля может изменяться конформация адсорбированных молекул, нарушаться наиболее слабые внутримолекулярные связи, вследствие чего клубки могут развертываться и полимерные молекулы более плотно облегчать поверхность пигмента.

Пригодность среды к диспергированию в значительной мере зависит от свойств пигмента и определяется рядом условий, к которым в первую очередь относятся следующие:

) вещества, образующие жидкую среду, должны содержать полярные группы с большим сродством к активным центрам поверхности пигментов;

2) молекулы пленкообразующего вещества должны иметь достаточно большие размеры (молекулярный вес в пределах 1000…3000) и линейное строение;

) растворители должны хорошо сольватировать молекулы пленкообразующего вещества, разделять пачки и развертывать глобулы, приближая свойства растворов к ньютоновским жидкостям, но сам низкомолекулярный растворитель не должен хемосорбироваться на активных центрах поверхности пигментных частиц.

Если не выполняется первое условие, то смачивание и адсорбция будут незначительны и эффективное диспергирование становиться невозможным. При любой продолжительности диспергирования с приложением больших механических усилий частицы пигмента вновь будут объединяться в еще более крупные агрегаты, а затраченная механическая энергия превратиться в тепловую.

При соблюдении первого условия, но не соблюдении второго, т.е. при невозможности образования адсорбционных оболочек достаточной толщины, пигментная суспензия получается агрегативно неустойчивой. Полимерные молекулы со сравнительно высоким молекулярным весом (~ 4000), адсорбируясь частью полимерных звеньев на поверхности частиц, своими «хвостами» стерически блокируют доступ молекулам к пигментной поверхности. Небольшие молекулы жирных кислот и их глицеридов, легко проникают в пигментные агрегаты, смачивают их внутреннюю поверхность и оказывают расклинивающее действие.

Более активными являются относительно большие молекулы, находящиеся в растворе в развернутом виде. Молекулы, свернутые в клубки (глобулы) или связанные в пачки, не проникают в агрегаты и стерически препятствуют адсорбции на поверхности пигмента более активных малых молекул.

При самом совершенном диспергировании, если частицы пигментов лиофобны к дисперсионной среде, то образуется термодинамически неравновесная система, склонная к самопроизвольному разрушению.

Различают два вида устойчивости неоднородных систем: агрегативную и кинетическую. Первая определяется как постоянство дисперсности твердой

фазы и обусловлена лиофилизацией частиц, что препятствует сливанию. Кинетическая устойчивость обусловлена тепловым (броуновским) движением частиц. Коллоидные частицы пигментов размером 0,1…0,3 мкм подвержены броуновскому движению. Сталкиваясь между собой под влиянием сил притяжения, они коагулируют, образуя агрегаты. Это вызывает снижение агрегативной устойчивости. Достигнув определенного размера, под влиянием силы тяжести агрегаты оседают, образуя плотный осадок. Это вызывает снижение кинетической или седиментационной устойчивости.

Толщина, строение и прочность адсорбционного полимерного слоя с поверхностью пигмента определяют агрегативную устойчивость пигментных дисперсий. Введение ПАВ обеспечивает повышение агрегативной устойчивости/4/.

Итак, диспергирование является сложным, многостадийным физико-химическим процессом, от правильности проведения которого зависит качеств лакокрасочного материала.

.2.3 Стабилизация

Данная операция проводиться после получения готовой краски

Уменьшение объемной концентрации пигмента и увеличение содержания жидкой части при разбавлении пигментных паст может сопровождаться изменениями взаимодействия компонентов системы, что отражается на дисперсности материала и его седиментационной устойчивости.

Стабильность пигментных дисперсий зависит главным образом от прочности и природы наружной поверхности сольватного слоя. Прочность сольватного слоя должна быть такова, чтобы при сжатии и больших скоростях сдвига, он не разрушался. Сольватный слой находится в равновесии с окружающим раствором, и любое изменение состава и количества пленкообразователя или растворителя приводит к перестройке слоя и установлению нового равновесия.

При полном насыщении поверхности пигмента стабильность системы может уменьшаться, так как сольватные оболочки становятся замкнутыми и связь твердой поверхности с окружающей средой ослабляется. В случае образования структурированных оболочек, но имеющих лиофобную наружную границу, может происходить флокуляция (укрупнение агрегатов) при сцеплении наружных поверхностей оболочек.

Стабильность пигментной суспензии, характеризуется неизменностью во времени ее составных параметров: дисперсности и равномерного распределения дисперсной фазы в жидкой среде.

Высокодисперсные суспензии термодинамически неустойчивы и склонны к самопроизвольному укрупнению частиц, а грубодисперсные к их оседанию.

.2.4 Фильтрование

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий с использованием пористых перегородок, которые задерживают твердую фазу суспензии и пропускают ее жидкую фазу.

Фильтрование осуществляется в фильтровальных мешках, которые представляют собой толстостенные, пористые короткие трубки. В процессе фильтрации краска продавливается через длинные каналы малого сечения, пронизывающие стенку мешка, при этом в потоке фильтруемого материала возникают большие касательные напряжения, за счет которых протекает процесс дополнительного диспергирования агрегатов пигментных паст.

Фильтрование связано со сложной взаимозависимостью между свойствами суспензии и фильтровальной перегородки.

Твердые частицы, увлекаемые потоком жидкости к фильтровальной перегородке, попадают в различные условия. Твердая частица задерживается на поверхности фильтровальной перегородки, если размер пор на этой поверхности меньше размера частиц. При условии, что размер твердой частицы меньше размеры поры в самом узком ее сечении, частица может пройти через фильтровальную перегородку вместе с фильтром. Однако она может задержаться внутри фильтровальной перегородки в результате адсорбции на стенках поры или механического торможения на том ее участке, который имеет неправильную форму. Такая застрявшая частица будет уменьшать эффективное сечение поры, и вероятность задерживания в ней последующих твердых частиц увеличивается. Возможен такой случай, когда отдельная твердая частица полностью закупоривает пору и делает ее непроходимой для других частиц/5/.

1.3 Выбор основного оборудования

Преддиспергирование пигментной суспензии

По конструкции оборудование для преддиспергирования представляет собой смесители. Выбор конструкции смесителя определяется главным образом вязкостью получаемой пигментной суспензии (пасты).

Для получения паст высокой вязкостью применяются горизонтальные двухвальные смесители с Z-образными лопастями, а также вертикальные смесители с подъемными планетарными мешалками и передвижным конвейером - дежой.

Предварительное смешение компонентов пигментных паст низкой и средней вязкости производиться в быстроходных смесителях - дисольверах /1/.

Для преддиспергирования выбираем дисольвер, так как получаемая пигментная паста обладает средней вязкостью.

Дисольвер - цилиндрический аппарат, снабженный быстроходной мешалкой дискофрезного типа - импеллером.

В дисольверах происходит процесс смешения пигмента с раствором пленкообразователя, смачивание пигмента, а также процесс первичного диспергирования. При вращении импеллера содержимое дисольвера приводится в интенсивное движение, и паста подвергается воздействию сил сдвига. За счет этого достигается определенная степень дисперсности пасты в результате разрушения крупных агрегатированных структур.

Различают несколько типов дисольверов:

) дисольверы периодического действия с индивидуальным приводом;

2) дисольверы периодического действия с подъемно-поворотной мешалкой, предназначенной для обслуживания двух стационарных корпусов;

) дисольверы периодического действия с подъемной мешалкой и сменным корпусом;

) дисольверы непрерывного действия;

Диспергирование пигментной суспензии:

Диспергирование - наиболее трудо- и энергоемкая операция, осуществляемая при получении пигментированных лакокрасочных материалов.

Аппаратурное оформление процесса диспергирования зависит от требований, предъявляемых к качеству пигментной суспензии, от количественного соотношения пигментов и пленкообразователей в перерабатываемой пасте, вязкости перерабатываемой пасты. Качественное проведение процесса диспергирования обеспечивает стабильность лакокрасочного материала и заданные свойства покрытий. Обычно операция диспергирования проводиться в машинах - диспергаторах, классифицируемых по двум признакам: по характеру движения рабочих тел и по реологическим свойствам (вязкости) обрабатываемой пасты.

Существенной особенностью диспергаторов является жесткое или свободное крепление в них рабочих тел. В первом случае скорость движения рабочих тел не зависит от вязкости пигментной суспензии, во втором, зависти в большей мере, вплоть до прекращения их движения. В связи с этим диспергирующее оборудование делиться на две группы:

) машины с жестко закрепленными рабочими телами (валковые машины, экструдеры, резиносмесители и т.д.)

) машины со свободнодвижущимися в пигментной пасте рабочими телами (шаровые машины, бисерные мельницы, аттриторы).

Эффективность действия оборудования первой группы растет с повышением вязкости обрабатываемой пасты. Максимальная эффективность аппаратов второй группы достигается при оптимальной вязкости паст /1/.

Поскольку пигментная суспензия имеет среднюю вязкость, то более подробно рассмотрим диспергирующее оборудование, используемое для пигментных суспензий средней вязкости.

ü Шаровая мельница является аппаратом периодического действия со свободно движущимися телами - шарами. В ней одновременно проводиться замес и перетир пигментной пасты. Она представляет собой стальной барабан, который внутри футерован фарфоровыми плитками или металлическим кожухом из броневой нержавеющей стали.

К преимуществам шаровых мельниц относят:

) полная герметичность;

2) простота и надежность конструкции;

) возможность исключения операции предварительного смешения пигментов и наполнителей со связующим;

) возможность диспергирования паст с труднодиспергируемыми пигментами и наполнителями;

К недостаткам:

) громоздкость;

2) шум во время работы;

) трудность очистки при переходе на другой вид пасты (длительная замывка);

) более низкая производительность по сравнению с бисерными мельницами и аттриторами;

) в шаровых мельницах с гладкой футеровкой работу по диспергированию осуществляют только верхние слои шаров. Большая масса шаров неподвижна относительно друг друга /1/.

ü Бисерные машины в настоящее время являются основным видом диспергаторов, применяемых в производстве пигментированных лакокрасочных материалов. Они состоят из вертикально или горизонтально расположенного контейнера, заполненного мелющим телами с размером 0,5…3 мм, которые приводятся в движение установленными на валу дисковыми мешалками различной конструкции. Мелющими телами служат шарики из стекла, фарфора, стали, карбида вольфрама, силикальцита, оксида циркония и других материалов. Частота вращения вала с мешалками меняется от 500 до 1500 об/мин в зависимости от диаметра контейнера. Бисерные машины оснащены рубашками охлаждения для регулирования температуры пигментной суспензии.

Горизонтальные бисерные мельница обладают рядом преимуществ по сравнению с вертикальными:

более экологически чистые, потому что имеют герметичный контейнер;

лучшее распределение диспергирующих тел по объему контейнера, в результате чего увеличивается удельная производительность с единицы объема размольной камеры;

высокая эффективность диспергирования, поскольку увеличивается степень заполнения контейнера бисером.

Основные преимущества бисерных машин:

) высокая производительность при относительно небольших габаритах;

2) простота конструкции и обслуживания;

) непрерывность процесса диспергирования и возможность его автоматизации;

) возможность достижения высокой степени диспергирования;

) бесшумная работа;

) хорошая герметичность;

) более низкий расход электроэнергии по сравнению с шаровыми мельницами и трехвалковыми краскотерочными машинами.

К недостаткам бисерных машин относят:

) малая эффективность диспергирования грубодисперсных и абразивных пигментов при использовании керамического и стеклянного бисера;

2) необходимость установки сравнительно громоздкого и энергоемкого оборудования (дисольверов) для проведения операции преддиспергирования;

) быстрый износ мелющих тел, ротора и корпуса контейнера/1/.

Выбираем горизонтальную бисерную, так как шаровая мельница имеет низкую производительность.

Составление и постановка краски на тип

Составление пигментированных лакокрасочных материалов производится, как правило, в смесителях. Различают вертикальные и горизонтальные смесители. При объеме смесителя до 16 м³ это почти всегда вертикальные смесители, а при емкости более 16 м³ всегда горизонтальные. Это объясняется тем, что вертикальные при большом объеме имеют общую высоту 10…13 м, что затрудняет их монтаж в цехе.

Для проекта выбираем вертикальный смеситель. Смеситель представляет собой вертикальный аппарат с цилиндрическим корпусом, приварным сферическим днищем и съемной сферической крышкой.На крышке смесителя установлена стойка, к которой крепиться редуктор с установленным на нем электродвигателем. Также на крышке размещаются технологические люки и штуцера, предназначенные для загрузки сырья, подачи инертного газа, отбора проб, осмотра и ремонта аппарата. Смеситель снабжен тихоходной якорно-рамной мешалкой. Вал мешалки соединен с валом редуктора посредством соединительной муфты. Выгрузка содержимого смесителя осуществляется насосом через сливной штуцер, расположенный в нижней части аппарата.

Фильтрация краски

Для очистки краски от крупных агрегатов, частиц пигмента, механических примесей применяют центрифуги, сепараторы и фильтры.

Центрифуги применяются для очистки ЛКМ от механических примесей, имеющих плотность большую, чем плотность среды. Но поскольку в состав краски входят пигмент и наполнители, плотность которых больше плотности среды (пленкообразователя), а также тонкодисперсные включения, плотность которых незначительно отличается от плотности среды, то центрифуги применять не рекомендуется /1/.

Для очистки ЛКМ от примесей любой плотности, в том числе равной или меньшей плотности пленкообразователя, применяют фильтры.

При фильтрации краски возникает ряд трудностей, обусловленных их значительной вязкостью и наличием не только твердых механических примесей, но и частиц гелей. В алкидных лаках возможно наличие хлопьевидных и слизистых веществ. Примеси этого вида выделяются из лака в виде мажущихся пастообразных осадков, которые способны закупоривать поры фильтрующего материала, делая его непроницаемым для жидкости. Распространение в промышленности нашли фильтры различных конструкций, в которых фильтрация осуществляется через ткань, картон или намывной слой из вспомогательных материалов.

В данном проекте для фильтрации краски применяется высокоэффективный фильтр типа «Кюно».

Фасовка краски

Фасовка готовой краски в тару производиться с помощью фасовочных машин. Работа фасовочных машин основана на весовом и объемном принципе.

Для машин, работающих по принципу взвешивания, применяются весы, оборудованные отсекателями заданного веса (пневматическими, магнитными). При первом взвешивании фиксируется масса тары, автоматически включается наполнительное устройство, при этом фиксируется суммарная масса тары и готового продукта. По достижению заданной массы срабатывает отсекатель и прекращается подача краски в тару.

В машинах с объемным принципом дозирования применяются поршневые дозаторы с точной регулировкой хода поршня, а следовательно, и объема подаваемой порциями жидкости. Такие машины применяются для фасовки ПЛКМ, обладающих повышенной вязкостью, и для фасовки в мелкую тару /1/.

В проектируемом производстве фасовку краски в тару осуществляем с помощью автоматической установки для дозирования и укупоривания ОВ-16-Compact, работающей по принципу взвешивания. Это универсальная машина для розлива всех типов жидких и пастообразных продуктов низкой и средней вязкости в тару с широкой горловиной. Обладает следующими возможностями:

) возможность розлива в тару от 0,5 до 16 кг;

2) укупорка плоских крышек под прессом;

) компактность и экономичность;

) простота и легкость эксплуатации;

) быстрая замывка при переходе с цвета на цвет;

) работа в трех режимах: только розлив, только упаковка, розлив и упаковка.

1.4 Выбор и обоснование способа производства

. достаточной химической инертностью после его превращения в адгезированное покрытие;

2. низкой проницаемостью для внешней среды;

3. высокой адгезией;

4. комплексом физико-механических показателей (прочность, твердость, гибкость и др.),

Именно свойствами пленкообразователя в основном определяется свойства лакокрасочного покрытия /1,2/.

Вторым по важности компонентом пигментированных лакокрасочных материалов являются пигменты. Взаимодействуя сорганическими пленкообразователями, пигменты создают с ними структурные сетки, формируя пленку, тем самым, увеличивая прочность и долговечность покрытия.

Пигментные частицы в пленке, поглощая, отражая и рассеивая равномерно или избирательно лучи падающего света, придают белую, черную или цветную окраску пленке, полностью укрывая цвет находящейся под пленкой подложки. Одновременно пигменты защищают пленкообразователь от деструкции под воздействием солнечных лучей, задерживая его разрушение, и в несколько раз увеличивая долговечность покрытий.

Многие пигменты обладают противокоррозионными свойствами. Находясь в составе грунтовок и непосредственно примыкая к поверхности окрашенного металла, они оказывают пассивирующее действие и задерживают коррозию /3/.

Кроме того, при введении пигментов можно получить покрытия со специальными свойствами: электропроводящие и электроизолирующие, теплостойкие и термоиндикаторные, огнезащитные, противообрастающие, светящиеся и др. /2/.

Пигменты в лакокрасочных покрытиях являются включенной (дисперсной) фазой; непрерывную фазу составляет пленкообразователь и некоторые другие компоненты пленкообразующей системы: пластификаторы, модификаторы и др./6/.

При выборе пигментов необходимо учитывать его химическую совместимость с пленкообразователем, а также назначение, условия отверждения и эксплуатации покрытий.

2. Технологическая часть

.1 Характеристика выпускаемой продукции

Краски поливинилацетатные ВД-ВА представляют собой суспензию пигментов, наполнителей и других специальных добавок в водной гомополимерной поливинилацетатной дисперсии и применяются для покрасок внутри помещений по картону, гипсокартону, штукатурке, шпатлевке, дереву, бетону и другим строительным материалам.

Краска ВД-ВА интерьерная ТУ 2316-005-20514586-04должна соответствовать качественным показателям, приведенным в таблице 2.1

Таблица 2.1

Качественные показатели краски ВД-ВА интерьерной ТУ 2316-005-20514586-04

Наименование показателей	Значение показателей
Внешний вид пленки	После высыхания краска должна образовывать однородную, без кратеров, пор и морщин матовую поверхность
Цвет покрытия	Должен находиться в пределах допускаемых отклонений, установленных образцами (эталонами) или контрольными образцами цвета
Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее	53,0
Степень перетира, мкм, не более	70
Время высыхания до степени 3 при температуре (20+2)⁰С, ч, не более	1,0
Укрывистость высушенной пленки, г/м², не более	120,0
рН краски	6,8-8,2

2.2 Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов

Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов

№ п/п	Наименование сырья, материалов, полупродуктов	Государственный или отраслевой стандарт, технические условия или методика по подготовке сырья	Показатели, обязательные для проверки	Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями
1	2	3	4	5
1	Дисперсия ПВА марки ДФ-51/10с	ГОСТ 18992-80	1. Массовая доля сухого остатка, %, не менее 2. Условная вязкость по кружке ВМС, с 3. Показатель водородных ионов, рН	52 11-40 4,5-6,0
2	Мел М-5	ТУ 5743-010-00186803-95 с изм. 1	1. Белизна,%, не менее по ФБ-2 2. Остаток на сите с сеткой 0045,%, не более	83 0,6
3	Микрокальцит	ТУ 5743-002-63925093-2009	1. Белизна,% 2. Плотность, г/смЗ, не менее	96 2,7
4	Диоксид титана пигментный	ТУ 24.1-05762329-001-2003	1. Массовая доля летучих веществ, %, не более 2. Остаток на сите с сеткой №0045, %	0,4 0,004
5	Каолин кальцинированный	ТУ 5729-010-40705684-2005	1. Массовая доля летучих веществ, % 2. Массовая доля остатка на сите №0045, %, не более	0,5 0,1
6	Натрия триполифосфат	ТУ 2148-095-23380904-2004	рН 1%-ного водного раствора	9,8
7	Карбамид	ГОСТ 2081-2010	Массовая доля воды, %, не более	0,6
8	Антивспениватель ПК-3	ТУ 2484-129-05744685-99	-	-
9	Консервант	-	рН	3,0-5,0
10	Уайт-спирит	ГОСТ 3134-78	1. Плотность при температуре (20,0±0,5)°С г/смі, не более 2. Содержание механических примесей и воды	0,790 отсутствует
11	Бланозе	Импорт	1. Внешний вид 2. Содержание влаги, % не более	Белый, кремовый порошок 0,2
12	Этиленгликоль	ГОСТ 19710-74	1. Внешний вид и цвет 2. Плотность при (20±0,5)°С, г/см3, не менее	Прозрачная бесцветная жидкость без механических примесей и воды 1,11

2.3 Обоснование состава композиции

Рецептура краски ВД-ВА представлена в табл.2. 3

Таблица 2.3

Рецептура краски ВД-ВА интерьерной

№ п/п	Наименование компонентов	Содержание, %	Назначение
1	Дисперсия ПВА	10,9	Связующее
2	Мел	20,0	Наполнитель
3	Микрокальцит	20,0	Наполнитель
4	Двуокись титана	6,0	Пигмент
5	ТПФ натрия	0,5	Диспергатор
6	Антисептик	0,5	Консервант
7	Антивспениватель ПК-3	0,5	Пеногаситель
8	Этиленгликоль	0,5	Антифриз
9	Уайт-спирит	0,1	Коалесцент (функциональная добавка)
10	Бланозе	0,3	Загуститель
11	Каолин	6,0	Наполнитель
12	Вода	34,2	Дисперсионная среда
13	Карбамид	0,5	Функциональная добавка
ИТОГО		100,0

Примечание:

1. Допускается погрешность дозировки отдельных компонентов по массе неболее +2%.

. Допускается замена в эквивалентном количестве этиленгликоля на

диэтиленгликоль других производителей, в том числе импортных при условии сохранения их регламентируемых показателей качества.

.3.1 Дисперсия ПВА

Краски на основе ПВА достаточно светостойки и атмосферостойки. Структуру молекулярной цепи ПВА можно представить следующим образом:

Структурная формула

[-CH₂CH(OCOCH₃)-]_n

Основные физические и химические свойства

физические свойства:

Поливинилацетатная дисперсия (ГОСТ 18992-80) представляет собой вязкую белую однородную жидкость с удельным весом 1,1г/см³, являющуюся продуктом полимеризации винилацетата в водной среде в присутствии эмульгатора и инициатора реакции полимеризации, смешанную с пластификатором или без него.

1. Молекулярная масса от 10 000 до 1 500 000 ;

2. Температура размягчения 30-50 °С;

. Плотность 1,19 г/см³;

. Относительное удлинение 10-20%;

. Теплопроводность 0,16 Вт/(м·К);

. Температура стеклования 28⁰C;

. Теплостойкость по Вику 44-50⁰C, по Мартенсу 30-32⁰C;

. Электрическая прочность 1 МВ/м;

. Влагопроницаемость (2,5-5,8)· 10^-14 кг/(м·с·Па);

10. Газопроницаемость по H₂ 56·10^-15 м³/(м·с·Па).

Поливинилацетат обладает хладотекучестью, устойчив к старению в атмосферных условиях, высокой адгезией к различным поверхностям, хорошими оптическими свойствами, износостоек. Хорошо растворим в кетонах, сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, метаноле, хуже - в этаноле. Не растворим в воде, алифатичных углеводородах, бензине, минеральных маслах, гликолях.

- химические свойства:

Химические свойства ПВА определяются наличием сложноэфирных групп и привитых цепей, соединенных с главной цепью сложноэфирными связями. ПВА омыляется водными растворами кислот или щелочей и подвергается алкоголизу под действием каталитических количеств кислот и алкоголятов щелочных металлов в безводных средах с образованием ПВС.

Получение ПВА

В промышленности поливинилацетат получают радикальной полимеризацией винилацетата в растворе, эмульсии или суспензии. Мономер винилацетата диспергируют в воде при сильном перемешивании в присутствии эмульгаторов. В этой дисперсии мономера в воде при введении ингибитора начинается процесс полимеризации. Постепенно формируется поливинилацетат, который растворяется в остаточном мономере, но не растворяется в воде, с которой он образует эмульсию. Наряду с линейным может образовываться и разветвленный поливинилацетат.

В процессе полимеризации в растворе (обычно в метаноле) при 60-65 ⁰C в присутствии инициатора получаемый поливинилацетат перерабатывается главным образом в поливиниловый спирт. В случае непрерывного процесса реакцию прекращают при степени превращения винилацетата 50-65%; образующийся поливинилацетат имеет меньше разветвлений, его степень полимеризации достигает 1800-2000.

Эмульсионную полимеризацию винилацетата в воде проводят при 65-90⁰C в присутствии защитных коллоидов (например, поливинилового спирта, гидроксиэтилцеллюлозы) или ПАВ и окислительно-восстановительных инициирующих систем.

Выпускается в виде гранул (бисера), водных дисперсий или растворов (лаков).

Способы отверждения ПВА

Отверждение может происходить вследствие различных механизмов, которые в основном делятся на три группы:

. Отверждение с добавлением солей металлов.

. Отверждение с добавлением термореактивных смол, полученных в результате конденсации формальдегида.

. Отверждение с добавлением изоцианата /8/.

Пигменты в рецептурах ВД-ЛКМ используют не только для обеспечения необходимых укрывистости и цвета покрытий, но и повышения атмосферостойкости и стойкости к действию УФ-излучения. В настоящее время наиболее широко применяемым белым пигментом является диоксид титана благодаря более высокому коэффициенту преломления, чем у оксида и сульфида цинка и литопона. Последние мало используются, потому что не обеспечивают высокой белизны и укрывистости покрытия, более склонны к мелению.

Диоксид титана: (двуокись титана) TiO₂- полиморфный кристаллический пигмент, кристаллизуется в двух сингониях: брукит- в ромбической, рутил и анатаз в тетрагональной, но последние различаются строением кристаллической решетки. В обоих случаях каждый атом титана находиться в центре октаэдра и окружен 6 атомами кислорода. Пространственное же расположение октаэдров разное: в анатазе на каждый октаэдр приходиться 4 общих ребра, в рутиле только 2 рис. 2.1 /5/

рутил анатаз

Рис. 2.1 Кристаллические структуры диоксида титана

Благодаря более плотной упаковке ионов в кристаллах рутил превосходит анатаз по стабильности, плотности, твердости, показателю преломления, диэлектрической постоянной и обладает пониженной фотохимической активностью.

В чистом виде диоксид титана, особенно в анатазной форме, обладает высокой фотохимической активностью, что вызывает разрушение лакокрасочной пленки («меление») и выцветание органических пигментов. Закрытие активных центров поверхности частиц титана гидроксидами Al, Si, Zn резко уменьшает фотохимическую активность. Такой модифицированный рутильный диоксид титана обладает незначительной фотохимической активностью и пригоден для атмосферостойких красок.

Диоксид титана химически инертен, нерастворим в слабых кислотах и щелочах и органических растворителях. Он может применяться со всеми видами пленкообразователей.

.3.3 Наполнители

Наполнители - неорганические соединения, имеющие более низкий коэффициент преломления, чем пигменты (значение коэффициента преломления для наполнителей менее 1,7).

Большинство наполнителей - это природные минералы: кальцит, мел, доломит, каолин, тальк, слюда, диатомитовая земля, барит, кварц. Но некоторые из них получены реакцией осаждения (карбонат кальция или сульфат бария, пирогенный диоксид кремния). Плотность обычных наполнителей составляет 2,5-2,8, барита - 4 г/см³.

Наиболее часто применяемым наполнителем является карбонат кальция. В Западной Европе карбонат кальция в форме кристаллического кальцита и аморфного мела составляет 80-90% всех используемых наполнителей. В рецептурах многих ЛКМ в качестве наполнителя применяют только кальцит.

Однако в рецептурах матовых красок может быть использовано до шести видов различных наполнителей, отличающихся по размеру частиц, кристаллической форме и активности.

Как правило, наполнители используют для снижения стоимости материалов, но иногда они могут применяться и для модификации свойств красок. При использовании наполнителей можно достигать значений объемной концентрации пигментов (ОКП)> критической объемной концентрации пигментов (КОКП), при которых заполненные воздухом поры обеспечивают укрывистость высушенной пленки, позволяя таким образом экономить дорогой диоксид титана.

Наполнители повышают твердость покрытий, укрывистость и удельный вес краски, снижают ее себестоимость. Кроме того, тип наполнителя влияет на атмосферостойкость, устойчивость к истиранию, блеск покрытий, их устойчивость к загрязнению и газопроницаемость, а также на реологические свойства красок.

Основными свойствами наполнителей являются размер частиц, яркость и белизна. Чем мельче частицы, тем светлее наполнитель, но тем выше его впитывающая способность, характеризуемая маслоемкостью.

Кристаллическая форма наполнителя существенно влияет на его способность к диспергированию и реологическую активность в жидких ЛКМ и физико-механические свойства покрытий.

2.3.4 Функциональные добавки

Функциональные добавки - это вспомогательные вещества, применяемые для улучшения процессов пленкообразования и нанесения ЛКМ, повышения стабильности и долговечности красок и покрытий, а также для придания им каких-либо специальных свойств. Основные используемые в настоящее время добавки можно разделить по их назначению на следующие группы:

· коалесценты (пленкообразующие добавки);

· загустители;

· пеногасители;

· смачивающие или диспергирующие агенты;

· нейтрализующие агенты;

•биоциды (консерванты).

Коалесценты,как известно, позволяют снижать температуру пленкообразования водных дисперсий. Так как температура пленкообразования наиболее широко распространенных дисперсий составляет 13-18°С, а нанесение ВД-ЛКМ должно происходить при температуре, по крайней мере 5°С. практически во всех рецептурах необходимо использовать добавки, понижающие температуру пленкообразования.

Подходящими для этих целей являются растворители, которые в течение времени их испарения пластифицируют полимер. Кроме снижения температуры пленкообразования, пленкообразующие добавки влияют на время высыхания и твердость покрытия. Использование растворителей с высокой температурой кипения, из-за их высокой пластифицирующей активности может приводить к повышению грязеудержания покрытия. Пленкообразующие добавки также влияют на вязкость и смачиваемость ЛКМ и на устойчивость покрытия к мокрому истиранию.

В практической работе следует помнить, что чаше всего при добавлении коалесцентов дисперсии и краски теряют коллоидную стабильность. При быстром добавлении этих веществ могут образовываться микрогели или произойти полная коагуляция. Это явление (так называемый «шок от действия растворителя») можно предотвратить путем медленного введения коалесцента или предварительного разбавления его водой и/или растворителем, смешиваемым с водой.

В качестве самого простого коалесцента используется уайт-спирит. Уайт-спирит - бесцветная маслянистая жидкость с запахом, напоминающим керосин, но более слабым. Четкой формулы для уайт-спирита нет, поскольку это не чистое химическое вещество, а смесь углеводородов как линейного, так и ароматического строения. Химическая формула C_10,5H_21,0.

Загустители - это специфические реологические добавки, которые применяют для достижения реологических свойств ВД-ЛКМ оптимальных для их получения, хранения и нанесения. Загущающие системы могут быть как органической, так и неорганической природы.

Загустители повышают вязкость краски вплоть до придания ей небольшой пластичности вследствие высокой собственной, обусловленной гидратацией, вязкости в водном растворе и формирования мостичных связей между дисперсными частицами.

В качестве загустителя в нашем случае применяется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) набухающая в щелочи.

Бланозе (Blanose) или натрий-карбоксиметилцеллюлоза (Na-КМЦ) представляет собой натриевую соль целлюлозогликолевой кислоты в виде мелкозернистого или волокнистого порошка белого/кремового цвета, применяется в качестве стабилизатора и загустителя консистенции.

Ассоциативные загустители содержат в молекуле гидрофобные группы и поэтому могут адсорбироваться на поверхности частиц пленкообразователя, образуя в водной фазе мицеллярные ассоциативные комплексы. В результате можно добиться повышения вязкости красок с высоким содержанием пленкообразователя при средних и высоких скоростях сдвига. На рис. 2.2 схематически изображен ассоциативный механизм загустителя.

Рис. 2.2 Схема действия ассоциативного загустителя

Пеногасители ПАВ (эмульгаторы, смачивающие агенты, ассоциативные загустители), используемые при производстве ВД-ЛКМ, накапливаясь на поверхности жидкой фазы (границе раздела жидкость - воздух), понижают поверхностное натяжение системы. Это приводит к стабилизации воздушных пузырьков, образовавшихся в процессе диспергирования, перемешивания и транспортировки. Внешне этот эффект проявляется в виде пены или микропены. Воздушные пузырьки поднимаются к поверхности или в высоковязких системах остаются внутри жидкой фазы в виде стабильной микропены. Схема образования пузырьков пены представлена на рисунке 2.3.

Рис. 2.3 Схема образования пузырьков пены (В-воздух, С-вода)

Пузырьки воздуха, поднявшиеся к поверхности, окружены плотным эластичным двойным слоем ПАВ (рис. 2.4, а).

Стабилизированные таким образом пузырьки собираются на поверхности краски и образуют слой пены. Нанесение краски в таком виде приводит к образованию дефектов покрытия. Для предотвращения этого нежелательного явления необходимо использовать пеногасители.

Пеногасители - это жидкости с низким поверхностным натяжением, которые могут разрушать поверхностную пленку или стабилизирующий двойной слой, позволяя воздуху выходить из массы краски. Пеногаситель должен легко вводиться в жидкий слой и дестабилизировать пленку ПАВ. Распространяясь внутри этого слоя, он как жесткий монослой разрушает пузырек пены (рис.2.4.б).

В настоящее время наиболее используемыми являются пеногасители на основе минеральных и силиконовых масел. Пеногасители на основе минеральных масел недороги, но их активность ниже, чем более дорогих продуктов на основе силиконовых масел. Высокоактивные пеногасители, содержащие силикон, требуют очень тщательного выбора марки и количества, так как они могут вызывать образование дефектов покрытия (кратеры, «рыбий глаз», ячейки Бенарда). При добавлении очень мелких гидрофобных частиц, например силикагеля или воска в жидкий пеногаситель, можно повысить его активность (рис. 2.4.с). Благодаря высокому сродству ПАВ к добавляемым частицам пеногасителя, способного полностью устранить пенообразование в ВД-ЛКМ. Поэтому для каждой рецептуры необходим тщательный экспериментальный подбор типа и количества пеногасителя, а также условий его введения в композицию.

Рис. 2.4 Пузырьки пены и активность жидких и твердых пеногасителей

Консерванты и биоцидные добавки. На земле живут около 150 тысяч известных видов микроорганизмов, приспособленных для существования в водной среде при наличии в ней необходимой питательной среды.

Для бактерий и грибов питательными средами могут быть все компоненты водоразбавляемых ЛКМ: эмульсионные полимеры, поверхностно-активные вещества, диспергаторы, загустители, пеногасители, пигменты, наполнители. Так, например, производные целлюлозы, применяемые в качестве загустителей, восстанавливаются микроорганизмами до мономерных сахаридов, в результате чего вязкость красок при хранении может сильно понизиться, а пигменты образуют плотные осадки.

Признаки биопоражения: появление плесени, изменение запаха, выделение газов, расслоение эмульсии, уменьшение вязкости, ухудшение потребительских качеств продукта.

Если ВД-ЛКМ при хранении в таре заражаются микроорганизмами, это может приводить к образованию «сыворотки» (расслоению) или к изменению вязкости. Далее из-за выделения газа может повышаться давление в таре, и возникает неприятный запах. Риск заражения ВД-ЛКМ возникает при использовании природных загустителей и наполнителей. Следовательно, при хранении ЛКМ в таре необходимо использовать такие же активные водорастворимые вещества или их сочетания, как и для хранения дисперсий. В большинстве случаев микробное заражение ЛКМ происходит еще в процессе их изготовления на предприятии при наличии хотя бы одного из следующих факторов:

· микробиологически загрязненные сырье, вода или полуфабриканты;

· зараженное оборудование;

· плохая гигиена производства, неэффективные мойка и дезинфекция оборудования и помещений.

Своевременное введение консервантов и биоцидов позволяет прекратить рост и размножение микроорганизмов в системе.

Антифризы. Поскольку водные дисперсии полимеров являются системами термодинамически неустойчивыми, они далеко не всегда способны обратимо выдерживать замораживание.

Под морозостойкостью дисперсий и красок понимается способность таких систем восстанавливать первоначальные свойства после замораживания и оттаивания. О морозостойкости краски судят по числу циклов замораживания - оттаивания, которое она выдерживает без заметной коагуляции; морозостойкие краски должны выдерживать не менее 5 циклов.

В водных дисперсиях полимеров и красках на их основе всегда присутствуют водорастворимые или гидрофильные компоненты (электролиты, ПАВ, загустители и т.д.), поэтому при охлаждении ниже 0°С происходит постепенное вымораживание части дисперсионной среды и концентрирование этих компонентов в не замерзшей части воды. Полное вымораживание воды в водно-дисперсионной краске происходит обычно при температуре от -15 °С до -40 °С в зависимости от содержания и природы этих компонентов. Группы частиц в этих условиях теряют подвижность и подвергаются сжатию со стороны кристаллов льда. При этом создаются условия для возникновения необратимых контактов между частицами, т.е. для коагуляции. Для понижения температуры вымораживания в рецептуру водно-дисперсионных красок вводят антифриз, обычно этиленгликоль. Его введение повышает морозостойкость за счет увеличения содержания гидрофильных компонентов в краске. Недостатком этого пути является понижение водостойкости покрытий.

На морозостойкость могут влиять другие целевые компоненты водно- дисперсионных красок. Известно, что даже при сильном обезвоживании ионные и неионные ПАВ удерживают определенные количества воды (несколько молекул воды на одну гидрофильную группу ПАВ). Если эти ПАВ адсорбированы на поверхности дисперсных частиц, то между ними будут сохраняться жидкие прослойки. Поэтому практически все поверхностно-активные добавки водно-диспересионных красок (диспергаторы, стабилизаторы, эмульгаторы, смачиватели), а также загустители повышают морозостойкость.

Этиленгликоль представляет собой сиропообразную бесцветную прозрачную вязкую жидкость сладковатую на вкус и с незначительным запахом. Температура плавления (кристаллизации, замерзания) этиленгликоля равна минус 12,6°С, температура кипения 197,9°С, плотность при 20°С 1.11 г/см³. Этиленгликоль слабоиспаряем (малолетуч).

Синонимы этиленгликоля: гликоль, моноэтиленгликоль, 1,2-диоксиэтан, этандиол-1,2, химическая формула этиленгликоля - HO-CH₂-CH₂-OH. Этиленгликоль высшего сорта производится в соответствии с ГОСТ 19710-83.

Этиленгликоль растворяется в любых соотношениях в воде, спирте, ацетоне, но плохо растворим в эфире и совсем не растворим в хлороформе, в алифатических и ароматических углеводородах. Эиленгликоль обладает способностью снижать температуру замерзания водного раствора, что широко используется при производстве незамерзающих (замерзающих при отрицательных температурах!) жидкостей - теплоносителей, хладагентов, антифризов.

Водные растворы этиленгликоля (незамерзающие жидкости) кристаллизуются (замерзают) при достаточно низких температурах, поэтому очень широко применяются в качестве теплоносителя (антифриза, хладагента) в автономных отопительных системах и в системах промышленного кондиционирования общественных зданий и спортивных сооружений, различных производств, где технологически требуется поддержание в помещениях необходимой низкой температуры. При кристаллизации-замерзании водный раствор этиленгликоля принимает форму мягкой желеобразной массы, исключая при этом вероятность повреждения оборудования отопительной системы или системы промышленного кондиционирования. В зависимости от климатических режимов работы оборудования применяются теплоносители <#"580081.files/image009.gif">=Мg₃(РО₄)₂↓

Полифосфаты. Линейные сшитые поли - или олигофосфаты (длина цепи 2-6 фосфатных звеньев) образуют комплексы с ионами щелочно-земельных металлов или более тяжелыми ионами и, таким образом, противодействуют неблагоприятному влиянию жесткости воды в процессе смачивания.

При повышенной температуре в процессе диспергирования или при хранении полифосфаты могут гидролизоваться до монофосфатов, в результате чего теряется их стабилизирующее действие. Некоторые фосфаты, например фосфат кальция, в процессе хранения красок могут осаждаться, образуя кристаллиты.

В отечественной практике чаше всего используют полифосфат натрия, однако его применение более оправдано в производстве недорогих материалов.

Рекомендации по применению диспергаторов. Количество диспергатора в рецептуре ЛКМ определяют по минимальной вязкости и/или седиментации пигментных паст с различным содержанием диспергирующей добавки. Так как диспергатор может взаимодействовать с пленкообразователем, влияя на качество покрытия (например, на показатель мокрого истирания), необходимо подбирать не только его количество, но и марку дисперсии, с которой его можно использовать. Обычно диспергатор применяют в количестве 0,25-0,8% от массы пигмента и наполнителя/11/.

1.5 Разбавители

Роль разбавителя в водно-дисперсионных ЛКМ играет вода. К воде предъявляются определенные требования. Она должна быть по возможности более чистой и не содержать растворенных солей. Растворенные соли резко снижают стабильность полимерных дисперсий, вызывая коагуляцию и последующее расслоение лакокрасочного материала /12/.

эмаль технологический экологический экономический

3. Материальный расчет

Материальный расчет сводится к составлению материального технологического процесса. Целью материального расчета является определение расходных норм по сырью на единицу массы готовой продукции (на 1 тонну), определение состава и расчет количества отходов производства, выбросов в атмосферу и сточных вод. По данным материального баланса рассчитывают и обосновывают потребность цеха в сырье и полуфабрикатах. Суточную, часовую потребность цеха в сырье и полуфабрикатах используют при расчете количества единиц оборудования необходимо для установки в цехе заданной производительности.

На данном производстве потери составляют 7 кг/т. В проектируемом производстве потери сокращаются до 4 кг/т. Это достигается за счет использования более современного оборудования (погружной бисерной мельницы, патронного фильтра и фасовочной линии), механизации и автоматизации технологических операций.

Сравнение производственных и проектируемых потерь сырья на производство1 тонны краски ВД-ВА интерьерной приведено в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Производственные и проектируемые потери сырья на производство 1 тонны краски ВД-ВА интерьерной

Наименование стадии	Нормы потерь
	На предприятии %	кг/т	В проектируемом производстве	кг/т
1. Фасовка краски в тару	0,1	1	0,06	0,6
2. Фильтрация краски	0,25	2,5	0,18	1,8
3. Составление краски	0,05	0,5	0,03	0,3
4. Преддиспергирование и диспергирование пигментной суспензии	0,2	2	0,1	1
5. Хранение и загрузка сырья	0,1	1	0,03	0,3
Итого	0,7	7	0,4	4

Состав краски ВД-ВА интерьерной представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Процентное содержание компонентов в краске ВД-ВА интерьерной

№ п/п	Наименование компонентов	Количество компонента в рецептуре, кг	Процентное содержание, %
1	Дисперсия ПВА	109	10,9
2	Мел	200	20,0
3	Микрокальцит	200	20,0
4	Двуокись титана	60	6,0
5	ТПФ натрия	5	0,5
6	Антисептик	5	0,5
7	Пеногаситель	5	0,5
8	Этиленгликоль	5	0,5
9	Уайт-спирит	1	0,1
10	Загуститель	3	0,3
11	Каолин	60	6,0
12	Вода	342	34,2
13	Карбамид	5	0,5
	Итого	1000	100,0

.1 Фасовка краски

На данной стадии потери составляют 0,6 кг/т. Они возникают, главным образом, за счет испарения дисперсной среды и налипанием краски на внутренней поверхности дозировочных устройств.

На эту стадию с учетом потерь (0,06%) поступает краски ВД-ВА:

Ч1,0006=1000,6 кг/т которая содержит:

№ п/п	Наименование компонентов	Приход, кг/т	Потери
1	Дисперсия ПВА	109*(1+0,06/1000)=109,06	0,06
2	Диоксид титана	60*1,0006=60,04	0,04
3	Мел	200*1,0006=200,12	0,12
4	Микрокальцит	200*1,0006=200,12	0,12
5	ТПФ натрия	5*1,0006=5,003	0,003
6	Антисептик	5*1,0006=5,003	0,003
7	Пеногаситель	5*1,0006=5,003	0,003
8	Загуститель	3*1,0006=3,0018	0,0018
9	Вода	342*1,0006=342,21	0,21
10	Этиленгликоль	5*1,0006=5,003	0,003
11	Уайт-спирит	1*1,0006=1,0006	0,0006
12	Каолин	60*1,0006=60,04	0,04
13	Карбамид	5*1,0006=5,003	0,003
	Итого	1000,6	0,6

3.2 Фильтрация краски

На этой стадии потери составляют 1,8 кг/т. Потери происходят из-за оседания краски на фильтрующих мешках.

На стадию с учетом потерь (0,18%) поступает краски:

,6+1,8=1002,4 кг/т которая содержит:

№ п/п	Наименование компонентов	Приход, кг/т	Потери
1	Дисперсия ПВА	109*1,0018=109,196	0,196
2	Диоксид титана	60*1,0018=60,108	0,108
3	Мел	200*1,0018=200,36	0,36
4	Микрокальцит	200*1,0018=200,36	0,36
5	ТПФ натрия	5*1,0018=5,009	0,009
6	Антисептик	5*1,0018=5,009	0,009
7	Пеногаситель	5*1,0018=5,009	0,009
8	Загуститель	3*1,0018=3,0054	0,0054
9	Вода	342*1,0018=342,62	0,62
10	Этиленгликоль	5*1,0018=5,009	0,009
11	Уайт-спирит	1*1,0018=1,0018	0,0018
12	Каолин	60*1,0018=60,108	0,108
13	Карбамид	5*1,0018=5,009	0,009
	Итого	1001,8	1,8

3.3 Составление краски

Потери на этой стадии составляют 0,3 кг/т. Потери связаны с отбором проб краски для определения ее показателей и налипанием жидких компонентов на стенки аппарата.

На стадию с учетом потерь (0,03%) поступает краски:

,4+0,3 = 1002,7 кг/т, которая содержит:

№ п/п	Наименование компонентов	Приход, кг/т	Потери
1	Дисперсия ПВА	109*1,0003=109,033	0,033
2	Диоксид титана	60*1,0003=60,018	0,018
3	Мел	200*1,0003=200,06	0,06
4	Микрокальцит	200*1,0003=200,06	0,06
5	ТПФ натрия	5*1,0003=5,0015	0,0015
6	Антисептик	5*1,0003=5,0015	0,0015
7	Пеногаситель	5*1,0003=5,0015	0,0015
8	Загуститель	3*1,0003=3,0009	0,0009
9	Вода	342*1,0003=342,103	0,103
10	Этиленгликоль	5*1,0003=5,0015	0,0015
11	Уайт-спирит	0,0003
12	Каолин	60*1,0003=60,018	0,018
13	Карбамид	5*1,0003=5,0015	0,0015
	Итого	1000,3	0,3

3.4 Преддиспергирование и диспергирование пигментной суспензии

Потери на данной стадии составляют 1 кг/т. Они обусловлены налипанием пигментной суспензии на стенки контейнера диспергирующего оборудования, а также отбором проб краски для определения ее степени перетира.

На стадию с учетом потерь(0,1%) поступает краски:

,7+1=1003,7 кг/т, которая содержит:

№ п/п	Наименование компонентов	Приход, кг/т	Потери
1	Дисперсия ПВА	109*1,001=109,109	0,109
2	Диоксид титана	60*1,001=60,06	0,06
3	Мел	200*1,001=200,2	0,2
4	Микрокальцит	200*1,001=200,2	0,2
5	ТПФ натрия	5*1,001=5,005	0,005
6	Антисептик	5*1,001=5,005	0,005
7	Пеногаситель	5*1,001=5,005	0,005
8	Загуститель	3*1,001=3,003	0,003
9	Вода	342*1,001=342,342	0,342
10	Этиленгликоль	5*1,001=5,005	0,005
11	Уайт-спирит	1*1,001=1,001	0,001
12	Каолин	60*1,001=60,06	0,06
13	Карбамид	5*1,001=5,005	0,005
	Итого	1001	1

3.5 Хранение и загрузка сырья

На этой стадии потери составляют 0,3 кг/т. Эти потери связаны с налипанием жидкого сырья на стенки трубопроводов и мерников, и с оседанием твердого сырья на стенках загрузочных бункеров.

На стадию с учетом потерь (0,3%) поступает вещества:

,7 + 0,3=1004 кг/т которое содержит:

№ п/п	Наименование компонентов	Приход, кг/т	Потери
1	Дисперсия ПВА	109*1,0003=109,033	0,033
2	Диоксид титана	60*1,0003=60,018	0,018
3	Мел	200*1,0003=200,06	0,06
4	Микрокальцит	200*1,0003=200,06	0,06
5	ТПФ натрия	5*1,0003=5,0015	0,0015
6	Антисептик	5*1,0003=5,0015	0,0015
7	Пеногаситель	5*1,0003=5,0015	0,0015
8	Загуститель	3*1,0003=3,0009	0,0009
9	Вода	342*1,0003=342,103	0,103
10	Этиленгликоль	5*1,0003=5,0015	0,0015
11	Уайт-спирит	1*1,0003=1,0003	0,0003
12	Каолин	60*1,0003=60,018	0,018
13	Карбамид	5*1,0003=5,0015	0,0015
	Итого	1000,3	0,3

Сводная таблица материального баланса на 1000 кг краски ВД-ВА представлена в таблице 3.3.

Таблица 3.3

Сводная таблица материального баланса на 1000 кг краски ВД-ВА интерьерной

Стадии процесса Компоненты	Хранение, загрузка			Преддиспергирование, диспергирование			Стандартизация			Фильтрация			Фасовка
	Приход	Потери	Расход	Приход	Потери	Расход	Приход	Потери	Расход	Приход	Потери	Расход	Приход	Потери	Расход
Дисперсия ПВА	109,43	0,033	109,398	109,398	0,109	109,289	109,289	0,033	109,256	109,256	0,196	109,06	109,06	0,06	109
Диоксид титана	60,25	0,018	60,226	60,226	0,06	60,166	60,166	0,018	60,148	60,148	0,108	60,04	60,04	0,04	60
Мел	200,8	0,06	200,74	200,74	0,2	200,54	200,54	0,06	200,48	200,48	0,36	200,12	200,12	0,12	200
Микрокальцит	200,8	0,06	200,74	200,74	0,2	200,54	200,54	0,06	200,48	200,48	0,36	200,12	200,12	0,12	200
ТПФ натрия	5,02	0,0015	5,0185	5,0185	0,005	5,0135	5,0135	0,0015	5,012	5,012	0,009	5,003	5,003	0,003	5
Антисептик	5,02	0,0015	5,0185	5,0185	0,005	5,0135	5,0135	0,0015	5,012	5,012	0,009	5,003	5,003	0,003	5
Пеногаситель	5,02	0,0015	5,0185	5,0185	0,005	5,0135	5,0135	0,0015	5,012	5,012	0,009	5,003	5,003	0,003	5
Загуститель	3,012	0,0009	3,0111	3,0111	0,003	3,0081	3,0081	0,0009	3,0072	3,0072	0,0054	3,0018	3,0018	0,0018	3
Вода	343,38	0,103	343,275	343,275	0,342	342,933	342,933	0,103	342,83	342,83	0,62	342,21	342,21	0,21	342
Этиленгликоль	5,02	0,0015	5,0185	5,0185	0,005	5,0135	5,0135	0,0015	5,012	5,012	0,009	5,003	5,003	0,003	5
Уайт-спирит	1,004	0,0003	1,0037	1,0037	0,001	1,0027	1,0027	0,0003	1,0024	1,0024	0,0018	1,0006	1,0006	0,0006	1
Каолин	60,25	0,018	60,226	60,226	0,06	60,166	60,166	0,018	60,148	60,148	0,108	60,04	0,04	60
Карбамид	5,02	0,0015	5,0185	5,0185	0,005	5,0135	5,0135	0,0015	5,012	5,012	0,009	5,003	5,003	0,003	5
Итого	1004	0,3	1003,7	1003,7	1	1002,7	1002,7	0,3	1002,4	1002,4	1,8	1000,6	1000,6	0,6	1000

3.6 Структурная схема получения краски ВД-ВА интерьерной

4. Описание технологической схемы производства и оборудования

Краска ВД-ВА интерьерная производится периодическим способом. Технологический процесс состоит из 5 основных стадий:

. прием, хранение и загрузка сырья;

. преддиспергирование и диспергирование пигментной суспензии;

. составление и постановка на «тип»;

. фильтрация краски;

. фасовка краски.

4.1 Прием, подготовка и дозирование сырья

Все сырье, поступающее для производства ВДЛКМ, должно быть проверено на соответствие требований НТД и по показателям качества, обязательным для проверки, действующих нормативных документов.

В случае отклонений от показателей качества, разрешение на запуск сырья в производство выдает главный технолог производства. Перед загрузкой сырья проверяют чистоту и исправность:

погружной бисерной мельницы;

- смесителя;

- насосов;

- фильтров;

- емкостей-хранилищ сырья;

приборов КИПиА, а также всей вспомогательной аппаратуры технологической схемы. Непосредственно перед загрузкой все сырье проверяют органолептически (цвет, запах, чистота, внешний вид и другие). Дисперсия ПВА поступает по индивидуальному трубопроводу из наружных расходных емкостей насосами. Вода поступает из емкостей-хранилищ.

Количество жидкого сырья в приемных емкостях-хранилищах контролируется исполнительным прибором по месту.

Твердое сырье подается со склада сырья в мешках на поддонах погрузчиком.

4.2 Преддиспергирование и диспергирование пигментной суспензии

В чистую и сухую емкость погружной бисерной мельницы из нержавеющей стали емкостью 1 м³ загружают воду через счетчик, антисептик и диспергатор.

При работающей фрезе с весов загружается (в соответствии с регламентируемыми загрузками):

ü Двуокись титана

ü Микрокальцит

ü Мел

ü Каолин

После загрузки содержимое бисерной мельницы перемешивают в течение 25-30 мин. По окончании перемешивания лаборант отбирает пробу для проверки дисперсности замеса.

При положительных результатах производят загрузку с весов:

ü Загустителя

ü Карбамида

ü Уайт-спирита (коалесцент вводится медленно в избежание полной коагуляции)

ü Этиленгликоля

ü Пленкообразующее (дисперсия ПВА)

ü Пеногаситель

При достижении степени перетира не более 70 мкм суспензию направляют в смеситель.

4.3 Составление и постановка краски на «тип»

Составление краски проводят в смесителе, который представляет собой вертикальный аппарат с цилиндрическим корпусом, приваренным сферическим днищем и съемной сферической крышкой, оборудованной тихоходной якорно-рамной мешалкой, вращающейся со скоростью 48 об/мин, люками и штуцерами.

Перед началом загрузки компонентов смеситель продувают азотом в течение 10 минут. После того, как в смеситель загружено необходимое количество краски, якорно-рамная мешалка включается в работу не менее чем на 20 мин.

После окончания перемешивания отбирается проба для определения цвета краски и ее соответствия образцу цвета. Для этого нанесенную на пластинку и высушенную краску сравнивают с контрольным образцом цвета. При необходимости производят добавки. После каждой добавки производят перемешивание содержимого не менее 20 мин. Чем меньше количество произведенной добавки, тем большего времени требуется для равномерного распределения добавляемого вещества по всему объему.

Содержимое дежи перемешивается 15-20 мин и отбирается проба для проведения анализа краски по всем показателям ТУ или ГОСТ. При соответствии требований ГОСТ или ТУ краска передается на фильтрацию и фасовку в тару.

При не соответствии каким-либо показателям краска подлежит постановке на «тип». Для этого производят добавки необходимых компонентов и вновь анализируют краска по показателям НТД. Фильтрация и фасовка производится при полном соответствии ее качества требованиям ГОСТ или ТУ.

В процессе производства краски количество загруженного сырья, полуфабрикатов и тары записывается аппаратчиком в технологическую карту. Туда же записывается дата, время загрузки каждого компонента и фамилия лица, производившего загрузку.

4.4 Фильтрация и фасовка краски

При полном соответствии всех показателей краски требованиям ГОСТ или ТУ и после стабилизации готовую краску с помощью героторного насоса подают на фильтрацию в патронныйфильтр типа «Кюно», где она очищается от разнообразных примесей. Периодически в процессе фильтрации включается мешалка и проверяется качество очистки краски путем налива ее пробы на стекло. Фасовка готовой краски в тару производится с помощью фасовочной машины.

Фасовка краски производится в металлическую тару. Тара перед фасовкой проверяется на чистоту и исправность.

5. Расчёт оборудования

.1 Исходные данные для расчета оборудования

) производительность участка - 35000 т/год;

) цех работает непрерывно в три смены по 8 часов;

) остановка цеха производится на праздники (11суток) и капитальный ремонт. Капитальному ремонту подвергается в это время все оборудование.

Нормативы ресурса между ремонтами (межремонтный пробег), длительность ремонта и технологические остановки приведены в таблице 5.1

Таблица 5.1

Нормативы ресурса между ремонтами (межремонтный пробег), длительность ремонта и технологические остановки

Вид ремонтов и остановки	Норматив ресурса между ремонтами, ч	Длительность ремонта, ч
1. Капитальный	14700	120
2. Средний	4320	48
3. Текущий	720	4
4. Технологические остановки	240	5

. Календарный фонд времени

· 24 = 8760 (ч)

. Число циклов капитального ремонта приходящихся на год

/14700 = 0,6

. Общий годовой фонд рабочего времени (ОГФРВ)

n = 365 - 11 - (120/24 · 0,6) = 351 (суток)

. Коэффициент использования оборудования

К_исп = ОГФРВ - простои на средний и текущий ремонт / ОГФРВ,

где ОГФРВ - общий фонд рабочего времени

К_исп=(351·24-((351·24/4320)·48 + (351·24/720)·4+(351·24/240)·5)) /

·24=0,96

.2 Расчет количества погружной бисерной мельницы

Технические характеристики мельницы TORUSMILL® ТМ-СС приведены в таблице 5.2

Таблица 5.2

Технические характеристики погружной бисерной мельницы TORUSMILL® ТМ-СС

Показатель	Значение	Примечание
1. Объем емкости, м³	1,8
2. Объем размольной камеры, м³	0,025
3. Производительность, кг/ч	100…1000	в зависимости от требуемой степени перетира
4. Материал размольных тел	Сталь
5. Размер размольных тел, мм	2,0
6. Общая масса размольных тел, кг	200
7. Температура в размольном цилиндре, ^оС, не более	45
8. Мощность привода ротора мельницы, кВт	55
9. Число оборотов вала, об/мин	1500
10. Тип насоса	шестеренчатый	с вариатором скорости
11. Производительность насоса, кг/ч	0…1080
12. Мощность привода насоса, кВт	2,2
13. Габариты мельницы, мм: а) глубина б) ширина в) высота	3300 1900 3800

Количество погружных бисерных мельниц, необходимых для выполнения годовой программы по выпуску продукции, рассчитывается по формуле:

n = P_c/(W_апп · К_об · К_исп ), где

P_c- суточная производительность по сырью, перерабатываемому в мельнице, т/сут.

P_c = Р_г · a / n , где

Р_г = 35000 т/год - годовая производительность;

a = 1,0037т сырья/т краски - расход сырья на составление краски;

n = 351 - число рабочих суток в году,

P_c = 35000 · 1,0037 / 351 = 100,08 т/сут;

W_апп - масса компонентов, загружаемых в мельницу на одно преддиспергирование и диспергирование.

W_апп = V_г · ρ_п · К_зап , где

V_г = 1,8 м³ - геометрический объем емкости мельницы;

К_зап = 0,6 коэффициент заполнения емкости мельницы;

ρ_п= m_общ/ (∑(m_{компонент}_a / ρ_{компонент}_a)

ρ_п=1004/((109,43/1100)+(60,25/2600)+(200,8/1300)+(200,8/2700)+(343,38

/1000) + (5,02/1200) +(5,02/700)+ (5,02/1110)+ (1,004/790) + (60,25/2800)

+ (5,02/1330) + (5,02/1050) + (3,012/1007))

ρ_п = 1,354 т/ м3 - плотность пигментной суспензии.

W_апп = 1,8 · 1,354 · 0,6 = 1,46 т;

К_об - коэффициент оборачиваемости смесителя;

К_об = τ_с / τ_ц,, где

τ_с = 24 - количество часов в сутках;

τ_ц = время цикла в мельнице;

τ_ц = 0,5 ч

К_об = 24 / 0,5 = 48

n = 100,08 / (1,46 · 42 · 0,96 )= 1,68 ≈ 2шт

.3 Расчет количества смесителей для составления и постановки краски на тип

Технические характеристики смесителя УСМ-1: объем V=2 м³; скорость вращения мешалки n=48 об/мин; мощность N=10кВт, частота оборотов n=1450 об/мин.

Количество смесителей, необходимых для выполнения годовой программы по выпуску продукции, рассчитывается по формуле:

n = P_c/(W_апп · К_об · К_исп ), где

P_c- суточная производительность по сырью, перерабатываемому в смесителе, т/сут.

P_c = Р_г · a / n , где

Р_г = 35000 т/год - годовая производительность;

a = 1,0027 т сырья/т краски - расход сырья на составление краски;

n = 351 - число рабочих суток в году,

P_c = 35000 · 1,0027 / 351 = 99,98 т/сут;

W_апп - масса компонентов, загружаемых в смеситель на одно составление и постановку на «тип».

W_апп = V_г · ρ_п · К_зап , где

V_г = 2 м³ - геометрический объем смесителя;

К_зап = 0,9 коэффициент заполнения смесителя;

ρ_п = 1,354 т/ м³ - плотность пигментной суспензии.

W_апп = 2 · 1,354 · 0,9 = 2,44 т;

К_об - коэффициент оборачиваемости смесителя;

К_об = τ_с / τ_ц,, где

τ_с = 24 - количество часов в сутках;

τ_ц = время цикла в смесителе

τ_ц = 0,5 ч

К_об = 24 / 0,5 = 48

n = 99,98/ (2,44 · 48 · 0,96 )= 0,89 ≈ 1шт

5.4 Расчет количества сырьевых (расходных) емкостей

Расчет производится по формуле:

n = P_c · a · K₁/ 24 · V · ρ · К_з ,где

n - число емкостей;

P_c - суточная потребность цеха в жидком сырье, кг/сут;

a =24 - суточный запас сырья;

V -объем емкости, м³;

К_з = 0,9 - коэффициент заполнения;

K₁ = 1,1 - коэффициент запаса.

Так как суточная производительность краски составляет 99,98 т/сут, то в соответствии с рецептурой находим суточную потребность цеха в сырье,кг/сут.

) Бункер для Бланозе:

Объем бункера:V=0,5 м³.

По данным материального баланса загустителя расходуется 3,012 кг, тогда

P_c = 301,1 кг/сут;

ρ(загустителя) = 1007 кг/м³;

n = (301,1 · 24 · 1,1) / (24 · 0,5 · 1007 · 0,9)= 0,7 ≈ 1шт.

) Емкость для Дисперсии ПВА:

Объем емкости: V=5 м³.

По данным материального баланса воды расходуется 109,43 кг, тогда

P_c = 10940,08 кг/сут;

ρ(ПВА) = 1100 кг/м³;

n = (10940,08· 24 · 1,1) / (24 · 5 · 1100 · 0,9)= 2,4 ≈ 3шт.

) Емкость для пеногасителя:

Объем емкости:V=1м³.

По данным материального баланса пеногасителя расходуется 5,02 кг, тогда

P_c = 501,9 кг/сут;

ρ(пеногасителя) = 1005 кг/м³;

n = (501,9 · 24 · 1,1) / (24 · 1 · 1005 · 0,9)= 0,6 ≈ 1шт.

) Бункер для карбамида:

Объем бункера V=0,5 м³.

По данным материального баланса бентонита расходуется 5,02 кг, тогда

P_c = 501,9 кг/сут;

Ρ (карбамида) = 1330 кг/м³;

n = (501,9· 24 · 1,1) / (24 · 0,5 · 1330 · 0,9)= 0,9 ≈ 1шт.

) Бункер для диоксида титана:

Объем бункераV=1,2 м³.

По данным материального балансадиоксида титана расходуется 60,25 кг, тогда

P_c = 6023,8 кг/сут;

ρ(диоксида титана) = 2600 кг/м³;

n = (6023,8· 24 · 1,1) / (24 · 1,2 · 2600 · 0,9)= 2,4 ≈ 3шт.

) Бункер для микрокальцита:

Объем бункера V=5 м³.

По данным материального баланса микрокальцита расходуется 200,8 кг, тогда

P_c = 20076 кг/сут;

ρ(микрокальцита) = 2700 кг/м³;

n = (20,08 · 24 · 1,1) / (24 · 5 · 2700 · 0,9)= 1,8 ≈ 2шт.

) Бункер для мела:

Объем бункераV=5 м³.

По данным материального баланса мела расходуется 200,8кг, тогда

P_c = 20076кг/сут;

ρ(мела) =1300 кг/м³;

n = (200,8· 24 · 1,1) / (24 · 5 · 1300 · 0,9)= 3,7≈ 4шт.

) Емкость для антисептика:

Объем емкостиV=0,5 м³.

По данным материального баланса антисептика расходуется 5,02 кг, тогда

P_c = 501,9 кг/сут;

ρ(антисептика) = 1200 кг/м³;

n = (501,9· 24 · 1,1) / (24 · 0,5 · 1200 · 0,9)= 0,9 ≈ 1шт.

) Бункер для триполифосфата натрия:

Объем бункера:V=1,2 м³.

По данным материального баланса триполифосфата натрия расходуется 5,02 кг, тогда

P_c = 501,9кг/сут;

ρ(ТПФ натрия) = 700 кг/м³;

n = (501,9· 24 · 1,1) / (24 · 1,2 · 700 · 0,9)= 0,7 ≈ 1шт.

) Емкость для этиленгликоля:

Объем емкости:V=0,6 м³.

По данным материального баланса этиленгликоля расходуется 5,012 кг, тогда

P_c = 501,9кг/сут;

ρ(этиленгликоля) = 1110 кг/м³;

n = (501,9· 24 · 1,1) / (24 · 0,6 · 1110 · 0,9)= 0,9 ≈ 1шт.

) Емкость для Уайт-спирита:

Объем емкости: V=0,2 м³.

По данным материального баланса уайт-спирита расходуется 1,004 кг, тогда

P_c = 100,4 кг/сут;

ρ(уайт-спирита) = 790 кг/м³;

n = (100,4· 24 · 1,1) / (24 · 0,2 · 790 · 0,9)= 0,7 ≈ 1шт.

) Бункер для каолина:

Объем бункера:V=1,4 м³.

По данным материального баланса каолина расходуется 60,25 кг, тогда

P_c = 6023,8 кг/сут;

ρ(каолина) = 2800 кг/м³;

n = (6023,8· 24 · 1,1) / (24 · 1,4 · 2800 · 0,9)= 1,9 ≈ 2шт.

5.5 Расчет количества фильтров «Кюно»

Фильтр «Кюно»:

Технические характеристики: количество фильтрующих элементов - 42, высота H = 25 см, диаметр D = 7 см.

Общая площадь фильтрации необходимая для выполнения годовой программы по выпуску продукции, рассчитывается по формуле:

S_общ = Р_с/ (24 · Q) , где

Р_с - суточная производительность по фильтруемой краски, т/сут.

P_c = Р_г · a / n , где

Р_г = 35000 т/год - годовая производительность;

a = 1,0024 т /т краски - приход краски на стадии фильтрации;

n = 351 - число рабочих суток в году,

P_c = 35000 · 1,0024 / 351 = 99,98 т/сут;

Площадь фильтрации одного элемента «Кюно»:

S_ф1 = π · D · H = 3,14 · 0,07 · 0,25 = 0,055 м²;

Площадь фильтрации 42 патронного фильтра:

S_ф = S_ф1 · 42 = 2,31 м²;

Q - удельная пропускная способность фильтра

Q = М / (τ_ф + τ_п) · S_ф , где

М = 10 т - масса краски, пропускаемая через фильтр до достижения Р_к;

τ_ф = 4 ч - время фильтрации краски до достижения Р_к;

τ_п = 1 ч - время перезарядки фильтра.

Q = 10 / (4 + 1) · 2,31 = 0,866 т/ч·м²;

S_общ = 99,98 / (24 · 0,866) = 4,8 м²;

Количество 42 патронных фильтра:

n = S_общ/ S_ф = 4,8 / 2,31 = 2,08 ≈ 3шт.

6. Теплоэнергетический расчет

Расчет бисерной мельницы

Принимаем, что 80…85 % механической энергии, подводимой к мешалке при работе бисерной мельницы, переходит в тепловую энергию:

где Q - тепловая энергия, кВт,

N - мощность привода, кВт.

Q= 0,8*55=44 кВт;

) Расчет потери тепла в окружающую среду:

_п= 0,2*44=8,8 кВт;

) Расчет количества тепла, затрачиваемого на нагрев пигментной пасты:

где Q_н - количество тепла, затрачиваемое на нагрев краски, кВт;

с - теплоемкость краски, 1100 Дж/(кг*К);

G - масса краска, 1003,7 кг;

t_к - конечная температура краски, К;

t_н - начальная температура краски, К;

τ - продолжительность цикла бисерной мельницы, с.

) Расчет расхода охлаждающей воды, подаваемой в рубашку бисерной мельницы:

где m -расход охлаждающей воды, подаваемую в рубашку бисерной мельницы, кг/с;

Q - тепловая энергия, кВт;

Q_п - тепловые потери в окружающую среду, кВт;

Q_н - количество тепла, затрачиваемое на нагрев пигментной пасты, кВт;

с_в - теплоемкость воды, 4,2 кДж/(кг*К);

t₁, t₂ - температура на входе и выходе из рубашки бисерной мельницы, К.

) Расчет требуемой поверхности охлаждения:

где К - коэффициент теплопередачи, ориентировочное значение, которое лежит в пределах от 800 до 1700 Вт/(м²*К);

Δt_ср - средняя разность температур, ˚С:

Поскольку краска нагревается от 15 до 45˚С, а вода от 10 до 30˚С, то:

→ 45

← 10

Δt_м= 20˚С, Δt_б = 30 ˚С.

Тогда:

Действительная (конструктивная) поверхность охлаждения гладкой рубашки:

Поскольку F_конс› F_охл, то требуемый температурный режим процесса в аппарате данной конструкции будет обеспечен.

7. Автоматизация технологического процесса

Для улучшения качества продукции, снижения затрат сырья и энергии на производство продукции, улучшения технико-экономических показателей работы оборудования необходимо точное поддержание параметров процесса, что достигается созданием системы автоматического управления.

В данном разделе рассматривается система автоматического управления производства краски ВД-ВА.

Развитие систем автоматического управления на современном этапе связано с широким использованием для управления микропроцессов и микро-ЭВМ, стоимость которых с каждым годом становиться все более низкой по сравнению с общими затратами на создание систем управления.

Типы выбранных приборов и средств автоматизации представлены в спецификации.

Кроме того, проектом предусмотрено, что информация о значениях параметров в ходе технологического процесса выводиться на видеотерминал; наиболее важная часть информации выводиться на печатающее устройство. Поступающая информация анализируется инженером - технологом и при необходимости им вносятся коррективы в процесс управления.

Таблица 7.1

Задание на проектирование системы автоматизации цеха производства краски ВД-ВА интерьерной

№

Наименование параметра, место отбора измерительного импульса

Заданное значение параметра, допустимые отклонения

Отображение информации

Регулирование

Наименование регулирующего воздействия, место установки регулирующего органа. Условный проход трубопровода

регистрация

суммирование

сигнализация

Расход воды в бисерную мельницу

343,38 кг

Прекращение подачи воды в дежу

Масса дисперсии ПВА в мернике

109,43 кг

Прекращение подачи дисперсии ПВА в дежу

Масса диоксида титана в бункере - дозаторе

60,25 кг

Прекращение подачи диоксида титана в дежу

Масса мела в бункере - дозаторе

200,8 кг

Прекращение подачи мела в дежу

Масса микрокальцита в бункере - дозаторе

200,8 кг

Прекращение подачи микрокальцита в дежу

Масса триполифосфата натрия в бункере - дозаторе

5,02 кг

Прекращение подачи ТПФ натрия в дежу

Масса консерванта в мернике

5,02 кг

Прекращение подачи консерванта в дежу

Масса пеногасителя в мернике

5,02 кг

Прекращение подачи пеногасителя в дежу

Масса загустителя в мернике

3,012 кг

Прекращение подачи загустителя в дежу

Масса этиленгликоля в мернике

5,02 кг

Прекращение подачи этиленгликоля в дежу

Масса уайт-спирита в мернике

1,004 кг

Прекращение подачи уайт-спирита в дежу

Масса каолина в бункере - дозаторе

60,25 кг

Прекращение подачи каолина в дежу

Масса карбамида в бункере - дозаторе

5,02 кг

Прекращение подачи карбамида в дежу

Температура в бисерной мельнице

35±3 ˚С

Изменение подачи холодной воды в рубашку бисерной мельницы

Давление на трубопроводе холодной воды

0,15-0,17 МПа

Давление на трубопроводе холодной воды к рубашке бисерной мельнице

0,15-0,17 МПа

Таблица 7.2

Спецификация на приборы и средства автоматизации

№ поз.	Наименование и краткая характеристика прибора	Тип прибора	Количество	Прим.
1а,2а,3а,4а, 5а,6а,7а.
8а
9а,11а.
10а
1в,2в.
3в,4в,5в,6в, 7в,8в,9в.
1б,2б,3б,4б, 5б,6б,7б,8б,9б.

8. Охрана труда и окружающей среды

.1 Анализ степени опасности технологического процесса

Результаты анализа степени опасности технологического процесса представлены в табл.8.1

Таблица 8.1

Оценка степени опасности технологического процесса

Наим. цеха, участка	Наименование оборудования, тип, марка	К-во оборуд., шт.	Производ., ед. прод / ед. врем.	Перечень токсичных взрыво-пожаро-опасных веществ	Кол-во людей, обсл. оборуд.	Вредные и опасные факторы
Участок производства краски ВД-ВА	Погружная бисерная мельница	2	100…1000	Диоксид титана, дисперсия ПВА, ТПФ натрия, этиленгликоль, уайт-спирит	2	Вредные вещества, запыленность воздуха, движущие части оборудования шум, вибрация, электрический ток
	Смеситель	1	500		1
	Фильтр «Кюно»	3	250		1

8.2 Обеспечение санитарно-гигиенических условий и экологических требований к качеству окружающей среды

В соответствии с существующими нормативными документами в проекте праведна оценка степени возможного воздействия проектных решений при их реализации на окружающую среду, для того, чтобы снизить это воздействие до минимума, регламентированного санитарно-гигиеническими и экологическими требованиями.

8.2.1 Метеорологические условия

Для создания безопасных условий труда в проекте предусматриваются мероприятия, обеспечивающие санитарно-гигиенические требования, предъявляемые к микроклиматическим условиям. Данные требования зависят от категории тяжести работ и времен года. Нормативные значения параметров микроклиматических условий приведены в табл.8.2

Производство краски ВД-ВА относится к производственным помещениям с незначительными избытками тепла и выделениями влаги. В связи с этим, помещение необходимо обеспечить отоплением в холодный период года, вентиляцией, тамбурами у входных дверей и т.п.

8.2.2 Оценка уровня загрязнения воздушной среды вредными веществами

В настоящее время все отрасли народного хозяйства характеризуются широким использованием разнообразных химических веществ. Большинство этих веществ оказывают неблагоприятное действие на человека, вызывая нарушения в обмене веществ, коллоидном состоянии и физико-химической структуре клеток и тканей, в результате чего в организме возникают патологические изменения. Для снижения нежелательных последствий необходимо провести оценку степени опасности используемых в технологическом процессе веществ. Данные по этой оценке приведены в табл. 8.3.

Для обеспечения максимальной безопасности при работе с вредными веществами предусматривается комплекс мероприятий по снижению степени воздействия этих веществ на человека и окружающую среду.

С целью снижения концентраций вредных веществ в воздухе, уменьшения общей и профессиональной заболеваемости осуществляются следующие мероприятия:

) совершенствование технологического процесс, максимальная автоматизация и герметичность оборудования;

) применение средств индивидуальной защиты

) проведение обучения работающих безопасным способам труда и инструктажей по технике безопасности;

) осуществление лечебно-профилактических мероприятий

Таблица 8.2

Санитарно-гигиенические нормативы параметров микроклимата /13/

Наименование участка, помещения

Категория тяжести работ

Период года

Холодный

Теплый

Микроклиматические параметры

оптимальные

допустимые

оптимальные

допустимые

t, ⁰C

φ, %

ω, \ м/c

t,⁰C

φ, %

ω, м/c

t, ⁰C

φ, %

ω, м/c

t,⁰C

φ, %

ω, м/c

Отделение по производству красок на водной основе

2а

19-21

40-60

0,2

17,0-18,9 21,1-23,0

15-75

0,1-0,3

20-22

40-60

0,2

18-19,9 22,1-27

15-75

0,1-0,4

Таблица 8.3

Показатели, характеризующие степень опасности веществ и материалов /14/

Наименование участка	Выделяемые вещества, причины их выделения	Агрегатное состояние	Характеристика токсического действия на организм человека	Класс опасности	Предельно допустимые концентрации		Расход веществ, т/год	Количество выделяемых веществ
					ПДКрз	ПДКмр		г/с	т/год
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Участок хранения сырья и производства краски ВД-ВА	Триполифосфат натрия	Порошок	Вызывает раздражение слизистых оболочек и дыхательных путей. При попадании в органы дыхания вызывает затрудненное дыхание и кашель.	4	20		175,7	0,022	0,7
	Диоксид титана	Порошок	При вдыхании вызывает неприятные ощущения. При попадании в глаза вызывает покраснение.	4	10		2108,8	0,27	8,75
	Дисперсия ПВА	Однородная вязкая жидкость	Общетоксическое действие, пары раздражают слизистые.	4	10		3830	0,48	15,05
Участок хранения сырья и производства краски ВД-ВА	Этиленгликоль	Жидкость	Попадание в организм может вызвать отравление с возможностью летального исхода	3	5		3769	0,022	0,7
	Нартий-карбоксиметил- целлюлоза	Мелкозернистый, порошкообразный	При попадании на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз может возникать их раздражение.	4	10		105,42	0,013	0,42
	Уайт-спирит	Жидкость	Действует на организм как наркотик	4	300	1	5015	0,004	0,14

Таблица 8.4

Мероприятия по обеспечению безопасности при работе с вредными веществами /15/

Наименование участка, оборудования	Выделяемые вещества	Средства коллективной защиты	Методы контроля	Периодичность контроля	СИЗ
Цех по производству краски ВД-ВА	Диоксид титана	герметизация оборудования, использование эффективной системы местной вытяжной вентиляции (зонтов, бортовых отсосов, вытяжных шкафов и др. использование средств индивидуальной защиты (СИЗ): спецодежды, противогазов, респираторов и др	Весовой	1 раз в квартал	Респираторы типа «Лепесток», противопылевая спецодежда
	Уайт-спирит		Индикационный	1 раз в квартал	Противогаз марки А, при высоких концентрациях. Противогазы ПШ-1, ПШ-2, РМБ
	Триполифосфат натрия		Весовой	1 раз в месяц	Специальной одежда по ГОСТ 12.4.103, а также в индивидуальные средства защиты органов дыхания (фильтрующие респираторы), глаз (защитные очки ) и кожных покровов.
	Натрий-карбоксиметил-целлюлоза		Весовой	1раз в квартал	Хлопчатобумажный спецкостюм, респиратор типа У-2К, защитные очки. По окончании работы лицо и руки вымыть водой.
	Этиленгликоль	1 раз в месяц	Респираторы типа «Лепесток», противопылевая спецодежда

Таблица 8.5

Характеристика вытяжной вентиляционной системы

Наименование участка, помещения	Предлагаемая система вентиляции	Требуемый объем воздуха, тыс. м3/ч	Характеристика вентилятора				Доп. оборуд.	Место размещения	Площадьм2
			марка	тип исполнения	Производительность 103м3/ч	Кол-во
Приготовление краски ВД-ВА	Местная	5,4	ВЦ14-46-3,15	АИР80А6	6,0	2	Электро-двигатель	Над оборудов.	20
	Общеобменная	15,5						Венткамера

Таблица 8.6

Характеристика приточной вентиляционной системы

Наим. участка, помещения	Предлагаемая система вент.	Баланс воздуха	Характеристика вентилятора				Дополнительное оборудование	Место размещения	Площадь, м2
			марка	тип исполнения	Производит.	количество
Производство краски ВД-ВА	общеобменная	отрица-тельный					калорифер	венткамера

8.2.3 Выбор и расчет системы вентиляции

Одним из приоритетных мероприятий по обеспечению санитарных требований, предъявляемых к качеству воздуха в рабочей зоне, является правильно спроектированная система вентиляции.

В данном производстве выполняются операции, при которых в воздух поступают токсичные вещества и пыль. Для их удаления предусматриваем местную вытяжную вентиляцию в виде зонтов.

Объем удаляемого воздуха местной вытяжной системой рассчитывается по формуле:

где S - площадь сечения местного отсоса, м²

w - средняя скорость движения воздуха в плоскости сечения местного отсоса, м/с

Приемное отверстие зонта должно располагаться непосредственно над источником выделения вредностей, а его размеры принимают несколько большими, чем размеры источника в плане.

При удалении токсичных веществскорость воздуха в приемном отверстии принимается равном - w = 0,5-1,25 м/с.

Для бисерной мельницы:

L_уд^МВ = 3600*0,8*1 =2880м³/ч

Для фасовки (S= 1,5):

L_уд^МВ = 3600*1,5*1 = 5400м³/ч

При помощи вытяжных зонтов удаляется 80-90% вредных веществ, поступающих из технологического оборудования. Поэтому независимо от наличия местной вентиляционной системы предусмотрим механическую общеобменную вентиляцию.

Требуемый воздухообмен вытяжной общеобменной вентиляции упрощенно можно рассчитать исходя из нормативной кратности воздухообмена, м³/ч:

L_уд^ОВ = К*V_c_в,

где V_своб -свободный объем помещения,

где V_геом = 5184 м³- общий объем помещения

V_своб= 0,8*V_геом= 0,8*5184 = 4147м³,

К - нормативная величина кратности воздухообмена, находится в зависимости от вида производства,ч^-1

L_уд^ОВ= 6*4147 = 24883,2 м³/ч

Расчет объема воздуха, который следует подавать в помещение с помощью общеобменной приточной вентиляции (L_пр^ОВ, м³/ч), проводят исходя из требуемого баланса воздуха. При отрицательном балансе:

L_пр^ОВ = (0,9…0,85)L_сумм

L_сумм= 24883,2 + 2880 +5400 =33163,2м³/ч

L_пр^ОВ = 0,85*33163,2 = 28188,7 м³/ч

По значениям L_уд^МВ,L_уд^ОВ ,L_пр^ОВподбираем производительность вентиляторов и их количество.

8.2.4 Оценка степени воздействия выбросов вредных веществ на окружающую среду

В проектируемом производстве в атмосферу удаляется токсичная пыль.

Значение реального выброса рассчитывается по формуле:

М = G_выд(1-q)/3600,

где G_выд = 1569 - количество загрязняющего вещества, поступающего из технологического оборудования, г/ч

q- потери вещества в вентиляционной системе за счет утечки через неплотности вентиляционной системы, оседания на стенках воздуховодов и т.п. Обычно q=0,1-0,3

М = 1569*(1-0,2)/3600 = 0,35г/с

Для оценки степени экологической опасности необходимо рассчитать норматив ПДВ.

Выброс считается холодным поскольку ΔТ ≈ 0⁰С.

Величина ПДВ для холодного выброса рассчитывается по формуле:

ПДВ = ((ПДК_м.р -С_ф) *Н^4/3*V₁)/(A*F*η*n*D) ,г/с

Где ПДК - максимально-разовая предельно-допустимая концентрация, мг/м³; С_ф - фоновая концентрация вещества в воздухе, мг/м³; Н - высота трубы, м; А - коэффициент, зависящий от температуры стратификации атмосферы (для Ивановской области Ф=140); V₁ - объемный расход газовоздушной смеси, м³/с; D - диаметр трубы, м; F -безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (принимаем для газообразных веществ F = 1); η - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (для ровной и слабопересеченной местности η =1); n - безразмерный коэффициент.

Расчет ведем для одиночного источника:

Параметры источника Н = 7,5м; D = 0,5м; V₁ = 0,8м³/с

Скорость выхода газовоздушной смеси

W₀ = (4*V₁)/(π*D²) = (4*0,8)/(3,14*0,5²) = 3,56 м/с

Значение коэффициента V_m^΄

V_m^΄= (1,3*W₀*D)/H = (1,3*3,56*0,5)/7,5 = 1,3

При 0,5 <V_m^΄

n=4,4* V_ḿ = 4,4*1,3 = 5,72

ПДВ =(0,02-0,006)*7,5^4/3*8*0,8)/(140*3*5,72*1*0,5) = 0,42 г/с.

Допустимый валовый (годовой) выброс

ПДВ_г = ПДВ*3600*Т_см*Т_эф*10^-6= 0,42*3600*24*351*10^-6 = 12,7 т/г.

Для остальных веществ результаты оценки приводятся в таблице 4.7.

Так как реальная мощность выбросов меламина, пентаэритрита и натрий-карбоксиметилцеллюлозы не превышает нормативы ПДВ, то их можно считать экологически безопасными.

8.2.5 Оценка степени воздействия проектных решений на водные объекты

Производство краски производственных сточных вод не имеет. Замыв технологического оборудования производится водой, которая затем используется при изготовлении краски. На охлаждение технологического оборудования используется оборотная вода. Хозяйственно-бытовые стоки передаются в систему городской канализации

.2.6 Отходы производства

В качестве отходов при производстве вспучивающейся краски образуются:

тара жестяная, поврежденная во время фасовки - складируются и по мере накопления сдается на переработку заводу вторичных материалов

бумажные мешки, картонные барабаны, запыленные сухими белилами и пигментами - вывозится на полигон ТБО по договору с соответствующими муниципальным унитарным предприятием;

лакокрасочные отходы - вывозится на полигон ТБО по договору с соответствующим муниципальным унитарным предприятием;

отработавшие срок эксплуатации лампы - складируются и отправляются по договору с одним из предприятий для их утилизации.

8.2.7 Платежи за загрязнения окружающей среды

Плата за загрязнения атмосферы при соблюдении нормативов ПДВ:

П_нф = К_э*К_инф *∑ (Р_н_i*m_ф_i), руб/г,

где К_э - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости (для региона, в который входит Ивановская область К_э = 1,9);

К_инф = 2,03- коэффициент инфляции;

П_нф - норматив (ставка) платы за выброс i - загрязняющего вещества в размерах, не превышающих нормативы ПДВ, руб/т;

m_ф - мощность фактического выброса i-го загрязняющего вещества,т/г;

Для уайт-спиритаП_нф = 15руб/т, m_ф=19 т/г;

Для этиленгликоляП_нф= 15руб/т, m_ф =13,75 т/г;

для натрий-карбоксиметилцеллюлозы П_нф= 21 руб/т, m_ф =0,325 т/г.

П_нф =1,9*2,03*(15*19+41*15+21*0,325) = 3498руб/г.

8.3 Оценка взрывопожарной опасности. Пожарная профилактика

Использование в технологическом процессе горючих веществ создает опасность возникновения взрывов и пожаров. Степень опасности зависит от природы горючих веществ, их количества, агрегатного состояния особенностей проведения процесса и т.д. В таблице 8.8 приведены показатели, характеризующие взрывоопасные свойства горючих веществ, применяемых для получения краски ВД-ВА.

Для определения категории помещения по пожарной опасности, в помещениях где обращаются твердые горючие вещества, необходимо рассчитать удельную пожарную нагрузку:

q = Q/S,

где Q - пожарная нагрузка на участке, МДж;

S- площадь размещения пожарной нагрузки, м²

Пожарную нагрузку рассчитывают по формуле:

Q =Y*Q^р_н,

где Y - количество горючего материала, кг

Q^р_н - низшая теплота сгорания горючего материала, МДж/кг

Q = 20*( 13,75+19+0,325) = 33,075 МДж/кг

q = 33,075*540 = 17860,5Мдж/м²

Для выбора эффективных методов по предупреждению возникновения, а в случае его возникновения - на локализацию и быстрое его тушение, необходима информация о специфике проведения технологического процесса, показателях пожарной опасности установок, зон, помещений и зданий. Эти данные представлены в таблице 8.9.

Таблица 8.7

Оценка степени воздействия на атмосферу выбросов загрязняющих веществ

Наименование участка, помещения

Источник выделения

Характеристика источника загрязнения атмосферы

Характеристика пылевоздушных выбросов

Высота H,м

Диаметр трубы, D,м

Объемная скорость, м³/с

Темп-ра отходов. Газов Т,⁰С

Загрязняющее вещество

Количество

Санитарно-гигиенические нормативы

Требуемая степень очистки

Тип предусм. ПГОУ

М, г/с

В, т/г

ПДВ, г/с

ПДВ, т/г

Производство краски ВД-ВА

Погружная бисерная мельница

12,5

0,5

Уайт-спирит

0,944

19,84

Этиленгликоль

Таблица 8.8

Показатели взрывопожароопасности веществ и материалов

Наименование участка, установки, операции	Наименование горючего вещества или его формула	Агрегатное состояние, степень горючести	Температура, ⁰С		Концентрационные пределы воспламенения
			вспышки	самовоспламенения	φ_нг/м³
					нижний	верхний
цех по производству краски ВД-ВА	Уайт-спирит	жидкость	43	227	30	60
	Натрий-карбоксиметил-целлюлоза	аэровзвесь	670	560	500
	Этиленгликоль	жидкость	120	380	15	65

Таблица 8.9

Оценка степени взрывопожарной опасности проектных решений

Наименование участка, установки, аппарата	ГВ и причины их поступления в помещение	Зоны взрыво- и пожаро-опасности	Категория участков по взрыво-пожаро-опасности по СниП	Категория здания по взрывопожаро- опасности	Категория здания по молниезащите	Степень огнестойкости	Средства пожаротушения
цех по производству краски ВД-ВА	Уайт-спирит	П-ІІ	В-2	В	III	IVа	вода, асбестовое полотно, песок, пены
	Натрий-карбоксиметилцеллюлоза
	Этиленгликоль

Таблица 8.10

Характеристика системы освещения производственных помещений

Наименование участка, рабочего места	Характеристика зрительной работы			Естественное и совмещенное освещение			Искусственное освещение
	Описание зрительной работы	Положение условной рабочей поверхности	Разряд и подразряд зрительной работы	Нормируемые КЕО,%		Площадь световых проемов, м²	Система освещения	Норм. освещенность, Е, лк	Тип источника света	Тип светиль-ника	Кол-во светиль-ников
				естественное	Совмещ.е
Производство краски ВД-ВА	Общее наблюдения за ходом технологического процесса	Вертикальное	VІІІ-а	1	0,6	97,2	общее	200	ЛБ-20	ОДР	90

Для исключения случаев взрыва и предотвращения возникновения пожароопасных ситуаций необходимо:

) соблюдение правил безопасности;

) постоянный контроль довзрывоопасных концентраций горючих веществ

) поддержание технологического режима в заданных пределах;

) систематический контроль за исправностью вентиляционной системы

Электрооборудование закрытого типа. Для оповещения о пожарах организуется специальная пожарная сигнализация, а также телефонная связь с пожарной охраной завода. В цехе должен быть пожарный инвентарь, вывешен план эвакуации, противопожарная инструкция, предусмотрены эвакуационные выходы

.4 Санитарно-гигиенические требования к выбору систем освещения

В соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями все постоянные рабочие места должны иметь как естественное, так и искусственное освещение. Отсутствие естественного освещения на рабочих местах допускается лишь в исключительных случаях. На проектируемом участке рабочие выполняют работы VІІІ-а разряда

Естественное освещение

Расчет естественного освещения заключается в определении суммарной площади окон S₀, которая обеспечивала бы нормативное значение коэффициента естественного освещения е_н в помещении.

где S_п - площадь пола; м²

е_н - нормированное значение коэффициента естественной освещенности; %;

К_з - коэффициент запаса;

η₀ - световая характеристика окон, зависит от геометрических размеров помещения;

τ₀ - общий коэффициент светопропускания окон;

r₁ - коэффициент, учитывающий повышение естественного освещения за счет света внутренних поверхностей помещения;

К_зд - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями.

S_п=540 м²; е_н=0,6 %; К_з=1,5; η₀=11; К_зд=1; τ₀=0,5; r₁=1,1

S₀ = (540*0,6*1,5*11*1)/(100*0,5*1,1) = 97,2 м²

Искусственное освещение

Для расчета искусственного освещения необходимо найти количество световых приборов, обеспечивающих нормативное значение освещенности.

Расчет количества светильников для системы общего освещения производят по формуле:

где Е - нормированное значение освещенности для систем общего освещения, лк. Выбирается в зависимости от разряда зрительной работы;

S_п - площадь пола;

Z - коэффициент, учитывающий равномерность освещения;

К_з - коэффициент запаса;

F - световой поток источника света, лм;

n - количество ламп в светильнике;

η - коэффициент использования светового потока.

E = 200лк

S_п = 540м²;

К_з =1,5

Z = 1,1…1,5 (принимаем 1,2);

n = 4

F = 1180 лм (для ЛБ с мощностью 20 Вт)

η = 60% ( при i = 2 и средних значеничх коэффициентов отражения стен ρ_ст= 50% и потолка ρ_п =70%)

N = (200*540*1,2*1,5)/(1180*0,6*4) = 68

Показатели проектируемой системы естественного и искусственного освещения представлены в табл.8.10

8.5 Обеспечение безопасного обслуживающего оборудования

В процессе работы оборудования возникает производственный шум, который отрицательно воздействуетна обслуживающий персонал. Основными источниками шума являются электродвигатели, вентиляторы венткамер, вращающиеся части и механизмы основного оборудования. Для снижения уровня шума все машины снабжены защитными звукоизолирующими кожухами.

.6 Санитарно-гигиенические требования к проектированию производственных зданий, сооружений и административно-бытовых помещений

В соответствии со СНиП 2,09,04-87 для работающего персонала обустраиваются гардеробная, умывальники, душевые, а также туалеты и комнаты женской гигиены. Тип гардеробных - общие, число отделений в шкафу - два, шириной 25 и 33 см.

Умывальники рассчитываются из условия - 10 человек на 1кран, душевые и туалеты из условия -15 человек на 1 узел.

Данные по бытовым помещениям представлены в табл.8.11

Таблица 8.11

Состав и оборудование бытовых помещений

Санитарная характеристика технологического процесса

Количество работающих

Наименование бытового оборудования

Мужчин

Женщин

Шкафы в гардеробной

умывальники

душевые сетки

туалеты

1б

24 в сутки

16 в сутки

9. Технико-экономическое обоснование проекта

В настоящее время спрос на такие виды лакокрасочной продукции, как водо-дисперсионные краски постоянно растет. Это объясняется невысокой стоимостью и хорошими эксплуатационными характеристиками покрытий на их основе.

В связи с этим, для удовлетворения потребностей рынка, на ООО «Ника-ПВА» г. Иваново, планируется реконструкция производства с целью наращивания производственных мощностей.

Экономический раздел проекта включает:

1. Определение общих инвестиционных и производственных издержек.

. Определение источников финансирования и условий инвестирование проекта.

. Расчет годовых поступлений от реализации продукции.

. Анализ финансового состояния проектируемого производства.

. Оценку финансовой (коммерческой) эффективности осуществление инвестиционного проекта.

Оценка предстоящих затрат и результатов, а также финансовой эффективности инвестиционного проекта осуществляется в пределах всего расчетного (инвестиционного) периода. Для сопоставимости результатов все расчеты выполняются в базисных ценах, то есть ценах, сложившихся в народном хозяйстве на определенный момент времени (начало инвестиционного периода) и считающихся неизменными в течение всего рассматриваемого периода.

Расчеты в проекте выполнены по укрупненным нормативам:

· цены на сырье, материалы, оборудование взяты на 1.03.2012 по предприятию ООО «Ника-ПВА»;

· средняя заработная плата принимается в размере - 13 тыс. руб;

· ставка единого социального налога - 34%;

· ставка налога на прибыль - 20%;

· вопросы финансирования предприятия не рассматриваются.

9.1 Расчёт инвестиционных издержек

.1.1 Расчет стоимости оборудования, инструмента, инвентаря и амортизационных отчислений

Стоимость оборудования определяется по формуле:

Ф_об_i = Ц_i * N_i, где (9.1)

Ф_об_i - стоимость i-ro вида оборудования, тыс. руб.;Ц_i - базисная цена i-ro вида оборудования, тыс. руб.;N_i - количество i-ro вида оборудования, шт.

Амортизационные отчисления на полное восстановление оборудования определяется по формуле:

А_об_i=Ф_об_i*Н_об_i/100%,(9.2)

где A_об_i - годовые амортизационные отчисления на реновацию i-го вида оборудования, тыс. руб.;

H_об_i- норма амортизационных отчисления на реновацию i-ro видаоборудования, %;

Ф_об_i - стоимость i-ro вида оборудования, тыс. руб.

Исходные данные и результаты расчетов сводятся в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Предполагаемая стоимость вновь устанавливаемого оборудования

Наименование объекта	Кол-во	Стоимость зданий (тыс. руб.)		Амортизационные отчисления
		Ед. оборудов.	общая	Сумма. (тыс. руб.)
1. Бисерная мельница	2	680	1360	15	204
2.Смеситель	1	120	120	15	18
3. Фильтр	3	30	90	15	13,5
4.Фасовочная линия	1	540	540	15	51
5. Дозатор сыпучих компонентов
6. Весовой мерник
5. Неучтённое оборудование и инвентарь	-	-	74,8	15	11,2
ИТОГО:			1984,8		297,7

.1.2 Распределение инвестиционных издержек по источникам финансирования и по годам расчетного периода

Инвестиционные издержки приведены в таблице 9.2.

Таблица 9.2

Инвестиционные издержки

Вид капиталовложений	Сумма, тыс. руб
1. Стоимость оборудования	1910
2. Затраты на поставку оборудования	382
3. Монтаж оборудования	286,5
4. Демонтаж оборудования	210
5. Пусконаладочные работы	191
Всего:	2979,5

.2 Расчет текущих производственных издержек

Расчет текущих производственных издержек основан на определении себестоимости продукции, производство и реализация которой предполагается программой осуществления инвестиционного проекта. Себестоимость продукции представляет собой стоимостную оценку используемых в процессе ее производства и реализации материальных и трудовых ресурсов.

Затраты на материалы и энергоносители рассчитываются по формуле:

З_i=P_i*H_i, где(9.3)

З_i - затраты на годовой объем производства i-ro вида материала или энергоносителя, тыс. руб.;_i - годовая потребность i-ro вида материала или энергоносителя, нат. ед;

H_i - цена единицы i-ro вида материала или энергоносителя, тыс. руб.

Исходные данные и результат сводятся в таблицы 9.3 и 9.4.

Таблица 9.3

Расчет затрат на сырье и материалы

Наименование материала	Единица измерения	Годовая потребность в сырье и материалах	Цена за единицу измерения, тыс. руб.	Затраты на годовой объем производства, тыс. руб.
1. Дисперсия ПВА	т	3830,05	50	191502,5
2. Двуокись титана	т	2108,75	150	316312,5
3. Мел	т	7028	3	21084
4. Микрокальцит	т	7028	3	21084
5. ТПФ натрия	т	175,7	60	1054,2
6. Антисептик	т	175,7	150	26355
7. Пеногаситель	т	175,7	200	35140
8. Загуститель	т	105,42	300	31626
9. Вода	т	12018,3	10	120183
10. Этиленгликоль	т	175,7	80	14056
11. Уайт-спирит	т	35,14	60	2108,4
12. Каолин	т	2108,75	70	147612,5
13. Карбамид	т	175,7	80	14056
ИТОГО:	-	-	-	942174,1

Таблица 9.4

Расчет затрат на энергию

Наименование энергоносителя	Единица измерения	Годовой расход энергоносителя	Стоимость единицы измерения, руб.	Затраты на годовой объем производства, тыс. руб.
Электроэнергия	квт/ч	15200000	3,38	51376
Теплоэнергия	Гкал.	2400	1279	3069,6
ИТОГО:				54445,6

9.2.1 Затраты на оплату труда

Предприятие работает непрерывно в 3 смены по 8 часов каждая. В связис реконструкцией и установкой нового оборудования, численность работающих на данном производстве составляет 30 человек.

Затраты на оплату сырья рассчитываются по формуле:

ФОТ = З_ср*Ч* 12,где(9.4)

ФОТ-годовой фонд оплаты труда работников, тыс. руб.;

З_ср - 13 - среднемесячная заработная плата одного среднесписочного работника, тыс.руб.;

Ч - списочная численность работников, чел.

ФОТ=13*30*12=4680 тыс.руб.

Расчет отчислений на социальные нужды (ЕСН):

ЕСН=ФОТ*0,34=4680*0,34=1591,2 тыс.руб.

9.3 Анализ финансового состояния предприятия

Эксплуатационные издержки приведены в таблице 9.5.

Таблица 9.5

Наименование показателей	Стоимость, тыс. руб.
1. Материальные затраты	1036619,7
2. Заработная плата	4680
3. Единый социальный налог	1591,2
4. Амортизация	297,7
5. Прочие (20%)	17621,1
ИТОГО:	1060809,7

По данным таблицы 9.5 рассчитывается цена и выручка от реализации продукции по следующей формуле:

Ц = с/с (1+R_прод/100),

где с/с - 30,3 - себестоимость единицы продукции, тыс. руб/т.

R_прод - рентабельность продукции по валовой прибыли, %

Ц = 30,3 · (1+20/100) = 36,36 тыс. руб/т.

В_р = Ц · Q,

где Q = 35000 т/год - годовая производительность

В_р = 36,36 · 35000 = 1272600 тыс. руб.

Операционная прибыль от реализации продукции:

П_оп = В_р - Эк. Изд. =1272600-1060809,7= 211790,3 тыс. руб.

Налог на прибыль:

Н_пр = П_оп · h_ст,

где h_ст = 20% - ставка налога на прибыль

Н_пр = 211790,3 · 0,2 = 42358,06 тыс. руб.

Чистая прибыль:

ЧП = П_оп - Н_пр =211790,3 -42358,06 = 169432,24 тыс. руб.

9.4 Оценка коммерческой эффективности проектных решений

Результирующие значения технико-экономических показателей проектируемого производства при 100%-м выполнении годовой программы приведены в табл. 9.6.

Таблица 9.6

Наименование показателей	Единица измерения	Значение
		проект	действ.пр-во
1. Годовая производственная программа 2. Ивестиционные издержки 3. Эксплуатационные издержки 4. Прибыль чистая 5. Срок окупаемости 6. Затраты на единицу продукции 7. Прибыль на единицу продукции 8. Экономический эффект	тонн/год тыс. руб тыс.руб/год тыс.руб/год мес. тыс. руб/тыс. руб/т	35000 2979,5 1060809,7 169432,24 12 30,3 6,06 4,16	15000 - 516858,2 82753,4 - 30,3 6,06

Список использованных источников

1. Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий: Учебник для вузов.- Л.: Химия, 1998. 384 -с.

.Горловский И.А., Козулин Н. А. Оборудование заводов лакокрасочной промышленности: Учебное пособие для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1980. - 376 с., ил.

. Охрименко И.С., Верхоланцев В.В. Химия и технология пленкообразующих веществ: Учебное пособие для вузов. - Л.: Химия, 1978. - 392-с.

. Ермилов П.И., Индейкин Е.А., Толмачев И.А. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы: Учебное пособие для вузов, - Л.: Химия, 1987-200с.

. Николаев П.В. Сборник задач по курсу оборудование и основы проектирования лакокрасочных заводов: Учебное пособие / Иван.гос. хим. - технолог. ун-т; Иваново,1990. 72 с

. A. Detemmerman, P. Storme. Влияние молекулярной массы универсального загустителя на свойства эмульсионных красок// Лакокрасочные материалы и их применение -1999. - №1. - с. 24-26.

. Николаев П.В. Основы проектирования и оборудование производств пленкообразующих веществ. Ч.1. Оборудование цехов по производству пигментированных пленкообразующих веществ: Учебн. Пособие / Иван.гос. хим. - технолог. ун-т; Иваново,1990. 80 с

.Толмачев И.А. Производство водно-дисперсионных красок // Лакокрасочные материалы и их применение - 1993. -№2 - с. 27-31.

. Толмачев И.А., Верхоламцев В.В. Новые водно-дисперсионные краски:- Л.: Химия ,1979. - 200с.

Производство эмали ПФ-115

Производство эмали ПФ-115

Похожие работы на - Производство эмали ПФ-115