2.2. Приклад розрахунку матеріального балансу алкідного лаку

Скласти матеріальний баланс виробництва червоного залізооксидного пігменту в реакторі об’ємом 1м³ при коефіцієнті завантаження К=0,6.

Стадії технологічного процесу:

1. Зневоднення залізного купоросу (обертова барабана піч)

2. Подрібнення зневодженного продукту (валкова дробилка)

3. Прокалювання зневодненого продукту (обертова барабана піч)

4. Промивка (бак з мішалкою)

5. Вологий розмел (млин вологого помолу)

6. Класифікація за розмірами часток (циклон)

7. Сушка прокаленного оксиду заліза (пароструйний млин)

8. Фасування (фасувальний агрегат)

На початку розрахунку завантажувальної рецептури до реактору необхідно знайти об’єм, що займає 1 т реакційної маси, для чого масу компонентів, що приходяться згідно рецептурі на 1 т, необхідно поділити на густину кожного компонента:

Знаходимо робочій об’єм реактору, для чого повний об’єм помножуємо на коефіцієнт заповнення реактора φ = 0,75

V_p = V_n · φ = 10·0,75 = 7,5 м³

Тоді завантаження до реактора буде таке:

1000 кг – 0,912 м³

х кг – 7,5 м³

х = 8224 кг

Походячи з наведеної рецептури основи, розраховуємо завантажувальну рецептуру до реактора згідно пропорції, що наводиться:

100 – 45,93

Для олії: 8224 – х

х = 3777 кг

Аналогічним чином знаходимо завантаження інших компонентів.

Кінцевий вигляд завантажувальної рецептури основи лака:

1. Олія соняшникова 3777 кг

2. Каніфоль 1768 кг

3. Пентаеритрит 1075 кг

4. Сода 2,5 кг

5. Фталевий ангідрид 1601 кг

Вього 8223, 5 кг

Таблиця 8

Матеріальний баланс виробництва пентафталевого лаку ПФ-283

Стадії технологічного процесу	Завантажено, кг	Втрати, кг	Одержано, кг
1. Завантаження сировини в обертову барабанну піч та зневоднення – залізний купорос – каніфоль – пентаеритрит – сода – угар з переетерифікату – реакційна вода Переетерифікат	3777 1768 1075 2,5 6622,5	10 32 7,5 - 86 104 239,5	6383
2. Завантаження фталевого ангідриду та поліконденсація – переетерифікат – фталевий ангідрид – ксилол (4 % вівд маси основи) – реакційна вода Основа лаку Разом	6383 1601 320 8304	10 2 155 167	8137 8137
3. Зливання основи до змішувача, розчинення та постановка на «тип» – основа лаку – сольвент – уайт-спирит – ксилол з основою – сикатив (4 % від лаку) Разом	7819 3153 3471 318 590 15351	40 4,5 5 0,5 50	15301
4. Фільтрація лаку та зливання у тару – лак Разом УСЬОГО	15301 15301 15757,5	151 15301 607,5	15150 15301 15150

Примітка:

1. Кількість реакційної води розраховується згідно кислотного числа основи 15 мг КОН/г, звідки виходить, що у кожній тоні основи міститься у вигляді кислого ефіри (148·15)/56 = 40 кг фталевого ангідриду. З матеріального балансу кількість основи складає 7984 кг (6383+1601), тобто, фталевого ангідриду у вигляді кислого ефіру буде:

1000 – 40

7984 – х х = 319 кг.

До реакції полі етерифікації вступило:

1601 – 319 – 10 = 1272 кг фталевого ангідриду.

Звідси води виділилося:

148 – 18

1272 – х х ≈ 155 кг

з них: фталевого ангідриду виділилось: 18 – 16

155 – х, х = 137,8 кг

з пентаеретриту виділилось води: 18 – 2

155 – х, х = 17,2 кг

Кількість реакційної води, що виділилась на стаді переетерифікації при взаємодії пентаеритриту і каніфолі розраховується по моно карбоновій кислоті, тобто каніфолі за винятком втрат.

302 – 18

1736 – х х = 104 кг

з каніфолі виділилось: 18 – 17

104 – х, х = 98 кг

з пентаеритриту виділилось: 18 – 1

104 – х, х = 6 кг

2. При остаточному підсумовуванні завантаження ураховуються лише ті компоненти, що завантажуються вперше, для цього під їх кількістю підводиться риска щоб відмінити їх від реагентів, що переходять від однієї стадії процесу до другої. Різниця між завантаженням та втратами завжди повинна відповідати виходу продукту (графа одержано). Для розрахунку завантажувальних норм сировини на одну тону готового продукту складається таблиця завантажувальних норм.

Таблиця 9

Завантажувальних норм виробництва алкідного лаку ПФ-283

№ п/п	Найменування компонентів	На одну загрузку, кг			На одну тону, кг
		Заванта-жено	Втрати	Одер-жано	Заванта-жено	Втрати	Одер-жано
1	Олія соняшникова	3777,0	114,1	3662,9	249,3	7,50	241,80
2	Каніфоль	1768,0	178,8	1589,2	116,7	11,8	104,90
3	Пентаеритрит	1075,0	60,4	1014,6	70,9	4,00	66,90
4	Сода	2,5	-	2,5	0,2	-	0,20
5	Фталевий ангідрид	1601,0	171,2	1429,8	105,7	11,30	94,40
6	Сольвент	3153,0	40,0	3113,0	208,1	2,60	205,50
7	Ксилил	320,0	2,0	318,0	21,1	0,10	21,00
8	Уайт-спирит	3471,0	40,5	3430,5	229,1	2,57	226,43
9	Сикатив	590,0	0,5	589,5	38,9	0,03	38,87
	Разом	15757,5	607,5	15150,0	1040,0	40,00	1000,00

Втрати сировини на одне завантаження розраховуються з матеріального балансу, при цьому втрати переетерифікату, основи, лаку розглядаються між олією та пентаеритритом і каніфоллю, фталевим ангідридом та іншими компонентами пропорційно їх вмісту (згдано таблиці 1).

Наприклад для розрахунку втрат олії необхідно до прямих втрат при завантаженні (це 10 кг) добавити ту кількість олії, яка міститься у 86 кг переетерифіату (49 кг), у 40 кг основи (18,4 кг) та у 151 кг лаку (36,7). Усього страти олії складають 114,1 кг.

Втрати пентаеритриту складаються з втрат за окремими стадіями з додаванням втрат за рахунок утворення води, у якій пентаеритрит приймає участь своїми воднями. Аналогічним чином розглядаються втрати фталевого ангідриду, при цьому фталевий ангідрид приймає участь в утворенні води своїм киснем. Внаслідок реакції виділяється одна молекула води.

Для розрахунку втрат сировини на одну тону складається пропорція.

Втрати олії на одну тону складають:

15150 – 114,1

1000 – х, х = 7,5 кг

Аналогічно розраховується кількість сировини щодо завантаження на одну тону продукту. Кількість олії, що необхідна для одержання однієї тони лаку, складає:

15150 – 3777

1000 – х, х = 249,3 кг

Аналогічним чином розраховується решта компонентів лаку.

Сума кількості сировини на одну тону і є витратна норма сировини на одну тону готового лаку.

Витратні норми необхідно порівняти з діючими заводськими витратними нормами. У випадку значного відхилення отриманих витратних норм від заводських необхідно відкоригувати втрати сировини та напівпродуктів за окремими стадіями матеріального балансу у бік їх зменшення або збільшення. Отримані витрати норм, як правило, не повинні перевищувати заводські норми. Зниження витратних норм сировини по відношенню до заводських норм може бути тільки у випадку удосконалення технологічного процесу, підвищення культури виробництва, зниження ролі ручної праці під час завантаження сировини, використання реакційних апаратів більшої одиничної потужності та збільшення коефіцієнту їх завантаження.

У випадку, якщо у технологічному процесі виробництва матеріальні потоки рухаються через апарати періодичної та безперервної дії, необхідно розглядати окремо матеріальний баланс на апарати періодичної дії з послідуючим перерахунком витратних норм на одну тону напівфабрикату і далі переходити до розрахунку матеріального балансу безперервних процесів походячи з годинної витрати сировини за наступною схемою:

Таблиця 10

Стадії технологічного процесу і компоненти	Завантажено, кг/годину	Втрати, кг/годину	Вихід, кг/годину

Розрахунок матеріального балансу безперервних процесів принципово не відрізняється від розрахунку періодичних процесів.

Також після кожної стадії підводяться проміжні підсумки, а наприкінці процесу – остаточні. Потім проводиться перерахунок завантаження та втрат у розрахунку на годину продуктивність та на одну тону за наступною схемою:

Таблиця 11

№ п/п	Компоненти	На одну годину продуктивність			На одну тону, кг
		Заванта-жено	Втрати	Вихід	Заванта-жено	Втрати	Вихід

Далі розраховують втрати норм сировни та матеріалів на одну тону готового продукту з урахуванням витратних норм на виробництво напівфабрикатів, що отримані на апаратах періодичної дії.

За розміром витратних норм розраховують добову, місячну та річну потребу у сировині та матеріалах походячи з добової, місячної та річної продуктивності цеху, що проектується.

Наприлад, якщо продуктивність цеху дорівнює 20 тис. тон на рік, то потреба у сировині буде такою:

для соняшникової олії:

1 т – 0,2493

20000 т – х, х = 4986 т

для каніфолі:

1 т – 0,1167

20000 т – х, х = 2334 т

для пентаеритриту:

1 т – 0,0709

20000 т – х, х = 1418 т

і так далі розраховуються всі необхідні компоненти лаку.

Потреба у сировині на місяць визначається шляхом ділення річної потреби на дванадцять, а на добу – шляхом ділення на кількість робочих днів на рік, для чого задаються фондом робочого часу. Задля цього від річного фонду часу віднімаються святкові та вихідні дні, а також дні задля ремонту устаткування.