146451 (Технология Производства Фенопластов), страница 3

Основным сырьём для получения фенопластов являются фенолы (в том числе замещённые), крезолы, ксиленолы и резорцин, а также формальдегид и фурфол.

Фенол – бесцветное кристаллическое вещество с характерным запахом, температура плавления равна 40,9ºС, кипения – 181,8ºС, плотность – 1032 кг/м³. Примеси, например вода и крезолы, значительно снижают температуру плавления фенола. Водные растворы щелочей легко растворяют фенол с образованием фенолятов. Фенол растворяется также в формалине, этиловом спирте, диэтиловом эфире, глицерине, бензоле, скипидаре, жирных кислотах и их эфирах.

Химическая активность фенола при синтезе фенопластов определяется наличием в его молекуле трёх подвижных атомов водорода – двух орто- и одного в пара-положении к гидроксильной группе.

Крезол имеет три изомерные формы: 0-крезол (температура плавления равна 31ºС, а кипения - 191ºС), м-крезол (температура плавления равна 12,2ºС, а кипения – 202,2ºС), n-крезол (температура плавления равна 34,7ºС, а кипения – 201,9ºС).

Поскольку фенолы присоединяют формальдегид лишь в орто- и пара-положения к гидроксильной группе, наибольшей функциональностью обладает м-крезол, имеющий три подвижных водородных атома и образующий вследствие этого термореактивные олигомеры: о- и n-крезолы, имеющие по два подвижных атома водорода, образуют термопластичные олигомеры.

Ксиленолы существуют в виде шести изомеров. Технический ксиленол – смесь изомеров – вязкая маслянистая жидкость от коричневого до чёрного цвета с сильным неприятным запахом, температура кипения равна 200 – 220ºС, плотность – 1040кг/см³, растворяется в 10%-ном водном растворе щёлочи. Основными источниками получения ксиленола являются крезольные фракции смол, образующихся при термической обработке топлив.

Резорцин - белое кристаллическое вещество, с температурой плавления равной 110,8ºС, кипения – 276,5ºС. он растворим в воде, спирте, диэтиловом эфире и глицерине.

Характеристика технологии производства продукции.

Фенопласты представляют собой продукты поликонденсации, которые образуются в результате взаимодействия фенолов и альдегидов.

Образование нерастворимых и неплавких продуктов поликонденсации достигается с помощью реакций отверждения (Отверждение – это доведение процесса поликонденсации до стадии, на которой достигаются необходимые свойства продукта), в результате которой происходит смешивание молекул. Эта реакция может проводится в несколько стадий – до состояния резита, т.е. продукта полного отверждения, или до получения частично отверждённого продукта.

Процесс поликонденсации зависит от следующих факторов, которые существенно влияют на строение и свойства конечного продукта:

• Функциональность и реакционная способность исходных фенолов;

• Тип катализатора;

• Мольное соотношение фенол:альдегид;

• Продолжительность и температура реакции;

• pH реакционная среда.

При поликонденсации фенолов с альдегидами в зависимости от природы сырья и условий реакции могут быть получены либо термопластичные, либо термореактивные смолы.

Поликонденсацию в любой момент можно приостановить и при необходимости продолжить. Стадии поликонденсации классифицируют по общим свойствам фенопластов:

• стадия А – резолы или новолаки, плавкие и нерастворимые;

• стадия В – резолиты, ещё формующиеся при нагревании и способные к набуханию;

• стадия С – резиты – конечные продукты поликонденсации, неплавкие, нерастворимые.

Обычно для производства фенолоальдегидных смол применяют герметичные вакуумные реакторы, соединённые с трубчатым холодильником и оборудованные устройством для обогрева, анкерной мешалкой, термометром, манометром, смотровым стеклом. Для сбора отгоняемого в ходе поликонденсации дистиллята имеются два сборника, из которых дистиллят отводится в общую ёмкость.

Реакторы изготавливают из материалов, обладающих хорошей теплопроводностью – медь, легированные стали, никель, сплавы, легированные молибденом, и эмалированное железо.

Поликонденсацию можно проводить в одну или несколько стадий, при этом можно изменять количество вводимых формальдегида и катализатора, а также регулировать рН в ходе реакции.

В конце поликонденсации после образования эмульсии смолы в воде проводят обезвоживание и удаление низкомолекулярных или летучих компонентов. Это следует проводить особенно тщательно. При этом происходит укрупнение молекул, что приводит к повышению вязкости и сокращению стадии В. Обезвоживание проводят при пониженном давлении или в обычных условия. Готовые смолы (фенопласты) затем выгружают из реактора в холодильные агрегаты для затвердевания. Твёрдую смолу, имеющую температуру плавления 50 – 100ºС, выгружают из охлаждающих устройств и загружают в деревянные барабаны или мешки.

Для получения растворов смол или фенопластов в реактор в конце обезвоживания вводят растворитель (этанол, метанол), а затем раствором наполняют бочки или железнодорожные цистерны.

Об окончании поликонденсации часто судят по вязкости, являющейся важным показателем для её дальнейшей переработки.

Блок-схема технологического процесса производства фенопластов:

Катализатор

Фенол

Альдегид

Резол

новолаки

Низкомолекулярные (летучие) компоненты

Вода

Р

Резолиты

езолиты

Этанол

Метанол

Р Растворы смол или фенопластов езиты

1. – перемешивание в герметическом вакуумном реакторе с одновременным нагревом.

2. – поликонденсация в трубчатом холодильнике, сбор дистиллята и отвод в общую емкость (стадия А).

3. – обезвоживание и удаление низкомолекулярных (летучих) компонентов (стадия В).

4. – затвердевание в холодильном агрегате (стадия С).

5. –получение растворов.

2.Динамика трудозатрат при развитии технологического процесса производства фенопласта.

Тж (x) = 2500/(17x²+4250)

Tп (x) = 0.002x²+0.5

1. Определим вариант развития технологического процесса.

Для этого по имеющимся зависимостям Тж (t) и Тп (t) построим график изменения затрат живого, прошлого и совокупного труда.

Исходя из поведения кривых, вариант развития технологического процесса будет являться ограниченным.

2. Выявим характер развития технологического процесса. В данном случае при экономии живого труда за счет роста прошлого процесс развития всегда имеет трудосберегательный характер.

3. В случае наличия ограниченного варианта развития технологического процесса установим момент времени, до которого такое развитие целесообразно (т.е. экономический предел накопления прошлого труда).

Тс (t) = Тж (t) + Tп (t)

(Тс (t))^/ = 0

(2500/(17x²+4250)+0.002x²+0.5)^/=0

4.Определим тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда.

Тж (x) = 2500/(17x²+4250)

Tп (x) = 0.002x²+0.5

При увеличении Tп Тж будет уменьшаться. Значит тип отдачи – убывающий.

3.Уровень технологии технологического процесса.

Ограниченный путь развития называется рационалистическим. Он связан с уменьшением затрат живого труда за счет роста затрат прошлого труда

Воспользуемся моделью рационалистического развития технологического процесса:

, где L- производительность живого труда, B- технологическая вооруженность, Y- уровень технологии.

Все параметры в данном соотношении являются функциями затрат живого и прошлого труда.

Дадим расчет параметров технологического процесса L, B, Y для момента времени t = 3 года:

С целью упрощения определения границы рационалистического развития рекомендуется использовать понятие относительного уровня технологии:

Y* = Y/L = 1/Тп

Это означает, что рационалистическое развитие целесообразно.

4.Структура технологического процесса.

Структура технологического процесса строится по принципу «матрешки», т.е. низшие по иерархии элементы структуры являются составной частью более высоких. Таким образом, технологический процесс состоит из технологических операций, которые, в свою очередь, подразделяются на технологические и вспомогательные переходы. Технологические же переходы включают рабочие и вспомогательные ходы.

Теперь дадим графическое изображение структуры технологического процесса.

Пооперационная структура технологического процесса производства фенопласта:

Перемешивание фенола и альдегида совместно с катализатором

Нагрев компонентов

Поликонденсация

Обезвоживание и удаление низкомолекулярных (летучих) компонетов

Затвердевание

Получение растворов

Предметные связи ( ), временные связи ( ).

С труктура операции поликонденсации процесса производства фенопласта: