Лако-красочные материалы — производство

В настоящее время получение синтетических пленкообразую­щих веществ осуществляется методом поликонденсации (алкиды, фенолоальдегиды, мочевино — и меламиноформальдегиды и др.). Ре­же их синтезируют методом полимеризации (поливинилацетат и др.). Обычно пленкообразующие вещества выпускаются в виде растворов в органических растворителях (лаков). Ведущее место среди этих ве­ществ занимают алкиды. Различие требований, предъявляемых к пигментированным и непигментированным органическим покрыти­ям, привело к выпуску большого числа марок одного и того же вида синтетического пленкообразующего вещества, отличающихся по со­ставу и режиму получения. В частности, выпускаются десятки марок алкидов.

Применение непрерывных методов вызвано необходимостью соз­дания многотоннажных производств пленкообразующих веществ и тем, что эти методы не только позволяют создать установки большой производительности, но и улучшают качество продукта, снижают потери сырья, повышают производительность труда, облегчают ком­плексную механизацию и автоматизацию. Однако следует отметить, что непрерывные методы экономически эффективны только для про­изводства |фупнотоннажных марок смол. При получении средне — и малотоннажных марок необходимо использовать периодические ме­тоды. Разнообразие видов и марок пленкообразующих веществ при­водит к большому числу аппаратурно-технологических схем, но в этих схемах в большинстве случаев применяется однотипное обору­дование.

При получении лаков на основе алкидов, модифицированных жирными кислотами растительных масел, проводят алкоголю расти­тельных масел многоатомными спиртами — глицерином или пента — эритритом (при температуре 240-260°С), этерификацию продуктов алкоголиза многоосновными кислотами — наиболее часто фталевым ангидридом, поликонденсацию (при температуре 250-260°С). По­лученную основу (смолу) лака растворяют в органических раствори­телях, устанавливают лак «на тип» добавкой сиккатива и растворите­лей, а затем подвергают его очистке от нерастворимых веществ.

На рис. 2 представлена технологическая схема синтеза основы (смолы) алкидного лака периодическим методом, при котором алко — голиз, этерификацию и поликонденсацию проводят в одном реакторе периодического действия.

Основные особенности схемы:

1) масло и глицерин предварительно нагревают в приемниках до 140-160°С, что сокращает длительность цикла работы реактора и расход электроэнергии на его обогрев;

2) дозирование жидкостей осуществляется счетчиками-дозато­рами и насосами-дозаторами, что позволяет исключить установку громоздких объемных и весовых мерников;

3) полностью механизированы операции приемки, транспорта и дозировки пентаэритрита. Дозировка осуществляется с применением весового бункера и винтового питателя, что обеспечивает ее надеж­ность. При использовании же порционных весов и секторных питате­лей, как показал опыт эксплуатации, вследствие проникновения и конденсации в них паров, выделяющихся из реактора, система дози­ровки становится неработоспособной;

4) фталевый ангидрид загружается в виде расплава при темпера­туре этерификации, что исключает заметные затраты времени на ох­лаждение реакционной смеси, необходимые при загрузке твердого фталевого ангидрида;

5) синтез алкида проводится в реакторе с индукционным электро­обогревом (объем реактора 32 м3), что позволяет обеспечить тонкое регулирование температурно-временного режима синтеза;

6) используется «азеотропный» метод проведения этерификации и поликонденсации, уменьшающий потери фталевого ангидрида и улучшающий качество продукта;

7) для растворения алкида установлен аппарат горизонтального типа (объемом 80 м3 при объеме реактора 32 м ). Это дает возмож­ность заметно снизить высоту помещения;

8) для некоторых лаков предусмотрена их стандартизация по вяз­кости и другим показателям — установка «на тип» в аппарате для рас — творения алкида;

9) очистку лаков осуществляют на различном оборудовании, вклю­чая полностью механизированные тарельчатые фильтры, что позволяет применить оптимальный вариант очистки в зависимости от свойств лака.

Синтез алкидов и получение на их основе лаков периодическими методами обеспечивает комплексную механизацию и возможность применения современного оборудования большой производительно­сти. Вместе с тем, при периодическом методе синтеза алкидов значи­тельны затраты времени на вспомогательные операции, возрастаю­щие с увеличением объема реактора (вследствие снижения при этом удельной поверхности теплообмена), трудно воспроизводим режим синтеза и сложна автоматизация процесса.

При непрерывном блочном методе в связи с большой летучестью фталевого ангидрида и необходимостью чистки реакторов был при­менен каскад из большого числа аппаратов полного смешения, что привело к громоздкости и сложности аппаратурного оформления ме­тода. Появление «азеотропного» метода, применение расплавленного фталевого ангидрида и возможность чистки реактора без его разборки промывкой горячим раствором щелочи позволяет применять на ста­диях этерификации и поликонденсадии компактные колонные много­ступенчатые реакторы полного смешения.

Вариант аппаратурного оформления непрерывного метода синте­за алкидов приведен на рис. 3.

В нем приняты «азеотропный» метод, применение расплавлен­ного фталевого ангидрида, проведение алкоголиза в двухступенча­том непрерывно действующем реакторе смешения, а стадий эте­рификации и поликонденсации — в пятиступенчатом. Обогрев ре­акторов и нагрев исходных веществ от 140-160 до 240-260°С осу­ществляется высококипящими органическими теплоносителями — ВОТ (например, дифенильной смесью и др.). Для развития поверх­ности теплообмена внутри каждой секции реакторов помещены двухрядные змеевики, обогреваемые ВОТ (возможен и индукци­онный электрообогрев реакторов).

В непрерывно действующих реакторах смешения увеличивается продолжительность проведения самой реакции по сравнению с реак­торами периодического действия, однако вследствие исключения больших затрат времени на вспомогательные операции общая дли­тельность стадий этерификации и поликонденсации несколько уменьшается. Поэтому объем обоих реакторов непрерывного дейст­вия меньше объема периодически действующего реактора такой же производительности.

При непрерывном методе среднее время пребывания смеси в ап­парате для растворения основы лака не превышает 30-60 мин, что снижает его объем в десятки раз по сравнению с объемом аппарата, применяемого при периодическом методе.

Несмотря на более сложное аппаратурное оформление, отмечен­ные преимущества непрерывного метода делают его эффективным при получении многотоннажных марок, особенно в тех случаях, когда для их производства требуется установка нескольких работающих параллельно реакторов периодического действия.

Разработан и внедрен в промышленность непрерывный метод производства новолачных фенолоформальдегидов. Новолачный фенолоформальдегид получают взаимодействием формалина и расплава фенола в присутствии катализатора при температуре 80-100°С. В результате синтеза образуются фенолоформальдегид и надсмольный водный слой. Продукт обезвоживают нагреванием до 100-130°С.

Синтез фенолоформальдегида (рис. 4) проводят в непрерывно действующем четырехступенчатом колонном реакторе полного сме­шения. Основная масса надсмольной воды отделяется с помощью разделителя. Обезвоживание продукта синтеза осуществляется в од — ноходовом трубчатом теплообменнике — пленочном испарителе. Для обеспечения пленочного режима течения в теплообменнике сечение трубы подбирается так, чтобы скорость паров в трубе составляла 50-80 м/с. Процесс отгонки летучих веществ из продукта синтеза при течении его в виде тонкой пленки завершается в течение 1 мин (вме­сто нескольких часов в реакторе периодического действия).

Одноходовый трубчатый теплообменник — пленочный испари­тель, а также роторно-пленочные испарители могут значительно ус­корить операцию сушки при синтезе фенолоальдегидов, эпоксидов и других синтетических пленкообразующих веществ.

Из приведенных выше технологических схем следует, что основ­ным оборудованием производств пленкообразующих веществ явля­ются реакторы, аппараты для растворения смол и аппараты для очи­стки лаков.