Расчет цеха по производству гидратцеллюлозной пленки (целлофан)

Министерство  по образованию и науки РФ

Саратовский государственный технический университет

Энгельсский технологический институт (филиал СГТУ)

Кафедра химической технологии 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект

по дисциплине: «Основы проектирования и оборудование предприятий по переработке полимеров»

на тему: «Расчет цеха по производству гидратцеллюлозной  пленки (целлофан)» 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент 5 курса ВЗО 

группы  ТПЭ

Мосолова  Е.В.

Проверил: доц. Сладков О.М. 
 
 
 
 

Энгельс 2011

Содержание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

 

    Производство  вискозной пленки было начато в 1913 году. В 1970 году мировое производство вискозной  пленки превысило 150 тыс. тонн. Наиболее бурное развитие целлофана приходится на 40-60 годы. В 60-70-х годы создается самостоятельная индустрия целлюлозных оболочек из вискоз, что приводит к сокращению производства целлофана. С 1974 года выпуск целлофана сокращается на 60%. Поэтому большинство фирм Западной Европы и США сократило или прекратило выпуск целлофана из-за низких цен, высоких производственных затрат. Поэтому Российский целлофан пользуется спросом на мировом рынке. [6]

    Балаковский завод волоконных материалов ОАО (Вискозное волокно ОАО) - компания, занятая производством и поставками вискозного штапельного волокна, полипропиленовых пленочных нитей, целлофановой пленки, ряда химических полупродуктов. Численность персонала - около 5 тыс. чел. (2007). До 1998 года - крупнейший в РФ производитель вискозных волокон и нитей (рыночная доля до 30%, 60% экспортировалось в Турцию и Южную Корею, численность персонала - 16 тыс. чел. - данные 1996 год). Помимо вискозного производства действовали производства углеродных волокон, штапельных полиолефиновых, штапельных химических смесовых волокон, а также тканей из углеродных волокон. В 2000-2002 гг. входил в состав Виско-холдинга. Цех по производству целлюлозной пленки введен в эксплуатацию в 1969 году. Проектная мощность цеха , достигнутая . Формование пленки производится мокрым методом на высокоскоростных машинах ЧССР типа А-20-2. [6]

    Предприятие «Клинволокно». Целлофановое производство. В 1950-52 годах было построено новое здание целлофанового производства с размещением в нем двух целлофановых машин фирмы «Маурер» производительностью каждая по 1,25 тонны целлофана в сутки. В июне 1952 года были получены первые метры целлофановой пленки. Первое время работали на невысоких скоростях — 22-25 метров в минуту. Выпускалась пленка одного титра, 55 грамм на один квадратный метр. Для улучшения качества пленки внедрили режим обработки целлофана раствором «антиблок». К 1967 году была проведена полная реконструкция всего целлофанового производства со строительством нового помещения для целлофановых машин, новой кислотной станции, вискозного отдела. Было смонтировано новое оборудование — более совершенные скоростные чехословацкие машины, позволившие работать на скоростях 70-90 метров в минуту. [11]

    В странах же Западной Европы, США, Азии выпуск гидратцеллюлозной пленки сведен к минимуму из-за изношенности и низкого технического уровня производственной базы в целом. Но все же большая часть предприятий работает на, тогда еще, чехословацких целлофановых машинах. [12]

    В настоящее время ведется работа, в первую очередь, не по реконструкции самой целлофановой машины, а поиск способа производства целлюлозного волокна, альтернативного вискозному, сопоставимого по стоимости и безвредного для окружающей среды; - поиск целлюлозного волокна с новыми, улучшенными свойствами. [12]

    Новый вид целлюлозного волокна под  названием лиоцелл приобретает возрастающее значение. По определению BISFA, лиоцелл - это общее название для нового гидратцеллюлозного волокна, получаемого формованием в органическом растворителе, причем понятие «органический растворитель» означает, по существу, смесь органического вещества с водой, «прямой» растворитель - растворитель, при использовании которого не требуется перевода целлюлозы в ее эфир для повышения растворимости, а «растворное формование» - растворение и формование без образования производных целлюлозы. Новое волокно лиоцелл, изготовленное из 100% целлюлозы, является результатом десятилетних исследований, проведенных солидными мировыми фирмами. Первые исследования начались в 1976 г. в Германии (фирма «Акзо»), а первые лицензии на производство данного типа волокна получили фирма «Куртольдз» (Великобритания) и фирма «Ленцинг» (Австрия). Разработкой и получением нового целлюлозного волокна занимаются многие ведущие фирмы, выпускающие эти волокна под разными названиями: Лиоцелл — фирма «Ленцинг» (Австрия), Lezig Lyocell; Тенцелл — фирма «Куртольдз» (Великобритания); Ньюцелл — фирма «Акзо Фазер АГ» (Германия); Альцеру — Alcer- Schwarza GmbH; Орцелл — Россия (патент РФ, 1992 г.); волокно находится в стадии разработки, и его промышленный выпуск не освоен. [10]

    Целью данной курсовой работы является усовершенствование  технологии производства гидратцеллюлозной пленки рассматриваемой для конкурентной способности продукции. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    I Технологическая часть

    1. Информационный обзор

    1.1 Описание технологической схемы получения пленки целлофановым способом

 

    Технологический процесс получения вискозной  пленки имеет ряд особенностей, которые  обусловлены большей толщиной струи  вискозы, вытекающей из фильеры. Пленку формуют из «дешевой» вискозы с высоким индексом зрелости и высоким содержанием альфа–целлюлозы и низкой концентрацией едкого натра . Для приготовления вискозы используют ксантогенат целлюлозы с низкой степенью этерификации, получаемой при обработке щелочной целлюлозы пониженным количеством сероуглерода ( от массы целлюлозы). [6]

    Гидратцеллюлозную пленку можно формовать однованным и двухванным способами.

    При формовании однованным способом в качестве осадительной ванны применяют обычно двухкомпонентную ванну (серная кислота концентрацией 130+132г/л и сульфат натрия концентрацией 195-200г/л). Температура осадительной ванны . Так как толщина пленки меньше диаметра волокна, то пленка образуется медленнее. Для образования пленки и омыления ксантогената в ней при требуется . Поэтому при получении пленки уменьшают скорость формования, то есть скорость прохождения пленки через секции пленочной машины, или, что более целесообразно, обработку пленки осадительной ванной проводят не в одной, а в нескольких секциях машины. Во второй и третьей барках аппарата осадительная ванна не подается. Эти барки заполняются ванной, поступающей вместе с пленкой из первой барки. Поэтому концентрация солей и кислоты в растворе меньше, чем в предыдущей. [2]

    При применении двухванного способа  значительно уменьшается количество выделяющихся газов, что имеет большое  значение для улучшения качества получаемой продукции, а для упрощения  процесса формования и улучшения условий труда. Для этого способа применяется более зрелая вискоза, чем при однованном формовании. Пленка поступает в осадительную ванну, содержащую и сульфатов аммония и натрия соответственно. [1]

    Гидратцеллюлозную пленку можно формовать двумя способами:

    а) продавливанием прядильного раствора через узкую щель фильеры в  осадительную ванну, где образуется пленка и омыляется ксантогенат (целлофановый способ);

    б) нанесением раствора (при помощи разливочного приспособления) на поверхность вращающегося барабана, нижняя часть которого погружена в осадительную ванну (транспаритовый способ).

    Транспаритовый  способ имеет 2 недостатка:

    – значительно меньшая скорость формования, так как формование происходит на барабане, то осадительная ванна омывает пленку только с одной стороны, что замедляет диффузию реагентов и снижает скорость образования пленки и омыления ксантогената, поэтому скорость формования в 2–3 раза меньше, чем при целлофановом способе;

    – формовочный барабан диаметром до должен иметь зеркально гладкую поверхность и быть изготовлен из материала, стойкого к щелочи, сернистым соединениям и раствору серной кислоты при .

    Преимущество  этого способа заключается в том, что получаемая пленка отличается высокой прозрачностью и не имеет полосатости. Однако пленка такого же качества может быть получена при тщательной работе и целлофановым способом. Поэтому формование целлофана проводится преимущественно последним способом. [2]

    В настоящее время формование пленки проводится однованным способом в осадительной ванне, состоящей из серной кислоты, сульфата натрия и воды. Формование, все отделочные операции и сушка  производится на одном агрегате, называемой целлофановой машиной, представляющая собой сложный агрегат, состоящий из формовочной и отделочной частей, сушилки и приемного механизма, наматывающего готовую пленку в рулоны. [1]

    Вискоза из химического цеха по трубопроводу поступает к шестеренчатому дозирующему насосу агрегата. Дозирующим насосом (поз.1) вискоза подается через свечевые фильтры (поз.2) в фильеру (поз.3). Через щель фильеры вискоза тонкой пленкой поступает в осадительную ванну. Заправочная скорость .

    При скорости формования целлюлозной пленки применяется двухкомпонентная осадительная ванна следующих параметров:

    массовая  концентрация серной кислоты  

    массовая  концентрация сульфата натрия   

    температура               

    плотность              

    прозрачность  по кресту                

    расход  ванны подаваемой на одну фильеру в час  

    перепад по массовой концентрации серной кислоты  не более 

    Приготовление и регенерация осадительной ванны  производится в кислотной станции. Под действием компонентов осадительной ванны (серной кислоты в присутствии  сульфата натрия) происходит коагуляция вискозы и ее разложение с выделением гидратцеллюлозы в виде непрерывной полосы пленки.

    Основным  компонентом осадительной ванны, вызывающим разложение ксантогената целлюлозы, является серная кислота.

    В процессе формования происходит диффузия компонентов ванны внутрь формующейся пленки и диффузия воды, газов и щелочи из формующейся пленки в осадительную ванну. Одновременно происходит физико–химический процесс вытягивания пленки. Действия сил вытягивания, направленных вдоль полотна пленки, в основном воспринимается наружным гидратцеллюлозным слоем. В нем целлюлозные макромолекулы ориентируются в большей степени, чем во внутренних слоях. Ввиду значительной толщины пленки процесс формования требует значительного времени и в первой барке (поз. 4) не заканчивается.  

    – Довосстановление пленки (2 барка, поз.5).

    Из 1 барки пленка с помощью передаточного  валика передается во 2 барку, в которой происходит довосстановление пленки. Состав довосстановительной ванны: массовая концентрация серной кислоты , температура , расход ванны . По окончанию формования целлюлозная пленка подвергается ряду последовательных отделочных операций.

    – Первая промывка (3, 4, 5 барки, поз.6)

    В процессе формования на поверхности пленки отлагается большое количество серы, кислоты, солей. Для удаления этих компонентов производится промывка пленки горячей умягченной оборотной водой по следующей схеме: оборотная вода с 9 барки поступает в приемную барку станции растворов и подогревается в теплообменнике до температуры , затем центробежным насосом подается в секцию 5 барки. Далее оборотная вода противотоком подается в 4 и 3 барки. Из 3 барки часть оборотной воды используется на приготовление довосстановительной ванны, остальная часть сливается в кислую канализацию. Расход оборотной воды .

    – Десульфурация (6 барка, поз. 7).

    Из–за наличия серы в мелкодисперсном  состоянии пленка имеет желто–молочный цвет, что ухудшает внешний вид и увеличивает ее жесткость. Чтобы получить пленку прозрачной, необходимо с нее удалить серу. Частично это достигается в процессе первой промывки горячей водой в 3, 4, 5 барках. Окончательное удаление серы с пленки достигается путем обработки ее слабым раствором щелочи – процесс десульфурации.