СПОСОБ СИНТЕЗА АЛКИДНЫХ СМОЛ
METHOD FOR SYNTHESIS OF ALKYD RESINS

Предлагаемое изобретение относится к производству алкидных смол, являющихся основой для производства полуфабрикатных алкидных лаков, используемых в производстве пигментных красок, эмалей, грунтовок и др.
Подробное описание рабочей схемы производства алкидных смол - основы алкидных лаков приводится в журнале «Лакокрасочные Материалы» №7-8/2007 г., стр. 64-71, «Технология как фактор эффективности лакокрасочных производств», Б.Б. Кудрявцев, ЗАО «Лакма-Имэкс».
Задачей, стоящей перед изобретением, является совершенствование процесса производства алкидных смол, являющихся основой полуфабрикатных алкидных лаков марок ПФ-060, ПФ-053 и др., устранение непроизводительных потерь рабочего времени, снижение потребления энергоресурсов, снижение себестоимости конечных продуктов.
Процесс двухстадийный. На первой стадии производится переэтерификация растительных масела пентаэтитритом, с образованием полиэфиров жирных кислот растительных масел, на второй стадии полученные продукты переэтерификации конденсируются (стадия поликонденсации) с фталевым и малеионовым ангидридами с образованием алкидных смол. Синтез алкидных смол ведется в одном реакторе.
На первой стадии - стадии переэтерификации - в реактор загружают рецептурное количество растительного масла. Включают циркуляционный контур: реактор-циркуляционный насос-выносной теплообменник-реактор. Осуществляют нагрев растительного масла до температуры 160°С со скоростью нагрева 50-60°С/час с использованием подачи «горячего» ВОТ (высокотемпературный органический теплоноситель с температурой 280-285°С) в рубашку реактора и в межтрубное пространство выносного трубчатого подогревателя. По достижении растительным маслом температуры 160°С отключают подачу «горячего» ВОТ в рубашку реактора и в межтрубное пространство выносного трубчатого подогревателя. Производят загрузку рецептурного количества пентаэритрита и катализатора. При этом, температура в реакторе снижается до 120-140°С. Снижение температуры в реакторе необходимо осуществлять потому, что пентаэритрит имеет товарную форму в виде гранул либо хлопьев, которые попадают на поверхность горячего растительного масла и, не успевая вступить в реакцию, возгоняются, а затем конденсируются в трубах и теплообменниках, нарушая тепло-массообмен процесса. После загрузки осуществляют нагрев реакционной смеси до 240-250°С со скоростью 40-50°С/час подачей «горячего» ВОТ в рубашку реактора и в межтрубное пространство выносного трубчатого подогревателя. Выдерживают реакционную массу при температуре 240-250°С до завершения реакции переэтерификации.
После завершения стадии переэтерификации проводят процесс поликонденсации, для чего прекращают подачу «горячего» ВОТ в рубашку реактора и в выносной трубчатый теплообменник, открывают подачу «холодного» ВОТ (100-120°С) и охлаждают реакционную массу от температуры 230-240°С до температуры 160-180°С. Загружают в реактор рецептурное количество фталевого и малеинового ангидридов, имеющие товарную форму в виде гранул либо хлопьев. Во избежание сильного вспенивания и испарения реагентов в реакторе загрузку ведут порционно по 15-25 кг, при этом температура в реакторе снижается до 140-150°С. После загрузки ангидридов открывают подачу «горячего» ВОТ в рубашку реактора и в межтрубное пространство трубчатого теплообменника и подогревают реакционную массу до температуры 240-250°С со скоростью нагрева 15-20 С/час. По достижении указанной температуры выдерживают реакционную массу до завершения стадии поликонденсации.
После завершения стадии поликонденсации и проверки полученного продукта на качество реактор охлаждают до температуры 180-140°С а продукт перекачивают в смеситель, где происходит разбавление растворителем и постановка продукта «на тип».
Предложен новый способ синтеза алкидных смол, без промежуточного охлаждения рабочей массы, происходящего во время загрузки компонентов, позволяющий сократить непроизводительные потери рабочего времени.
.Способ заключается в том, что загружать компоненты: пентаэритрит, фталевый и малеиновый ангидриды в реактор необходимо в расплавленном состоянии, при температуре 200-210°С, в глубину реакционного слоя, не снижая температуру реакционной массы во время загрузки реагентов. На первой стадии - стадии переэтерификации - пентаэритрит, находящийся в расплавленном состоянии при температуре 200-210°С, загружается в реактор в слой растительного масла, нагретого до температуры 220-230°С, при этом, в отличие от принятой технологии, циркуляционный контур не отключается, нагрев реактора и выносного теплообменника продолжается и ведется до достижения температуры протекания реакции переэтерификации - 240-250°С. Выдерживают реакционную массу при данной температуре до завершения процесса переэтерификации.
На второй стадии - стадии поликонденсации - в отличие от принятого технологического процесса, предлагается не отключать циркуляционный контур, не прекращать обогрев реактора и выносного теплообменника, вводить фталевый и малеиновый ангидриды, находящиеся в расплавленном состоянии при температуре 200-210°С, в глубину реакционного слоя порционно по 15-20 кг, во избежание бурного протекания реакции. После загрузки ангидридов нагрев реакционной массы продолжают до достижения температуры 240-250°С и выдерживают реакционную массу при температуре 240-250°С до завершения стадии поликонденсации.
p
p
p
В процессе поликонденсации продуктов переэтерификации образуется реакционная вода, из-за чего процесс является обратимым, и для удаления реакционной воды в реактор вводят ксилол (примерно 3% от массы загрузки реактора), образующий с реакционной водой азеотропную смесь, температура кипения которой равна 116-120°С, что ниже температуры кипения ксилола (150°С), что позволяет обеспечить отвод из реактора смеси в виде пара, а затем разделение ее в теплообменниках-холодильниках и разделительном сосуде на ксилол и воду, при этом испарением из зоны реакции удаляется образующаяся реакционная вода, чтобы реакция поликонденсации стала необратимой. Важной задачей является поддержание концентрации ксилола в реакторе в заданных стехиометрических пределах, для чего испаряемый азеотроп (реакционная вода плюс ксилол) направляется в холодильник-конденсатор и разделительный сосуд, где происходит разделение на воду и ксилол, вода удаляется, а ксилол улавливается и возвращается в реактор для обеспечения удаления вновь образуемой реакционной воды с необходимой скоростью. Для этой цели применены «Устройство для безопасного ввода возвратного ксилола в реактор» (патент РФ №158497 от 09.07.2015 г.) и «Устройство автоматического ввода возвратного ксилола в реактор производства алкидных смол» (патент РФ №182021 от 18.04.2018 г.). Контроль за протеканием синтеза осуществляется с помощью непрерывного измерения активного сопротивления R реакционной массы прибором «Измеритель иммитанса Е7-30». Полученные величины активного сопротивления R реакционной массы непрерывно вводятся в блок управления и сравниваются со стандартными величинами активного сопротивления R реакционной массы, заложенными технологами в программу режимов синтеза алкидных смол. При отклонении режима синтеза от заданного (как правило, уменьшение скорости синтеза из-за потери части ксилола, который связывает и удаляет реакционную воду, тормозящую синтез), блок управления подает управляющий сигнал, под действием которого увеличивается подача возвратного ксилола в реактор. Поступивший возвратный ксилол связывает и удаляет реакционную воду из зоны синтеза и скорость синтеза восстанавливается в пределах заданной. Достоинствами предложенного метода является тот факт, что при загрузке нет необходимости открывать люки для загрузки сыпучих реагентов, не происходит разгерметизация системы, нет выбросов в атмосферу испарений из реактора, улучшается экологическая ситуация и техника безопасности, минимизируется влияние человеческого фактора на процесс синтеза.
Технический результат от использования предложенного способа производства алкидных смол заключается в достижении следующих эффектов:
1. Сокращение времени протекания процесса синтеза на 25-30%;
2. Значительная экономия энергоресурсов и рабочего времени;
3. Снижение себестоимости конечного продукта;
4. Упрощение работы установки синтеза за счет того, что не требуется несколько раз снижать и повышать температуру реактора, что благоприятно скажется на качестве конечного продукта.
5. Исключение влияния человеческого фактора на процесс синтеза. Таким образом, поставленная задача решена.