Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Đào Quốc Tuỳ đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và hướng dẫn em hoàn thành đồ án. Đồng thời em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô tất cả các thày cô giáo trong bộ môn Hữu cơ - Hoá dầu đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án đúng thời gian qui định. Hà nội, ngày 4 tháng 6 năm 2004 Sinh viên Đỗ Văn Niên Sinh Viên Thực Hiện -1- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương  Từ xƣa đến nay, các sản phẩm hoá học có một vị trí quan trọng trong cuộc sống của con ngƣời. Đặc biệt là các sản phẩm của ngành công nghệ tổng hợp hữu cơ hoá dầu. Các sản phẩm này đƣợc sản xuất chủ yếu từ nguyên liệu ban đầu là than đá và dầu mỏ. Poly vinyl clorua (PVC) là một trong những sản phẩm quan trọng đó, và đƣợc sản xuất với năng suất rất lớn. PVC là một sản phẩm có nhiều ứng dụng rất quan trọng nhƣ: thay thế một số kết cấu bằng sắt bằng nhựa, chén bát bằng gốm thay bằng nhựa,... PVC đƣợc sản xuất bằng cách trùng hợp từ vinyl clorua (VC). Việc sản xuất có thể tiến hành bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ: phƣơng pháp trùng hợp khối, phƣơng pháp trùng hợp dung dịch, phƣơng pháp trùng hợp nhũ tƣơng, phƣơng pháp trùng hợp huyền phù. Hiện nay, PVC chủ yếu đƣợc sản xuất chủ yếu bằng hai phƣơng pháp chính là trùng hợp theo phƣơng pháp trùng hợp huyền phù và phƣơng pháp nhũ tƣơng. Hai phƣơng pháp này tổng sản lƣợng chiếm đến 92% tổng lƣợng PVC sản xuất đƣợc. Ở nƣớc ta, việc tìm thấy các mỏ dầu có trữ lƣợng lớn đã mở ra khả năng cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất nhựa rất lớn do vậy trong thời gian không xa chúng ta sẽ có một ngành sản xuất nhựa mang lại hiệu quả kinh tế cao góp phần vào sự phát triển chung của đất nƣớc. Mặc dù, có nhiều phƣơng pháp để sản xuất PVC nhƣng do giới hạn của đề tài nên em chỉ nghiên cứu phƣơng pháp sản xuất PVC theo phƣơng pháp trùng hợp nhũ tƣơng. Sinh Viên Thực Hiện -2- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 Đồ án tốt nghiệp PHẦN I: CHƢƠNG I: Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương TỔNG QUAN LÝ THUYẾT TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VINYLCLORUA: [7] Vinylclorua là một trong những sản phẩm thông dụng quan trọng trong công nghệ hoá học. Ngƣời ta sử dụng vinyl clorua (VC) làm chất trung gian để trùng hợp thành polyvinyl clorua (PVC) hay đồng trùng hợp với các monome khác để tạo ra các sản phẩm polyme khác nhau. Qúa trình điêù chế VC đầu tiên vào năm 18301834 khi mà V.regnault tiến hành thực hiện phản ứng khử HCl của đicloetan trong môi trƣờng kiềm rƣợu và khả năng trùng hợp của vinylclorua dƣới tác dụng của ánh sáng đƣợc phát hiện vào năm 1872 bởi Baumann. Vào năm 1911 hai nhà bác học F.klatte và Rollet nghiên cứu phản ứng giữa C2H2 và HCl sau đó 2 năm chính nhờ phản ứng này đã điều chế ra xúc tác HgCl2 do Griesheim – Elektron, nhƣng sản phẩm PVC đầu tiên trong công nghiệp là vào năm 1930 theo phƣơng pháp của F.klatte sử dụng phản ứng C2H2 và HCl để tạo ra VC. Thời gian gần đây, do nguồn cung cấp cao su tự nhiên sẵn có và giá thành rẻ nhƣng khoa học chƣa phát triển nên VC có những ứng dụng rất hạn chế. Trong chiến tranh thế giới thứ hai, nguồn cung cấp cao su tự nhiên giảm nhƣng VC cần để tổng hợp thành PVC đã phát triển thành qui mô lớn ở Anh và Mỹ. Quá trình sản xuất VC đi từ C2H2 đòi hỏi cung cấp nhiều năng lƣợng để sản xuất ra nguyên liệu axetylen. Do đó các nhà hoá học đã nghiên cứu ra phƣơng pháp sản xuất VC mới đi từ nguyên liệu rẻ tiền hơn, đó là nguyên liệu Etylen vào những năm 1940-1945 . Ngày nay, hơn 90% quá trình sản xuất VC đi từ etylen sử dụng quá trình liên hợp: etylen-điclo etan- oxy-điclo etan - Vinyl clorua. Vì quá trình này thuận lợi về điêù tiến hành và điêù kiện kinh tế. II.TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ ỨNG DỤNG CỦA VC : [7] Vinyl clorua (VC) ở nhiệt độ thƣờng và áp suất thƣờng là chất khí có mùi ete nhẹ. Vinyl clorua tan rất tốt trong nƣớc, ở 25 0C thì 0.11g VC tan trong 100g nƣớc còn ở - 150C thì 0,03g nƣớc tan trong 100g VC . VC chỉ tan tốt trong các dung môi hữu cơ nhƣ: axeton, rƣợu etylic, hydrocacbon thơm và hydrocacbon mạch thẳng. Sinh Viên Thực Hiện -3- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương VC độc, có khả năng gây mê qua hệ hô hấp của con ngƣời, khi con nguời tiếp xúc với hơi VC chỉ 3 phút với nồng độ 2,5% là bắt đầu choáng váng sau đó mất định hƣớng. Nếu nồng độ VC trong không khí dƣới 0,5% khi con ngƣòi tiếp xúc vài giờ vẫn không có tác động sinh lý nào đáng kể . Khoảng 95% lƣợng VC sản xuất ra đƣợc dùng để tổng hợp PVC và các polyme khác sử dụng nguyên liệu là VC. Chẳng hạn : đồng trùng hợp VC với Vinylyden clorit (CH2 = CCl2); Vinyl axetat (CH2=CHOCOCH3); acrynitril (CH2 = CHCN) tạo thành các polyme có giá trị. VC còn đƣợc dùng để sản xuất sợi hoá học clorin, sơn chịu ăn mòn cao. Bảng 1: Một số tính chất vật lý của VC đƣợc trình bày dƣới bảng sau đây: Tên Đại Lƣợng Khối lƣợng phân tử Nhiệt độ ngƣng tụ Nhiệt độ đóng rắn Nhiệt độ tới hạn Nhiệt bốc cháy Nhiệt nóng chảy Nhiệt bốc hơi ở 250C Trọng lƣợng riêng Nhiệt tạo thành Nhiệt trùng hợp Nhiệt dung riêng của VC hơi (250C) Nhiệt dung riêng của VC lỏng (250C) Hệ số khúc xạ của VC lỏng Hằng Số 62,5 kg/kmol 13,9 0C 159,7 0C 142 0C 415 kcal/kg 18,4 kcal/kg 85,7 kcal/kg 0,969 g/cm3 83  8 kcal/kg 366  5 kcal/kg 0,207 kcal/kg độ 0,83 kcal/kg độ 1,83 III.TÍNH CHẤT HOÁ HỌC:  7 Công thức hoá học của VC: CH2=CHCl Công thức cấu tạo của VC: H H   C = C   H Cl Sinh Viên Thực Hiện -4- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Do có chứa liên kết đôi và nguyên tử clo linh động nên VC là hợp chất phân cực, với momen lƣỡng cực 1,44. Nên các phản ứng hoá học của VC là phản ứng cuả liên kết đôi và phản ứng của nguyên tử clo linh động. Trong phân tử VC có chứa một liên kết đôi và một nguyên tử clo linh động nên các phản ứng hoá học mà VC có khả năng tham gia là: III.1.Phản ứng của nối đôi: Vì chứa nối đôi nên VC dễ dàng tham gia phản ứng cộng: + với hydro (H2): CH2=CHCl + H2  CH3−CH2Cl + Với Halogen (clo) đƣợc 1,1,2- tricloetan ở điều kiện môi trƣờng khô nhiệt độ 1401500C hay ở 800C và có chiếu sáng, Xúc tác là SbCl3. CH2=CHCl + Cl2  2CH2Cl−1CHCl2 +Với HCl khi có xúc tác AlCl3 , FeCl3 CH2=CHCl + HCl  CH3−CHCl2 + Trong phản ứng oxy hoá VC ở nhiệt độ 50−150oC có mặt Cl2 tạo thành mono axetandehyt: CH2=CHCl + 1/2O2  Cl−CH2−CHO + Do chứa nối đôi nên VC còn có thể tham gia phản trùng hợp tạo PVC là một sản phẩm quan trọng cho công nghiệp chất dẻo. III.2.Phản ứng xảy ra: nCH2=CHCl  −(CH2−CH−)n | Cl III.3.Phản ứng của nguyên tử Clo: + Phản ứng thuỷ phân : Khi đun nóng VC với kiềm thu đƣợc axetylen . Phản ứng xảy ra: CH2=CHCl + NaOH đun nóng CHCH + NaCl+ H2O + VC tác dụng với alkolat hay phenolat cho ta este vinylic: Phản ứng xảy ra nhƣ sau: CH2=CHCl +RONa  CH2=CHOR +NaCl + Tác dụng với kim loại tạo thành hợp chất cơ kim: CH2=CHCl + Mg  CH2=CH−Mg−Cl Sinh Viên Thực Hiện -5- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 ... - tailieumienphi.vn