1. Trang Chủ
  2. Cơ khí - Chế tạo máy
  3. Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC- S

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC- S

PVC có quá trình phát triển hơn 100 năm nay. Năm 1835 lần đầu tiên nhà hóa học Liebig đã tổng hợp được Vinyclorua. Đặc tính quý báu của PVC có thể thay thế cao su. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................5 PHẦN I ...........................................................................................................8 LÝ THUYẾT......................................

Thể loại Tài liệu miễn phí Cơ khí - Chế tạo máy

Số trang 122

Ngày tạo 8/30/2018 4:16:44 AM +00:00

Loại tệp DOC

Kích thước 1.17 M

Tên tệp

Tải Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC... (.docx) Tải Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC... (.pdf)

Xem mẫu

  1. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................5 PHẦN I ...........................................................................................................8 LÝ THUYẾT...................................................................................................8 CHƯƠNG I. LÝ THUYẾT TỔNG HỢP NHỰA PVC..................................................................8 1.1.7.Chất dập tắt phản ứng. ................................................................................................. 15 1.1.8.Chất chống đông. ........................................................................................................... 15 1.1.9.Chất kìm hãm phản ứng (AD-1).....................................................................................15 1.5.Các yếu tố ảnh hưởng đến trùng hợp gốc....................................................................... 20 PVC trong ngành xây dựng.......................................................................................................... 25 PVC trong kỹ thuật điện và điện tử............................................................................................30 PVC trong sản xuất ôtô, xe máy .................................................................................................31 PVC trong việc chăm sóc và bảo vệ sức khoẻ con người ........................................................31 Những ứng dụng khác .................................................................................................................32 Clo hóa PVC............................................................................................................................. 32 Đồng trùng hợp........................................................................................................................ 33 Phương pháp trùng hợp khối VCM với chất khơi mào được biết từ năm 1930 nhưng không được áp dụng phổ biến. Trùng hợp khối chỉ dùng cho những trường hợp công suất nhỏ. Do phản ứng tỏa nhiệt mạnh nên trong trường hợp này ch ỉ nên gi ới h ạn m ức đ ộ chuy ển hóa VCM khoảng 50-60%. Lượng VCM dư được thu hồi và tái sử dụng. ................................34 1.7.4.Trùng hợp nhũ tương...................................................................................................... 37 CHƯƠNG II: DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ............................. 41 ̀ ̣ 2.1. Dây chuyên công nghê...........................................................................................................41 2.2. Thuyêt minh sơ đô.................................................................................................................41 ́ ̀ 2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu....................................................................................................41 2.2.2. Giai đoạn tráng phủ RCS..............................................................................................41 2.2.3. Giai đoạn nạp liệu......................................................................................................... 41 2.2.4. Giai đoạn polyme hóa.....................................................................................................42 2.2.5. Giai đoạn giảm áp tháo liệu.......................................................................................... 43 2.2.6. Giai đoạn tách VCM.......................................................................................................43 2.2.7. Giai đoạn ly tâm tách nước cơ học............................................................................... 44 2.2.8. Công đoạn sấy ...............................................................................................................44 2.2.9. Giai đoạn sàng đóng gói................................................................................................44 PHẦN II: ......................................................................................................45 TÍNH TOÁN.................................................................................................45 CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT................................................................ 45 SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 1
  2. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S 3.1. Các số liệu ban đầu...............................................................................................................45 3.2. Tính cân bằng vật chất cho 1 tấn PVC thành phẩm............................................................47 3.2.1. Cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm................................................................... 50 3.3. Cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm..................................................................... 53 CHƯƠNG IV: TÍNH KẾT CẤU THIẾT BỊ CHÍNH.................................................................... 54 4.1. Tinh thể tich thiêt bị phan ứng...............................................................................................54 ́ ́ ́ ̉ 4.2. Tinh chiêu cao và đường kinh thiêt bị ..................................................................................56 ́ ̀ ́ ́ ́ ̀ ̀ ́ ̣ 4.3. Tinh chiêu day thân thiêt bi....................................................................................................57 4.4. Tinh chiêu day cua đay và năp elip có gờ..............................................................................61 ́ ̀ ̀ ̉ ́ ́ 4.5. Tinh kêt câu vỏ ao gia nhiêt...................................................................................................62 ́ ́ ́ ́ ̣ 4.5.1. Tính chiều cao vỏ áo......................................................................................................62 4.5.2 Tính chiều dày thân vỏ áo ..............................................................................................62 4.5.3. Tính chiều dày đáy của vỏ áo........................................................................................63 ́ ́ ́ 4.6. Tinh cach khuây ....................................................................................................................64 4.7. Tinh chon bich, bulông, chân đỡ........................................................................................... 67 ́ ̣ ́ CHƯƠNG V: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG................................................................................71 5.1. Giai đoan đun nong hôn hợp đâu...........................................................................................71 ̣ ́ ̃ ̀ 5.1.1. Xác định hệ số cấp nhiệt ..............................................................................................71 5.1.1.1. Xác định hệ số cấp nhiệt của nước gia nhiệt vỏ áo.................................................71 5.1.1.2. Xác định hệ số cấp nhiệt của hỗn hợp phản ứng....................................................72 5.1.2. Tính nhiệt lượng Q1 của nước truyền từ vỏ áo vào thiết bị.......................................74 5.1.3. Tính nhiệt lượng Q2 truyền cho hỗn hợp phản ứng....................................................74 5.1.4. Tính nhiệt lượng Q3 đã đun nóng vỏ áo của thiết bị phản ứng...................................75 5.1.5. Tính tổn thất nhiệt Q4 trong quá trình gia nhiệt...........................................................76 5.1.6. Tính nhiệt lượng Q5 truyền cho cánh khuấy................................................................76 5.1.7. Tính nhiệt lượng Q6 do VCM phản ứng tỏa ra trong quá trình gia nhiệt....................77 5.1.8. Tính nhiệt lượng Q cần cung cấp cho thiết bị phản ứng.............................................77 5.1.9. Tính lượng nước cần dùng để gia nhiệt ......................................................................77 5.2. Giai đoạn duy trì phản ứng ở 580C......................................................................................77 5.2.1. Tính nhiệt lượng cần lấy ra trong quá trình phản ứng.................................................77 CHƯƠNG VI TÍNH THIẾT BỊ PHỤ.................................................................. 79 6.1. Tinh và chon thiêt bị ngưng tụ VCM.....................................................................................79 ́ ̣ ́ 6.1.1. Những thông số ban đầu................................................................................................79 6.1.2. Xác định chiều dày của ống truyền nhiệt.....................................................................79 6.1.3. Xác định số ống truyền nhiệt........................................................................................80 6.1.3.1. Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ.............................................................80 6.1.3.2. Xác định hệ số cấp nhiệt của nước làm mát...........................................................81 6.1.3.3. Xác định hệ số truyền nhiệt K...................................................................................82 6.1.4. Tính đường kính thiết bị ngưng tụ VCM......................................................................83 SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 2
  3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S 6.1.5. Tính chiều dày của thành thiết bị ngưng tụ VCM........................................................84 6.2. Tính kêt câu thiêt bị tach VCM tự do....................................................................................85 ́ ́ ́ ́ 6.3. Tính và chon bơm..................................................................................................................91 ̣ 6.3.1. Tính toán bơm ly tâm để bơm nước nạp liệu...............................................................92 6.3.2. Tính và chọn bơm pittông để bơm VCM...................................................................... 95 6.3.3. Tính toán và chọn bơm ly tâm để bơm n ước làm lạnh ở v ỏ áo và thi ết b ị ng ưng t ụ VCM..........................................................................................................................................96 6.4. Tinh và chon calorife cho thiêt bị sây .................................................................................100 ́ ̣ ́ ́ 6.4.1.Tính và chon thiết bị sấy...............................................................................................100 ̣ 6.4.2. Tính và chọn caloriphe................................................................................................. 101 ́ ̣ ̉ ́ 6.4.3. Tinh quat đây không khi............................................................................................... 103 ̣ 6.5. Tính và chon xyclon.............................................................................................................107 6.6. Tính bôn chứa......................................................................................................................109 ̀ 6.6.1. Bồn chứa VCM............................................................................................................ 109 6.6.2. Bồn chứa nước phản ứng............................................................................................109 CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ XÂY DỰNG........................................................... 110 7.1. Chon đia điêm xây dựng......................................................................................................110 ̣ ̣ ̉ 7.1.1. Vị trí..............................................................................................................................110 7.1.2. Đặc điểm khí hậu........................................................................................................ 111 7.2. Tính diện tích của các hạng mục....................................................................................... 111 7.2.1. Tính diện tích của phân xưởng sản xuất.................................................................... 112 7.2.2. Tính diện tích của kho chứa nguyên liệu....................................................................113 7.2.3. Tính diện tích kho chứa thành phẩm...........................................................................113 7.2.4. Các phân xưởng phụ trợ.............................................................................................. 113 7.3. Thuyết minh thiết kế mặt bằng phân xưởng.................................................................... 115 7.3.1.Tầng một....................................................................................................................... 115 7.3.2. Tầng hai........................................................................................................................116 7.3.3. Bố trí thiết bị đường ống.............................................................................................116 7.4. Giải pháp kết cấu nhà.........................................................................................................116 7.5. Thông gió và chiếu sáng......................................................................................................117 PHẦN III: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH MÔI TRƯỜNG .......................................................................................................................118 1. Giới thiệu chung....................................................................................118 2. Phân tích đặc điểm của nhà máy.......................................................120 3. Các giải pháp an toàn trong sản xuất................................................120 4. Cách giải quyết khi có sự cố xảy ra..................................................121 SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 3
  4. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S ́ ̣ KÊT LUÂN.................................................................................................123 ̀ ̣ ̉ TAI LIÊU THAM KHAO.........................................................................124 SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 4
  5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S LỜI MỞ ĐẦU Trước đây, khi ngành công nghệ hóa học cao phân tử chưa được phát hiện thì con người chỉ biết dùng những vật liệu từ tự nhiên như tre, nứa, gỗ, hoặc các vật liệu truyền thống như gốm, sứ để sản xuất những vật dụng sinh hoạt hằng ngày. Nhưng ngày nay, khi kinh tế ngày càng phát triển, cuộc sống ngày càng được cải thiện thì những vật dụng mang tính tự nhiên và thủ công trước đó không còn đáp ứng được, mà dần dần được thay thế bằng những vật dụng được làm từ chất dẻo. Tổng hợp chất dẻo là ngành công nghiệp đang trên đà phát triển, nó hoàn toàn d ựa trên sự gia công vật liệu cao phân tử. Chất dẻo có nhiều tính chất đ ặc biệt có th ể đáp ứng nhu cầu về tính thẩm mỹ, tính kinh tế, tính năng sử dụng của khoa học kĩ thuật và đời sống hằng ngày. Hơn nữa, nguyên liệu để tổng hợp nên chất dẻo cũng tương đối dồi dào như: than đá, khí thiên nhiên, phế liệu công nghiệp, nhất là với sự ra đời của nhà máy l ọc dầu nên nguồn nguyên liệu càng ổn định hơn. Hiện nay, người ta đã tổng hợp được rất nhiều loại nhựa có tính chất cơ lý tốt như: nhẹ, bền cơ học, bền hóa học, bền nhiệt, cách điện, cách nhiệt tốt, lại dễ gia công, giá thành tương đối thấp…Do vậy, ngày nay các sản phẩm thông dụng được chế tạo từ chất dẻo như: bao bì, áo mưa, dày dép, ống nước,…được sử dụng rất rộng rãi và đa dạng. Trong số đó, Polyvinylclorua (PVC) là loại nhựa được phát hiện tương đối sớm và có nhiều tính năng tốt như: ổn định hóa học, bền cơ học, dễ gia công ra nhiều loại sản phẩm thông dụng. PVC có quá trình phát triển hơn 100 năm nay. Năm 1835 lần đ ầu tiên nhà hóa học Liebig đã tổng hợp được vinylclorua. Vào năm 1872, Baumann lần đầu tiên tổng hợp ra PVC. Đến năm 1933, nhiều dạng PVC đã được tổng hợp ở Mỹ và Đức. Tuy nhiên, đến năm 1937, PVC mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp hoàn chỉnh tại Đức. Việc tiến sĩ hóa học người Đức Waldo Simon vô tình phát hiện ra những đặc tính quý báu của PVC có thể thay thế cao su trong hàng loạt ứng dụng và nhất là nhu cầu to l ớn v ề nguyên vật li ệu phục vụ cho cuộc chiến tranh thế giới thứ hai cũng như sau đó là phục vụ cho việc khắc phục hậu quả chiến tranh, phát triển đất nước đã thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất PVC phát triển nhanh chóng ở nhiều nước như Mỹ, Đức, Anh và Nhật Bản. SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 5
  6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S Có thể lấy nước Anh để minh họa cho nhận xét trên. Nếu như năm 1947 lượng PVC tiêu thụ ở Anh là khoảng 6.600 tấn, thì 10 năm sau đã là 66.000 tấn, tức là cứ sau mỗi 3 năm lượng tiêu thụ PVC gần như tăng gấp đôi. Năm 1979 Anh tiêu thụ hơn 440.000 t ấn PVC, còn năm 1990 là 615.000 tấn [1] Bước sang thế kỷ 21, kinh tế trên toàn cầu đã được cải thiện và vì thế nhu cầu sử dụng PVC rất lớn, lớn hơn rất nhiều so với dự báo. Sản lượng PVC của thế giới năm 2006 đạt tới hơn 32 triệu tấn và mức tăng trưởng trong giai đoạn 2001-2006 là hơn 5%. Dự kiến đến năm 2012, công suất PVC của thế giới đạt 50 triệu tấn/năm. Khu vực châu Á được dự báo dẫn đầu thế giới với mức tăng trưởng nhu cầu bình quân hằng năm là khoảng 7% trong giai đoạn từ nay đến những năm 2010 và đến năm 2012 sẽ chiếm 50% tổng công suất c ủa thế giới, trong đó cao nhất là Trung Quốc, tiếp đến Malaysia, Việt Nam và tiểu l ục đ ịa Ấn Độ. [2] Ở Việt Nam, cho đến những năm sáu mươi của thế kỷ trước PVC cũng như các chất dẻo khác vẫn còn xa lạ với hầu hết mọi người. Ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam lúc ấy được hiểu là ngành công nghiệp gia công chế biến nhựa. Tất cả các loại nhựa (trong đó có PVC) đều phải nhập khẩu. Những sản phẩm nhựa thời kỳ này vừa đơn điệu về mẫu mã lại thiếu chủng loại và số lượng. Chỉ bắt đầu từ những năm 1990, tức là khi đất nướcbước vào thời kỳ đổi mới, ngành công nghiệp này mới thực sự có sự bức phá và hơn mười năm trở lại đây đã dành l ại đ ược thị trường trong nước. Không những thế hàng nhựa Việt Nam đang từng bước vươn ra thị trường trong nước. Năm 2006 kim ngạch xuất khẩu các sản phẩm nhựa đã vượt 500 triệu USD và năm 2010 kim ngạch xuất khẩu sản phẩm nhựa có thế đạt khoảng 1,3 tỷ USD. Tuy nhiên với việc hầu như tất cả nguyên liệu đầu vào đều phải nhập khẩu thì khả năng cạnh của sản phẩm nhựa Việt Nam là rất yếu, nhất là trong giai đoạn toàn cầu hóa hiện nay. Ngành sản xuất nhựa PVC ở Việt Nam bắt đầu vào năm 1998 với sự hiện diện của liên doanh TPC Vina (tiền thân là Mitsui Vina). Đây là liên doanh giữa Công ty Cổ phần Nhựa và Hóa chất Thái Lan (TPC), Tổng Công ty Hóa chất Việt Nam (Vinachem) và Công ty Nhựa Việt Nam (Vinaplast). Nhờ liên doanh này lượng PVC nhập khẩu giảm từ 74,000 tấn năm 1997 xuống còn 61,000 tấn vào năm 1999 và chỉ còn trên dưới 50,000 tấn vào những năm sau này. Từ năm 2003 công suất của TPC Vina là 120.000 tấn/năm [3]. Năm 2009 công ty đầu tư thêm dây chuyền thứ 2 tăng công suất của nhà máy lên trên 200.000 SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 6
  7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S tấn/năm [4]. Cuối năm 2002, nhà máy sản xuất PVC thứ hai là PMPC (Liên doanh giữa Petromas Maylasia với Bà Rịa – Vũng Tàu) công suất 100.000 tấn/năm cũng bắt đ ầu tham gia vào thị trường. Sự tiêu thụ cũng như khả năng cung cấp nhựa PVC ở Việt Nam được biểu diễn dưới biểu đồ sau (Hình 1) Hình 1: Khả năng cung-cầu PVC của Việt Nam [5] Trong mấy năm qua công nghiệp gia công chất dẻo trong nước phát triển mạnh với tốc độ tăng bình quân tới 28%/năm. Toàn bộ nhựa nguyên liệu là nhập khẩu, trong số đó PVC chiếm trung bình 1/3 nguyên liệu nhựa. PVC nhập dưới 2 dạng: bột PVC (PVC resin) và hạt PVC (PVC compound) chứa sẵn chất hóa dẻo, chất ổn đinh, chất màu. Nguồn cung cấp PVC nguyên liệu, cũng như bán thành phẩm PVC và phụ gia chủ yếu là chất hóa dẻo DOP là các nước Đông Nam Á và Đông Á ( Nhật Bản, Thái Lan, Hàn Quốc, Singapo,…). Sản xuất PVC hiện nay có rất nhiều phương pháp như: dung dịch, nhũ tương, huyền phù, khối. Trùng hợp huyền phù và nhũ tương là hai phương pháp được sử dụng phổ biến. Việc phải nhập khẩu nguyên liệu PVC từ nước ngoài làm cho giá thành sản phẩm tăng cao chính vì thế mà việc thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC là r ất cần thi ết ở Vi ệt Nam. Đặc biệt là nhà máy sản xuất nhựa Polyvinylclorua theo phương pháp trùng hợp huyền phù. Đó là lý do em chọn đề tài “thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa Polyvinylclorua theo phương pháp trùng hợp huyền phù với công suất là 50.000 tấn/năm”. SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 7
  8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S PHẦN I LÝ THUYẾT CHƯƠNG I. LÝ THUYẾT TỔNG HỢP NHỰA PVC 1.1. Nguyên liệu tổng hợp PVC 1.1.1. Monome vinyl clorua (VCM) • Công thức cấu tạo: C2H3Cl (CH2 = CH – Cl ) H H C C H Cl • Tính chất: Khối lượng phân tử: 62,5 đvC. Ở điều kiện thường VCM là một chất khí không màu. VCM dễ hoá lỏng, tan rất ít trong nước (0,11% khối lượng ở 20 oC) nhưng tan trong dung môi hữu cơ như: Axeton, rượu etylic, hydrocacbon thơm, hydrocacbon mạch thẳng. VCM không gây ăn mòn ở nhiệt độ thường trong điều kiện khô. Khi tiếp xúc sẽ sinh ra một lượng nhỏ HCl có thể gây ăn mòn sắt thép. VCM có mùi đặc tr ưng giống Clorofom (CHCl3). Một số thông số vật lý của PVC: - Nhiệt độ sôi: ts = - 13,9oC - Nhiệt độ nóng chảy: tnc = - 159oC - Trọng lượng riêng: d = 0,9692g/cm3 (ở - 12,96oC) - Độ nhớt: µ = 2,81 cP (ở - 20oC) - Ẩn nhiệt hoá hơi: 85,7 Kcal/kg - Áp suất hơi ở nhiệt độ trùng hợp (50 – 70oC): 800 – 1200 kPa - Nhiệt hoá hơi: 20,6 kJ/mol SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 8
  9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S - Nhiệt dung riêng: 1,352 kJ/(kg.K) - Độ dẫn nhiệt: 0,116 kcal/mol. độ - Độ tan trong nước: 25,7mg/100ml (ở 20oC) - VCM tạo hỗn hợp nổ với không khí ở giới hạn 3,6 – 26,4% về thể tích Ở nhiệt độ thường, dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời có thể xảy ra phản ứng trùng hợp ngay trong bình chứa nhưng tốc độ rất chậm. VCM có thể tạo thành hợp chất acetylen clorua đồng. Do vậy, không nên sử dụng các thiết bị bằng đồng tiếp xúc với VCM. VCM có thể chuyên chở trong bình thép chịu áp suất bảo quản ở nhiệt độ thấp (-20 0C). Trong trường hợp không có chất ổn định và dưới áp suất của khí N2 thì có thể bảo quản ở nhiệt độ thường. • Các phương pháp điều chế vinyl clorua - Khử hiđrô và clo của đicloetan bằng dung dịch kiềm Phương pháp này không kinh tế do tốn nhiều NaOH, rượu và thiết bị phải lớn. - Clo hoá etylen ở nhiệt độ cao Phương pháp này chưa được sử dụng do chưa có quá trình lấy nhiệt của phản ứng ra một cách có hiệu quả. - Nhiệt phân đicloetan Phương pháp này rất kinh tế, dây chuyền sản xuất đơn giản nhưng xúc tác không bền, không tái sinh được. Ở nhiệt độ cao tạo sản phẩm phụ như C2H2, đien . . . - Hiđro và clo hóa C2H2 SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 9
  10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S Xúc tác sử dụng là Ni hay HgCl2 ở nhiệt độ cao. Phương pháp này được sử dụng nhiều trên thế giới, gần đây bị hạn chế sử dụng do giá thành của C 2H2 cao hơn giá thành của Etylen. Khí C2H2 và HCl sau khi được làm sạch và sấy khô, được cho vào thiết bị phản ứng tiếp xúc tỷ lệ mol 1:1, tốc độ 100 lít/giờ. Cho chất xúc tác vào trong ống của thiết b ị ph ản ứng, khoảng giữa các ống cho dầu tuần hoàn vào ở 70 ÷ 1300C để gia nhiệt cho phản ứng. Tuỳ theo mức độ giảm hoạt tính của xúc tác mà nâng dần nhiệt độ của dầu lên. Hỗn hợp sau khi phản ứng (gồm VCM, đicloetan, axêtylen, HCl) được đưa qua thiết bị phun để hấp thụ HCl. Sau đó, cho vào tháp sấy bằng KOH rồi qua thiết bị làm lạnh đến – 400C để ngưng tụ VCM và tách khỏi hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao hơn. Ngưng tụ xong cho qua tháp tinh luyện hoạt động liên tục để đuổi axêtanđêhyt, đicloetan và sản phẩm phụ khác. 1.1.2. Chất ổn định huyền phù Suốt trong quá trình phản ứng độ nhớt của hôn hợp phản ứng, giọt monome chuyển ̃ dần sang trạng thái nhầy sệt. Kết thúc phản ứng độ nhớt của hỗn hợp gồm VCM và hạt PVC tăng lên, các hạt PVC có xu hướng đông tụ, nhất là vùng ít chịu tác đ ộng c ủa cánh khuấy. Sự đông tụ các hạt polyme tạo thành tảng làm cản trở quá trình khuấy và giảm hiệu quả truyền nhiệt mất khả năng kiểm soát nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng. Đ ể khắc phục hiện tượng này người ta sử dụng chất ổn định huyền phù. Trong hỗn hợp phản ứng chất ổn định huyền phù tiến tới bề mặt phân giới giữa hai pha làm giảm sức căng bề mặt gi ữa hai pha. Một số chất ổn định huyền phù thường được sử dụng như polyvinyl alcol, polyvinyl axetat, tinh bột, bột talc,… • Loại 1 (Agent-1) - Công thức cấu tạo: - Độ trùng hợp n = 700 - Độ nhớt dung dịch 4 % là : 5,4 ± 0,4 cP (ở 20 oC) - Chỉ số xà phòng hóa : 71,0 ± 1,5 mol (% nhóm OH) - Thành phần dễ bay hơi : 3,0 % khối lượng (tối đa) - Hàm lượng tro : 1,0 % khối lượng (tối đa) Điều kiện sử dụng: - Áp suất nạp: 10 kG/cm2 SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 10
  11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S - Nhiệt độ: nhiệt độ phòng - Loại này được sử dụng ở dạng dung dịch có nồng độ là 7 %. • Loại 2 (Agent-2) - Công thức cấu tạo của nó như sau : - Độ trùng hợp: n = 2000 - Độ nhớt dung dịch 4% là : 32,0 ÷ 38,0 cP (ở 20 oC) - Chỉ số phòng hóa : 78,5 ÷ 81,5 % mol - Độ trong suốt của dung dịch 4% : tối thiểu 90 % - Thành phần dễ bay hơi : 5,0 % khối lượng (tối đa) - Hàm lượng tro : 1,0 % khối lượng (tối đa) Điều kiện sử dụng: - Áp suất nạp: 10 kG/cm2 - Nhiệt độ: nhiệt độ phòng - Loại này được sử dụng ở dạng dung dịch có nồng độ là 5 %. 1.1.3. Chất khơi mào (khởi đầu) Chất khơi mào được sử dụng với mục đích tạo ra các gốc tự do. Ở đây ta sử dụng hai loại chất khơi mào có nhiệt độ, thời gian phân hủy khác nhau, như thế nó có tác dụng phân hủy từ từ và đều trong quá trình phản ứng. Như vậy quá trình phản ứng xảy ra đ ược ổn định, êm dịu và dễ kiểm soát. • Chất khơi mào 1 (Di-2-etylhexyl peroxidecarbonate) Công thức phân tử: C2H5 Ο CH3 CH2 CH CH2 O C O 3 2 Tính chất vật lý: - Màu sắc: trắng - Trong lượng riêng ̣ 0,928 kg/l ở 10 oC - Độ nhớt 1,3 poa ở 10 oC 1,7 poa ở -15 oC - Ăn mòn: không SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 11
  12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S - Khả năng hòa tan: dễ tan trong nước - Sự phân hủy: khí CO2, CO được tạo ra bởi sự phân hủy C - 19 ở nhiệt độ phòng. Phản ứng oxy hóa khử xảy ra khi có tiếp xúc với kim loại như là sắt. - Khả năng cháy: không cháy - Nổ: không - Điểm cháy: 72 oC Điều kiện sử dụng: - Trạng thái nhũ tương - Nồng độ 60 % • Chất khơi mào 2 (Cumyl peroxyneodecanoate) Công thức phân tử: Tính chất vật lý: - Màu sắc: trắng - Trọng lượng riêng: 0,963 kg/m3 ở -15 0C 0,927 kg/m3 ở 20 0 C - Độ nhớt: 5,6 poa ở 0 0 C 18 poa ở -15 0 C - Ăn mòn : không - Nổ : không - Điểm cháy: 49 oC - Khả năng hòa tan: dễ tan trong nước - Khả năng cháy: không cháy Sự phân hủy: khí CO2, CO được tạo ra bởi sự phân hủy Cumyl peroxyneodecanoate ở nhiệt độ phòng. SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 12
  13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S Phản ứng oxy hóa khử xảy ra khi có tiếp xúc với các kim loại có hóa trị như là sắt, mangan, đồng… Điều kiện sử dụng: - Trạng thái nhũ tương nồng độ 50%. 1.1.4. Chất ngắt mạch phản ứng (AD-3) Mục đích của nó cho vào nhằm ngừng phản ứng đang xảy ra ở áp suất tháo liệu (6,0 kg/cm2) và ổn định pH của hỗn hợp huyền phù. - Tên gọi: 2,2-Diphenylol propane hoặc 2,2-Di-p-hydroxyphenyl propane - Công thức phân tử: CH3 HOC6H4 - C - C6H4OH CH3 Tính chất vật lý: - Màu sắc: bột màu trắng - Mùi: phenol nhẹ - Điểm nóng chảy: 156,6 oC - Điểm sôi: 217oC - Nhiệt dung riêng: 0,35 cal/g/oC - Độ tan: không tan trong nước, tan trong rượu với tỷ lệ 150,5 g/100 g etanol và dung dịch kiềm pha loãng. Điều kiện sử dụng: - Dung dịch 10 % trong NaOH - Thuộc nhóm có độc tính thấp, gây dị ứng da, kích thích đối với mắt. 1.1.5. Chất ổn định nhiệt (AD-5) - Tác dụng của AD-5 là tăng cường khả năng ổn định nhiệt của mạch PVC. Tác dụng ổn định nhiệt của AD-5 chủ yếu là ở trong quá trình xử lý sản phẩm sau khi trùng hợp như ở các giai đoạn thu hồi, tách nước, sấy tiến hành ở 100 ÷ 110 0C. Còn trong quá trình trùng hợp, phản ứng chỉ xảy ra ở nhiệt độ 55 ÷ 58 0C nên ảnh hưởng không đáng kể đến mạch phân tử PVC. SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 13
  14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S - Tên gọi: Octadecyl - 3 - (3,5- di - t - butyl - 4 - hydroxyl phenyl) propionate - Công thức phân tử: Chất lượng: - Chất không bay hơi : 50,0 ± 1,5% khối lượng - Độ nhớt ở 25oC : 300 cP (lớn nhất) - Độ pH (dung dịch AD -5 10% với nước) 7 ± 1,5 Điều kiện sử dụng: - Trạng thái nhũ tương - Tính chất vật lý: - Màu sắc: nhũ tương trắng - Mùi: không mùi - Điểm nóng chảy: 49 ÷ 54 oC - Điểm sôi: 100 oC - Độ tan của bột không tan trong nước - Chất rắn phân tán: tan 26% khối lượng (KL) trong axeton. tan 57% KL trong benzen tan 57% KL trong CHCl3 tan 42% KL trong etyl acetate ( C2H5OCO-CH3 ) tan 31% KL trong hexane tan 0,6% KL trong metanol. 1.1.6. Chất bảo quản • Chất này được sử dụng với mục đích ngăn ngừa không cho phản ứng tự trùng hợp xảy ra trong quá trình thu hồi và làm tinh vinyl clorua trong bồn chứa. Ở đây ta dùng h ợp chất có tên là thương mại là Inhibitor-1 (INH-1). • Inhibitor-1 (INH-1) Tên gọi : p-tert-butylcatechol SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 14
  15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S Công thức cấu tạo CH3 OH CH3 C CH3 OH INH-1 có điểm nóng chảy 53,20C, điểm sôi là 2580C điểm bắt cháy là 1290C, điểm bùng cháy là 1600C, trọng lượng riêng d=1,048, khả năng hoà tan tốt trong Metanol và Hyđrocacbon clo hoá. 1.1.7. Chất dập tắt phản ứng. Chất này được sử dụng với mục đích ngăn không cho phản ứng tiếp tục xảy ra trong trường hợp có sự cố, áp suất bên trong thiết bị tăng lên đột ngột mà ta không thể kiểm soát được quá trình, dễ xảy ra nguy cơ cháy nổ. Ở đây ta sử dụng hợp chất có tên thương mại Inhibitor-3 (INH-3) tên gọi (α-metyl Styren) Công thức phân tử C6H5-C(CH3)=CH2 Công thức cấu tạo: CH3 C CH2 Loại này được sử dụng dưới dung dịch không màu, khôi lượng riêng d=0,9092 g/cm 3 ́ ở 250C, độ nhớt 94 cP ở 200C điểm nóng chảy –23,210C, điểm sôi là 1620C, điểm bắt cháy là 53,90C, giới hạn nổ là 0,9% thể tích trong không khí. 1.1.8. Chất chống đông. Trong quá trình sản xuất nhựa PVC, ở giai đoạn hóa lỏng VCM và ở bồn chứa chất khơi mào trước khi cho vào thiết bị phản ứng ta sử dụng VCM ở 50C. Do đó phải dùng chất chống đông trong nước để ngăn chặn nước chuyển trạng thái rắn va đập với cánh quạt làm hỏng cánh khuấy. Chất chống đông ở đây ta sử dụng là dung dịch Etylen Glycol. Etylen Glycol là một chất lỏng không màu, không mùi, điểm nóng chảy là 13 0C, điểm sôi là 197,20C, điểm bắt cháy là 1160C, tỷ trọng d =1,113 ở 200C, tan được trong nước. 1.1.9. Chất kìm hãm phản ứng (AD-1). Tên gọi: 2,2-Diphenyl propane. Công thức phân tử: HOC6H4 – CH2 - C6H4OH SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 15
  16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S Mục đích của nó cho vào nhằm làm ngừng phản ứng đang xảy ra ở áp suất tháo liệu (6,0 kg/cm2) và ổn định pH của hỗn hợp huyền phù. AD-1 ở dạng bột màu trắng, điểm nóng chảy 156,60C điểm sôi 2170C. Khả năng hòa tan trong nước rất kém, tan trong rượu và dung dịch kiềm pha loãng 150,5 g/100g Etanol. Loại này thường sử dụng dưới dạng dung dịch 10 % trong NaOH. 1.1.10.Dung dịch đệm Quá trình trùng hợp không thể tránh khỏi sự hình thành HCl, thêm vào đó một số chất khởi đầu khi phân huỷ tạo ra một số axit. Quá trình này xảy ra ngoài sự kiểm soát, khi pH tăng lên thì xảy ra hiện tượng vận tốc phản ứng giảm do H + sinh ra tác dụng với gốc tự do trong hệ phản ứng, thậm chí làm tắt phản ứng. Vì vậy mà trong hệ phản ứng người ta cho thêm vào một số muối vô cơ NaHCO3, Na2CO3 hoặc dung dịch kiềm loãng. Sự có mặt của các muối này sẽ duy trì pH của hỗn hợp luôn lớn hơn 7. 1.2. Lý thuyết trùng hợp 1.2.1. Khái niệm phản ứng trùng hợp (phản ứng polyme hóa) Phản ứng trùng hợp là quá trình cộng hợp các phân tử monome với nhau để hình thành phân tử polyme mà không tách ra sản phẩm thấp phân tử. 1.2.2. Điều kiện phản ứng Monome dùng cho phản ứng trùng hợp là những hợp chất chứa nối đôi hay những hợp chất vòng không bền. 1.2.3. Đặc điểm phản ứng trùng hợp - Phản ứng trùng hợp là phản ứng cộng - Trong suốt quá trình phản ứng, tổng số phân tử trong hệ giảm, do đó độ chức (đ ộ không no) của hỗn hợp phản ứng giảm. - Các phân tử polyme được hình thành rất sớm với vận tốc lớn, ngay khi đ ộ chuy ển hóa còn thấp. - Hỗn hợp sản phẩm thường chứa cả polyme và monome. - Không có sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian không bền. 1.3. Lý thuyết trùng hợp PVC Quang trùng hợp VCM dưới ánh sáng mặt trời không có chất khởi đầu, phản ứng xảy ra chậm. Nhưng dưới tác dụng tử ngoại thì diễn ra nhanh hơn và khi lượng Peroxit tăng thì tốc độ trùng hợp sẽ tăng lên. Nếu không có oxi và chất khởi đầu thì trùng hợp nhiệt SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 16
  17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S VCM không xảy ra. Khi có mặt ôxi thì polyme tạo ra tương đối nhanh sau một th ời gian cảm ứng. Trong thời gian cảm ứng, o xi kết hợp với VCM tạo ra Peroxit, Peroxit này phân huỷ thành các gốc và kích động trùng hợp. Phản ứng trùng hợp xảy ra rất nhạy với các tạp chất như C 2H2 và C2H5OH. Còn HCl làm chậm vận tốc của quá trình trùng hợp, Stiren, Hiđroquinol, Phenol và KMnO 4 có khả năng làm ngừng phản ứng. Trùng hợp VCM trong dung môi thường thu được polyme có khối lượng phân tử thấp và vận tốc phản ứng be. Nếu tiến hành trùng hợp VCM trong điều kiện nhiệt độ nhỏ hơn ́ 750C thì khó tách khí HCl ra khỏi PVC. Hiện tượng này dễ xảy ra khi có dung môi. Khi nghiên cứu trùng hợp khối có chất khơi mào thì thấy rằng trùng hợp xảy ra theo cơ chế gốc chuỗi bình thường nhưng có 2 điểm nổi bật: - Vận tốc trùng hợp tăng từ lúc bắt đầu phản ứng đến khi đạt được 50% monome đã chuyển hoá. - Vận tốc chuyển mạch lớn hơn rất nhiều so với trùng hợp các hợp chất Vinyl khác. Cả hai đặc điểm này rất có ý nghĩa trong thực tế. Đặc điểm thứ nhất là nguyên nhân không ổn định của vận tốc trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền phù. Đặc điểm thứ hai có ảnh hưởng lớn đến khối lượng phân tử của polyme thu được. Xuất phát từ nguyên nhân này mà trong công nghiệp người ta thường điều chỉnh khối lượng phân tử của PVC bằng cách thay đổi nhiệt độ trùng hợp chứ không thay đổi nồng độ chất khơi mào. Nhiều nhà nghiên cứu trùng hợp VCM có Peroxit Benzoil cho rằng khôi lượng phân tử của polyme (M) ́ thu được như sau: - M không phụ thuộc vào nồng độ chất khơi mào trong giới hạn dưới 2%, nếu nồng độ cao hơn thì giảm nhanh. - M không phụ thuộc vào mức độ chuyển hoá monome. - M giảm khi tăng nhiệt độ trùng hợp. Ngoài ra, để điều chỉnh khối lượng phân tử ta có thể thêm vào các hợp chất có khả năng chuyển mạch hoặc dùng phương pháp làm giảm nồng độ của monome trong hệ thống phản ứng. Trường hợp này có thể dùng phương pháp trùng hợp VCM trong nhũ tương ở áp suất thấp hơn áp suất hơi bão hoà của VCM trong điều kiện nhiệt độ nhất định. Làm như vậy tức là làm giảm nồng độ monome trong pha nước làm giảm M và vận tốc trùng hợp. 1.4. Cơ chế trùng hợp PVC SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 17
  18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S Đối với một monome tham gia phản ứng trùng hợp thì nhất thiết phân tử phải có ít nhất một liên kết đôi. Đối với VCM phản ứng trùng hợp xảy ra theo cơ chế gốc gồm ba giai đoạn: giai đoạn khơi mào, giai đoạn phát triển mạch, giai đoạn ngắt mạch. 1.4.1. Giai đoạn khơi mào tạo ra các gốc hoạt tính Trong trùng hợp gốc, trung tâm hoạt động chủ yếu là gốc tự do, nhờ có cặp điện tử không cặp đôi nên gốc tự do rất dễ dàng tham gia phản ứng với monome tạo ra các trung tâm hoạt động. Các trung tâm hoạt động được tạo ra bằng các phương pháp phá vỡ liên kết đôi trong monome. • Khơi mào bằng nhiệt Trùng hợp nhiệt xảy ra rất chậm phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Polyme thu được dễ bị phân huỷ nhiệt và có khối lượng phân tử thấp. Thực tế nhiều monome không trùng hợp nếu không có tạp chất. • Khơi mào bằng quang Thường sử dụng bức xạ có năng lượng lớn như tia tử ngoại, phân tử monome hấp thụ năng lượng ánh sáng và chuyển sang trạng thái bị kích thích. Do sự chuyển hoá đơn phân tử, phân tử bị kích thích biến thành lưỡng gốc. Trong trùng hợp bằng tác nhân khơi mào quang hóa cũng như trong trùng hợp bằng tác nhân là nhiệt, lưỡng gốc tiếp tục phát tri ển thành đơn gốc polyme. Khi khơi mào quang hóa, phản ứng trùng hợp đôi khi vẫn tiếp tục một thời gian nữa mặc dù đã ngừng chiếu sáng. • Khơi mào tạo gốc hoạt động bằng chất khởi đầu Chất khởi đầu tạo ra các gốc hoạt động do sự phân rã của chúng. Các gốc hoạt động này được đưa vào hoặc hình thành trong hệ phản ứng, kích thích phản ứng xảy ra, đây là phương pháp dùng rộng rãi nhất trong công nghiệp. Các chất khởi đầu thường dùng trong công nghiệp peroxit, hydroperoxit, các hợp chất azo, diazo . . . - Peroxit benzoil: (C6H5COO)2 Quá trình phân huỷ tạo ra gốc tự do (C6H5COO)2 2C6H5COO* 2C6H5* +2CO2 - Peroxit axetyl: (CH 3 COO)2 (CH3COO)2 2CH3COO* 2CH3* +2CO2 SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 18
  19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S - Tert-butyl hydro peroxit: (CH3)3COOH (CH3)3 COOH (CH3)2 C=O + CH*3 + HO* - Hyđro peroxit: H2O2 H2O2 2HO* - Điazoaminobenzen: C6H5—NH—N=N—C6H5 C6H5—NH—N=N—C6H5 C6H5—NH* + *N=N—C6H5 * N=N—C6H5 C6H5*+N2 Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm, phương pháp trùng hợp mà ta chọn chất khởi đầu cho thích hợp. Đối với phương pháp trùng hợp VCM huyền phù thì chất khởi đầu thường dùng là peroxit benzoil và peroxit axetyl. • Giai đoạn hình thành gốc hoạt động (C6H5COO)2 2C6H5* +2CO2 Gọi R* là gốc tự do C6H5*, ta có phản ứng: R* + CH 2 CH R CH 2 CH H* Cl Cl • Giai đoạn phát triển mạch * * R CH2 CH + CH2 CH R CH2 CH CH2 CH Cl Cl Cl Cl * * R CH2 CH CH2 CH + (n-1)CH2 CH R( CH CH )n CH CH 2 2 Cl Cl Cl Cl Cl • Giai đoạn ngắt mạch Sự ngắt mạch của phản ứng gắn liền với sự bão hoà điện tử không cặp đôi cho nên thông thường sự ngắt mạch là kết quả của sự tương tác giữa hai gốc tự do. Giai đo ạn này có: - Tái hợp gốc: SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 19
  20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S Phản ứng này làm cho phân tử lượng của polyme thu được tăng lên. - Bất tỷ phân: * * R1 CH2 CH CH + R CH2 CH CH n CH2 2 m CH2 Cl Cl Cl Cl R CH2 CH CH2 + R CH2 CH CH 1 n CH2 2 m CH Cl Cl Cl Cl Kết quả hỗn hợp thu được có cả polyme no và không no có khối lượng phân tử thấp. - Phản ứng phụ: phản ứng phụ thường xảy ra ở giai đoạn này là các phản ứng chuyển mạch sang polyme, monome và tạp chất và dung môi (nếu có). Ví dụ phản ứng truyền mạch sang polyme xảy ra như sau: Đây là các phản ứng không mong muốn vì polyme thu được có nhánh, phân tử lượng và thành phần hoá học không đồng nhất. Phản ứng chuyển mạch sang monome thường tạo ra gốc mới có hoạt tính hoá học kém hơn các gốc tham gia phản ứng. Gốc này kém ho ạt động làm cho vận tốc của phản ứng chậm đi. Bằng cách đưa vào môi truờng phản ứng các chất dễ dàng tiếp nhận sự chuyển mạch, người ta có thể điều chỉnh khối l ượng phân t ử trung bình của polyme và polyme thu được có độ đa phân tán và độ phân nhánh th ấp. Các chất đó được gọi là chất điều chỉnh, thường sử dụng là CCl4, C2H2Cl4, C2Cl6,… 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến trùng hợp gốc 1.5.1. Ảnh hưởng của ôxi tạp chất SVT:Phạm Thị Trường Giang Trang 20
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược