Bài-dư-thi-SVNCKH-UERÉKA-2021(đánh lại số trang)

1 ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ 23 NĂM 2021 TÊN CƠNG TRÌNH: Nghiên cứu xử lý sản phẩm phụ trình tổng hợp nhựa polyester resin không no, thu hồi monomer tái sử dụng làm nguyên liệu LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Công nghệ Hóa – Dược CHUN NGÀNH: Cơng Nghệ Hóa học Mã số cơng trình: …………………………… MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ MỤC TIÊU NGHIÊM CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhựa PEKN 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Nhu cầu sử dụng nhựa PEKN giới 1.1.3 Nhu cầu sử dụng nhựa PEKN nước .7 1.1.4 Ứng dụng nhựa PEKN 1.1.5 Nguyên liệu tổng hợp nhựa polyeste không no 11 1.2 Giới thiệu phương pháp chưng cất .14 1.2.1 Một số kỹ thuật chưng cất 14 1.2.2 Các phương pháp chưng luyện 15 1.2.3 Tháp chưng cất 15 CHƯƠNG 2: HÓA CHẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 Hóa chất 16 2.2 Phương pháp chưng cất giai đoạn 16 2.3 Phương pháp tổng hợp mẫu nhựa PEKN 17 2.4 Đóng rắn nhựa PEKN 17 2.5 Phương pháp xác định thông số kỹ thuật mẫu nhựa PEKN 17 2.5.1 Phương pháp xác định độ nhớt nhựa lỏng 17 2.4.2 Phương pháp xác định hàm lượng styren 17 2.4.3 Phương pháp xác định tỷ trọng lỏng nhựa PEKN 18 2.4.4 Phương pháp xác định màu sắc nhựa PEKN lỏng 18 2.4.5 Phương pháp xác định biến thiên nhiệt độ theo thời gian đóng rắn 18 2.4.6 Phương pháp xác định số axit .18 2.5 Phương pháp xác định tính chất nhựa PEKN sau đóng rắn 19 2.5.1 Phương pháp xác định độ cứng Barcol .19 2.5.3 Phương pháp xác định độ bền uốn modun uốn 19 2.5.4 Phương pháp xác định độ bền va đập Izod khơng khía .19 2.5.5 Phương pháp xác định độ mài mòn 19 2.5.6 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): .19 2.5.7 Phương pháp phân tích nhiệt vi trọng lượng TGA 19 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .20 3.1 Kết phân tích thơng số dịch ngưng tụ từ q trình tổng hợp nhựa PEKN 20 3.2 Chưng cất giai đoạn để thu hồi cấu tử propylene glycol .21 3.2.1 Giai đoạn 1: Chưng tách nước 22 3.2.2 Giai đoạn 2: Chưng cất thu hồi glycol .25 3.2.3 Tổng hợp kết trình chưng cất dịch ngưng tụ 27 3.3 Kết tổng hợp nhựa PEKN từ cấu tử PG thu hồi .27 3.3.1 Các thơng số q trình tổng hợp nhựa PEKN từ PG thu hồi 27 3.3.2 Kết phân tích thơng số kỹ thuật nhựa PEKN sau tổng hợp 29 3.3.3 Phổ PTIR mẫu nhựa PEKN lỏng 30 3.3.4 Giản đồ phân tích nhiệt TGA mẫu nhựa PEKN 31 3.3.5 Đánh giá tiêu kỹ thuật mẫu nhựa PEKN sau đóng rắn 32 KẾT LUẬN 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt AM AP CAGR DEG DPG DBTO DCPD EG FPR Tên đầy đủ Anhydrit Maleic Anhydrit phlatic Tốc độ tăng trưởng hàng năm Diethylen glycol Dipropylen glycol Dibutyl tin oxide Nhựa dicyclopentandien Ethylen glycol Fibeglass Reinfored Plastic – Composite gia cường sợi thủy FTIR HQ PG PEKN SM TBBC TGA tinh Phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Chất ổn định phản ứng: Hydroquinon Propylene Glycol Nhựa polyeste không no Dung mơi pha lỗng: Styren monome Tert - butyl benzoyl peoxide Phân tích nhiệt trọng lượng DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Tổng hợp tiêu kỹ thuật hỗn hợp dịch ngưng tụ thu từ trình tổng hợp nhựa PEKN 20 Bảng 2: Tỷ lệ thu hồi sản phẩm từ giai đoạn chưng tách nước 23 Bảng 3: Một số tiêu kỹ thuật mẫu nước thu trước sau chưng cất 23 Bảng 4: Kết chưng tách PG từ hỗn hợp sản phẩm phụ .25 Bảng 5: Tỷ lệ sản phẩm thu từ trình chưng giai đoạn dịch ngưng tụ 27 Bảng 6: Ký hiệu mẫu nhựa PEKN 28 Bảng 7: Các thông số kỹ thuật mẫu nhựa PEKN 29 Bảng 8: Độ trùng lặp phổ FTIR mẫu nhựa PEKN so với mẫu chuẩn 30 Bảng 9: Độ bền nhiệt mẫu nhựa PEKN 32 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Dự báo nhu cầu thị trường PEKN đến năm 2029 Hình 2: Nhu cầu thị trường nhựa PEKN phân theo loại Hình 3: Khối lượng nhập nhựa PEKN Việt Nam từ 2016 ÷ 2020 Hình 4: Nhựa PEKN ứng dụng ngành vật liệu xây dựng Hình 5: Nhựa PEKN ứng dụng ngành cơng nghiệp ơtơ Hình 6: Nhựa PEKN ứng dụng ngành hải .9 Hình 7: Nhựa PEKN ứng dụng ngành thiết bị công nghiệp 10 Hình 8: Nhựa PEKN ứng dụng ngành cơng trình dân dụng 10 Hình 9: Nhựa PEKN ứng dụng ngành công nghiệp điện điện tử 10 Hình 10: Kết phân tích FTIR hỗn hợp dịch ngưng tụ .21 Hình 11: Sơ đồ thí nghiệm giai đoạn chưng tách nước 22 Hình 12: Kết phân tích FTIR mẫu nước sau chưng cất 24 Hình 13: So sánh phổ FTIR mẫu PG thu hồi với phổ FTIR mẫu PG tiêu chuẩn 26 Hình 14: Chỉ số axit hỗn hợp phản ứng theo thời gian .28 Hình 15: Hình ảnh mẫu nhựa PEKN lỏng tổng hợp 30 Hình 16: So sánh phổ hồng ngoại FTIR mẫu nhựa PEKN so với mẫu chuẩn (M0) 31 Hình 17: Giản đồ phân tích nhiệt (TGA) mẫu nhựa PEKN so với mẫu M0 .32 Hình 18: So sánh màu sắc mẫu nhựa PEKN sau đóng rắn 33 Hình 19: So sánh độ cứng Barcol mẫu nhựa PEKN sau đóng rắn 34 Hình 20: So sánh độ bền uốn (a) modul uốn (b) mẫu nhựa PEKN 34 Hình 21: So sánh độ bền kéo (a) modul kéo (b) mẫu nhựa PEKN sau đóng rắn 35 Hình 22: So sánh độ bền va đập khơng khía (a) độ mài mịn (b) mẫu nhựa PEKN sau đóng rắn 35 Tóm Tắt Hỗn hợp dịch ngưng tụ từ q trình sản xuất nhựa polyeste khơng no (PEKN) xử lý phương pháp chưng cất hai giai đoạn điều kiện áp suất chân không để thu nước tinh khiết đạt yêu cầu tái sử dụng thu hồi monome propylene glycol có tiêu kỹ thuật đạt yêu cầu để tái sử dụng tổng hợp nhựa PEKN Kết nghiên cứu đề tài làm sở để ứng dụng quy mơ lớn có ý nghĩa mặt khoa học, môi trường kinh tế ĐẶT VẤN ĐỀ Nhựa polyeste không no (PEKN) loại nhựa nhiệt rắn phổ biến sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống Nhựa PEKN hợp chất cao phân tử, tạo thành từ trình trùng ngưng glycol anhydrit axit hữu no không no Các anhydrit axit không no giúp cung cấp nối đôi cho mạch phân tử giúp cho nhựa PEKN có khả tạo mạng lưới không gian phản ứng trùng hợp với dung mơi có khả khâu mạch styren, vinyltoluen, vinylacetate, methylmethacrylate, tert-butylstyren để chế tạo sản phẩm nhựa nhiệt rắn khơng nóng chảy khơng hịa tan, bền học môi trường Nhựa PEKN vật liệu compozit sử dụng nhựa PEKN làm nhựa có tính chất lý tương đối tốt, giá thành hạ nên ứng dụng rộng rãi kỹ thuật làm vật liệu đúc khuôn, vật liệu cách điện kỹ thuật vô tuyến điện, xi măng hữu cơ, màng phủ, chế tạo vật liệu polyme compozit để ứng dụng ngành công nghiệp chế tạo ô tô, tàu thủy, bồn chứa, vỏ sàn tàu thuyền, phận vận tải bộ, đúc, sản xuất cánh gió, cấu trúc FRP, nhựa cán nhiều ứng dụng khác chất kết dính, nút, vật đúc, vật liệu tổng hợp, bao, vật liệu lát sàn, sơn, bột nhão, bê tông polyme, bột bả, dụng cụ lớp phủ chống cháy & chống ăn mịn,… Trong q trình sản xuất nhựa PEKN, ngồi sản phẩm nhựa polyeste cịn có sản phẩm phụ nước có lẫn lượng nhỏ nguyên liệu bay theo trình tổng hợp nhiệt độ cao Do vậy, xử lý sản phẩm phụ để đảm bảo môi trường tái thu hồi nguyên liệu vấn đề cần quan tâm có ý nghĩa mặt khoa học, môi trường kinh tế Để giải vấn đề này, lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý sản phẩm phụ q trình tổng hợp nhựa polyeste khơng no, thu hồi monome tái sử dụng làm nguyên liệu” để triển khai nghiên cứu Lý chọn đề tài: Hiện nay, Nhà máy Sản xuất Hóa chất Phenikaa thuộc Tập đồn Phenikaa sản xuất nhựa PEKN với công suất 25.000 tấn/năm, trình sản xuất sinh lượng sản phẩm phụ (nước lẫn nguyên liệu) khoảng 7%KL so với tổng khối lượng nguyên liệu đầu vào, tương đương với 1.750 tấn/năm Lượng sản phẩm phụ không xử lý không đủ điều kiện để xả thải mơi trường Đồng thời có khoảng 12 ÷ 13%KL glycol nguyên liệu tương ứng 210 ÷ 225 tấn/năm Nếu chọn phương pháp xử lý không thu hồi glycol có thể 210 ÷ 225 tấn/năm tương đương với 10,7 tỷ VNĐ/năm, điều vừa không thể đảm bảo môi trường thiệt hại mặt kinh tế cho Cơng ty Do đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý sản phẩm phụ trình tổng hợp nhựa polyeste không no, thu hồi monome tái sử dụng làm nguyên liệu” cấp thiết để có thể: - Xử lý vấn đề khoa học – kỹ thuật phát sinh từ thực tế sản xuất - Xử lý vấn đề môi trường nước đạt yêu cầu để xả thải - Xử lý vấn đề kinh tế thu hồi Glycol có giá trị khoảng 10,7 tỷ/năm MỤC TIÊU NGHIÊM CỨU - Tìm chế độ phương pháp chưng cất tách nước thu hồi Glycol - Tổng hợp nhựa PEKN từ Glycol thu được, có tính chất tương đương với nhựa PEKN sử dụng Glycol tiêu chuẩn Nội dung: Chưng cất giai đoạn:  Giai đoạn 1: Tách nước khỏi hỗn hợp dịch ngưng tụ  Giai đoạn 2: Chưng cất tiếp tục hỗn hợp đáy để thu hồi propylene glycol (PG)  Xác định so sánh số mẫu PG thu với mẫu PG tiêu chuẩn  Tổng hợp nhựa PEKN từ mẫu PG thu  Xác định so sánh số mẫu nhựa PEKN từ PG thu hồi PEKN từ PG tiêu chuẩn Phương pháp nghiên cứu: + Sử dụng phương pháp chưng cất giai đoạn để tách propylene glycol từ hỗn hợp dịch ngưng tụ thu hồi glycol + Sử dụng PG thu hồi tổng hợp nhựa PEKN theo PP trùng ngưng nóng chảy + Các phương pháp phân tích: Đo pH, độ nhớt, PP đo tính chất lý nhựa nền, màu sắc Hazen, FTIR, TGA… Đối tượng nghiên cứu:  Thành phần tính chất hỗn hợp dịch ngưng tụ từ q trình tổng hợp nhựa PEKN  Tính chất kỹ thuật PG sau tiến hành chưng cất thu hồi  Tính chất kỹ thuật Nhựa PEKN tổng hợp từ PG thu hồi Phạm vi nghiên cứu:  Nghiên cứu thành phần đặc điểm hỗn hợp dịch ngưng tụ thu từ trình tổng hợp nhựa PEKN;  Nghiên cứu trình để tách nước tách glycol từ dịch ngưng tụ;  Tổng hợp nhựa PEKN từ glycol thu hồi đánh giá tính chất kỹ thuật sản phẩm nhựa PEKN thu ... nhựa PEKN Việt Nam từ 2016 ÷ 2020 Theo số liệu trên, nhu cầu loại nhựa PEKN Việt Nam ngày lớn, năm 2020 ảnh hưởng dịch Covid nên khối lượng chững lại tăng trở lại vào năm I.1.4 Ứng dụng nhựa PEKN... tinh dầu, lọc dầu, … I.2.1 Một số kỹ thuật chưng cất  Chưng cất lặp lại liên tục: Nồng độ chất cần phải tách có thể tiếp tục nâng cao cách tiếp tục chưng cất lại phần cất Nhiệt độ sơi khác... hợp nhựa PEKN từ cấu tử PG thu hồi .27 3.3.1 Các thơng số q trình tổng hợp nhựa PEKN từ PG thu hồi 27 3.3.2 Kết phân tích thơng số kỹ thuật nhựa PEKN sau tổng hợp 29 3.3.3 Phổ PTIR mẫu