Đồ án tốt nghiệp thiết kế dây truyền sản xuất nhựa alkyt với công suất 1000 tấn năm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN I : PHẦN TỔNG QUAN I.1.Lịch phát triển Nhựa alkyt loại nhựa lâu đời nhất, sử dụng rộng rãi công nghệp sơn phần công nghiệp chất dẻo Năm 1901, Xmit có ngưng tụ anhydrit phtalic với glyxerin theo tỷ lệ mol 3:2, kết qủa đun nóng lâu hỗn hợp phản ứng nên thu nhựa cứng, suốt, sáng, không tan nước Nhược điểm polyeste từ anhydrit phtalic glyxerin dòn, cứng, mức độ hòa tan dung môi kém, khả chịu nước chịu thời tiết Năm 1927, Kienle biến tính sản phẩm axit béo dầu khô (như dầu chẩu, dầu ‘lin’…), tạo vật liệu có nhiều tính ưu việt Bắt đầu từ năm 1930 polyeste dùng rộng rãi để làm nguyên liệu tạo màng Cũng từ đó, thuật ngữ ‘ alkyt’ Kienle dùng để mô tả sản phẩm phản ứng trùng ngưng rượu đa chức với axit đa chức Trải qua nhiều năm, nhựa ankyt chiếm ưu ngành công nghiệp chất phủ bề mặt Nhựa ankyt có giá trị kinh tế cao Tuỳ thuộc vào cấu trúc mạch đại phân tử nhựa, phương pháp gia cơng điều kiện đóng rắn mà màng tạo thành có độ bền chịu hố chất Tính chất đặc biệt nhựa ankyt khả tương hợp tốt với loại nhựa, bột màu dễ sử dụng I.2.Nguyên liệu đầu Nguyên liệu đầu để tổng hợp nhựa alkyt gồm có: - Axít đa chức anhydrit - Rượu đa chức - Dầu thảo mộc - Xúc tác - Dung môi I.2.1.Axit đa chức anhydrit SINH VIÊN TRẦN ĐÌNH HỒ LỚP CNVL POLYME-K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I.2.1.1.Anhydrit phtalic (AP) AP tinh thể trắng, suốt, nóng chảy 132 0C, tan nước, rượu, ete thăng hoa Khi sử dụng AP để tổng hợp nhựa alkyt hạn chế giải phóng H2O q trình phản ứng este hoá AP điều chế cách : - Oxi hoá naphtalen điều kiện dư khơng khí + 4,5 O2 V2O5 C 500OC C O O + CO2 + H2O O - Phân hủy axit phtalic nhiệt độ cao : COOH 200 - 300 OC COOH C C O O + H2 O O I.2.1.2.Axit maleic anhydrit maleic (AM) Axit maleic : CH- COOH CH- COOH AM : CH- C CH- C O O O AM chất kết tinh thành tinh thể hình kim, nóng chảy 52,6 OC, cất 202OC áp suất khí quyển, dễ dàng tan clorofoc, benzen axeton Khi hòa tan nước, AM chuyển thành axit maleic Trong công nghiệp thường sử dụng kết hợp lượng nhỏ axit maleic AM với AP để tăng độ cứng cho màng sơn alkyt sử dụng làm chất tạo màng cho sơn AM thường điều chế cách oxy hóa benzen oxy khơng SINH VIÊN TRẦN ĐÌNH HỒ LỚP CNVL POLYME-K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP khí, có mặt V2O5 làm xúc tác nhiệt độ khoảng 400 OC : CH- C V2O5 + O2 O O + CO2 CH- C H2O O 410 – 430 OC + I.2.1.3.Các axit khác Ngoài hai axit người ta sử dụng số axit khác để tăng cường số tính chất : độcứng, độ mềm dẻo, độ bám dính,…của màng sơn alkyt sử dụng làm chất tạo màng cho sơn HOOC- CH2- CH2- CH2- CH2COOH COOH Axit terephtalic : Axit adipic : COOH Axit izophtalic : COOH COOH I.2.2.Rượu đa chức I.2.2.1.Etylenglycol Etylenglycol có cơng thức cấu tạo : HO- CH2- CH2OH Etylenglycol chất lỏng không màu, hút ẩm, không mùi, tan vơ hạn nước rượu, có nhiệt độ sôi 197,50C nhiệt độ đông đặc -130C Etylenglycol điều chế cách oxy hoá etylen với oxy khơng khí theo tỷ lệ etylen :O2 KK 1:10 , xúc tác Ag : CH2= CH2 O2 KK 220OC,Ag CH2- CH2 + H2O O CH2- CH2 OH OH I.2.2.2.Glyxerin CH2- CH- CH2 SINH VIÊN TRẦN ĐÌNH HỒ OH OH OHLỚP CNVL POLYME-K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Glyxerin có công thức cấu tạo : Glyxerin chất lỏng nhớt, hút ẩm, khơng màu, khơng mùi có vị ngọt, trộn với nước theo tỷ lệ dung môi tốt cho rượu, amin, axit nhiều muối hữu vơ khác Glyxerin có nhiệt độ sôi 2900C Glyxerin loại rượu đa chức dùng phổ biến để tổng hợp nhựa alkyt Glyxerin thường điều chế từ propylen : CH2= CH- CH3 + CH2= CH- CH2CI + 600OC,18at Cl2 HCl CH2= CH- CH2CI + CH2- CH- CH2 HOCl Cl OH Cl CH2- CH- CH2+ NaOH (dư) CH2- CH- CH2 Cl OH OH OH OH Cl I.2.2.3.Pentaeritritol Pentaeritritol có cơng thức cấu tạo : CH2- OH HO- CH2- C- CH2OH CH2- OH Pentaeritritol tinh khiết chất kết tinh, có nhiệt độ nóng chảy 260 0C, nhiệt độ sơi 2950C, nhiệt độ phòng tan phần nước, rượu este Trong công nghiệp, pentaeritriolt điều chế cách cho ngưng tụ andehit axetic (CH3CHO) với andehit focmic (HCHO) môi trường kiềm (MOH) nhiệt độ từ 30  350C CH2- OH CH3- CHO + HCHO + MOH HO- CH2- C- CH2OH CH2- OH + HCOOM I.2.2.4.Các loại rượu khác Dietylenglycol : HO- CH2- CH2- O- CH2- CH2- OH SINH VIÊN TRẦN ĐÌNH HỒ CH3- CH- CH2 OH OH LỚP CNVL POLYME-K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1,2 propylenglycol : Diphenylol propan ( Bis phenol A): CH3 HO C OH CH3 I.2.3.Dầu thảo mộc Dầu thảo mộc este glyxerin với axit béo, loại triglyxerit có chứa thêm lượng chất khơng béo Dầu thảo mộc có cơng thức cấu tạo chung : CH2- OCOR1 CH - OCOR2 CH2- OCOR3 Trong R1,R2,R3 gốc axi béo I.2.3.1.Các thành phần dầu thảo mộc + Axit béo Axit béo loại axit mạch cacbon, đơn chức, có cấu tạo mạch thẳng Axit béo dầu thảo mộc gồm có nhiều loại với cơng thưc tổng quát sau: Loại axit Công thức tổng quát Axit no (khơng có nối đơi) CnH2nO2 Axit khơng no có nối đơi CnH2n-2O2 Axit khơng no có nối đơi CnH2n-4O2 Axit khơng no có nối đơi CnH2n-6O2 Axit khơng no có nối đơi CnH2n-8O2 Axit khơng no có nối đơi CnH2n-10O2 Trong loại dầu thực vật chứa vài ba loại axit béo kể có axit no khơng no Thơng thường loại dầu có SINH VIÊN TRẦN ĐÌNH HỒ LỚP CNVL POLYME-K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP loại axit béo chủ yếu chiếm tỷ lệ cao so với axit béo khác loại dầu Dưới cấu tạo tính chất số axit béo chủ yếu có loại dầu thảo mộc : Ở nhiệt độ thường phần lớn axit không no trạng thái lỏng axit no trạng thái rắn Cụ thể axit khơng no nóng chảy nhiệt độ thấp nhiều so với axit loại no có số nguyên tử cacbon Mặt khác ta thấy độ nhớt axit béo không no bé độ nhớt axit no loại axit béo có khối lượng phân tử lớn hay có chứa nhóm - OH có độ nhớt lớn Khả hoà tan vào nước axit béo giảm dần khối lượng phân tử tăng lên, mạch cacbon khơng có cực dài có nhóm – COOH có cực Các loại axit có chứa từ 14 nguyên tử cacbon trở nên không tan nước Axit béo no tương đối bền vững, khó bị ơxy hố khơng tham gia vào phản ứng kết hợp trực tiếp Axit béo khơng no có khả phản ứng mạnh nhiều Khả phản ứng phụ thuộc vào số nối đôi khối lượng phân tử Các axit béo loại tham gia vào phản ứng kết hợp trực tiếp vị trí nối đơi với halogen, oxy, hydro… Nhưng quan trọng axit béo khơng no este chúng có khả trùng hợp tạo phân tử lớn dùng để chế tạo sơn + Glyxerin Khi oxi hố đun nóng dầu glyxerít dễ dàng bị xà phịng hố thành axit béo glyxerin Vì cơng nghiệp sản xuất xà phịng người ta sản xuất ln glyxerin để tiết kiệm Ở nước có dầu mỏ cơng nghiệp hóa chất phát triển người ta sản xuất glyxerin phương pháp tổng hợp từ propylen + Thành phần khơng béo dầu SINH VIÊN TRẦN ĐÌNH HỒ LỚP CNVL POLYME-K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Các chất không béo dầu tương đối ít, thường vào khoảng 0,1  1% trọng lượng dầu chiếm khoảng  5% thể tích dầu Phần lớn hợp chất ưu nước nên dễ dàng tách khỏi dầu mỡ chất ghét nước Dưới hợp chất không béo dầu thảo mộc – Sáp : este axit béo với rượu cao phân tử – Photphatit : este glyxerin ngồi gốc axit béo cịn có gốc axit octophotphoric – Xtêrin : rượu cao phân tử có cấu tạo nhiều vịng có nhánh phụ mạch thẳng – Chất màu : ví dụ carơtin dầu ‘lin’,dầu đậu lành… – Men : chất tăng cường q trình hố học xảy thể động vật thực vật Loại men phổ biến Lipado Khi đun nóng dầu men tác dụng I.2.3.2.Phân loại dầu thảo mộc Phân loại dầu dựa vào khả khô dầu Khả khô tính chất khơng no axit béo dầu định thường vào số iốt để phân loại : Thông thường chia làm loại : – Dầu khô : loại dầu có số iốt từ 170  200, có chứa nhiều axit béo khơng no có nối đơi liên hợp cách ly dầu lanh, dầu chẩu… – Dầu bán khơ : loại dầu có số iốt từ 120  170, có chứa axit béo khơng no có nối đơi cách ly dầu đậu nành, dầu bông, dầu ngô… – Dầu không khô : loại dầu có số iốt 110, chứa axit béo no khơng no có nối đơi dầu ơliu, dầu dừa, dầu ve… I.2.3.3.Tính chất dầu thảo mộc SINH VIÊN TRẦN ĐÌNH HỒ LỚP CNVL POLYME-K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tất loại dầu thảo mộc nhẹ nước không tan nước Chúng hồ tan ete, benzen, clorofoc, dầu xăng, riêng dầu ve có khả tan cồn khơng tan xăng dầu Khi có tác dụng kiềm, dầu bị xà phịng hố tạo thành glyxerin muối axit béo Khi có tác dụng với axit men đun nóng với nước áp suất cao nhiệt độ cao dầu bị phân huỷ tạo thành glyxerin axit béo tự Khi đun nóng dầu bị dãn nở nên trọng lượng riêng giảm xuống, tăng lên 10 giảm xuống 0,0007 g/cm3 Nhiệt độ cháy bùng dầu khoảng 190  235 OC Dầu dễ bị oxy hố oxy khơng khí tạo thành alđehyt sản phẩm oxy hố khác Q trình oxy hố q trình toả nhiệt lên dầu có khả tự bốc cháy Bình thường lượng axit béo tự dầu nhiều trường hợp độ axit dầu tăng lên làm chậm trình khơ Bảng : Một số loại dầu chủ yếu Loại dầu Khô Hàm lượng dầu hạt,% Axit béo có thành phần dầu,% Axit Axit Axit Axit oleic linoleic linolenoic loại no Chỉ số Iot 42- 48 12,5 - - 159- 163 36- 47 4,5 52 23 8,3 182- 204 65 10 78 142- 162 Dầu cẩm chướng 40- 60 30 58 - 7,2 131- 143 Dầu đậu nành 14- 25 32 52 114- 137 Dầu hướng dương 27- 35 39 46 - 10 119- 144 dầu Tên Dầu ‘lin’ Dầu hồ đào Bán khô SINH VIÊN TRẦN ĐÌNH HỒ LỚP CNVL POLYME-K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dầu 20- 28 30 40 - 24 100- 115 Dầu ngô - 45 41 - 12 111- 131 48- 60 - 82- 88 - - - 94 8,3- Không Dầu ve khô Dầu dừa I.2.3.4.Tinh chế dầu thảo mộc Quá trình làm dầu trình tách hợp chất khơng béo dạng huyền phù dạng hoà tan, tách axit béo tự tách hay làm phân huỷ chất màu Hiện có phương pháp làm sau: – Phương pháp lắng : phương pháp đơn giản để tách tạp chất học – Phương pháp xử lý nhiệt : đun nóng dầu thật nhanh lên nhiệt độ cao, hợp chất keo hoà tan chất nhờn keo tụ lại Sau lắng lọc hay ly tâm tách chúng Nhưng q trình xử lý nhiệt tính chất dầu có thay đổi số iốt giảm xuống, số axit tăng lên Muốn cho tính chất dầu bị thay đổi thí phải làm nguội nhanh – Hydrat hóa : làm cho chất keo tan dầu photphatit hấp thụ nước trương lên khơng cịn khả tan dầu tách dạng keo theo hợp chất học phần chất màu – Tẩy trắng cách hấp thụ : dùng đất hoạt tính silicat nhơm ngậm nước nAl(OH)3.mSiO2.pH2O để hấp thụ tạp chất lẫn dầu – Tẩy kiềm : dựa vào phản ứng trung hòa axit dung dịch kiềm nước Xà phòng tạo khơng hồ tan vào dầu tách Các chất không béo photphatit, chất nhờn, chất màu tách SINH VIÊN TRẦN ĐÌNH HỒ LỚP CNVL POLYME-K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I.2.4.Xúc tác Rượu hoá dầu thực vật phản ứng áp dụng phổ biến tổng hợp nhựa alkyt Thực nghiệm cho thấy tốc độ phản ứng dầu thực vật rượu đa chức (penta) nhỏ nhiệt độ thấp nhiệt độ phân huỷ, nhiều loại xúc tác oxyt bazơ hay muốicủa kim loại Pb, Mn, Co, Ca, Zn, Na, Li,… dùng để tăng tốc độ hạ nhiệt độ phản ứng Người ta xác định thực phản ứng ancol nhiệt độ 200 C, xúc tác natrietylat có hoạt tính cao , khoảng 220  230 0C hợp chất chì canxi xếp vào hàng đầu, nhiệt độ cao 240 0C hydroxit kim loại kiềm có tác dụng làm tăng tốc phản ứng lớn Tuy nhiên loại xúc tác sử dụng nhiều PbO, CaO, NaOH I.2.5.Dung môi Dung môi chất lỏng dễ bay dùng để hoà tan chất tạo màng thay đổi độ nhớt sơn Một dung môi phải đáp ứng yêu cầu sau: - Có tốc độ bay theo yêu cầu tạo nên màng sơn có tính chất tối ưu - Tạo dung dịch có độ nhớt thích hợp cho việc bảo quản sử dụng - Có mùi chấp nhận được,có độ độc tối thiểu giá phải - Đặc tính quan trọng dung mơi khả hồ tan tốc độ bay Dung môi thường dùng cho sơn alkyt dung môi sau : - Xăng trắng (WS) hỗn hợp hydrocacbon mạch thẳng có thành phần khơng cố định Nó có tốc độ bay chậm, có mùi khơng khó chịu lắm, hồ tan đa số loại dầu, nhựa thiên nhiên, véc ni dầu nhựa, nhựa alkyt có thành phần dầu cao 50% Vì xăng trắng sử dụng rộng rãi làm dung mơi cho loại sơn trang trí bảo vệ từ chất tạo màng thường dùng SINH VIÊN TRẦN ĐÌNH HỒ 10 LỚP CNVL POLYME-K46 ... ôtô,sơn đồ gỗ Trộn với nhựa silicon hữu dùng sản xuất loại sơn chịu nhiệt Nhựa alkyt trộn với nhựa phênol epoxy dùng dùng sơn chống gỉ Ngoài nhựa alkyt biến tính dùng để sản xuất mực in, sản xuất. .. phối hợp với nhiều loại nhựa sơn khác nên phạm vi sử dụng rộng SINH VIÊN TRẦN ĐÌNH HỒ 19 LỚP CNVL POLYME-K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sơn alkyt dùng để sơn loại máy móc thiết bị công nghiệp, nông nghiệp. .. POLYME-K46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP hỗn hợp đẳng phí với nước Hỗn hợp đẳng phí xylen – nước có nhiệt độ hố thấp nhiều so với nhiệt độ hoá xylen, nước (92 0C so với 1400 1000) I.3.2.Các phương pháp tổng hợp nhựa