ĐỒ án THIẾT kế dây CHUYỀN sản XUẤT NHỰA POLYVINYL CHLORIDE (PVC) NĂNG SUẤT 10000 TẤNNĂM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRÙNG hợp HUYỀN PHÙ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HỐ ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ NGÀNH: KĨ THUẬT HĨA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT HÓA HỌC-POLYMER ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT NHỰA POLYVINYL CHLORIDE (PVC) NĂNG SUẤT 10000 TẤN/NĂM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRÙNG HỢP HUYỀN PHÙ Người hướng dẫn : TS PHẠM NGỌC TÙNG Sinh viên thực : NGUYỄN MINH QUANG Lớp : 18H4 Đà Nẵng, 4/2022 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù LỜI NÓI ĐẦU Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giúp đỡ em hồn thành đồ án cơng nghệ Lời cho phép em bày tỏ lời cảm ơn đến thầy Ts.Phạm Ngọc Tùng, người dẫn dắt em thực đồ án thời gian qua Nhờ tâm huyết, nhiệt tình thầy mà em hoàn thành đồ án tốt đẹp Với đề tài thiết kế phân xưởng sản xuất PVC phương pháp trùng hợp huyền phù trữ lượng 10000 tấn/năm đề tài thiết thực, cần thiết cho kỹ sư chuyên ngành vật liệu Polymer em giúp em vận dụng kiến thức học trường Sau đồ án em tích luỹ cho thân tảng chuyên môn bước đầu xây dựng kinh nghiệm làm việc Vì thân em cịn hạn chế kiến thức chuyên môn nội dung đồ án khơng tránh khỏi thiếu xót Em mong đóng góp ý kiến từ thầy, bạn bè để thân có kinh nghiệm Cuối em xin gửi lời chúc đến thầy bạn mạnh khoẻ đạt nhiều thành công SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài: “Đồ án công nghệ thiết kế phân xưởng sản xuất PVC phương pháp trùng hợp huyền phù trữ lượng 10000 tấn/năm” làm thực hướng dẫn giảng viên hướng dẫn Ts.Phạm Ngọc Tùng cộng thêm tham khảo từ tài liệu bên ngồi trích dẫn nguồn cách rõ ràng, khơng chép hồn tồn làm người khác Đề tài, nội dung báo cáo đồ án sản phẩm em nỗ lực nghiên cứu trình học tập trường tham khảo nguồn tài liệu nước lẫn nước ngồi Các số liệu, kết trình bày đồ án hoàn toàn trung thực, em xin chịu hoàn tồn trách nhiệm, kỷ luật mơn nhà trường đề có vấn đề xảy SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù MỤC LỤC Trang SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu EDC PVC VC PVA PVAx AD-3 INH-3 RCS AG-1 AG-2 AG-5 AD-5 RADS PP PE DEHPC SVTH: Nguyễn Minh Quang Ý nghĩa 1,2-ethylene-dichlorua Polyvinyl Chloride Vinyl Chloride Polyvinyl Ancol Polyvinyl Acetate Chất ổn định nhiệt Bisphenol A (BPA) Chất ức chế Inhbitor-3 Chất chống dính Chất ổn định huyền phù Polyvinyl Ancol xà phịng hố 71,01,5 %mol Chất ổn định huyền phù Polyvinyl Ancol độ xà phịng hố 78,581 %mol Chất ổn định huyền phù Hydroxypropyl methylcellulose Chất ổn định nhiệt Octadecyl 3-(3,5-di-tert-butyl-4hydroxyphenyl) propanoate Hội chứng rối loạn chức đường thở phản ứng Polypropylene Polyethylene Chất khơi mào di-(2-ethylhexyl)peroxydicarbonate GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù MỞ ĐẦU Mục đích: thiết kế phân xưởng sản xuất PVC phương pháp trùng hợp huyền phù với trữ lượng 10000 tấn/năm Mục tiêu đề tài: đọc vẽ sơ đồ dây chuyền sản xuất PVC thuyết minh sơ đồ, ước lượng thời gian hoạt động nhà máy để có số ngày số mẻ sản xuất năm, dựa vào sản lượng đầu yêu cầu 10000 PVC năm sản xuất cộng với đơn phối liệu tham khảo từ tính tốn cân vật chất số lượng thành phần nguyên liệu để tổng hợp nên PVC, mẻ PVC, ngày sản xuất, có số liệu tính số lượng thành phần nguyên liệu cần cho năm sản xuất để đạt 10000 PVC Phạm vi đối tượng nghiên cứu: thành phần để tổng hợp nên PVC (vinyl chloride), chất dùng làm chất khơi mào di-(2ethylhexyl)peroxydicarbonate, chất ổn định huyền phù PVA với mức độ thuỷ phân khác hydroxypropyl methylcellulose, chất dùng làm chất ổn định nhiệt octadecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxylphenyl)propanoate Bisphenol A, xút NaOH dùng để làm dung dịch đệm, nước ngưng tinh khiết khử khoáng, sơ đồ dây chuyền sản xuất PVC, đơn phối liệu tham khảo Cấu trúc đồ án: chương tìm hiểu nguồn gốc lịch sử phát triển PVC, xác định cấu trúc, tính chất, phương pháp tổng hợp, ứng dụng PVC Chương nghiên cứu, thuyết minh sơ đồ dây chuyền sản xuất chương tính tốn cân vật chất SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù Chương 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ PVC 1.1 Lịch sử nhu cầu 1.1.1 Lịch sử đời Polyvinyl clorua (thường gọi nhựa PVC) loại nhựa dẻo làm vật liệu xây dựng vật liệu công nghiệp tổng hợp nhân tạo sớm có bề dày lịch sử phát triển lâu đời với 100 năm qua, coi vật liệu có lịch sử dài ngành sản xuất cơng nghiệp Năm 1835 lần lịch sử ông Henri Regnault tổng hợp chất vinyl clorua, nguyên liệu giúp tạo nên nhựa PVC Chất Polyvinyl clorua nghiên cứu tìm thấy lần vào năm 1872 Baumann trình phơi ống nghiệm chứa chất vinyl clorua trực tiếp ánh sáng mặt trời, sau thử nghiệm sản phẩm tạo thành có dạng bột màu trắng lúc chất hóa học PVC chưa xác định rõ ràng Và sau thời gian nghiên cứu cấu tạo nhựa PVC lúc đầy đủ công bố vào khoảng năm 1912 Iwan Ostromislensky (Nga) Fritz Klatte (Đức) nghiên cứu riêng lẻ với Tuy nhiên chất polymer chưa ứng dụng không người quan tâm đến nhiều, tính vật lý ổn định, cứng gia cơng khó Vào cuối kỷ 19, sản phẩm gồm Axetylen Clo trình khủng hoảng thừa, lúc nghiên cứu sản xuất PVC từ nguyên liệu xem giải pháp tối ưu Năm 1926, tiến sĩ Waldo Semon làm việc cho Cơng ty B.F Goodrich tìm phương pháp hoá dẻo PVC, Waldo Semon cố gắng khử hydrat polyvinyl clorua dung môi nhiệt độ cao để thu loại polymer khơng bão hịa liên kết cao su với kim loại Đây bước đột phá để khắc phục nhược điểm gia cơng cho PVC, sau thời gian dài nghiên cứu chất ổn định dùng cho PVC Đến năm 1933, nhiều dạng PVC tổng hợp Mỹ Đức phải đến năm 1937, PVC sản xuất quy mô cơng nghiệp theo quy trình hồn chỉnh Đức sau triển khai Mỹ Đối với Việt Nam từ năm đầu thập niên 60, Việt Nam sản xuất PVC bối cảnh chiến tranh quy mơ sản xuất cịn nhỏ, phương án sản xuất khơng kinh tế nên ngành sản xuất PVC sớm phải ngưng lại Trong năm thập niên 90, công nghiệp gia công chất dẻo nước phát triển mạnh với tốc độ tăng bình quân tới 28%/1 năm Năm 1990, tiêu thụ chất dẻo nước 0,5 kg/ người đến năm 1996 lên tới 5,7kg/1 người Toàn nguyên liệu nhựa nhập số 1/3 nhựa PVC Nhựa PVC nhập dạng: bột PVC hạt PVC SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù có chứa sẵn chất hóa dẻo, chất ổn định chất màu Ngành sản xuất nhựa Việt Nam bắt đầu xây dựng lại vào năm 1998 với diện liên doanh TPV Vina( tiền thân Mitsu Vina) Cuối năm 2002, nhà sản xuất PVC thứ hai liên doanh Petronas Malaysia với Bà Rịa- Vũng Tàu bắt đầu tham gia thị trường [1] 1.1.2 Nhu cầu PVC sản xuất sử dụng 1.1.2.1 Trên giới Trong phần lớn thời gian thập niên 1990, sản xuất PVC lĩnh vực sản xuất không đạt lợi nhuận cao Điều khiến nhiều cơng ty đóng cửa nhà máy, rút khỏi sản xuất PVC sáp nhập với Rất nhà máy dự kiến xây dựng Tuy nhiên, nhu cầu PVC tăng mạnh vào cuối thập niên, bất chấp vấn đề môi trường Kết là, sau ảnh hưởng khủng hoảng tài châu Á giảm dần, nhu cầu PVC tăng lên sít với mức cung lợi nhuận tăng trở lại năm 1999 Đến năm 2006 sản lượng PVC đạt tới 32 triệu mức tăng trưởng giai đoạn 2001-2006 5%/năm Đến năm 2012, công suất PVC giới đạt 50 triệu tấn/năm Khu vực châu Á dẫn đầu giới với mức tăng trưởng nhu cầu bình quân hàng năm khoảng 7%/năm giai đoạn năm 2010 đến năm 2012 chiếm 50% tổng cơng suất giới, cao Trung Quốc, tiếp đến Malaysia, Việt Nam Ấn Độ Nhu cầu tiêu thụ PVC khu vực châu Á năm 2018 ước tính đạt 27 triệu tấn, đứng đầu Trung Quốc với 18 triệu tương đương với 66% nhu cầu tiêu thụ tồn khu vực Khơng khu vực tiêu thụ PVC nhiều giới, tăng trưởng nhu cầu khu vực châu Á đứng đầu giới với tăng trưởng giai đoạn 2018 – 2022 ước đạt 18,5% so với Bắc Mỹ (16,7%), châu Âu (14,3%) Cung cầu PVC khu vực tương đối cân kỳ vọng trì giai đoạn 2018 – 2022 (hình 1.1) Nguyên liệu nhựa PVC khu vực châu Á sản xuất chủ yếu từ nguyên liệu than đá với chi phí sản xuất rẻ so với từ dầu thơ khí thiên nhiên Tuy nhiên châu Á khu vực xuất PVC nhiều nhu cầu tiêu thụ khu vực lớn sản lượng sản xuất vừa đủ đáp ứng khoảng 98% nhu cầu tiêu thụ Trong đó, khu vực Trung Đơng châu Phi khu vực thiếu hụt PVC sản lượng sản xuất đáp ứng 50% nhu cầu tiêu thụ Sản lượng PVC thiếu hụt Trung Đông châu Phi bù đắp từ sản lượng PVC dư thừa Bắc Mỹ châu Âu [2] Cũng năm 2018 thị trường PVC chiếm thị phần 90 tỷ USD tiếp tục tăng trưởng với tốc độ 3,9%, mảng PVC cứng tạo doanh thu cao 32,19 tỷ USD với tốc độ CAGR 3,6% Phân khúc nhựa PVC sinh học có tốc độ tăng trưởng nhanh 5,3%, dự kiến chiếm lĩnh 35% thị trường vào năm 2027 Theo SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 10 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù b Sàng Các hạt PVC sau sấy đưa qua thiết bị sàng để loại hạt có kích thước vượt q tiêu chuẩn (>250 μm) Các hạt không lọt qua tiếp tục sàng lần thông qua sàng thứ cấp Các hạt PVC có kích thước đạt u cầu đẩy qua silo, chuẩn bị cho việc đóng gói Trong đó, hạt PVC cỡ bán dạng phụ phẩm 2.2.2.8 Đóng gói bảo quản Bột PVC sau khỏi hệ thống sàng hệ thống khí nén đẩy silo chứa chuẩn bị cho q trình đóng gói lưu kho SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 46 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 47 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù Chương 3: TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1 Cân vật chất Mục đích việc tính cân vật chất nhằm biết mẻ sản xuất cần nguyên liệu, thời gian sản xuất Từ lập bảng chuẩn bị nguyên liệu cho mẻ, ngày năm sản xuất Ngồi ra, việc tính cân vật chất góp phần tính tốn giá thành sản phẩm tạo ra, từ so sánh với nguyên liệu đem sử dụng để đánh giá tính kinh tế khả cạnh tranh sản phẩm Việc tính cân vật chất cịn sở cho việc tính thiết bị có kích thước, trọng lượng để bố trí xây dựng nhà máy đạt độ xác, an tồn q trình làm việc 3.1.1 Các liệu ban đầu Năng suất: 10.000 tấn/năm Hiệu suất phản ứng: 90% Độ ẩm sản phẩm: 0,2% Các tổn thất công đoạn: + Giai đoạn nạp liệu: 0,1% + Giai đoạn trùng hợp: 0,2% + Giai đoạn ly tâm: 0,2% + Giai đoạn sấy: 0,2% + Giai đoạn sàng đóng gói sản phẩm: 0,5% Thành phần ngun liệu sử dụng q trình tổng hợp sau: - VC (độ tinh khiết 99,9%) Nước Dung dịch chất ổn định huyền phù 5% Chất khơi mào Dung dịch chất ổn định nhiệt 7% Dung dịch đệm 10% Qua tìm hiểu tài liệu với đơn phối liệu phụ thuộc nhiều vào công nghệ sản xuất, mục đích sử dụng polymer Với quy trình sản xuất nhựa PVC trùng hợp huyền phù, đơn phối liệu trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1: Đơn phối liệu tính theo phần khối lượng q trình sản xuất PVC huyền phù loại K-66 [21] [22] Nguyên liệu SVTH: Nguyễn Minh Quang Thành phần GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 48 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù VC 100 Nước 120 Chất ổn định huyền phù 0,1 Chất khơi mào 0,16 Chất ổn định nhiệt 0,2 Dung dịch đệm 0,2 Nhiệt độ trùng hợp 58oC Áp suất kết thúc trình 5kg/cm3 Thời gian trùng hợp 3.1.2 Thời gian sản xuất Đối với nhà máy có nhiều thiết bị lớn vận hành liên tục việc dừng hoạt động nhà máy xảy tiến hành bảo trì định kỳ năm lần với thời gian tháng tương đương 60 ngày Số ngày năm 365 ngày, thời gian nghỉ lễ tết 11 ngày nhà máy sản xuất lớn dừng sản xuất vào ngày tết khoảng ngày Như tổng số ngày làm việc năm 365-20-7=338 ngày Do đó, suất sản xuất ngày 10000338=29,586 (tấn/ngày) Quá trình sản xuất liên tục, thiết bị phản ứng làm việc gián đoạn nên thời gian sản xuất tính theo mẻ Thời gian phân bố cho mẻ sản xuất nhựa sau: - Thời gian vệ sinh thiết bị phun chất chống dính: 20 phút Thời gian nạp liệu: 45 phút Thời gian gia nhiệt: 60 phút Thời gian phản ứng: 215 phút Thời gian giảm áp: 85 phút Thời gian tháo liệu: 55 phút Vậy, tổng thời gian cho mẻ sản xuất 480 phút (8 giờ) Tổng thời gian sản xuất năm là: 33824 = 8112 (giờ) Tổng số mẻ sản xuất năm là: 81128 = 1014 (mẻ) Do đó, để đạt suất theo yêu cầu khối lượng nhựa PVC cần sản xuất mẻ là: 100001014 = 9,862 (tấn) Từ số liệu ta thu số mẻ sản xuất ngày 29,5869,862=3 (mẻ) 3.1.3 Tính cân vật chất cho PVC thành phần Độ ẩm sản phẩm PVC 0,2% nên khối lượng PVC 1000 kg nhựa sản phẩm là: G0 = 1000 × (100 − 0, 2) = 998 100 (kg) Do tổn thất giai đoạn đóng gói sản phẩm sàng 0,5% nên khối lượng nhựa PVC trước đóng gói sàng là: SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 49 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù G1 = 998 × (100 + 0,5) = 1002,99 100 (kg) Do tổn thất giai đoạn sấy 0,2% nên khối lượng nhựa PVC trước sấy là: G2 = 1002,99 × (100 + 0, 2) = 1004,996 100 (kg) Do tổn thất giai đoạn ly tâm 0,2% nên khối lượng nhựa PVC trước ly tâm là: G3 = 1004,996 × (100 + 0, 2) = 1007, 006 100 (kg) Do tổn thất giai đoạn trùng hợp 0,2% nên khối lượng nhựa PVC cần trùng hợp là: G4 = 1007,006 × (100 + 0, 2) = 1009, 02 100 (kg) Như để thu nhựa sản phẩm có độ ẩm 0,2% khối lượng PVC cần sản xuất từ trình trùng hợp là: 1009,02 kg Bảng 3.2: Cân vật chất cho PVC thành phần Lượng vào (kg) 1009,02 Lượng (kg) 1000 Tổn thất (kg) 9,02 3.1.4 Tính tốn thành phần nguyên liệu a Tính lượng VC 99,9% Do hiệu suất phản ứng 90% thành phần tạo nên cấu trúc PVC VC, chất khơi mào, chất ổn định huyền phù chất ổn định nhiệt nên lượng VC nguyên chất cần thiết để nạp vào thiết bị phản ứng để tạo thành 1014,065 kg nhựa PVC thiết bị phản ứng là: G4 = 90 0,16 0,1 0, × G1−VC + × G1−VC + × G1−VC + × G1−VC 100 100 100 100 Suy ra: G1-VC = 1115,432 (kg) Vì VC có 0,1% tạp chất nên lượng tạp chất là: G1−VC × 0,1 0,1 = 1115, 432 × = 1,116 99,9 99,9 Gtạp chất = Lượng VC tham gia phản ứng là: SVTH: Nguyễn Minh Quang (kg) GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 50 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù G2 −VC = 90 90 × G1−VC = × 1115, 432 = 1003,889 100 100 (kg) Thực tế VC có độ tinh khiết 99,9% nên lượng VC 99,9% cần nạp là: G3−VC = 100 100 × G1−VC = ×1115, 432 = 1116,549 99,9 99,9 (kg) Do tổn thất trình nạp liệu 0,1% nên lượng VC cần chuẩn bị là: G4−VC = G3−VC × (100 + 0,1) 1116,549 × (100 + 0,1) = = 1117, 666 100 100 (kg) b Tính lượng chất khơi mào Lượng chất khơi mào sử dụng là: G1− km = G3−VC × 0,16 1116,549 × 0,16 = = 1, 786 100 100 (kg) Do tổn thất công đoạn nạp liệu 0,1% nên lượng chất khơi mào: G2−km = G1− km × (100 + 0,1) 1,786 × (100 + 0,1) = = 1, 788 100 100 (kg) c Tính lượng chất đệm Lượng chất đệm: G3−VC × 0, 1116,549 × 0, = = 2, 233 100 100 G1-đệm = (kg) Do tổn thất công đoạn nạp liệu 0,1% nên lượng chất đệm: G1− dem × (100 + 0,1) 2, 233 × (100 + 0,1) = = 2, 235 100 100 G2-đệm = d Tính lượng chất ổn định huyền phù Lượng chất ổn định huyền phù: G1−ODHP = (kg) G3−VC × 0,1 1116, 549 × 0,1 = = 1,117 100 100 (kg) Do tổn thất công đoạn nạp nguyên liệu 0,1% nên lượng chất ổn định G2−ODHP = huyền phù: SVTH: Nguyễn Minh Quang G1−ODHP × (100 + 0,1) 1,117 × (100 + 0,1) = = 1,118 100 100 GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng (kg) 51 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù e Tính lượng chất ổn định nhiệt G1−ODN = G3−VC × 0, 1116,549 × 0, = = 2, 233 100 100 Lượng chất ổn định nhiệt: (kg) Do tổn thất công đoạn nạp liệu 0,1% nên lượng chất ổn định nhiệt: G1−ODN × (100 + 0,1) 2, 233 × (100 + 0,1) = = 2, 235 100 100 G2−ODN = (kg) f Tính lượng nước Theo đơn phối liệu lượng nước sử dụng tính là: G1− H 2O = G3−VC × 120 1116,549 ×120 = = 1339,859 100 100 (kg) Do tổn thất trình nạp liệu 0,1% nên lượng nước cần thiết là: G2− H 2O = G1− H 2O × (100 + 0,1) 100 = 1339,859 × (100 + 0,1) = 1341,199 100 (kg) Trong trình trùng hợp VC thành PVC có giảm thể tích nồi phản ứng nên ta phải bổ sung vào lượng nước để bù lại giảm thể tích, nhằm đảm bảo giá trị H/D không đổi (H: chiều cao cột chất lỏng thiết bị, D: đường kính thiết bị) Nên tổng lượng nước bao gồm nước dùng để pha dung dịch đệm, chất ổn định huyền phù, chất ổn định nhiệt nước bổ sung đưa trực tiếp vào thiết bị phản ứng • Lượng nước cần dùng pha dung dịch đệm nồng độ 10% là: G1− dem × 90 2, 233 × 90 = = 20, 097 10 10 G1− H 2O ( dem ) = (kg) Do tổn thất trình nạp liệu 0,1% nên lượng nước cần dùng để pha dung dịch đệm là: G2− H 2O ( dem ) = G1− H 2O ( dem ) × (100 + 0,1) 100 = 20, 097 × (100 + 0,1) = 20,117 100 (kg) • Lượng nước cần dùng pha dung dịch chất ổn định huyền phù nồng độ 5% là: G1− H 2O (ODHP ) = G1−ODHP × 95 1,117 × 95 = = 21, 223 5 (kg) Do tổn thất trình nạp liệu 0,1% nên lượng nước cần dùng để pha dung dịch chất ổn định huyền phù là: SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 52 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù G2 − H 2O (ODHP ) = G1− H 2O ( ODHP ) × (100 + 0,1) 100 = 21, 223 × (100 + 0,1) = 21, 244 100 (kg) • Lượng nước dung dịch chất ổn định nhiệt nồng độ 7% là: G1− H 2O ( ODN ) = G1−ODN × 93 2, 233 × 93 = = 29, 667 7 (kg) Do tổn thất trình nạp liệu 0,1% nên lượng nước cần dùng để pha dung dịch ổn định nhiệt là: G2− H 2O ( ODN ) = G1− H 2O (ODN ) × (100 + 0,1) 100 = 29, 667 × (100 + 0,1) = 29, 697 100 (kg) • Lượng nước cần bổ sung: Độ giảm thể tích trình tổng hợp nhựa PVC tính sau: 1 G2VC ì ữ  ρVC ρ PVC  Vgiảm = Ta có: VC nhiệt độ phản ứng 58oC 899 kg/m3 PVC = 1400 kg/m3 Suy ra: Vgiảm =  1003,889 ì ữ = 0,399609 899 1400  (m3) G1− H 2O (bs ) = Suy lượng nước cần bổ sung là: Vgiảm×1000 = 399,609 (kg) Do tổn thất công đoạn nạp liệu 0,1% nên lượng nước bổ sung cần dùng là: G2− H 2O (bs ) = G1− H 2O (bs ) × (100 + 0,1) 100 = 399, 609 × (100 + 0,1) = 400, 009 100 (kg) Vậy lượng nước thiết bị phản ứng sau nạp là: G1− H 2O = G1− H 2O − G1− H 2O ( dem) − G1− H 2O ( ODHP ) − G1− H 2O ( ODN ) − G1− H 2O ( bs ) G1− H 2O = 1339,859 – 20,097 – 21,223- 29,667 – 399,609 = 869,263 (kg) Do tổn thất trình nạp liệu 0,1% nên lượng nước cần chuẩn bị là: G2 − H 2O = G1− H 2O × (100 + 0,1) SVTH: Nguyễn Minh Quang 100 = 869, 263 × (100 + 0,1) = 870,132 100 GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng (kg) 53 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù Bảng 3.3: Cân vật chất cho sản phẩm giai đoạn nạp liệu Thành phần VC Nước Chất khơi mào Chất ổn định huyền phù Chất ổn định nhiệt Dung dịch đệm Tổng Lượng vào (kg) 1117,666 1341,199 1,788 1,118 2,235 2,235 2466,241 Lượng (kg) 1116,549 1339,859 1,786 1,117 2,233 2,233 2463,777 Tổn thất (kg) 1,117 1,34 0,002 0,001 0,002 0,002 2,464 g Tính lượng VC thu hồi Do hiệu suất 90% nên 10% VC lại sau phản ứng kết thúc Giả sử thiết bị phản ứng hạ áp tháo sản phẩm thu hồi 7% VC công đoạn xử lý tách VC thu hồi 3% Lượng VC nguyên chất thu hồi thiết bị phản ứng sau trùng hợp là: G5−VC = G1−VC × 1115, 432 × = = 78, 08 100 100 (kg) Lượng VC nguyên chất thu hồi công đoạn xử lý tách VC là: G6−VC = G1−VC × 1115, 432 × = = 33, 463 100 100 (kg) h Cân vật chất q trình • Hỗn hợp huyền phù PVC tạo thành sau phản ứng trùng hợp tháo liệu bao gồm: Ghp1− PVC = Gnguyên liệu – G5-VC - ∑tổn hao trình tổng hợp Ghp1− PVC = 2463, 777 − 78, 08 − 2463, 777 × 0, = 2380, 769 100 (kg) Bảng 3.4: Cân vật chất cho sản phẩm giai đoạn trùng hợp, tháo liệu tổn thất 0,2% Thành phần Lượng vào (kg) Lượng (kg) Tổn thất (kg) VC 1117,666 78,08 Huyền phù PVC 2380,769 4,928 Tổng 2463,777 2458,849 4,928 • Hỗn hợp huyền phù PVC tạo thành sau công đoạn xử lý tách VCM bao gồm: Ghp 2− PVC = Ghp1− PVC − G6 −VCM SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 54 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù Ghp 2− PVC = 2380, 769 − 33, 463 = 2347,306 (kg) Bảng 3.5: Cân vật chất cho sản phẩm giai đoạn xử lý tách VCM tổn hao 0,1% Thành phần Lượng vào (kg) Lượng (kg) Tổn thất (kg) VCM Huyền phù PVC Tổng 2380,769 33,463 2347,306 2380,769 - • Hỗn hợp huyền phù PVC tạo thành sau công đoạn ly tâm tách nước bao gồm: Độ ẩm PVC sau công đoạn ly tâm tách nước 20%, khối lượng PVC có độ ẩm 20% sau ly tâm là: G2(w = 20%) = G2 × 100 1004,996 ×100 = = 1256, 245 100 − 20 80 (kg) Luợng PVC tổn thất công đoạn ly tâm tách nước 0,2% là: G3 – G2 = 1007,006 – 1004,996 = 2,01 (kg) Lượng nhựa tổn thất lượng bị tách theo nước trình ly tâm, lượng hỗn hợp nước tách sau trình ly tâm là: 2347,306 – 1256,245 – 2,01 = 1089,051 (kg) Bảng 3.6: Cân vật chất cho sản phẩm giai đoạn ly tâm tách nước tổn thất 0,2% Thành phần Lượng vào (kg) Lượng (kg) Tổn thất (kg) Huyền phù PVC 2347,306 PVC (w = 16%) 1256,245 2,01 Hỗn hợp nước tách 1089,051 Tổng 2347,306 2345,296 2,01 • Hỗn hợp huyền phù PVC tạo thành sau công đoạn sấy bao gồm: Độ ẩm PVC sau sấy 0,2% khối lượng PVC có độ ẩm 0,2% sau sấy G1(w =0,2%) = là: G1 ×100 1002,99 ×100 = = 1005 100 − 0, 100 − 0, (kg) Do tổn thất trình sấy 0,2% nên lượng PVC (w = 0,2%) ra: G1(w =0,2%) × (100 + 0, 2) 100 = 1005 × (100 + 0, 2) = 1007, 01 100 (kg) Lượng PVC tổn thất trình là: 1007,01 – 1005 = 2,01 (kg) SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 55 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù Lượng PVC tổn thất trình lượng PVC bị lơi kéo theo khơng khí nóng qua cyclon thu hồi ngồi, lượng nước tách trình sấy là: 1256,245 – 1007,01 = 249,235 (kg) Bảng 3.7: Cân vật chất cho sản phẩm giai đoạn sấy tổn thất 0,2% Thành phần PVC (w = 16%) PVC (w = 0,2%) Hỗn hợp nước tách Tổng Lượng vào (kg) 1256,245 1256,245 Lượng (kg) 1005 249,235 1254,235 Tổn thất (kg) 2,01 2,01 • Hỗn hợp huyền phù PVC tạo thành sau cơng đoạn sàng đóng gói sản phẩm bao gồm: Do tổn thất trình sàng đóng gói 0,5% nên lượng PVC (w = 0,2%) ra: 1005 − 1005 × 0,5 = 999,975 100 (kg) Lượng PVC tổn thất trình là: 1005 – 999,975 = 5,025 (kg) Bảng 3.8: Cân vật chất cho sản phẩm giai đoạn sàng đóng gói sản phẩm tổn thất 0,5% Thành phần PVC (w = 0,2%) Lượng vào (kg) 1005 Lượng (kg) 999,975 Tổn thất 5,025 Bảng 3.9: Cân vật chất cho nhựa Thành phần VC Nước Hỗn hợp nước tách Chất khơi mào Chất ổn định huyền phù Chất ổn định nhiệt Dung dịch đệm PVC (w = 0,2 ) Tổng Lượng vào (kg) 1117,666 1341,199 1,788 1,118 2,235 2,235 2466 Lượng (kg) 111,543 1338,286 999,975 2450 Tổn thất (kg) 1,117 1,34 0,002 0,001 0,002 0,002 13,973 16 3.1.5 Tính cân vật chất cho mẻ sản xuất nhựa PVC thành phẩm Từ số liệu mục 3.1.4 ta có mẻ sản xuất 9,862 Do đó, từ số liệu bảng 3.9 cân vật chất cho nhựa PVC nhân với hệ số 9,862 ta tính cân vật chất cho mẻ sản xuất sau: SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 56 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù Bảng 3.10: Cân vật chất cho mẻ nhựa Thành phần VC Nước Hỗn hợp nước tách Chất khơi mào Chất ổn định huyền phù Chất ổn định nhiệt Dung dịch đệm PVC (w = 0,2 ) Tổng Lượng vào (kg) 11022,422 13226,904 17,633 11,026 22,042 22,042 24322 Lượng (kg) 1100,037 13198,177 9861,753 24160 Tổn thất (kg) 11,016 13,215 0,02 0,01 0,02 0,02 137,802 162 3.1.6 Tính cân vật chất cho ngày sản xuất nhựa PVC thành phẩm Từ số liệu mục 3.1.4 ngày sản xuất mẻ, số liệu bảng 3.10 ta nhân với hệ số ta tính cân vật chất cho ngày sản xuất nhựa PVC thành phẩm sau: Bảng 3.11: Cân vật chất cho ngày sản xuất Thành phần Lượng vào (kg) Lượng (kg) Tổn thất (kg) VC 33067,266 3300,111 33,048 Nước 39680,712 - 39,645 Hỗn hợp nước tách - 39594,531 - Chất khơi mào 52,899 - 0,06 Chất ổn định huyền phù 33,078 - 0,03 Chất ổn định nhiệt 66,126 - 0,06 Dung dịch đệm 66,126 - 0,06 PVC (w = 0,2 ) - 29585,259 413,406 Tổng 72966 72480 486 3.1.7 Tính cân vật chất cho năm sản xuất nhựa PVC thành phẩm Từ số liệu mục 3.1.4 năm sản xuất 1014 mẻ, số liệu bảng 3.10 ta nhân với hệ số 1014 ta tính cân vật chất cho năm sản xuất nhựa PVC thành phẩm sau: Bảng 3.12: Cân vật chất cho năm sản xuất Thành phần Lượng vào (kg) Lượng (kg) Tổn thất (kg) VC 11176735,91 1115437,518 11170,224 Nước 13412080,66 - 13400,01 SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 57 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù Hỗn hợp nước tách - 13382951,48 - Chất khơi mào 17879,862 - 20,28 Chất ổn định huyền phù 11180,364 - 10,14 Chất ổn định nhiệt 22350,588 - 20,28 Dung dịch đệm 22350,588 - 20,28 PVC (w = 0,2 ) - 9999817,542 139731,228 Tổng 24662578 24498206 164372 KẾT LUẬN Qua đồ án lần này, em tìm hiểu rút cách để thực đồ án thiết kế hoàn chỉnh cho dây chuyền sản xuất nhựa PVC Trong thực tế, nhựa PVC gần gũi ứng dụng rộng rãi đời sống ngày nên đề tài quan trọng để em có nhìn bao qt nó, khơng kiến thức lý thuyết mà kiến thức thực tiễn nhiều Trong tương lai em mong vận dụng kiến thức để hồn thành tốt vai trị cơng việc người kỹ sư vật liệu Polymer SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 58 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù [1] “Cơng ty TNHH MTV thương mại & xây dựng Hồng Dũng.” http://hoangdungwindow.com/tam-nhua-pvc lich-su-hinh-thanh-va-phat-trien (accessed Apr 10, 2022) [2] “FPTSPlastic_Industry_ReportAug2019_e5e64506.pdf.” Accessed: Apr 10, 2022 [Online] Available: http://www.fpts.com.vn/FileStore2/File/2019/09/13/FPTSPlastic_Industry_Report Aug2019_e5e64506.pdf [3] R and Data, “Polyvinyl Chloride (PVC) Market To Reach USD 88.02 Billion By 2027 | Reports And Data,” GlobeNewswire News Room, Feb 13, 2020 https://www.globenewswire.com/newsrelease/2020/02/13/1984885/0/en/Polyvinyl-Chloride-PVC-Market-To-ReachUSD-88-02-Billion-By-2027-Reports-And-Data.html (accessed Apr 20, 2022) [4] PetroVietnam, “Năm 2021, PVC vượt lên khó khăn, bước khẳng định mình,” https://petrovietnam.petrotimes.vn/, Jan 06, 2022 https://petrovietnam.petrotimes.vn/nam-2021-pvc-da-vuot-len-tren-nhung-khokhan-tung-buoc-khang-dinh-minh-638294.html (accessed Apr 10, 2022) [5] Bnews/TTXVN, “Bnews - Tin tức kinh tế nhất, cập nhật 24h.” https://bnews.vn/doanh-thu-cua-pvc-nam-2021-tang-19-so-voi-namngoai/231078.html (accessed Apr 10, 2022) [6] “tp20-c1-b.pdf.” Accessed: Apr 25, 2022 [Online] Available: https://www.atsdr.cdc.gov/ToxProfiles/tp20-c1-b.pdf [7] “QUY TRÌNH TỔNG hợp PVC.” https://123docz.net/document/2481590-quytrinh-tong-hop-pvc.htm (accessed Apr 10, 2022) [8] “G C Berry, K Matyjaszecwki Progress in Polymer Science O VOGL, NewYork – 2002 - Tìm Google.” https://www.google.com/search?q=G +C+Berry%2C+K.+Matyjaszecwki.+Progress+in+Polymer+Science.+O.+VOGL %2C+NewYork+%E2%80%93+2002.&oq=G.+C+Berry%2C+K +Matyjaszecwki.+Progress+in+Polymer+Science.+O.+VOGL%2C+NewYork+ %E2%80%93+2002.&aqs=chrome 69i57.451j0j9&sourceid=chrome&ie=UTF-8 (accessed Apr 10, 2022) [9] “Vinyl Chloride | Medical Management Guidelines | Toxic Substance Portal | ATSDR.” https://wwwn.cdc.gov/TSP/MMG/MMGDetails.aspx? mmgid=278&toxid=51#:~:text=Vinyl%20chloride%20can%20irritate%20the,and %20bones%20of%20the%20hand (accessed Apr 20, 2022) [10] “Di-(2-ethylhexyl)peroxydicarbonate.” https://www.chemsrc.com/en/cas/1611162-9_1192997.html (accessed Apr 19, 2022) [11] PubChem, “alpha-Cumyl peroxyneodecanoate.” https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/101871127 (accessed Apr 19, 2022) [12] “Cumyl peroxyneodecanoate|26748-47-0 - MOLBASE Encyclopedia.” https://m.molbase.com/moldata/248603.html (accessed Apr 20, 2022) [13] “Trigonox 99-W50 Cumyl peroxyneodecanoate,” Nouryon https://www.nouryon.com/product/trigonox-99-w50-cumyl-peroxyneodecanoatecas-26748-47-0/ (accessed Apr 19, 2022) [14] “Nước khử khống - Tin chun mơn & NCKH - Khoa Dược - Đại học Duy Tân.” https://kduoc.duytan.edu.vn/Home/ArticleDetail/vn/78/3406/nuoc-khukhoang (accessed Apr 24, 2022) SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 59 Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC trùng hợp huyền phù [15] “Polyvinyl Chloride Structure & Uses | What is PVC?,” Study.com https://study.com/learn/lesson/what-is-polyvinyl-chloride-pvc-structure-uses.html (accessed Apr 10, 2022) [16] “Nhựa PVC,” kemic https://kemic.vn/nhua-pvc-1 (accessed Apr 10, 2022) [17] “trùng hợp gốc | PDF,” Scribd https://www.scribd.com/doc/19265360/trung-h %E1%BB%A3p-g%E1%BB%91c (accessed May 16, 2022) [18] C S Chern, “Emulsion polymerization mechanisms and kinetics,” Progress in Polymer Science, vol 31, no 5, pp 443–486, May 2006, doi: 10.1016/j.progpolymsci.2006.02.001 [19] “Herman F Mark – Ecyclopedia of Polymer Science and Technology.John Wiley & Sons, Inc, NewYork, 1971 Tìm Google.” https://www.google.com/search?q=Herman+F.+Mark+ %E2%80%93+Ecyclopedia+of+Polymer+Science+and+Technology.John+Wiley +%26+Sons%2C+Inc%2C+NewYork%2C+1971&oq=Herman+F.+Mark+ %E2%80%93+Ecyclopedia+of+Polymer+Science+and+Technology.John+Wiley +%26+Sons%2C+Inc%2C+NewYork %2C+1971&aqs=chrome 69i57.437j0j7&sourceid=chrome&ie=UTF-8 (accessed Apr 10, 2022) [20] “Leonard I Nas – Encyclopedia of PVC NewYork – 1976 - Tìm Google.” https://www.google.com/search?q=Leonard+I.+Nas+ %E2%80%93+Encyclopedia+of+PVC.+NewYork+ %E2%80%93+1976.&oq=Leonard+I.+Nas+ %E2%80%93+Encyclopedia+of+PVC.+NewYork+ %E2%80%93+1976.&aqs=chrome 69i57.485j0j9&sourceid=chrome&ie=UTF-8 (accessed Apr 10, 2022) [21] Y Saeki and T Emura, “Technical progresses for PVC production,” Progress in Polymer Science, vol 27, no 10, pp 2055–2131, Dec 2002, doi: 10.1016/S00796700(02)00039-4 [22] M Gilbert and S Patrick, “Chapter 13 - Poly(Vinyl Chloride),” in Brydson’s Plastics Materials (Eighth Edition), M Gilbert, Ed Butterworth-Heinemann, 2017, pp 329–388 doi: 10.1016/B978-0-323-35824-8.00013-X SVTH: Nguyễn Minh Quang GVHD: TS.Phạm Ngọc Tùng 60