Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa phenolfomandehit dạng novolac theo phương pháp gián đoạn với năng suất 300 tấn năm

Mục lục Trang Mở đầu Ch¬ng Tỉng quan vỊ nhùa phenolic 1.Lịch sử phát triển 2.Nguyªn liƯu 2.1.Phenol .6 2.2.Andehyt .9 Phản ứng tổng hợp .11 3.1 Ph¶n øng t¹o nhùa rerolic 11 3.2.Phản ứng tạo nhựa novolac 12 1.3.3 §iỊu kiƯn ngng tơ nhùa 13 4.øng dông 17 5.S¶n xuÊt nhùa novolac 19 Chơng Tính toán kĩ thuật .23 2.1.Tính phối liệu cân vật chất 23 2.2.Tính toán thiết bị .25 2.2.1.Tính toán thiết bị 26 2.2.2.TÝnh c¸nh khuÊy .30 2.2.3.Tính bảo ôn thiết bị phản ứng 33 2.2.4 TÝnh thiÕt bÞ ®ì 36 2.3.TÝnh thiÕt bÞ phơ 38 2.3.1.TÝnh thiÕt bÞ ngng tơ .38 2.3.2.Thïng chøa vµ thïng lêng 41 2.3.3.TÝnh b¬m chÊt láng 45 2.3.4.Tính cân nhiệt lợng 48 Chơng Xây dùng 56 3.1.Yêu cầu lựa chọn địa điểm x©y dùng 57 3.2.ThiÕt kÕ tỉng mỈt b»ng 58 3.3.Giải pháp cấu tạo nhà 63 3.4.Giải pháp thông gió 63 Chơng Tính toán điện níc 65 4.1.Điện dùng sản xuất 65 4.2 Níc dïng s¶n xuÊt 66 Chơng Tính toán kinh tế 68 5.1.Tãm t¾t dù ¸n 68 5.2.Thị trờng kế hoạch s¶n xuÊt 68 5.3.TÝnh to¸n kinh tÕ .69 Chơng An toàn lao ®éng 76 6.1.An toàn lao động nhà máy .76 6.2.Nguyên nhân gây an toàn lao động 77 6.3.Các biện pháp đảm bảo an toàn lao ®éng 77 Më đầu Công nghệ vật liệu ngày đóng vai trò quan trọng khoa học đời sống xà hội Cùng với phát triển ngành khoa học kĩ thuật, ngành công nghệ vật liệu nói chung công nghệ vật liệu polyme nói riêng ngày có nhiều tiến vợt bậc, tạo nhiều loại vật liệu có tính chất u việt đợc ứng dụng rộng rÃi khoa học đời sống Vật liệu polyme đợc sử dụng rộng rÃi, sản phẩm từ polyme gắn liền với đời sống ngời, chúng đem lại nhiều tính chất tốt hiệu kinh tế cao Nhựa phenolic hay phenolfomandehit nói riêng loại nhựa tổng hợp đợc ứng dụng thơng mại Mặc dù đợc tổng hợp muộn nhiều loại nhựa khác đa vào sản xuất công nghiệp năm đầu kỷ 20 nhng nhựa phenolic không ngừng phất triển số lựơng chất lợng Sản lợng tiêu thụ nhựa phenolic hàng năm tăng lên đáng kể Trên sở việc: Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa phenolfomandehit dạng novolac theo phơng pháp gián đoạn với suất 300 tấn/năm mang tính thực tế cần thiÕt Ch¬ng tỉng quan vỊ nhùa phenolic Lịch sử phát triển Phenol nhựa tông hợp, sản phẩm trình trùng ngng phenol fomandehit Nhựa phenolic loại nhựa tổng hợp đàu tiên đợc sản xuất thơng mại Năm 1872 Bayer ngời phát phản ứng phenol aldehit Sau vào cuối kỉ 19 đợc nhà khoa học Klecbegr, Tollens, Abel nghiên cứu, nhiên sản phẩm họ nhựa không nóng chảy, không hoà tan thu hút đợc quan tâm Cùng thời gian hai nhà hoá học Leaderer Manasse đà chØ r»ng O-, P- hydro benzyl alcol (phenol alcol) nhận đợc từ phenol fomadehit môi trờng kiềm.Quá trình tổng hợp nhựa phenolic tiếp tục đợc nhiều nhà hoá học nghiên cứu năm cuối kỉ 19 Thus, Claus, Trainer đà tổng hợp đợc nhựa phenolictừ phenol axetandehit môi trờng axit (HCl) Vào năm đầu kỉ 20 nhiều nhà hoá học nghiên cứu trình tạo nhựa phenolic việc sử dụng loại xúc tác khác Blumer đà ngng tụ phenol fomandehit có mặt hỗn hợp axít, thu đợc nhựa hoà tan rợu chúng đợc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất vecni Smith tổng hợp phenolic từ phenol axetandehit với có mặt axít HCl Sản phẩm thu đợc có tính cách điện tốt.[1] Story lại cho phenol phản ứng với aldehit thời gian dài mà không sử dụng xúc tác, nhựa thu đợc có đặc điểm đóng rắn chậm, thích ứng với sản phẩm khuôn đúc Năm 1907 1909 Leo Backeland công bố nghiên cứu loại nhựa phenolfomandehit với xúc tác kiềm có tên thơng mại Bakelite môi trờng axit tạo nhựa nhiệt dẻo Novolac víi tû lƯ cÊu tư phenol/fomandehit >1.Tuy nhiªn nhùa tạo thành cha đợc sử dụng trực tiếp nh nhiều loại nhựa khác Backerland đà nghiên cứu cấu trúc nhựa đa giải pháp khắc phục khó khăn trình gia công sản phẩm Ngay sau hÃng Bakelite lần đa vào sản xuất nhựa phenolic ®É ®¸nh dÊu bíc ph¸t triĨn cđa nhùa phenolic C¸c năm sau nhựa phenolic không ngừng đợc phát triển số lợng chất lợng:[11] Năm 1935 nhựa phenolic đợc sản xuất nhiều so với loại nhựa khác Năm 1954 nhựa phenolic đợc sản xuất 20.000 Năm 1965 nhựa phenolic đợc sản xuất 65.000 Năm 1987 nhựa phenolic lên tới 2,3 triệu Năm 1993 2,8 triệu Năm 1998 lợng nhựa phenolic đợc sản xuất 3,4 triệu Việt Nam nhựa phenolic đợc sử dụng muộn chủ yếu dạng bán thành phẩm nguyên liệu cho số loại vật liệu nh : bột ép, ván ép, sợi ép, keo dán, sơn từ nhựa phenolic biến tính, Năm 19581960 Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme trờng đại học Bách Khoa Hà Nội ( ngày môn cao phân tử ) đà giúp đỡ xây dựng phân xởng sản xuất keo dán nhà máy gỗ Cầu Đuống Năm 1975 Nam T giúp xây dựng nhà máy ván dăm khu công nghiệp Việt trì Sau miền Nam xây dựng nhà máy ván dăm, gỗ ép Đồng Nai,Sài Gòn Tình hình phát triển nhựa phenolic Việt Nam 20002003:[ Giai đoan 1: Xây dựng lắp đặt nhà máy ván ép nâng công suất lên22.000 Giai đoạn 2: Xây dựng đầu t chiều sâu cho 108 nhà máy chế biến lâm nghiệp Giai đoạn 3: Xây dựng hoàn thiện xong 108 nhà máy nâng công suất lên 85.000 đáp ứng phần nhu cầu nớc Nguyên liệu Nguyên liệu để sản xuất nhựa phenolic phenol aldehit 2.1.Phenol Công thức cấu tạo phenol: OH Công thức hoá học phenol C6H5OH, cấu tạo hoá học phenol vị trí ortho para nguyên tử hydro linh động nên nhựa từ phenol có khả chuyển sang trạng thái kh«ng gian ba chiỊu 2.1.1.TÝnh chÊt lý häc cđa phenol.[4] điều kiện thờng phenol có màu hồng nhạt nâu sẫm Các sản phẩm chứa phenol tự trình bảo quản có mầu thay đổi từ hồng nhạt sang nâu sẫm Nhiệt độ sôi phenol ts=182,10C Trọng lợng riêng phenol d = 1,0596 g/cm3 ®iỊu kiƯn thêng phenol lµ tinh thĨ cã nhiƯt ®é nóng chảy 42,3oC, nhiệt độ hoá rắn 40,5 40,9oC Phenol độc, với hàm lợng phenol nhỏ không khí gây ngộ độc Phenol hoà tan dung môi phân cực: rợu, axeton,Tính tan nớc phenol phụ thuộc nhiệt độ 2.1.2.Các phơng pháp điều chế phenol [5] Phenol tự nhiên đợc tách từ sản phẩm chế biến nhiên liệu rắn nhiệt độ cao Ngoài phenol tổng hợp điều chế phơng pháp sau: Phơng pháp sunfua hoá: bao gồm giai đoạn sau: Sunfua hoá benzen tạo axit benzoic Đun nóng chảy kiềm với axit thể Phân giải phenol axit sunfuric tiến hành chng benzen thô Nhợc điểm phơng pháp có nhiều giai đoạn, tốn nhiều xút, axit hiệu suất phản ứng không cao Các phản ứng xảy trình trùng hợp: C6H6 + H2SO4 C6H5SO3H + H2O C6H5SO3H + NaOH C6H5SO3Na + H2O C6H5SO3Na + NaOH C6H5ONa + Na2SO3 + H2O C6H5ONa + H2SO4 C6H5OH + Na2SO4 Phơng pháp clo hoá: Xư lý clobenzen b»ng Na2CO310% theo tû lƯ 1:1,25 cã mặt oxit diphenyl Để lắng, tách phenol đem chng theo nớc xử lý clobenzen NaOH10% theo tỷ lệ 1:1,25 tơng tự nh với Na2CO3 Phơng pháp Ra-sic: phơng pháp gồm hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Cho benzen tác dụng với HCl không khí nhiệt độ 200230oC có mặt muối nhôm, sắt Sản phẩm thu đợc chứa clobenzen Giai đoạn 2: Tách rửa clobenzen thuỷ phân lò tiếp xúc nhiệt độ 350oC với xúc tác SiO2 Ca3(PO4)2 Rửa phenol nhận đợc đem chng cất Các phản ứng xảy nh sau: C6H6 + HCl + 1/2 O2 C6H5Cl + H2O C6H5Cl + H2O C6H5OH + HCl  Phơng pháp oxy hoá trực tiếp benzen: Tiến hành oxy hoá benzen nhiệt độ 800 oC, áp suất 70at, có mặt xúc tác HF Hỗn hợp sản phẩm đem chng cất nhiều lần thu phenol Phơng pháp đợc sử dụng hiệu suất thấp(30-60%) Phơng pháp Cu-men: Tiến hành alkyl hoá benzenở 850C, áp suất 70at xúc tác AlCl3 tạo izopropylbenzen: C6H6 + CH2=CH CH3 C6H5CH(CH3)2 Oxy hoá izopropylbenzen nhiệt độ 600-650oC có mặt không khí tạo hydropeoxit: C6H5CHCH(CH3)2 O2 C6H5C(CH3)2OOH Phân giải hydropeoxit b»ng axit H2SO410% thµnh phenol vµ axeton cïng mét sè sản phẩm phụ khác C6H5C(CH3)2OOH C6H5OH + CH3COCH3 Tiến hành chng cất phân đoạn thu phenol Phơng pháp đợc đề xuất Liên Xô phơng pháp kinh tế đợc ứng dụng nhiều nớc giới Phơng pháp Dow (Dow Chemiscal): Tiến hành oxy hoá toluen theo hai giai đoạn: Giai đoạn 1: oxy hoá toluen không khí nhiẹt độ 120-150 oC có xúc tác Co tạo axit benzoic Phản ứng toả nhiệt mạnh có nhiều sản phẩm phụ.: HCOOH, CH3COOH, C6H5CHO, Giai đoạn 2: Decacboxy hoá axit benzoic với xóc t¸c Cu2+: O O COOH C O Cu O C + Cu2+ O OH O C O C + H2O - CUO O OH C HO OH - CO2 Quá trình tiến hành áp suất thờng, nhiệt độ 200-250oC, Cu2+ sử dụng dạng dung dịch 1-5% 2.1.3.Một số phenol khác:[3] Crezol: CH3C6H4OH Crezol có ba đồng ph©n: OH OH OH CH3 CH3 CH3 o-Crerol m-Crerol p-Crerol Crezol thờng tồn dới dạng hỗn hợp ba đồng phân nhiệt độ sôi hỗn hợp 185-205oC, trọng lợng riêng 1,044g/cm3 Crezol hoà tan rợu, ete, kiềm, khó hoà tan nớc Crezol nhận đợc chủ yếu từ sản phẩm xử nhiệt than đá, than nâu, gỗ Xylenol: (CH3)2C6H3OH Xylenol có sáu đồng phân, xylenol kĩ thuật dạng lỏng nhớt, mầu nâu,, trọng lọng riƯng 1,035-1,040 g/cm3 Xylenol tan dung dÞch kiỊm 10% Xylenol nhận đợc chủ yếu từ xử lý nhiên liệu rắn Resocsin (m-dioxy benzen): C6H4(OH)2 Resocsin dạng tinh thể rắn, nhiệt độ nóng chảy 110 oC nhiệt độ sôi 276,5oC, trọng lợng riêng 1,285 g/cm3 2.2.Aldehyt 2.2.1.Fomandehyt  TÝnh chÊt lý häc cña fomandehyt [6] Fomandehyt chất khí không màu, mùi mạnh Khi làm lạnh fomandehyt hoá lỏng, nhiệt độ sôi -21oC, nhiệt độ nóng chảy -92 oC, nhiệt ®é – 93oC sÏ ®ãng thµnh mét chÊt tinh thĨ rắn trọng lợng riêng 0,815 g/cm3 Fomanhehyt thờng đợc sử dụng dạng dung dịch với nớc gọi focmalin Focmalin chøa 33- 40% thĨ tÝch fomandehyt Khi ®Ĩ lâu thấy kết tủa trắng tách từ dung dịch focmalin polyme fomandehyt (parafooc ) Để tránh tợng thờng sử dụng rợu metylic 7-12% focmalin Hàm lợng rợu focmalin thay đổi tuỳ thuộc nhiệt độ môi trờng Các phơng pháp điều chế fomandehyt: + Oxy hoá rợu metylic oxy không khí có bạc tham gia Phản ứng xảy nh sau: CH3OH + 1/2 O2 HCHO + H2 O Hoặc phản ứng khử hydro rợu: CH3OH HCHO + H2O Phản ứng oxy hoá tiến hành chân không dới áp suất + Điều chế fomandehyt từ metan: Mêtan đợc điều chế từ sản phẩm chế biến dầu mỏ khí thiên nhiên Oxy hoá khí metan không hoàn toàn 1400-1500oC xảy phản øng: CH4 + O2 CO + H2 CH4 CH CH + H2 Metanol đợc tổng hợp từ hỗn hợp H2 CO tiến hành oxy hoá metanol nhiệt độ 500-600oC có mặt xúc tác nhận đợc fomandehyt + Oxy hoá etylen: cho hỗn hợp khí chứa 85% etylen 15% oxy thể tích qua chất tiếp xúc trơ nh: đất sét nung tẩm H2BO3 H3PO4 375oC qua tháp chất đầy đá bọt tẩm KMnO hay KClO3 nhiệt độ lớn 100oC Hiệu suất tạo fomandehyt cao (70-80%) 2.2.2.Axetandehyt: CH3CHO Là chất lỏng có mùi khó chịu, nhiệt độ sôi 20,8oC, nóng chảy 123,5oC, trọng lợng riêng 0,792g/cm3 Axetandehyt hoà tan níc rỵu, ete Axetandehyt rÊt rƠ tù trïng hợp 2.2.3.Fufurol Công thức hoá học fufurol: HC CH HC CH CHO O Là chất lỏng không màu, mùi dễ chịu Nhiệt độ sôi 161,7oC, đóng rắn 36,5oC, trọng lợng riêng là1,1598 g/cm3 Fufurol tan rợu etylic, metylic, ete, axeton Trong trình bảo quản có mặt không khí fufurol có màu tối dần rợu hoá Để bảo quản ngời ta thờng cho thêm hydroquynol parafooc Phơng pháp chủ yếu để sản xuất fufurol thuỷ phân phế phẩm nông nghiệp: rơm, dạ, lõi ngô,tiến hành thuỷ phân dới áp suất nhiệt độ lớn 100oC Ngoài nhận đợc fufurol cách thuỷ phân gỗ than nâu 3.Phản ứng tổng hợp 3.1.Phản ứng tổng hợp nhựa rezolic Nhựa phenolic dạng rezolic nhận đợc môi trờng kiềm Cơ chế xảy môi trêng kiỊm x¶y nh sau: OH O + + OH H2O Ion phenolat có khả giải toả điện tích vào vòng benzen làm cho mật độ điện tử vị trí ortho para vòng tăng lên Các ion phản ứng với fomandehyt theo phơng trình: O O - + + CH2 O H - CH2O