ĐỒ ÁN NHỰA PVC

ĐỒ ÁN NHỰA PVC HAY

Page 1

Table of Contents

PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 2

Chương I : Tầm quan trọng của chất dẻo và lý do chọn đề tài 2

1 Tầm quan trọng của hợp chất cao phân tử 2

2 Lý do chọn đề tài: 3

Chương II : Tổng quan về PVC 5

1 Sơ lược về lịch sử phát triển của Nhựa PVC: 5

2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC 6

3 Các phương pháp sản xuất PVC: Để sản xuất PVC có nhiều phương pháp như phương pháp trùng hợp khối, trùng hợp trong dung dịch, trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền phù 7

4 Cấu tạo và tính chất của PVC: 9

5 Ứng dụng của PVC: 12

6 Nguyên liệu: 14

7 Chuẩn bị nguyên liệu: 22

8 Thuyết minh dây chuyền công nghệ: 24

Phần II: Tính toán 30

Tính toán thiết bị chính 30

1 Đường kính thiết bị Error! Bookmark not defined. 2 Chiều cao phần tn thiết bị Error! Bookmark not defined. 3 Chiều dày thiết bị Error! Bookmark not defined d Vỏ bọc nồi phản ứng Error! Bookmark not defined. e Chiều dày lớp bảo ơn Error! Bookmark not defined. g Mặt bích, bu lông và chọn đệm Error! Bookmark not defined h Cơng suất của mơ tơ - cánh khuấy Error! Bookmark not defined. i Chọn cánh khuấy Error! Bookmark not defined k Chọn tai treo Error! Bookmark not defined. KẾT LUẬN 30

PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

Chương I : Tầm quan trọng của chất dẻo và lý do chọn đề tài

1 Tầm quan trọng của hợp chất cao phân tử

Các hợp chất cao phân tử là những thành phần cơ bản của nhiều loại vật liệu chế tạo mà ứng dụng gắn liền với các tính chất cơ học của chúng Những vật liệu đó phải có độ bền, độ đàn hồi, độ rắn cao…và về mặt này chỉ có kim loại là có thể cạnh tranh được với các hợp chất cao phân tử

Các hợp chất cao phân tử được sử dụng rộng rãi trong đời sống cũng như trong kỹ thuật, từ sản phẩm thông dụng đến các sản phẩm ứng dụng trong công nghệ cao:

- Các hợp chất cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên như: Xenlulo và các dẫn xuất của nó, dầu thảo mộc, Gelatin, Lignhin…được sử dụng nhiều trong sản xuất giấy, dệt may, sơn, keo dán…

- Các hợp chất cao phân tử tổng hợp thì được ứng dụng rộng rãi hơn như: ứng dụng trong kỹ thuật điện tử, trong chế tạo máy, ứng dụng trong sản xuất ôtô, trong xây dựng, sử dụng trong hàng không vũ trụ, trong công nghiệp hoá chất… Nguyên nhân mà các hợp chất cao phân tử được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực là nhờ các tính chất ưu việt của nó mà khó có loại vật liệu nào có khả năng sánh được:

- Hầu hết các hợp chất cao phân tử đều rất nhẹ, tỷ trọng của chúng hầu hết đều nằm trong khoảng từ 0,8 1,5 Độ bền riêng lớn (độ bền tính trên 1 đơn vị khối lượng)

- Một số loại hợp chất cao phân tử có khả năng cách âm, cách nhiệt và cách điện tốt (các polyme xốp)

- Có loại thì có độ ma sát lớn, ít bị mài mòn nên được dùng làm má phanh xe.Cũng có một số loại có độ ma sát bé nên được ứng dụng làm bạc đỡ các ổ trục

- Có loại bền với axit, bền với bazơ và các loại dung môi nên được dùng làm các thiết bị chứa hoá chất Đặc biệt có loại bền với nước cường toan như Poly tetraflo etylen

- Một số polyme có độ trong suốt rất cao nên được ứng dụng làm kính ôtô, máy bay (Poly metyl meta acrylat)

- Có loại có độ đàn hồi cao nên được dùng làm các gối đỡ, các vòng đệm hay săm lốp xe (các loại cao su)

Page 3

Bên cạnh các tính chất đó, các hợp chất cao phân tử còn có một tính chất không kém phần quan trọng đó là: dễ gia công bằng nhiều phương pháp cho ra các sản phẩm đa dạng

Nhược điểm duy nhất của các hợp chất cao phân tử đó là khả năng chịu nhiệt kém điều này cũng hạn chế phần nào phạm vi ứng dụng của nó Tuy nhiên, điều này cũng dần được khắc phục khi mà người ta đang nghiên cứu các chất phụ gia và chất độn làm tăng khả năng chịu nhiệt của hợp chất cao phân tử lên rất nhiều

Các hợp chất cao phân tử tồn tại được trong một thời gian dài và có các tính chất đa dạng là do đại phân tử của nó phức tạp và có độ linh động bé Độ bền của các hợp chất cao phân tử có được không phải là do thế nhiệt động của chúng thấp (nghĩa là dự trữ năng lượng tự do thấp) mà là do độ linh động của các đại phân tử kém và tốc độ của các quá trình khuếch tán nhỏ

Ở điều kiện nhiệt độ trái đất, chỉ có các vật thể cao phân tử mới đủ bền với các tác động hoá học và hoá lý Tính vĩnh cửu của các vật thể trong tự nhiên nói chung sẽ không còn nữa nếu chúng được cấu tạo từ các hợp chất thấp phân tử

Chính từ những lý do trên mà các hợp chất cao phân tử được ứng dụng sâu rộng trong tất cả các lĩnh vực tạo nên một thời kỳ mới: "thời kỳ của chất dẻo"

2 Lý do chọn đề tài:

Như chúng ta đã biết, sản lượng ngành Nhựa Việt Nam năm 1989 bằng với mức năm 1975 là 50.000 tấn (nghĩa là 15 năm không hề phát triển), mức bình quân chỉ số chất dẻo đầu người lúc này chỉ có 0,7kg/người Bắt đầu từ năm 1990 sau khi nhà nước và chính phủ thực hiện chính sách mở cửa thi hành nền kinh tế thị trường thì ngành nhựa mới phục hồi và phát triển ở tốc độ cao: 35%/năm trong suốt 7 năm

1990 – 1997 và đến năm 1997 đạt đến 380.000 tấn, chỉ số chất dẻo đạt 5kg/người Tuy tốc độ tăng trưởng cao, song trong giai đoạn này mức tăng trưởng tuyệt đối hàng năm chỉ đạt trên 40.000tấn/năm, bởi lẽ xuất phát điểm của ngành quá thấp Thời kỳ 1997 – 2002 mới thực sự là thời kỳ bùng nổ của ngành nhựa Tốc độ tăng trưởng bình quân là 26% năm, mức tăng trưởng tuyệt đối là 150.000 tấn và năm 2002 sản lượng ngành nhựa Việt Nam là 1.260.000 tấn/năm, chỉ số bình quân

là 15,6kg/người Nhìn lại mức sản lượng năm 1989 (50.000 tấn/năm với mức bình quân đầu người 0,7kg/người) chúng ta mới thấy hết ý nghĩa của sự phát triển này Mặc dù tốc độ sản xuất hàng nhựa ở Việt Nam trong những năm gần đây xếp trên một số nước trong khu vực như Philippin, Indonesia…nhưng so với các nước phát triển trên thế giới thì vẫn còn một khoảng cách khá xa

Bảng I.1: Sản lượng của ngành nhựa và chỉ số bình quân đầu người trong một số

năm qua ở nước ta [15]

Năm Sản lượng (tấn) Chỉ số bình quân đầu người

1,05 0,77 1,00 2,62 3,78 12,20 15,6

Hơn nữa ngành Nhựa VN chỉ tự cung cấp được 10% nguyên liệu, con số này quá bấp bênh Điều này tìm ẩn rủi ro lớn vì phải phụ thuộc nguyên liệu ngoại nhập Trong số các loại chất dẻo sử dụng hiện nay ở VN thì PVC là một trong những loại được ứng dụng rộng rãi nhất (bảng I.2) Nguyên nhân không chỉ do PVC dễ gia công hơn mà lý do quan trọng hơn là các sản phẩm từ PVC dễ trang trí hoa văn trên bề mặt, dễ in, dễ dán, dễ nối khớp hơn PP, PE, ……

Bảng I.2: Nhu cầu của một số loại nhựa và dự báo nhu cầu trong các năm tới

Loại

nguyên liệu

Số lượng (tấn)

Tỷ lệ

%

Số lượng (tấn)

Tỷ lệ

%

Số lượng (tấn)

Từ bảng I.2 ta rút ra nhận xét: Nhu cầu PVC ngày càng cao, dự tính đến năm

2005 là 370.000 tấn, năm 2010 là 720.000 tấn nhưng hiện nay chỉ mới có công ty TPC Vina với năng suất là 100.000 tấn/năm và nhà máy Phú Mỹ 100.000 tấn/năm Nếu cả 2 nhà máy hoạt động hết công suất thì chỉ mới đáp ứng 50% nhu cầu PVC trong nước Riêng công ty TPC Vina dự kiến sẽ mở rộng để tăng năng suất lên 200.000 tấn/năm vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu thị trường

Chính vì vậy mà tôi chọn đề tài thiết kế nhà máy sản xuất PVC bằng phương pháp trùng hợp huyền phù Nguyên nhân tôi chọn dây chuyền công nghệ sản xuất PVC băng phương pháp trùng hợp huyền phù này là bởi vì đây là mô hình phổ biến nhất hiện nay cho một dây chuyền sản xuất PVC trên thế giới và có thể nâng

Page 5

đôi năng suất sản xuất thuận lợi nhờ sử dụng chung một số khu vực như xử lý nước, đóng gói, phòng thí nghiệm

Chương II : Tổng quan về PVC

1 Sơ lược về lịch sử phát triển của Nhựa PVC:

Lịch sử phát triển của PVC bắt đầu từ năm 1835 khi mà monome Vinyl Clorua (VCM) đã được Justus Von Liebig tìm ra, đó là kết quả của phản ứng giữa dicloetylen với KOH/rượu

Từ khám phá của Liebig, năm 1838 Victo Regnauln đã tiến hành lại thí nghiệm đó và khẳng định sự tin cậy của phát minh này

Nhưng mãi đến những năm 1937 thì PVC mới chính thức sản xuất trong công nghiệp

Công nghiệp về chất dẻo nói chung và về PVC nói riêng phát triển mạnh ở nhiều nước như: Nga, Anh, Đức, Pháp, Mỹ, Nhật…(bảng II.1) Còn ở nước ta nhựa PVC được sản xuất đầu tiên ở nhà máy hóa chất Việt Trì, nhưng đến nay chỉ

có công ty TPC Vina là đang sản xuất ổn định và nhà máy Phú Mỹ đã đi vào hoạt đông nhưng chất lượng sản phẩm không ổn định

Bảng II.1: Sản lượng PVC của một số nước (nghìn tấn)

2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC

2.1 Trên thế giới

Theo dự bo của cc chuyn gia Marketing về lĩnh vực cơng nghiệp hố chất, thị trường dựa trn thế giới ngy cng tăng Nhu cầu nhựa PVC của cc khu vực Chu - Thi Bình Dương đặc biệt l Trung Quốc, Ấn Độ sẽ l yếu tố chủ yếu lm tăng nhu cầu thị trường nhựa PVC

Mức tăng nhu cầu PVC của cc nước tư bản gấp khoảng 2 lần mức tăng tổng sản phẩm quốc dn của nước đó

Ở cc nước Đơng u, Chu Phi, Trung cận đông, nhu cầu tiu thụ PVC cũng tăng

do mức độ đầu tư vo cc nước ny tăng ln

Nhu cầu về nhựa PVC theo bình qun đầu người ở cc nước pht triển lại thấp hơn

so với cc nước đang phát triển (chiếm 2/3 dn số thế giới)

Từ năm 1991 – 1997 mức tăng bình qun về PVC hng năm của cc nước Chu

- Thi Bình Dương l 6,2%, trong khi mức tăng bình qun trn thế giới l 5,3%

Nhu cầu tăng lớn nhất về PVC ở cc nước Chu - Thi Bình Dương l Nhật: chiếm 34%, Indonexia: 14,6%, Thi Lan: 14,1%, Malaixia: 13,9%, Trung Quốc: 12,3%

2.2 Tại Việt Nam

Do nhu cầu PVC tính theo đầu người hiện nay ở Việt Nam so với nhiều nước cịn thấp, nn trong cc năm tới tốc độ tăng trưởng trung bình hng năm sẽ l 40%, sau đó giảm xuống khoảng 17%, vo cc năm tiếp theo

Hiện nay nước ta đ cĩ 2 Lin doanh sản xuất bột PVC một l: Cơng ty Lin doanh giữa Tổng cơng ty Nhựa Việt Nam với Tổng cơng ty Hố chất Việt Nam v Cơng ty Thi Plastic – Chemical Public Ltd với cơng suất 80.000tấn/năm Năm 2001 nh my hoạt động với cơng suất 100% năm 2002 cơng suất Nh my tăng len 100.000 tấn/năm

Hai l: Cơng ty TNHH nhựa v hố chất Ph Mỹ tại khu cơng nghiệp Ci Mp l lin doanh giữa cơng ty xuất nhập khẩu tỉnh B Rỵa- Vũng Tu với tổng cơng ty dầu khí Petronas của Malaysia cĩ cơng suất l 100.000 tấn bột PVC/năm

Page 7

Trong năm 2000 cả nước ta tiu thụ khoảng 150.000 tấn bột PVC, nhưng chỉ đáp ứng được khoảng 40% nhu cầu cịn phải nhập khẩu khoảng 60% từ cc nước trn thế giới Ngồi việc sản xuất bột PVC hai Cơng ty Lin doanh trn cịn sản xuất PVC Compound với cơng suất 6000 tấn/năm, hai Cơng ty ny đ sử dụng hết cơng suất thiết kế, nhưng vẫn chưa đáp ứng hết nhu cầu cc chủng loại PVC Compound trong nước m chỉ sản xuất chủ yếu cc loại PVC lm phụ kiện cịn cc loại PVC dng cho cc chi tiết đặc chủng vẫn phải nhập khẩu

3 Các phương pháp sản xuất PVC: Để sản xuất PVC có nhiều phương pháp như

phương pháp trùng hợp khối, trùng hợp trong dung dịch, trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền phù

ra khí HCl và Polyme có màu Tuy nhiên, phương pháp này đem lại sản phẩm có

độ sạch và tính điện môi cao và có thể dùng để sản xuất sản phẩm trong suốt

Thành phần nguyên liệu phản ứng trùng hợp khối PVC:

- VCM:100 phần khối lượng

- Chất khởi đầu: 0,02  0,1% so với Monome

3.2 Phương pháp trùng hợp trong dung dịch: được tiến hành theo hai phương

pháp:

+ Phương pháp thứ nhất: gọi là phương pháp"vecni", trong đó môi trường phản

ứng là dung môi hoà tan được cả monome và Polyme như dicloetan, axeton Tách Polyme ra bằng cách dùng nước để kết tủa hoặc chưng cất để tách hết dung môi

+ Phương pháp thứ hai: là tiến hành trùng hợp trong dung môi hoà tan monome

nhưng không hoà tan Polyme Trong trường hợp này Polyme dần dần tách ra ở dạng bột mịn

Phương pháp này dễ điều khiển nhiệt độ phản ứng nhưng do nồng độ của Monome bé nên Polyme thu được có trọng lượng phân tử thấp

Phương pháp này ít được dùng vì quá trình trùng hợp lâu và tốn nhiều dung môi, sản phẩm thu được có độ sạch không cao Tuy nhiên sản phẩm của quá trình này có thể đem đi sử dụng ngay cho các công đoạn khác như đem đi kéo sợi để tạo các sản phẩm vải lót máy móc

Quá trình trùng hợp: dung môi được cho vào trước, sau đó cho VCM lỏng rồi cho chất khởi đầu vào Phương pháp này tiến hành ở nhiệt độ thấp (35  400

C) 3.3 Phương pháp trùng hợp nhũ tương:

Chất khởi đầu thường dùng là H2O2, persunfat kim loại kiềm

Chất nhũ hóa là các loại xà phòng axit béo, trietanol amin dùng với hàm lượng 0,1  0,5% trọng lượng nước Lượng chất nhũ hoá tăng thì độ phân tán hạt Polyme tăng làm thay đổi vận tốc phản ứng và trọng lượng phân tử của polyme Đối với trùng hợp nhũ tương VCM không những dùng hợp chất Peroxit đơn giản mà còn dùng hệ oxy hoá khử bảo đảm vận tốc trùng hợp lớn hơn (như hệ persunfat amoni với hydrosunfit hoặc với NaHSO4 và hệ H2O2 - ion Fe)

Ngoài ra cần thêm muối đệm để giữ nguyên độ pH (thường từ 4 đến 9) Muối đệm hay dùng là Axetat kim loại nặng, phốt phát, cacbonat kim loại kiềm Có khi còn dùng thêm cả chất điều chỉnh để điều chỉnh tính chất và trọng lượng phân tử của Polyme

Ưu điểm của phương pháp này là có khả năng tiến hành trùng hợp liên tục Nhờ khuấy đều và polyme tách ra liên tục nên sản phẩm rất đồng nhất, có trọng lượng phân tử cao, quá trình tiến hành ở nhiệt độ tương đối thấp và độ đa phân tán thấp Polyme thu được ở dạng latex nên phải tách polyme ra khỏi nhũ tương bằng phương pháp sấy hoặc keo tụ bằng Sunphat Amoni và dung dịch kiềm

3.4 Phương pháp trùng hợp huyền phù:

Để trùng hợp huyền phù ta cho VCM lỏng phân tán trong môi trường nước,

có chất khởi đầu tan trong monome như: Ter-butyl peroxyneodecanoat, Cumyl peroxyneodecanoat, Di-2-etylhexyl peroxidecarbonat…

Page 9

Bằng cách chọn chất kích hoạt hoặc hỗn hợp chất kích hoạt có thể điều chỉnh được vận tốc trùng hợp, và trong nhiều trường hợp có thể nâng cao được độ chịu nhiệt và ánh sáng

Để tăng độ bền của huyền phù thì ta sử dụng các chất ổn định huyền phù là các polyme tan trong nước như Polyvinyl alcol, keo Gelatin Kích thước hạt polyme thu được trong trùng hợp huyền phù phụ thuộc vào khả năng khuấy trộn và chất ổn định đem dùng

Bằng phương pháp trùng hợp giọt ta thu được huyền phù polyme, hạt polyme thu được có kích thước lớn hơn rất nhiều so với trùng hợp nhũ tương, vì chất khơi mào tan trong giọt monome nên quá trình trùng hợp xảy ra trong giọt monome (có thể xem trùng hợp huyền phù là trùng hợp khối trong giọt)

Ưu điểm của phương pháp này là: nhiệt độ phản ứng thấp, Polyme thu được

có kích thước hạt lớn và đồng đều hơn, độ tinh khiết cao hơn so với Polyme thu được từ phương pháp nhũ tương Do hạt to nên dễ tách ra khỏi nước bằng ly tâm hoặc lọc

Từ các ưu nhược điểm của 4 phương pháp trùng hợp VCM để tạo thành nhựa PVC trên, ta nhận thấy phương pháp trùng hợp VCM trong huyền phù là ưu việt hơn cả, đặc biệt là thời gian tiến hành trùng hợp ngắn, hiệu suất trùng hợp tương đối cao (86  89%) Chính vì thế mà xu hướng phổ biến hiện nay trên thế giới là chọn mô hình sản xuất PVC huyền phù

4 Cấu tạo và tính chất của PVC:

4.1 Cấu tạo:

PVC được trùng hợp theo cơ chế gốc tự do, là sự kết hợp các phân tử VCM theo kiểu "đầu nối đuôi" thành mạch phát triển.Trong mạch đại phân tử, các nguyên tử Clo chiếm vị trí 1, 3

Người ta cũng dùng nhiều phương pháp như: hóa học, quang học, vật lý…để chứng minh điều này:

- Cho tia phóng xạ xuyên vào PVC thì xảy ra quá trình khử HCl và tạo thành các nối đôi cách một trong đại phân tử Polyme

- Khử Clo trong PVC bằng cách đun nóng dung dịch PVC trong dioxan với bột Zn thì thấy nhóm cyclopropan tạo ra:

Tuỳ theo điều kiện khử Clo mà trong Polyme còn lại 13  16% Clo ở dạng từng nguyên tử Clo riêng biệt

Khối lượng riêng:  = 1,38  1,4 g/cm3

Nhiệt độ hóa thuỷ tinh: Tg= 75  800

C Giới hạn bền kéo: kéo = 400  600 kG/cm2

Giới hạn bền uốn: uốn = 900  1200 kG/cm2

Giới hạn bền nén: nén = 800  1600 kG/cm2

Độ bền va đập: va đập = 70  160 kG/cm2

Độ giãn dài tương đối:  = 10  15%

4.2.1 Độ hoà tan của PVC:

PVC có độ trùng hợp thấp n = 300  500 tương đối dễ tan trong axeton và kêton, este, hydrocacbon Clo hóa…Nhưng PVC có trọng lượng phân tử cao thì hòa tan hạn chế

Ở nhiệt độ thường, PVC hầu như không tan trong các chất hóa dẻo, nhưng ở nhiệt độ cao thì bị trương nhiều và có khả năng tan trong một số chất hóa dẻo

Độ hòa tan của PVC còn phụ thuộc vào các phương pháp sản xuất PVC nhũ tương có độ hòa tan kém hơn PVC được sản xuất theo phương pháp huyền phù

Page 11

ra nhanh hơn Khi tăng nhiệt độ, HCl được tạo ra và xuất hiện màu Màu của nhựa PVC sẽ chuyển dần từ sáng đến vàng, da cam, đỏ, nâu, và đen Sự xuất hiện màu được giải thích là do sự hình thành các nối đôi cách:

Theo cấu tạo thì chất ổn định được chia ra làm 3 loại: chất ổn định hữu cơ, vô

cơ và cơ kim Trong đó chất ổn định vô cơ và cơ kim là quan trọng hơn cả vì ngoài tác dụng ổn định nhiệt chúng còn ngăn ngừa PVC khỏi bị phân huỷ trong điều kiện gia công ở nhiệt độ cao Ngoài ra chúng còn có khả năng bảo vệ các tính chất của vật liệu trong thời gian dài khi sử dụng

Hệ số giãn nở phụ thuộc vào loại liên kết giữa các nhóm nguyên tử hoặc phân

tử Hệ số này càng lớn khi cường độ liên kết càng yếu

Bảng II.2: Độ dẫn nhiệt của một số vật liệu:

Vật liệu Hệ số giãn nở

(10-6 C-1)

Độ dẫn nhiệt (w/m0C)

Nhiệt dung riêng ở

200C (kj/kg0C) PVC

0,84  1,25 1,34 0,71  1,84

4.2.3 Trộn với chất hoá dẻo và các nhựa khác:

Để gia công và sử dụng PVC hiệu quả thì việc trộn nó với các chất hóa dẻo

có ý nghĩa rất quan trọng

Chất hóa dẻo là chất trộn với PVC để làm cho PVC tăng độ bền uốn, giảm tính dòn ở nhiệt độ thấp, làm giảm nhẹ điều kiện gia công và tăng thời gian sử dụng sản phẩm Nguyên nhân của việc dùng chất hóa dẻo là do PVC là Polyme mạch cứng, ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ hóa thuỷ tinh mới có đàn hồi

Cơ chế hóa dẻo có thể được giải thích như sau: PVC là Polyme phân cực, PVC cứng và ít bị biến dạng là do lực liên kết nội tại giữa các phân tử:

Khi đun nóng làm chuyển động của các phân tử tăng lên nên làm suy yếu dần lực liên kết giữa các phân tử và làm mềm Polyme Ở nhiệt độ thường, chất hóa dẻo hòa tan có hạn nhưng ở nhiệt độ cao thì nó trộn dễ với Polyme vì lúc đó nó dễ xen vào giữa các mạch đại phân tử và làm suy yếu lực liên kết giữa chúng

PVC có khả năng trộn hợp tốt với các polyeste mạch thẳng, các nhựa ankyt, cao su nitryl, nhựa epoxy, nhựa phenol focmandehyt…

Page 13

những tính chất quý giá của PVC cứng là chịu được tác dụng của khí và chất lỏng

ăn mòn hóa học cao

5.1.1 Ứng dụng để làm ống:

Từ bột và hạt PVC có thể chế tạo ống và các vật phẩm khác ở trên máy đùn Khác với chế tạo màng và tấm, ở đây bột phải có độ chảy lớn và ổn định ở nhiệt độ cao

Hiện nay ở Việt Nam việc sản xuất ống rất quan trọng đối với các công ty gia

công nhựa PVC bởi vì nó sử dụng hơn 75% lượng nhựa PVC tiêu thụ

5.1.2 Ứng dụng để làm màng:

Quá trình sản xuất màng từ PVC cứng bao gồm các công đọan: trộn các cấu

tử, cán trộn hỗn hợp, cán tấm

Để sản xuất màng ta dùng PVC nhũ tương hoặc huyền phù và chất ổn định (3

 4% trọng lượng nhựa) Chất ổn định thường dùng là Stearat và Laurat Ca hay Ba hoặc sunphat Chì

Quá trình cán thường tiến hành ở 160  1700C tức là ở nhiệt độ cao hơn nhiệt

độ chảy của PVC (150  1600C) Nhiệt độ cán càng cao thì càng dễ đồng đều và hoá dẻo càng nhanh nhưng nhựa PVC sẽ dễ bị phân huỷ hơn

Màng PVC cứng dùng để làm vật liệu cách nhiệt và chống gỉ

5.1.3 Ứng dụng để làm tấm:

Có 2 phương pháp sản xuất:

- Ép nóng Paket (nhiều lớp màng đã được cán chồng lên nhau) trên máy

ép thuỷ lực nhiều tầng.Chiều dày tấm từ 2  20 mm

- Phương pháp đùn nhựa đã được làm mềm qua đầu khe Chiều dày tấm từ

10  15mm, phương pháp này phức tạp vì nhiệt độ chảy mềm gần với nhiệt độ phân huỷ

5.2 PVC dẻo:

Đưa chất hóa dẻo vào PVC sẽ làm thay đổi nhiều tính chất cơ lý của nó.Từ PVC hóa dẻo ta chế tạo vật liệu mềm có tính đàn hồi ở nhiệt độ thường và nhiệt độ thấp, thích hợp để chế tạo màng (platikat), pat (bột nhão), chất dẻo bọt, da nhân tạo

và nhiều vật liệu khác PVC trộn với chất hóa dẻo theo phương pháp nóng hoặc nguội, tuy nhiên phương pháp nóng vẫn tốt hơn nên nó được sử dụng nhiều

5.2.1 Platikat:

Chế tạo theo phương pháp cán PVC với chất hóa dẻo và chất ổn định

Platikat có nhiều tính chất quý như: khả năng cách điện cao, chịu khí quyển, không thấm ẩm, chịu dầu và Benzen, không cháy, đàn hồi cao

Có thể cán màng PVC hoặc cán màng PVC với vải, giấy…để làm phao tắm, đệm, bóng gối…

PVC hóa dẻo dùng để bọc dây cáp, chống gỉ, dùng làm các dụng cụ bảo vệ khi làm việc với phóng xạ

5.2.2 Bột nhão:

Môi trường phân tán (chất hóa dẻo) cần có tác dụng solvat hoá hạt Polyme nhưng không hòa tan nó Sự phân tán rất nhỏ Polyme trong các chất lỏng khan nước gọi là pat.Thành phần của pat gồm: Polyme nhũ tương, chất hóa dẻo, chất ổn định, chất độn, chất pha loãng và bột màu

Các chất lỏng không hòa tan nhựa ở nhiệt độ thường nhưng làm Polyme bị trương nhiều khi đun nóng, kết quả là khối nữa lỏng đó phân bố đều khắp bề mặt

- Nhóm có lổ thông nhau (chất dẻo xốp)

PVC bọt có thể sản xuất bằng phương pháp ép gồm 3 giai đoạn: trộn Polyme với chất tạo khí và các cấu tử khác, ép hỗn hợp, tạo bọt sản phẩm

Tạo bọt loại chất dẻo bọt cứng được tiến hành trong môi trường hơi bảo hoà

ở nhiệt độ 100  1020C.Loại bọt mềm (đàn hồi) được tiến hành trong nước nóng ở

Ở điều kiện thường VCM là một chất khí không màu

VCM dễ hóa lỏng, tan ít trong nước Tan trong rượu và tan trong các dung môi hữu cơ khác như: Axeton, hydrocacbon thơm hay mạch thẳng

CH2 = CH |

Cl

Nhiệt dung riêng: 0,4 kcal/kg độ

Nhiệt hóa hơi: 75,2 kcal/k độ

Độ dẫn nhiệt: 0,116 kcal/mđộ

Độ tan trong nước: 25,7 mg/100 ml ở 20 0C

VCM tạo hỗn hợp nổ với không khí ở giới hạn 3,6 26,4% thể tích

VCM dễ bị trùng hợp dưới tác nhân nhiệt, ánh sáng hoặc xúc tác gốc tự do

6.1.3 Tính chất độc hại:

Nồng độ cho phép tối đa là 1ppm thể tích cho 8h trong 1 ngày tại nơi làm việc Khi tiếp xúc với môi trường có nồng độ VCM cao sẽ gây ra tình trạng choáng

và mất định hướng, có thể gây ra mê dại nếu tiếp xúc lâu

Gần đây người ta cho rằng VCM gây ra angiosarcoma, một dạng hiếm của bệnh ung thư gan ở nhiều công nhân tiếp xúc với VCM có hàm lượng cao

VCM hoá lỏng là một chất gây kích thích da Sự bốc hơi nhanh của VCM lỏng trên da có thể gây ra sự đóng băng hay sự "phỏng lạnh"

Sự nguy hiểm về cháy nổ là vấn đề quan trọng nhất khi sử dụng VCM.Khả năng gây cháy nổ của VCM là rất lớn, điểm chớp cháy của nó là -78 0

6.2 Chất khởi đầu (chất khơi mào):

Các chất khơi mào thường sử dụng là Peroxyt hữu cơ, hydroperoxyt, các hợp chất Ozonic, các hợp chất vòng azo và diazo tan trong monome…Hàm lượng chất khơi mào thường dùng chiếm khoảng 0,1  1%

Một số chất khơi mào thông dụng thường dùng trong quá trình trùng hợp:

- Hydroperoxyt: H2O2

- Benzoyl peroxyt: (C6H5COO)2

- Axetyl peroxyt: (CH3COO)2

- Persunfat: M2S2O8 Trong đó M là Na, K, NH4

- Ozonic của metylmetacrylat:

- Tert_butylhydroperoxyt: (CH3)3C - O - OH - Izopropyl hydroperoxyt: (CH3)2CH - O - OH - Dietyl este của axit azo_di_izobutyric:

- Dinitryl của axit azo_di_izobutyric:

- Diazo_aminobenzen: C6H5 - NH - N = N - NH - C6H5

Trong đó peroxyt vẫn là loại được sử dụng nhiều nhất Hiện nay, trên thế giơí người ta có xu hướng nghiên cứu và sử dụng các chất khơi mào có thời gian bán rã

bé Điều này có ý nghĩa rất quan trọng vì nó làm giảm được thời gian của một chu

CH3

CH2 O C COOCH3

O O

CH3 CH3

NC C N N C CN

CH3 CH3

CH3 CH3

C2H5OOC C N N C COO2H5

CH3 CH3

Page 17

kỳ phản ứng và do đó làm tăng hiệu suất sử dụng thiết bị cũng như làm giảm chi phí sản xuất đi rất nhiều

Thông thường người ta sử dụng hỗn hợp các chất khơi mào trong đó 1 chất

có thời gian bán rã ngắn ở nhiệt độ phản ứng còn các chất còn lại có thời gian bán

rã lâu hơn Mục đích là để duy trì sự đồng đều về số lượng của các gốc tự do trong toàn bộ quá trình phản ứng, và do đó làm cho quá trình phản ứng diễn ra êm dịu hơn, tránh được hiện tượng nhiệt cục bộ phát sinh và khả năng lấy nhiệt phản ứng

ra cũng dễ dàng hơn

Các chất khơi mào được sử dụng trong đề tài này có tên thương mại là:

Cat-19 và Cat-29

6.2.1 Cat-19:

Công thức phân tử: C18H34O6

Công thức cấu tạo:

Tên gọi: Di_2_etyl hexyl dicacbonat

Khối lượng phân tử: 346

Khối lượng riêng: 0,928 kg/cm3 ở 100C

Mùi: có mùi tương tự như hydrocacbon

Màu sắc: Cat-19 được sử dụng ở dạng nhũ tương trắng (60% peroxyt và 40% nước và chất nhũ hóa)

Khi phân huỷ nó sẽ tạo ra khí CO2, CO.Phản ứng oxy hóa khử xảy ra khi tiếp xúc với kim loại như : sắt…

Cat-19 gây kích thích da và niêm mạc khi tiếp xúc

Điều kiện bảo quản: bảo quản trong kho lạnh ở nhiệt độ dưới -150C và chỉ sử dụng bình chứa làm bằng PE, tránh va đập mạnh

6.2.2 Cat-29:

Công thức phân tử: C19H30O3

Công thức cấu tạo:

C O O C C C6H13

CH3 CH3

Tên gọi: Cumyl peroxyneodecanoat

Khối lượng phân tử: 306

Sử dụng ở dạng nhũ tương trắng (peroxyt 50%, nước và chất nhũ hóa 50%)

Khối lượng riêng: d15 = 0,936 kg/cm3

D20 = 0,927 kg/cm3

Có mùi tương tự như hydrocacbon

Khi phân huỷ sẽ tạo ra khí CO2, CO

Phản ứng oxy hóa khử xảy ra khi tiếp xúc với kim loại như: sắt…

Cat-29 gây kích thích da và niêm mạc khi tiếp xúc

Điều kiện bảo quản: tránh ánh nắng mặt trời và các tạp chất ngoại lai Bảo quản trong kho lạnh ở nhiệt độ thấp hơn -150C, chỉ dùng các bình chứa bằng PE và tránh rung động mạnh

Công thức phân tử của PVA:

PVA là polyme duy nhất không được tổng hợp từ monome của nó mà bằng cách xà phòng hóa este của nó, đặc biệt là Polyvinyl axetat

PVA chứa nhóm axetat dưới 5% thì không tan trong nước lạnh nhưng tan dễ

trong nước ấm 65  700 C.Nếu chứa trên 5% thì tan tốt trong nước nhưng chứa trên 20% thì PVA hoàn toàn không tan trong nước khi đun đến 35  400C Nếu chứa

50% thì PVA mất khả năng tan trong nước kể cả nước nóng nhưng tan được trong

CH3OH/nước Nếu để yên thì dung dịch đậm đặc bị gel hoá nhưng khi đun nóng đến 750C thì tan trở lại

Ngoài nước ra thì còn có những dung môi của PVA khi đun nóng là: Glycol béo, Glyxerin, Mono etanolamin, Phenol…

CH2 CH CH2 CH

n m

OH OCOCH3

Page 19

Ưu điểm đặc biệt của PVA là chịu được rất tốt các loại dầu, chất béo, hydrocacbon và phần lớn các dung môi hữu cơ khác Dung dịch PVA hầu như không chịu tác dụng của vi khuẩn vì thế khi bảo quản lâu nó vẫn không thay đổi Trong đề tài này tôi chọn loại AG-1 và AG-2 để làm chất ổn định huyền phù

Cả hai loại đều là PVA nhưng khác nhau về số nhóm -OH trong mạch đại phân tử AG-1 có số nhóm -OH trong mạch đại phân tử thấp hơn so với AG-2 (n  700), mục đích đưa vào nhằm làm giảm độ fish eye (các hạt PVC không còn độ xốp), điều này được rút ra từ những nghiên cứu của nhà cung cấp.AG-1 được sử

Tên gọi: 2,2-diphenyl propan

2,2-di-p - hydroxyphenyl propan

Nhiệt dung riêng: 0,35 kcal/kg độ

Tính tan: không tan trong nước, tan trong rượu và dung dịch kiềm pha loãng

C), còn trong quá trình

phản ứng nhiệt độ chỉ có 57,5  58 C thì không ảnh hưởng gì đáng kể đến mạch PVC

Công thức phân tử: C35H50O3 Công thức cấu tạo: Tên gọi: Octadecyl 3-(3,5 di-t-buytl-4 - hydroxyphenyl) propionat Trọng lượng phân tử: 418 6 5.1 Tính chất vật lý: Màu sắc: sử dụng ở dạng nhũ tương trắng Nhiệt độ nóng chảy: 49  54 0 C Nhiệt độ sôi: 100 0C Khả năng hòa tan: không tan trong nước, tan được trong một số dung môi như: trong Axeton (tan 26% khối lượng), Benzen (tan 57% khối lượng), Etyl axetat (tan 42% khối lượng), Hexan (tan 31% khối lượng)… 6.5.2 Điều kiện bảo quản: Cần bảo quản ở nơi thoáng mát và tối vì AD - 5 có thể bị kết tủa.Tác dụng của AD -5 vẫn tốt sau 3 tháng nếu được bảo quản ở điều kiện trên 6.6 Chất chống bám dính: (RCS) Là một dung dịch nhựa có tính kiềm, mục đích khi sử dụng nó là để tráng phủ bề mặt thiết bị phản ứng nhằm hạn chế sự bám dính của các nguyên liệu cũng như các sản phẩm trong quá trình phản ứng Và do đó nó sẽ làm giảm được các hạt PVC bị chai cứng Tính chất vật lý đặc trưng của RCS là khả năng đóng rắn xảy ra khi gia nhiệt và tạo thành màng phủ có khả năng chống bám dính

C ( CH3 )3

HO CH2 CH2 COOC18H37

C ( CH3)3

Page 21

6.7 Chất bảo quản:

Chất này được sử dụng với mục đích ngăn không cho phản ứng tự trùng hợp xảy ra trong quá trình thu hồi, làm tinh VCM, trong bồn chứa Ở đây ta sử dụng hợp chất có tên thương mại là: Inhibitor-1(INH-1):

Tên gọi: p-tert-butylcatechol

Do đó phải dùng chất chống đông vào trong nước để ngăn chặn nước chuyển trạng thái rắn va đập với cánh quạt hỏng máy bơm

Chất chống đông ta sử dụng ở đây là dung dịch etylen glycol

Công thức: HO - CH2 - CH2 - OH

Tính chất vật lý:

 Màu sắc: Chất lỏng không màu

 Mùi: Không mùi

 Tính tan: Tan trong nước

7 Chuẩn bị nguyên liệu:

Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu có ý nghĩa hết sức quan trọng bởi vì nó quyết định đến tính chất cũng như chất lượng sản phẩm.Chính vì vậy cần phải quan tâm chú ý đến từng loại nguyên liệu cụ thể trong từng điều kiện cụ thể

 Hợp chất của axetylen tối đa 10ppm

 Hợp chất Clo tối đa 100ppm

 Butadien tối đa 10ppm

 H2O tối đa 100ppm

VCM từ bồn chứa nguyên liệu được đưa vào bồn chứa trung gian (3) cùng với lượng VCM thu hồi trong các chu kỳ sản xuất trước Trước khi vào bồn chứa trung gian thì cả VCM thu hồi và VCM từ bồn chứa nguyên liệu đều phải đi qua cột tách nước và chất ức chế (Hydroquinol)(2) bằng NaOH hoặc KOH rắn Ngoài

ra nó còn phải đi qua bộ phận lọc các tạp chất cơ học.Sau đó, VCM được chuyển vào bồn phản ứng (7) với lượng cần cho từng mẻ sản xuất bằng bơm(9.1) thông qua các thiết bị đo lường

7.2 Tác nhân ổn định huyền phù (AG-1, AG-2):

Các AG ở dạng bột được cho vào bồn hòa tan thông qua phểu nạp liệu Tại đây nó được hòa tan trong nước tạo thành dung dịch có nồng độ theo yêu cầu

AG-1 được sử dụng ở nồng độ 7%

AG-2 được sử dụng ở nồng độ 5%

Page 23

Sau khi hoà tan thành dung dịch, các loại AG được chuyển đến từng thùng chứa tương ứng với mỗi loại thông qua bơm vận chuyển

7.3 Chất khơi mào (Cat-19, Cat -29):

Các chất khơi mào dạng nhũ tương trong nước được chứa trong kho bảo quản.Nhiệt độ trong kho phải nhỏ hơn -150C Lượng chất khơi mào cần thiết cho mỗi mẽ sẽ được chuẩn bị sẵn và chuyển đến tủ lạnh.Sau đó nó được đưa đến bồn chứa chất khơi mào để nạp vào thiết bị phản ứng cho mỗi mẽ

Cần lưu ý hoạt tính của chất khơi mào sẽ giảm dần theo thời gian (tuỳ nhiệt độ) Chính vì vậy mà nó chỉ được chuyển vào hệ thống nạp liệu ngay trước khi bắt đầu mẽ phản ứng

7.4 Chất ngắt mạch phản ứng (AD-3):

Bột AD -3 được chuyển đến bồn hoà tan, tại đây AD -3 được hoà tan với nước và NaOH Mục đích cho NaOH vào ở đây là để hoà tan AD-3 và tạo ra môi trường kiềm, và khi nạp vào nồi phản ứng sẽ trung hoà bớt lượng HCl và CO2 sinh

ra trong quá trình phản ứng

7.5 Chất ổn định nhiệt (AD - 5):

AD - 5 được dùng ở dạng nhũ tương Từ kho chứa, AD -5 sẽ được nạp vào bồn chứa và từ đây nó tiếp tục được nạp vào bồn phản ứng với khối lượng tương ứng từng mẻ nhờ một bơm vận chuyển

7.6 Nước:

Nước từ các giếng được bơm qua hệ thống xử lý sắt, sau đó cho qua hệ thống các bể lắng sơ bộ nhằm tách các cặn bã cơ học có kích thước lớn

Sau đó, nước từ các bể chứa này được đưa qua thiết bị xử lý sơ bộ chứa sỏi

và than hoạt tính nhằm tách các cặn bẩn có kích thước nhỏ hơn, khí hoà tan và các tạp chất hữu cơ

Cuối cùng nước này được đưa qua 2 cột nhựa trao đổi ion để tạo ra nước tinh khiết Nước tinh khiết được đưa về bồn chứa để cung cấp cho quá trình sản xuất Nước dùng cho sản xuất tương ứng với mỗi mẻ sẽ được bơm từ bồn chứa này qua một thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ của nước lên 400C Mục đích của quá trình này là nhằm để giảm bớt lượng oxy và khí hòa tan trong nước, đồng thời cũng giảm thời gian gia nhiệt trong thiết bị phản ứng và do đó sẽ làm tăng hiệu suất sử dụng thiết bị phản ứng, rút ngắn chu kỳ sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế Nước tinh khiết cũng được dùng để cung cấp cho quá trình chuẩn bị các nguyên liệu, rửa các đầu nạp liệu và bổ sung trong quá trình phản ứng để giữ cho mức chất lỏng trong thiết bị phản ứng không đổi

Nước tinh khiết được nạp vào thiết bị phản ứng thông qua một bơm ly tâm và được định lượng bởi một thiết bị đo lường

8 Thuyết minh dây chuyền công nghệ:

Quá trình sản xuất nhựa PVC huyền phù gồm các giai đoạn sau:

8.1 Chuẩn bị nguyên liệu:

Để chuẩn bị cho quá trình sản xuất, các nguyên liệu đã được chuẩn bị kỹ ở bộ phận chuẩn bị nguyên liệu

8.2 Giai đoạn tráng phủ RCS:

Mục đích của việc tráng phủ RCS là chống sự bám dính vào thành thiết bị phản ứng của hỗn hợp phản ứng và do đó khắc phục được sự gel hoá tạo ra các khối lớn nhựa làm ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm

Để tăng hiệu quả tráng phủ lên bề mặt thành thiết bị phản ứng thì trước khi tráng phủ, người ta tiến hành gia nhiệt thành thiết bị bằng nước nóng bên trong vỏ

áo của nồi phản ứng Dung dịch RCS được phun vào dưới dạng sương mù sẽ bám đều lên thành thiết bị, sau khi làm khô nó tạo thành một lớp màng mỏng có khả năng chống bám dính

Sau khi tráng phủ, tiến hành rửa sạch thiết bị phản ứng bằng nước tinh khiết.Nước thải ra được xả qua hệ thống xử lý nước thải

Thời gian của giai đoạn tráng phủ RCS là khoảng12 phút

8.3 Giai đoạn nạp liệu:

Quá trình nạp liệu được điều khiển bởi hệ thống máy tính 2 chiều Nghĩa là nguyên liệu được nạp một lượng chính xác thông qua các thiết bị đo lường dưới sự kiểm

soát của hệ thống máy tính

Đầu tiên ta tiến hành nạp nước vào thiết bị phản ứng (7) thông qua một thiết

bị đo lưu lượng Cần lưu ý là còn 5% lượng nước phản ứng được nạp sau khi nạp

xong Agent để rửa các đầu nạp liệu Thời gian nạp nước khoảng 12 phút

Nạp AD - 5: quá trình nạp AD - 5 được tiến hành đồng thời với quá trình nạp nước.Mục đích của AD - 5 cho vào là để 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 này, còn trong quá trình phản ứng nhiệt độ chỉ có 57,5  580

C thì không ảnh hưởng gì đáng kể đến mạch PVC

Đồng thời với quá trình nạp nước và AD - 5 ta tiến hành khởi động cánh khuấy để khuấy đều các chất đưa vào.Thời điểm khởi động cánh khuấy bắt đầu khi mức dung dịch phản ứng ngập hết cánh khuấy

Nạp AG-1, AG-2: quá trình nạp AG-1 và AG-2 cũng được tiến hành đồng thời với quá trình nạp nước ngay sau khi nạp AD-5 Mục đích của AG-1 và AG-2 cho vào là để tạo hệ huyền phù ổn định cho quá trình phản ứng, kết quả sẽ là tạo ra sản phẩm nhựa PVC có kích thước hạt đồng đều