Thiet ke day chuyen san xuat nhua polystyren theo 60875

Trần Lệ Sâm Polyme K44 Mục lục Lời mở đầu CHƯƠNG I: TổNG QUAN 1.1 Giới thiệu nhựa polystyren (PS) 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Tình hình sản xuất polystyren 1.1.3 Nguyên liệu 1.1.3.1 Tính chất vật lý styren 1.1.3.2 Các phơng pháp để thu đợc styren 1.2 Cơ chế phản ứng trùng hợp. 1.2.1.Giai đoạn khơi mào 1.2.2 Giai đoạn phát triển mạch . 1.2.3 Giai đoạn đứt mạch 1.3 Các yếu tố ảnh hởng đến trình trùng hợp gốc polystyren 1.3.1 ảnh hởng oxy tạp chất 1.3.2 ảnh hởng nhiệt độ 1.3.3 ảnh hởng nồng độ chất chất khởi đầu 1.4 Các phơng pháp sản xuất 1.4.1 Trùng hợp khối 1.4.2 Trùng hợp dung dịch 1.4.3 Trùng hợp nhũ tơng 1.4.4 Trïng hỵp hun phï………………………………………………………… 1.5 TÝnh chÊt cđa nhùa polystyren 1.6 ứng dụng Chơng 2: tính toán thiết bị 2.1 Tính phối liệu cân vật chất 2.1.1 Lựa chọn phơng pháp sản xuất. 2.1.2 Cân vật chất 2.2 Tính toán kích thớc thiết bị phản ứng 2.2.1 Tính toán vỏ thiết bị 2.2.2 Tính cánh khuấy mô tơ cánh khuấy 2.2.3 Tính lớp vỏ gia nhiệt Đồ án tốt nghiệp Trần Lệ Sâm Polyme K44 2.2.4 Tính chiều dày lớp bảo ôn 2.2.5 Các ống dẫn nguyên liệu vào nồi phản ứng. 2.2.6 Chọn mặt bích, đệm, bu lông. 2.2.7 Tai treo thiết bị. 2.3 Tính toán thùng chứa styren…………………………………………………… 2.4 TÝnh to¸n thïng lêng styren…………………………………………………… 2.5 TÝnh to¸n thiết bị ngng tụ. 2.6 Tính toán bơm 2.7 Tính cân nhiệt lợng 2.8 Thiết bị ly tâm 2.9 Thiết bị sấy phun 2.9.1.Cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị sấy phun. 2.9.2 Vòi phun 2.9.3.Buồng sấy phun Chơng 3: Xây dựng 3.1.Yêu cầu lựa chọn địa điểm xây dựng. 3.1.1.Yêu cầu chung. 3.1.2 Yêu cầu khu đất 3.1.3.Yêu cầu vệ sinh công nghiệp 3.2.Thiết kế tổng mặt 3.2.1 Yêu cầu chung 3.2.2 Nguyên tắc phân vùng 3.2.3 Ưu nhợc điểm nguyên tắc phân vùng 3.3 Những để thiết kế phân xởng. 3.4 Giải pháp thông gió. Chơng 4: kinh tế 4.1 Tóm lợc dự án 4.2 Thị trờng kế hoạch sản xuất. 4.2.1 Nhu cầu 4.2.2 Kế hoạch sản xuất 4.3 Tính toán kinh tế 4.3.1 Vốn cố định 4.3.1.1 Vốn xây dựng 4.3.1.2 Vốn đầu t thiết bị máy móc Đồ án tốt nghiệp Trần Lệ Sâm Polyme K44 4.3.2 Vốn lu động 4.3.2.1 Chi phí nguyên liệu (1 năm) 4.3.2.2 Chi phí nhu cầu điện 4.3.2.3 Chi phÝ nhu cÇu vỊ níc…………………………………………………… 4.3.2.4 Chi phÝ dÇu nóng 4.3.3 Tính nhu cầu lao động 4.3.3.1 Tính quỹ lơng trả cho công nhân trực tiếp 4.3.3.2 Tinh quỹ lơng trả cho công nhân gián tiếp 4.3.4 Giá thành sản phẩm 4.3.5 LÃi thời gian thu hồi vốn kết luận tài liệu tham khảo Lời cảm ơn Trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp đợc giúp đỡ tận tình thầy giáo hớng dẫn TS Nuyễn Thanh Liêm, thầy giáo Nguyễn Mạnh Hậu, thầy giáo Trần Trọng Phúc đến đồ án tốt nghiệp em đà hoàn thành Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme, môn xây dựng công nghiệp, khoa kinh tế quản lý trờng Đại học Bách Đồ án tốt nghiệp Trần Lệ Sâm Polyme K44 Khoa Hà Nội đặc biệt thầy giáo Nguyễn Thanh Liêm, thầy giáo Nguyễn Mạnh Hậu, thầy giáo Trần Trọng Phúc đà tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2004 Sinh viên Lời mở đầu Nhân loại bớc vào kỷ nguyên bùng nổ khoa học công nghệ Ngành công nghệ sản xuất chất dẻo ngành công nghiệp khác phát triển mạnh mẽ giới nh Việt Nam, đáp ứng yêu cầu ngày khắt khe mặt đời sống xà hội công nghiệp Nguyên liệu đầu để sản xuất chất dẻo đa dạng dồi nh than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏSo với kim loại, chất dẻo có nhiều tính chất u việt nh: nhẹ, bền môi trờng ăn mòn, cách điệnNgoài có số loại có khả chịu nhiệt tốt, suốt, dễ gia công nên chất dẻo ngày đợc ứng dụng rộng rÃi nhiều lĩnh vực thay kim loại nớc ta nguồn nguyên liệu để sản xuất chất dẻo lớn nhng hầu hết loại chất dẻo phải nhập ngành công nghiệp hoá dầu Việt Nam cha phát triển, mặt khác ngành công nghiệp sản xuất chất dẻo cha đợc đầu t mức Xuất phát từ yêu cầu thực tế ngành công nghiệp sản xuất chất dẻo nớc ta đà hình thành nên đồ án: Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa polystyren theo phơng pháp huyền phù với công suất 1000 /năm Đồ án tốt nghiệp Trần Lệ Sâm Polyme – K44 Ch¬ng 1: tỉng quan 1.1 Giíi thiƯu vỊ nhựa polystyren (PS) [ 11,12,13 ] 1.1.1 Lịch sử phát triÓn [ 12 ] Tõ thÕ kû thø 18 styren lần đợc tìm thấy chng cất nhựa bồ đề với nớc.Năm1831 lần Bonastre đà chiết tách styren Năm 1839, E.Simon ngời xác định đợc tính chất polystyren đặt tên styren , ông đà quan sát đợc chuyển hoá styren dung dịch lỏng nhớt trạng thái tĩnh Vào năm 1845, hai nhà bác học ngời anh Hoffman Btytt đà nhiệt phân monome styren èng thủ tinh kÝn ë 2000C vµ thu đợc sản phẩm đồng thể Berthelot đà chế tạo đợc styren cách nhiệt phân số hydrocacbon phơng pháp tảng cho sản xuất styren công nghiệp sau Năm 1937, Công ty Dow Chemical, công ty lớn Mỹ đà sản xuất đợc polystyren dân dụng hay gọi styrol năm 1938 đà sản xuất đợc 100.000 kg polystyren Công nghệ tổng hợp nhựa polystyren ngày đợc hoàn thiện sản phẩm thu đợc có tính chất lý hoá học tốt, đồng đều, đáp ứng đợc nhu cầu xà hội 1.1.2 Tình hình sản xuất polystyren [ 12 ] Năm 1930, PS bắt đầu đợc sử dụng nh sản phẩm thơng mại nhng đến năm 1938 giới sản xuất đợc 100 polystyren, cuối chiến tranh giới thứ hai sản xuất đợc 25.000 Đến cuối năm 1961 đà sản xuất đợc gần triệu PS Trên giới Mỹ quốc gia sản xuất polystyren nhiều sau đến nớc Tây Âu Có thể thống kê tình hình s¶n xuÊt polystyren ë Mü b¶ng 1: B¶ng 1: Tình hình sản xuất polystyren Mỹ [ 12 ] Năm 1938 1946 1961 1966 1969 Đồ án tốt nghiƯp Lo¹i Tinh thĨ Tinh thĨ Tinh thĨ Tinh thĨ, ghép Ghép Sản lợng (kg) 100.000 25.000.000 50.000.000 1.000.000.000 1.500.000.000 Trần Lệ Sâm Polyme K44 Các công ty sản xuất styren lớn giới vào năm 1969 đợc thống kê bảng Bảng 2: Các công ty sản xuất styren lớn giới vào năm 1969 [ 1219 ] Thứ tự Công ty Địa ®iÓm Tæng Amoco Monanto Dow Chemical Cos Mar Sinclair Kopper Dow Chemical Sun Oil Shell Foster Grant Taxas Taxas Taxas Luisiana Pennsylvania Michigan Taxas California Luisiana Công suất ( triệu tấn/năm) 800 750 550 500 470 350 300 240 220 4.700 1.1.3 Nguyªn liƯu [ 3,4,12 ] 1.1.3.1 TÝnh chÊt cđa styren [ 3,12 ] Styren chất lỏng không màu, có mùi đặc trng, không hoà tan nớc mµ hoµ tan theo bÊt cø tû lƯ nµo víi rợu, keton, ete, este, cacbuahydro clo hoá, nitroparafin Tính chất vật lý styren đợc trình bày bảng B¶ng 3: TÝnh chÊt vËt lý cđa polystyren [ ] TØ träng d25 , g/cm3 ChiÕt suÊt §é nhớt 250C, Cp Nhiệt độ sôi, 0C Nhiệt độ nóng chảy, 0C Nhiệt độ cháy bùng , 0C Nhiệt độ bắt lửa, 0C Nhiệt bay hơi, cal/g Nhiệt cháy ,cal/g Nhiệt nóng chảy, cal/g Nhiệt trùng hợp, cal/g Tỉ nhiệt 250C ,cal/g.độ Giới hạn nổ không khí, %V Độ co sau trùng hợp, %V Đồ án tèt nghiÖp 0.9045 1.54389 0.75 145.2 -30.6 31.0 34.0 86.9 10.04 25.4 168 0.407 1.1 6.1 17.0 Trần Lệ Sâm Polyme K44 1.1.3.2 Các phơng pháp để thu ®ỵc styren [ ] - Styren cã b· nhựa - Nhận đợc chng khô than - Cracking dầu mỏ - Nhiệt phân số chất hữu khác - Đề hydro hoá etylbenzen Trong phơng pháp phơng pháp đề hydro hoá etylbenzen đợc sử dụng rộng rÃi Etylbenzen có công thøc : C6H5 – CH2 – CH3 Cã hai ph¬ng pháp sản xuất etylbenzen: a Đi từ benzen cloetan ( có tricloua nhôm làm xúc tác) C6H6 + CH3 – CH – Cl C6H5 – CH2 – CH3 + HCl b Đi từ benzen etylen C6H6 + CH2 = CH2 C6H5 – CH2 – CH3 S¶n phÈm đợc chng tách hết benzen cha tham gia phản ứng sau hoàn nguyên xúc tác Monome trớc tiến hành trùng hợp phải có độ tinh khiết 99,8 100% Do trình bảo quản vận chuyển monone tự trùng hợp nhiều nguyên nhân khác nhau: nhiệt độ, tia phóng xạ, ánh sángnên để ngăn ngừa t ợng cần bổ xung vào styren chất hÃm Chất hÃm chất có khả ngăn ngừa hoàn toàn phản ứng trùng hợp sớm monome Chất hÃm thông dụng hydroquinon Thực ra, chất hÃm sản phẩm ôxi hoá benzoquinon Benzoquinon tơng tác với gốc khởi đầu hoặc mạch phân tử phát triển tạo gốc semi quinon: O OH oxy hoa OH Đồ án tốt nghiệp O Trần Lệ Sâm Polyme K44 CH CH CH CH O O + CH CH CH CH + O OH π cña nhân thơm nên gốc semi Do hiệu ứng liên hợp điện tử lẻ với điện tử quinon hoạt động khả khơi mào trùng hợp styren Nó tơng tác với gốc phát triển ngừng trình phát triển mạch: O CH C H CH CH O OH + OH Nguyên liệu sản xuất polystyren cần ®é tinh khiÕt cao 99,8 100 % Thêng sư dơng phơng pháp chng cất để thu đợc polystyren tinh khiết 1.2 Cơ chế phản ứng trùng hợp Phản ứng trùng hợp nhựa PS xảy theo chế gốc tự bao gồm giai đoạn chính: + Giai đoạn khơi mào + Giai đoạn phát triển mạch + Giai đoạn đứt mạch Styren có công thức nh sau:    ch = ch2 Do cã nhãm vinyl phân tử nên nhóm có tính chất đẩy đôi điện tử dùng chung liên kết liên kết đôi C = C Nh mật độ điện tích nguyên tử cacbon nhóm vinyl bị thay đổi Mặt khác, nhóm phenyl có tính chất hút điện tử, mật độ điện tích âm tập trung vị trí octo para Chính chênh lệch điện tích nh mà liên kết liên kết C = Đồ án tốt nghiệp Trần Lệ Sâm Polyme K44 C trở nên bền thích hợp cho trình trùng hợp gốc Có nhiều phơng pháp trùng hợp polystyren nh: + Trïng hỵp gèc tù + Trïng hỵp ion + Trùng hợp xúc tác Zittler- Natta Thông thờng phơng pháp phổ biến hữu hiệu trình trùng hợp theo chế gốc Để tạo gốc tự thờng sử dụng loại chất khơi mào sau: Peroxit: C O O C O O O H O Hydropeoxit: HO – OH Peroxit tertbutyl: CH3 C CH3 Hỵp chÊt azo: Pesunphat kali: K O O O O O K O S S O O 1.2.1 Giai đoạn khơi mào [ ] Đây giai đoạn sinh trung tâm hoạt động, dới tác dụng nhiệt độ, chất khởi đầu peroxit benzoin phân huỷ thành gốc tự do: O C6H5 C O C O C6H5 O O T K1 2C6H5 O Sau ®ã: C6H5 C O O R: C6H5 K1: H»ng sè ph©n hủ chÊt khëi đầu Đồ án tốt nghiệp T O C R + CO2 O Trần Lệ Sâm Polyme K44 Gốc tự tạo thành tiếp tục phản ứng víi monome cho mét gèc tù míi R CH CH R K2 + CH CH K2: Vận tốc khởi đầu phản ứng Vận tốc phản ứng khơi mào phụ thuộc vào chất chất khởi đầu, phụ thuộc nhiết độ, áp suất Mỗi chất khởi đầu có nhiệt độ vận tốc phân huỷ khác Đặc trng chủ yếu chất khởi đầu nhiệt độ phân huỷ thời gian bán phân huỷ 1.2.2 Giai đoạn phát triển mạch [ ] Đây giai đoạn định tốc độ phản ứng trùng hợp, cấu tạo kích thớc phân tử tạo thành Gốc tự R đính vào monome khác, trình diễn giai đoạn đứt mạch xảy R CH CH + n CH CH R CH CH CH CH n 1.2.3 Giai đoạn đứt mạch [ ] Phản ứng đứt mạch trình trùng hợp gốc xảy theo hai cách: - Kết hợp CH CH + CH CH CH CH CH CH - Phân ly không đối xứng Đồ án tốt nghiệp CH CH CH CH + CH2 CH