Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa ure focmandehyt theo phương pháp nhũ tương với năng suất 100 tấn

GVHD : TS nguyễn liêm đồ áN Tốt nghiệp Mở đầu Công nghệ vật liệu ngày đóng vai trò quan trọng khoa học đời sống xà hội Cùng với phát triển ngành khoa học kỹ 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 Ure_Focmaldehyt Phenol _focmaldehyt 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 Ure_Focmaldehyt không ngừng phát triển số lợng chất lợng Sản lợng tiêu thụ nhựa hàng năm tăng lên đáng kể Trên sở việc: ''Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa Urefocmandehyt theo phơng pháp nhũ tơng với suất 100 tấn/năm'' mang tính thực tế cần thiết Nhằm khai thác tốt nguồn nguyên liệu nhà máy lọc dầu Dung Quất cung cấp, đồng thời góp phần phát triền ngành công nghiệp hóa chất nớc ta mục lục Mở đầu môc lôc PhÇn I:tỉng quan vỊ nhùa URE_FOCMALDEHYT CH¬NG :Giíi thiƯu chung vỊ nhựa ure_focmaldehyt .6 1.1 Lịch sử phát triÓn .6 1.2 Phân loại chất dẻo .6 1.3 ChÊt dỴo tõ nhùa Ure – Focmaldehyt Focmaldehyt .7 CHơNG ii: trình tổng nhựa ure_focmaldehyt .9 SVTH: L£ ANH PH¬NG CNVL POLYME_K48 GVHD : TS nguyễn liêm đồ áN Tốt nghiệp 2.1 Nguyên liƯu ®Ĩ ®iỊu chÕ nhùa carbamit 2.1.1 Ure - CO ( NH2 )2 2.1.1.1 TÝnh chất đặc điểm 2.1.1.2.Các phơng pháp điều chế Ure .10 2.1.2 Focmaldehyt - CH2O 11 2.1.2.1 TÝnh chÊt đặc điểm 11 2.1.2.2 Các phơng pháp điều chế 12 2.2 Các phản ứng điều chế, cấu tạo hoá học 14 2.3 Các phơng pháp sản xuất nhựa Ure Focmaldehyt Focmaldehyt 22 CHơNG iv: Quá trình sản xt Nhùa Ure – Focmaldehyt c«ng nghiƯp 27 3.1 Qu¸ trình sản xuất bột ép Ure Focmaldehyt Focmaldehyt theo ph ơng pháp nguội .27 3.1.1 S¬ đồ khối trình sản xuất 27 3.1.2 giai đoạn trình sản xuấT 3.1.2.1 CHUẩN Bị NGUYÊN LIệU .28 3.1.2.2 ngng tô ure – focmaldehyt 29 3.1.2.3 khử nớc hỗn hợp phản ứng 33 3.1.2.4 sấy hỗn hợp : 34 3.1.3 Sơ đồ dây chuyền sản xuất ure focmaldehyt phơng pháp nớc nhũ tơng .37 chơng IV: tính chất ứng dụng NHùA urE – focmaldehyt 39 4.1.TÝnh chÊt 39 4.2 øng dông 40 4.2.1 Lµm bét Ðp 40 4.2.2 Làm vật liệu ép dạng lớp 40 4.2.3.Nhùa ure – Focmaldehyt focmaldehyt để làm sơn 40 4.2.4 Nhựa ure Focmaldehyt focmaldehyt để làm keo dán 41 4.2.5 Nhùa ure – Focmaldehyt focmaldehyt dùng để sản xuất MIPOR ( nhùa MIPOR ” ( nhùa ( nhùa bät carbamit ) 41 Phần II: tính toán 42 chơng I : tính toán kü thuËt .42 1.1.TÝnh phối liệu cân vật chất 42 1.1.1 Đơn phối liệu .42 1.1.2 C©n b»ng vËt chÊt .42 SVTH: L£ ANH PH¬NG CNVL POLYME_K48 GVHD : TS nguyễn liêm đồ áN Tốt nghiệp 1.1.3 Tính cân vật chất cho mẻ nồi .44 1.2.Tính toán thiết bị phản øng 45 1.2.1.Tính thiết bị phản ứng 45 1.2.1.1.TÝnh thĨ tÝch lµm viƯc cđa thiÕt bị phản ứng 45 1.2.1.2 Tính chiều dày thiết bị phản ứng .47 1.2.1.3.Tính đáy nắp thiết bị .49 1.2.3.Tính công suất cánh khuấy 53 1.2.4.TÝnh líp vá gia nhiƯt 55 1.2.5 Tính bảo ôn thiết bị 56 1.2.6 TÝnh tai treo cña thiÕt bÞ 60 1.3.TÝnh thiÕt bÞ phơ .63 1.3.1 TÝnh to¸n thïng chøa 63 1.3.1.1 Thïng chøa focmalin: 63 1.3.1.2.Thïng chøa ure 67 1.3.1.3.Thïng chøa urotropin 68 1.3.1.4.Thïng chøa Axit oxalic 68 1.4 Tính toán bơm 69 1.5 Tính cân nhiệt lợng 77 CHơNG II : XÂY DựNG 84 2.1 Xác định địa điểm xây dựng nhà máy 85 2.2 Tỉng mỈt b»ng 87 2.2.1 Đặc điểm sản xuất nhà máy .87 2.2.2 Thiết kế tổng mặt nhà m¸y .88 2.2.3 ThiÕt kÕ tổng mặt phân xởng 90 2.2.3 Cơ cấu kích thớc phân xơng sản xuất 94 CHƯƠNG III: KINH Tế 97 3.1 Tóm lợc dự án 97 3.2 Thị trờng kế hoạch sản xuất 97 3.2.1 Nhu cÇu .97 3.2.2 Kế hoạch sản xuÊt 98 3.3 TÝnh to¸n kinh tÕ 98 3.3.1 Chi phí tài sản cố định 98 3.3.1.1 Chi phÝ x©y dùng 99 3.3.1.2 Chi phí đầu t thiết bị máy móc: 99 3.3.2 Chi phí tài sản lu động 101 3.3.2.1 Chi phÝ nguyªn vËt liƯu .101 SVTH: L£ ANH PHơNG CNVL POLYME_K48 GVHD : TS nguyễn liêm ®å ¸N Tèt nghiƯp 3.3.2.2 Chi phÝ vỊ ®iƯn 102 3.3.2.3 Chi phÝ vỊ nhu cÇu níc .104 3.3.2.4 Chi phÝ h¬i níc 105 3.3.3 TÝnh nhu cÇu lao ®éng .105 3.3.4 Giá thành sản phẩm 107 3.3.5 TÝnh thêi gian thu håi vèn .109 phÇn iii: an toàn lao động 111 Tổ chức đảm bảo an toàn lao động nhà máy: 111 Nguyên nhân gây an toàn lao động bệnh nghề nghiệp 112 Các biện pháp bảo đảm an toàn lao động: 112 PhÇn iv: kÕt luËn 114 LỜI CẢM ƠN .115 SVTH: L£ ANH PH¬NG CNVL POLYME_K48 GVHD : TS ngun liêm đồ áN Tốt nghiệp Phần I:tổng quan nhùa URE_FOCMALDEHYT CH¬NG :Giíi thiƯu chung vỊ nhùa ure_focmaldehyt 1.1 Lịch sử phát triển Năm 1850 năm mà nhà hoá học tập trung nghiên cứu trình lu hoá cao su Đây đợc gọi giai đoạn xenlulo giai đoạn chủ yếu chế tạo loại nhựa từ xenlulo Từ năm 1900 Focmaldehyt 1930 : giai đoạn tìm loại nhựa nhiệt rắn nh ure_focmaldehyt Là tảng cho trình tổng hợp nhựa Từ năm 1930 -1950 : giai đoạn mà nghành công nghệ hoá học bắt đầu thực phát triển với việc tìm loại nhựa nhiệt dẻo nh PS, PMMA, vinylic Giai đoạn từ năm 1950 Focmaldehyt 1960 giai đoạn phát triển nhảy vọt công nghệ sản xuất chất dẻo với việc nghiên cứu, tìm hệ xúc tác cho tổng hợp chất dẻo : hệ xúc tác ziggler natta hệ xúc tác phillips Với việc tìm hệ xúc tác này, đà tạo điều kiện cho trình tổng hợp nhựa nh PE, PP, PMMA, PVC đợc dễ dàng hơn, tính chất sản phẩm thu đợc cao nhiều, tạo sản phẩm theo mong muốn Năng suất sản phẩm chất dẻo tăng lên cách đáng kể từ 30 Focmaldehyt 31 triệu tấn/ năm đến 400 triệu tấn/ năm Giai đoạn từ 1960 đến giai đoạn mà nghành công nghệ hoá học nói chung công nghiệp sản xuất chất dẻo nói riêng tiếp tục trình hoàn thiện, đại hoá phơng pháp tổng hợp, phơng pháp sản xuất, dây chuyền công nghệ 1.2 Phân loại chất dẻo ãTheo tính chất nhựa đợc phân làm nhựa nhiệt rắn nhựa nhiệt dẻo + Nhựa nhiệt rắn loại nhựa trạng thái ban đầu vật rắn nhng gia nhiệt nóng chảy khoảng thời gian ngắn, đến nhiệt độ định tạo sản phẩm có cấu trúc không gian ba chiều, nóng chảy hoà tan đợc Nhựa nhiệt rắn loại nhựa khả tái sinh + Nhựa nhiệt dẻo loại nhựa mà gia nhiệt chuyển sang trạng thái nóng chảy hoà tan, nhng hạ nhiệt độ có khả chuyển trạng thái ban đầu ( trạng thái rắn ).Nhựa nhiệt dẻo loại nhựa có khả tái sinh SVTH: L£ ANH PH¬NG CNVL POLYME_K48 GVHD : TS nguyễn liêm đồ áN Tốt nghiệp ãTheo công dụng nhựa thờng đợc phân loại thành loại : + Nhựa thông dụng Là loại nhựa đợc sử dụng với lợng lớn Bao gồm chủng loại nhựa : PE, PP, PS, ABS, PVC, PMMA … + Nhùa kỹ thuật Là tên chung loại nhựa mà chất lợng trội nhiếuo với loại nhựa thông dụng nh PE PS tính chất lý đợc sử dụng sản xuất chi tiết máy chi tiết yêu cầu tính cao Nhựa kỹ thuật đợc gia công với sợi thuỷ tinh, sợi cacbon theo công dụng yêu cầu Các loại nhựa kỹ thuật tiêu biểu PA, PC, PPO biến tính + Nhựa chuyên dùng Là loại nhựa đợc sử dụng số lĩnh vực riêng biệt ví dụ nh loại nhựa FEP, SILICONE, PE trọng lợng phân tử cực cao 1.3 Chất dẻo từ nhùa Ure – Focmaldehyt Focmaldehyt C¸c nhùa cã chứa nitơ N2 thu đợc ngng tụ Ure dẫn xuất chúng với Focmaldehyt có tên gọi nhựa carbamit Nhựa carbamit thuộc vào loại nhựa nhiệt rắn có khả chuyển từ trạng thái nóng chảy hoà tan sang polime không gian Focmaldehyt không nóng chảy không hoà tan Khả có đợc phân tử chất tham gia phản ứng có nhiều gốc hoạt động Nhựa carbamit đợc tìm năm 1896 nhng mÃi đến năm 1918 bắt đầu có ý nghĩa sản xuất Tuy nhiên thời gian đầu phạm vi ứng dụng cha đợc rộng rÃi Về mặt tính chất lý cấu tạo hoá học sản phẩm trung gian sản phẩm cuối trình đa tụ, nhựa carbamit có nhiều điểm giống với nhựa phenol Focmaldehyt focmaldehyt Ngoài trình kỹ thuật gia công, nh phạm vi sử dụng hai loại nhựa có nhiều điểm tơng tự So với nhựa phenol Focmaldehyt focmaldehyt, nhùa carbamit cã mét vµi u viƯt nh sau : không màu nhuộm màu sắc bất kỳ, bền với tác dụng ánh sáng, không mùi không tạo chất độc tác dụng với nớc Do độ bền nhiệt tơng đối cao, tính chất cách điện tốt số u điển khác nên nhựa carbamit ngày đợc ứng dụng cµng réng r·i Nhùa carbamit thùc tÕ chđ yếu đợc sử dụng để sản xuất bột ép, keo dán, để tẩm loại sợi Bột ép từ nhựa carbamit đợc dùng làm vật liệu cách điện, SVTH: L£ ANH PH¬NG CNVL POLYME_K48 GVHD : TS ngun liêm đồ áN Tốt nghiệp dụng cụ , chi tiết máy móc , thiết bị điện, dùng làm vật liệu xây dựng, vật liệu trang hoàng Những nhựa carbamit với phụ gia giấy đợc dùng làm vật liệu trang hoàng bên cho nghành kỹ nghệ vận tải, dùng xây dựng, kỹ nghệ làm đồ gỗ : giờng , ghế SVTH: LÊ ANH PH¬NG CNVL POLYME_K48 GVHD : TS ngun liêm đồ áN Tốt nghiệp CHơNG ii: trình tổng nhựa ure_focmaldehyt 2.1 Nguyên liệu để điều chế nhựa carbamit 2.1.1 Ure - CO ( NH2 )2 2.1.1.1 TÝnh chÊt đặc điểm Trọng lợng phân tử M = 60,66 Ure tinh thể không màu, bền không khí trọng lợng riêng dao động từ 1,323 đến 1,335, nhiệt ®é nãng ch¶y 132 – Focmaldehyt 1330 C Ure hoà tan tốt nớc rợu ( metylic , etylic … ) amoniac láng, nhng hoµ tan ete không hoà tan clorophorm Ure có đặc trng kiềm yếu tạo thành muối với axit mạnh Khi đốt dung dịch nớc Focmaldehyt ure đến 800, tạo muối amôn axit carbamic ( NH3COOH ), đốt cao 1300 ure bị phân huỷ thành CO2 NH3 Khi có mặt axit kiềm ure bị thuỷ phân nhanh Ure dễ tạo thành ureic víi c¸c axit lìng chøc, c¸c aminoaxit Víi axit oxalic, ure tạo thành hai dạng ureic : NH2 NH-CO O=C vµ O=C NHOC-COOH NH-CO SVTH: L£ ANH PHơNG CNVL POLYME_K48 GVHD : TS nguyễn liêm ®å ¸N Tèt nghiƯp C¸c ®iỊu kiƯn kü tht cđa ure dùng sản xuất chất dẻo : Bảng STT Tên tiêu Yêu cầu kỹ thuật -Dạng bên Tinh thể trắng vàng -Độ chứa N2 + Tính theo vật chất khô - không bé 46,3% + Tính theo ure - không bé 99,3% - Độ chứa Fe2O3 , % - không lớn 0,005% - Độ chứa chất không - không lớn 0,05% tan níc - §é chøa cđa NH3 tù 0,015% - Độ chứa sulphat - không lín h¬n 0,02% tÝnh theo – Focmaldehyt SO4 - Độ chứa chất - không lớn 0,03% lại sau nung đỏ - Độ ẩm - không lớn 1% - Độ chứa biure - không lớn 0,5% 2.1.1.2.Các phơng pháp điều chế Ure Có nhiều phơng pháp để sản xuất ure nhng xét phơng pháp đợc dïng phỉ biÕn nhÊt lµ thu ure tõ NH khí CO2 qua hợp chất trung gian carbamat Focmaldehyt amôn ( NH2COONH4 ) Khi có mặt nớc dới áp suất, hỗn hợp NH3 CO2 phản ứng với tạo thành carbamat Focmaldehyt amôn, sau tách nớc từ carbamat rắn dạng chảy lỏng cách đun nóng đến nhiệt độ 135 Focmaldehyt 150 C ¸p suÊt 55 – Focmaldehyt 60 atm CO2 + NH3 NH2COONH4 CO( NH2)2 + H2O 2.1.2 Focmaldehyt - CH2O 2.1.2.1 Tính chất đặc điểm Focmaldehyt chất khí không màu, có mùi hắc làm chảy nớc mắt Khi làm lạnh biến thành chất lỏng có nhiệt ®é s«i – Focmaldehyt 21 0, nhiƯt ®é nãng chảy Focmaldehyt 920 Focmaldehyt 930 đóng lại thành khối tinh thể trắng chắc, trọng lợng riêng 0,8153 g/cm3 ( 200 ) Focmaldehyt chủ yếu dùng dạng dung dịch nớc gọi lµ focmalin Focmalin chøa 33 – Focmaldehyt 40% thĨ tÝch focmaldehyt hay lµ 30 – Focmaldehyt 37% tính theo trọng lợng Khi để lâu quan sát thấy kết tủa xốp tách từ dung dịch focmalin, polime focmaldehyt giữ lấy lợng focmaldehyt đáng kể Để tránh tợng này, ngời ta thờng cho vào dung dịch focmalin khoảng -12% rợu metylic Về mùa đông trình tạo polime SVTH: L£ ANH PH¬NG CNVL POLYME_K48 GVHD : TS nguyễn liêm đồ áN Tốt nghiệp focmaldehyt mạnh so với mùa hè, nên để bảo quản dung dịch focmalin ngời ta phải tăng hàm lợng rợu metylic lên khoảng 13 Focmaldehyt 15%, cách đun nóng để giảm bớt tợng Nhng focmaldehyt sản xuất để dùng chỗ nên dùng focmalin có nồng độ cao ( 50 -55% ) lợng rợu metylic cần thiết giảm xuống khoảng 1,5 Focmaldehyt 2% có lợi mặt kinh tế Tác dụng ổn định rợu metylic đợc giải thích kết hợp với focmaldehyt Focmaldehyt hyđrat hoá ( metylen glycol ) tạo thành acêtal, acêtal dễ bị phân li trở lại thành focmaldehyt Để ổn định dung dịch focmalin rợu metylic sử dụng chất khác nh rợu etylic, propylic, isopropylic, glycol, glyxerin, ure melamin Hỗn hợp polime focmaldehyt hay đợc gọi parafoc bột vô định hình chứa khoảng 7% nớc hấp phụ Khi đốt nóng parafoc giải phóng focmaldehyt Nhiệt độ nóng chảy parafoc 150 Focmaldehyt 160 C Khi đốt nóng đến 1000 đà bị thăng hoa phần Parafoc thực tế không tan nớc lạnh, rợu ete nhng lại bị hoà tan dung dịch kiềm axit loÃng đun nóng Các ®iỊu kiƯn kü tht cđa focmalin dïng c«ng nghiƯp chế biến chất dẻo : - Dạng bên : chất lỏng suốt không màu có màu vàng nhạt, không vẩn đục - Độ chứa c¸c chÊt 100 ml focmalin kü thuËt tÝnh theo gram Bảng Loại Loại Focmaldehyt 40 0,50,5 40 ±0,50,5 Rỵu metylic - 12 – Focmaldehyt 12 Axit focmic Không 0,05 Không 0,15 Độ chứa sắt Không 0,0005 2.1.2.2 Các phơng pháp điều chế * Oxy hóa rợu metylic Để sản xuất focmaldehyt phơng pháp phổ biến thờng dùng công nghiệp oxy hoá rợu metylic Rợu metylic đợc sử dụng loại rợu tổng hợp rợu công nghiệp gỗ Tiến hành oxy hoá rợu oxy có bạc tham gia làm chất xúc tác Phản ứng xảy nh sau : +Oxy hoá rợu metylic CH3OH + 1/2 O2 HCHO + H2O + 38 kcal (1) SVTH: L£ ANH PH¬NG 10 CNVL POLYME_K48