thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa ps theo phương pháp huyền phù

+Trùng hợp xúc tác metalocenThông thờng và hiêu quả nhất để tổng hợp ra polystyren là quá trình trùng hợptheo cơ chế gốc tự do .Để tạo ra gốc tự do ngời ta sử dụng chất khởi đầu thờng là

PHầN I : Mở đầu I.1 Lịch sử phát triển

Polystyren (PS) là loại nhựa thông dụng Do có những tính năng đặc biệt nên PSngày càng đợc sử dụng rộng rãi trong đời sống cũng nh trong kĩ thuật

Polystyren lần đầu tiên đợc tìm thấy trong nhựa hổ phách ,khi chng cất với nớc thìtạo thành vật liệu dạng lỏng có mùi khó chịu và tỉ lệ thành phần nguyên tử C,H giống nhtrong benzen

Năm 1831 Bonastre đã chiết tách ra styren đầu tiên

Năm 1839 Esimon là ngời đầu tiên xác định dợc tính chất của styren Ông đã quansát đợc sự chuyển hoá từ từ của styren trong dung dịch lỏng nhớt ở trạng thái tĩnh

Năm 1845 hai nhà hoá học ngời Anh là Hofman và Btyth đã nhiệt phân monomestyren trong ống thuỷ tinh đợc bịt kín đầu ở 200oC và thu đợc sản phẩm dạng cứng gọi làmeta-styren

Năm 1851 Bethrlot sản xuất ra styren bằng cách nhiệt phân các hydrocacbon trongmột cái ống nóng đỏ để khử hydro Phơng pháp này là cách thông dụng nhất để sản xuấtpolystyren thơng phẩm

Năm 1911 F.EMatherws Filed British đã cho biết điều kiện nhiệt độ và xúc táccho quá trình tổng hợp polystyren tạo thành loại nhựa cơ bản có thể dùng để sản xuất cácvật phẩm mà từ rất lâu đời chúng thờng đợc làm từ xenlulo, thuỷ tinh, cao su cứng, gỗ

Năm 1925 lần đầu tiên polystyren thơng phẩm đợc sản xuất ra bởi công ty NaugckChemical nhng chỉ phát triển trong một thời gian ngắn

Năm 1930 công ty Farbenindustry ở Đức đã bắt đầu gặt hái nhừng thành côngtrong công việc kinh doanh cả monome và polyme thơng phẩm với sản lợng 6000 tấn trên

1 tháng bằng cách ankyl hoá với nhôm clorua, sau đó tinh chế lấy sản bằng phơng phápchng cất nhiều lần

Năm 1937 công ty Dow Chemical cho ra mắt polystyren dân dụng hay còn gọi làstyrol Đây là một công ty lớn của Mỹ và năm 1938 đã sản xuất đợc 200.000 tấn PS

Sau chiến tranh thế giới thứ 2 công nghiệp sản xuất PS phát triển rất nhanh:

+Năm 1946 sản lợng là 500.000 tấn

+Năm 1961 sản lợng là 1 triệu tấn

+Năm 1966 sản lợng là 2 triệu tấn

+Năm 1969 sản lợng là 3triệu tấn

Nhựa PS ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và trong

đời sống, kĩ thuật

I.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ PS trên thế giới và tại Viet Nam.

Nhựa PS tuy không đợc sử dụng rộng rãi bằng: PE, PP nhng nó cũng đuợc ứngdụng trong nhiều lĩnh vực vì :

+ Giá thành rẻ (khoảng 25.000-28.000 nghìn/1Kg)

+ Dễ gia công

PS đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực nh: bao bì, đồ chơi, vật liệu xây dựng, chi tiếtnhựa trong các sản phẩm điện tử và dụng cụ gia đình …lĩnh vực PS sử dụng nhiều nhất làlĩnh vực PS sử dụng nhiều nhất làbao bì

Ví dụ: Năm 2000 lĩnh vực sản xuat bao bì chiếm 34% tổng sản lựợng PS toàn cầu

Bao bì xốp làm từ PS rất có hiệu quả kinh tế vì lợng PS chiếm 5 %, còn lại 95 %

là không khí, các loại cốc, chén làm từ PS sử dụng một lần rất thích hợp cho lối sống hiện

đại vì đảm bảo đợc yêu cầu về vệ sinh và giá cả hợp lý

Trên thế giới: Năm 2000 sản lợng PS đạt khoảng 13 triệu tấn giá trị đạt khoảng

9-10 tỷ USD năm 2005 sản lợng PS là 16 triệu tấn tốc độ tăng trởng bình quân là 4,2% Mỹ

là nứớc sản xuất nhiều PS nhất trên thế giới với sản lợng hàng năm là 2,8 triệu tấn Bắc

Mỹ, Tây Âu, Châu á, là những khu vực sản xuất và tiêu thụ PS nhiều nhất thế giới với 92

% sản lợng và 86 % hàm lợng tiêu thụ Đi đôi với việc sản xuất polystyren là việc sảnxuất ra monome styren Năm 2001 tổng nhu cầu toàn thế giới là 23,6 triệu tấn đến năm

2006 là 27,1 triệu tấn mức tăng khối lợng là 3,5 triệu tấn tốc độ tăng trởng mỗi năm là 2,3

%

Tại Việt Nam: Trong 10 năm từ 1990 - 2000 tốc độ tăng trởng của ngành nhựa

Việt Nam khoảng 25-30 % tăng khoảng 20 lần sau 10 năm và từ đó đến nay ngành nhựaViệt Nam ngày càng phát triển cả số lợng và chất lợng Mức độ tăng trởng đạt trên150.000 tấn một năm Sản lợng năm 2002 là 1.260.000 tấn, bình quân đầu ngời đạtkhoảng 15,6 kg/ 1 ngời Sản phẩm nhựa Việt Nam đã xuất sang thị trờng Châu úc, Châu

Âu Nhật Bản với tổng kim nghạch khoảng 150 triệu USD Năm 2000 nhu cầu nhựa PS làkhông nhiều tuy nhiên đến năm 2005 nhu cầu là 60.000 tấn và đến năm 2015 đạt 186.000tấn Nhng nhợc điểm của ngành nhựa Việt Nam là nguyên liệu sản xuất chủ yếu nhậpngoại

Phần ii : lý thuyết chung Ii.1 Lý thuyết chung về monome

II.1.1 Tính chất của Styren.

Styren là chất lỏng nhớt mùi khó chịu đặc biệt là hoà tan trong nớc ,hoà tan bất cứ

tỷ lệ nào trong rợu, ketôn, este, các buahydro thơm, các bonhydrro clo hoá, nitro paraphin

Giới hạn nổ trong không khí %V 1,1#6,1

II.1.2 Các phơng pháp tổng hợp Monome Styren

Styren hay còn gọi là vinylbenzen có công thức :

Đi từ benzen và cloetan.

+Trớc tiên là phản ứng tạo thành etybenzen v HCL:à HCL:

+ CH3 CH2Cl

CH2 CH3

Xúc tác sử dụng AlCl3 dới dạng bột hoặc phoi vụn, phản ứng tiến hành trong 3 vềcuối nâng nhiệt độ lên 90oC ngừng phản ứng khi không có HCl thoát ra.

+ Chuyển etylbenzen thành styren

Dới tác dụng của xúc tác PCl5 , clo đính vào đúng vị trí

Xử lý cloetylbenzen bằng dung dịch Na2CO3 ở 700C đến 1000C trong khoảng từ 4h

đến 6h có chất nhũ hoá :

3 HOH

Lu ý: Để quá trình khử nớc tiến hành dễ hơn ngời ta thêm 1% acid tereclophtalic

Đi từ benzen và etylen :

Phơng pháp 1: Quá trình lặp lại đối với phơng pháp nàynh phơng pháp đi từ benzen

và cloetan

Phơng pháp 2: Khử hydrro của etylbenzen Phơng pháp này hiệu quả cao nên đây

là phơng pháp chủ yếu để sản xuất styren:

- Hơi etylbenzen cho đi qua thiết bị đun nóng trớc rồi vào thiết bị phản ứng đunnóng đến 650 -700o C Trong thiết bị phản ứng chứa đầy silicagen , than hoạt tính tẩm xúctác Hơi đi ra khỏi thiết bị phản ứng qua máy làm lạnh để ngng tụ lại Độ nhớt củastyren , thời gian làm việc của xúc tác phụ thuộc vào thành phần ,độ mịn của xúc tác ,bảnchất của chất mang ,tỷ lệ của hơi nớc và etylbenzen

ở Đức :

-Xúc tác oxyt kẽm Zn (77,4 %) hoạt tính bằng kiềm

-Thiết bị phản ứng hình ống : hơi etyl benzen lấy theo tỉ lệ phân tử khi xúc táccòn mới ngời ta duy trì nhiệt độ phản ứng 3800 C ,Về sau khi xúc tác giảm hoạt hoá thìtiến hành ở 610o C

ở Mỹ :

Xúc tác là các oxyt kiềm của Fe hoá tri 3 (85 %) với một ít oxyt crom lấy theo tỉ

lệ : 1 kg etylbenzen hỗn hợp với 2,8kg hơi nớc , duy trì nhiệt độ trong thiết bị phản ứng

630o C ,nhiệt độ của hơi nớc đi ra 3650 C hơi đi ra là :H2, CO,CO2,C2H6.

II.2 Lý thuyết chung về tổng hợp Polystyren

II.2.1 Cơ chế phản ứng

Hiện nay có 5 phản ứng tạo ra polyme:

+Trùng hợp

+Đa tụ +Trùng hợp từng bậc +Trùng hợp các hợp chất vòng

+Biến đổi hoá học Xét công thức cấu tạo của styren:

CH=CH2

Do có nhóm vinyl trong phân tử có tính chất đẩy đôi điện tử trong liên kết П củaliên kết đôi C=C (nh trên hình vẽ ) Mật độ điện tích nguyên tử cácbon của nhóm vinylthay đổi, mặt khác nhóm phenyl có tính chất hút điện tử về phía vòng benzen do đó mật

độ điện tích âm tập chung ở vị trí octo , para Chính vì sự chênh lệch điện tích nh vậy màliên kết П của liên kết đôi C=C trở lên kém bền vững hơn và thích hợp cho quá trình trùnghợp gốc

Vậy phản ứng tạo polyme styren tiến hành theo cơ chế trùng hợp gốc

Có nhiều phơng pháp tiến hành trùng hợp gốc nh:

+Trùng hợp gốc tự do

+Trùng hợp ion

+Trùng hợp xúc tác Zigle - Natta

+Trùng hợp xúc tác metalocen

Thông thờng và hiêu quả nhất để tổng hợp ra polystyren là quá trình trùng hợptheo cơ chế gốc tự do Để tạo ra gốc tự do ngời ta sử dụng chất khởi đầu thờng là các loạihợp chất sau:[1.1-36]

CO

O Hydropeoxyt

O

OPeoxytertbutyl

Cơ chế chung của quá trình trùng hợp gốc:

Giai đoạn khơi mào: Các chất phân huỷ thành các gốc tự do

(2)Sản phẩm 1là chủ yếu vì:

+Hiệu ứng không gian

+Bền hơn

Electron cha ghép đôi có xu hớng ghép đôi Nếu có thể tìm thấy electron để ghép

đôi nó sẽ tấn công ngay để tạo thành gốc tự do Electron cha ghép đôi khi đến gần gặpelectron của nhóm vinyl sẽ tạo thành liên kết hoá học mới giữa chất khởi đầu và monome.Toàn bộ quá trình khơi mào là sự phân huỷ chất khơi mào thành gốc tự do theo sau làphản ứng giữa gốc và phân tử monome, quá trình này gọi là khơi mào từng bậc

Giai đoạn phát triển mạch: các gốc tự do lần lợt đính liên tiếp các phân tử monome

R CH CH

+

CH C

+ ChuyÓn m¹ch lªn dung m«i :

Các yếu tố ảnh hởng tới trùng hợp gốc: [1.1-47]

- ảnh hởng của oxy: oxy không khí hấp thụ trong monome ,tuỳ thuộc vào bảnchất monome và điều kiện trùng hợp, oxy có thể tạo điều kiện hay gây khó khăn cho phảnứng

Nếu các loại peroxyt, hydropeoxyt tạo thành ổn định trong điều kiện phản ứng thìlàm chậm quá trình trùng hợp ,ngợc lại nếu chúng đã bị phân huỷ thành gốc tự do làmtăng nhanh quá trình trùng hợp

Trong nhiều trờng hợp oxy kéo dài thời gian phản ứng ( clorua vinylaxetat, styren) nh

…lĩnh vực PS sử dụng nhiều nhất là ng sau đó lại xúc tiến quá trình trùng hợp do sự phân huỷ các peroxyt tạo thànhtrong giai đoạn hãm

( polyme peroxit)

Các tạp chất có trong monome có tác tơng tự nh oxy Tác dụng của chúng đợc xác

định bởi bản chất hoá học , khả năng phản ứng với nhân hoạt tính Tuy hàm l ợng rất ítsong đóng vai trò quyết định trong quá trình trùng hợp

Do những yếu tố ảnh hởng phức tạp của oxy nên trong quá trình trùng hợp bắtbuộc chế tạo monome thật tinh khiết và phản ứng nên tiến hành trong môi trờng khí trơ

Các yếu tố ảnh hởng đến trùng hợp gốc:

- Nhiệt độ: Làm tăng tốc độ của phản ứng hoá học trong đó có các phản ứng củaquá trình trùng hợp.Tốc độ phản ứng càng nhanh nếu năng lợng kích động càng cao tuynhiên ở nhiệt độ cao trọng lợng phân tử giảm do phản ứng chuyển mạch

Vì: ở nhiệt độ cao tốc độ phản ứng chuyển mạch tăng do có năng lợng kích độnphát triển mạch lớn Do đó ở nhiệt độ cao trọng lợng phân tử giảm và sản phẩm có nhiềumạch nhánh

Ví dụ :quá trình trùng hợp styren dới tác dụng của peoxyt benzoil

T=20o c khối lợng phân tử thu đợc là 550.000 nhng thời gian phản ứng kéo dài hàngnăm

T=120 c khối lợng phân tử thu đợc là 167.000 thời gian phản ứng kéo dài trong 2.

- ảnh hởng nồng độ và bản chất của chất khởi đầu :

I,R.,M : chất khơi mào ,gốc tự do ,monome

Theo công thức tính độ trùng hợp trung bình ta thấy độ trùng hợp trung bình tỉ lệnghịch với căn bậc 2 của nồng độ chất khởi đầu Nh vậy tăng nồng độ chất khởi đầu cótác dụng làm tăng tốc độ phản ứng nhng lại làm giảm trọng lợng phân tử trung bình củapolyme

- ảnh hởng của nồng độ monome: Khi tiến hành trùng hợp trong dung môi haytrong môi trờng pha loãng tốc độ trùng hợp và trọng lợng phân tử tăng theo nồng độmonome Nếu monome bị pha loãng nhiều có khả năng xẩy ra phản ứng chuyển mạch do

đó cũng làm giảm trọng lợng phân tử Nếu dung môi trơ thì tốc độ phản ứng phụ thuộcvào nồng độ monome theo công thức sau:

II.2.2 Các phơng pháp tiến hành trùng hợp.

Khử chất hãm khỏi styren trớc khi trùng hợp vì styren có khả năng tự trùng hợp

d-ới tác dụng của nhiệt độ, ánh sáng, làm giảm tính chất của monome Để bảo quản ngời tathêm vào một lợng chất hãm và bảo quản chúng trong những chai màu tối Chúng làhydroquinon Trớc khi trùng hợp ngời ta loại bỏ chất chất hãm bằng dung dịch kiềmloãng

Thiết bị khử chất hãm làm bằng gang tráng men có lắp cánh khuấy ,trớc hết cho

n-ớc vào nồi phản ứng sau đó cho xút vào khuấy thêm nửa giờ sau đó cho styren vào rồi tiếnhành chng chân không

Monome + Chất khởi đầu

Đặc điểm: Thờng dùng chất khởi đầu là peoxytbenzoil, nhng không thích hợp vớistyren vì sản phẩm nhận đợc bị vàng Hiện tợng này cũng xẩy ra khi styren bị oxy hóa( do tác dụng của nhiệt độ , ánh sáng) tạo ra peoxyt

Khi không có chất khởi đầu thì sau một thời gian cảm ứng styren bắt đầu trùnghợp

Thời gian cảm ứng có thể giảm nếu nhiệt độ tăng và độ tinh khiết của styren tăng(hình vẽ dới )

Tốc độ của phản ứng trở nên không đáng kể khi mức độ chuyển hoá khoảng 90 %

nh vậy ta không thể nhận đợc polyme trọng lợng phân tử cao khi thời gian kéo dài Mặtkhác khi mức độ chuyển hoá cao thì dung dịch càng nhớt do đó nhiệt khó thoát khỏi, phảnứng gây quá nhiệt cục bộ gây đứt mạch, chuyển mạch …lĩnh vực PS sử dụng nhiều nhất làảnh hởng chất lợng sản phẩm

10 20 30

50 40

Để tránh hiên tợng này tiến hành trùng hợp theo 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Mức độ chuyển hoá thấp ở thiết bị phản ứng dung tích lớn

+ Giai đoạn 2: Tiến hành vối mức độ chuyển hoá cao trong thiết bị hình trụ cónhiệt độ tăng dần

 Trùng hợp dung dịch

Thành phần dung dịch :

Monome +Dung môi +Chất khởi đầu

Dung môi đóng vai trò giải toả nhiệt sinh ra trong quá trình trùng hợp làm giảmhiện tợng quá nhiệt gây đứt mạch ,chuyển mạch

Styren : 30-60 % so với khối lợng của nớc

Chất khởi đầu : pesunphat kali (khoảng 0,5 -1 %)

Môi trờng phân tán : thờng là nớc

Chất nhũ hoá : 1,5-2 %

Muối đệm (ổn định pH):Na2SO4.10H2O khoảng 0,5 %

Chất điều chỉnh khối lợng phân tử

- Chất nhũ hoá : Là muối của acid béo (xà phòng hoặc sunphoacid ) chất nhũ hoá

có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt giữa 2 pha làm cho monome dễ dàng phân tántrong môi trờng nớc Chất nhũ hoá : oleat nattri, oleat kali …lĩnh vực PS sử dụng nhiều nhất là chất nhũ hoá có 2 phần :phần a nớc và phần kỵ nớc

- Monome ít tan trong nớc ,nó tan phần lớn trong phần hữu cơ của mixen

- Chất khởi đầu tan trong nớc phân ly thành các gốc tự do khuếch tán vào trongcác mixen gọi là các mixen hoạt động

- Vì kích thớc của mixen nhỏ, nồng độ lớn lên bề mặt của mixen rất lớn do đó nókhuếch tán monome vào bên trong và bắt đầu quá trình trùng hợp

M M M M

M

Pha liên tục thờng là nớc, những giọt con là những hạt keo có kích thớc rất nhỏ(nhỏ hơn 1 micomet) Các hạt nhũ tơng đặc gọi là latex Đối lập với phơng pháp trùng hợphuyền phù hệ nhũ tơng có xu hớng tự ổn định nhiệt động học và khả năng không đông tụkhi khuấy trộn

Các sản phẩm thơng mại là cơ sở của hệ nhũ tơng dầu trong nớc nhng hệ nhũ tơngdầu trong nớc có thể tạo thành monome hydrophtalic nh acid acrylic và acrylamin

- Hệ nhũ tơng yêu cầu : Hàm lợng của phụ gia trong pha nớc và trong phamonome, chất điều chỉnh pH, chất nhũ hoá chúng có thể gọi là những latex trơng trongphụ gia hoặc dung môi khác

- Hệ nhũ tơng chất khởi đầu tan trong nớc nhiều hơn trong monome, sử dụng cánhkhuấy để phân tán là tốt nhất, thay đổi thành phần trong suốt quá trính phản ứng (thêmmonome ) và quá trình trùng hợp sẽ ảnh hởng đến tính chất của latex Kích thớc của giọtmonome thờng trong khoảng 1000-10000 nm trong khi đó giọt polyme đợc hình thành cókích thớc 100- 400 nm

Kích thớc này thay đổi khá rộng nó mô tả sự thay đổi tỉ trọng của monome là sự

t-ơng phản với trùng hợp huyền phù

Harkin (1947,1950) phát triển thuyết trùng hợp nhũ tơng hiện đại của styren vàbutadien trong cơ chế của chúng gồm 3 giai đoạn :

+ Giai đoạn 1: tạo thành mầm kết tinh polyme

+ Giai đoạn 2: giọt monome hết

+ Giai đoạn 3: chuyển hoá ở mức cao

Giai đoạn 1: Monome đuợc thêm vào nớc chứa chất hoạt động, dung dịch đệm,chất khởi đầu Sự khuấy trộn thờng dùng để làm tăng diện tích bề mặt, các chất hoạt động

bề mặt làm giọt monome phân bố thành những giọt có kích thớc 1-10 micromet, các chấthoạt động mặt thờng tự nó phải giới hạn trong mixen để ổn định từng bậc trong monome.Chất hoạt động bề mặt tồn tại trong nớc, trong mixen và cả bên trong bề mặt của monometrong nớc Sự trùng hợp bắt đầu khi chất khởi đầu khuếch tán ra bề mặt mixen và nhiềumonome khuếch tán vào trong mixen từ môi trờng xung quanh của pha nớc do đó dungdịch nớc monome đợc thay thế bởi môi trờng khuếch tán từ giọt monome Cơ chế này cóthể thấy rằng sự thay đổi chất hoạt động bề mặt là lý do dẫn đến sự khác nhau giữa kíchthớc các hạt mixen và số lợng mixen cũng ảnh hởng tới trùng hợp

Giọt monome lớn lên rất nhanh và chất hoạt động từ pha nớc khuếch tán vào đồngthời chúng giữ mầm kết tinh cho đến khi hầu nh tất cả các chất nhũ hoá bao phủ lên bềmặt giọt monome

Giai đoạn này độ chuyển hoá khoảng 10% số hạt trong hệ thống tăng, nên vận tốcphản ứng trong giai đoạn này tăng

Giai đoạn 2: Tiến hành với độ chuyển hoá t 10-50% khi các hạt mixen lớn quá thìcác hạt này sẽ biến mất thay vào đó là các hạt polyme số hạt ổn định nên vận tốc của quátrình không đổi

Giai đoạn 3: Tiến hành với độ chuyển hoá từ 50-90 %, lợng chất nhũ hoá không

đủ để bao phủ bề mặt các hạt do đó các hạt sẽ kết dính lại với nhau sao cho chất nhũ hoá

đủ bao phủ nên số hạt giảm, vận tốc quá trình giảm Đối với một số monome phản ứngchuyển mạch lên dung môi rất đáng kể khi đó ngời ta cần đa thêm chất điều chỉnh khối l-ợng phân tử (thờng dùng mercaptan )

Đặc điểm của phản ứng trùng hợp nhũ tơng :

- Tạo ra các latex ổn định đợc sử dụng trực tiếp

- Vận tốc phản ứng lớn nên khối lợng phân tử lớn :100000-120000 đvc (do sự địnhhớng mạch đang phát triển) tuy nhiên khối lợng phân tử không đồng đều

- Sản phẩm dễ dàng gia công theo phơng pháp đúc ép dới áp suất

- Tốc độ phản ứng nhanh trong môi trờng đồng thể và dung môi, dễ dàng kiểm tra

Hiện nay phơng pháp trùng hợp nhũ tơng đợc sử dụng rất rộng rãi vì:

- Tiến hành ở nhiệt độ vừa phải với tốc độ phản ứng lớn và polyme thu đ ợc cótrọng lợng phân tử cao

- Rất kinh tế khi kết tụ nhũ tơng bằng phơng pháp bay hơi tuy nhiên khi đó khôngthể tách chất nhũ hoá và các chất thêm khác vì vậy màng polyme nhận đợc kém bền dớitác dụng của nớc và các chất hoá học hơn với màng polyme nhận đợc từ dung dịch trongdung môi hữu cơ .Khi cần tách nhũ tơng thì tách polyme bằng cách thêm chất điệngiải ,lọc rửa ,sấy khô

- Lọc sản phẩm, rửa nớc và chuyển đến máy quay ly tâm để tách nớc

- Sấy polyme trên băng chuyền bằng dòng không khí nóng hay sấy trong thiết bịkiểu thùng quay

- Sản phẩm sấy xong trộn với chất màu trong thiết bị làm bằng thép không gỉ rồi

đóng bao

- Hiệu suất chuyển hoá trên 99,5 %

Các giai đoạn của quá trình trùng hợp :

- Giai đoạn đầu độ nhớt không cao, nhờ sự khuấy trộn monome không tan trongmôi trờng nớc đợc phân bố thành những giọt nhỏ kích thớc 5-10 micromet

- Chất khởi đầu tan trong monome, phản ứng trùng hợp xẩy ra trong các giọtmonome

Môi trờng phân tán là nớc để giải toả năng lợng nhiệt sinh ra trong quá trình trùnghợp

- Sản phẩm phản ứng thu đợc dới dạng hạt nhỏ do đó để thu đợc polyme tạo thànhngời ta phải loại nớc và chất khởi đầu Khi mức độ chuyển hóa khoảng 30 – 70% quansát thấy các hạt polyme dễ có khả năng keo tụ lại với nhau.Hiện tợng bám dính do chế độtrùng hợp bị vi phạm và có một ít tạp chất trong hỗn hợp phản ứng D o đó cần bổ xungthêm chất ổn định thờng là polyvinylic Các phân tử polyvinylic sẽ bao phủ bên ngoài cácgiọt polyme không cho chúng keo tụ lại với nhau

Các yếu tố ảnh hởng lên phản ứng trùng hợp huyền phù :

- Chất ổn định : chất ổn định nhằm ngăn không cho các hạt polyme dính với

nhau Chất ổn định kém ,dù có dùng liều lợng nhiều cũng làm tạo thành những hạt lớn ,còn chất ổn định tốt làm tạo thành các hạt nhỏ và kích thớc đồng nhất kích thớc của cáchạt thờng quy định trớc,sau đó chọn liều lợng chất ổn định có kể đến hiệu ứng của nó vànhững điều kiện đặc biệt của phản ứng Khi kiểm tra đợc tốt các điều kiện : mức độkhuấy trộn , nhiệt độ , tỷ lệ monomer : nớc,v.v …lĩnh vực PS sử dụng nhiều nhất là thì lợng chất ổn định tốt có thể giảmxuống đến 0,1%

- Chất khởi đầu hòa tan trong monomer nh peroxit benzoin,peroxit laurin hoạt

động hơn những chất khởi đầu hòa tan trong nớc nh pesunlfatkali,natri.Có một phơngpháp đệ nghị tiến hành trùng hợp trong huyền phù với chất khởi đầu là peroxit benzoin vàchất ổn định là chất ổn định là rợu polyvinylic chứa các nhóm axetat không xà phònghóa.Sử dụng polyvinylaxetat có mức độ xà phòng hóa khác nhau chứng tỏ rằng , khi cópolyvinylaxetat xà pơhòng hóa đến 80% polyme tạo thành những hạt nhỏ hơn so với khi

có rợu poly- vinylic không chứa các nhóm axetat Hiện tợng đó còn quan sát khi tăng hàmlợng rợu polyvinylic trong pha nớc Huyền phù bền vững nhất và hạt polyme cho nhận đ-

ợc khi sử dụng 0,2 – 0,5% rợu polyvinylic chứa 8 – 20% nhóm axetat Những chất ổn

định ít hơn 3% hay nhiều hơn 20% nhóm axetat không có đủ tác dụng bảo vệ Trọng lợngphân tử của rợu polyvinilic không ảnh hởng mấy đến độ bền vững của huyền phù và mức

độ trùng hợp styrene

- Nớc trong huyền phù hầu nh không làm ảnh hởng đến quá trình trùng hợp nhngnớc nhiều để giải toả năng lợng nhiệt sinh ra trong quá trình trùng hợp vì li do kinh tế màtrong thực tế ding lợng nớc ít nhất có thể.Nhiệt độ trùng hợp cần phảI thấp hơn nhiệt độ

chảy mềm của polyme 10 hay hơn nữa Trùng hợp huyền phù có thể xem nh trùng hợpkhối trong những phần monomer phân nhỏ ra Tốc độ trùng hợp huyền phù nhỏ hơn tốc

độ trùng hợp nhũ tơng rất nhiều

- Trong quá trình trùng hợp pH của môi trờng giảm đi trung bình 1- 2 đơn vị, nếu giữ pH = 7 – 8 thì nhận đợc các hạt polyme khá lớn (d >=1,5 : 2 mm) Điều đó chứng tỏ rằng rợu polyvinylic chứa 3 – 20% nhóm axetat ổn định huyền phù trong môitrờng kiềm yếu pH giảm đi trong quá trình trùng hợp có liên quan tới việc xà phòng hóa một phần nhóm este của chất định và tạo thành sản phẩm axit do phân giải peroxit benzoin Đối với

đa số các chất ổn định sử dụng khi trùng hợp huyền phù , các hạt polyme đều nhanh chóng tạo thành ở giá trị pH = 4 – 8,5

- Môi trờng khí : khi thay không khí bằng khí trơ , tốc độ của quá trình và trọng ợng phân tử polyme có tăng lên Hình dới cho biết sự phụ thuộc của mức độ trùng hợpvào thời gian phản ứng ở 800C trong môi trờng không khí và khí trơ , tuy nhiên , theo mộttài liệu khác cho biết , oxy không có ảnh hởng quyết định đến tốc độ trùng hợp vào thờigian phản ứng Trong môi trờng khí CO2 , trọng lợng phân tử polyme và hiệu suet giảm

l-đi , có thể do các mạch đang phát triển bị đứt dới tác dụng của axit cacbonic

Đồ thị : Sự phụ thuộc của mức độ chuyển hóa styrene lên thời gian trùng hợpnhũ tơng (tỷ lệ nớc styren 6:1 : 0,5% peroxit benzoin).chú thích :

Ưu điểm của phản ứng trùng hợp huyền phù :

- Dễ điều chỉnh nhiệt độ

- Khoảng nhiệt độ trùng hợp hẹp (Nhiệt độ phản ứng từ 80 – 1100C), cho sảnphẩm có khối lợng phân tử cao, đồng đều

- Dễ điều chỉnh hàm lợng monome d bằng hệ xúc tác và nhiệt độ thấp

- Cho sản phẩm có khả năng chịu nhiệt độ cao

So sánh trùng hợp styren bằng phơng pháp huyền phù với các phơng pháp khác:

Quá trình

Khối

-Chỉ có monome-Độ tinh khiết cao -Khối lợng phân tử lớn

-Khó điều chỉnh nhiệt độ, gâyquá nhiệt cục bộ

-Độ nhớt cao -Monome cha phản ứng có mặttrong sản phẩm

-Vật liệu có nhiệt độ hoá thuỷ tinhthấp

-Độ nhớt thấp

-Sự có mặt chất hoạt động bề mặt

là nguyên nhân làm khả năngcách điện,nhiệt kém

II.3 Cấu tạo và tính chất nhựa Polystyren.

II.3.1 Cấu tao.

PS có cấu tạo vô địng hình ,khi kéo các phân tử có xu hớng định hớng lại theochiều tác dụng lực và làm tăng độ bền theo hớng kéo

Đại phân tử PS có nhánh và nhánh nhiều hay ít phụ thuộc vào phơng pháp trùnghợp, điều kiện và mức độ trùng hợp Phân nhánh xẩy ra là do phản ứng chuyển mạch giữacác gốc đang phát triển và các phân tử polyme tạo thành

PS có thể có các dạng cấu trúc của mạch đại phân tử nh sau ( xem hình) Đó là cácdạng cấu trúc :

+ Isotactic: Là loại cấu trúc mà nhóm phênỵl phân bố đều đặn về một phía củamạch các bon Loai cấu trúc này tạo ra PS tinh thể

+ Atactic: Là loại cấu trúc mà nhóm phênỵl phân bố lộn xộn không có trật tự vềhai phía của mạch các bon Loai cấu trúc này tạo ra PS vô định hình

+ Syndiotactic: Là loại cấu trúc mà nhóm phênỵl phân bố xen kẽ về hai phía củamạch các bon Loai cấu trúc này tạo ra PS vô định hình

H H

H H H H

H H

H H

C C C C C C C C C C

H H H H H

H H

H H

H H

H H

H H

C C C C C C C C C C

Trọng lợng phân tử của polystyren đợc xác định bằng phơng pháp độ nhớt theocông thức sau :

[ŋ ] =K*.Mα.[1.2-212]

trong đó :

η : Độ nhớt của dung dịch

M : Khối lợng phân tử của polyme

K,α : Hằng số phụ thuộc vào điều kiện phản ứng

độ chảy mềm tăng nhng khả năng chịu va đập giảm

Tính chất cơ lí chung của PS :

đậm đặc và các chất oxi hóa

Nhóm phenyl hoạt hóa nguyên tử C thứ ba không đối xứng kí hiệu là (*)

CH CH2 CH

Nguyên tử H ở đó rất linh động có thể tham gia một số phản ứng oxi hoá Nhómphenyl có thể tham gia phản ứng clo hóa, hydro hóa …lĩnh vực PS sử dụng nhiều nhất lànhững phản ứng đó làm phân hủymột phần và tăng độ giòn của PS và làm cho polystyren có màu.

 Tính chất chịu nhiệt

Độ chịu nhiệt của polystyren không cao Theo Mactanh thì độ chịu nhiệt PS là

80oC, Theo Vic là 104-107oC Vợt qua nhiệt độ hóa thủy tinh PS chuyển sang trạng tháimềm cao khi đó giới hạn nhiệt độ là 80-150oC hay hơn nữa Khi nhiệt độ cao quá thì PS bịphân hủy rất nhiều do đứt mạch và do bị oxy hóa bởi oxy ngoài không khí Vì vậy để tăngkhả năng bền nhiệt của PS thờng ngời ta tiến hành đồng trùng hợp styren với monomechứa nhân thơm : Vinylcacbazol, -Vinyl napaphatlin

Dùng làm bao bì ,đố dùng hàng ngày (cốc, hộp, băng ghi âm …lĩnh vực PS sử dụng nhiều nhất là)

Dùng trong công nghiệp hóa chất

II.4.2 Phơng pháp gia công.

- Đúc ép dới áp suất : Đây là phơng pháp thông dụng nhất để gia công PS Chu kì

đúc ép sản phẩm không lớn lắm khoảng 30- 60 (s) thời gian lu lại trong khuôn vài giây,khuôn đợc làm mát bằng nớc Để đảm bảo năng suất ngời ta tiến hành làm nguội nhanhsau đó xử lí nhiệt cho sản phẩm ( ủ , tôi…lĩnh vực PS sử dụng nhiều nhất là)

+ Muốn thu đợc PS nhũ tơng dạng bánh cần tiến hành ép nguội, thành phần bột ép

có thể cho thêm chất bôi trơn, chất màu, chất hóa dẻo ( hàm lợng vừa phải nhỏ hơn 2 %nếu không làm giảm khả năng chịu nhiệt, độ bền kéo )…lĩnh vực PS sử dụng nhiều nhất là

- ép đùn: Chủ yếu dùng để gia công các sản phẩm PS tiến hành theo phơng pháp

trùng hợp khối Qúa trình tiến hành trên máy trục vít tạo thành các sản phẩm dạng: ống,thanh, băng, sợi, màng

Ngoài ra còn sử dụng các phơng pháp khác :

- ép phun

- Thổi màng mỏng, hút chân không

II.5.ĐƠN PHỐI LIỆU TRÙNG HỢP HUYỀN PHÙ

Qúa trình trùng hợp polystyren thông dụng tiến hành theo đơn phối liệu (đơn vị :phần trọng lợng(PTL)) :

Styren 99,9% : 100 PTL

Nớc : 100 PTL

Peroxit benzoin : 0,5 PTL

Polyvinylic : 0,4 PTL

Ii.6 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Thuyết minh dõy chuyền :

Styren sạch ở thựng chứa 4 nhờ bơm ly tõm đưa lờn thựng lường 1, nướctheo ống dẫn vào thiết bị phản ứng Peroxit benzoinđược đưa vào thiết bị phảnứng Polyvinyl ancol ở thựng chứa số 6 nhờ bơm ly tõm đưa vào thựng lường 3

Để tiến hành phản ứng , đầu tiờn cỏc nguyờn liệu từ thựng lường được nạpvào thiết bị phản ứng 10 trong khoảng thời gian 15 phỳt Trong quỏ trỡnh phảnứng thường sử dụng cỏnh khuấy loại khung bản để khuấy trộn hỗn hợp quỏtrỡnh trựng hợp tiến hành trong 6 h nhiệt độ phản ứng vào khoảng 70 – 85

0C Thiết bị ngưng tụ 11 dựng để ngưng tụ cỏc chất bay hơi trong quỏ trỡnh phảnứng như nước , chất ổn định huyền phự Khi hàm lượng styrene cũn khoảng0,3% thỡ kết thỳc trựng hợp

Hỗn hợp sản phẩm sau khi trựng hợp được đưa qua thiết bị lọc 12 vào thiết bịtrung gian số 13 Sau đú sản phẩm được rửa ở thiết bị 14 và đẩy sang thiết bị lytõm 15, thiết bị này cú tỏc dụng sấy sơ bộ sản phẩm , sản phẩm sau đú lại đượctiếp tụcđư sang thiết bị sấy tầng sụi 17 Sản phẩm được đưa vào thiết bị từ trờnxuống dưới dạng tia nhờ thiết bị phun khớ động , khớ núng được thổi từ dưới lờn

và sấy cho đến khi độ ẩm trong sản phẩm khụng quỏ 0,5% , nhiệt độ khoảng

600C Sau khi sấy tiếp tục đưa sản phẩm vào thiết bị sang để phõn loại hạt , vớikớch thước hạt từ 0,5- 1 mm , sau đú đem đi tạo hạt đúng bao

PHẦN II : TÍNH TOÁN KỸ THUẬT

II.1 Cân bằng vật chất

II.1.1 Năng suất trong một ngày làm việc

Tổng số ngày trong năm 365 ngày

- Số ngày chủ nhật :52 ngày

- Số ngày nghỉ lễ : 12 ngày

- Số ngày nghỉ sửa chữa lớn (K) : khi độ chính xác không còn như thiết kế ban đầu,

ta cần tháo thiết bị trong toàn bộ dây truyền, tháo ra khỏi phân xưởng tới một vịtrí khác va trong quá trình sửa chữa lớn,cần thay thế những cụm thiết bị đã bị bàomòn dể những cụm thiết bị này đạt được độ chính xác như ban đầu

Cách xác định số ngày sửa chữa lớn trong 1 năm:

T-T-T-C-T-T-T-C-T-T-T-K

Số lần sửa chữa lớn NK=TK.H.K.a/U=8640.4.0,75.1/8640= 3

Thời gian ngừng sản xuất để sửa chữa lớn là 144h Vậy thời gian ngừng để sửachữa lớn trong 1 năm là 144.3/24 = 18 ngày

Trong đó:

TK(h):là thời gian trong 1 năm

K= TF/TK , với TF=6840h: thời gian thực tế sử dụng thiết bị

H: số thiết bị giống nhau trong dây truyền sản xuất

a: số sửa chữa tương ứng trong 1 chu kỳ

U: chu kỳ sửa chữa

- Số ngày nghỉ sửa chữa nhỏ (C) :Là sửa chữa khi đó cần thay thế các cụm thiết bịnhỏ.VD: Sơn chống gỉ,các gioăng,phớt chịu dầu, đệm,các ổ bi,van tháo sản phẩm,van điều áp,van của hệ thống bơm

Số lan sửa chữa định kỳ NT = 8640.4.0,75.9/8640 = 27

Thời gian ngừng sản xuất để sửa chữa định kỳ là 8h.Vậy thời gian sửa chữa định

kỳ trong 1 năm là 8.27/24= 9 ngày

Tổng số ngày ngỉ trong 1 năm là 52+12+18+12+9 = 103 ngày

Vậy số ngày làm việc trong một năm 365 – 103 = 262 ngày

Năng suất của một ngày làm việc 1700 : 262 = 6,489 tấn / ngày

II.1.2 Các giai đoạn trong quá trình sản xuất nhựa

NẠP LIỆU → TRÙNG HỢP → LỌC ,RỬA ,LY TÂM → SẤY → ĐÓNG BAO

Sự tổn hao qua các giai đoạn :

- Giai đoạn nạp liệu : 0,5%

- Giai đoạn trùng hợp : 0,5%

- Giai đoạn lọc rửa ,ly tâm: 1%

- Giai đoạn sấy : 0,5%

- Giai đoạn đóng gói sản phẩm : 0,5%

II.1.3 Thời gian cho một mẻ [25]

+ II.1.3 Thời gian cho một mẻ [25]

Thời gian nạp liệu : 0,5h

+ Thời gian phản ứng 22h

+ Thời gian tháo sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng là : 0,5h

Thời gian cho một mẻ là kể từ lúc nạp liệu đến khi tháo sản phẩm đến khi tháo sảnphẩm ra khỏi thiết bị phản ứng :

0,5 + 22 + 0,5 = 23h

Vậy mỗi ngày sản xuất bố trí 1 ca

Theo đơn phối liệu

+ Giai đoạn đóng gói sản phẩm

Giai đoạn này tổn hao 0,5% nên để thu được 1000kg sản phẩm thi lượng nhựa trướckhi đóng gói phải là :

997.100/99,5 = 1002 kg

Lượng tổn hao là 1002 – 997 = 5kg

+ Giai đoạn sấy

Giai đoạn này tổn hao 0,5% nên lượng sản phẩm trước khi đưa vào công đoạn này là :

1002 100/99,5 = 1007,04 kg

Lượng tổn hao : 1007,04 – 1002 = 5,04 kg

+ Giai đoạn rửa , lọc , ly tâm

Giai đoạn này tổn hao 1% nên lượng sản phẩm trước khi đưa vào công đoạn này là: 1007,04 100/99 = 1017,2 kg

Lượng tổn hao là : 1017,2 – 1007,04 = 10,16 kg

Vậy lượng PVC sau khi trùng hợp được tạo thành doVCM là : 1017,2 kg

Tổn hao trong giai đoạn trùng hợp là 0,5 % nên lương PVC thực tế tạo thành là 1017,2.100/99,5 = 1022,31 kg

Vậy lượng PVC tổn hao trong giai đoạn trùng hợp là

Vậy lượng VCM tổn hao :1136,35 – 1130,67 = 5,68 kg

1.Tính lượng chất khởi đầu :

Lượng chất khởi đầu peroxit benzoil tham gia vào phản ứng là :

Tổn hao do quá trình lường : 2,38 – 2,368 = 0,012 kg

Hiệu suất quá trình trùng hợp là 90%,vậy lượng chất khởi đầu đã tham gia phản ứnglà: 2,368.90/100 = 2,131 kg

Lượng chất khởi đầu không tham gia phản ứng là

Vậy lượng PVA tổn hao là : 2,405 – 2,393 = 0,012 kg

Hiệu suất phản ứng là 90% nen lượng PVA tham gia phan ứng là

Lượng nước tổn hao : 1713,09 -1704,525 = 8,565 kg

Bảng 1 : Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản pẩm trong giai đoạn trùng hợp :

Nguyên liệu Lượng vào (kg) Lượng ra (kg) Tổn hao (kg)

Proxit benzoil 96% 2,38 0,237 0,012

B Giai đoạn lọc rửa nhựa , ly tâm

Tiến hành rửa hỗn hợp bằng nước nóng 60-700C rửa 5 lần , mỗi lần 200 lít cho 400

Vậy lượng tổn hao là: 2568,69 – 2543 = 25,69 kg

Bảng 2 : Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm trong giai đoạn lọc rửa nhựa

Nguyên liệu Lượng vào (kg) Lượng ra(kg) Tổn hao(kg)

C giai đoạn sấy và đóng bao

Lượng huyền phù vào máy sấy là 1007,03 kg

Tổn hao qua quá trình sấy là 0,5% nên lượng nhựa còn lại sau giai đoạn sấy là

1007,03.99,5/100 =1002 kg

Tổn hao qua quá trình đóng bao là 0,5%

1002.99,5 /100 = 997 kg

Sau giai đoạn sấy độ ẩm sản phẩm còn lại 0,3%

Bảng 3 Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm trong giai đoạn sấy và đóng bao Nguyên liệu Lượng vào (kg) Lượng ra (kg) Tổn hao (kg)

II.1.4.Cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm

Sử dụng một thiết bị trùng hợp để sản xuất, thời gian của mỗi mẻ sản phẩm là 23h

Do mỗi ngày chỉ thực hiện được một mẻ nên năng suất của một mẻ cũng chính lanăng suất của một ngày.vây năng suất của một mẻ sản phẩm là:

PVC 0 6600,61 33,159

B Giai đoạn lọc rửa ly tâm

Bảng 5 Cân bàng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm trong giai đoạn lọc rửa ly tâm

Nguyên liệu Lượng vào (kg) Lượng ra (kg) Tổn hao (kg)

II.1.3 Tính cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất

Bảng 7 Cân bằng vật chất cho 1700 tấn sản phẩm trong giai đoạn trùng hợp :

Nguyên liệu Lượng vào (kg) Lượng ra (kg) Tổn hao(kg)

Nguyên liệu Lượng vào (kg) Lượng ra(kg) Tổn hao (kg)

II.2 Tính toán thiết bị chính

II.2.1.1 Tính thể tích nguyên liệu nạp vào nồi trong một mẻ

V1 = Gi Pi

Gi : Khối lượng của cấu tử thứ I trong thiết bị phản ứng có :

G1 = 7373,78 kg

G2 = 11116,24 kg

Chọn hệ số điền đầy là 0,7 nên thể tích thực của thiết bị phản ứng là :

18,75/0,7 = 26,78m3

Quy chuẩn V= 32 m3 [5 – 119] theo ГOCT 13372- 67OCT 13372- 67

H

h Dt

Theo tiêu chuẩn 9617 – 67 [5- 120] tra bảng [5- 123] ta được:

Dt : Đường kính trong , Dt = 2,2 m

H : chiều cao phần hình trụ , H= 7,5 m

h = 0,25Dt = 0,25 2,2 = 0,55 m[20- 360]

Chiều cao hình trụ kể cả phần đáy và lắp , H1 = 8,68 m

II.2.1.2 Tính chiều dày của thân thiết bị

Thiết bị làm việc với áp suất trong , với P = 8 at

Sử dụng loại thép không rỉ loại OX21H6M2T với

Để làm vật liệu gia công nồi

Chiều dày thân hình trụ chịu áp suất làm việc bên trong là 8 at( 8.105 N/

m2) Áp suất làm việc lớn nhất trong quá trình trùng hợp PVC

Trong đó:

Dt: Đường kính trong của nồi (m)

φ : Hệ số bền của thành hình trụ heo phương dọc φ =

0,95 [12 - 362]

P : Áp suất tính toán trong thiết bị (N/m2)[σ]: Ứng suất cho phép theo giới hạn bền (hay giới hạn chảy) C:hệ số bổ xung ăn mòn,bào mòn,dung sai chiều dày

H : Chiều cao lớn nhất của cột chất lỏng, H = 7,5 m

ρ : Khối lượng riêng của hỗn hợp, kg/m3, được tính theo công thức:

1 i

i

a

  [13-5]

với ai : Nồng độ phần khối lượng của các cấu tử trong hỗn hợp;

ρi : Khối lượng riêng của các cấu tử trong hỗn hợp

Ta tính được:

2

7373,78

0,39818521,07

11116, 24

0,618521,07

15, 444

0,0008318521,07

15,606

0,0008418521,07

[ ] 180.10

.0,95 199, 42 508,575.10

2, 2.8,575.10

5,52.102[ ] 2.180.10 0,95

Kiểm tra lại khả năng chịu áp suất,ta kiểm tra ứng suất thử theo áp suất thử dùng

nước bởi công thức:

2,1)

(2

)]

([

m N C

S

P C S

 :Khối lượng riêng của nước

H:Chiều cao cực đại của cột chất lỏng

Ta chọn lại chiều dày thân thiết bị lấy S = 8+2 =10 mm

Sau đó kiểm tra lại khả năng chịu áp suất theo công thức trên:

2

/,2,1)

(2

)]

([

m N C

S

P C S

Thay vào công thức trên ta tính được:

II.2.1.3 Tính chiều dày đáy , nắp thiết bị

Chiều dày của đáy thiết bị : Do thiết bị làm việc chịu áp suất trong nên

Chiều dày đáy thiết bi tính theo công thức sau:

D P K

P D S

b

t n

[ 8 ,

[δ]: ứng suất cho phép của thép

K: hệ số không thứ nguyên

φn: Hệ số bền của mối hàn

hb : Chiều cao phần lồi của đáy

C : Đại lượng bổ xung do ăn mòn , chọn C = 0,0018m

Đáy và nắp có gờ ,sử dụng vật liệu là thép cacbon CT3 Ở tâm đáy có ống tháo sảnphẩm

6

10 18 , 1 4 , 0 2

6 , 1 10

2434 , 0 95 , 0 1 10 144

8

,

3

10 2434 , 0 6 ,

,

7

)]

(2

c b

h

b t

C S h K

P C S h

Vậy chọn chiều dày đáy là 8mm là thỏa mãn

Đáy thiết bị có cấu tạo như sau :

Dt: Đường kính trong của thiết bị ,Dt = 1,6m

S : Chiều dày của đáy thiết bị ,S= 8mm

Hb : Chiều cao của phần lồi của đáy ,hb = 0,4m

Tính chiều dày của nắp :

Chọn vật liệu làm nắp giống thân và đáy là thép CT3 có chiều dày bằng chiều dày củathân vị nắp không chịu áp suất thủy lực Vậy chọn chiều dày của nắp là 8mm

Mối ghép thân và đáy :

II.2.2.Tính cánh khuấy ,mô tơ cánh khuấy

- Cánh khuấy trong môi trường lỏng thường được sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghệ hóa chất để tạo dung dịch huyền phù , để tăng cường cho quá trình truyền nhiệt , chuyển khối và phản ứng hóa học

- Hiệu quả khuấy trộn là chỉ tiêu cơ bản để đánh giá sự làm việc và tính hoàn thiện của thiết bị khuấy trộn đồng thời là chỉ tiêu chủ yếu dùng khi chịu trạng thái làm việc tối ưu của máy khuấy trộn

- Trong thực tế khi đánh giá một máy khuấy người ta thường chú ý đến những yếu

tố sau :

+ Chọn cánh khuấy

+ Thời gian khuấy

+ Công suất tiêu tốn

+ Số vòng quay

+ Độ lớn của bệ mặt truyền nhiệt

Vì hỗn hợp phản ứng huyền phù độ nhớt không cao có nước làm môt trường phân tán, để tránh hiện tượng sản phẩm bị vón cục ,các hạt sản phẩm dính vào nhau chọn cánhkhuấy hình chân vịt [22-28]

Tốc độ khuấy : n =500 v/phút =0,83v/s 624]

[21-Chiều dày cánh khuấy : h1=0,34 dk

=0,34.0,53=0,18 (m)Khoảng cách từ đáy dến cánh khuấy :b = 0,3.Dt = 0,3.1,6 =0,48 (m)

1

μi :độ nhớt động lực cuả các cấu tử thành phần

xi : nồng độ phần mol của các cấu tử trong hỗn hợp

Khối lượng chất ổn định ,chất khởi đầu là không đáng kể có thể bỏ qua , do đó :

18 / 499 , 0 104 / 4965

,

0

104 / 4965 , 0

Công suất môt tơ cánh khuấy : kí hiệu N

+ Chế độ chảy là chảy xoáy

Tra bảng 17.1 tại [14-486] suy ra các thông số về vỏ bọc

Lớp vỏ gia nhiệt tạo với vỏ trong thiết bị phản ứng khoảng không gian chứa chất tải nhiệt ở đây ta dùng nước làm chất tải nhiệt Vỏ bằng thép CT3

- Đường kính trong của thiết bị chính là 1,6m nên ta chọn đường kính trong của vỏ gia nhiệt là 1,8m và chiều dày là 8mm

- Chiều cao lớp vỏ gia nhiệt lấy bằng chiều cao của cột chất lỏng cộng them 20cm

đề phũng trường hợp dung dịch bắn lờn

- Vậy chiều cao cột chất lỏng được tớnh như sau :

h= (Vng.l – Vd) + hb

hb: chiều cao phần đỏy thiết bị = 0,4 m

S : Thiết diện ngang của thiết bị

Vd : thể tớch phần đỏy của thiết bị = 0,578m3

Vậy chiều cao của lớp vỏ gia nhiệt = 3,4+ 0,2 = 3,6m

II.2.4.Tớnh chiều dày lớp bảo ụn

Lớp bảo ôn có tác dụng làm giảm bớt sự truyền nhiệt ra ngoài môi trờng từ bề mặtthiết bị phản ứng Do vậy, nó có tác dụng làm giảm nhiệt mất mát ra ngoài và làm giảm l-ợng hơi nớc cần thiết để đun nóng thiết bị

ở đây, ta sử dụng bông thủy tinh làm lớp vỏ bảo ôn với thông số ρ = 200 kg/m3; λc

t : Nhiệt độ bề mặt lớp bảo ôn giáp với không khí

St : Chiều dày của tấm thép

Sbo : Chiều dày lớp bảo ôn

t

 : Hệ số truyền nhiệt của thép

λ0 : Hệ số truyền nhiệt của lớp bảo ôn

Ta coi quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt ra môi trờng là truyền nhiệt đẳngnhiệt và ổn định

Theo bảng [I.250] cú t1 = 1200C

Nhiệt độ mụi trường là t2 = 250C

Giả thiết nhiệt độ mặt ngoài của lớp bảo ụn là tT2 = 400C

Bề dày của thành vỏ ỏo là δt = 8mm.

Cỏc thụng số của hơi bóo hũa ở 2 atm

Khối lượng riờng : ρ = 1,107(kg/m3) [23-377]

Hệ số dẫn nhiệt : λ = 2,59 10-2 (W/m.độ) [23-133]

Nhiệt dung riờng : Cp = 2,12 (kcal /kg.độ) [23-196]

Độ nhớt : μ = 133.10-7(Ns/m2) [23-140]

Chọn vật liệu bảo ụn là bụng thủy tinh λbo = 0,125 (W/m.độ)

Hệ số dẫn nhiệt của thộp làm vỏ ỏo là thộp CT3 : λbt = 50,2 (W/m.độ)

Sử dụng hơi nước bóo hũa ở 2at để cung cấp nhiệt cho phản ứng

107,1)

608,18

,

2

10 12 , 2 10

.

133

2

3 7

q1 : nhiệt tải riờng t đến thành thiết bị ,(W/m2)

q2 : Nhiệt tải riờng do dẫn nhiệt qua thành ,(W/m2)

q3 : Nhiệt tải riờng do bức xạ từ thành thiết bị ra mụi trường ,(W/m2)

Ta có: q1 = α1.Δt1

Δt1= t1 – tT1 =120 – tT1

q1 = α1 Δt1 = 193,78.(120- tT1)

Với α1: Hệ số cấp nhiệt của hơi nớc đun nóng (W/m2.độ)

Δt1: Hiệu số giữa nhiệt độ của hơi nớc và thành trong thiết bị ( C).°C)

Δt: Chênh lệch nhiệt giữa thành trong và thành ngoài