thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa pvc theo phương pháp nhũ tương. công xuất 2000 tấn năm

Đồ án tốt nghiệp đồ áN tốt nghiệp Đề Tài thiết kế: Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa pvc theo phơng pháp nhũ tơng. Công xuất 2000 tấn/năm. Nguyễn Hữu Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 2 Đồ án tốt nghiệp MụC LụC Mục lục 3 Phần I: Giới thiệu chung . 7 Phần II: Phần lý thuyết chung 9 II.1.Nguyên vật liệu chính dùng trong sản xuất PVC 9 II.1.1.Vinylclorua (VC) 9 II.1.2.Các phụ gia khác 11 II.2.Quá trình sản xuất nhựa PVC 13 II.2.1. Phản ứng trùng hợp cloruavinyl 13 II.2.2. Các phơng pháp sản xuất nhựa PVC 18 II.3. Quá trình sản xuất nhựa PVC theo phơng pháp nhũ tơng trong nớc 19 III.3.1.Cơ sở của phơng pháp sản xuất nhũ tơng 20 III.3.2.Trùng hợp theo phơng pháp gián đoạn . .24 III.3.3.Trùng hợp theo phơng pháp liên tục . 25 II.4. Cấu tạo và tính chất của nhựa PVC 27 II.4.1. Cấu tạo của nhựa PVC .27 II.4.2. Tính chất của nhựa PVC 29 II.4.3. Biến đổi hoá học của nhựa PVC .31 II.5. Các loại chất dẻo PVC, tính chất và ứng dụng 31 II.5.1. Sản phẩm từ nhựa PVC không hoá dẻo, tính chất và ứng dụng 31 Nguyễn Hữu Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 3 Đồ án tốt nghiệp II.5.2. Sản phẩm từ nhựa PVC hoá dẻo, tính chất và ứng dụng 36 Phần III: Tính toán dây chuyền sản xuất nhựa PVC theo phơng pháp gián đoạn 39 I. Dây chuyền sản xuất 39 II. Tính cân bằng vật chất 42 III. Tính toán cơ khí 46 III.1.Tính chiều dày thiết bị phản ứng 47 III.2. Tính đáy và nắp thiết bị phản ứng 52 III.3. Chọn mặt bích 55 III.4. Tính cánh khuấy, động cơ cánh khuấy 56 III.5. Tính lớp vỏ gia nhiệt . 61 III.6. Tính bảo ôn thiết bị . 62 III.7. Tính tai treo của thiết bị phản ứng 68 III.8. Tính cân bằng nhiệt lợng cho thiết bị phản ứng 73 III.8.1. Chọn các thông số 73 III.8.2. Tính cân bằng nhiệt cho quá trình cấp nhiệt đối với thiết bị phản ứng 75 IV. Tính các thiết bị phụ 79 IV.1. Thiết bị tạo dung dịch nhũ tơng . 79 IV.1.1. Tính chiều dày thân thiết bị tạo dung dịch nhũ t- ơng . 80 IV.1.2. Tính chiều dày của đáy và nắp thiết bị tạo dung dịch nhũ tơng 83 IV.1.3. Chọn mặt bích . 86 IV.1.4. Tính cánh khuấy và động cơ cánh khuấy 87 IV.1.5. Tính tai treo 91 Nguyễn Hữu Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 4 Đồ án tốt nghiệp IV.2. Tính toán các bể chứa 96 IV.2.1. Tính bể chứa vinylclorua . 96 IV.2.2. Tính bể chứa nớc cất 100 IV.2.3. Tính thùng lờng chứa chất nhũ hoá 101 IV.2.4. Thùng lờng chứa NaOH, và chứa chất khởi đầu 103 IV.3. Tính toán bơm 103 IV.3.1. Tính bơm vận chuyển vinylclorua . 104 IV.3.2. Tính bơm vận chuyển nớc . 111 IV.4. Thiết bị ly tâm phân ly nhũ tơng 115 iv.5. thiết bị sấy 116 Iv.5.1. Vòi phun 118 IV.5.2. Buồng sấy phun . 119 Phần IV: xây dựng. 120 I. Xác định địa điểm xây dựng nhà máy . 120 I.1. Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng nhà máy 120 I.2. Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng nhà máy . 121 I.2.1. Các yêu cầu chung 121 I.2.2. Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng . 122 I.2.3. Các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp 123 II. Thiết kế tổng mặt bằng. 123 II.1. Các nhiệm vụ chính khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 124 II.2. Các yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 124 II.3. Nguyên tắc phân vùng trong nhà máy 126 II.3.1. Vùng trớc nhà máy . 126 II.3.2. Vùng sản xuất . 127 II.3.3. Vùng các công trình phụ 127 II.3.4. Vùng kho tàng và các khu vực giao thông . 127 Nguyễn Hữu Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 5 Đồ án tốt nghiệp II.3.5. Ưu nhợc điểm của nguyên tắc phân vùng 128 II.4. Những căn cứ để thiết kế phân xởng sản xuất nhựa PVC . 129 II.5. Tính toán và xác định kích thớc chính của các công trình trong nhà máy . 130 II.6. Cấu tạo phân xởng sản xuất nhựa PVC 132 II.7. Bố trí thiết bị trong phân xởng sản xuất 134 Phần V: điện nớc . 135 I.điện . 135 I.1. Tính phụ tải chiếu sáng 135 I.2. Tính phụ tải động lực 137 I.3. Tính lợng điện tiêu thụ hàng năm của nhà máy . 138 II. nớc 138 II.1. Nớc sinh hoạt . 138 II.2. Nớc sản xuất . 139 Phần VI: Kinh tế 140 I. Tóm lợc dự án 140 ii. thị trờng và kế hoạch sản xuất. 140 II.1. Nhu cầu . 140 II.2. Kế hoạch sản xuất 141 II.3. Tính toán kinh tế 141 II.3.1. Vốn cố định 141 II.3.2. Vốn lu động 143 II.3.3. Chi phí nhu cầu về nớc . 143 II.3.4. Tính nhu cầu lao động 144 II.3.5. Giá thành sản phẩm 146 TàI LIệU THAM KHảO 147 Nguyễn Hữu Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 6 Đồ án tốt nghiệp PhầnI: Giới thiệu chung. [1][3] Công nghiệp và các chất cao phân tử , đặc biệt là chất dẻo tuy còn non trẻ nhng phát triển rất nhanh chóng. Đó là nhờ chất dẻo có nhiều tính chất rất đặc biệt đáp ứng đợc yêu cầu ngày càng cao của khoa học kỹ thuật và đời sống hàng ngày. Không những thế nguồn nguyên liệu để sản xuất ra chất dẻo tơng đối dồi dào: đó là than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên và những phế phẩm nông lâm nghiệp. Chất dẻo lại còn dễ gia công hơn kim loại nhiều, gia công đợc nhanh chóng lại tiết kiệm hơn. ở các nớc công nghiệp hoá học phát triển, chất dẻo có khắp trong ngành kinh tế quốc dân và cả trong sinh hoạt hàng ngày . Theo dự báo của các chuyên gia marketing về lĩnh vực công nghiệp hoá chất , thị trờng nhựa trong những năm gần đây ngày càng phát triển mạnh. Nhu cầu nhựa PVC của các nớc trong khu vực Châu á - Thái Bình Dơng đặc biệt là Trung Quốc, ấn Độ sẽ là yếu tố chủ yếu làm tăng nhu cầu thị trờng PVC. Theo dự báo trong những năm tới sản xuất nhựa PVC tại chỗ không đủ đáp ứng cho các thị trờng trên. Nhịp độ tăng nhu cầu PVC trong giai đoạn từ năm 1991 1997 tăng 5,4% năm.Tổng nhu cầu trên thế giới vào năm 1997 là 24 triệu tấn. Theo đánh giá của hiệp hội nhựa trong những năm 1991 1997, cũng nh trong những năm 80 nhu cầu PVC bình quân theo đầu ngời ở các nớc đang phát triển tăng mạnh hơn so với các nớc công nghiệp mới. Vì thế việc tăng bình quân đầu ngời của bất cứ sản phẩm nào đều dẫn đến việc tăng tổng mức sử dụng của nhóm nớc này. Tính trung bình hàng năm, mức tăng bình quân của các nớc trong khu vực Châu á Thái Bình Dơng ( đến năm 1997 là 6,2% mức tăng sản xuất nhựa PVC toàn thế giới trong giai đoạn 1991 1997 là 3,4 triệu tấn. ở nớc ta trong những năm gần đây ngành gia công chất dẻo đã có những bớc phát triển mạnh . Điều đó có thể đợc thể hiện cụ thể là mức nhập nguyên liệu vào thị trờng Việt Nam năm 1992 đạt 100.000 tấn, tăng 100% so với năm Nguyễn Hữu Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 7 Đồ án tốt nghiệp 1990 và 33,3% so với năm 1991. Bình quân chất dẻo nớc ta đạt 1,5kg/đầu ng- ời.Tuy nhiên so với trên thế giới con số này vẫn còn quá nhỏ bé song nó là đánh dấu sự cố gắng vợt bậc của các nhà sản xuất, kinh doanh chất dẻo ở nớc ta. Hiện nay đã có rất nhiều công ty đã có dự án trao đổi với ngành chất dẻo Việt Nam về xây dựng nhà máy PVC với công xuất 100.000 tấn/năm nh: Nhật, Nam Triều Tiên, Pháp, Thái Lan .Do đó vật liệu PVC ngày càng phát triển đổi mới công nghệ tăng nhanh hiệu suất cũng nh chất lợng Nguyễn Hữu Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 8 Đồ án tốt nghiệp Phần II: Phần lý thuyết chung. II.1. Nguyên vật liệu chính dùng trong sản xuất PVc. II.1.1.Vinylclorua.( VC ) [1] II.1.1.1. Các phơng pháp sản xuất clorua vinyl. Trong công nghiệp có hai phơng pháp chính sản xuất cloruavinyl : Từ axetylen với HCl và từ etylen qua dicloretan. II.1.1.1.1. Sản xuất VC từ HCl với axetylen. Theo phơng pháp này ta có thể tổng hợp ở pha lỏng và ở pha hơi theo phản ứng sau: C 2 H 2 + HCl CH 2 = CHCl + 477 cal. Tổng hợp theo pha lỏng là xục axetylen vào dung dịch axit HCl đậm đặc với xúc tác (Cu 2 Cl 2 và NH 4 Cl). Muốn tăng tính hoạt động của xúc tác cho thêm CuCl 2 dạng bột và CaCl 2 . Phản ứng đợc tiến hành ở nhiệt độ 20 0 C 25 0 C trong môi trờng khí nitơ, không có oxy. Cloruavinyl tạo thành thoát ra ngoài khỏi hệ thống phản ứng cùng với axetylen và hơi nớc. Thoạt tiên dùng máy làm lạnh thờng để ng- ng tụ hơi nớc rồi sang máy làm lạnh thâm độ (-60 0 C) để ngng tụ Cloruavinyl còn axetylen quay trở lại thiết bị phản ứng. Quá trình phản ứng này không liên tục, phải dần dần bổ sung HCl và axetylen vào. Muốn Clorua vinyl thật nguyên chất thì ta cần phải dùng thêm thép tinh luyện để tách axetylen hòa tan trong Clorua vinyl . Nếu tổng hợp ở thể pha hơi (không dùng dung dịch axit HCl mà dùng hơi axit HCl ) có thể tiến hành quá trình liên tục, nhng phải ở nhiệt độ cao 140 0 C - 200 0 C. Xúc tác ở đây là than hoạt tính ngấm dung dịch clorua thủy Nguyễn Hữu Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 9 Đồ án tốt nghiệp ngân hay clorua bari trong nớc rồi sấy cẩn thận. Tỷ lệ giữa chất đỡ (than hoạt tính ) và xúc tác (clorua thủy ngân) là 12:1. Hỗn hợp khí axetylen và HCl (có d 10 15 % HCl ) đợc sấy sơ bộ, cho đi qua ống đốt nóng rồi chuyển vào thiết bị tổng hợp có chứa than hoạt tính ngấm xúc tác. Hiệu suất Clorua vinyl phụ thuộc vào tốc độ hỗn hợp khí, l- ợng xúc tác và nhiệt độ ; tốc độ càng chậm và nhiệt độ càng cao thì hiệu suất càng lớn. Hỗn hợp khí sau khi phản ứng gồm (Clorua vinyl ; dicloretan ; axetylen; HCl) đa qua thiết bị làm lạnh đến -40 0 C để ngng Clorua vinyl và hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao hơn còn C 2 H 2 và HCl quay trở lại thiết bị tổng hợp cũng có thể dùng nớc lạnh để hấp thụ để tách HCl riêng ra. Muốn tách Cloruavinyl ra khỏi hỗn hợp sản phẩm lỏng dùng phơng tháp chng cất để tập trung các hợp chất có nhiệt độ cao ở đáy tháp còn Cloruavinyl đi ra ở đỉnh tháp. II.1.1.1.2. Sản xuất từ etylen qua dicloretan : Cũng có thể dùng hai phơng pháp: Tác dụng dicloretan với dung dịch kiềm trong rợu và nhiệt phân dicloretan có xúc tác ở nhiệt độ cao. Phản ứng tạo thành Clorua vinyl theo phơng pháp trên : C 2 H 4 + Cl 2 ClCH 2 - CH 2 Cl CH 2 Cl - CH 2 Cl + NaOH CH 2 = CHCl + NaCl + H 2 O Thành phần nguyên vật liệu nh sau : 1 phần dicloretan 0,5 phần NaOH và 0,5 phần rợu, nên dùng d rợu vì nếu d kiềm sẽ tạo ra axetylen. Sản phẩm phụ của phản ứng là axetylenglicon. Khuyết điểm của phơng pháp này là tốn nhiều NaOH , Rợu và thiết bị to. Do dó dùng phơng pháp thứ hai là nhiệt phân dicloretan ở 240 0 350 0 C trong thiết bị bằng thép hay bằng sứ có chứa than hoạt tính : ClCH 2 CH 2 Cl - HCl CH CH 2 Cl Sản phẩm tạo thành qua thiết bị ngng tụ còn dicloretan d quay trở lại thiết bị nhiệt phân. Nguyễn Hữu Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 10 Đồ án tốt nghiệp II.1.1.2. Tính chất của Cloruavinyl: Trong kỹ thuật hiện nay có thể sản xuất Clorua vinyl nguyên chất đến 98,5 99,5% khối lợng. Clorua vinyl ở nhiệt độ và áp suất thờng là một khí không màu , mùi giống ete, sôi ở -13,9 0 C 0,1 0 C , nóng chảy ở nhiệt độ -157,7 0 C 0,1 0 C , tỷ trọng ở -12,96 0 C là 0,9692 g/cm 3 . Clorua vinyl hoà tan trong các dung môi thờng nh axetylen, rợu etylic , cacbua hydro thơm và thẳng. Cloruavinyl có thể bảo quản và chuyên trở trong các bình thép chịu áp suất. Van và các bộ phận tiếp xúc với Clorua vinyl không đợc chế tạo từ hợp kim đồng vì Cl - dễ tạo phức với Cu 2+ gây ăn mòn thiết bị. Cloruavinyl cũng có thể bảo quản ở nhiệt độ thấp ( - 40 0 C và thấp hơn ) trong trờng hợp không có chất ổn định nếu không có oxy và dới áp suất khí nitơ có thể bảo quản ở nhiệt độ thờng . Thờng thêm vào Clorua vinyl một ít chất giảm tốc nh Hydroquinon theo tỷ lệ phần chất giảm tốc với 10.000 phần Clorua vinyl. II.1.2.Các chất phụ gia. [2] II.1.2.1.Chất nhũ hoá. Trong sản xuất polyvinylclorua (PVC) bằng phơng pháp nhũ tơng chất nhũ hoá là một trong những chất phụ gia quan trọng quyết định tính chất cấu trúc đặc tính của PVC. Chất nhũ hoá thờng đợc sử dụng khi trùng hợp (PVC ) là các muối của axit isobutylmonophtanat, muối natri của các axit chế tạo bằng cách oxy hoá các paraphin tổng hợp có số nguyên tử các bon từ C 12 đến C 18 . Lợng chất nhũ hoá khoảng 0,1 đến 0,5% trọng lợng clovinyl, lợng chất nhũ háo càng tăng các hạt polyme càng phân tán nhiều. Nguyễn Hữu Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 11 [...]... nghiệp ii.3 Quá trình sản xuất PVC theo phơng pháp nhũ tơng trong nớc Dùng phơng pháp này có thể tiến hành trùng hợp gián đoạn hay liên tục.Tuỳ thuộc vào mỗi nhà sản xuất tạo ra PVC có sự thay đổi về hình thái và khối lợng phân tử từ đó có những phân loại khác nhau để ứng dụng trong công nghiệp và đời sống II.3.1 Cơ sở của phơng pháp trùng hợp nhũ tơng [4][1] Để tiến hành trùng hợp nhũ tơng, monome phải... chất nhũ hoá 3 1 4 2 8 7 9 6 Polymer 10 Polymer Polymer Hình 3:Sơ đồ sản xuất PVC theo phơng pháp nhũ tơng liên tục 1,2 Nồi trùng hợp 3,4 Thiết bị chứa 5- Thiết bị trộn 6 - Thiết bị thùng quay 7 Thiết bị sấy phun Nguyễn Hữu Đoàn K44 26 Lớp: CNVL Polyme Đồ án tốt nghiệp 8 Thiết bị keo tụ 9 Máy ly tâm 10 Thiết bị sấy chân không Quá trình tiến hành nh sau : thoạt tiên đổ đầy đến 70% dung dịch chất nhũ. .. đợc cho vào thiết bị chứa (3) và (4) Từ thiết bị (3) và (4) có latec chứa tạp chất nhất là nhũ tơng cần phảI tách ra.Có thể tách nhũ tơng ra khỏi latec bằng ba cách: Cách 1: cho latec co chứa nhũ tơng liên tục qua thiết bị (6 )là thiết bị sấy kiểu thùng quay Cách 2: cho latec co chứa nhũ tơng liên tục qua thiết bị sấy phun (7) Cách 3: kết tủa nhũ tơng bằng cách cho latec có chứa nhũ tơng vào thiết bị... tách polyme ra khỏi nhũ tơng có thể dùng các biện pháp sau: 1)-Cho nhũ tơng liên tục qua tủ sấy kiểu thùng quay 2)- Cho nhũ tơng liên tục phun qua hệ thống sấy khô 3)- Kết tủa nhũ tơng bằng cách ly tâm rồi sấy khô polyme trong thùng sấy chân không Tuỳ theo tính chất của chất nhũ hoá, polyme có thể ở dạng bột phân tán nhỏ rất dễ kết tủa, lọc và sấy trong tủ sấy chân không huặc ở dạng nhũ tơng 25 Nguyễn... độ 65 0C dung dịch PVC với hỗn hợp axit axetic và axetat bạc: Nguyễn Hữu Đoàn K44 31 Lớp: CNVL Polyme Đồ án tốt nghiệp CH 2 CH CH2 C H Cl nCH3 COOH nAgCl + CH 2 Cl CH CH OCOCH 3 2 CH OCOCH 3 ii.5 Các loại chất dẻo PVC, tính chất và công dụng II.5.1 .Sản phẩm từ nhựa PVC không hoá dẻo , tính chất và công dụng [1] Khi thêm chất hoá dẻo nhiệt độ hoá mềm của nhựa giảm xuống lên gia công dễ dàng hơn.Nhng... cứng không hoá dẻo còn có thể sản xuất các loại ống từ 2 đến 200 ly, ống PVC cứng dùng để chuyên trở các chất lỏng ăn mòn , dùng thay ống chì rất tốt PVC cứng còn dùng để làm lợc , cúc, thay xenluloit, và trong điện kỹ thuật dùng thay ebonit, và nhiều sản phẩm khác đi từ các phơng pháp gia công khác nhau nh: gia công cơ khí ( tiện , phay, khoan, mài, bào , ca), các phơng pháp tạo hình thổi ( gập mép... Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 Đồ án tốt nghiệp bền kiểu latec chỉ có thể kết tủa bằng cách cho thêm chất điện giải và giảm pH của môi trờng PVC ở dạng latec có thể dùng ngay để trang hoàng bề mặt: vải , da, giấy II.3.3.Trùng hợp theo phơng pháp liên tục Thời gian gần đây dã tiến hành trùng hợp liên tục theo phơng pháp nhũ tơng trong nớc .Thiết bị gồm có một hay hai nồi trùng hợp đặt tiếp nhau, kiểu thẳng... tăng lên hai lần _Tính chất của PVC cứng khác nhau theo chiều dọc và chiều ngang, còn khác nhau theo thời gian vì trong điều kiện nhiệt độ bình thờng PVC cứng không ở trạng thái cân bằng mà phục hồi dần dần theo thời gian gây lên quá trình biến dạng chậm ( khi đun nóng sẽ biến dạng nhanh ) _ Quá trình gia công có ảnh hởng nhiều đến tính chất của PVC cứng.Trong khi gia công mà đun nóng làm lạnh không... nghiệp Màng và tấm PVC cứng dùng để bọc lót thùng điện phân , làm thùng chứa axit và kiềm, làm chi tiết máy trong bơm , làm màng ngăn trong bình acquy , dùng để dán lên các bề mặt vật liệu( nhng thờng ứng dụng với những vật liệu có bề mặt rộng để đảm bảo sức bền chỗ dán ).Màng PVC dùng làm các vật liệu phòng rỉ cho các thiết bị bằng kim loại nhờ phơng pháp gia công theo phơng pháp gián Màng PVC cứng còn... keo tụ ( 8) , sau keo tụ cho qua thiết bị ly tâm ( 9 ) để loại bỏ hết nhũ tơng th sau đó đợc cho thiết bị sấy chân không Dùng phơng pháp sản xuất liên tục có thể đIều chỉnh độ trùng hợp bằng cách thay đổi nhiệt độ huặc là tính chất và số lợng chất khởi đầu Nguyễn Hữu Đoàn K44 27 Lớp: CNVL Polyme Đồ án tốt nghiệp ii.4 Cấu tạo và tính chất của PVC [1] II.4.1.Cấu tạo của PVC - Nói chung có thể có hai . Đồ án tốt nghiệp đồ áN tốt nghiệp Đề Tài thiết kế: Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa pvc theo phơng pháp nhũ tơng. Công xuất 2000 tấn/ năm. Nguyễn Hữu Đoàn Lớp: CNVL Polyme K44 2 Đồ. sản xuất nhựa PVC theo phơng pháp nhũ tơng trong nớc 19 III.3.1.Cơ sở của phơng pháp sản xuất nhũ tơng 20 III.3.2.Trùng hợp theo phơng pháp gián đoạn . .24 III.3.3.Trùng hợp theo phơng pháp. III: Tính toán dây chuyền sản xuất nhựa PVC theo phơng pháp gián đoạn 39 I. Dây chuyền sản xuất 39 II. Tính cân bằng vật chất 42 III. Tính toán cơ khí 46 III.1.Tính chiều dày thiết bị phản ứng