thiết kế dây truyền sản xuất nhựa ps

Thit k dõy truyn sn xut nha PS Mục lục Phần I : Mở đầu Phần II : lý thuyết chung 2.1.Tng hp monome Nguyờn liu sn xut Polystyren Xỳc tỏc tng hp monome Tớnh cht vt lý ca Polystyren 2.2.Lý thuyết trùng hợp nhựa PolyStyren. 2.2.1.Trùng hợp gốc. Cơ chế của quá trình trùng hợp gốc. Các yếu tố ảnh hởng đến trùng hợp gốc. 2.2.2.Trùng hợp ion. Trùng hợp cation. Trùng hợp anion. Các yếu tố ảnh hởng đến trùng hợp ion. 2.3.Các phơng pháp trùng hợp nhựa PS. Trùng hợp khối. Trùng hợp dung dịch . Trùng hợp huyền phù. Trùng hợp nhũ tơng. Đơn phối liệu cho công nghệ trùng hợp nhũ tơng. Cơ chế của quá trình trùng hợp. Các yếu tố ảnh hởng đến trùng hợp nhũ tơng. Ưu nhợc điểm của phơng pháp. Tính chất và ứng dụng của của sản phẩm. - 1 - 2.3.S dõy chuyn sn xut 2.4.Tớnh cht v ng dng ca nha PolyStyren 2.5.ng dng v phng phỏp gia cụng sn phm Sn phm ỳc ộp di ỏp sut Sn phm ộp ựn Sn xut PS bt Phần III:Tính toán kỹ thuật. 3.1.Tính toán kích thớc thiết bị chính. Tính cân bằng vật chất. Tính kích thớc thiết bị phản ứng. Tính các ống dẫn nguyên liệu vào nồi phản ứng. Cánh khuấy. Tính tai treo. Tính cân bằng nhiệt lợng. 3.2.Tính bơm vận chuyển. 3.3.Tính toán thiết bị sấy. 3.4.Tính toán thiết bị lọc ly tâm. 3.5.Tính các thùng lờng nớc, chất nhũ hoá, xà phòng dầu ve. Phần iv: phần xây dựng 4.1: Lời nói đầu. 4.2.Xác định địa điểm xây dựng. Yêu cầu chung. Yêu cầu khu đất 4.3.Thiết kế tổng mặt bằng. Yêu cầu chung Nguyên tắc phân vùng. Ưu nhợc điểm của phơng pháp. 4.4.Căn cứ để thiết kế phân xởng. - 2 - PhÇn i: më ®Çu Polystyren (PS) thuộc nhóm nhựa nhiệt dẻo bao gồm PE, PP, PVC . Do có những tính năng đặc biệt của nó PS ngày càng được sử dụng rộng rãi trong đời sống cũng như trong kỹ thuật. Polystyren lần đầu tiên được tìm thấy qua các dấu vết trong nhựa hổ phách , khi chưng cất với nước thì tạo thành vật liệu dạng lỏng có mùi khó chịu và tỷ lệ thành phần nguyên tử C và H giống như trong benzen. Năm 1831 Bonastre đã chiết tách ra Styren lần đầu tiên. Năm 1839 E.Simon là người đầu tiên xác định được tính chất của Styren và ông đã đặt tên cho monome. Ông đã quan sát được sự chuyển hoá từ từ của Styren trong dung dịch lỏng nhớt ở trạng thái tĩnh. Năm 1845 hai nhà hoá học người Anh là Hoffman và Btyth đã nhiệt phân monome Styren trong một cái ống thuỷ tinh được bịt kín đầu ở 200 o C và thu được một sản phẩm cứng gọi là meta-styren . Năm 1851 Bertherlot sản xuất ra Styren bằng cách nhiệt phân các hydrocacbon trong một cái ống nóng đỏ để khử hyđro . Phương pháp này là cách thông dụng nhất để sản xuất Polystyren thương phẩm. Năm 1911 F.E Matherws Filed British đã cho biết điều kiện nhiệt độ và xúc tác cho quá trình tổng hợp PolyStyren tạo thành loại nhựa cơ bản cho quá trình sản xuất các vật phẩm mà từ rất lâu đờI chúng được làm từ xenllulo,thuỷ tinh, cao su cứng,gỗ. Năm 1925 lần đầu tiên Polystyren thương phẩm được sản xuất ra bởi công ty Naugck Chemical sản xuất nhưng nó chỉ phát triển trong một thời gian ngắn . Năm 1930 Farbenindustry in Germany đã bắt đầu gặt hái được những thành công trong công việc kinh doanh cả mônme và polyme thương phẩm với sản lượng 6000 tấn/tháng bằng cách alkyl hoá với nhôm clorua tinh chế bằng phương pháp chưng cất nhiều lần . - 3 - Năm 1937 công ty Dow Chemical cho ra mắt Polystyren dân dụng hay còn gọI là Styrol . Đây là một công ty lớn của Mỹ và năm 1938 đã sản xuất được 100.000 tấn . Theo những thống kê gần đây cho biết chất dẻo chiếm khoảng 1/8 các sản phẩm từ Fe , và kim loại với tỉ trọng lớn gấp 7 lần và chúng ngày càng được sử dụng rộng rãi và thay thế kim loại . Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngoài các loại nhựa truyền thống của polystyren người ta còn tạo được nhiều loại copolyme của nó như: +PS trong suốt có độ tinh khiết cao +PS dùng để sản xuất các vật phẩm dân dụng có tính chất kém hơn +PS xốp đi từ nguyên liệu tinh khiết chứa cacbua hydro nhiệt độ sôi thấp với hàm lượng 6% . +Các copolyme đi từ Styren và acrylonitryl, butadien tạo thành những loại vật liệu có tính năng kỹ thuật cao hơn hẳn PolyStyren về độ cách điện , bền nhiệt , độ bền va đập … Nhưng loại có ý nghĩa về mặt kỹ thuật nhất là copolyme Styren acrylonitryl sau đó là Styren butadien . Nhựa PS ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân cả trong đời sống cũng như trong kỹ thuật . Vì vậy trong đồ án môn học này em sẽ trình bày toàn bộ phương pháp tổng hợp ra nhựa này . - 4 - PHẦN II : LÝ THUYẾT CHUNG 2.1.Tổng hợp monome Nguyên liệu để sản xuất Polystyren là styren có công thức C 6 H 5 CH=CH 2 còn gọI là Vynylbenzen. Styren là chất lỏng không màu có mùi đặc biệt không hoà tan trong nước, hoà tan theo bất cứ tỉ lệ nào trong rượu, keton, ete, este,cacbuahydro thơm, Cacbonhydro clo ho¸ , nitro paraphin. • Nguyên liệu  Bã nhựa nhận được sau khi chưng khô than ta thu được một lượng styren trong đó. Sau đó tiếp tục chưng cất bã nhựa ta sẽ thu được luôn styren nguyên chất. nhưng ít có giá trị kinh tế nên ít được sử dụng.  Cracking dầu mỏ và nhiệt phân một số chất hữu cơ khác.  Đi từ benzen và cloetan - Trước tiên là phản ứng tạo thành clorua etan + CH 2 ClCH 3 AlCl 3 CH 2 CH 3 HCl + Xúc tác sử dụng AlCl 3 dưới dạng bột hay phoi vụn Phản ứng tiến hành trong 3 h về cuối nâng nhiệt độ lên 90 o C và ngừng phản ứng khi không có HCl thoát ra nữa. - Chuyển etyl benzen thành styren . + Xà phòng hoá clo etyl benzen tạo thành fenyl etyl cacbinol rồI khử nước để chuyển thành styren CH 2 CH 3 Cl 2 PCl 5 CHCl CH 3 Dưới tác dụng của xúc tác PCl 5 clo đính vào đúng vị trí. + Xử lý Clo etyl benzen bằng dung dịch Na 2 CO 3 ở 70÷100 o C - 5 - 4÷6 h có chất nhũ hoá HOH Na 2 CO 3 CH CH 3 Cl CH CH 3 OH + Khử nước của fenylmetylcacbinol thêm chất tách nước mang tính axít CH CH 3 OH H 2 O CH CH 2 Phản ứng ở 150 o ÷200 o ; 3% bisunfatkali. Dùng hơi nước trực tiếp chưng cất styren ra khỏi nồi phản ứng. Sấy khô styren thô rồi lại chưng cất lại. Lưu ý: Để quá trình khử nước tiến hành dễ hơn người ta thêm 1% axit tere clophalic. Đi từ benzen và etylen CH CH 2 + CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 Nhiệt độ phản ứng ở 85 o C, P=1atm AlCl 3 làm xúc tác Sau khi tách hết xúc tác tiến hành chưng tách sau đó thu được etyl benzen khá tinh khiết. +) Phương pháp 1 Sau đó quá trình được lặp lại đối với phương pháp này như phương pháp 2.3 +) Phương pháp 2 Khử hydro của etyl benzen Phương pháp này hiệu quả nên đây là phương pháp chủ yếu để sản xuất Styren - 6 - CH 2 CH 3 H 2 CH CH 2 Phản ứng này toả nhiều nhiệt nên thường tiến hành ở nhiệt độ cao và áp suất riêng phần của etyl benzen nhá. Do vậy để giảm áp suất trong quá trình trùng hợp có thể dùng chân không hoặc pha loãng etyl benzen bằng khí trơ hay pha loãng bằng hơi nước • Xúc tác tổng hợp monome Ở một số nước phát triển người ta sản xuất styren với các loại xúc tác khác nhau:  Ở Nga : - Khử H 2 của etyl benzen ở 650 o C có xúc tác Cu, Cr, N 2 hay CO 2 làm chất pha loãng cho độ nhớt của dung dịch 50÷55% - Khử H 2 ở 650 o C xúc tác Zn: Al 2 O 3 = 1: 9, P= 13mmHg, độ nhớt của dung dịch 80%. - Hơi etyl benzen cho đi qua thiết bị đun nóng trước rồi vào thíêt bị phản ứng đun nóng đến 650-700 o C. trong thiết bị phản ứng chất đầy Silicagen, than hoạt tính tầm chất xúc tác. Hơi đi ra khỏi thiết bị phản ứng qua máy làm lạnh để ngưng tụ lại. Độ nhớt của Styren, thời gian làm việc của xúc tác phụ thuộc vào thành phần, độ mịn của xúc tác, bản chất của chất mang, tỷ lệ giữa hơi nước và etyl benzen.  Ở Đức - Xúc tác oxyt Zn (77,4%) hoạt tính bằng kiềm - Thiết bị phản ứng hình ống Hơi nước và etyl benzen lấy theo tỉ lệ phân tử. khi xúc tác còn mới người ta duy trì nhiệt độ phản ứng 380 o C, về sau khi xúc tác gỉm hoạt hoá thì nhiệt độ 610 o C  Ở Mỹ - 7 - - Các oxyt kiềm của Fe hoá trị 3 (85%) vớI một ít oxyt crom người ta lấy theo tỉ lệ 1kg etyl benzen hỗn hợp vớI 2,8 kg hơi nước, duy trì nhiệt độ trong thiết bị phản ứng 630 o C, nhiệt độ của hơi nước đi ra 365 o C hơi đi ra H 2 , CO, CO 2 , CH 4 , C 2 H 6 - 8 - Tớnh cht vt lý ca polystyren T trng g/cm 3 0,90458 Chit sut 25 1,54389 nht cP 0,75 T o sụi o C 145,2 T o nc o C -30,6 T o bựng chỏy o C 31,0 T o bt la o C 34,0 T o bay hi o C 86,9 Nhit chỏy cal/g 10,04 Nhit trựng hp cal/g 168 T nhit 25 o c cal/g. 0,407 Gii hn n trong khụng khớ %V 1,1ữ6,1 co sau khi trựng hp %V 17,0 2.2. Tổng hợp polyme. Cấu tạo và triển vọng phát triển của nhựa trong tơng lai. PS là loại nhựa không đắt và nặng chính vì vậy nó không đợc sử dụng rộng rãi nh nhựa Polyetylen . Nhựa PS chủ yếu đợc ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp nh để sản xuất vỏ máy tính , máy bay, bọc gói sản phẩm, vật liệu cách điện. PS thuộc loại nhựa vinylpolyme. Cấu trúc nói chung của nó là mạch hyđrocacbon dài với sự có mặt của nhóm phenyl đợc gắn vào mỗi nguyên tử cacbon khác nhau một cách có qui tắc. Nhựa PS là sản phẩm của quá trình trùng hợp gốc tự do nhóm vinyl. Nhựa PS có nhiều đồng phân lập thể: PS syndiotactic là polyme có nhóm phenyl của mạch đợc phân bố xen kẽ về hai phía của mặt phẳng mạch cacbon. PS atactic nhóm phennyl phân bố một cách lộn xộn không có trật tự về hai phía của mặt phẳng mạch cacbon. PS izotactic nhóm phenyl phân bố một cách đều đặn về một phía của mặt phẳng mạch cacbon. - 9 - Cấu trúc syndiotactic cho vật liệu polyme có cấu trúc tinh thể hơnvà vật liệu polyme có tính năng cơ lý tốt hơn vì vậy nó là cấu trúc mong muốn của sản phẩm. Nhng quá trình trùng hợp này rất khó và chi phí lớn do đó phơng pháp này chủ yếu đợc dùng để sản xuất PS dùng cho các mục đích yêu cầu kỹ thuật cao. Các copolyme của Styren nh copolyme Butadien- Styren, copolyme Styren- Acrilonitryl là những loại có giá trị kinh tế cao. Phần lớn những sản phẩm này thu đợc ở dạng copolyme ghép đây là một polyme mà một mạch chính dài của một loại mắt xích đợc đính vào nó một mạch polyme của một loại mắt xích khác. Mạch chính Mạch nhánh - 10 - [...]... polyme tăng - 29 - 3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ Trong đồ án này của em đợc giao nhiệm vụ là Thiết kế phân xởng sản xuất PS theo phơng pháp nhũ tơng gián đoạn Chú thích: 1.Thùng lờng Styren 2, 8, 9 Thùng lờng nớc 3.Thùng lờng chất nhũ hoá 4.Nồi trùng hợp 5 .Thiết bị làm lạnh 6.Thùng chứa trung gian 7 .Thiết bị kết tụ 10 .Thiết bị rửa 11.Máy ly tâm 12 .Thiết bị sấy chân không 13 .Thiết bị nghiền 14.Sàng 15.Bao... tất cả các mạch của HIPS đều là mạch nhánh giống nh vậy nó có hai mạch rõ ràng của PS và PB cũng trộn lẫn trong đó Khi đó HIPS này chúng ta gọi là hỗn hợp không thể trộn lẫn của PS và PB Nhng nó là polyme ghép của phân tử PS- PB mà chúng tạo thành hệ thống bởi sự nối kết giữa hai pha P ha P B PS Pha PS HIPS có thể trộn lẫn với polyme gọi là polyphenylenoxit hoặc PPO Hỗn hợp của HIPS và PPO đợc tạo thành... ra.Khi hàm lợng tự do còn nhỏ hơn 0,3% thì cho kết thúc trùng hợp, cho hỗn hợp phản ứng vào thiết bị trung gian 6 Giai đoạn kết thúc tiến hành trong thiết bị kết tụ 7 nh sau: Cho nớc từ thùng lờng 8 chảy vào thiết bị chảy vào thiết bị kết tụ rồi cho thêm phèn ( 3 kg phèn cho thêm 250 lít nớc ) Khuấy trộn 5 10 phút, phun dung dịch nhũ tơng từ thíêt bị kết tụ 6 vào thành từng tia nhỏ.Sau khi cho hết... cho cấu trúc của PS nhiều u điểm Polybutadien( PB) và PS ở trạng thái đồng thể không thể trộn lẫn nhng PB mạch nhánh có thể trộn lẫn tuyệt vời với pha PS vì vậy chúng sẽ kết hợp với các pha PS để hấp thụ năng lợng khi PS chịu va đập và làm cho copolyme này có những tính chất cơ lý tốt hơn hẳn PS đơn thuần về độ bền kéo đứt Loại vật liệu này đợc gọi là vật liệu chịu độ va đập cao hay HIPS Không phải tất... và đồng xúc tác dễ phân ly cho proton kích động trùng hợp Độ phân cực dung môi lớn làm tăng trọng lợng phân tử của nhựa PS Nghiên cứu ảnh hởng của dung môi đến trọng lợng phân tử của nhựa PS ta có bảng sau: Dung môi Hằng số điện môi của Trọng lợng phân tử của dung môi 1,9 2,3 5 10 28 36 PS 2040 2190 4200 4950 8400 Cyclohexan Benzen Brombenzen Dicloetan Nitroetan Nitrobenzen Các yếu tố ảnh hởng khác... có tính chất đẩy đôi e trong liên kết của liên kết đôi C=C nh trên hình vẽ Nh vậy mật độ điện tích trên các nguyên tử cacbon của nhóm vinyl cũng thay đổi nh ký hiệu trên hình vẽ Mặt - 11 - khác nhóm phenyl có tính chất hút điện tử về phía vòng benzen mà mật độ điện tích âm tập trung ở vị trí octo và para Chính vì sự chênh lệch điện tích nh vậy mà liên kết của liên kết C=C trở nên kém bền hơn và thích... phút.Quá trình kết thúc nếu mẫu kiểm tra phân thành hai lớp rõ rệt.Tiếp theo chuyển hỗn hợp lên thiết bị rửa 10.ở đây gia nhiệt lên 70 800C.Sau khi polyme lắng xuống, cho nớc bẩn chảy vào đờng thải.Tiến hành rửa 5 lần bằng nớc nóng nh vậy, đến lần rửa thứ 5, nớc cùng polyme cho từng đợt vào máy khuấy ly tâm 11 để tách nớc khỏi polyme Sy polyme trong thiết bị khuấy chân không 12 đến độ ẩm của sản phẩm không... gia công theo phơng pháp đúc ép dới áp suất Sản phẩm chứa hàm lợng monome nhỏ và sản phẩm ở dạng bột thuận lợi cán hay đóng bánh Phơng pháp trùng hợp nớc-nhũ tơng đợc áp dụng rộng rãi vì phơng pháp này cho phép tiến hành quá trình ở nhiệt độ vừa phải với tốc độ phản ứng lớnvà polyme nhận đợc có trọng lợng phân tử cao - 28 - Phơng pháp này rất kinh tế khi kết tụ nhũ tơng bằng cách đun nớc bay hơi.Dĩ... chúng giữ mầm kết tinh cho đến khi hầu nh tất cả các chất nhũ hoá bao phủ lên bề mặt của giọt monome Giai đoạn này mức độ chuyển hoá đợc 15% số hạt trong hệ thống tăng Bớc 2: ổn định số hạt các phân tử monome khuyếch tán vào bên trong các Mixel vận tốc của quá trình trùng hợp không đổi.Đến một lúc nào đó các phân tử chất nhũ hoá không đủ bao phủ các polyme hoà tan.Các hạt sẽ có xu hớng kết hợp lại với... phát triển mạch - 13 - R ch 2 ch R ch 2 ch n ch 2 = CH + ch 2 - CH n Giai đoạn đứt mạch Đứt mạch theo cơ chế kết hợp R ch 2 ch + R ch 2 ch ch 2 - CH ch2 - CH m n ch 2 - CH ch 2 ch ch 2 - CH - R n R ch 2 ch m Giai đoạn chuyển mạch: Xảy ra do gốc đang phát triển tác dụng với các chất chứa các liên kết có khả năng bị phá vỡ và tạo gốc tự do mới Có 3 loại phản ứng chuyển mạch: CH = CH2 S CH CH2 3 CH 3 CH2 . khu đất 4.3 .Thiết kế tổng mặt bằng. Yêu cầu chung Nguyên tắc phân vùng. Ưu nhợc điểm của phơng pháp. 4.4.Căn cứ để thiết kế phân xởng. - 2 - PhÇn i: më ®Çu Polystyren (PS) thuộc nhóm nhựa nhiệt. kỹ thuật ngoài các loại nhựa truyền thống của polystyren người ta còn tạo được nhiều loại copolyme của nó như: +PS trong suốt có độ tinh khiết cao +PS dùng để sản xuất các vật phẩm dân dụng. tạo và triển vọng phát triển của nhựa trong tơng lai. PS là loại nhựa không đắt và nặng chính vì vậy nó không đợc sử dụng rộng rãi nh nhựa Polyetylen . Nhựa PS chủ yếu đợc ứng dụng rộng rãi