quy trình sản xuất polyvinyl dorua (pvc)

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU 1 1. Lịch sử phát triển 1 2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC 2 2.1. Trên thế giới 2 2.2. Tại Việt Nam 2 3. Các dự án sắp tới 3 PHẦN THỨ HAI.: LÝ THUYẾT CHUNG 5 CHƯƠNG 1. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NHỰA PVC 5 1.1. Nguyên liệu 5 1.1.1 Tính chất lý học 5 1.1.2 Tính chất hoá học 7 1.2. Phản ứng tạo nhựa 9 1.2.1. Cơ cấu phản ứng 9 Nguyễn Hữu Hùng 1 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long 1.2.2. Động học quá trình trùng hợp 11 1.2.3. Độ trùng hợp và chiều dài động học của mạch 13 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp 14 1.3.1. Nhiệt độ 14 1.3.2. Áp suất 14 1.3.3. Oxy 14 1.3.4. Nồng độ chất khơi mào 14 1.3.5. Nồng độ monome 15 1.4. Các phương pháp sản xuất nhựa PVC 15 1.4.1. Sản xuất Vinylclorua (vc) 15 1.4.2. Sản xuất PVC 18 1.4.2.1. Phương pháp trùng hợp khối Nguyễn Hữu Hùng 2 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long 18 1.4.2.2. Phương pháp trùng hợp dung dịch 19 1.4.2.3. Phương pháp trùng hợp nhũ tương 19 1.4.2.4. Phương pháp trùng hợp huyền phù 21 CHƯƠNG 2. PHẢN ỨNG PHÂN HUỶ, ỔN ĐỊNH CỦA NHỰA PVC 23 2.1. Phản ứng phân huỷ 23 1.3. Cơ chế của sự ổn định 25 2.3. Sự thay thế của CL không bền 25 2.4. Phản ứng tại các vị trí chưa bão hoà 27 CHƯƠNG 3. TÍNH CHẤT ỨNG DỤNG CỦA PVC 29 3.1. Tính chất cơ lý hoá của nhựa PVC 29 3.2. Tính chất cơ lý 30 3.3. Tính chất hóa học Nguyễn Hữu Hùng 3 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long 31 3.4. Ứng dụng 32 CHƯƠNG 4. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PVC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HUYỀN PHÙ 34 4.1. Quy cách nguyên liệu và thành phần 34 4.2. Thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất 35 4.3. Thành phần nguyên liệu 35 4.4. So sánh giữa các phương pháp 35 4.5. Dây chuyền sản xuất PVC trong dung dịch huyền phù 37 PHẦN THỨ BA. CÂN BẰNG VẬT CHẤT 39 3.1. Năng suất một ngày làm việc 39 3.2. Tính cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm 39 3.3. Tính cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm 46 3.4. Tính cân bằng vật chất cho 500 tấn sản phẩm Nguyễn Hữu Hùng 4 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long 48 PHẦN THỨ TƯ. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 50 1. Thiết bị chính 50 2. Thiết bị phụ 60 2.1. Bơm 60 2.2. Thiết bị lường chứa 67 2.3. Thiết bị rửa –ly tâm 70 2.4. Thiết bị sấy 71 2.5. Sàng 74 3. Cân bằng nhiệt 74 3.1. Tính toán nhiệt cho giai đoạn đun nóng hỗn hợp từ nhiệt độ đầu 25 0 C lên nhiệt độ trùng hợp 70 0 C 76 3.2. Giai đoạn giữ nhiệt phản ứng 70 0 C 81 Nguyễn Hữu Hùng 5 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long PHẦN THỨ NĂM. AN TOÀN LAO ĐỘNG 91 PHẦN THỨ SÁU. ĐIỆN NƯỚC 94 1. Điện 94 2. Nước 99 PHẦN THỨ BẨY. KINH TẾ 100 1. Mục đích 100 2. Nội dung phần kinh tế 101 2.1. Chi phí mua nguyên liệu 101 2.2. Chi phí sản xuất chung 101 2.3. Chi phí công nhân 105 2.4. Chi phí tiêu thụ 108 PHẦN THỨ TÁM. XÂY DỰNG 109 Nguyễn Hữu Hùng 6 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long 1. Xác định địa điểm xây dựng nhà máy 109 2. Thuyết minh thiết kế mặt bằng, mặt cắt phân xưởng 113 2.1. Chọn hướng nhà 113 2.2. Thiết kế nhà 113 2.3. Bố trí thiết bị 113 2.4. Các giải pháp kết cấu nhà 114 2.5 Các công trình phụ 116 3. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 117 KẾT LUẬN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 Nguyễn Hữu Hùng 7 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN . Trong công nghiệp chất dẻo, Polyvinyl dorua (PVC) là một trong ba chất dẻo thông dụng gồm: Polyolefin (PO), Polyvinlclorua (PVC) và Polystyren (PS). Nó đứng hàng thứ hai sau Polyolefin với tổng công suất toàn thế giới năm 1997 là 25 triệu tấn năm. Vinyl clorua được tìm ra lần đầutiên bởi Regnalt năm 1835. Polyme Polyvinyclorua (PVC) được biết đến lần đầu tiên 1938. Năm 1912, Bauman trình bày phản ứng trùng hợp monome vinylic gồm Vinyclorua sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra sản phẩm PVC ở dạng bột trắng. Từ đó, công nghệ trùng hợp PVC đã có những bước phát triển mạnh mẽ chủ yếu ở Mỹ và Đức. Sản phẩm thương mại của PVC lần đầu tiên ra đời ở Đức vào đầu những năm 30 sản phẩm quá trình trùng hợp nhũ tương. Năm 1932, bước đột phá đầu tiên để giải quyết vấn đề quá trình và sự ổn định nhiệt diễn ra khi Semon phát minh ra chất hoá dẻo cho PVC, quá trình sử dụng chất ổn định được phát triển vào những năm 30 của thế kỷ 20. Hiện nay PVC là một trong những Polyme chính của thế giới. Do tính chất cơ lý tốt nên PVC được sản xuất với sản lượng lớn. Tuy nhiên tính ổn định nhiệt và tính mềm dẻo của PVC kém hơn một số nhựa thương phẩm khác như Polyetylen (PE) và PS. PVC được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp trùng hợp gốc. Tuy nhiên, trùng hợp gốc của PVC cho ra nhiều đồng phân và các khuyết tật cấu trúc. Những nhân tố này quan trọng sống còn đối với người sử dụng PVC, vì chúng tạo ra những vấn đề về màu sắc, độ ổn định nhiệt, độ tinh thể, ứng sử gia công và tính chất cơ học của thành phẩm. Nghiên cứu về khuyết tật cũng đem lại những hiểu biết sâu sắc về bản chất của phản ứng phụ xảy ra trong quá trình trùng hợp. Ngoài các chất phụ gia như chất hoá dẻo, chất ổn định nhiệt chất bôi trơn, chất độn và Polyme khác, đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm cải Nguyễn Hữu Hùng 8 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long thiện những tính chất yếu kém của PVC ví dụ đồng trùng hợp với các monome khác và thay đổi hình thái của hạt để tăng cường tính dễ gia công. Polyme đồng trùng hợp ghép của PVC với monome acrylic và vinylaxetat blend với MBS và acrylonitryl butadien styren (ABS) đã làm tăng độ bền va đập của PVC. Côplyme của PVC với monomeimit và PVC clo hoá đã được nghiên cứ để tăng tính chống cháy của PVC. PVC hoá dẻo nội là một giải pháp cho vấn đề của chất hoá dẻo (DOP) di chuyển từ bên trong ra bên ngoài vật liệu. 2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ PVC. 2.1. Trên thế giới. Theo dự báo của các chuyên gia Marketing về lĩnh vực công nghiệp hoá chất, thị trường dựa trên thế giới ngày càng tăng. Nhu cầu nhựa PVC của các khu vực Châu Á - Thái Bình Dương đặc biệt là Trung Quốc, Ấn Độ sẽ là yếu tố chủ yếu làm tăng nhu cầu thị trường nhựa PVC. Mức tăng nhu cầu PVC của các nước tư bản gấp khoảng 2 lần mức tăng tổng sản phẩm quốc dân của nước đó. Ở các nước Đông Âu, Châu Phi, Trung cận đông, nhu cầu tiêu thụ PVC cũng tăng do mức độ đầu tư vào các nước này tăng lên. Nhu cầu về nhựa PVC theo bình quân đầu người ở các nước phát triển lại thấp hơn so với các nước đang phát triển (chiếm 2/3 dân số thế giới). Từ năm 1991 – 1997 mức tăng bình quân về PVC hàng năm của các nước Châu Á - Thái Bình Dương là 6,2%, trong khi mức tăng bình quân trên thế giới là 5,3%. Nhu cầu tăng lớn nhất về PVC ở các nước Châu á - Thái Bình Dương là Nhật: chiếm 34%, Indonexia: 14,6%, Thái Lan: 14,1%, Malaixia: 13,9%, Trung Quốc: 12,3%. 2.2. Tại Việt Nam. Nguyễn Hữu Hùng 9 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long Do nhu cầu PVC tính theo đầu người hiện nay ở Việt Nam so với nhiều nước còn thấp, nên trong các năm tới tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm sẽ là 40%, sau đó giảm xuống khoảng 17%, vào các năm tiếp theo. Hiện nay nước ta đã có 2 Liên doanh sản xuất bột PVC một là: Công ty Liên doanh giữa Tổng công ty Nhựa Việt Nam với Tổng công ty Hoá chất Việt Nam và Công ty Thái Plastic – Chemical Public Ltd với công suất 80.000tấn/năm. Năm 2001 nhà máy hoạt động với công suất 100% năm 2002 công suất Nhà máy tăng len 100.000 tấn/năm [1]. Hai là: Công ty TNHH nhựa và hoá chất Phú Mỹ tại khu công nghiệp Cái Mép là liên doanh giữa công ty xuất nhập khẩu tỉnh Bà Rỵa- Vũng Tàu với tổng công ty dầu khí Petronas của Malaysia có công suất là 100.000 tấn bột PVC/năm. Trong năm 2000 cả nước ta tiêu thụ khoảng 150.000 tấn bột PVC, nhưng chỉ đáp ứng được khoảng 40% nhu cầu còn phải nhập khẩu khoảng 60% từ các nước trên thế giới. Ngoài việc sản xuất bột PVC hai Công ty Liên doanh trên còn sản xuất PVC Compound với công suất 6000 tấn/năm, hai Công ty này đã sử dụng hết công suất thiết kế, nhưng vẫn chưa đáp ứng hết nhu cầu các chủng loại PVC Compound trong nước mà chỉ sản xuất chủ yếu các loại PVC làm phụ kiện còn các loại PVC dùng cho các chi tiết đặc chủng vẫn phải nhập khẩu . [1] 3. CÁC DỰ ÁN SẢN XUẤT SẮP TỚI. Ở nước ta theo tính toán trong vòng 1 năm nữa, thì nhu cầu nguyên liệu cần tới 1,2 – 1,5 triệu tấn năm [1] trị giá hơn 1 tỷ đô la. Hiện nay đã có một vài dự án của các công ty Nhật, Nam Triều Tiên, Pháp, Thái Lan, trao đổi với ngành chất dẻo Việt Nam về việc xây dựng Nhà máy PVC với công suất 100.000 tấn/năm [2]. Nguyễn Hữu Hùng 10 Lớp: Polyme K47 [...]... đã sản xuất được PVC, với năng suất 150 tấn/năm Tuy nhiên, do không kinh tế sản lượng quá nhỏ nên quá trình sản xuất sớm dừng lại, đặc biệt khi bước vào chiến tranh phá hoại của Mỹ Trong thời gian gần đây, công nghiệp gia công chất dẻo lại phát triển mạnh mẽ với tốc độ tăng trưởng bình quân 28%/năm Để minh hoạ điều đó ta có bảng mức tiêu thụ chất dẻo trong thập kỷ 90 Nguyên liệu dùng trong qúa trình. .. sản xuất DOP công suất 30000 tấn/năm từ các nguyên liệu ngoại nhập - Dự án LG- Vina, vốn đầu tư 12,5 triệu USD, sản xuất DOP công suất 30000 tấn/năm [8] Tuy nhiên, hiện nay giá sản phẩm PVC trong nước cao hơn rất nhiều so với giá mặt bằng chung trên thế giới Do đó, các cơ sở sản xuất các sản phẩm PVC trong nước đang phải hoạt động cầm chừng chi khoản 30- 35% công suất Nguyên nhân của tình trạng trên... 2H2O | | Cl Cl Nguyễn Hữu Hùng 23 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Mạnh Long * Phương pháp sản xuất VC từ HCl và C2H2 Đây là phương pháp được quan tâm nhất, dùng để sản xuất trong nhiều năm qua Quá trình có thể xảy ra ở pha lỏng hoặc pha khí C2H2 + HCL → CH2 = CH + 477 Cal | Cl Quá trình xảy ra trong pha lỏng: Axetylen được đưa vào dung dịch axit HCl đậm đặc với xúc tác (Cu2CL2 và NH4Cl2)... = CH + HCl → CH3CHCl2 Vì vậy sản phẩm sau phản ứng là hỗn hợp khí, được qua làm lạnh và xử lý bằng kiềm để loại bỏ HCl không phản ứng Sau đó xử lsy bằng metanol để loại bỏ H 2O tạo ra trong quá trình xử lý kiềm Cuối cùng phải tiến hành loại bỏ andehit và dicloetan (được hình thành do xảy ra phản ứng phụ) kết quả thu được VC tinh khiết [5] 1.4.2 Sản xuất PVC PVC được sản xuất từ 4 phương pháp: - Phương... quá trình trùng hợp (khoảng 50 – 700C) 1.4.2.1 Phương pháp trùng hợp khối Đây là phương pháp đơn giản tuy nhiên ít được sử dụng dóp Polyme tạo thành ở dạng khối khó gia công Hệ phản ứng Monome và chất khơi mào Nếu không có chất khơi mào dùng để bức xạ năng lượng cao, thay cho chất khơi mào do đó sản phẩm có độ tinh khiết cao, không cần qua công đoạn sửa và sấy, dây chuyền sản xuất đơn giản Quá trình sản. .. tham gia vào phản ứng chuyển mạch, thì mối liên quan đến vận tốc trung fhợp và khối lượng phân tử phức tạp hơn nhiều 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT NHỰA PVC 1.4.1 sản xuất Vinylclorua (VC) Vinylclorua là một chất khí không màu, có mùi ete ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quy n * Tính chất Khối lượng riêng ở 150C: p = 0,793 g/cm3 Nhiệt dung riêng lỏng ở 250C: 0,38 Cal/g độ Nhiệt dung riêng hơi ở 250C: 0,207... nguyên liệu được trình bày ở bảng sau Lượng PVC nhập vào mỗi năm vào khoảng 72000 tấn và theo kế hoạch dự kiến của Tổng công ty nhựa Việt Nam, nhu cầu PVC và chất hoá dẻo trong thời gian tới được mô tả ở bảng sau Nhu cầu PVC ngày càng nhiều, do đó phải tính đến xây dựng ngành sản xuất PVC để tiết kiệm được chi phí và để đáp ứng nhu cầu của thị trường Cho đến nay đã có 6 dự án sản xuất PVC, chiếm trong... công nghiệp chất dẻo nói chung và PVC nói riêng Bước đi của ngành PVC như vậy đã rất rõ ràng, cụ thể do đó chúng ta có quy n hy vọng vào một tương lai tốt đẹp Nguyễn Hữu Hùng 12 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Mạnh Long PHẦN THỨ HAI: LÝ THUYẾT CHUNG CHƯƠNG 1 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NHỰA PVC 1.1 NGUYÊN LIỆU Vinyl clorua gọi tắt là VC, có công thức phân tử C2H3Cl, công thức cấu tạo: CH2 CH Cl 1.1.1... sang máy làm lạnh sâu hơn ở 600C để ngưng VC còn C2H2 quay lại thiết bị phản ứng [9] Đây là quá trình gián đoạn phải bổ xung HCl và Axetylen vào Để có VC nguyên chất sử dụng cho quá trình trùng hợp huyền phù thì cần phải sử dụng tháp tinh luyện để tách C2H2 hoà tan trong VC Quá trình xảy ra ở pha khí (quá trình liên tục) HCl được dùng ở dạng khí, nhiệt độ phản ứng cao từ 140 – 200 0C xúc tác là thanh... 2,99 triệu USD Hai nhà máy này có sản phẩm là PVC hạt và đang hoạt động, sản phẩm của hai nhà máy này đủ cung cấp cho thị trường hiện nay Nguyễn Hữu Hùng 11 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngô Mạnh Long - Công ty Oxy- Vina tổng vốn đầu tư 109,4 triệu USD đi từ nguyên liệu VCM trùng hợp thành PVC - Dự án TPC- Chem Quest Việt Nam, vốn đầu tư 12 triệu USD sản xuất DOP công suất 30000 tấn/năm . khơi mào 14 1.3.5. Nồng độ monome 15 1.4. Các phương pháp sản xuất nhựa PVC 15 1.4.1. Sản xuất Vinylclorua (vc) 15 1.4.2. Sản xuất PVC 18 1.4.2.1. Phương pháp trùng hợp khối Nguyễn Hữu. thập kỷ 60, nhà máy hoá chất Việt Trì đã sản xuất được PVC, với năng suất 150 tấn/năm. Tuy nhiên, do không kinh tế sản lượng quá nhỏ nên quá trình sản xuất sớm dừng lại, đặc biệt khi bước vào. tính đến xây dựng ngành sản xuất PVC để tiết kiệm được chi phí và để đáp ứng nhu cầu của thị trường. Cho đến nay đã có 6 dự án sản xuất PVC, chiếm trong số 7 dự án về sản xuất nguyên liệu và 30