TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC VÀ TÍNH TOÁN MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG VỚI NĂNG SUẤT 150.000 TẤN-NĂM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA DẦU KHÍ BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU - - ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU VÀ CHẾ BIẾN POLYME Đề tài: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC VÀ TÍNH TỐN MỢT SỐ THƠNG SỐ KỸ THUẬT CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG VỚI NĂNG SUẤT 150.000 TẤN/NĂM Sinh Viên: Lê Thị Nữ Giáo Viên Hướng Dẫn: Lớp : Lọc Hóa Dầu B-K53 TS.Nguyễn Thị Linh Khóa học: 2008 – 2013 Năm học: 2012 - 2013 HÀ NỘI, 12 - 2012 LỜI GIỚI THIỆU CHƢƠNG I: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN I GIỚI THIỆU CHUNG I.1 Lịch sử phát triển II.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ PVC: Trên giới Tại Việt Nam II Tổng hợp PVC 13 II.1 Nguyên liệu 13 Tính chất lý học 14 Tính chất hố học 15 II.2 Phản ứng tạo nhựa PVC 17 Cơ cấu phản ứng 17 Động học trình trùng hợp 20 Độ trùng hợp chiều dài động học mạch 21 II.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình trùng hợp 21 III SẢN PHẨM PVC 23 Cấu tạo 23 Tính chất Polyvinylclorua 24 Ứng dụng 28 3.1 Trong lĩnh vực xây dựng: 28 3.2 Trong lĩnh vực điện điện tử: 30 3.3 Trong lĩnh vực ôtô, xe máy: 31 3.4 Trong lĩnh vực khác: 31 CHƢƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC 32 I CÁC QUY TRÌNH TỔNG HỢP VYNYL CLORUA (MVC) 32 I.1 Quy trình axetylen 33 I.2 Quy trình kết hợp etylen axetylen 34 I.3 Quy trình khí trộn từ naphta (dầu mỏ) 35 I Quy trình oxy- clo hóa 36 II CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP POLYVINYLCLORUA (PVC) 42 II.1 Trùng hợp khối 43 II.2 Trùng hợp hợp dung dịch 45 II.3 Trùng hợp VCM phương pháp nhũ tương 46 II.4 Trùng hợp huyền phù 48 III SO SÁNH GIỮA CÁC PHƢƠNG PHÁP 53 CHƢƠNG III: TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG CỦA CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC BẰNG PHƢƠNG PHÁP HUYỀN PHÙ 56 I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA PVC BẰNG PHƢƠNG PHÁP HUYỀN PHÙ Ở NHÀ MÁY TPC VINA 56 I.1 Quy cách nguyên liệu thành phần 56 I.2 Thành phần nguyên vật liệu 56 I.3 Dây chuyền sản xuất thiết bị 57 I.4 Dây chuyền sản xuất PVC huyền phù nhà máy TPC Vina: 62 II TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 65 II.1 Tính cân vật chất cho thiết bị phản ứng 67 Thời gian cho mẻ sản xuất 67 Năng suất mẻ sản xuất 67 Tính cân vật chất cho thiết bị phản ứng 68 Tính chi phí nguyên liệu đầu vào cho tháng sản xuất 75 III TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƢỢNG CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG POLYME 76 Tính tốn nhiệt tiêu hao để đun nóng hỗn hợp từ nhiệt độ đầu 30 °C lên nhiệt độ trùng hợp 80 °C 77 Tính nhiệt lượng nước cần thiết để trì nhiệt độ thiết bị phản ứng 77 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 LỜI GIỚI THIỆU Trong thời đại ngày nay, với khoa học đại, công nghệ hóa học khơng ngừng phát triển chiếm vị trí vơ quan trọng nhiều lĩnh vực Cơng nghệ hợp chất cao phân tử cơng nghệ điển hình, tiêu biểu tốc độ phát triển phạm vi sử dụng Tuy đời có muộn ngành khác, khả ứng dụng vơ rộng lớn Hầu hết vật liệu kỹ thuật đời sống ngày thay nhiều loại vật liệu chế tạo từ hợp chất cao phân tử Đây hướng mà nhiều quốc gia giới nhận thấy.Vì nhà khoa học không ngừng đầu tư nghiên cứu lĩnh vực quan trọng Có tầm quan trọng hợp chất cao phân tử có nhiều tính chất quý : Độ bền học, độ đàn hồi, cách âm, cách nhiệt, cách điện, nhẹ dễ gia cơng kim loại…Bên cạnh giá thành lại rẽ Do việc sản xuất hợp chất cao phân tử tổng hợp sản phẩm từ ngày gia tăng đáng kể Một loại nhựa tổng hợp phổ biến sản xuất nhiều nhựa Polyvinyl Clorua (PVC) Nhựa Polyvinylclorua sản phẩm đời sớm sản xuất chất dẻo Trong công nghệ sản xuất nhựa Polyvinyl clorua , tùy theo phương pháp sản xuất thành phần cấu tử tham gia mà ta thu số loại nhựa có tỷ trọng khác : K - 58, K - 66 ,K - 71 Nhựa Polyvinylclorua có nhiều đặc điểm tốt ổn định hóa học, bền học, dễ gia công nhiều loại sản phẩm thơng dụng ( màng bao gói, áo mưa, dép…) đặc biệt dùng để sản xuất ống chiếm tới 50% tổng sản lượng Bên cạnh nhựa Polyvinylclorua cịn dùng để bọc dây điện, lót nền, trần nhà chi tiết thiết bị công nghiệp hóa học… Ngồi Polyvinylclorua đồng trùng hợp với cloruavinilden cịn dùng làm sợi tổng hợp Chính mà việc tìm hiểu cơng nghệ sản xuất nhựa Polyvinylclorua cần thiết Đặc biệt nhà máy sản xuất nhựa Polyvinylclorua theo phương pháp huyền phù Đó lý em chọn đề tài: Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất PVC tính tốn số thông số kỹ thuật cho thiết bị phản ứng với suất 150.000 tấn/năm CHƢƠNG I: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN I GIỚI THIỆU CHUNG I.1 Lịch sử phát triển Trong công nghiệp chất dẻo, Polyvinyl clorua (PVC) ba chất dẻo chủ lực gồm Polyolefin (PO), PVC Polystyren (PS) Nó đứng hàng thứ hai sau Polyolefin với tổng cơng suất tồn giới năm 1997 25 triệu tấn, tiêu thụ khoảng 22 triệu Vinyl clorua tìm lần Regnault năm 1835, polyme Polyvinyl clorua (PVC) quan sát thấy lần năm 1938 Năm 1912, Baumann trình bày phản ứng trùng hợp monome vinilic gồm vinyl clorua sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo sản phẩm PVC dạng bột trắng Từ đó, cơng nghệ trùng hợp PVC có bước phát triển mạnh mẽ chủ yếu Mỹ Đức Sản phẩm thương mại PVC đời lần Đức vào đầu năm 30 sử dụng trình trùng hợp nhũ tương Năm 1932, bước đột phá để giải vấn đề trình ổn định nhiệt diễn Semon phát minh chất hoá dẻo cho PVC, trình sử dụng chất ổn định phát triển vào năm 30 kỉ 20[5] Hiện PVC polyme giới Do tính chất lý tốt nên PVC sản xuất với sản lượng lớn Tuy nhiên tính ổn định nhiệt tính mềm dẻo PVC số nhựa thương phẩm khác Polyetylen (PE) PS PVC sản xuất chủ yếu trùng hợp gốc Tuy nhiên, trùng hợp gốc PVC cho nhiều đồng phân khuyết tật cấu trúc Những nhân tố quan trọng sống cịn người sử dụng PVC, chúng tạo vấn đề màu sắc, độ ổn định nhiệt, độ tinh thể, ứng xử gia cơng tính chất học thành phẩm Nghiên cứu khuyết tật đem lại hiểu biết sâu sắc chất phản ứng phụ xảy trình trùng hợp[5] Ngồi chất phụ gia chất hố dẻo, chất ổn định nhiệt, chất bơi trơn, chất độn polyme khác, có nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm cải thiện tính chất yếu PVC, ví dụ đồng trùng hợp với monome khác thay đổi hình thái hạt để tăng cường tính dễ gia cơng Polyme ghép đồng trùng hợp PVC với monome acrylic vinyl axetat, blend với MBS acrylonitryl butadien styren (ABS) thử nghiệm để tăng sức chịu va đập Copolyme PVC với monome imit PVC clo hoá nghiên cứu để tăng tính chống cháy PVC Tổng hợp polyme khối lượng phân tử cao liên kết ngang PVC để tăng modun Tổng hợp PVC hoá dẻo nội giải pháp cho vấn đề chất hoá dẻo (DOP) di chuyển từ bên bên ngồi vật liệu[5] II.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ PVC: Trên giới Trong phần lớn thời gian thập niên 1990, sản xuất PVC lĩnh vực sản xuất không đạt lợi nhuận cao Điều khiến nhiều cơng ty đóng cửa nhà máy, rút khỏi sản xuất PVC sáp nhập với Rất nhà máy dự kiến xây dựng Tuy nhiên, nhu cầu PVC tăng mạnh vào cuối thập niên, bất chấp vấn đề môi trường Kết là, sau ảnh hưởng khủng hoảng tài châu giảm dần, nhu cầu PVC tăng lên sít với mức cung lợi nhuận tăng trở lại năm l 999 Sản lượng PVC giới năm 2006 đạt tới 32 triệu mức tăng trưởng giai đoạn 2001 – 2006 %/năm Dự kiến đến năm 2012, công suất PVC giới đạt 50 triệu tấn/năm Khu vực châu Á dự báo dẫn đầu giới với mức tăng trưởng nhu cầu bình quân hàng năm khoảng %/năm giai đoạn từ đến năm 2010 đến năm 2012 chiếm 50% tổng công suất giới, cao Trung Quốc, tiếp đến Malaysia, Việt Nam Ấn Độ Bảng sản lượng PVC giới năm1991, 2001, 2006 dự báo cho 2011 Bảng công suất PVC Châu Á – Thái Bình Dương giai đoạn 2000-2007, Trung Quốc với nhảy vọt đột biến vươn lên vị trí dẫn đầu giới Bảng : Sản lượng PVC giới Đơn vị: 1.000 TT Khu vực 1991 2001 2006 2011 Tây Âu 6.030 5.500 5.800 6.100 Trung Âu 2.440 500 700 1.000 CIS 300 800 1.700 NAFTA 6.090 6.500 7.300 7.800 Nam Mỹ 940 1.100 1.500 1.600 Châu Phi- Trung Đông 830 1.400 2.100 2.700 Châu Á-Châu Đại Dương 5.860 10.600 14.600 19.800 Cộng: 22.190 25.900 32.800 40.700 Theo: TPC Vina, CMAI Vinolit Bảng 2: Công suất nhựa PVC Châu Á-Thái Bình Dương giai đoạn 2000-2007 Đơn vị tính: 1.000 10 11 12 13 Nước 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Nhật Bản Hàn Quốc Đài Loan Trung Quốc Thái Lan Malaysia Indonesia Philippines Việt Nam Ấn Độ Pakistan Ả rập Xê ut Australia 2.685 1.180 1.535 2.665 760 97 621 102 80 791 100 324 240 2.613 1.180 1.566 2.892 795 260 621 100 80 811 100 324 240 2.540 1.240 1.679 3.265 795 260 621 100 115 775 100 324 140 2.523 1.240 1.679 4.623 795 260 621 100 200 775 100 324 140 2.448 1.240 1.698 6.000 795 271 621 106 200 775 100 394 140 2.448 1.240 1.717 8.000 795 280 621 110 200 800 100 394 140 2.448 1.240 1.717 10.000 795 280 621 110 200 1.035 100 394 140 2.448 1.240 1.717 11.200 795 280 621 110 200 1.035 100 394 140 Tổng cộng: 11.180 11.582 11.954 13.380 14.788 16.845 19.080 20.280 Theo: Harriman Report Ngành xây dựng lĩnh vực sử dụng chủ yếu sản phẩm PVC Trong lĩnh vực hàng tiêu dùng bao bì đóng gói, sản phẩm PVC dần thị phần thay sản phẩm khác thân môi trường Những yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất PVC toàn cầu là: - Sự tăng trưởng kinh tế kéo theo tăng nhu cầu PVC - Giá lượng cao làm giảm tốc độ tăng trưởng kinh tế - Các vấn đề môi trường khơng kìm hãm tăng trưởng sản xuất PVC, hạn chế việc xây dựng nhà máy PVC mới.[6] Cơ cấu sử dụng 5,3 triệu PVC nước Tây Âu sau: Cơ cấu sử dụng PVC nước Tây Âu : Ống dẫn Kết cấu xây dựng Tấm màng cứng Bọc cáp Chai lọ Màng mềm Lát sàn Các ứng dụng khác Lớp sơn lót Ống mềm 3% Sản phẩm xốp 27% 18% 10% 9% 9% 7% 6% 6% 3% 3% 2% Cộng 100% Tại Việt Nam Từ năm đầu thập kỷ 60 Việt Nam "sản xuất được" PVC Nhà máy hóa chất Việt Trì sản xuất Trong phương án sản phẩm nhà máy có 150 tấn/năm PVC chủ yếu để giải cân việc tạo HCL, cho kết hợp với axetylen từ đất đèn nhập ngoại, thành VCM trùng hợp Những bột trắng ngả hồng Nhà máy Cao su Sao vàng cán thành "nilơng" che mưa, nhà máy ăcquy Hải Phịng làm cách điện Song vừa không kinh tế, lại sản lượng nhỏ, chẳng giải vấn đề nên ngành sản xuất sớm chấm dứt, đặc biệt bước vào chiến tranh phá hoại Mỹ Trong năm thập kỉ 90 công nghiệp gia công chất dẻo nước phát triển mạnh với tốc độ tăng bình quân tới 28%/năm Năm 1990 tiêu thụ chất dẻo nước 0,5 kg/người đến năm 1996 lên tới 5,7 kg/người Toàn nhựa nguyên liệu nhập khẩu; số PVC chiếm trung bình 1/3 PVC nhập dạng: Bột PVC (PVC resin) hạt PVC (PVC compound) chứa sẵn chất hóa dẻo, chất ổn định, chất màu.[6] Năm 2000 nước tiêu thụ khoảng 150.000 bột PVC, nước sản xuất đáp ứng khoảng 40% nhu cầu phải nhập 60% từ nhiều nước giới.[7] Năm 2002, toàn ngành nhựa Việt Nam sử dụng 1.260.000 nguyên liệu nhựa, PP, PE, PVC nguyên liệu sử dụng nhiều chiếm khoảng 71,3% tổng nhu cầu nguyên liệu.[6.2] Mức tiêu thụ theo loại nguyên liệu nhựa năm 2002 sau: PP: 380.000 PVC: 180.000 PE: 340.000 Nguồn cung cấp PVC bột hạt, số bán thành phẩm PVC (tấm trải nhà, giả da) phụ gia chủ yếu chất hóa dẻo DOP nước Đông Á Đông Nam Á (Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc, Đài Loan, Thái Lan ) Bảng 3: thống kê nhập PVC: đvt triệu USD [10] Tên nước Năm 1998 Năm 1999 Hàn Quốc 11.7 7.4 16.5 6.1 Singapo 8.8 4.9 16.5 4.0 Thái Lan 12.5 12.1 21 11.3 Nhật Bản 7.7 4.8 7.9 Năm 2000 10tháng/2001 Arập xê út 0.4 0.2 Ấn Độ 2.2 0.4 Hồng Kông 2.7 Malaixia 0.2 TỔNG SỐ 53.5 0.1 41 73 36 Lượng PVC nhập tăng hàng năm: năm 1997 , riêng PVC nhập 72.000 Theo kế hoạch dự kiến Tổng công ty nhựa Việt Nam nhu cầu bột PVC chất hóa dẻo thời gian tới sau : Năm 2000 2005 2010 PVC 100.000 200.000 400.000 DOP 28.000 28.000 67.000 Các dự án sản xuất PVC theo danh mục dự án nguyên liệu bán thành phẩm nghành nhựa giai đoạn 2001–2010 (Ban hành kèm theo Quyết định số 11/2004/QĐ-BCN ngày 17 tháng 02 năm 2004 Bộ trưởng Bộ Công nghiệp) 2005 2010 Công suất Tổng vốn Công suất Tổng Tên dự án Địa điểm (tấn/n) (triệu USD) (tấn/n) vốn (triệu USD) Nhà máy sản xuất Đồng Nai 120.000 45 PVC1 mở rộng Vũng Tàu 100.000 Nhà máy sản Vũng Tàu 80 200.000 147 Bộ Công nghiệp vạch chiến lược ngành hóa dầu để đón đầu bước tiếp sau phát triển PVC: tạo etylen từ cracking nafta (hoặc khí thiên nhiên), clo hóa gặp VCM, đồng thời cung cấp 2-etyl 10 ... CHƢƠNG III: TÍNH TỐN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG CỦA CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC BẰNG PHƢƠNG PHÁP HUYỀN PHÙ 56 I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA PVC BẰNG PHƢƠNG... gian cho mẻ sản xuất 67 Năng suất mẻ sản xuất 67 Tính cân vật chất cho thiết bị phản ứng 68 Tính chi phí nguyên liệu đầu vào cho tháng sản xuất 75 III TÍNH... tài: Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất PVC tính tốn số thơng số kỹ thuật cho thiết bị phản ứng với suất 150.000 tấn/năm CHƢƠNG I: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN I GIỚI THIỆU CHUNG I.1 Lịch sử phát triển Trong công