đồ án công nghệ sản xuất nhựa PVC

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. LÊ MINH ĐỨC PHẦN I: LỜI NÓI ĐẦU Công nghiệp chất dẻo là một trong những ngành công nghiệp còn rất trẻ. Đặc biệt trong những năm gần đây, khi các nguồn nguyên liệu truyền thống như: sắt, thép, gỗ bắt đầu sắp cạn kiệt, thì các ngành công nghiệp chất dẻo trên thế giới phát triển mạnh mẽ. Sản phẩm của ngành công nghiệp chất dẻo dần dần thay thế các sản sản phẩm truyền thống. Ở các nước phát triển, ngành công nghiệp chất dẻo phát triển rất mạnh, sản phẩm đa dạng. So với các vật liệu khác như gỗ, sắt… thì vật liệu nhựa có nhiều ưu điểm như nhẹ hơn nhưng có độ bền cơ học tốt, sản phẩm đa dạng, màu sắc đẹp, giá cả phù hợp… Do vậy, vật liệu nhựa đã được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội như sản xuất hàng gia dụng (bàn, ghế, vỏ chai, ống nước…), sản xuất vỏ bọc dây điện, keo dán, sơn, dùng làm vật liệu composite, kể cả trong lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ, hàng không và đại dương. Trong đó, PVC là đại diện cho một số nhựa có tính năng tốt nhất hiện nay. I/ Lịch sử hình thành và quá trình phát triễn của nhựa PVC 1/ Quá trình hình thành PVC Polyvinyl clorua (PVC) có lịch sử phát triễn hơn 100 năm qua. Năm 1835 lần đầu tiên Henault đã tổng hợp được vinyclorua, nguyên liệu chính để tạo nên PVC. Polyvinylclorua được quan sát thấy đầu tiên 1872 bởi Baumann khi phơi ống nghiệm chứa vinylclorua dưới ánh sáng mặt trời, sản phẩm tạo ra có dạng bột màu trắng và bản chất hoá học của nó chưa được xác định. Các nghiên cứu về sự tạo thành PVC đầy đủ hơn đã được công bố vào năm 1912 do Lwan Ostromislensky (Nga) và Fritz Klattle (Đức) nghiên cứu độc lập. Tuy nhiên polymer mới này vẫn không được ứng dụng và không được quan tâm chú ý nhiều bởi tính kém ổn định, cứng và khó gia công. Cuối thế kỷ 19, các sản phẩm như axetylen và clo đang trong tình trạng khủng hoảng thừa, việc có thể sản xuất được PVC từ các nguyên này là một giải pháp hữu hiệu. Năm 1926, khi tiến sĩ Waldo Semon vô tình phát SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 1 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. LÊ MINH ĐỨC hiện ra chất hoá dẻo của PVC, đây mới là một bước đột phá đầu tiên để khắc phục nhược điểm khi gia công cho PVC, sau đó là các nghiên cứu về chất ổn định cho PVC. Đến năm 1933, nhiều dạng PVC đã được tổng hợp ở Mỹ và Đức nhưng phải đến năm 1937 PVC mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp hoàn chỉnh tại Đức và sau đó là ở Mỹ. Vào những năm tiếp theo, PVC được nghiên cứu chủ yếu không phải cấu trúc phân tử mà là cấu trúc ngoại vi phân tử, được tạo ra trong quá trình trùng hợp như: kích thước hạt, độ xốp, v.v… do các yếu tố này ảnh hưởng đến các đặc tính gia công, chế tạo của polyme. Quá trình nghiên cứu các ảnh hưởng này đã mở rộng lĩnh vực sử dụng của PVC. 2. Quá trình phát triễn của nhựa PVC a.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%. - Sản lượng PVC của thế giới được thể hiện ở biểu đồ hình tròn sau: SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 2 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. LÊ MINH ĐỨC Tiếp theo là bảng cho thấy công suất sản xuất PVC của Châu Á – Thái Bình Dương giai đoạn 2000-2007, trong đó Trung Quốc với sự nhảy vọt đột biến đã vươn lên vị trí dẫn đầu thế giới. Bảng: công suất sản xuất nhựa PVC của châu Á – Thái Bình Dương giai đoạn 2000-2007 SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 3 - Biểu đồ: sự tiêu thụ PVC trên thế giới năm 2008 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. LÊ MINH ĐỨC b.Việt Nam Năm 2002, toàn nghành nhựa Việt Nam đã sử dụng 1.260.000 tấn nguyên liệu nhựa, trong đó PP, PE, PVC là được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 71.3% tổng nhu cầu nguyên liệu. Sản lượng tiêu thụ PVC là 200.000 tấn chiếm khoảng 13.5%. Trước năm 2000, nghành nhựa của nước ta chủ yếu nhập khẩu. 10 năm trở lại đây, sản lượng nhựa của VN đã tăng trưởng nhanh và đều đặn với tộc độ trung bình là 15% năm. Bất chấp sự suy thoái kinh tế toàn cầu và biến động giá vật liệu nhựa trong năm 2008, sản lượng nhựa VN vẫn đạt 2.3 triệu tấn tăng 22% so với năm 2008. Dự kiến sản lượng tiếp tục tăng, giai đoạn 2000-2010 (đơn vị nghìn tấn) Hiện nay nước ta đã có 2 Liên doanh sản xuất bột PVC. 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 lên 100.000 tấn/năm. 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 Rịa- Vũng Tàu với tổng công ty SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 4 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. LÊ MINH ĐỨC dầu khí Petronas của Malaysia có công suất là 100.000 tấn bột PVC/năm. 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. Khả năng cung cầu PVC ở Việt Nam được thể hiện trong sơ đồ sau: Khả năng cung-cầu PVC ở Việt Nam - Tiềm năng thị trường Hiện nay, nguyên liệu chủ yếu sử dụng cho các sản phẩm vật liệu xây dựng là nhựa PVC. Sản phẩm ống nhựa rất cần cho việc đầu tư xây dựng và cải thiện cơ sở hạ tầng của đất nước, đặc biệt là các nghành như giao thông, xây dựng dân dụng, điện tử viễn thông do đó nhu cầu sản lượng PVC tăng trong những năm tiếp theo. Giá cả của nhựa PVC cũng tăng nhẹ so với mấy năm trước SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 5 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. LÊ MINH ĐỨC c. Các dự án phát triển tại Việt Nam + Dự án Tổ hợp hóa dầu miền Nam với vốn đầu tư 4.5 tỷ USD với công suất chế biến của tổ hợp là 2.7 triệu tấn nguyên liệu/năm từ nguồn khí etan trong nước, propan và naphtha nhập khẩu, hàng năm sản xuất gần 2 triệu tấn sản phẩm chính là PE, PP và VCM cho sản suất nhựa PVC. + Đối với dự án tại phường Hưng Đạo- Dương Kinh- Hải Phòng chuẩn bị hoàn thành thêm một nhà xưởng sản xuất ống PVC + Công ty Oxy- Vina tổng vốn đầu tư 109,4 triệu USD đi từ nguyên liệu VCM trùng hợp thành PVC. + Công ty Mitsui- Vina và bây giờ là TPC- Vina tổng vốn đầu tư 90 triệu USD, SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 6 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. LÊ MINH ĐỨC nguyên liệu là VCM nhập khẩu trùng hợp thành PVC, công suất 80000 tân/năm. + Công ty liên doanh Việt- Thái Plastchem tại thành phố Hồ Chí Minh có vốn đầu tư 2,99 triệu USD. +Dự án TPC- Chem Quest Việt Nam, vốn đầu tư 12 triệu USD sản xuất DOP công suất 30000 tấn/năm từ các nguyên liệu ngoại nhập. 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 là do sự hụt giá của đồng tiền các nước cung cấp nguyên liệu cho ngành nhựa Việt Nam. Hơn nữa, các nhà máy mới đi vào hoạt động, giá thành sản phẩm vẫn mang giá trị khấu hao ban đầu, nên giá thành vẫn cao hơn mức bình thường. Do vậy các dự án trên trở thành hiện thực thì trong thời gian tới giá thành sản phẩm và sản lượng PVC trong nước sẽ đáp ứng đủ cho thị trường trong nước và giá thành sẽ hạ xuống dẫn đến không còn phải nhập khẩu nguyện liệu và nhựa PVC nữa. Khi các nhà máy lọc dầu ở Dung Quất (Quảng Ngãi) và Nghi Sơn (Thanh Hoá) đi vào hoạt động sẽ là cơ hội thuận lợi cho sự phát triển 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 quyền hy vọng vào một tương lai tốt đẹp. PHẦN HAI: LÝ THUYẾT CHUNG CHƯƠNG I. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG PVC SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 7 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. LÊ MINH ĐỨC I/ Đặc điểm cấu tạo - PVC có cấu tạo phân tử mạch thẳng, rất ít nhánh. Khối lượng phân tử của Polyvinylclorua kĩ thuật từ 18.000 – 30.000 đơn vị - Cấu trúc của PVC có 2 dạng chủ yếu: Kết hợp đầu nối đuôi và đầu nối đầu Trùng hợp VC theo cơ chế gốc tự do là sự kết hợp các phân tử theo “đầu nối đuôi” thành mạch phát triển. Trong mạch phân tử, các nguyên tử Clo ở vị trí 1;3 - PVC là một polymer phân cực mạnh. Ở trạng thái không kéo căng PVC hoàn toàn vô định hình, chỉ khi nào kéo căng thật mạnh mới có khả năng định hướng một phần. - Do trong PVC có Cl nên cấu trúc thu được là hỗn hợp cả 3 loại: SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 8 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. LÊ MINH ĐỨC II.Tính chất của PVC 1.Tính chất vật lí PVC là một loại polymer vô định hình ở dạng bột màu trắng đôi khi hơi vàng nhạt. Là loại vật liệu cách điện tốt, tính mềm dẻo, dai (có mặt chất hóa dẻo), có độ bền va đập kém và dễ gia công. PVC tồn tại ở hai dạng là huyền phù và nhũ tương. SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 9 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. LÊ MINH ĐỨC PVC huyền phù có kích thước hạt lớn hơn PVC nhũ tương. Trọng lượng riêng 1.45 – 1.50 (g/cm 3 ) và chỉ số khúc xạ 1.544 • Độ hoà tan - Polymer phân tử thấp với n=300-500 tương đối dễ tan trong axeton, keton, este, xiclohexanol… Khi khối lượng phân tử trung bình cao thì PVC rất khó hoà tan (1- 10%) tan trong: dicloetan,clobenzen, tetrahidrofuran. - Ở điều kiện nguội PVC không tan trong các chất hoá dẻo nhưng ở nhịêt độ cao thì bị trương nhiều và có trường hợp lại tan. Polymer ở dạng nhũ tương có độ hoà tan kém hơn polymer huyền phù, polymer dung dịch. • Tính chất nhiệt - PVC không bền nhiệt, có nhiệt độ phân hủy nhỏ hơn nhiệt độ chảy. T g = 80 0 C và T f = 160 0 C nghĩa là dưới 80 0 C PVC ở trạng thái thuỷ tinh, từ 80 0 C đến 160 0 C ở trạng thái mềm dẻo và trên 160 0 C ở trạng thái chảy nhớt. Nhưng có một đặc điểm là trên 140 0 C PVC đã bắt đầu bị phân huỷ sinh ra HCl trước khi chảy dẻo (đốt nóng lâu ở nhiệt độ trên 100 0 C cũng vẫn bị phân huỷ), HCl thoát ra có tác dụng xúc tác làm tăng nhanh quá trình phân huỷ. Khi gia nhiệt PVC không chảy mà bị cháy. Khi xảy ra hiện tượng cháy tạo nhiều các liên kết đôi, để lâu ngày các liên kết này phản ứng khâu mạch tạo ra polymer có khối lượng phân tử rất lớn, cứng và mất tính tan trong dung môi. SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 10 - [...]... lông thú nhân tạo SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 21 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS LÊ MINH ĐỨC III.Quá trình công nghệ sản xuất PVC 1.Nguyên liệu để sản xuất PVC huyền phù a.Vinylclorua -Nguyên liệu để sản xuất PVC là vinyclorua C2H3Cl Là chất khí không màu, có mùi ete nhẹ, không tan trong nước nhưng tan trong các SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 22 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS LÊ MINH ĐỨC dung môi hữu cơ như axeton,... dụng của PVC SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 18 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS LÊ MINH ĐỨC • PVC trong ngành xây dựng : -Sử dụng nhiều và rộng rãi nhất, trong đó các loại ống dẫn và phụ kiện chiếm hơn 1/3tổng sản lượng PVC trên thế giới -Hiện nay có xu hướng làm đồ nội thất bằng ván gỗ nhựa, pvc froam picomat Các vật liệu đáp ứng được tiêu chí vật liệu xanh, tái sử dụng được, không mối mọt, dể thi công, chống... chỉnh khối lượng phân tử trung bình của polyme và polyme thu được có độ đa phân tán và độ phân nhánh thấp Các chất đó được gọi là chất điều chỉnh, thường sử dụng là CCl 4, amin Mecraptan, Tert Butyl Mecraptan SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 33 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS LÊ MINH ĐỨC 3/ Các phương pháp sản xuất PVC Để sản xuất PVC người ta có thể tiến hành nhiều phương pháp như: phương pháp trùng hợp khối,... thấp + Sản phẩm dạng khối nên khó lấy sản phẩm và khó khăn trong quá trình gia công, nghiền trộn không đồng kích thước + Để tránh hiện tượng co ngót thì trùng hợp đi từ dạng siro thay vì monomer Do vậy trùng hợp khối PVC ít dùng chiếm khoảng 8% Nếu trùng hợp PVC trong khối theo phương pháp gián đoạn và liên tục trong thiết bị Autoclavơ có chất kích SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 34 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2... của PVC chậm: PVC có tính chất làm chậm lửa cao do hàm lượng SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 11 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS LÊ MINH ĐỨC clo của nó, ngay cả trong trường hợp không có chất chống cháy Ví dụ, nhiệt độ đánh lửa của PVC là cao 455°C, và là một vật liệu với ít nguy cơ sự cố cháy vì nó không được đánh lửa dễ dàng Đối với PVC lượng nhiệt tỏa ra khi cháy thấp hơn rất nhiều so với các loại nhựa. .. Trang - 14 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 • GVHD: TS LÊ MINH ĐỨC Tính dẫn điện: Thông thường các polyme trong đó có Polyvinylclorua không có những phần tử tích điện Do vậy điện trở của polyme rất lớn (10 15 – 1018 Ωm) vì thế olyvinylclorua được dùng làm vỏ bọc dây cách - Một số tính chất của PVC cứng và PVC mềm SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 15 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS LÊ MINH ĐỨC 2.Tính chất hoá lí - PVC cứng bền... NGHỆ 2 GVHD: TS LÊ MINH ĐỨC • PVC trong kỹ thuật điện và điện tử: Chiếm gần 50% thị phần ở lĩnh vực sản xuất đồ điện Thường dùng làm dây và cáp điện Một số lĩnh vực phổ bến cần dùng PVC: -Máy điều hòa không khí, máy giặt, máy lạnh -Dụng cụ gia đình -Máy tính, đĩa mềm cho máy vi tính, bàn phím -Cáp quang, decal chịu nhiệt ứng dụng trong đồ họa -Dụng cụ đồ điện… • PVC trong sản xuất ô tô, xe máy -Sử dụng... - 28 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS LÊ MINH ĐỨC có thể sử dụng chất ức chế là hydroquinon hoặc chất làm chậm mecaptan i/ Chất chống đông Trong quá trình sản xuất nhựa PVC, ở giai đoạn hóa lỏng VCM và ở bồn chứa chất khơi mào trước khi cho vào thiết bị phản ứng ta sử dụng VCM ở 5 0C Do đó phải dùng chất chống đông trong nước để ngăn chặn nước chuyển trạng thái rắn va đập vơi cánh quạt làm hỏng cánh khuấy... khác Do đó PVC được sử dụng rộng rãi • Độ bền hoá học - PVC là một polymer bền hoá học cao làm các thùng chứa, ống dẫn hoá chất (axit, kiềm muối), khí thải… SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 12 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS LÊ MINH ĐỨC -PVC bền với tác dụng của axít HCl, axít H 2SO4, axít HNO3 loãng và dung dịch kiềm nồng độ ≈ 20% • Sự phân hủy của PVC dưới tác dụng cơ học Trong quá trình gia công, cũng như... vào ánh sáng mặt trời -PVC không độc, có nhiều tính cơ lý tốt Phụ thuộc vào phụ gia, monomer VC còn dư và sự tách thoát HCl, khối lượng phân tử của polymer cũng như mức độ đồng đều của khối lượng phân tử và phương pháp gia công -PVC chịu va đập kém, để tăng cường tính va đập cho PVC thường dùng chủ yếu các chất (MBS, ABS, EVA với tỉ lệ từ 5-15%) -Khả năng gia công không cao không thích hợp cho sản . giới. Bảng: công suất sản xuất nhựa PVC của châu Á – Thái Bình Dương giai đoạn 2000-2007 SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 3 - Biểu đồ: sự tiêu thụ PVC trên thế giới năm 2008 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD:. tổng công ty SVTH: Ung Văn Hoàng Trang - 4 - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. LÊ MINH ĐỨC dầu khí Petronas của Malaysia có công suất là 100.000 tấn bột PVC/ năm. Ngoài việc sản xuất bột PVC hai Công. đã có 2 Liên doanh sản xuất bột PVC. 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.