ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT NHỰA PCV THEO PHƯƠNG PHÁP NHŨ TƯƠNG.DOC

đồ áN MÔN HọC Đề Tài thiết kế: Thiết kế dây truyền sản xuất nhựa pvc theo phơng pháp nhũ tơng. Công xuất 5000 tấn/năm. 2 MụC LụC Trang Mục lục 3 Phần I: Giới thiệu chung. 4 Phần II: Nguyên liệu chính dùng trong sản xuất PVC 5 II.1.Các phơng pháp sản xuất clovinyl 5 II.1.1.Sản xuất từ HCl với axetylen 5 II.1.2.Sản xuất từ etylen qua dicloetan 6 II.2.Tính chất vật lí của clovinyl 6 Phần III: Quá trình sản xuất PVC. 8 III.1.Phản ứng trùng hợp vinylclorua 8 III.2.Các phơng pháp sản xuất PVC 10 III.2.1.Phơng pháp trùng hợp nhũ tơng. 10 III.2.2.Phơng pháp trùng hợp huyền phù 10 III.2.3.Phơng pháp trùng hợp trong dung môi. 11 III.2.4.Phơng pháp trùng hợp khối. 11 Phần IV: Quá trình sản xuất PVC. 12 IV.1.Trùng hợp theo phơng pháp gián đoạn. 12 IV.2.Trùng hợp theo phơng pháp liên tục. 15 Phần V: Cấu tạo và tính chất của nhựa PVC. 19 V.1.Cấu tạo của nhựa PVC nói chung. 19 V.2.Tính chất của PVC 19 V.3.Biến đổi hoá học của nhựa PVC. 20 Phần VI: Các loại chất dẻo PVC, tính chất và công dụng. 22 VI.1.Sản phẩm từ nhựa PVC không hoá dẻo, tính xhất và công dụng. 22 VI.3.Sản phẩm từ PVC hoá dẻo, tính chất và công dụng. 25 Kết luận 27 Tài liệu tham khảo 28 3 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 4 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 5 Phần II Nguyên vật liệu chính dùng trong sản xuất PVC. II.1.Vinylclorua.( VC ) [1] II.1.1. Các phơng pháp sản xuất clorua vinyl. Trong công nghiệp có hai phơng pháp sản xuất clorua vinyl : Từ axetylen với HCl và từ etylen qua dicloretan. II.1.1.1.Sản xuất VC từ HCl với axetylen. Theo phơng pháp này ta có thể tổng hợp ở tớng lỏng và ở tớng 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 ôxy. Clorua vinyl 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 Clorua vinyl 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 tớng hơi (không dùng axit HCl mà dùng hơi 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 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. 6 Hỗn hợp khí axetylen và HCl (có d 10 15 % HCl ) sấy sơ bộ , 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, lợng 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 (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 Clorua vinyl 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 Clorua vinyl đi ra ở đỉnh tháp. II.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 : ClC H 2 C H 2 Cl _ H Cl C H 2 C H Cl Sản phẩm tạo thành qua thiết bị ngng tụ còn dicloretan d quay trở lại thiết bị nhiệt phân. II.1.2. Tính chất của Clorua vinyl : 7 Trong kỹ thuật hiện nay có thể sản xuất Clorua vinyl nguyên chất đến 98,5 99,5% khối lợng . Về tạp chất có thể là một ít axetylen nhng không đợc có xút vì nó tạo thành axetylen dễ nổ . 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. Clorua vinyl 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. Clorua vinyl 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.2.Các chất phụ gia. [2] II.2.1.Chất nhũ hoá. Trong sản xuất 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. Bản chất và lợng chất nhũ hoá có ảnh hởng quyết định đến quá trình trùng hợp và tính chất polyme.Khi nồng độ chất nhũ hoá giảm thì tốc độ phản ứng giảm nhng thời gian trùng hợp và trọng lợng phân tử polyme tăng. Khi giảm hàm lợng chất nhũ hoá : số lợng các phân tử polyme-monome cũng giảm, tổng bề mặt của chúng đợc ổn định bằng cách phân tử xà phòng 8 nhỏ hơn nhng kích thớc của mỗi phần tử tăng lên. Tốc độ của quá trình trùng hợp bị giới hạn bởi tốc độ khuyếch tán của monome qua tổng bề mặt của các phần tử đó. Khi lợng xà phòng khá ít quá trình trùng hợp có thể xảy ra với tốc độ không đổi trong toàn bộ thời gian phản ứng . Trọng lợng phân tử polyme tăng khi giảm nồng độ chất nhũ hoá.Điều đó có thể giải thích là do có ít gốc tự do chứa trong các phân tử polyme-monome. II.2.2.Chất khởi đầu. Một số chất khởi đầu đợc sử dụng rộng rãi ở một số thời điểm nh chất khởi đầu peroxytbenzoin và azo đợc sử dụng nhng diaxetyl peroxyt hiện nay đợc sử dụng rộng rãi . Chu kì bán huỷ ở một nhiệt độ riêng là yếu tố chính quyết định chọn chất khởi đầu cho quá trình tạo hạt PVC.Khi các thiết bị phản ứng tốt nhất đợc sử dụng , hai chất khơi mào của hai quá trình khác nhau đợc chọn để đem lại hiệu quả cao nhất Khả năng tan trong nớc của chất khởi đầu có thể ảnh hởng đến hiệu suất của chúng đối với các giọt monome. Khả năng tan trong nớc cao tạo ra hệ đồng thể. Chu kỳ bán huỷ của chất khơi mào càng ngắn thì nó càng kém bền và nhiệt độ phân huỷ càng thấp, sự bền vững phụ thuộc năng lợng gốc và hình dạng vật lý.Xu hớng hiện nay là sử dụng chất khơi mào có khả năng phân bố đều trong nớc, nó có u điểm là phân bố đồng thể trong các giọt monome, cho phép thêm chúng vào bất cứ thời gian nào.Sự phân tán 25 40% là tiêu biểu , và hệ thống phải đợc thiết kế cẩn thận để đảm bảo sự phân tán đồng đều và duy trì nó một cách chính xác. Ngoài ra còn một số chất phụ gia khác nh : nớc, chất điều chỉnh pH, chất điều chỉnh khối lợng phân tử, chất điều chỉnh sức căng bề mặt, chất ổn định 9 Phần III : Quá trình sản xuất pvc III.1. Phản ứng trùng hợp Clorua vinyl : [1] Clorua vinyl trùng hợp theo cơ cấu trùng hợp gốc nghĩa là phải có chất khởi đầu và trùng hợp qua ba giai đoạn . Gọi là chất khởi đầu vì gốc của nó là đầu đoạn của mạch qua phân tử , cũng có thể là chất kích thích vì chính nó có tác dụng kích động phản ứng trùng hợp , có hai chất khởi đầu thờng dùng là : Peroxyt benzoin công thức là (C 6 H 5 COO) 2 do tác dụng của nhiệt nó bị phân giải ra các gốc nh sau: (C 6 H 5 COO) 2 2 C 6 H 5 COO C 6 H 5 COO C 6 H 5 + CO 2 Chính các gốc benzoat và gốc phenyl trên kích động phản ứng trùng hợp . Azodinitril của axit diisobutiric công thức phức tạp hơn: C H C C N C H N N C C H 3 CH 3 C N 3 3 Dới tác dụng của nhiệt độ nó phân giải ra gốc sau: C H C C N C N N C C H 3 C H 3 CN 3 3 C H C C N C 3 3 . + N 2 H H 2 Khoảng 60 80% gốc trên tham gia kích động trùng hợp còn lại bao nhiêu kết hợp với nhau thành phân tử thấp theo các phản ứng dới đây. 10 H 3 C C H 3 C CN H 3 C C H 3 C C N C C H 3 CH 3 C N H 3 C C H H 3 C N + C H 2 C CN CH 3 2 . Các gốc trên gọi là gốc hoạt động và đợc ký hiệu R cho đơn giản khi viết phản ứng trùng hợp . Quá trình trùng hợp Clorua vinyl đợc chia làm 3 giai đoạn; 1. Kích động trùng hợp : gốc hoạt động R của chất khởi đầu kích thích monomor Cloruavinyl thành gốc khởi đầu: R + CH 2 CH Cl R C H 2 CH Cl . . 2 . Phát triển mạch : Gốc khởi đầu trên tiếp tục tác dụng với monome khác và cứ thế tiếp tục kéo dài mạch trùng hợp ra: R CH 2 CH Cl + CH 2 CH Cl R CH 2 C H Cl C H 2 C H Cl . . hay tổng quát hơn : R CH 2 C H Cl CH 2 C H Cl + C H 2 CH Cl R CH 2 CH C H 2 CH Cl [ ] n n +1 [ ] . . 3. Làm đứt mạch tạo thành cao phân tử : ở đây thờng có hai kiểu đứt mạch ; - Đứt mạch kết hợp khi hai gốc kết hợp vào nhau thành một mạch cao phân tử . 11 [...]... bọc ngoài để đun nóng và làm lạnh có lắp cánh khuấy ( Hình 3 ) cloruavinyl h 2o 5 Dung dịch xúc tác Dung dịch 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 22 6 - Thiết bị thùng quay 7 Thiết bị sấy phun 8 Thiết bị keo tụ 9 Máy ly tâm 10 Thiết bị sấy chân không Quá trình tiến hành... 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 IV.1 Cơ sở của phơng pháp trùng hợp nhũ tơng [4][1] Để tiến hành trùng hợp nhũ tơng , monome phải khuếch tán đều... 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) 23 Cách 3: kết tủa nhũ tơng bằng cách cho latec có chứa nhũ tơng vào thiết bị keo tụ ( 8) , sau keo tụ cho qua thiết bị ly tâm ( 9 ) để loại bỏ hết nhũ t ơng 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... 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 21 bền kiểu... đối cao Theo định luật động học trùng hợp trong môi trờng đồng thể , độ trùng hợp tỷ lệ nghịch với vận tốc trùng hợp Nh vậy là công thức động học trong môi trờng đồng thể không ứng dụng đợc trong quá trình trùng hợp nhũ tơng.Điều đó cho phép giả thiết là cơ cấu phản ứng khởi đầu, phát triển mạch 16 và đứt mạch của trùng hợp nhũ tơng khác với trùng hợp trong môi trờng đồng thể Cơ cấu trùng hợp nhũ tơng.Trớc... 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 dùng để bọc lót các bề mặt kim loại: ngời ta dùng keo để dán bề mặt kim loại với màng PVC.Bằng phơng pháp này ngời ta không những bọc lót các thiết bị... động trùng hợp tiếp tục III.2 Các phơng pháp sản xuất PVC 12 Có thể dùng nhiều phơng pháp để trùng hợp Clorua vinyl mà chủ yếu nhất là phơng pháp trùng hợp trong môi trờng nớc , nếu chất khởi đầu tan trong nớc gọi trùng hợp nhũ tơng và nếu chất khởi đầu tan trong monome gọi trùng hợp huyền phù Dới đây là đặc điểm của từng phơng pháp ; III.2.1.Phơng pháp trùng hợp nhũ tơng : Chất khởi đầu tan trong nớc... trực tiếp để tẩm các vật liệu khác, để dán hay tách ra dới dạng bột rồi đem gia công tiếp tục IV.2.Trùng hợp theo phơng pháp gián đoạn [1] Dùng thiết bị phản ứng loại đứng dung tích vài mét khối, lót chì, có thể làm việc dới áp xuất 10 atm, có máy khuấy, có vỏ bọc ngoài để đun nóng hay làm lạnh Cũng có thể dùng loại thiết bị phản ứng kiểu nằm có thể chịu đợc áp xuất đến 15 atm, có vỏ bọc ngoài, không... đổi hoá học của nhựa PVC PVC có tính chất hoạt động hoá học khá lớn , trong các quá trình biến đổi hoá học đều có các nguyên tử clo tham gia phản ứng và thờng kéo theo cả nguyên tử hydrro ở các bon bên cạnh Có các loại phản ứng chính sau: _ Nhiệt phân huỷ: Khi đốt nóng PVC có toả ra HCl và xuất hiện hoá trị tự do Chính nhờ có hoá trị tự do nên trong mạch sẽ xuất hiện nối đôI ( 1) , sẽ có liên kết nối... khô.Năng suất của thiết bị khoảng 25kg polyme tính với 1mét khối dung tích trong 1 giờ Hỗn hợp sau phản ứng ở dạng keo giống dạng latec do đó thờng là latec tổng hợp 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 . đồ áN MÔN HọC Đề Tài thiết kế: Thiết kế dây truyền sản xuất nhựa pvc theo phơng pháp nhũ tơng. Công xuất 5000 tấn/năm. 2 MụC LụC Trang Mục lục 3 Phần. chung. 4 Phần II: Nguyên liệu chính dùng trong sản xuất PVC 5 II.1.Các phơng pháp sản xuất clovinyl 5 II.1.1 .Sản xuất từ HCl với axetylen 5 II.1.2 .Sản xuất từ etylen qua dicloetan 6 II.2.Tính chất. III.2.3.Phơng pháp trùng hợp trong dung môi. 11 III.2.4.Phơng pháp trùng hợp khối. 11 Phần IV: Quá trình sản xuất PVC. 12 IV.1.Trùng hợp theo phơng pháp gián đoạn. 12 IV.2.Trùng hợp theo phơng pháp liên