Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa phenol focmandehyt dạng novolac theo phương pháp gián đoạn

Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa phenol focmandehyt dạng novolac theo phương pháp gián đoạn

Mở đầu Công nghệ vật liệu ngày càng đóng vai trò quan trọng trong khoa học và

trong đời sống xã hội Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học và kỹ thuật,ngành công nghệ vật liệu nói chung và công nghệ vật liệu polyme nói riêng ngàycàng có nhiều tiến bộ vợt bậc, tạo ra nhiều loại vật liệu có tính chất u việt đợc ứngdụng rộng rãi trong khoa học và trong đời sống

Vật liệu polyme đợc sử dụng rất rộng rãi, các sản phẩm từ polyme gắn liềnvới đời sống con ngời, chúng đem lại nhiều tính chất tốt và hiệu quả kinh tế cao.Nhựa phenolic hay Phenol-Focmandehyt nói riêng là loại nhựa tổng hợp đầu tiên

đợc ứng dụng trong thơng mại Mặc dù đợc tổng hợp muộn hơn nhiều loại nhựakhác và chỉ đa vào sản xuất công nghiệp ở những năm đầu của thế kỷ 20 nhng cho

đên nay nhựa phenolic không ngừng phát triển cả về số lợng và chất lợng Sản lợngtiêu thụ nhựa phenolic hàng năm tăng lên đáng kể

Trên cơ sở đó việc: ''Thiết kế dõy chuyền sản xuất nhựa phenol-focmandehyt dạng

novolac theo phương phỏp giỏn đoạn với năng suất 360 tấn/năm'' mang tính thực

tế và cần thiết'.

CHƯƠNG I: TổNG QUAN Về NHựA PHENOLIC

1.1.lịch sử phát triển

Nhựa phenolic là sản phẩm phản ứng trùng ngng giữa phenol và Andehyt,

đợc nhà hoá học ngời đức Bayer nghiên cứu đầu tiên vào năm 1872

Vào những năm cuối thế kỷ 19 các nhà hoá học Klecberg, Tollens, Abelnghiên cứu, tuy nhiên sản phẩm của họ chỉ là nhựa không nóng chảy và không hoàtan Trong thời gian này Leaderer và Manasse đã nhận thấy O-, P-, hydroxyBenzyl acol có thể thu đợc từ phản ứng Phenol và Focmandehyt trong môi trờngkiềm trung tính Sự hình thành nhựa từ phenol va Andehyt tiếp tục đợc các nhà hoáhọc nghiên cứu trong một thời gian dài Cuối thế kỷ 19, Thus, Claus, Trainer đãtổng hợp đợc nhựa Phenol và Andehyt trong môi trờng axit HCl

Vào những năm đầu thế kỷ 20 có rất nhiều phát minh tạo ra nhựa Phenolicvới việc sử dụng các chất xúc tác khác nhau

Bulumer đã ngng tụ phenol và Focmandehyt khi có mặt các loại axit, thu

đ-ợc loại nhựa hoà tan trong rợu, đđ-ợc dùng làm vecni

Smith tạo nhựa phenolic từ phenol và Axetandehyt với HCl làm xúc tác choloại nhựa có tính chất cách điện tốt

Story cho phản ứng phenol với dung dịch Focmandehyt trong một thời giandài mà không cần xúc tác, loại nhựa thu đợc có đặc điểm đóng rắn chậm thích hợpcho sản phẩm khuôn đúc

Vào những năm 1905-1909 các nhà khoa học trên thế giới lại nghiên cứuquá trình trùng ngng của phenol với Focmandehyt Tuy nhiên sản phẩm tạo thànhcha thể sử dụng trực tiếp nh các loại nhựa thông dụng lúc đó Để cho nhựa có giátrị thơng phẩm cần có một số cải tiến kỹ thuật Tác giả đề xuất một số giải phápnhằm khắc phục những khó khăn trong quá trình gia công sản phẩm, dùng các chấtgia cờng nh bột gỗ để khắc phục tính dòn, dùng nhiệt và áp lực để giảm thời giangia công

Leo Backeland đã công bố phát minh của mình tại hội nghị hoá học Mỹvào tháng 2 năm 1909 đang ký bản quyền và đặt cho sản phẩm thơng hiệu là

Bakelit vào ngày 7/12/1909 Trong môi trờng axit tạo nhựa nhiệt dẻo Novolac khi

tỷ lệ phenol/Focmandehyt > 1, trong môi trờng kiềm tạo thành nhựa nhiệt rắnrezolic khi tỷ lệ phenol/Focmandehyt < 1 Cũng thời điểm này hãng Bakelit lần

đầu tiên đa vào sản xuất nhựa phenolic đánh dấu sự phát triển của nhựa phenoliccác năm tiếp theo

ở Nga phản ứng của phenol và Focmandehyt lần đầu tiên đợc giáo s Petrovnghiên cứu vào năm 1914 Sau đó nhiều nhà nghiên cứu khác đã quan tâm đếnphản ứng giữa phenol và Focmandehyt nh A A.Vanshid I.P.Lovsev, Voa Sergev *Năm 1953 nhựa phenol Focmandehyt đợc sản xuất nhiều nhất so vớinhững loại nhựa khác

* Năm 1954 nhựa phenolic đợc sản xuất là 20.000 tấn

* Năm 1965 sản phẩm đặt đến 65.000 tấn

* Cho đến năm 1987 nhựa phenolic đợc sản xuất là 2,3 triệu tấn

* Năm 1993 là 2,8 triệu tấn

*Năm 1998 lợng phenolic đợc sản xuất là 3,4 triệu tấn

Nh vậy tốc độ phát triển của nhựa phenolic không ngừng nâng cao

ở Việt Nam nhựa phenolic đợc sử dụng muộn hơn chủ yếu ở dạng bán sảnphẩm và nguyên liệu cho một số loại vật liệu nh: bột ép, ván ép, sợi ép, keo dán,sơn từ nhựa phenolic biến tính

- Năm 1958- 1960 Trung Tâm Nghiên Cứu Vật Liệu Polyme Trờng ĐHBK

Hà Nội đã xây lắp phân xởng sản xuất keo dán phenol Focmandehyt tại nhà máy

gỗ ép Cầu Đuống

- Năm 1975 Nam T giúp đỡ xây dựng nhà máy ván dăm ở khu công nghiệpViệt Trì

- Sau đó Miền nam có các nhà máy gỗ ép, ván dăm Đồng Nai, Sài Gòn

* Tình hình phát triển nhựa phenolic ở Việt Nam năm 2000-2003

- Giai đoạn 1: từ năm 2000-2002 xây dựng và lắp đặt 6 nhà máy sản xuấtván ép nâng công xuất lên 22.000 tấn

- Giai đoạn 2: xây dựng và đầu t chiều sâu cho 108 nhà máy chế biến lâmnghiệp

- Giai đoạn 3: xây dựng và hoàn thiện xong 108 nhà máy nâng công xuấtlên 85.000 tấn đáp ứng một phần nhu cầu trong nớc.

1.2 Nguyên liệu sản xuất

Nhựa phenolic chủ yếu đợc sản xuất bởi phenol và andehyt

• Phơng pháp Benzosulfonat:

- Gồm các giai đoạn: sulffo hoá benzen, đun sôi bay hơi Benzosulfoaxit,

đun nóng chảy với NaOH, phân giải phenol bằng axit H2SO4 và chng cất Benzenthô

- Nhợc điểm của phơng pháp này là có nhiều giai đoạn, tiêu tốn nhiều xút,axit và hiệu suất phản ứng thấp

• Phơng pháp Rasching:

- Phơng pháp này gồm hai giai đoạn

Giai đoạn 1: cho benzen tác dụng với HCl và không khí ở nhiệt độ cao200-230oC có mặt muối nhôm sắt và đồng sản phẩm thu đợc gồm có clobenzen vàpolyclobenzen

Giai đoan 2: tách rửa clobenzen và thuỷ phân trong lò tiếp xúc ở nhiệt độkhoảng 350oC với xúc tác sử dụng là SiO2, Ca3(PO4)2 rửa phenol nhận đợc bằng n-

ớc benzen, và cuối cùng đem chng cất lại

Phản ứng xẩy ra nh sau:

C6H6 + HCl +1/2O2(kk) C6H5Cl + H2O

C6H5Cl + H2O C6H5OH + HCl

Phơng pháp này sản xuất theo sơ đồ liên tục nên chỉ có lợi trong trờng hợp

có những thiết bị lớn tác dụng liên tục

• Phơng pháp oxy hoá trực tiếp benzen

Phơng pháp đợc tiến hành ở nhiệt độ khoảng 800oC, áp xuất 70 atm và

có xúc tác: HF

Sản phẩm tạo thành là một hỗn hợp gồm có phenol và oxyt diphenyl, tách riêngchúng bằng cách chng cất nhiều lần Đến nay phơng pháp này vẫn cha đợc áp dụngvào công nghiệp do hiệu suất thấp 30-60%

- Oxy hoá ở 110- 130C, với xúc tác là muối kim loại để tạo ra

Hydropeoxitcumel

Phân giải hydropeoxit bằng axit H2SO4 10% thành 76% izopropylbenzen 14%phenol 8% axeton 1% metylstyren 1% axetonphenol cùng một số sản phẩm phụkhác:

- Tiến hành chng cất phân loại phenol

Phơng pháp này đợc đề xuất ra đâu tiên ở Liên Xô và là phơng pháp tổng hợp kinh

tế nhất để điều chế phenol Đặc điểm của phơng pháp này là thiết bị đơn giản,dùng ít loại nguyên liệu và điều chế đợc đồng thời phenol và axeton, cả hai sảnphẩm này đều tổng hợp trực tiếp từ benzen và propylen mà không cần dùng nhiềuvật liệu hiếm nh xút, axít sunfuric và clo

Hiện nay đây là phơng pháp tiên tiến nhất đợc nhiều nớc trên thế giới áp dụng

• Phơng pháp clobezen:

- Đem xử lý Clobezen bằng Na2CO3 (phơng pháp cacbonat) hay xút (phơngpháp caustic) Na2CO3 10% tác dụng Clobenzen theo tỷ lệ 1,25 : 1 với sự có mặtcủa oxit diphenyl Để lắng tách phenol nhận đợc

Oxy hoá toluen bằng không khí ở nhiệt độ 120-150 C có xúc tác Co tạoaxit benzoic Phản ứng toả nhiệt mạnh và có nhiều sản phẩm phụ nh: HCOOH,

CH3COOH, C6H5CHO

+Giai đoạn 2:

Decacboxy hoá axit benzoic với xúc tác của Cu2+

Quá trình tiến hành ở áp xuất thờng, nhiệt độ 200-250oC, Cu2+ sử dụng ở dạng dung dịch 1-5%

c Một số phenol khác.

- Crezol: CH3 C6H4OH có ba đồng phân

Octo-Crezol Meta-Crezol Para-Crezol

+Trong công nghiệp, Crezol chủ yếu nhận từ sản phẩm sử lý của than đá, thannâu và gỗ Crezol tồn tại 3 đồng phân gọi là Tricrzol Để sản xuất nhựa phenolAndehyt tốt nhất là dùng m-crezol vì nó có khả năng tạo thành cấu trúc không gian

ba chiều

d Tính chất của các phenol.

CuO COOH

*

ở điều kiện thờng phenol là tinh thể màu hồng nhạt hoặc màu nâu sẫm Khi

bảo quản phenol trong không khi màu sắc thòng thay đổi từ màu hồng sang màu

đỏ vì thế nhựa phenol focmandehyt vật liệu ép và sản phẩm chứa phenol tự do dới tác dụng của không khí và ánh sáng sẽ có màu vàng hay màu da cam

Nhiệt độ sôi của phenol nguyên chất ts=182,1oC

Trọng lợng riêng của phenol d440,6=1,0596g/cm3

Tạo thành các tinh thể không màu với nhiệt độ nóng chảy là 42,3oC, nhiệt độ hoárắn là 40,5-40,9oC Tạp chất ảnh hởng rất lớn đến nhiệt độ nóng chảy của phenolchỉ cần một ít nớc hay crezol cũng làm giảm nhiệt độ nóng chảy của phenol xuống35-40,5oC

Phenol có tính độc: một lợng phenol rất nhỏ trong không khí cũng gây ngộ độcPhenol gây dị ứng da nên quá trình sử dụng cần phải lu ý không để phenol bay hơi

và tiếp xúc với da

Phenol hoà tan trong các dung môi phân cục: nh rợu, axeton

• Crezol:

Gồm có ba đồng phân, sôi ở nhiệt độ 185-205oC, trọng lợng riêng d=1,044g/cm3 (ở

15oC), dễ hoà tan trong rợu dung dịch kiềm, khó tan trong nớc

Đồng phân Hàm lợng

trong tricrezol (%)

Trọng lợng riêng (%)

Nhiệt độ sôi (%)

Nhiệt độnóng chảy (oC)

*

* OH

*

CH3OH

*

2CH4 + O2 2CO2 + 4H22CH4 CH CH +3H2

+ Focmandehyt thờng đợc sử dụng ở dạng dung dịch gọi là Focmanlin.Focmanlin chứa 33-40% thể tích focmandehyt, hay 30-37% tính theo trọng lợng +Trong công nghiệp sản xuất chất dẻo thờng dùng para-Focmandehyt hayparafoc là hỗn hợp Polyme phân tử thấp và cao của Focmandehyt có công thức(CH20)n để sản xuất nhựa phenol-Focmandehyt tinh khiết

• Các phơng pháp điều chế

∗ Ôxy hoá rợu metylic bằng ôxy không khí có bạc tham gia

Đồng thời khử hydro của rợu

Hoặc phản ứng có thể tiến hành trong chân không hoặc dới áp xuất

∗ Điều chế Focmandehyt từ metan

Nguyên liệu quan trọng nhất là metan và khí thiên nhiên chứa metan Metan đơc

điều chế từ các sản phẩm chế biến dầu mỏ và khí thiên nhiên

Các giai đoạn của quá trình

Oxy hoá metan không hoàn toàn ở 1400-1500oC xẩy ra phản ứng:

Hàm lợng của khí metan có trong khi thiên nhiên cần phải đạt tới 90- 98%.Metanol đợc tổng hợp từ hỗn hợp H2 và CO ở trên và tiến hành oxy hoá metanol ởnhiệt độ 500-600oC có mặt xúc tác thì nhận đợc Focmandehyt

* Oxy hoá etylen: cho hỗn hợp khí chứa 85% etylen và 15% oxy về thể tíchqua các chất tiếp xúc trơ nh: Đất sét nung tẩm H2BO3 hoặc H3PO4 ở 375oC hoặc đi

CH3OH + O2 CH2O + H2O

CH3OH +1/2O2 HCHO +HAg 2O +38Kcal

qua tháp chất đầy đá bọt tẩm KMnO4 hay KClO3 ở nhiệt độ lớn hơn 100 C Hiệusuất tạo thành Focmandehyt khá cao (70-80%).

+ Phong pháp chủ yếu để sản xuất Fufurol là thuỷ phân các chế phẩm trongnông nghiệp: rạ rơm , lõi ngô tiến hành thuỷ phân dới áp suất và nhiệt độ lớnhơn 100oc Ngoài ra còn điều chế bằng cách thuỷ phân gỗ hoặc than nâu

1.3.phản ứng tạo nhựa Novolac và Rezolic.

a phản ứng tạo nhựa Rezolic.

Xảy ra trong môi trờng kiềm, cơ chế nh sau.

CH CH

CH CH CHO O

OH

+ OH H O +

O

- Ion phenolat có khả năng giải toả điện tích vào vòng benzen làm cho mật

độ điện tử tại các vị trí octo và para của vòng tăng lên Các ion này sẽ phản ứng vớiformandehyt theo phơng trình

Trong môi trờng kiềm ion hydroxyl metylol phenol bền vững và các vị tríhoạt động còn lại của phenol tiếp tục phản ứng với focmandehyt để tạo ra cácmono, di, tri hydroxyl phenol

Sự tác dụng đó xẩy ra theo tốc độ giảm dần

Định hớng giữa vị trí octo và para phụ thuộc vào xúc tác đem dùng:

b ph¶n øng t¹o nhùa Novolac:

- Nhùa Novolac lµ s¶n phÈm ®a tô gi÷a phenol vµ focmandehyt trong m«i

tr-êng axit Tû lÖ phenol/Focmandehyt>1

C¬ chÕ ph¶n øng t¹o nhùa Novolac nh sau:

Ion metynol sÏ tÊn c«ng vµo vÞ trÝ giµu ®iÖn tö cña phenol:

Trong m«i trêng axit c¸c metylol phenol kh«ng bÒn chóng t¬ng t¸c víi ion

H+ t¹o ion metyl phenol:

Hoặc chúng ngng tụ với nhau tạo thành cầu nối metylen

Cấu trúc Novolac là những mạch thẳng có khối lợng phân tử không lớn lắm Phản ứng tổng quát nh sau:

(n+2)C6H5OH + (n+1)CH2O HOC6H4CH2 C6H5(OH)CH2 C6H4OH với n=4-8

1.4.Điều kiện ngng tụ

- Phản ứng giữa phenol và Focmandehyt là phản ứng đa tụ từng bậc, nhờ vậy

có thể tách và nghiên cứu sản phẩm ban đầu tơng đối ổn định Ngời ta xác địnhrằng cấu tạo hoá học của nguyên liệu, tỷ lệ phân tử giữa phenol – andehyt, môi tr-ờng có ảnh hởng quyết định đến quá trình tạo thành và tính chất của nhựa

Các điều kiện cơ bản chung nhất để hình thành nhựa nh sau:

• Điều kiện tạo nhựa Rezolic

− Nhựa Rezolic nhận đợc trong điều kiện:

Môi trờng phản ứng là môi trờng kiềm

Phenol phai có ba vi trí hoạt động

Tỷ lệ giữa phenol/Focmandehyt<1 hay gần tỷ lệ đơng lợng

1.4.1 Điều kiện ngng tụ nhựa Rezolic.

OH

2OH+

OHOH

CH2-O-CH2

−H2O

Những xúc tác thờng dùng là: NaOH, Ba(OH)2, NH4OH, và trong một số ờng hợp còn dùng Na2CO3, Na2SO4 , vv

tr-• NaOH:

+ Là xúc tác rất mạnh, chỉ dùng một lợng nhỏ (khoảng 0,1%) So với các xúctác khác thì NaOH làm cho sản phẩm đa tụ ban đầu rễ hoà tan trong môi trờngphản ứng và NaOH đợc sử dụng trong trờng hợp cần phải hãm quá trình keo tụNaOH còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình điều chế nhựa Rezolic lỏng không

có nớc

+ Nhợc điểm của xúc tác này là cần phải tiến hành trung hoà kiềm còn lạitrong nhựa Nếu còn kiềm tự do sẽ làm giảm các tính chất kỹ thuật của nhựa nh:(màu sắc, độ bền nớc, nhất là tính cách điện )

• Ba(OH)2 8H 2 O:

+ Là xúc tác yếu hơn xút lên dùng với lợng lớn hơn (1-1,5%) Ba(OH)2 rất rễ trung hoà, ví dụ có thể dùng CO2 Nếu nh còn muối Bari ở trong nhựa Rezol thì không làm giảm đi độ ổn định hoá học cũng nh tính chất cách điện của nhựa

• NH 4 OH: (thờng ở dạng amoniac 25%)

Là xúc tác phổ biến nhất để điều chế nhựa Rezolic Khuyết điểm của loạixúc tác này là làm rộp sản phẩm trong quá trình ép nóng

Tỷ lệ giữa

phenol so với

Focmandehyt

Hiệu suấtcủa nhựa sovới phenol(%)

Nhiệt độnhỏ giọttheoUbenlopoC

Tốc độ

đóng rắn ở

150oC(giây)

Độ nhớtcủa dungdịch rợu50% epoiz

Hàm lợngphenol tự

c Thành phần hoá học của các cấu tử:

- Nồng độ các cấu tử có 3 vị trí hoạt động trong phenol nguyên liệu có ý nghĩa rất lớn:

- Phenol có ba vị trí hoạt động, tham gia phản ứng với focmaldehyt rất mạnh trong quá trình ngng tụ và tạo thành nhựa rezolic có nhiệt độ đóng rắn cao hơn cả.+ m-crezol cũng giống nh phenol, nghĩa là tạo thành nhựa có nhiệt độ đóng rắn cao

- Tốc độ tạo thành nhựa rezolic của crezol cao hơn so với phenol vì nhóm -CH3 có tác dụng hoạt hoá những nguyên tử hydro bên cạnh của vòng Benzen

•Điều kiện tạo nhựa Novolac.

- Để tạo đợc nhựa Novolac thì phản ứng ngng tụ phải đợc tiến hành ở trong môi trờng axit, phenol có từ 2 đến 3 vị trí hoạt động Tỉ lệ các cấu tử ở tỷ lệ gần đ-

ơng lợng hoặc d phenol, thờng tỷ lệ phenol/focmaldehyt = 7/6 (hoặc 6/5) để đảm bảo nhựa thu đợc có những đặc tính tốt

1.4.2 Điều kiện ngng tụ nhựa novolac.

a Xúc tác:

Phản ứng đa tụ và tạo thành Novolac đợc xúc tác nhờ ion H+ Trong những trờng hợp không có xúc tác, axit focmic có trong focmalin kỹ thuật đóng vai trò là xúc tác

• Axit HCl:

− Nồng độ HCl trong môi trờng phản ứng từ 0,1 đến 0,3% (so với phenol) vìcòn chú ý đến lợng axit focmic có trong focmalin kỹ thuật PH của môi trờng phảnứng thờng từ 1,8-2,2 Phản ứng đa tụ tạo nhựa Novolac toả nhiệt có thể sôi mạnhlàm bắn hỗn hợp ra khỏi nồi phản ứng Do đó nên cho lợng axit HCl làm 2 -3 lần

− Ưu điểm của xúc tác này là trong quá trình xấy hầu hết axit HCl đợc tách

ra khỏi hỗn hợp cùng với hơi nớc Tuy nhiên có nhợc điểm là HCl ăn mòn thiết bịmạnh

• Axit H 2 SO 4

− Chỉ áp dụng cho những trờng hợp đặc biệt Tác dụng của H2SO4 kém hơn HCl Axit H2SO4ở lại trong nhựa nên sau đó phải trung hoà bằng Ba(OH)2 và Ca(OH)2

− Nhựa nhận đợc có màu sẫm hơn so với khi dùng HCl H2SO4 cũng ăn monthiết bị, thờng lấy từ 0,4-0,6%

− Luôn có mặt trong focmalin kỹ thuật nhng hàm lợng ít (~0,1%) không đủ

để đảm bảo tốc độ phản ứng cần thiết Vì vậy khi tiến hành đa tụ cần phải thêmaxit để giảm PH môi trờng (hỗn hợp phenol và focmalin) từ 3,5- 4,5 xuống 1,8-2,2 − Tóm lại axit HCl là xúc tác chủ yếu dùng để sản xuất nhựa Novolac dùnglàm bột ép, còn axit oxalic thờng dùng để sản xuất nhựa Novolac dùng cho côngnghiệp sơn

b Tỷ lệ các cấu tử:

− Tỷ lệ các cấu tử ban đầu có ảnh hởng đến quá trình tạo thành nhựa novolac hay rezolic

Bảng C thể hiện tính chất của novolac phụ thuộc vào tỷ lệ focmaldehit/phenol Trên bảng : ảnh hởng của tỷ lệ focmaldehyt/phenol đến tính chất của nhựa.

Nhiệt độnhỏ giọttheoUbenlop(oC)

Tốc độ keohoá (giây)

Độ nhớtcủa dungdịch 50%

trong cồnepoiz

c Các điều kiện đa tụ và sấy.

Quá trình điều chế nhựa novolac gồm các giai đoạn: đa tụ nhựa, tạo thành nhựa và sấy nhựa

Nếu thời gian ngng tụ kéo dài hơn thì phenol kết hợp với fomandehyt hoàn toàn hơn, trọng lợng phân tử trung bình và hiệu suất cao hơn

Bảng D: ảnh hởng của thời gian đa tụ đến tính chất của nhựa

Thời gian đa

tụ (phút)

Hiệu suất so với phenol (%)

Hàm lợng phenol tự do

độ nhớt của dung dịch 50 trong cồn epoiz

Nhiệt độ nhỏ giọt theo Ubenlop (0C)

+ Đun nóng hỗn hợp cho đến khi bắt đầu sôi

+ Cho nớc bay hơi ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp

+ Xử lý nhiệt: nâng nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của hỗn hợp

Thời gian sử lý nhiệt và nhiệt độ cuối cùng ảnh hởng đến độ nhớt, nhiệt độ chảymềm, nhiệt độ nhỏ giọt và hàm lợng phenol tự do

Sản phẩm sợi ép có các thông số cơ lý tốt, bền axit, kiềm yếu, không bền vớiaxit và kiềm mạnh Sợi ép dùng gia công các chi tiết kết cấu chịu lực, chịu nhiệt,cách điện ở điện áp thấp ứng dụng trong các nghành công nghiệp chế tạo cơ khí vàdụng cụ máy móc

1.5.4 ứng dụng làm phaolit.

Phaolit là loại chất dẻo chịu axit tốt sản xuất từ nhựa rezolic và các phụ gia.Phối liệu của hỗn hợp phaolit phụ thuộc rất nhiều vào loại nhựa rezolic và phụ gia

đem dùng

ứng dụng chủ yếu của phaolit là để làm thân tròn cỡ lớn của thiết bị, dùnglót vào thiết bị bằng gang, thép… các chi tiết sản phẩm làm từ phaolit có thể đơngiản hoặc phức tạp Phaolit đợc ứng dụng nhiều trong công nghệ hóa chất

1.5.5 Keo dán.

Cũng nh ure-focmandehyt nhựa phenol focmandehyt có ứng dụng rất quantrọng là dùng để dán các vật liệu nh: gỗ, kim loại, thủy tinh, sứ, gốm…

Keo phenol có tính kết dính cao, chịu đợc ẩm và các loại nấm Song có nhợc

điểm là màng sơn dòn, độ bền của mối dán kết cấu gỗ thấp do tác dụng thủy phâncủa xúc tác axit lên xenlulo Vì vậy nên dùng keo phenol có phối trộn với cácpolyme nhiệt dẻo

Phanh, lớp đệm mối nối (compling bining) chịu nhiệt >500oC

Dụng cụ điện dùng cho gia đình (lò nớng) dùng đến 280oC

Van bơm nớc

Chi tiết kéo chuyển động nớc

Đầu chế hòa khí

Lắp đầu xilanh của động cơ xe

Đầu nút máy chữ mạ kim loại

Độn bột đồng dẫn điện cao

Độn bột sắt, banium femte dẫn từ

đều sản phẩm không cao vì còn tùy thuộc vào các mẻ phản ứng hơn nữa phơngpháp gián đoạn còn cho năng suất thấp Trong đồ án này chọn phơng án sản xuấtnhựa Novolac theo phơng pháp gián đoạn.

*Sản xuất nhựa Novolac theo phơng pháp liên tục

+ Sản xuất nhựa Novolac theo phơng pháp này thì nguyên liệu và nhựa đợc

đa vào và lấy ra liên tục, thông qua một hệ thiết bị nối tiếp nhau Trong thời gianphản ứng nồng độ các cấu tử trong một thể tích nao đó không thay đổi theo thờigian: bao gôm quá trình liên tục từng bâc và quá trình liên tục từng dòng

+ Quá trình liên tục từng bậc: là quá trình xảy ra từng bậc trong một dẫythiết bị đặt nối tiếp nhau thành một hệ tác dụng liên tục Quá trình này có đặc điểm

là nồng độ của các cấu tử không thay đổi trong toàn bộ thể tích của thiết bị phảnứng sau khi đạt đến giá trị ổn định Sự thay đổi nồng độ của các cấu tử ban đầu vàcác sản phẩm cuối cùng, khi đó ở mỗi thiết bị phản ứng hỗn hợp phản ứng và chấtlỏng chảy ra từ thiết bị đó có thành phần đồng nhất

+ Quá trình dòng liên tục: là quá trình trong đó nồng độ của các cấu tử thay

đổi trong toàn bộ không gian phản ứng cũng giống nh quá trình liên tục từng bậc,

đối với quá trình dòng liên tục thành phần hỗn hợp phản ứng không thay đổi trongsuốt thời gian tiến hành quá trình Chế độ ổn định thiết lập chỉ có thể thay đổi bằngcách thay đổi thành phần hỗn hợp cung cấp, tốc độ dòng, nhiệt độ và áp suất Quátrình liên tục thờng tiến hành trong thiết bị hình ống

*Sản xuất nhựa Novolac theo phơng pháp gián đoạn

Theo phơng pháp này nguyên liệu từ thùng chứa đợc bơm ly tâm bơm vàothùng cao vị và chẩy vào thiết bị phản ứng chính, xúc tác cũng đợc đa trực tiếp vàothùng cao vị và chẩy vào thiết bị phản ứng chính Phơng pháp này có u điểm hệthống thiết bị sản xuất đơn giản hơn, chi phí kinh tế thấp hơn phơng pháp liên tục

và cho hiệu suất cao Nhng có nhợc điểm là năng suất không cao không tân dụng

đợc nguồn nhân lực

THUYếT Minh dây chuyền sản xuất

Quy trình sản xuất nhựa Pheno-Focmandehyt dạng Novolac theo phơngpháp gián đoạn gồm các công đoạn chủ yếu sau:

ở sơ đồ này ta dùng phơng pháp lờng trọng trên các thùng lờng này có vanxả áp

Phenol và Focmalin từ các thùng chứa 14 và 16 đợc bơm ly tâm 17 bơm lêncác thùng cao vị tơng ứng là 1 và 2, từ đó chẩy vào thiết bị phản ứng chính Xúctác đợc đa trực tiếp vào thùng cao vị, từ đó chẩy vào thiết bị phản ứng chính Khicác nguyên liệu đầu đợc đa vào thiết bị phản ứng chính dùng máy khuấy khuấy

đều thêm xúc tác đến PH yêu cầu khoảng(1,6-2,3)

Đun nóng hỗn hợp phản ứng đến 55-60oC sau đó ngừng cấp nhiệt vì nhiệt độhỗn hợp phản ứng tự tăng do phản ứng toả nhiệt Khi nhiệt độ hỗn hợp đạt 98-

110oC thì hỗn hợp bắt đầu sôi và ngừng khuấy

Thời gian phản ứng trong tháp là 4 giờ

Hỗn hợp đơc sấy bằng bơm chân không

Sau đó hỗn hợp đợc đa xuông thiết bị trống làm nguội 13 và đợc băng tảichuyển vao kho sản phẩm

CHƯƠNG II TíNH toán kỹ thuật 2.1.tính phối liệu và cân bằng vật chất.

- Sơ đồ sản xuất nhựa Novolac:

Giả thiết tổn hao qua các công đoạn nh sau:

Thời gian làm việc:

Tổng số ngày trong năm: 365 ngày

nghỉ chủ nhật: 54 ngày

nghỉ lễ, tết: 7 ngày

Nghỉ bảo dỡng: 14 ngày

Sản phẩmSấy

Lọc

Đa tụNguyên liệu

Tổng số ngày làm việc trong năm: ( 365-54-7-14)= 290 ngày

Năng suất thiết bị trong một ngày là: 1,241(tấn/ngày)

2.1.2.1 Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm.

Từ số lợng một tấn sản phẩm tính ngợc lại để biết nguyên liệu đầu cần dùng.Công đoạn đóng gói sản phẩm

Công đoạn này tổn hao 0,5% nên sản lợng cần sản xuất trớc khi đa vào công

đoạn này là:

1000.100 99,5 = 1005 (kg)

Lợng tổn hao là: 1005 -1000 = 5 (kg)

Công đoạn sấy:

Công đoạn này tổn hao 0,5% nên sản lợng trớc khi sấy là:

1010 ( kg)Lợng tổn hao là: 1010-1005 = 5 (kg)

Công đoan lọc, tách nớc:

Công đoạn này tổn hao 0,5% nên sản lợng càn thiết trớc khi vào công đoạn

5 , 99

100 1010

Lợng tổn hao là: 1015-1010 = 5 (kg)

Công đoạn đa tụ:

Công đoạn này tổn hao 1% nên sản lợng trớc khi vào công đoạn này là:

1025 , 26

99

100

100 26 ,

1025

Lợng tổn hao là: 1030,4-1025,26 = 5,14 (kg)

360290

1005.100 99,5

+ Vậy tổn hao cả quá trình bằng tổn hao của công đoạn nạp liệu + công đoạn đa

tụ + công đoạn lọc tách + công đoạn sấy + công đoạn đóng gói sản phẩm ( 0,5 +

kg

=Lợng Phenol 96% cần thiết để tạo ra 1030,4 kg nhựa Novolac là:

949 , 85 ( )

96

100 86 , 911

kg

=Lợng Focmanlin 100% cần để tạo ra 1030,4 kg nhựa Novolac la:

246 , 2 ( )

113

27 4 , 1030

kg

=Lọng Focmanlin 37% cần để tạo ra 1030,4 kg nhựa Novolac là:

665 , 4 ( ).

37

100 2 , 246

kg

=

2.1.2.1.Cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm:

Nguyên liệu Lợng vào (kg) Lợng ra (kg) Tổn hao (kg)

2.1.2.2.Bảng cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất :

2.1.2.3.Bảng cân bằng vật chất cho một năm sản xuất.

360.000 kg Nhựa novolac

Focmanlin 37% 239470,4

2.1.2.4 Tính cân bằng vật chất cho 1 mẻ 1 nồi

- Bớc chuẩn bị Thời gian

- Chuẩn bị nguyên liệu 30 phút

- Gia nhiệt cho nồi phản ứng 15 phút

- Thời gian trùng ngng 4 giờ

- Thời gian hút chân không 20 phút

- Chuẩn bị cho mẻ sau 90 phút

- Thời gian sấy và nghiền nhựa 20 phút

Thời gian sản xuất cho một mẻ là 7 giờ 10 phút ngày làm việc 2 ca mỗi ca mộtnồi phản ứng, vậy nguyên liệu dùng cho một mẻ một nồi bằng 1/2 nguyên liệudùng cho một ngày đêm

STT Tên nguyên liệu Lợng vào (kg) Lợng ra (kg)

2.2.1 Tính toán thiết bị phản ứng chính.

2.2.1.1.Tính thể tích làm việc của thiết bị phản ứng chính:

Hỗn hợp phản ứng gồm ba cấu tử: Phenol, dung dịch Focmalin, xúc tác axitHCl Thể tích hỗn hợp phản ứng tính theo công thức sau:

Vhh=

hh hh

Trong đó: ρ 1, ρ 2,…ρn là khối lợng riêng của tng cấu tử trong dung dịch.

Và a1, a2 ….an là nồng độ phần trăm khối lợng của từng cấu tử

Nhiệt độ làm việc trong tháp là 98oC

G

ρ =

1007,92 1003,59 =1,004(m3)Thể tích làm việc của thiết bị tính theo công thức:

Chọn α = 0,7, vậy thể tích làm việc của thiết bị là Vlv=1,0040, 7 = 1,434(m3)

Thể tích làm việc của thiết bị là Vlv=1,5(m3)

Chọn đờng kính thiết bị phản ứng là: 1.2 m

Diện tích thiết diện của thiết bị phản ứng là: S=π r2=3,14.[

2

2 , 1

2.2.1.2Tính toán cơ khí cho thiết bị phản ứng chính.

2.2.1.2.1.Tính chiều dày thiết bị phản ứng chính.

Môi trờng làm việc của tháp là môi trờng axit, nồng độ axit <0,1% và nhiệt

độ làm việc là 980C Chọn loại vật liệu làm thiết bị phản ứng có tính chịu axit làthép không gỉ X17H13M2T Thiết bị làm việc ở áp xuất thờng nên chế tạo theo ph-

2 + C (m) [12-Tr360]

Trong đó: ϕ: Là hệ số của thiết bị phản ứng theo phơng pháp hàn Chọn

ph-ơng pháp hàn băng tay và hồ quang điện, kỉêu hàn giáp mối 2 bên

Theo [12- Tr362] đợc ϕ= 0,95.

Dt: đờng kính của thiết bị

P: áp suất làm việc của tháp

Trong đó: nK, nC – Hệ số an toàn theo giới hạn bền và giới hạn chẩy.

σK , σC- Gới hạn bền khi keo và khi chẩy.

10

540 6

=186,92.106 N/m2

[σC]= 0 , 9

5 , 1

10

220 6

=132.106 N/m2 Chon giá trị [σ ] theo giá trị nhỏ nhất ⇒[σ ]=132.106 N/m2

• Tính C:

C=C1+C2+C3(m)

Trong đó :

C1: bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mon vật liệu của môi trờng

là môi trờng axit có nồng độ <1% và thời gian làm việc của thiết bị

Do S-C<10 chọn S=5mm.

• Kiêm tra ứng suất thử

Theo [12-Tr365] ứng suất tính theo áp suất thử phải thoả mãn điều kiện:

σ =[D t2(S(S C C).ϕ)]P O

−

− +

≤ σ1,2C

.Trong đó PO: áp suất thử tính toán

)].

( [

C S

P C S

−

− +

2.2.1.2.2.Tính đáy và nắp thiết bị

Đáy và nắp thiết bị làm cùng vật liệu với thân thiết bị Đáy đợc hàn vàothân thiết bị, đáy thiết bị có ống dẫn sản phẩm Nắp có nỗ trục cánh khuấy, cửanạp liệu, cửa ra vào vệ sinh, nắp đợc nối với thân bằng bích nồi Thiết bị làm việc ở

áp suất thờng và đặt đứng nên chọn đáy và nắp dạng elíp có gờ Chiều dày đáy vànắp tính theo công thức sau.

S= D k P P

h K

t

−

ϕ

σ ] [

8 , 3

lỗ không tăng cứng

Do đờng kính ống có ở đáy và nắp khác nhau nên phải tính hệ số k của đáy và nắp.Chọn đờng kính lỗ tháo sản phẩm và cửa nạp liệu là 150mm, cửa ra vào vệ sinh là400mm

.

C S h k

P C S h

D

b h

O b

132 6

=110.106N/m2.Vậy S=5 mm thoả mãn yêu cầu bền do đó đáy và nắp dày 5mm

Chọn loại đáy và nắp elip có gờ:

hb=250mm

BÒ mÆt trong F=1,16m chiÒu cao gê h=25mm

Chon bÝch liÒn b»ng thÐp kiÓu ch÷ I víi c¸c th«ng sè sau:[12-Tr421]

ThiÕt bÞ lµm viÖc ë ¸p suÊt P=1.106N/m2

Nh h×nh vÏ víi th«ng sè:

D 0

- Cánh khuấy trong môi trờng lỏng thờng đợc sử dụng rộng rãi trong các

ngành công nghiệp hóa chất, thực phẩm để tạo dung dịch huyền phù, để tăng cờngcác quá trình truyền nhiệt, chuyển khối và các phản ứng hóa học vv…

-Trong thực tế khi đánh giá một máy khuấy thờng chú ý đến các yếu tố sau: + Chọn cánh khuấy

+ Thời gian khuấy

+ Công tiêu tốn

+ Số vòng quay

+ Độ lớn của bề mặt truyền nhiệt

-Trong khuôn khổ đồ án nay chọn cánh khuấy dạng hình khung để tránhhiên tợng tỏa nhiệt cục bộ, làm đồng đều sản phẩm chống lắng cặn ở đáy và thànhthiết bị

∗ dM : Đờng kính cánh khuấy.

dM=(0,85ữ0,98)D, chọn dM=0,9D ⇒dM=0,9.1,2=1,08m

∗ Chiều cao cánh khuấy: h=(0,9ữ0,1)l ⇒h=0,9.1=0,9(m)

l: chiều cao mức chất lỏng cần khuấy trong thiết bị phản ứng

z : Chiều cao từ đáy thiết bị đến cánh khuấy:

ξ: hằng số phụ thuộc vào chế độ chuyển động của chất lỏng

ρhh: khối lọng riêng của hỗn hợp phản ứng.

ξM: xác định dựa vào đồ thị quan hệ ξM=f(Re)

08 , 1 8 , 0 59 , 1003

− =7,204.106 Dựa vào đồ thị quan hệ xác định đợc ξM =0,5

2 2.1.3 Tính bảo ôn thiết bị

Bảo ôn có tác dụng làm giảm bớt sự chuyền nhiệt ra ngoài môi trờng từ bề mặtthiết bị phản ứng Để đảm bảo nhiệt độ phản ứng và giảm tiêu tốn năng lợng nhvậy làm giảm lợng hơi cần thiết để đun nóng thiết bị

Quá trình chuyền nhiệt xảy ra theo sơ đồ sau

Gọi t1: Nhiệt độ của chất tải nhiệt (nhiệt độ hơi nớc bão hoà ở 120oC)

t T2: nhiệt độ bề mặt bảo ôn giáp với không khí (0C)

t T1 : nhiệt độ thành thiết bị phía trong tháp (oC)

t2: nhiệt độ của không khí (0C)

δt: chiều dàylớp vỏ áo (m)

δbo: chiều dầy lớp vỏ bảo ôn (m).

λt: hệ số truyền nhiệt của lớp vỏ áo(W/m.độ).

λbo: hệ số truyền nhiệt của lớp bảo ôn (W/m.độ).

+ Coi quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt ra môi trờng là truyền nhiệt

⇒q1=q2=q3.

Theo [12-Tr3] q1=α 1.∆t1.

α 1: hệ số cấp nhiệt của hơi đun nóng ,W/m2độ

∆t1: hiệu số nhiệt độ giữa hơi và thành trong thiết bị , oC

+ Nhiệt tải ra qua tơng đợc xác định nh sau

δ

λ . Trong đó rC: nhiệt trở của cặn, m2.độ/w

δt, δbo: chiều dày lớp áo và chiều dày lớp bảo ôn

Chon nhiệt độ môi trờng t2=25oC

Giả thiết nhiệt độ mặt ngoài lớp bảo ôn là t T2 =40oC

Bề dầy của vỏ áo là: δt=4 mm