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 TẤNNĂM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA DẦU KHÍ BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU - - ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ HÓA DẦU VÀ CHẾ BIẾN POLYME Đề tài: 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 Sinh Viên: Lê Thị Nư Giáo Viên Hướng Dẫn: Lớp : Lọc Hóa Dầu B-K53 TS.Nguyễn Thị Linh Khóa học: 2008 – 2013 Năm học: 2012 - 2013 HÀ NỘI,112 - 2012 LỜI GIỚI THIỆU Trong thời đại ngày nay, với khoa học đại, công nghệ hóa học không ngừng phát triển chiếm vị trí vô quan trọng nhiều lĩnh vực Công nghệ hợp chất cao phân tử công nghệ điển hình, tiêu biểu tốc độ phát triển phạm vi sử dụng Tuy đời có muộn ngành khác, khả ứng dụng vô 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 công 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 thông dụng ( màng bao gói, áo mưa, dép…) đặc biệt dùng để sản xuất ống chiếm tới 50% tổng sản lượng Bên cạnh nhựa Polyvinylclorua dùng để bọc dây điện, lót nền, trần nhà chi tiết thiết bị công nghiệp hóa học… Ngoài Polyvinylclorua đồng trùng hợp với cloruavinilden dùng làm sợi tổng hợp Chính mà việc tìm hiểu công 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 công nghệ sản xuất PVC tính toán số thông số kỹ thuật cho thiết bị phản ứng với suất 150.000 tấn/năm CHƯƠNG 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 công suất toàn 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, công 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 người sử dụng PVC, chúng tạo vấn đề màu sắc, độ ổn định nhiệt, độ tinh thể, ứng xử gia công tính chất học thành phẩm Nghiên cứu khuyết tật đem lại hiểu biết sâu sắc chất phản ứng phụ xảy trình trùng hợp[5] Ngoài chất phụ gia chất hoá dẻo, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn, chất độn polyme khác, có nhiều công 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 công 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 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 công 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 Tây Âu 1991 6.030 2001 5.500 2006 5.800 2011 6.100 Trung Âu CIS 2.440 500 300 700 800 1.000 1.700 NAFTA Nam Mỹ Châu Phi- Trung Đông Châu Á-Châu Đại Dương Cộng: 6.090 940 830 5.860 22.190 6.500 1.100 1.400 10.600 25.900 7.300 1.500 2.100 14.600 32.800 7.800 1.600 2.700 19.800 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 Nước 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Nhật Bản Hàn Quốc Đài Loan Trung Quố c Thái Lan Malaysia Indonesia Philippines Việt Nam 2.685 1.180 1.535 2.665 760 97 621 102 80 791 2.613 1.180 1.566 2.892 795 260 621 100 80 811 2.540 1.240 1.679 3.265 795 260 621 100 115 775 2.523 1.240 1.679 4.623 795 260 621 100 200 775 2.448 1.240 1.698 6.000 795 271 621 106 200 775 2.448 1.240 1.717 8.000 795 280 621 110 200 800 2.448 1.240 1.717 10.00 795 280 621 110 200 2.448 1.240 1.717 11.20 795 280 621 110 200 1 Ấn Độ 100 Pakistan 324 Ả rập Xê ut 240 Australia 100 324 240 100 324 140 100 324 140 100 394 140 100 394 140 Tổng cộng: 1.035 100 394 140 1.035 100 394 140 11.18 11.58 11.95 13.38 14.78 16.84 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 không 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 Cộng 27% 18% 10% 9% 9% 7% 6% 6% 3% 3% 2% 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 "nilông" che mưa, nhà máy ăcquy Hải Phòng 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 Hàn Quốc Singapo Thái Lan Nhật Bản Arập xê út Ấn Độ Hồng Kông Malaixia TỔNG SỐ Năm 1998 11.7 8.8 12.5 7.7 Năm 1999 7.4 4.9 12.1 4.8 Năm 2000 16.5 16.5 21 7.9 0.4 2.2 10tháng/2001 6.1 4.0 11.3 2.7 0.2 53.5 41 73 0.2 0.4 0.1 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 hexanol axit terephtalic Theo dự kiến vào khoảng năm 2010 có khả sản xuất từ đầu đến cuối 500.000 nhựa PVC 75.000 DOP Tương lai nghành sản xuất nhựa PVC Việt Nam khả quan.[6] Ở Việt Nam, tất nước Đông Nam Á khác (kể Đài Loan), công ngiệp sản xuất nguyên liệu cho ngành nhựa khởi đầu từ PVC Sơ đồ sau cho ta khái quát bước phát triển trình sản xuất PVC từ dầu mỏ phát triển ngành hóa dầu Việt Nam: Ngành sản xuất nhựa PVC Việt Nam bắt đầu vào năm 1998 với diện liên doanh TPC Vina (tiền thân Mitsui Vina) Cuối năm 2002, nhà máy sản xuất PVC thứ hai (Liên doanh Petronas Malaysia với Bà Rịa – Vũng Tàu) có công suất 100.000 tấn/năm bắt đầu tham gia vào thị trường Bảng 4: Lượng tiêu thụ loại nhựa PVC Việt Nam năm qua dự đoán đến năm 2011 Nhựa nói chung Năm Tổng cầu Bình quân (tấn) tiêu thụ (kg/đầu người) PVC Sản xuất Nhập nước (tấn) (tấn) Tổng Bình cầu (tấn) quân tiêu thụ (kg/đầu người) 1995 280000 3,78 58500 58500 0,81 1996 420000 5,60 65000 65000 0,89 1997 500000 6,06 74000 74000 1,00 1998 625000 8,00 12100 92000 104100 1,83 1999 780000 9,80 47600 61800 109400 1,41 2000 950000 12,20 24930 85700 110000 1,42 2001 1010000 13,00 78800 52800 131600 1,67 2002 1260000 15,60 102100 52900 155000 1,94 2003 1450000 18,70 119700 47200 166900 2,06 2004 1550000 20,10 127730 51200 178930 2,18 2005 1650000 21,00 145200 64300 209500 2,52 2006 1967000 22,00 176200 69800 246000 2,90 10 tính toán cân vật chất giúp cho ta xác định xác giá thành sản phẩm trình sản xuất để từ điều chỉnh giá thành sản phẩm cho phù hợp giúp cạnh tranh thị trường Ngoài ra, việc tính cân vật chất tính thiết bị có kích thước, trọng lượng để bố trí xây dựng nhà máy đạt độ xác, an toàn trình làm việc Thông số ban đầu Đơn phối liệu cho trình sản xuất PVC huyền phù: Căn theo đơn phối liệu sử dụng [29]: Nguyên liệu VCM 99,9% Nước Keo PVA 95% Chất khơi mào POB 96% Chất đệm Na4P2O7.10H2O 95% Chế độ làm việc nhà máy gồm có Phần khối lượng 100 phần khối lượng 150 phần khối lượng 0,05 phần khối lượng 0,1 phần khối lượng 0,04 phần khối lượng - Số ngày làm việc thực tế : 330 ngày - Hiệu suất phản ứng tạo nhựa : 90% - Độ chuyển hóa : 72% - Hao hụt nguyên liệu : 2% - Thời gian gia nhiệt cho thiết bị phản ứng (40-70 oC) : - Thời gian nạp liệu : 0,5 - Thời gian phản ứng cho mẻ : - Độ ẩm PVC sau ly tâm trước sấy : 29% - Độ ẩm PVC sau sấy : 0,3% - Nhiệt độ phản ứng : 58oC - Hỗn hợp nguyên liệu đầu vào thiết bị phản ứng có nhiệt độ : 30oC - Phản ứng tỏa nhiệt với hiệu ứng nhiệt : – 80 kJ/mol - Nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm đầu là: 80oC 63 Dùng dòng nước tản nhiệt cho phản ứng: - Nhiệt độ đầu vào nước: 40oC - Nhiệt độ đầu nước: 110oC Thành phần nguyên liệu đầu vào: Nguyên liệu đầu vào Vinylclorua mới(99,9) Vinylclorua tuần hoàn Thành phần nguyên liệu (%V) 90 10 II.1 Tính cân vật chất cho thiết bị phản ứng Thời gian cho mẻ sản xuất Trình tự bước diễn trình phản ứng sau: Quá trình Nạp liệu Gia nhiệt cho nồi phản ứng Phản ứng Tháo liệu Tổng thời gian Thời gian (phút) 30 60 360 (6 giờ) 30 480 (8 giờ) Dây chuyền sản xuất gồm thiết bị phản ứng hoạt động song song Bố trí ngày làm việc ca, ca 24 : = Như ngày ta sản xuất mẻ, với thời gian mẻ sản phẩm Năng suất mẻ sản xuất Sử dụng hệ thống nồi phản ứng hoạt động song song, thời gian mẻ sản phẩm Số ngày làm việc thực tế: 330 ngày Năng suất thiết bị phản ứng 150000 tấn/năm, suất ngày làm việc thiết bị phản ứng là: 150000 = 54 ,54 330 [tấn/ngày] Năng suất tính theo sản xuất là: 64 150000 = 18,9394 330x24 [tấn/giờ] Số ngày làm việc năm là: 24 330 = 7920 [giờ] Sử dụng hệ thống nồi trùng hợp nấu song song, thời gian mẻ sản phẩm Vậy số mẻ sản phẩm thiết bị phản ứng năm là: 7920× = 2970 [mẻ] Vậy suất mẻ sản xuất năm: 150000 = 50,505 2970 [tấn] Tính cân vật chất cho thiết bị phản ứng Tính cân vật chất cho sản phẩm giai đoạn trùng hợp 3.1 Tính lượng VCM chất khơi mào: Do độ ẩm nhựa 0,3%, lượng PVC khô sản phẩm: Hiệu suất trình trùng hợp 90%, hao hụt sản phẩm toàn trình 10%, bao gồm: tổn thất giai đoạn trùng hợp, sấy-đóng bao, ly tâm-rửa nhựa, xử lý kiềm… Lượng PVC khô thu sau trùng hợp là: Tổng lượng PVC khô hao hụt suốt trình sản xuất: 1107,78-997 = 110,78 [Kg] + Tính lượng VCM cần dùng: Lượng PVC VCM chất khởi đầu trùng hợp tạo thành Do lượng VCM tham gia vào trình chuyển hóa là: 1107.78 [Kg] Với độ chuyển hóa 72% lượng VCM ban đầu là: Lượng VCM không phản ứng (chưa tham gia vào trình chuyển hoá) là: 65 1538.583 – 1107,78 = 430,803 [Kg] Độ nguyên chất VCM 99,9% lượng VCM cần dùng là: Hao hụt nguyên liệu 2%, lượng VCM thực tế dùng là: Lượng VCM hao hụt tổn thất nguyên liệu là: 1571,554 – 1540,123 = 31,431 [Kg] Nguyên liệu VCM đầu vào: Vinylclorua (99,9%) 90 % Vinylclorua tuần hoàn 10 % Lượng VCM cần dùng cho sản phẩm là: 1571,554 x 90 = 1414,4 [Kg] 100 Lượng VCM tuần hoàn cho sản phẩm là: 1571,554 x 10 = 157,16 [Kg] 100 +Tính lượng chất khởi đầu: Lượng chất khởi đầu POB 96% cần dùng theo đơn phối liệu là: 1571,554 × 0,1 M POB = = 1,572 [Kg] 100 Với độ nguyên chất 96% lượng POB nguyên chất đưa vào: 1,572 × 100 M POB = = 1,6375 [Kg] 96 Hao hụt nguyên liệu 2%, lượng chất khơi mào cần dùng là: 1,6375 × 100 M POB = = 1,6709 [Kg] 98 Tổn hao trình chuẩn bị nguyên liệu là: M POB = 1,6709 - 1,6375 = 0.0334 [Kg] 3.2 Tính lượng chất ổn định huyền phù PVA Lượng chất ổn định 0,05% khối lượng VC: 1571,554 × 0,05 M PVA = = 0,7858 [Kg] 100 66 Với độ nguyên chất 95%, lượng PVA đưa vào: 0,7858 × 100 M PVA = = 0,8271 [Kg] 95 Hao hụt trình chuẩn bị nguyên liệu 2%, lượng chất ổn định huyền phù cần dùng là: 0,8271 × 100 M PVA = = 0,844 [Kg] 98 Tổn hao trình chuẩn bị nguyên liệu là: M PVA = 0, 844 - 0,8271= 0,0169[Kg] 3.3 Tính lượng chất điều chỉnh pH môi trường Lượng chất điều chỉnh pH môi trường 0,04% khối lượng VC: 1571,554 × 0,04 M Na4P2O7 = = 0,6286 [Kg] 100 Độ nguyên chất 95% lượng Na4P2O7.10H2O đưa vào: 0,6286 × 100 M Na4P2O7 = = 0,6617 [Kg] 95 Hao hụt nguyên liệu 2% Lượng Na4P2O7.10H2O 95% cần dùng: M Na4P2O7 = 0,6617 × 100 = 0,6752 [Kg] 98 Lượng Na4P2O7.10H2O 95% tổn hao trình lường: M Na4P2O7 = 0,6752 - 0,6617 = 0,0135 [Kg] 3.4 Tính lượng nước cất phản ứng Lượng nước cất dùng để phản ứng theo tỷ lệ: VCM/H2O = 1/1,5 Vậy lượng nước cất cần dùng là: 1571,554 1,5 = 2357,331 [kg] Ta có : Khối lượng riêng VCM 899 kg/m3 nhiệt độ phản ứng 58 oC Khối lượng riêng PVC 1400 kg/m3 Do phản ứng trùng hợp VCM thành PVC xảy gây tượng giảm thể tích nồi phản ứng 67 Độ giảm thể tích PVC tính theo công thức sau: V = M VCM x giam  1  − ρ  VCM ρ PVC   = 1571,554 x  −  = 0,656 [m3 ]   899 1400  Như ta cần phải bổ sung thêm lượng nước 0,656 m vào trình phản ứng để đảm bảo giá trị H/D không đổi (H: chiều cao cột chất lỏng thiết bị, D đường kính thiết bị) Khối lượng nước bổ sung: MH2O= Vgiảm x ρ = 0,656 x 1000 = 656 [kg] Tổng lượng nước dùng trình phản ứng Mnước = 656 + 2357,331 = 3013,331 [kg] Do hoa tổn nguyên liệu 2% nên lượng nước cần dùng cho phản ứng là: 3013,331 × 100 MH O = = 3074,483 [kg] 98 Lượng nước bao gồm: - Nước cho trực tiếp vào nồi trùng hợp - Nước pha dung dịch chất khởi đầu - Nước pha dung dịch chất ổn định huyền phù Lượng nước pha chất khởi đầu để tạo dung dịch chất khởi đầu 30%: 1,6709 x 70 = 3,899 [kg] 30 Lượng nước pha chất ổn định huyền phù để tạo dung dịch 5%: 0,844 x 95 = 16,036 [kg] Lượng nước cất cho trực tiếp vào nồi là: Mnước = 3074,483 – (3,899 + 16,036) = 3054,548 [kg] Ta có độ tinh khiết VCM 99.9%, lại 0.1% tạp chất theo nước nên khối lượng 0.1% tạp chất 1571,554 x 0,1 = 1,5716 100 Mtạp chất = [kg] Khối lượng nước Mnước = 3054,548 + 1,5716 - = 3053,12 [kg] 68 Trong kg khối lượng nước dư lại nhựa Từ số liệu tính toán ta lập bảng cân vật chất cho sản phẩm: Bảng 1: Cân vật chất cho sản phẩm công đoạn trùng hợp(kg): STT Tên nguyên liệu VC 99,9% POB 96% PVA 95% Na4P2O7.10H2O 95% Nước cất PVC Tổng Đầu vào (kg) Lượng vào Tham gia 1414,4 1107,78 1,6709 0,844 0,6752 Đầu (kg) Lượng Tổn hao 430,803 31,431 1,6375 0,0334 0,8271 0,0169 0,6617 0,0135 3054,548 4472,138 3056,12 1107,78 4597,829 0,024 61,152 110,78 203,4267 Bảng Bảng cân vật chất cho sản xuất: (Ta nhân bảng cân vật chất sản phẩm với hệ số 18,9394tấn/giờ) STT Tên nguyên liệu VC 99,9% POB 96% PVA 95% Na4P2O7.10H2O 95% Nước cất PVC Tổng Đầu vào (kg) Lượng vào Tham gia Đầu (kg) Lượng Tổn hao 26787.887 31.646 15.985 12.788 20980.68853 0 8159.150 31.013 15.665 12.532 57851.306 0.000 84699.612 56.8182 57881.079 20980.689 21037.50673 87080.128 595.284 0.633 0.320 0.256 1158.182 2098.107 3852.782 Bảng Cân vật chất cho mẻ sản xuất (Ta nhân bảng cân vật chất sản phẩm với hệ số 50,505 tấn) STT Đầu vào (kg) nguyên Lượng vào Tham gia Tên liệu VC 99,9% 71434.272 55948.4289 69 Đầu (kg) Lượng Tổn hao 21757.706 1587.423 POB 96% PVA 95% Na4P2O7.10H 2O 95% Nước cất PVC Tổng 84.389 42.626 34.101 0 82.702 41.773 33.419 1.687 0.854 0.682 154269.947 0.000 225865.335 151.515 56099.944 154349.341 55948.429 232213.369 3088.482 5594.944 10274.071 Bảng Bảng cân vật chất cho ngày sản xuât (Ta nhân bảng cân vật chất sản xuất với hệ số 24 giờ) STT Tên nguyên liệu VC 99,9% POB 96% PVA 95% Na4P2O7.10H2O 95% Nước cất PVC Tổng Đầu vào (kg) Lượng vào Tham gia Đầu (kg) Lượng Tổn hao 642909.297 759.500 383.636 306.909 195819.608 744.318 375.955 300.773 14286.823 15.182 7.682 6.136 503536.525 0.000 0.000 0.000 1388431.353 1363.637 0.000 0.000 2032790.696 504900.162 1389145.899 27796.373 503536.525 50354.562 2089923.078 92466.757 Bảng 5: Bảng cân vật chất cho tháng sản xuất (Ta nhân bảng cân vật chất ngày với hệ số 330 : 12 = 27,5 ngày) STT Đầu vào [tấn] Tên nguyên liệu Lượng vào Tham gia VC 99,9% 17680.006 13847.254 POB 96% 20.886 0.000 PVA 95% 10.550 0.000 Na4P2O7.10H2O 8.440 0.000 95% Nước cất 38181.862 37.500 PVC 0.000 0.000 Tổng 55901.744 13884.754 70 Đầu [tấn] Lượng Tổn hao 5385.039 392.888 20.469 0.418 10.339 0.211 8.271 0.169 38201.512 13847.254 57472.885 764.400 1384.750 2542.836 Bảng 6: Bảng cân vật chất cho năm sản xuất (Ta nhân bảng cân vật chất tháng với hệ số 12 tháng) STT Đầu vào [tấn] Tên nguyên liệu Lượng vào Tham gia VC 99,9% 212160.068 166167.053 POB 96% 250.635 0.000 PVA 95% 126.600 0.000 Na4P2O7.10H2O 101.280 0.000 95% Đầu [tấn] Lượng Tổn hao 64620.471 4714.652 245.625 5.010 124.065 2.535 99.255 2.025 Nước cất PVC Tổng 458418.147 166167.053 689674.616 458182.347 0.000 670820.930 450.000 0.000 166617.053 9172.803 16617.005 30514.030 Bảng 7: Tiêu hao nguyên liệu với suất thiết bị phản ứng 150000 tấn/năm: Tên nguyên liệu (kg) mẻ (kg) ngày (kg) tháng (tấn) năm (tấn) VC 99,96% 1414,4 71434.272 642909.297 17680.006 212160.068 POB 96% 1,6709 84.389 759.500 20.886 250.635 PVA 95% 0,844 42.626 383.636 10.550 126.600 Na4P2O7.10H2O 0,6752 34.101 306.909 8.440 95% Nước cất 3054,548 154269.947 1388431.353 38181.862 101.280 Tổng 670820.930 9994,453 225865.335 172318,157 71 55901.744 458182.347 Tính chi phí nguyên liệu đầu vào cho tháng sản xuất Toàn chi phí giá dùng để tính toán dựa đồng tiền Việt Nam thời điểm tháng 12 năm 2012 C ngl = S ngl × V A Trong đó: Sngl : Đơn giá nguyên liệu đồng/tấn VA : Nhu cầu sử dụng nguyên liệu năm (tấn) S ngl = S bb + S bg + S vcbq Trong đó: Sbb -Giá bán (nghìn đồng/tấn) Sbg -Chi phí tháo dỡ Svcbq -Chi vận chuyển bảo quản Tên nguyên liệu Lượng dùng Giá mua tháng (tấn) đơn vị (tấn) Chi phí (VNĐ) VCM 212160.068 14.106 2970240.952 POB 250.635 15.106 3759.525 PVA 126.600 12.106 1519.2 Na4P2O7.10H2O 101.280 6.106 607.68 Tổng 60983.721 2976127.357 Chi phí nguyên liệu VCM tháng sản xuất: 212160.068 [tấn] tương ứng với 2970240.952 [Triệu] Chi phí nguyên liệu tháng sản xuất: 2976127.357 [Triệu] III TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG POLYME - Hỗn hợp nguyên liệu đầu vào thiết bị phản ứng có nhiệt độ 30oC - Phản ứng tỏa nhiệt với hiệu ứng nhiệt – 80 kJ/mol - Nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm đầu là: 80oC Dùng dòng nước tản nhiệt cho phản ứng: - Nhiệt độ đầu vào nước: 40oC - Nhiệt độ đầu nước: 110oC Ta tiến hành xác định cân nhiệt cho thiết bị phản ứng mẻ sản xuất Nhiệt dung riêng hỗn hợp dung dịch xác định theo công thức: 72 Chh = a1.C1 + a2.C2 + a3.C3 + [13 – 189] Trong đó: C1,C2 ,C3 – Nhiệt dung riêng cấu tử, kJ/kg.độ a1, a2 ,a3 – Thành phần cấu tử, phần khối lượng, Ta tính được: 714 34 ,272 a VC M = = 0,31627 225865,335 a H2O = a PO B = 154 269,947 = 0,68302 225865,335 84,389 = 0,000374 225865,335 a Na4P3O7 = a = PVA 42,626 = 0,000151 225865,335 65,272 = 0,000189 225865,335 Nhiệt dung riêng cấu tử: CVCM = 1590 J/kg.độ CH2O = 4180 J/kg.độ CPOB = 1237,5 J/kg.độ CPVA = 1166,6 J/kg.độ CNa4P3O7 = 1355,9 J/kg.độ Do đó: Chh = 502,8693 + 2855,0236 + 0,4628 + 0,1762 + 0,2563 = 3358,7882 J/kg.độ Tính toán nhiệt tiêu hao để đun nóng hỗn hợp từ nhiệt độ đầu 30 °C lên nhiệt độ trùng hợp 80 °C Q1 = G1.Chh.(tc – td) , [J] G – Khối lượng hỗn hợp phản ứng (của nồi mẻ) G = 225865,335 [kg] td, tc – Nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối hỗn hợp, Chh – Nhiệt dung riêng hỗn hợp, Chh = 3358,7882 [J/kg.độ] 73 Từ ta có: Q1 = 225865,335 3358,7882.(80 – 30) = 37931,691.103 [kJ] Gọi Q nhiệt phản ứng toả ta có: QVCM = Qpu.GVCM , J Phản ứng tỏa nhiệt với hiệu ứng nhiệt – 80 kJ/mol, nhiệt phản ứng tỏa là: QVCM = ∆H.NVCM , J Lượng VCM tham gia phản ứng mẻ sản xuất là: 71434,272 [kg] Số mol VCM cầ dùng cho mẻ sản phẩm là: 71434,272 N VCM = = 1142,95 62,5 [kmol] Vậy nhiệt lượng phản ứng tỏa là: QVCM = ∆H.NVCM = 80 1142,95 = 91,436.103 [kJ] Tính nhiệt lượng nước cần thiết để trì nhiệt độ thiết bị phản ứng Quá trình phản ứng xảy có tỏa nhiệt lớn, ta phải dùng nước làm mát để trì nhiệt độ phản ứng 80 °C Xem mát nhiệt môi trường xung quanh nhiệt lượng mà nước nhận cần thiết để trì nhiệt độ cảu thiết bị phản ứng là: QNước = QVCM = 91,436 [kJ] Mà : QNước = GNước.CNước(tc-td) Trong đó: Gn – Lượng nước dùng mẻ, kg Cn – Nhiệt dung riêng nước, Cn = 4,18 kJ/kg.độ tnc, tnd – Nhiệt độ cuối nhiệt độ đầu nước làm mát, °C Lượng nước làm mát mẻ là: Q 91,436.103 Nuoc Gn = = = 437,493 C (t − t ) 4,180.(80 − 30) n c d [kg] Lượng nước cần dùng cho toàn nồi phản ứng là: Gn = 437,493 = 1312,48 [kg] hay 1,313[ m3] 74 KẾT LUẬN Cùng với việc phát triển công nghiệp dầu mỏ khí thiên nhiên, sản phẩm hóa chất hữu đạt phát triển nhảy vọt nhờ kết hợp (danh từ thông dụng tích hợp – intergration) nhanh chóng với công nghệ lọc dầu Sản phẩm hóa học từ dầu mỏ mở ngành mới: ngành hóa dầu Trong đó, Nhựa tổng hợp sản phẩm có sản lượng lớn giá trị Qua đồ án em tìm hiểu nhựa PVC, nắm sơ đồ công nghệ, ứng dụng tính chất PVC Đưa công nghệ sản xuất PVC, Các phương pháp sản xuất PVC từ VCM, Hiểu phương pháp trình tự sản xuất PVC, đánh giá ưu nhược điểm công ngh, Ảnh hưởng điều kiện phản ứng đến chất lượng sản phẩm…và tính toán số thông số thiết bị phản ứng sản xuất PVC Để từ tiền đề, sở để áp dụng vào nghiên cứu sau 75 Trong trình tìm hiểu đồ án em tìm thêm thông số để tính toán , nhằm cho đồ án thiết thực Đồ án nhiều thiếu sót mong Cô bạn đóng góp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Tiến Trung – Tổng luận: Chất dẻo – Tình hình triển vọng phát triển Trung tâm thông tin khoa học kĩ thuật hóa chất Hà nội – 1994 [2] Edward S Wilk – Industrial Polymer Handbook Vol WILEY – VCH Verlag GmbH 2001 p.865 – 905 [3] Leonard I Nass, Encyclopedia of PVC, Marcel Dekker, Inc., New York and Basel, 1976 [4] Bộ môn Cao phân tử – Kĩ thuật sản xuất chất dẻo – Đại học Bách Khoa Hà nội – 1970 [5] G C Berry, K Matyjaszecwki Progress in Polymer Science O VOGL, NewYork – 2002 [6] www.vinachem.com.vn/Xuất phẩm/Tạp chí Công nghiệp Hoá Chất/1998/Số 07 [7] www.vinachem.com.vn/Xuất phẩm/Tạp chí Công nghiệp Hoá 76 Chất/2003/Số 10 [8] www.industry.gov.vn [9] www.vinachem.com.vn/Xuất phẩm/Tạp chí Công nghiệp Hoá Chất/1998/Số 04 [10] Nguyễn Minh Tân – Kỷ yếu hội thảo – Triển vọng ngành nhựa Việt Nam giải pháp sách Hà Nội 14 – 12 – 2001 [11] Herman F Mark – Ecyclopedia of Polymer Science and Technology John Wiley & Sons, Inc, NewYork, 1971 [12] Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Lê Nguyễn Đương, Long Thanh Hùng, Đinh Văn Huỳnh, Nguyễn Trọng Khuông, Phan Văn Thơm, Phạm Xuân Toản, Trần Xoa – Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất – tập II Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội – 1992 [13] George Matthews, PVC: Production, Properties and Uses, The Institute of Materials, London, 1996 [15] http://dc442.4shared.com/doc/XsG7WC49/preview.html [16] Các đồ án dã thực trước 77 [...]... thiết kế để có thể khởi động và ngừng một cách dế dàng Chi phí nhân công, vốn, chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp Hiệu suất phản ứng đối với etylen và clo đạt trên 98%.[6] Quy trình sản xuất EDC bằng phản ứng clo hoá trực tiếp ở nhiệt độ cao (quy trình HTC) Đây là quy trình của Công ty EVC để sản xuất etylen điclorua (EDC) từ etylen và clo Quy trình này có hiệu quả năng lượng cao vì sử dụng nhiệt phản. .. dựng, với tổng công suất 4,7 triệu tấn VCM/ năm và 11,2 triệu tấn EDC/ năm Công suất của từng nhà máy nằm trong khoảng từ 10.000 đến 650.000 tấn VCM/ năm Mô tả quy trình: EDC được sản xuất cả ở công đoạn clo hóa bổ sung và công đoạn oxy clo hóa của quy trình ở công đoạn clo hóa bổ sung, etyl và clo phản ứng với nhau trong pha lỏng, tạo thành EDC: C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2 + nhiệt 35 b Nhiệt của phản ứng được... cacbon thường II.2 Phản ứng tạo nhựa PVC 1 Cơ cấu phản ứng Cơ cấu phản ứng tạo nhựa PVC là phản ứng trùng hợp Vinylclorua (VC) 15 VC chứa nối đôi và có momen lưỡng cực bằng 1,44 Phản ứng trùng hợp xảy ra dưới tác dụng của chất khơi mào (hoặc nhiệt độ, năng lượng hoặc tia phóng xạ) Trung tâm hoạt động nhận được có dạng gốc tự do, phản ứng trùng hợp theo cơ chế trùng hợp gốc - Cơ cấu phản ứng gồm 4 giai... thực hiện ở cả hai pha: lỏng và khí Trong pha lỏng người ta dùng chính sản phẩm của phản ứng, etylendicloetan (EDC), làm dung môi để hoà tan etylen và clo Phản ứng xảy ra ở 50-70oC và áp suất 4-5 atm Hiệu suất đạt 95-96% so với etylen Quá trình trong pha khí được tiến hành ở 90-130oC và áp suất 7-10 atm.Vì đây là phản ứng tỏa nhiệt mạnh nên việc kiểm soát nhiệt độ phản ứng để tránh xảy ra cháy nổ là... gia phản ứng trùng hợp tạo PVC CH2 CH CH2 Cl CH Cl n - Phản ứng của nguyên tử Clo 14 + Thuỷ phân Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen Tác dụng với acolat hay fenolat cho ta este VC: CH2 CH + RONa CH2 CH + NaCl OR Cl - Tạo hợp chất cơ kim + VC trong điều kiện không có không khí ở 4500C có thể bị phân huỷ tạo thành axetylen và HCl do phản ứng polyme hoá axetylen và có thể phản ứng. .. lưu về công đoạn oxy - clo hóa), VCM có độ tinh khiết cao và EDC chưa phản ứng (hồi lưu về công đoạn clo hóa và tinh chế) Quy trình sản xuất VCM này có thể được điều chỉnh "cân bằng" sao cho nhà máy chỉ sản xuất sản phẩm VCM hoặc nhà máy có thể được thiết kế để sử dụng các dòng EDC hoặc HCl nhập từ ngoài Quy trình này được tự động hóa để có thể vận hành ổn định, an toàn, với khả năng giảm năng suất khi... liệu truyền thống như gỗ, đồng và nhôm Ở Mỹ đã có cả một hiệp hội gồm hơn 100 nhà sản xuất và nhà kinh doanh ván nhân tạo từ PVC và các chất dẻo khác Họ chuyên nghiên cứu, sản xuất và cấp chứng chỉ kỹ thuật cho các loại ván sàn, vách ngăn, tấm trang trí Theo Hiệp hội này, trang trí ngoại thất cho nhà ở bằng tấm PVC là rẻ nhất Ngoài những ứng dụng trên, PVC còn dùng để làm mương máng thuỷ lợi, màng mỏng... nơi mà PVC được sử dụng nhiều và rộng rãi nhất Trong đó, các loại ống dẫn và phụ kiện chiếm đến hơn một phần ba tổng sản lượng PVC trên toàn thế giới Năm 2007, con số này là 39% trong tổng số 33,5 triệu tấn nhu cầu PVC trên thế giới Ở Việt Nam, các số liệu tương ứng là 47% của 240000 tấn (Hình 2.2 và 2.3) Hình 3.1 Các lĩnh vực ứng dụng của PVC trên thế giới Hình 3.2 Các lĩnh vực ứng dụng của PVC tại... được ứng dụng rộng rãi khác như PE, PP và PS Ưu điểm thứ hai là do clo đem lại cho PVC Đó là tính kìm hãm sự cháy Cũng chính vì đặc điểm này mà PVC gần như chiếm vị trí độc tôn trong lĩnh vực xây dựng dân dụng Về mặt ứng dụng, PVC là loại nhựa đa năng nhất Giá thành rẻ, đa dạng trong ứng dụng, nhiều tính năng vượt trội là những yếu tố giúp cho PVC trở thành vật liệu lý tưởng cho hàng loạt ngành công. .. lĩnh vực điện và điện tử: Đây chính là lĩnh vực mà nhờ nó PVC đã phát triển một cách nhanh chóng và đột phá Như trên đã nói, cách đây hơn 50 năm, người ta đã phát hiện ra PVC có những tính chất không những giống mà còn vượt trội cao su trong 28 việc bọc dây cáp điện Ngày nay, PVC chiếm gần 50% thị phần ở lĩnh vực sản xuất đồ điện và điện tử Một số lĩnh vực sản xuất phổ biến cần dùng PVC: • Máy điều ... nhà máy sản xuất nhựa Polyvinylclorua theo phương pháp huyền phù Đó lý em chọn đề tài: Tìm hiểu công nghệ sản xuất PVC tính toán số thông số kỹ thuật cho thiết bị phản ứng với suất 150.000. .. xuất phải vào số lượng dung tích thiết bị phản ứng để lựa chọn công suất cho nhà máy Hiện có nhiều nghiên cứu cải tiến công nghệ sản xuất PVC nhằm tạo sản phẩm có chất lượng ngày cao, đáp ứng ngày... đạt kết Bảng Hình 13 : Cải tiến thành thiết bị phản ứng công nghệ sản xuất PVC- S hãng Vinnoilt Bảng 2.1: Những tính ưu việt thiết bị cải tiến Các thông số kỹ thuật Cũ Mới Diện tích làm lạnh 100%