ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI THIẾT KẾ: Thiết kế dây truyền sản xuất nhựa PVC theo phƣơng pháp nhũ tƣơng Công xuất 5000 tấn/năm MỤC LỤC Trang Mục lục Phần I: Giới thiệu chung Nguyên liệu dùng sản xuất PVC II.1.Các phương pháp sản xuất clovinyl II.1.1.Sản xuất từ HCl với axetylen II.1.2.Sản xuất từ etylen qua dicloetan II.2.Tính chất vật lí clovinyl 5 6 Quá trình sản xuất PVC III.1.Phản ứng trùng hợp vinylclorua III.2.Các phương pháp sản xuất PVC III.2.1.Phương pháp trùng hợp nhũ tương III.2.2.Phương pháp trùng hợp huyền phù III.2.3.Phương pháp trùng hợp dung môi III.2.4.Phương pháp trùng hợp khối 8 10 10 10 11 11 Quá trình sản xuất PVC IV.1.Trùng hợp theo phương pháp gián đoạn IV.2.Trùng hợp theo phương pháp liên tục 12 12 15 Cấu tạo tính chất nhựa PVC V.1.Cấu tạo nhựa PVC nói chung V.2.Tính chất PVC V.3.Biến đổi hoá học nhựa PVC 19 19 19 20 Phần II: Phần III: Phần IV: Phần V: Phần VI: dụng Các loại chất dẻo PVC, tính chất công dụng 22 VI.1.Sản phẩm từ nhựa PVC không hoá dẻo, tính xhất công 22 VI.3.Sản phẩm từ PVC hoá dẻo, tính chất công dụng Kết luận Tài liệu tham khảo 25 27 28 PHẦNI: GIỚI THIỆU CHUNG [1][3] Công nghiệp chất cao phân tử , đặc biệt chất dẻo non trẻ phát triển nhanh chóng Đó nhờ chất dẻo có nhiều tính chất đặc biệt đáp ứng yêu cầu ngày cao khoa học kỹ thuật đời sống hàng ngày Không nguồn nguyên liệu để sản xuất chất dẻo tương đối dồi dào: than đá, dầu mỏ khí thiên nhiên phế phẩm nông lâm nghiệp Chất dẻo lại dễ gia công kim loại nhiều, gia công nhanh chóng lại tiết kiệm Ở nước công nghiệp hoá học phát triển, chất dẻo có khắp ngành kinh tế quốc dân sinh hoạt hàng ngày Theo dự báo chuyên gia marketing lĩnh vực công nghiệp hoá chất , thị trường nhựa năm gần ngày phát triển mạnh Nhu cầu nhựa PVC nước khu vực Châu Á - Thái Bình Dương đặc biệt Trung Quốc, Ấn Độ yếu tố chủ yếu làm tăng nhu cầu thị trường PVC.Theo dự báo năm tới sản xuất nhựa PVC chỗ không đủ đáp ứng cho thị trường Nhịp độ tăng nhu cầu PVC giai đoạn từ năm 1991 – 1997 tăng 5,4% năm.Tổng nhu cầu giới vào năm 1997 24 triệu Theo đánh giá hiệp hội nhựa năm 1991 – 1997, năm 80 nhu cầu PVC bình quân theo đầu người nước phát triển tăng mạnh so với nước công nghiệp Vì việc tăng bình quân đầu người sản phẩm dẫn đến việc tăng tổng mức sử dụng nhóm nước Tính trung bình hàng năm, mức tăng bình quân nước khu vực Châu Á Thái Bình Dương ( đến năm 1997 6,2% mức tăng sản xuất nhựa PVC toàn giới giai đoạn 1991 – 1997 3,4 triệu Ở nước ta năm gần ngành gia công chất dẻo có bước phát triển mạnh Điều thể cụ thể mức nhập nguyên liệu vào thị trường Việt Nam năm 1992 đạt 100.000 tấn, tăng 100% so với năm 1990 33,3% so với năm 1991 Bình quân chất dẻo nước ta đạt 1,5kg/đầu người.Tuy nhiên so với giới số nhỏ bé song đánh dấu cố gắng vượt bậc nhà sản xuất, kinh doanh chất dẻo nước ta.Hiện có nhiều công ty có dự án trao đổi với ngành chất dẻo Việt Nam xây dựng nhà máy PVC với công xuất 100.000 tấn/năm như: Nhật, Nam Triều Tiên, Pháp, Thái Lan ….Do vật liệu PVC ngày phát triển đổi công nghệ tăng nhanh hiệu suất chất lượng… PHẦN II NGUYÊN VẬT LIỆU CHÍNH DÙNG TRONG SẢN XUẤT PVC II.1.Vinylclorua.( VC ) [1] II.1.1 Các phƣơng pháp sản xuất clorua vinyl Trong công nghiệp có hai phương pháp sản xuất clorua vinyl : Từ axetylen với HCl từ etylen qua dicloretan II.1.1.1.Sản xuất VC từ HCl với axetylen Theo phương pháp ta tổng hợp tướng lỏng tướng theo phản ứng sau: C2H2 + HCl CH2 = CHCl + 477 cal Tổng hợp theo pha lỏng xục axetylen vào dung dịch axit HCl đậm đặc với xúc tác (Cu2Cl2 NH4Cl).Muốn tăng tính hoạt động xúc tác cho thêm CuCl2 dạng bột CaCl2 Phản ứng tiến hành nhiệt độ 200C – 250C môi trường khí nitơ, ôxy Clorua vinyl tạo thành thoát khỏi hệ thống phản ứng với axetylen nước Thoạt tiên dùng máy làm lạnh thường để ngưng tụ nước sang máy làm lạnh thâm độ(-600C) để ngưng tụ Clorua vinyl axetylen quay trở lại thiết bị phản ứng Quá trình phản ứng không liên tục, phải bổ sung HCl axetylen vào Muốn Clorua vinyl thật nguyên chất ta cần phải dùng thêm thép tinh luyện để tách axetylen hòa tan Clorua vinyl Nếu tổng hợp thể tướng (không dùng axit HCl mà dùng HCl ) tiến hành trình liên tục, phải nhiệt độ cao 1400C - 2000C Xúc tác than hoạt tính ngấm dung dịch clorua thủy ngân hay clorua bari nước sấy cẩn thận Tỷ lệ chất đỡ (than hoạt tính) xúc tác (clorua thủy ngân) 12:1 Hỗn hợp khí axetylen HCl (có dư 10 – 15 % HCl ) sấy sơ , qua ống đốt nóng 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, lượng xúc tác nhiệt độ ; tốc độ chậm nhiệt độ cao hiệu suất lớn Hỗn hợp khí sau phản ứng (Clorua vinyl ; dicloretan ; axetylen; HCl) đưa qua thiết bị làm lạnh đến -400C để ngưng Clorua vinyl hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao C2H2 HCl quay trở lại thiết bị tổng hợp dùng nước lạnh để hấp thụ để tách HCl riêng Muốn tách Clorua vinyl khỏi hỗn hợp sản phẩm lỏng dùng phương tháp chưng cất để tập trung hợp chất có nhiệt độ cao đáy tháp Clorua vinyl đỉnh tháp II.1.1.2 Sản xuất từ etylen qua dicloretan : Cũng dùng hai phương pháp: Tác dụng dicloretan với dung dịch kiềm rượu nhiệt phân dicloretan có xúc tác nhiệt độ cao Phản ứng tạo thành Clorua vinyl theo phương pháp : C2H4 + Cl2 ClCH2 - CH2Cl CH2Cl - CH2Cl + NaOH CH2 = CHCl + NaCl + H2O Thành phần nguyên vật liệu sau : phần dicloretan 0,5 phần NaOH 0,5 phần rượu , nên dùng dư rượu dư kiềm tạo axetylen Sản phẩm phụ phản ứng axetylenglicon Khuyết điểm phương pháp tốn nhiều NaOH , Rượu thiết bị to Do dó dùng phương pháp thứ hai nhiệt phân dicloretan 2400 – 3500C thiết bị thép hay sứ có chứa than hoạt tính : ClCH CH Cl _ H Cl CH 2 CH Cl Sản phẩm tạo thành qua thiết bị ngưng tụ dicloretan dư quay trở lại thiết bị nhiệt phân II.1.2 Tính chất Clorua vinyl : Trong kỹ thuật sản xuất Clorua vinyl nguyên chất đến 98,5 – 99,5% khối lượng Về tạp chất axetylen xút tạo thành axetylen dễ nổ Clorua vinyl nhiệt độ áp suất thường khí không màu , mùi giống ete, sôi -13,90C 0,10 C , nóng chảy nhiệt độ -157,70C 0,10C , tỷ trọng -12,960C 0,9692 g/cm3 Clorua vinyl hoà tan dung môi thường axetylen , rượu etylic , cacbua hydro thơm thẳng Clorua vinyl bảo quản chuyên trở bình thép chịu áp suất Van phận tiếp xúc với Clorua vinyl không chế tạo từ hợp kim đồng Cl- dễ tạo phức với Cu2+ gây ăn mòn thiết bị Clorua vinyl bảo quản nhiệt độ thấp ( - 400C thấp ) trường hợp chất ổn định oxy áp suất khí nitơ bảo quản nhiệt độ thường Thường thêm vào Clorua vinyl chất giảm tốc 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 phương pháp nhũ tương chất nhũ hoá chất phụ gia quan trọng định tính chất cấu trúc đặc tính … PVC Chất nhũ hoá thường sử dụng trùng hợp (PVC) muối axit isobutylmonophtanat , muối natri axit chế tạo cách oxy hoá paraphin tổng hợp có số nguyên tử bon từ C12 đến C18 Lượng chất nhũ hoá khoảng 0,1 đến 0,5% trọng lượng clovinyl, lượng chất nhũ háo tăng hạt polyme phân tán nhiều Bản chất lượng chất nhũ hoá có ảnh hưởng định đến trình trùng hợp tính chất polyme.Khi nồng độ chất nhũ hoá giảm tốc độ phản ứng giảm thời gian trùng hợp trọng lượng phân tử polyme tăng Khi giảm hàm lượng chất nhũ hoá : số lượng phân tử polyme-monome giảm, tổng bề mặt chúng ổn định cách phân tử xà phòng nhỏ kích thước phần tử tăng lên Tốc độ trình trùng hợp bị giới hạn tốc độ khuyếch tán monome qua tổng bề mặt phần tử Khi lượng xà phòng trình trùng hợp xảy với tốc độ không đổi toàn thời gian phản ứng Trọng lượng phân tử polyme tăng giảm nồng độ chất nhũ hoá.Điều giải thích có gốc tự chứa phân tử polyme-monome II.2.2.Chất khởi đầu Một số chất khởi đầu sử dụng rộng rãi số thời điểm chất khởi đầu peroxytbenzoin azo sử dụng diaxetyl peroxyt sử dụng rộng rãi Chu kì bán huỷ nhiệt độ riêng yếu tố định chọn chất khởi đầu cho trình tạo hạt PVC.Khi thiết bị phản ứng tốt sử dụng , hai chất khơi mào hai trình khác chọn để đem lại hiệu cao Khả tan nước chất khởi đầu ảnh hưởng đến hiệu suất chúng giọt monome Khả tan nước cao tạo hệ đồng thể Chu kỳ bán huỷ chất khơi mào ngắn bền nhiệt độ phân huỷ thấp, bền vững phụ thuộc lượng gốc hình dạng vật lý.Xu hướng sử dụng chất khơi mào có khả phân bố nước, có ưu điểm phân bố đồng thể giọt monome, cho phép thêm chúng vào thời gian nào.Sự phân tán 25 – 40% tiêu biểu , hệ thống phải thiết kế cẩn thận để đảm bảo phân tán đồng trì cách xác Ngoài số chất phụ gia khác : nước, chất điều chỉnh pH, chất điều chỉnh khối lượng phân tử, chất điều chỉnh sức căng bề mặt, chất ổn định… PHẦN III : QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT PVC III.1 Phản ứng trùng hợp Clorua vinyl : [1] Clorua vinyl trùng hợp theo cấu trùng hợp gốc nghĩa phải có chất khởi đầu trùng hợp qua ba giai đoạn Gọi chất khởi đầu gốc đầu đoạn mạch qua phân tử , chất kích thích có tác dụng kích động phản ứng trùng hợp , có hai chất khởi đầu thường dùng : Peroxyt benzoin công thức (C6H5COO)2 tác dụng nhiệt bị phân giải gốc sau: (C6H5COO)2 C6H5COO• C6H5COO• C6H5• + CO2 Chính gốc benzoat gốc phenyl kích động phản ứng trùng hợp Azodinitril axit diisobutiric công thức phức tạp hơn: CH3 CH C N N C H3C CH CN CN Dưới tác dụng nhiệt độ phân giải gốc sau: CH3 CH CH C N N C CH H3C CN C H 3C CN CN 10 + N Khoảng 60 – 80% gốc tham gia kích động trùng hợp lại kết hợp với thành phân tử thấp theo phản ứng H 3C HC C HC CH C C CN CN HC CH3 CN H3C + CH H C CH CH CN CN Các gốc gọi gốc hoạt động ký hiệu R• cho đơn giản viết phản ứng trùng hợp Quá trình trùng hợp Clorua vinyl chia làm giai đoạn; Kích động trùng hợp : gốc hoạt động R• chất khởi đầu kích thích monomor Cloruavinyl thành gốc khởi đầu: R + CH CH CH R CH Cl Cl Phát triển mạch : Gốc khởi đầu tiếp tục tác dụng với monome khác tiếp tục kéo dài mạch trùng hợp ra: R CH CH + CH Cl CH R CH CH CH Cl Cl C H Cl hay tổng quát : R [ CH2 CH Cl ]n CH C H + CH Cl CH Cl 11 R [ CH CH ] CH n +1 CH Cl