Chất hoạt động bề mặt Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN

Chất hoạt động bề mặt Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN Chất hoạt động bề mặt Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN Chất hoạt động bề mặt Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN Chất hoạt động bề mặt Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN

Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Chương 1: Tổng Quan Về Chất Hoạt Động Bề Mặt Khái niêm 1.1 Khái niệm Chất hoạt động bề mặt (tiếng Anh: Surfactant, Surface active agent) chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng Là chất mà phân tử phân cực: đầu ưa nước đuôi kị nước [1] 1.2 Sự hình thành micelle Chất hoạt động bề mặt dùng giảm sức căng bề mặt chất lỏng cách làm giảm sức căng bề mặt bề mặt tiếp xúc (interface)của hai chất lỏng Nếu có nhiều hai chất lỏng không hòa tan chất hoạt hóa bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc hai chất lỏng Khi hòa chất hoạt hóa bề mặt vào chất lỏng phân tử chất hoạt hóa bề mặt có xu hướng tạo đám (micelle, dịch mixen) Nếu chất lỏng nước phân tử chụm đuôi kị nước lại với quay đầu ưa nước tạo nên hình dạng khác hình cầu (0 chiều), hình trụ (1 chiều), màng (2 chiều) Tính ưa, kị nước chất hoạt hóa bề mặt đặc trưng thông số độ cân ưa kị nước (tiếng Anh: Hydrophilic Lipophilic Balance-HLB), giá trị từ đến 40 HLB cao hóa chất dễ hòa tan nước, HLB thấp hóa chất dễ hòa tan dung môi không phân cực dầu [1] P a g e | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Phân loại ứng dụng 2.1 Phân loại Có nhiều cách phân loại chất hoạt động bề mặt cách phân loại theo cấu tạo hóa học hợp lý Phân loại theo cấu tạo hóa học chia chất hoạt động bề mặt làm loại: chất sinh ion chất không sinh ion Chất sinh ion chia làm ba loại: hoạt tính anion, hoạt tính caction lưỡng tính 2.1.1 Chất hoạt động bề mặt không sinh ion (NI) Các chất tẩy rửa hòa tan vào nước không phân ly thành ion gọi chất tẩy rửa không sinh ion NI có khả hoạt động bề mặt không cao Êm dịu với da, lấy dầu Làm bền bọt, tạo nhũ tốt Có khả phân giải sinh học Ít chịu ảnh hưởng nước cứng pH môi trường, nhiên có khả tạo phức với số ion kim loại nặng nước Hiện để tổng hợp chúng, phương pháp dùng phổ biến trình etoxy hóa từ rượu béo với oxyt etylen Công thức chung: R-O-(CH2-CH2-O-)nH Các rượu béo có nguồn gốc thiên nhiên dầu thực vật, mỡ động vật thông qua phản ứng H2 hóa axit béo tương ứng Hoặc đường từ rượu tổng hợp: cách cho olefin-1 phản ứng với H2SO4, thủy phân (thu rượu bậc 2) Trong thương mại, loại có tên gọi: tecitol 15-s-7, union caride 15-s-9 Chất hoạt động bề mặt không sinh ion phân loại thành dạng sau: Copolimer có công thức chung: HO-(OE)n-(OP)m-(OE)n-H, HO(OP)n-(OE)m-(EP)n-H Tỷ số PO/OE thay đổi: - - Trọng lượng phân tử thấp nhất: 2000đvC, thông dụng loại n = m P a g e | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên = 30, chúng tạo bọt nên dùng phổ biến sản phẩm tẩy rửa chuyên dùng cho máy: máy rửa chén, máy giặt, không gây hại cho môi trường, độc tính yếu Tuy nhiên dùng lượng không lớn khả phân hủy sinh học chậm Các oxit amin, ankyl amin, rượu amit, polyglycerol ete, polyglucosit (APG) Nhóm có tính chất trội ổn định với chất tẩy có clo, nước javel, chất oxy hóa thường dùng làm tác nhân nền, tăng tính ổn định bọt, làm sệt, tạo ánh ánh xà cừ cho sản phẩm đặc biệt dễ bị phân hủy sinh học, oxit amin, ankyl amin, ankylmonoetanolamit, polyglycerol ete, ankyl polyglucosit (APG), sunfonat Betain, ankylaminopropylsunfo betain, betain etoxy hóa 2.1.2 Chất hoạt động bề mặt anion Chất hoạt động bề mặt mà hòa tan vào nước phân ly ion hoạt động bề mặt âm, chiếm phần lớn kích thước toàn phân tử mạch Hidrocacbon dài, ion thứ hai tính hoạt động bề mặt Đó chất hoạt động bề mặt anion Có khả hoạt động bề mặt mạnh so với loại khác Làm tác động tẩy rửa phối liệu Khả lấy dầu cao Tạo bọt to bền Bị thụ động hóa hay khả tẩy rửa nước cứng, cứng tạm thời, ion kim loại nặng (Fe3+, Cu2+ ) Chất hoạt động bề mặt anion đa dạng từ lâu người biết sử dụng công việc giặt giũ Chia làm hai loại chính: Có nguồn gốc thiên nhiên: Đó sản phẩm từ phản ứng xà phòng hóa estec axit béo với glyxerin (dầu cọ, dầu dừa, dầu nành, dầu lạc, dầu cao su mỡ heo, mỡ cừu, mỡ bò, mỡ hải cẩu, mỡ cá voi ) Có nguồn gốc từ dầu mỏ: Thông qua phản ứng ankyl hóa, sunfo hóa dẫn xuất anlkyl, aryl, ankylbenzen sunfonic 2.1.3 Chất hoạt động bề mặt cation Chất hoạt động bề mặt mà hòa tan vào nước phân ly ion hoạt động bề mặt dương, chiếm phần lớn kích thước toàn phân tử mạch Hidrocacbon dài, ion thứ hai tính hoạt động bề mặt Có khả hoạt động bề mặt không cao Chất hoạt động bề mặt cation có nhóm nước ion dương, ion dương thông thường dẫn xuất muối amin bậc bốn clo P a g e | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Êm dịu với da, tẩy dầu ít, không dùng với mục đích tạo bọt Làm bền bọt, tạo nhũ tốt Có khả phân giải sinh học kém, người ta dùng clorua ditearyl diamin amoni bậc bốn khả phân giải sinh học tốt Tương lai thị trường, có cation dạng nhóm chức este dễ phân giải sinh học cho môi trường, giảm khả gây dị ứng sử dụng Chủ yếu làm triệt tiêu tĩnh điện cho tóc, vải sợi nên lượng dùng 2.1.4 Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính Những chất hoạt động bề mặt mà tùy theo môi trường axit hay bazo mà có hoạt tính cation với axit hay anion với bazo, hay nói cách khác chất hoạt động bề mặt có nhóm lưỡng cực vừa tích điện âm vừa tích điện dương (amin, este) Có khả hoạt động bề mặt không cao, Ở pH thấp chúng chất hoạt động bề mặt cationic anionic pH cao Có khả phân hủy sinh học Lượng dùng khoảng 0,2% -1% sản phẩm tẩy rửa Phân loại: Trong nhóm chất hoạt động bề mặt lưỡng tính, dẫn xuất từ betain sử dụng rộng rãi Chúng gồm nhóm sau: Ankylamino propyl betain Khi R gốc lauryl có tính tẩy rửa tốt, khả tạo bọt mạnh, không khô da, dịu cho da thị trường thường thấy phối trong: dầu gội, sữa tắm, nước rửa chén với tên gọi: cocoamino propyl betain (CAPB) 2.2 Ứng dụng chất hoạt động bề mặt Chất hoạt hóa bề mặt ứng dụng nhiều đời sống hàng ngày Ứng dụng phổ biến bột giặt, sơn, nhuộm Ngoài ứng dụng lĩnh vực khác Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mếm cho vải sợi, chất trợ nhuộm Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa đồ hộp Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt Trong ngành in: Chất trợ ngấm phân tán mực in Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đường, tăng cường độ đóng rắn bê tông P a g e | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tập hợp, chất nhũ hóa, chất tạo bọt để làm giàu khoáng sản Các tính chất 3.1 Tính thấm ướt Tính thấm ướt tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, vết bẩn tiếp xúc với nước cách dễ dàng nên đóng vai trò quan trọng Vải sợi có khả thấm ướt dễ dàng nước khó thấm sâu vào bên cấu trúc sức căng bề mặt lớn, vải sợi bị dây bẩn dầu mỡ Vì thế, dùng xà phòng để làm giảm sức căng bề mặt nước vải sợi – nước 3.2 Khả tạo bọt Bọt hình thành phân tán khí môi trường lỏng Hiện tượng làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tằng lên Khả tạo bọt độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo chất đó, nồng độ, nhiệt độ dung dịch, độ pH hàm lượng ion Ca2+, Mg2+ dung dịch chất tẩy rửa 3.3 Khả hòa tan Tình hòa tan phụ thuộc vào yếu tố: - Bản chất vị trí nhóm ưa nước Nhóm ưa nước đầu mạch dễ hòa tan nhóm mạch - Chiều dài mạch Hydrocacbon Nhóm kỵ nước mạch thẳng dễ hòa tan mạch nhánh - Nhiệt độ - Bản chất ion kim loại: với ion Na+, K+ dễ hòa tan ion Ca2+, Mg2+… 3.4 Khả hoạt động bề mặt Nước có sức căng bề mặt lớn Khi hòa tan xà phòng vào nước, sức căng bề mặt nước giảm Một lớp hấp thụ định hướng hình thành bề mặt nhóm ưa nước hướng vào nước, nhóm kỵ nước hướng Nhờ có lớp hấp thụ mà sức căng bề mặt nước giảm bề mặt nước – không khí thay kỵ nước – không khí (giữa pha) P a g e | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên 3.5 Khả nhũ hóa Nhũ tương hệ phân tán không bền vững nên muốn thu hệ bền vững phải cho thêm chất nhũ hóa Xà phòng thường dùng làm chất ổn định nhũ tương Tác dụng chúng làm giảm sức căng bề mặt hai hướng dầu – nước sau đó, làm cho hệ nhũ tương dễ dàng ổn định 3.6 Điểm Kraft – điểm đục Khả hòa tan chất hoạt động bề mặt anion tăng lên theo nhiệt độ Khả hòa tan tăng trưởng đột ngột tác nhân bề mặt hòa tan đủ để tạo thành Micell Điểm Kraft điểm mà nhiệt độ Micell hòa tan Độ tan chất hoạt động bề mặt NI phụ thuộc vào lien kết hydro nước với chuỗi polyoxyetylen Năng lượng liên kết hydro lớn tăng nhiệt độ nước làm giảm độ tan Điểm đục điểm nhiệt độ chất hoạt động bề mặt NI không hòa tan 3.7 HLB (tính ưa nước – tính ưa dầu – cân bằng) HLB đơn vị đo lường lưỡng tính đối cực phân tử Giá trị HLB – không phân tán nước – phân tán – 10 phân tán đục ổn định 13 dung dịch Một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất chất hoạt động bề mặt 4.1 Nhiệt độ Nhiệt độ cao, độ hòa tan chất hoạt động bề mặt tốt, độ nhớt chất bẩn dạng lỏng giảm, độ hòa tan chất bẩn lớn, phản ứng trung hòa chất bẩn có tính axit phản ứng xà phòng hóa chất béo xảy dễ dàng, làm tăng hiệu suất giặt tẩy Tuy nhiên, nhiệt độ cao làm giảm hoạt tính số chất hoạt động bề mặt dễ hòa tan, giảm độ bền hệ nhũ Một số loại vải chịu nhiệt độ dung dịch cao P a g e | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Đối với chất hoạt động bề mặt NI, hấp phụ tăng theo nhiệt độ sau điểm đục, sức căng bề mặt giao diện chất NI có thay đổi 4.2 Loại phân tử Sức căng bề mặt hay giao diện phụ thuộc vào loại phân tử cấu thành nên chất hoạt động bề mặt Đối với chất hoạt động bề mặt Anion, thêm gốc –CH2 vào dãy chất béo, sức căng bề mặt giảm (giảm nồng độ) Có thể làm giảm độ hình thành Micell cách làm tính đối xứng phân tử cách phân nhánh thay hai nhánh ngắn thành nhánh dài Độ hấp phụ tăng lên theo độ dài dãy kỵ nước Đối với chất hoạt động bề mặt NI, tăng dây béo C12 – C14 sức căng bề mặt giảm khả phân cực đầu phân cực giảm Sự hấp phụ giảm tăng số oxyetylen ưa nước 4.3 Chất điện ly Sự hấp phụ: thêm chất điện ly làm giảm độ hòa tan tác nhân bề mặt dẫn đến làm tăng hấp phụ giao diện Các chất điện ly làm giảm CMC chất điện ly dung dich chất tẩy rửa ngăn cản khả hình thành Micell Giới thiệu số chất hoạt động bề mặt 5.1 Cetylpyridinium clorua (CPC) Cetylpyridinium clorua hợp chất cation amoni bậc bốn, sử dụng số loại nước súc miệng , kem đánh , thuốc xịt họng, thuốc khử mùi, thuốc xịt mũi Nó chất khử trùng diệt vi khuẩn vi sinh vật khác Nó chứng minh có hiệu việc ngăn ngừa mảng bám giảm viêm nướu Nó sử dụng thành phần số thuốc trừ sâu Tuy nhiên, CPC cho gây vết bẩn màu nâu tương tự chlorhexidine Cetylpyridinium clorua có công thức phân tử C21H38NCL dạng tinh khiết trạng thái rắn nhiệt độ phòng Nó có điểm nóng chảy 77°C khan 80-83°C monohydrat Nó không hòa tan P a g e | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên acetone, acetic acid, ethanol CPC có mùi hôi, dễ cháy, độc hại nuốt độc hít vào Trong số sản phẩm, bromide cetylpyridinium sử dụng thay Tính chất chúng giống hệt CMC CPC 0,00124M, tương ứng với 0,042% nước 5.2 Sodium lauryl sulfate (SLS) Sodium lauryl sulfate (SLS), laurilsulfate dodecyl sulfate natri natri (SDS NaDS) (C12H25SO4Na) chất hoạt động bề mặt anion sử dụng nhiều sản phẩm vệ sinh làm Phân tử có đuôi 12 nguyên tử carbon, gắn liền với nhóm sulfate, đặc trưng cho tính chất cần thiết chất tẩy rửa SLS hoạt động bề mặt hiệu cao sử dụng công việc đòi hỏi phải có việc loại bỏ vết bẩn bã nhờn Ví dụ, tìm thấy nồng độ cao với sản phẩm công nghiệp bao gồm chất tẩy rửa sàn nhà, xà phòng rửa xe Nó sử dụng nồng độ thấp với kem đánh răng, dầu gội, bọt cạo râu SLS chưa chứng minh gây ung thư kích ứng trực tiếp lên da tiêu hóa Tuy nhiên, gây kích ứng da khuôn mặt dùng liên tục người trung niên 5.3 Natri lauryl ether sulfate (SLES) Natri lauryl ether sulfate (SLES), sodium laureth sulfate, chất hoạt động bề mặt anion, tìm thấy nhiều sản phẩm chăm sóc cá nhân (xà phòng, dầu gội, kem đánh răng, vv.) SLES chất tạo bọt hiệu Công thức hóa học CH3(CH2)10CH2(OCH2CH2)nOSO3Na Đôi số đại diện n quy định tên, cho sulfate laureth-2, ví dụ: Các sản phẩm thương mại không đồng số nhóm ethoxyl, n có ý nghĩa phổ biến cho sản phẩm thương mại n = SLES, SLS ALS chất hoạt động bề mặt sử dụng nhiều sản phẩm mỹ phẩm tẩy rửa Chúng có tính chất tương tự xà phòng P a g e | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Mặc dù SLES xem an toàn nồng độ sử dụng sản phẩm mỹ phẩm Nó chất kích thích tương tự chất tẩy rửa, với kích ứng tăng theo nồng độ Một số sản phẩm có chứa SLES tìm thấy có chứa nồng độ thấp chất gây ung thư biết đến 1,4- dioxane 5.4 LAS LAB a Tính chất vật lý hóa học LAB LAB hợp chất thu từ parafin benzene dùng làm nguyên liệu để sản xuất LAS Dưới điều kiện bình thường LAB chất lỏng suốt, không mùi Công thức cấu tạo LAB: LAB alkylbenzen mạch thẳng nguyên liệu sản xuất LAS, chuyển hoá từ dầu thô: benzen parafin mạch thẳng LAB bề 600C có màu sáng, tỉ trọng 150C 0.854, độ nhớt 400C 18mm2/S độ nhớt 1000C 4mm2/S, điểm chớp cháy 1840C Khối lượng phân tử 390 đVC b.Tính chất vật lý, hóa học LAS Công thức cấu tạo LAS: - Khối lượng phân tử trung bình: 342 đVc P a g e | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên - m + n = 7-10 - Nhánh alkyl thẳng, sunfonat vị trí para Ở trạng thái vật lý LAS chất lỏng sệt có màu nâu, điểm nóng chảy: 100C, điểm sôi: 3150C, điều kiện bình thường có độ ổn định không cháy, nhanh chóng hòa tan nước, không hòa tan dung môi hữu thông thường - LAS dễ phân hủy sinh học điều kiện hiếu khí Khả hòa tan nước giảm chiều dài chuỗi alkyl tăng tùy thuộc vào ion dương muối - Ở nhiệt độ phòng, LAS (C12) chất rắn màu vàng nhạt - LAS bền môi trường oxy hóa Một tính chất quan trọng LAS có tính tương thích cao chất hoạt động bề mặt anionic khác, chúng sử dụng công nghệ acidic alkaline chất tẩy rửa dạng lỏng hay dạng bột - LAS hợp chất tính ổn định cao c Ứng dụng LAB LAS LAB hợp chất có tầm quan trọng đáng kể thương mại Vì LAB dễ dàng phân hủy sinh học alkylbenzen có nhánh nên LAB dần thay alkylbenzen có nhánh sản xuất chất tẩy rửa sản phẩm P a g e 10 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trong trình phản ứng sinh nhiệt nên có áo nước bên để làm mát Trong thiết bị có cánh khuấy để tăng diện tích tiếp xúc 2.1.4 Thiết bị hydrat hóa a Cấu tạo Hình 17: Thiết bị hydrat Thân thiết bị Cửa nước vào Cánh khuấy Cửa nước Trục khuấy Cửa nước bổ sung vào Cửa sản phẩm vào Cửa khí Cửa sản phẩm 10 Cửa xả đáy b Nguyên lý làm việc Sản phẩm đưa vào từ cửa số 4, nước bổ sung đưa vào theo cửa số Nước làm mát có tác dụng dừng hẳn phản ứng lại, tránh cho sản phẩm bị sẫm màu Hỗn hợp đảo trộn cánh khuấy Sản phẩm theo cửa số Ngoài có cửa đỉnh thiết bị có tác dụng thoát khí thùng phản ứng Tránh tượng bọt khí vào bơm làm hỏng bơm bơm sản phẩm P a g e 59 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên 2.1.5 Cyclon a Cấu tạo Hình 18: Cyclon Thân thiết bị Cửa vào khí bẩn Đáy nón 5.Ống trung tâm Khí bẩn b Nguyên lý làm việc Nguyên tắc việc cyclon dựa vào ly tâm trọng lực Hỗn hợp chứa khí bụi đưa vào cyclon theo cửa tiếp tuyến với thân trụ Vận tốc khí vào khoảng 20 m/s Khi vào thân trụ, dòng khí chuyển động tròn dọc theo thân trụ Nhờ lực ly tâm hạt bụi chuyển động tách khỏi dòng khí theo hướng bán kính sau tập hợp bên lớp khí thành thiết bị Khi đến cửa thoát bên ống tâm 5, phần khí chuyển động theo ống tâm ngoài, phần lại chuyển động tròn quanh tâm đoạn phễu tạo thành dòng lên để vào ống tâm Trong cyclon, dòng khí chuyển động theo hai hướng ngược song song với trục thiết bị Cùng với khí, bụi chuyển động theo thành đoạn phễu P a g e 60 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên c Ưu điểm Cyclon có khả tách bụi tốt nên kích thước hạt bụi không nhỏ 10-6 mm Ngoài vận tốc lắng phụ thuộc bậc vào vận tốc nên khả tách bụi cyclon giảm nhanh vận tốc giảm Hiệu suất đạt 70-80% d Nhược điểm Do vận tốc bụi vào nhanh nên thiết bị dễ bị ăn mòn Đây chưa phải phương pháp tách triệt để Vận tốc tăng trở lực tăng, vượt giới hạn vận tốc khí hiệu suất thiết bị giảm e Ứng dụng nhà máy Lọc mù LAB, mù LAS mù acid phân xưởng LAS trước cho dòng khí thải vào thiết bị lọc điện 3.1.6 Thiết bị trao đổi nhiệt a Cấu tạo Hình 19: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng Tấm cố định trước Khung Tấm cố định sau Tấm trao đổi nhiệt Tấm cố định Thanh bảo vệ P a g e 61 | 73 Tiểu Luận Môn Học Tấm cố định GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Các cửa vào chất tải nhiệt b Nguyên lý làm việc Thiết bị trao đổi nhiệt dạng gồm nhiều kim loại rỗng đặt sát Các kim loại tạo thành hệ thống không thông với nhau, hệ chất tải nhiệt 1, hệ chất tải nhiệt Hai chất tải nhiệt ngược chiều nhau, trao đổi nhiệt với sau Để tăng cường trình trao đổi nhiệt người ta hay thiết kế bề mặt có dạng vân sần để tăng diện tích tiếp xúc c Ưu điểm Thiết bị gọn, vận tốc chất tải nhiệt phía lớn d Nhược điểm Không làm việc áp suất cao, khó khép kín loại dùng để trao đổi nhiệt áp suất thường e Ứng dụng Gần loại thiết bị truyền nhiệt dùng để trao đổi nhiệt khí hệ thống làm lạnh thâm độ Trong phân xưởng sản xuất LAS, thiết bị dùng để hạ nhiệt độ sản phẩm trước téc chứa trời cách trao đổi nhiệt với nước lạnh P a g e 62 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên 3.2 Sơ đồ hệ thống Hình 20: Sơ đồ khu vực sulfo hóa 3D P a g e 63 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Hình 21: Sơ đồ khu vự sulfo hóa 2D Hình 22: Khu vực làm già 3.3 Nguyên lý làm việc a Thiết bị lọc sương 16F3 P a g e 64 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Tác dụng thiết bị lọc 16F3: tách triệt để oleum khỏi SO3 trước vào thiết bị phản ứng 16R1 để hạn chế ăn mòn thiết bị Trước vào thiết bị lọc khí trộn thêm không khí khô vào để pha loãng dòng SO3 SO3 khỏi tháp chuyển hóa có tỷ lệ phần trăm thể tích 1012% mà yêu cầu vào thiết bị phản ứng 16R1 5-6% Sau khỏi thiết bị lọc sương, khí SO3 đưa vào phía thiết bị phản ứng 16R1 b Thiết bị phản ứng 16R1 Tác dụng 16R1: nơi xảy phản ứng LAB SO3 để tạo LAS Ban đầu LAB bơm từ thung chứa 35V1 bên vào qua bơm 16P5 LAB qua thiết bị lọc 16F4A Sau LAB bơm vào thùng chứa dự phòng 16V3 Sau bơm đủ vào thùng chứa 16V3, van tự động KV16.3 đóng lại để LAB chảy vào thiết bị phản ứng Van tay HV16.4 mở điện để đảm bảo LAB vào thiết bị phản ứng để phản ứng hết với SO3 vào thiết bị, tránh ăn mòn thiết bị Hơn SO3 dư nhiều qua tháp hấp phụ 14C1 xảy phản ứng mãnh liệt với dung dịch xút Phản ứng tỏa nhiệt nhiều gây cháy nổ, nguy hiểm SO3 từ xuống chiều với LAB ống, lưu thể chiều Để phản ứng xảy với hiệu suất cao chất lượng sản phẩm đồng đều, ta cho LAB chảy thành dạng màng ống thông qua vòi phun đầu phân phối lỏng Nhiệt độ phản ứng giảm theo chiều cao tháp phần phản ứng xảy mãnh liệt Nhiệt độ đầu vào LAB nhiệt độ môi trường, nhiệt độ SO3 khoảng 50oC Hệ thống nước làm mát cho thiết bị:  Bơm 16P1 hoạt động cung cấp nước làm mát cho thiết bị phản ứng  Nước lạnh cấp vào theo đường số vào làm mát theo ống 1, 2, Do thiết bị chia làm hai ngăn nên ống làm mát ngăn nước nóng theo đường số Ống ống vào làm mát cho ngăn dưới, nước nóng theo đường số P a g e 65 | 73 Tiểu Luận Môn Học  GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Nước nóng sau trao đổi nhiệt đổ vào ống lớn chia làm ba nhánh Nhánh số nước nóng dẫn tới quạt giải nhiệt Nhánh chỗ để nước thoát Nhánh phần nước nóng hồi lưu để tiếp tục trao đổi nhiệt c Thùng chứa 16V4 cyclon 16S1 Sản phẩm sau khỏi tháp phản ứng vào thùng chứa 16V4 xảy phân tách lỏng khí; LAS LAB dư bơm bánh 16P2 bơm vận chuyển tuần hoàn lần theo đường ống 11 đến thiết bị phản ứng 16R1 sau qua cân trọng lượng DT16.4, dung dịch đo tỉ trọng  Nếu dung dịch đạt tỷ trọng sản phẩm sản phẩm lấy theo đường ống 12 đến thiết bị làm già 16A1  Nếu dung dịch đạt tỷ trọng bán thành phẩm đưa vào thùng chứa 16V5 theo đường ống số 13 Sau dung dịch bơm 16P3 bơm vào đường ống 14 để trộn với LAB bên bơm 16MX1 Dung dịch tiếp tục bơm tuần hoàn vào thiết bị phản ứng đến đạt tỷ trọng sản phẩm đưa theo đường 12  Nếu dung dịch không đạt tỷ trọng thành phẩm hay bán thành phẩm tuần hoàn theo đường 11 đạt tỷ trọng hai trường hợp  Trong trình làm việc hai bơm 16P2 16P5 phải phối hợp với cho có dung dịch thiết bị phản ứng đường ống để tránh tượng SO3 dư gây cháy đường ống Ngoài trình phản ứng dư chất tham gia LAB, SO2 SO3 sản phẩm dạng mù LAS Vì chuyển vào thùng 16V4 SO2, SO3, mù LAB mù LAS bốc bay vào cyclon 16S1  Cyclon tách phần lỏng theo đường ống 10 trở trước vào bơm 16P2 Còn khí mù LAS, LAB chưa tách hết vào thiết bị lọc điện KU14.1 d Thiết bị làm già 16A1 thiết bị trộn tĩnh 16MX2 P a g e 66 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Tác dụng thiết bị:  Thiết bị 16A1: Là nơi phản ứng LAB SO3 xảy triệt để  Thiết bị 16MX2: Là nơi bổ sung thêm nước vào sản phẩm để dừng phản ứng LaB SO3 lại 16A1 thiết bị hai vỏ, có cánh khuấy Dung dịch từ lên, bên có làm lạnh áo nước Thời gian lưu dung dịch thiết bị khoảng 40 phút Sau dung dịch chảy tràn qua thiết bị 16MX2 16MX2 thiết bị hai vỏ, có cánh khuấy Dung dịch từ lên, bên làm mát áo nước Tại dung dich bổ sung thêm nước để dừng hẳn phản ứng LAB SO3 lại để tránh tượng màu dung dịch bị sẫm lại Sau khỏi thiết bị trộn 16MX2, dung dịch bơm 16P4 đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt dạng 16E1 trao đổi nhiệt với nước để hạ nhiệt độ trước theo đường ống dẫn bể chứa sản phẩm 34V1 Khu vực xử lý khí 4.1 Các thiết bị 4.1.1 Thiết bị lọc điện a Cấu tạo P a g e 67 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Hình 23: Thiết bị lọc điện Thân thiết bị Cửa khí vào Điện cực dây Cửa người Điện cực ống 10 Áo Thanh treo điện cực 11 Cửa vào Nguồn điện 12 Cửa tháo nước ngưng Sứ cách điện 13 Cửa xả đáy Cửa khí 14 Ghi đỡ 15 Quả nặng b Nguyên lý làm việc Hỗn hợp khí sau khỏi cyclon vào thiết bị lọc điện theo cửa số từ lên Dưới tác dụng điện trường, mù LAS LAB lắng cực dương rơi xuống đáy nón tháo theo cửa 13 Đáy nón gia nhiệt nước để tránh tượng đóng cặn đáy nón vào mùa đông Khí theo cửa số P a g e 68 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Đường 16 đường nước vào để trường hợp thiết bị bị đóng cặn dùng nóng làm rữa cặn lúc vệ sinh Các nặng có tác dụng đối trọng, làm cho điện cực dây không bị chạm vào điện cực ống gây chập điện Cửa 17 cửa khí nóng vào Khí nóng có tác dụng sấy bi sứ để tránh tháp bị ẩm gây chập điện 4.1.2 Tháp hấp thụ a Cấu tạo Hình 24: Tháp hấp thụ Thân thiết bị Cửa người Lớp đệm Cửa vào bơm tuần hoàn xút Lớp đệm Cửa thải dung dich sau trung hòa Cửa xả đáy 10.Cửa khí vào P a g e 69 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Cửa khí 11 Cửa dung dich xút vào Dung dịch xút tuần hoàn 12 Vòi phun b Các kích thước h1= 5289 cm h3= 350 cm h2= 2000 cm d1= 1110 cm c Nguyên lý làm việc Dung dịch xút đưa vào theo cửa 11, sau dung dịch bơm tuần hoàn theo cửa số 8, qua bơm vào cửa 6, qua vòi phun 12 phun xuống Dòng khí từ lên theo cửa 10 tiếp xúc với lớp dung dich chảy lớp đệm Khí lỏng xảy phản ứng trung hòa Khí theo cửa số Lớp đệm có tác dụng tăng diện tích tiếp xúc, lớp đệm có tác dụng ngăn không cho khí theo lỏng lên Dung dịch xút đưa vào liên tục nên cửa có tác dụng cửa chảy tràn có nối với xyphong để ngăn khí Trên đường tuần hoàn số có đường nước nóng vào đường dầu DO vào Đường nước nóng có tác dụng làm rữa cặn bẩn đường ống xảy tắc Đường dầu DO có tác dụng dập bọt tháp phản ứng dòng khí vào mạnh P a g e 70 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên 4.2 Sơ đồ hệ thống Hình 25: Sơ đồ khu vực xử lý khí 3D Hình 26: Sơ đồ khu vực xử lý khí 2D P a g e 71 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên 4.3 Nguyên lý làm việc Tác dụng thiết bị:  KU14.1 : tách bụi, mù LAS, LAB khỏi dòng khí thải  14C1: hấp phụ SO2, SO3, oleum vào dung dich xút Khí vào thiết bị lọc điện KU14.1 theo đường 17 Nhờ thiết bị này, mù LAS, mù LAB lại bụi tách khỏi dòng khí bám vào cực dương thiết bị đưa theo đường 25 vào thùng chứa 14V3 Còn SO2 SO3 theo đường 18 Quạt 14K1 hút không khí bên vào sau qua thiết bị trao đổi nhiệt 14E1 trao đổi nhiệt với nước, nóng lên Khí nóng có tác dụng sấy khô viên bi sứ cách điện bên thiết bị để tránh gây chập điện sấy tháp sau làm vệ sinh Ở đáy thiệt bị lọc điện có thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp với nước phòng mùa đông nhiệt độ hạ thấp mù LAS mù LAB kết tinh gây tắc đường ống dẫn Để làm bụi bẩn cực dương đáy thiết bị có đường dẫn nước Khi cần vệ sinh ta thổi nước ngược từ lên cặn bẩn rữa khỏi cực âm thiết bị Khí khỏi thiết bị lọc điện KU14.1 vào thiết bị hấp phụ 14C1 theo đường 18 Dung dịch xút bơm 14P1 vận chuyển tuần hoàn theo đường 20 lên vòi phun phía đỉnh tháp xuống dưới, khí từ lên Đường 23 đường dẫn oleum từ thùng chứa 12V2 đến tháp để trung hòa Đường 21 đường dẫn dung dịch xút tuần hoàn lại Đường 19 đường cung cấp dung dịch xút từ tec vào Máy đo hiển thị pH AIC14.1 báo PH dung dịch P a g e 72 | 73 Tiểu Luận Môn Học GV: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Kết Luận Qua việc làm tiêu luận hiểu chất hoạt động bề mặt, chế hoạt động, tính chất vật lý hóa học số chất hoạt động bề mặt thông dụng Tìm hiểu công nghệ sản xuất chất hoạt động bề mặt LAB, LAS sử dụng giới việt nam từ đánh giá thực trạng xu hướng phát triển ngành công nghiệp chất hoạt động bề mặt tương lai Tài Liệu Tham Khảo 1.Tài liệu từ Công ty cổ phần Bột giặt Hoá chất Đức Giang Website: www.ducgiangchem.vn Nir Board, the complete technology book on detergents Mohammad Basry Attar, production of Linear Alkylbenzen Sulfonic Acid (LAS) at high pressure in Supercritical Carbondioxide Medium, Canada, 2010 Các trang web: http://www.desmetballestra.com http://www.lasinfo.org P a g e 73 | 73