Tiểu luận poly styren Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN

Tiểu luận poly stiren Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHNTiểu luận poly stiren Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHNTiểu luận poly stiren Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHNTiểu luận poly stiren Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN

SẢN XUẤT POLYSTYREN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT EB : Etylbenzen ABS : acrylonitrile-butadiene-styrene SAN : styrene-acrylonitrile PVC : polyvinylclorua PS : Polystyrene GPPS: General Purpose Polystyrene HIPS: High Impact Polystyrene EPS: Expanded Polystyrene GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang SẢN XUẤT POLYSTYREN MỤC LỤC Table of Contents DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MỤC LỤC MỞ ĐẦU Phần Nguyên liệu styren 1.1 Tổng quan styren 1.1.1 Tính chất vật lí 1.1.2 Tính chất hóa học styren 1.1.3 Ứng dụng thực tế 1.1.4 Tồn chứa vận chuyển 1.1.5 An toàn môi trường người 1.2 Sản xuất Styren từ Etylbenzen 1.2.1 Nguyên liệu Etylbenzen 10 1.2.2 Động học phản ứng 12 1.2.3 Xúc tác 14 1.2.4 Công nghệ sản xuất 14 1.2.5 Các công nghệ sản xuất Styrentrên giới 20 1.2.6 So sánh lựa chọn công nghệ 25 1.2.7 Mô trình sản xuất styrene 26 Phần Sản Xuất Polystyren 33 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang SẢN XUẤT POLYSTYREN 2.1 Tổng quan polystyen 33 2.1.1 Tính chất vật lý 33 2.1.2 Phân loại ứng dụng polystyren (PS) 34 2.2 Các công nghệ sản xuất polystyren 35 2.2.1 Lý thuyết trùng hợp styren 35 2.2.2 Phương pháp sản xuất Polystyren 37 2.3 Xu hướng lựa chọn phương pháp sản xuất Polystyren thực tế 43 2.4 Một số loại lò phản ứng cho phương pháp trùng hợp 43 2.5 Các thông số hoạt động số quy trình sản xuất Polystyren 44 2.6 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYSTYRE 45 2.6.1 Công nghệ sản xuất EPS ABB Lummus Global/ BP Chemical 45 2.6.2 Công nghệ sản xuất GPPS HIPS ABB Lummus Global/BP Chemicals 46 2.6.3 Công nghệ sản xuất GPPS Toyo Engineering Corp 48 2.6.4 Công nghệ sản xuất HIPS Toyo Engineering Corp 50 2.7 Lựa chọn công nghệ 52 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang SẢN XUẤT POLYSTYREN MỞ ĐẦU Styren ứng dụng nhiều sống dùng để sản xuất sản phẩm cao su Nó sử dụng để sản xuất polystyrene (PS),cao su styrene butadiene (SBR), nhựa acrylonitrile butadiene styrene (ABS), nhựa styrene acrylonitrile (SAN)…bên cạnh làm chất cách điện, sợi thủy tinh, hộp đựng thức ăn, sử dụng tạo thiết bị phụ trợ dệt may,chất kết dính,bột màu styren coi chất có khả gây ung thư Polystyren (PS) thuộc nhóm nhựa nhiệt dẻo bao gồm PE, PP, PVC Do có tính đặc biệt PS ngày sử dụng rộng rãi đời sống kỹ thuật Hiện nay, với việc xây dựng nhà máy lọc dầu Dung Quất tới nhà máy lọc dầu Nghi Sơn-Thanh Hoá, nên nước ta có khả sản xuất polystyren để đáp ứng nhu cầu nước xuất nước GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang SẢN XUẤT POLYSTYREN Phần Nguyên liệu styren 1.1Tổng quan styren Styren ( vinyl benzene hay phenyl ethane) Công thức phân tử: C6H5CH=CH2 Công thức cấu tạo: 1.1.1 Tính chất vật lí Là chất lỏng không màu,dễ bay có mùi khó chịu đậm đặc, vị ngọt.Khi Styrene tiếp xúc với người gây kích ứng đường hô hấp co thắt cổ họng, phổi, gây kích ứng da có biểu hoa mắt chóng mặt Styrene trộn với dung môi hữu theo tỉ lệ Nó dung môi tốt cho cao su tổng hợp, hòa tan hợp chất hydroxyl nước Bảng 1: Tính chất vật lý Styren GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang SẢN XUẤT POLYSTYREN Thông số Giá trị Khối lượng phân tử (đvC) 104.153 Tỉ khối (g/ml) 0.297 Nhiệt độ sôi (oC) 145.15 Nhiệt độ đông đặc (oC) 30.6 Nhiệt độ tới hạn (oC) 362.1 Áp suất tới hạn (Mpa) 3.83 Thể tích tới hạn (ml/g) 3.37 Giới hạn nổ không khí (% V) Dưới - Trên 1.1 – 6.1 Độ nhớt động học 0oC (mm2/s) 1.1 Nhiệt cháy 25oC (kJ/mol) -4265.64 Nhiệt hình thành 25oC (kJ/mol) 147.46 1.1.2 Tính chất hóa học styren Các phản ứng quan trọng styren trùng hợp để tạo polystyren, đồng trùng hợp với butadien tạo cao su tổng hợp buna- styren - Quá trình oxy hóa styren không khí đặc biệt quan trọng, phản ứng dẩn đến peoxit khối lượng phân tử cao Oxy hóa styren tạo hợp chất khác như: benzadehit, formandehit, axit fomic GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang SẢN XUẤT POLYSTYREN Na2Cr2O7 COOH Benzoic acid O3 CHO benzaldehyde O CH CH2 C6H5CO3H CH CH2 Styren oxide H2O2 CHOHCH2CH Phenyl glycol NaOH,KMnO4 COCOOH Phenylglyoxylic acid - Các halohydrin trung gian quan trọng hóa học Chúng phản ứng với kiềm tạo oxit styren tiếp tục thủy phân tạo phenylglycol Iothydrin hình thành từ styrene có mặt iot, thủy ngân(II) nước - 1-phenylethanol sản phẩm trung gian quan trọng ngành công nghiêp nước hoa Được hình thành từ hydrat hóa styren nhờ axetat thủy ngân(II) OH OH CH = CH2 - NaBH4 (CH3COO)2Hg CHCH2HgOOCCH3 CHCH3 H2O,Tetrahydrofuran Ête metyl tương ứng thu cách thêm metanol (tại 135-150 môi trường axit sulfuric) CH = CH2 + CH3OH H+ CH(OCH3)CH3 - Styren phản ứng với sulfuadioxit, natri, anilin, amin, natrihydrat phân cắt liên kết đôi C=C Nhiều phản ứng styren voi lưu huỳnh ni tơ củng kiểm nghiệm Styren phản ứng với lưu huỳnh nhiệt độ cao tạo hydrogen sulfit, styrensulfit, diphenylthiophen CH CH2 S Styrene sulfide GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang SẢN XUẤT POLYSTYREN - Styren củng trải qua nhiều phản ứng tạo vòng, như: CH2 CH = CH2 + C6H6 CH CH CH CH2 CH2 - Styren tạo thành phức hợp vững với muối đồng bạc nhiệt độ thấp Các hợp chất thích hợp cho việc làm styren để tách styren từ hổn hợp hydrocacbon khác - Các ankyl Li C2H5Li phản ứng trùng hợp với styren với có mặt ête, styren trùng hợp gần hoàn toàn natri - Việc kiểm soát trùng hợp với olefin tạo nhiều quan tâm công nghiệp tạo nhiều polymer quan trọng chất hóa dẻo, chất bôi trơn, thiết bị phụ trợ dệt may.Ta từ hydrocacbon thơm benzen có mặt nhôm clorua thay cho olefin khác CH = CH2 + C6H6 AlCl3 (C6H6)2 CHCH3 1.1.3 Ứng dụng thực tế Styren ứng dụng nhiều sống dùng để sản xuất sản phẩm cao su Nó sử dụng để sản xuất polystyrene,cao su styrene butadiene (SBR), nhựa acrylonitrile butadiene styrene ( ABS), nhựa styrene acrylonitrile ( SAN)…bên cạnh làm chất cách điện, sợi thủy tinh, hộp đựng thức ăn, sử dụng tạo thiết bị phụ trợ dệt may,chất kết dính,bột màu styren coi chất có khả gây ung thư Hai biểu đồ sau thể tỷ lệ ứng dụng styrene năm 2013 sản lượng sản xuất Styrene năm 2012 giới GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang SẢN XUẤT POLYSTYREN Hình 1: Biểu đồ ứng dụng styrene năm 2013 Hình 2: Biểu đồ sản xuất Styrene năm 2012 1.1.4 Tồn chứa vận chuyển Styren dể cháy, chớp cháy nhiệt độ 31 , nhiệt độ môi trường nước ta Styren có chứa nối đôi C=C không bền, dễ bị oxi hóa ,dễ trùng hợp toả nhiệt việc vận chuyển tồn trữ ,nếu không kiểm soát phản ứng trùng hợp dẩn đến tăng áp lực thùng chứa gây cháy nổ Do đócần thiết phải có biện pháp: thêm chất ức chế để ngăn chặn trùng hợp trì mức độ oxy ; luôn giữ styrene điều kiện lạnh Vật liệu bồn lưu trữ vận chuyển styren làm thép nhôm theo tiêu chuẩn bên thường lót kẽm vô cơ, đồng thời dừng hệ thống cách nhiệt làm mát bồn chứa Các vật liệu linh kiện tránh tiếp xúc với styren làm đổi màu styren Monome styren với khối lượng lớn điện trở suất cao tích điện lúc di chuyển cần có biện pháp hiệu loại bỏ phóng điện không kiểm soát như: dung dây xích nối từ bồn chứa xuống đất thêm vào chất có tác dụng giải phóng điện tích, trình vận chuyển, bơm hút bảo quản 1.1.5 An toàn môi trường người Styren chất độc nhẹ, dễ gây kích ứng cho da Nếu tiếp xúc trực tiếp với Styren nồng độ cao gây nhức đầu, mệt mỏi, gây hiệu ứng với mắt, màng mắt, mũi,…Nếu tiếp xúc thời gian dài ảnh hưởng tới não, dày…Do yêu cầu với người tham gia sản xuất, tồn chứa, vận chuyển Styren phải tuyệt đối tuân thủ luật an toàn lao động, tránh không tiếp xúc trực tiếp với Styren 1.2Sản xuất Styren từ Etylbenzen Có phương pháp sản xuất styren sau:[1] - Phương pháp dehydro hóa trực tiếp etylbenzen - Đồng sản xuất propylene oxyt styrene GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang SẢN XUẤT POLYSTYREN - Từ phân đoạn C5 xăng nhiệt phân phương pháp chưa ứng dụng công nghiệp Trong đó, phương pháp dehydro hóa trực tiếp etylbenzen để sản xuất styren phương pháp phổ biến nhất, chiếm 90% công suất toàn giới 1.2.1 Nguyên liệu Etylbenzen [1][3] Etylbenzen có công thức phân tử: C6H5-C2H5 Công thức cấu tạo: 1.2.1.1Tính chất vật lý Etylbenzen (EB) điều kiện thường chất lỏng tinh, không màu, không mùi, gây kích ứng với da, mắt, chất độc trung bình Các tính chất vật lý EB đưa bảng Bảng 2: Các tính chất vật lý Etylbenzen Khối lượng phân tử 106,16 Nhiệt độ nóng chảy -94,975oC Nhiệt độ sôi 136,186oC GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 10 SẢN XUẤT POLYSTYREN hợp lên 65–70oC, lúc chất khởi đầu bắt đầu phân ly tạo gốc tự do, phản ứng tỏa nhiệt nên nhiệt độ hỗn hợp tự tăng lên 85–90oC Giữ nhiệt độ hàm lượng monome dư hỗn hợp phản ứng nhỏ 1% Không nên tăng nhiệt lên hạt PS vừa tạo chảy mềm dính lại với Sau tiến hành phá nhũ tương đem lắng, lọc, ly tâm để tách polyme hạt bé dung dịch chất nhũ hóa, chất khởi đầu dư…Monome tự tách cách sục nước nhiệt vào hỗn hợp polystyren – nước thực trình lôi nước Việc phá nhũ tương thực nhiều cách khác nhau: - Dùng nhiệt để phá hệ nhũ tương - Dùng học: khuấy mạnh với vận tốc khuấy 3000–6000 vòng/phút - Dùng điện trường - Dùng chất điện ly: muối ăn, NH4Cl, ZnCl2, CH3COOH,… Sản phẩm tạo đem rửa nhiều lần H2O để làm hết chất nhũ hóa lại bề mặt trung tính Cuối đem sấy khô đến độ ẩm nhỏ 0,5% sàng phân loại, đóng bao GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 41 SẢN XUẤT POLYSTYREN 2.2.2.4 Trùng hợp huyền phù Hình 10 : Sơ đồ trùng hợp huyền phù [9] Cho nước, monome chất khởi đầu từ từ vào TBPƯ đồng thời mở cánh khuấy chạy với vận tốc 80–120 vòng/phút Cho tiếp dung dịch PVA vào Ban đầu nâng nhiệt độ lên75–80oC vòng 1,5h sau tăng nhiệt độ lên 88–90oC vòng 2h Tổng thời gian phản ứng khoảng 4–5h, hiệu suất đạt 95 –98% Hỗn hợp huyền phù gồm: hạt PS, môi trường đem ly tâm rửa nước ấm 45–50oC sau đem sấy khô nhiệt độ 65–75oC chân không đến độ ẩm nhỏ 0,2– 0,5% Trùng hợp huyền phù trình polyme hóa gián đoạn sử dụng để sản xuất hạt polystyren tinh thể, hạt polystyren chịu va đập hạt polystyren xốp Trong trình này, trùng hợp thực môi trường nước trung gian cho phép thu hồi nhiệt tỏa phản ứng Polystyren hình thành dạng hạt nhỏ dễ dàng tách từ pha nước Trước tiên, monomestyren từ bể chứa rửa để loại bỏ chất ức chế phản ứng GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 42 SẢN XUẤT POLYSTYREN trùng hợp (bước1) Styren sau rửa đưa tới thùng khuấy trộn, kết hợp với gốc khơi mào tự (Bước2) Sau đó, Styrene đưa vào lò phản ứng cánh khuấy với nước,chất khơ imào với monome đóng vai trò tác nhân hòa tan huyền phù chất ổn định huyền phù (bước3) Một chất tạo khí cao su thêm vào thời điểm để sản xuất PS xốp PS chịu va đập cao tương ứng Cả chất tạo khí cao su thêm vào sau phận phân xưởng trùng hợp Sau trùng hợp hạt polyme chuyển đến bể rửa chúng rửa với axit để loại bỏ hết chất khơi mào chất ổn định huyền phù (bước4) Các hạt ướt đưa đến máy li tâm (bước 5) sau đưa đến máy sấy (bước 6) để khử nước làm khô Tiếp đó, hạt đưa qua máy đùn loại khí để thu hồi monomestyren chưa phản ứng (bước7) Monome sau tái sinh tuần hoàn trở lại lò phản ứng polyme hóa.Các hạt polyme tinh khiết sấy khô đưa đến bể chứa sản phẩm 2.3 Xu hướng lựa chọn phương pháp sản xuất Polystyren thực tế Trong thực tế, styren trùng hợp theo phương pháp trùng hợp khối trùng hợp huyền phù +Trùng hợp khối polystyren có độ tinh khiết cao +Trùng hợp huyền phù polystyren có phân tử khối đồng Ngày để cải thiện cách đáng kể tính chất lý polystyren, người ta dùng phương pháp đồng trùng hợp với monome khác acrylonetrin, butadien-1,3 Do đó, chế tạo nhiều sản phẩm có tính lí cao tính chịu nhiệt, chịu mài mòn…giúp nâng cao khả ứng dụng sản phẩm 2.4 Một số loại lò phản ứng cho phương pháp trùng hợp Bảng 10: Một số loài lò phản ứng cho phương pháp trùng hợp [8] GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 43 SẢN XUẤT POLYSTYREN 2.5 Các thông số hoạt động số quy trình sản xuất Polystyren Bảng 11: Các thông số hoạt động số quy trình sản xuất Polystyren GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 44 SẢN XUẤT POLYSTYREN 2.6 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYSTYRE 2.6.1 Công nghệ sản xuất EPS ABB Lummus Global/ BP Chemical Hình 11: Sơ đồ công nghệ sản xuất EPS ABB Lummus Global/ BP chemical [2] Thiết bị phản ứng Thùng chứa Thiết bị ly tâm Thiết bị sấy khô Sàng lọc Bộ phận trộn 2.6.1.1 Quy trình làm việc Công nghệ trùng hợp styrene Lummus/ BP để sản xuất EPS thường EPS chịu lửa quy trình trùng hợp huyền phù gián đoạn bậc Monome styrene, nước, chất khơi máo, tác nhân huyền phù, chất tạo nhân số hợp phần khác đưa vào lò phản ứng (1) Sau đó, hàm lượng nhiệt độ chúng đươc theo dõi GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 45 SẢN XUẤT POLYSTYREN thiết bị điều khiển tự động Tác nhân huyền phù trình khuấy trộn làm phân tán monomer thành dạng hạt Sau đó, lượng pentan đưa vào lò phản ứng, trình trùng hợp tiếp tục Sau hạt EPS nước đưa vào thùng chứa (2) Từ công đoạn này, quy trình trở nên lien tục Hỗn hợp hạt /nước bùn ly tâm thiết bị (3), phần lớn bùn loại bỏ Các hạt sau vận chuyển đến máy sấy khô (4) để lạo bỏ nước Sau hạt khô sang sang (5) thành phân đoạn sản phẩm với ddoooj đàn hồi khác Dầu nhờn thêm vào với tỉ lệ định phận phối trộn (6) Sản phẩm cuối chuyển đến phận bao gói 2.6.1.2 Điều kiện công nghệ Thiết bị phản ứng loại cánh khuấy với tốc độ 80 – 120 vòng/phút Ban đầu nhiệt độ nâng lên 75 – 80oC 1.5h sau tang nhiệt đọ lên 88 – 90oC 2h Tổng thời gian phản ứng – 5h, hiệu suất 95-98% Hạt PS, môi trường ly tâm có nhiệt độ khoảng 45 – 50oC Sấy chân không 65 – 75oC chân không 2.6.1.3 Nhận xét công nghệ [10] Công nghệ Lummus/BP quy trình công nghệ hiên đại để sản xuất EPS Bảng 12 : Định mức tiêu hao lượng vật liệu trình Styren pentan Hóa chất xử lý Nước khử khoáng Điện Hơi Nước làm lạnh 1000 – 1015 kg/tấn EPS 25- 49 kg/tấn EPS 1000 kg/tấn EPS 150 kWh/ EPS 0.42 tấn/tấn EPS 120 m3/tấn EPS Hiện có nhà máy sử dụng công nghệ Pháp, Đức, Trung Quốc với tổng công suất khoảng 200000 tấn/năm 2.6.2 Công nghệ sản xuất GPPS HIPS ABB Lummus Global/BP Chemicals 2.6.2.1 Sơ đồ công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 46 SẢN XUẤT POLYSTYREN Hình 12: Sơ đồ công nghệ sản xuất GPPS HIPS ABB Lummus Global/BP Chemicals [2] Thiết bị tạo hạt Bể chứa Thiết bị gia nhiệt sơ Thiết bị trùng hợp sơ Lò phản ứng polymer hóa Thiết bị gia nhiệt sơ Thiết bị bay Phân xưởng tái sinh styrene Bơm tạo sợi 10 Bể nước làm lạnh 11 Máy tạo hạt 2.6.2.2 Quy trình công nghệ Quy trình sản xuất GPPS HIPS giống ngoại trừ chất khơi mào, số bậc hòa tan cao su HIPS Quá trình sản xuất HIPS bắt đầu với tạo hạt hòa tan cao su với chất phụ gia khác vào monomer styrene thiết bị (1) Sau Hỗn hợp vận chuyển đến bể chứa (2) Để sản xuất sản phẩm với mục đích thông dụng, số lượng thành phần điều chỉnh nạp trực tiếp tới lò gia nhiệt sơ nguyên liệu (3) GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 47 SẢN XUẤT POLYSTYREN Từ giai đoạn này, trình sản xuất GPPS HIPS tương tự Hỗn hợp nguyên liệu gia nhiệt sơ (3) nạp liệu lien tục tới thiết bị trùng hợp sơ (4), hình dạng cao su tạo Sau khỏi thiết bị trùng hợp sơ bộ, hỗn hợp polymer bơm đén lò phản ứng polymer hóa (5) thiết kế riêng hang Khi lò phản ứng dừng, trình trùng hợp hoàn thành Sau đó, hỗn hợp gia nhiệt sơ (6) để chuẩn bị cho tình bay Thiết vị bay (7) giữ độ chân không cao để thu hồi monomer chưa phản ứng dung môi từ polymer nóng chảy Monome cất phân xưởng tái sinh (8) tuần hoàn trở lại thiết bị trùng hợp sơ Polyme bơm qua bơm để tạo sợi, qua bể nước để làm lạnh cuối qua máy tạo hạt(11) để tạo hình dạng hạt sang lọc để phân loại Sản phẩm chuyển đến phận đóng gói 2.6.2.3 Điều kiện công nghệ Nhiệt độ: 150oC Giai đoạn hiệu suất khoảng 30 – 40 % Giai đoạn tổng hiệu suất khoảng 90% Thời gian phản ứng vài 2.6.2.4 Nhận xét [10] Công nghệ công nghệ sản xuất GPPS HIPS Bằng công nghệ tạo sản phẩm chất lượng cao ổn định Bảng 13: Định mức tiêu hao lượng nguyên liệu tính theo styren GPPS HIPS Styren dầu khoáng, kg 1011 937 Cao su, kg 73 Các chất phụ gia, kg Điện KWh 97 110 Nhiên liệu, 10 Kcal 127 127 Nước làm lạnh, m 46 26 Hơi áp suất thấp,kg 6 Đây phương pháp trùng hợp khối liên tục Hiện số nhà máy Pháp , Đức, Thụy Điển vận hành theo công nghệ với tổng công suất đạt khoảng 450000 GPPS HIPS năm Một nhà máy khác với công suất 3000000 GPPS HIPS năm hoạt động từ năm 2005 2.6.3 Công nghệ sản xuất GPPS Toyo Engineering Corp GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 48 SẢN XUẤT POLYSTYREN 2.6.3.1 Sơ đồ công nghệ Hình 13: Sơ đồ công nghệ sản xuất GPPS Toyo Engineering Corp [11] Thùng chứa monomer nguyên Thùng chứa styrene liệu Thùng chứa acrylonitrile Thiết bị phản ứng thứ Thùng chứa dung môi Thùng chứa monomer tuần Thiết bị bay hoàn Thiết bị ngưng tụ Thiết bị tạo hạt 2.6.3.2 Quy trình công nghệ Styren nguyên liệu từ thùng (1), dung môi phụ gia thùng (2) monomer tuần hoàn đươc trộn với thùng chứa nguyên liệu (5) Sau đó, hỗn hợp đua vào thiết bị phản ứng (6), để thực phản ứng trùng hợp Nhiệt độ thiết bị phản ứng khống chế cẩn thận đê trì tốc độ chuyển hóa đảm bảo chất lượng sản phẩm Giữa thiết bị (6) (7) có thiết bị gia nhiệt sơ để giảm độ nhớt của hỗn hợp sản phẩm Hỗn hợp sản phẩm chuyển đến thiết bị bay số (7) Các thành phần dễ bay GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 49 SẢN XUẤT POLYSTYREN đươc tách đỉnh trình bay chân không, vào thiết bị ngưng tụ (8), cặn thiết bị (8) đươc tuần hoàn lại thùng (4) Polyme nõng chảy phận tạo hạt (9) 2.6.3.3 Nhận xét Một lượng lớn polystyrene thông dụng GPPS với độ lớn tính chất tốt để chế tạo PS dạng bọt cách phun ép trực tiếp bới trình trùng hợp khối liên tục sử dụng công nghệ Toyo Engineering Corp Định mức tiêu hao nguyên liệu lượng cho phân xưởng sản xuất 50.000 GPPS/năm bờ vịnh Mỹ Vốn đầu tư, triệu USD 14 Vật liệu thô tiêu thụ cho GPPS, kg 1009 Hiện có nhà máy Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc, Ấn Độ Nga vận hành theo công nghệ với tổng công suất khoảng 2000000 tấn/năm 2.6.4 Công nghệ sản xuất HIPS Toyo Engineering Corp 2.6.4.1 Sơ đồ công nghệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 50 SẢN XUẤT POLYSTYREN Hình 14: Sơ đồ công nghệ sản xuất HIPS Toyo Engineering Corp[11] Thùng chứa styrene Thùng chứa acrylonitrile 3.Thùng chứa dung môi Thùng chứa monomer tuần hoàn Thiết bị trộn nguyên liệu Thùng chứa hỗn hợp nguyên liệu đầu Thiết bị trùng hợp sơ Thiết bị trùng hợp Thiết bị bay 10 Thiết bị ngưng tụ 11 Bộ phận tạo hạt 2.6.4 Quy trình công nghệ Styren từ thùng (1), cao su chất phụ gia từ thùng (3), monomer tuần hoàn nạp vào thiết bị hòa tan cao su (5) hỗn hợp đầu đưa thùng chứa nguyên liệu đầu (6) Hỗn hợp từ thùng chứa vào thiết bị trùng hợp sơ (7), hình dạng cao su tạo Sau đó, hỗn hợp đưa vào thiết bị trùng hợp Nhiệt độ thiết bị điều khiển mức ổn định để trì độ chuyển hóa đảm bảo chất lương sản phẩm GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 51 SẢN XUẤT POLYSTYREN Sản phẩm polymer hóa có đọ nhớt cao nên gia nhiệt sơ trước đưa vào thiết bị bay (9) Các thành phân dễ bay tách từ dung dịch polymer trình bay chân không Hơi ngưng tụ (10), phần cặn tách tuần hoàn trở lại thùng chứa (4) Polymer nóng chảy đưa qua phận tạo hạt (11) 2.6.4.3 Nhận xét styren chịu va đập với tính ổn định học cao gia công trình trùng hợp khối liên tục sản xuất sử dụng công nghệ Toyo Engineering Corp Định mức tiêu hao nguyên liệu lượng cho phân xưởng sản xuất 50000 HIPS/năm bờ vịnh Mỹ Vốn đầu tư, triệu USD 21 Vật liệu thô tiêu thụ cho HIPS, kg 1009 Hiện nhà máy Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc, Ấn Độ vận hành theo công nghệ với tổng công suất đạt 190000 tấn/năm 2.7 Lựa chọn công nghệ Đối với việc sản xuất EPS, ta thấy công nghệ ABB Lummus Global/ BP Chemical công nghệ tiên tiến Công nghệ cho sản phẩm với chất lượng cao ổn định Đối với trình sản xuất GPPS HIPS tương tự, công nghệ ABB Lummus Global/ BP Chemical tỏ ưu điểm hẳn tích hợp hai quy trình Chỉ cần thay đổi nguồn nguyên liệu đầu vào ta tạo hai loại polystyrene khác Điều cho phép tiết kiêm chi phái đấu tư thiết bị, đảm bảo trình sản xuất linh hoạt theo xu thị trường GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 52 SẢN XUẤT POLYSTYREN KẾT LUẬN Styren ứng dụng nhiều sống dùng để sản xuất sản phẩm cao su, chất dẻo,chất cách điện, sợi thủy tinh, hộp đựng thức ăn phần đến 38% styrene dùng để sản xuất Polystyrene Trong tiểu luận chúng em trình bày vấn đề sau:  Khái quát chung tính chất, ứng dụng, tiêu thụ vận chuyển, tồn chứa nguyên liệu, sản phẩm Đặc biệt nhận thấy tầm quan trọng Polystyren ứng dụng rộng rãi sống  Tìm hiểu quy trình sản xuất nguồn nguyên liệu styren sản xuất sản phẩm polystyren nhà máy giới Quá nhận thấy: Styren sản xuất theo phương pháp đoạn nhiệt hiệu phổ biến Polystyren : sản xuất EPS, công nghệ ABB Lummus Global/ BP Chemical tiên tiến, cho sản phẩm chất lượng cao ổn định Sản xuất GPPS HIPS, công nghệ ABB Lummus Global/ BP Chemical ưu điểm hẳn tích hợp hai quy trình Chỉ cần thay đổi nguồn nguyên liệu đầu vào tạo hai loại polystyrene khác nhau,cho phép tiết kiêm chi phái đấu tư thiết bị, đảm bảo trình sản xuất linh hoạt theo xu thị trường  Tiến hành mô phân xưởng sản xuất styrene từ etylbenzen pha theo đoạn nhiệt phần mềm Hysys Qua trình tìm hiểu số tài liệu, sách báo, tạp chí nước đặc biệt hướng dẫn giúp đỡ cô PGS.TS Nguyễn Hồng Liên, chúng em hoàn thành tiểu luận GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 53 SẢN XUẤT POLYSTYREN Trong trình làm chúng em nhiều thiếu sót mong cô đọc góp ý cho chúng em để tiểu luận hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn cô! TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Phạm Thanh Huyền, PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Công nghệ tổng hợp hữu hóa dầu Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 Hydrocacbon Processing Petrochemical Processes 2005 Ullman’s encyclopedia of Industtrial Chemistry 2007 PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền, Hysys mô công nghệ hóa học Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2010 GS.TS Đào Văn Tường Động học xúc tác Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 Seyed Mahdi Mousavi, Parvaneh Nakhostin Panahi, Aligholi Niaei, Ali Farzi, Dariush Salari Modeling and Simulation of Styrene Monomer Reactor: Mathematical and Artifcial Neural Network Model International Journal of Scientific & Engineering Research Volume 3, Issue 3, March-2012 Sudheer Indala Development and integration of new processes consuming carbon dioxide in multi-plant chemical production complexes B.Tech., Andhra University, India, 2001 May,2004 Phan Thị Minh Ngọc (chủ biên) Cơ sở hóa học polyme tập Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội Polymerization of styrene in solutions with compressed carbon dioxide as antisolvent 10 Một số quy trình tổng hợp polystyren styren – Hồng Vân 11 Petrochemical Processes Technical And Economic Characteristics, Volume GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 54 SẢN XUẤT POLYSTYREN GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 55 [...]... sau tinh chế : 99,9%  Công suất của công nghệ : 5134 Kg/h  Hiệu suất của công nghệ : 86,13%  Phản ứng xảy ra ở pha hơi và đoạn nhiệt GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 32 SẢN XUẤT POLYSTYREN Phần 2 Sản Xuất Polystyren 2.1 Tổng quan về polystyen Công thức phân tử: (C6H5CH-CH2 )n Công thức cấu tạo: 2.1.1Tính chất vật lý PS thuộc nhóm nhiệt dẻo tiêu chuẩn, gồm có PS và PVC (polyvinylclorua) PS cứng... nghiên cứu các công nghệ mới nhằm đấy mạnh sản xuất polystyren để chất tạo các vật phẩm ngày càng được quan tâm và phát triển 2.2 Các công nghệ sản xuất polystyren 2.2.1 Lý thuyết trùng hợp styren Trong sản xuất, styren chỉ trùng hợp theo cơ chế trùng hợp gốc và thu được polyme có cấu tạo chủ yếu là liên kết đầu-đuôi và ở dạng vô định hình Styren dễ trùng hợp khối, trùng hợp dung dịch, trùng hợp nhũ tương... các công nghệ chế biến khác nhau có ảnh hưởng tới hình dáng sợi và sự phân tán trong pha nền polyme GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 34 SẢN XUẤT POLYSTYREN Polystyren chịu va đập có thể được xử lý một cách dễ dàng bởi các công nghệ chế biến nhiệt dẻo thông thường gồm công nghệ màng, công nghệ tấm và các công nghệ ép nóng, đúc phun, đúc phun áp lực và đúc thổi cấu trúc Một số ứng dụng của HIPS: - Bao... Nguyễn Hồng Liên Trang 11 SẢN XUẤT POLYSTYREN 1.2.1.3 Ứng dụng[12] Etylbenzen là hợp chất Alkyl thơm đơn vòng, có ý nghĩa quan trọng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ hóadầu Biểu đồ dưới đây thể hiện ứng dụng của Etylbenzen trong công nghiệp như hình 1 Hình 3: Biểu đồ thể hiện ứng dụng của Etylbenzen trong công nghiệp [12] Hơn 99% Etylbenzen dùng để sản xuất Styrene cho lĩnh vực polymer, sản xuất polystyrene,... dụng hỗn hợp nguyên liệu ở pha hơi và thiết bị có xúc tác cố định phù hợp yêu cầu công nghệ Trong mô phỏng thì thiết bị PFR-100 và PFR-101 là hai thiết bị phản ứng chính của dây chuyền công nghệ 1.2.7.2 Sơ đồ mô phỏng Hình 6: Sơ đồ mô phỏng phân xưởng sản xuất styrene từ etylbenzen bằng công nghệ dehydro hóa đoạn nhiệt hai thiết bị phản ứng GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 27 SẢN XUẤT POLYSTYREN... nitrophenol được sử dụng làm chất ức chế trùng hợp trong quá trình chưng cất styren, còn tert-butyl-4-catechol hoặc hydroquinon được sử dụng làm chất ức chế trong quá trình bảo quản styren 1.2.5 Các công nghệ sản xuất Styrentrên thế giới GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 20 SẢN XUẤT POLYSTYREN 1.2.5.1 Quy trình sản xuất Styren của công ty LUMMUSS UOP [2] Hình 4 :Sơ đồ công nghệ LUMMUSS /UOP sản xuất... tăng công suất Định mức đầu tư, tiêu hao nguyên liệu và tiện ích:  đầu tư : 78 triệu $  EB 1,055 tấn/tấn SM :  Các tiện ích khác: 29$/triệu tấn SM Số lượng nhà máy: hiện tại có 36 nhà máy sản xuất theo công nghệ cổ điển và 7 nhà máy theo công nghệ SMART Nhiều nhà máy trong tương lai sử dụng công nghệ SMART đang được xây dựng 1.2.5.2Quy trình sản xuất của công nghệ BADGER [2] GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng. .. etylbenzen bằng công nghệ dehydro hóa đoạn nhiệt một thiết bị phản ứng [1] 3 Thiết bị phản ứng 4 Trống đựng hơi nước 8 800 – 820oC 2 Etylbenzen tuần hoàn 1 2 Lò gia nhiệt 7 Bốc hơi 1 Tháp tách hai pha Khí sử dụng làm nhiên liệu Chất ức chế Etylbenzen Nước ngưng Hơi nước Phần ngưng Hơi nước SẢN XUẤT POLYSTYREN GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 16 SẢN XUẤT POLYSTYREN Thuyết minh công nghệ : Nguyên liệu... CH4 → CO + 3H2 (5) H2 O + CO → CO2 + H2 (6) Thành phần hỗn hợp chủ yếu là khí và các hợp chất không phân cực nên lựa chọn hệ nhiệt động Peng-Robinson Các thông số kinetic của 6 phản ứng chính và phụ như sau: [6] GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 26 SẢN XUẤT POLYSTYREN Điều kiện công nghệ ở nhiệt độ cao là 520oC và áp suất thấp1atm khi đó hỗn hợp ở pha hơi nên sử dụng thiết bị dạng đẩy trong Hysys làm... Thoát nhiệt PƯdễ dàng hơn - PƯ xảy ra ở độ nhớt thấp: +Tạo polyme có KLPT cao +Độ chuyển hóa monome cao trong khoảng thờ gian ngắn -Polyme bị nhiễm bẩn bởi chất nhũ tương hóa (là chất điện ly)nên làm giảm tính điện của polymer -Tính dẫn nhiệt tốt - Độ đa phân tán nhỏ - KLPT cao - Có thể gắn màu luôn trong quá trìn htrùng hợp GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Trang 36