Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Đào Quốc Tuỳ tận tình giúp đỡ em suốt q trình học tập hướng dẫn em hồn thành đồ án Đồng thời em xin chân thành cảm ơn tất thầy tất thày giáo mơn Hữu - Hố dầu nhiệt tình giúp đỡ em hồn thành đồ án thời gian qui định Hà nội, ngày tháng năm 2004 Sinh viên Đỗ Văn Niên Sinh Viên Thực Hiện -1- Đỗ Văn Niên Hố Dầu QN _ K44 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương LỜI MỞ ĐẦU  Từ xƣa đến nay, sản phẩm hố học có vị trí quan trọng sống ngƣời Đặc biệt sản phẩm ngành cơng nghệ tổng hợp hữu hố dầu Các sản phẩm đƣợc sản xuất chủ yếu từ ngun liệu ban đầu than đá dầu mỏ Poly vinyl clorua (PVC) sản phẩm quan trọng đó, đƣợc sản xuất với suất lớn PVC sản phẩm có nhiều ứng dụng quan trọng nhƣ: thay số kết cấu sắt nhựa, chén bát gốm thay nhựa, PVC đƣợc sản xuất cách trùng hợp từ vinyl clorua (VC) Việc sản xuất tiến hành nhiều phƣơng pháp khác nhƣ: phƣơng pháp trùng hợp khối, phƣơng pháp trùng hợp dung dịch, phƣơng pháp trùng hợp nhũ tƣơng, phƣơng pháp trùng hợp huyền phù Hiện nay, PVC chủ yếu đƣợc sản xuất chủ yếu hai phƣơng pháp trùng hợp theo phƣơng pháp trùng hợp huyền phù phƣơng pháp nhũ tƣơng Hai phƣơng pháp tổng sản lƣợng chiếm đến 92% tổng lƣợng PVC sản xuất đƣợc Ở nƣớc ta, việc tìm thấy mỏ dầu có trữ lƣợng lớn mở khả cung cấp ngun liệu cho nhà máy sản xuất nhựa lớn thời gian khơng xa có ngành sản xuất nhựa mang lại hiệu kinh tế cao góp phần vào phát triển chung đất nƣớc Mặc dù, có nhiều phƣơng pháp để sản xuất PVC nhƣng giới hạn đề tài nên em nghiên cứu phƣơng pháp sản xuất PVC theo phƣơng pháp trùng hợp nhũ tƣơng Sinh Viên Thực Hiện -2- Đỗ Văn Niên Hố Dầu QN _ K44 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƢƠNG I: TÍNH CHẤT CỦA NGUN LIỆU I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VINYLCLORUA: [7] Vinylclorua sản phẩm thơng dụng quan trọng cơng nghệ hố học Ngƣời ta sử dụng vinyl clorua (VC) làm chất trung gian để trùng hợp thành polyvinyl clorua (PVC) hay đồng trùng hợp với monome khác để tạo sản phẩm polyme khác Qúa trình điêù chế VC vào năm 18301834 mà V.regnault tiến hành thực phản ứng khử HCl đicloetan mơi trƣờng kiềm rƣợu khả trùng hợp vinylclorua dƣới tác dụng ánh sáng đƣợc phát vào năm 1872 Baumann Vào năm 1911 hai nhà bác học F.klatte Rollet nghiên cứu phản ứng C2H2 HCl sau năm nhờ phản ứng điều chế xúc tác HgCl2 Griesheim – Elektron, nhƣng sản phẩm PVC cơng nghiệp vào năm 1930 theo phƣơng pháp F.klatte sử dụng phản ứng C2H2 HCl để tạo VC Thời gian gần đây, nguồn cung cấp cao su tự nhiên sẵn có giá thành rẻ nhƣng khoa học chƣa phát triển nên VC có ứng dụng hạn chế Trong chiến tranh giới thứ hai, nguồn cung cấp cao su tự nhiên giảm nhƣng VC cần để tổng hợp thành PVC phát triển thành qui mơ lớn Anh Mỹ Q trình sản xuất VC từ C2H2 đòi hỏi cung cấp nhiều lƣợng để sản xuất ngun liệu axetylen Do nhà hố học nghiên cứu phƣơng pháp sản xuất VC từ ngun liệu rẻ tiền hơn, ngun liệu Etylen vào năm 1940-1945 Ngày nay, 90% q trình sản xuất VC từ etylen sử dụng q trình liên hợp: etylen-điclo etan- oxy-điclo etan - Vinyl clorua Vì q trình thuận lợi điêù tiến hành điêù kiện kinh tế II.TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ ỨNG DỤNG CỦA VC : [7] Vinyl clorua (VC) nhiệt độ thƣờng áp suất thƣờng chất khí có mùi ete nhẹ Vinyl clorua tan tốt nƣớc, 25 0C 0.11g VC tan 100g nƣớc - 150C 0,03g nƣớc tan 100g VC VC tan tốt dung mơi hữu nhƣ: axeton, rƣợu etylic, hydrocacbon thơm hydrocacbon mạch thẳng Sinh Viên Thực Hiện -3- Đỗ Văn Niên Hố Dầu QN _ K44 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương VC độc, có khả gây mê qua hệ hơ hấp ngƣời, nguời tiếp xúc với VC phút với nồng độ 2,5% bắt đầu chống váng sau định hƣớng Nếu nồng độ VC khơng khí dƣới 0,5% ngƣòi tiếp xúc vài khơng có tác động sinh lý đáng kể Khoảng 95% lƣợng VC sản xuất đƣợc dùng để tổng hợp PVC polyme khác sử dụng ngun liệu VC Chẳng hạn : đồng trùng hợp VC với Vinylyden clorit (CH2  CCl2); Vinyl axetat (CH2CHOCOCH3); acrynitril (CH2  CHCN) tạo thành polyme có giá trị VC đƣợc dùng để sản xuất sợi hố học clorin, sơn chịu ăn mòn cao Bảng 1: Một số tính chất vật lý VC đƣợc trình bày dƣới bảng sau đây: Tên Đại Lƣợng Khối lƣợng phân tử Nhiệt độ ngƣng tụ Nhiệt độ đóng rắn Nhiệt độ tới hạn Nhiệt bốc cháy Nhiệt nóng chảy Nhiệt bốc 250C Trọng lƣợng riêng Nhiệt tạo thành Nhiệt trùng hợp Nhiệt dung riêng VC (250C) Nhiệt dung riêng VC lỏng (250C) Hệ số khúc xạ VC lỏng Hằng Số 62,5 kg/kmol 13,9 0C 159,7 0C 142 0C 415 kcal/kg 18,4 kcal/kg 85,7 kcal/kg 0,969 g/cm3 83  kcal/kg 366  kcal/kg 0,207 kcal/kg độ 0,83 kcal/kg độ 1,83 III.TÍNH CHẤT HỐ HỌC:  7 Cơng thức hố học VC: CH2CHCl Cơng thức cấu tạo VC: H H   CC   H Cl Sinh Viên Thực Hiện -4- Đỗ Văn Niên Hố Dầu QN _ K44 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Do có chứa liên kết đơi ngun tử clo linh động nên VC hợp chất phân cực, với momen lƣỡng cực 1,44 Nên phản ứng hố học VC phản ứng cuả liên kết đơi phản ứng ngun tử clo linh động Trong phân tử VC có chứa liên kết đơi ngun tử clo linh động nên phản ứng hố học mà VC có khả tham gia là: III.1.Phản ứng nối đơi: Vì chứa nối đơi nên VC dễ dàng tham gia phản ứng cộng:  với hydro (H2): CH2CHCl + H2  CH3CH2Cl  Với Halogen (clo) đƣợc 1,1,2- tricloetan điều kiện mơi trƣờng khơ nhiệt độ 1401500C hay 800C có chiếu sáng, Xúc tác SbCl3 CH2CHCl + Cl2  2CH2Cl1CHCl2 Với HCl có xúc tác AlCl3 , FeCl3 CH2CHCl + HCl  CH3CHCl2  Trong phản ứng oxy hố VC nhiệt độ 50150oC có mặt Cl2 tạo thành mono axetandehyt: CH2CHCl + 1/2O2  ClCH2CHO  Do chứa nối đơi nên VC tham gia phản trùng hợp tạo PVC sản phẩm quan trọng cho cơng nghiệp chất dẻo III.2.Phản ứng xảy ra: nCH2CHCl  (CH2CH)n | Cl III.3.Phản ứng ngun tử Clo:  Phản ứng thuỷ phân : Khi đun nóng VC với kiềm thu đƣợc axetylen Phản ứng xảy ra: CH2CHCl + NaOH đun nóng CHCH + NaCl+ H2O  VC tác dụng với alkolat hay phenolat cho ta este vinylic: Phản ứng xảy nhƣ sau: CH2CHCl +RONa  CH2CHOR +NaCl  Tác dụng với kim loại tạo thành hợp chất kim: CH2CHCl + Mg  CH2CHMgCl Sinh Viên Thực Hiện -5- Đỗ Văn Niên Hố Dầu QN _ K44 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương VC điêù kiện khơng có khơng khí 4500C phân huỷ tạo thành axetylen HCl,  Bảo quản VC: Trƣớc đây, VC đƣợc bảo quản vận chuyển với có mặt lƣợng nhỏ phenol để ức chế phản ứng polyme hố Ngày nay, vinyl clorua đƣợc sản xuất với độ tinh khiết cao khơng cần chất ức chế bảo quản đồng thời đƣợc làm nên nƣớc vinyl clorua khơng gây ăn mòn đƣợc bảo quản thùng thép cacbon thƣờng CHƢƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ Q TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA PVC I QÚA TRÌNH PHÁT TRIỂN NHỰA PVC TRÊN THẾ GIỚI:[8] Cơng nghiệp hợp chất cao phân tử, đặc biệt chất dẻo non trẻ nhƣng phát triển nhanh chóng Đó nhờ chất dẻo có nhiều tính chất đặc biệt đáp ứng đƣợc u cầu ngày cao khoa học kỹ thuật đời sống ngày Nền cơng nghiệp chất dẻo đời dựa nguồn ngun liệu dồi nhƣ: than dá, dầu mỏ, khí thiên nhiên phế phẩm nơng lâm nghiệp Trong tất loại chất dẻo, nhựa PVC loại phổ biến đƣợc sử dụng rộng rãi nên ln đứng đâù tổng sản lƣợng ln đứng đầu tất loại chất dẻo Hiện có nhiều cơng trình nghiên cứu PVC, chủ yếu để nâng cao phẩm chất nhựa sản phẩm gia cơng đƣợc Do PVC có đặc điểm gia cơng dễ dàng nhanh chóng kim loại nên máy móc thiết bị đơn giản tiết kiệm Năm 1835 lần Regnault điêù chế đƣợc vinyl clorua phƣơng pháp xử lý đicloetan với dung dịch kalihydroxyt Năm 1872 Baumn lần trùng hợp vinyl clorua ống nghiệm kín dƣới tác dụng ánh sáng Thí nghiệm tiếp tục đƣợc Ostrislensky nghiên cứu cơng bố đầy đủ vào năm 1912 Tuy nhiên, polyme chƣa đƣợc đƣa vào sản xuất cơng nghiệp khó gia cơng thành sản phẩm Đến W.L Semon phát đun nóng PVC với trilyl phosphate 1500C thu đƣợc khối đồng giống cao su nhiệt độ thƣờng, sau đƣợc gọi PVC hố dẻo Lúc này, PVC trở thành chất dẻo đƣợc quan tâm hàng đầu lĩnh vực cơng nghiệp Sinh Viên Thực Hiện -6- Đỗ Văn Niên Hố Dầu QN _ K44 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương PVC hố dẻo đƣợc quan tâm sử dụng rộng rãi năm trƣớc sau chiến tranh giới lần thứ hai Vào năm 60 kỷ XX, PVC (PVC khơng trộn chất hố dẻo) bắt đầu đƣợc nghiên cứu sử dụng Đức, Anh, Mỹ Những năm PVC đƣợc nghiên cứu chủ yếu cấu trúc ngoại vi phân tử đƣợc tạo q trình trùng hợp nhƣ: Kích thƣớc hạt, hình dáng độ xốp, phân bố kích thƣớc hạt, yếu tố ảnh hƣởng đến đặc tính gia cơng chế tạo polyme Khi nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng mở rộng lĩnh vực sử dụng PVC Đầu năm 1970, PVC đƣợc sản xuất với lƣợng lớn nhiều quốc gia giới thời điểm PVC cạnh tranh với PE (poly etylen) để giành vị trí hàng đầu vật liệu chất dẻo Từ năm 1986, mức tiêu thụ PVC giới tăng hàng năm 4%, đặc biệt khu vực Đơng Nam Á mức tăng trƣởng 7% tiếp tục phát triển tƣơng lai, đƣợc cho bảng sau Bảng 2: Mức tăng trƣởng sản lƣợng PVC tồn giới năm gần đây: [6] Năm 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 Triệu 3,0 6,0 8,1 12,0 15,0 20,7 23,5 1997 > 25 Sở dĩ PVC có mức tăng trƣởng lớn nhƣ phát triển mạnh nhựa PVC có nhiều đặc điểm tốt nhƣ: ổn định hố học, bền học, dễ gia cơng nhiều loại sản phẩm thơng dụng nguồn ngun liệu tƣơng đối dồi Ở nƣớc cơng nghiệp hố học phát triển PVC đƣợc gia cơng nhiều loại sản phẩm với giá thành tƣơng đối cao Bên cạnh, đặc điểm tốt PVC có nhƣợc điểm nhƣ: chịu nhiệt (