tìm hiểu công nghệ sản xuất polystyren và tính toán một số thông số kỹ thuật cho thiết bị phản ứng sử dụng phương pháp huyền phù với năng suất 200 000 tấn năm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA DẦU KHÍ ĐỒ ÁN MƠN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU VÀ CHẾ BIẾN POLYME ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYSTYREN VÀ TÍNH TỐN MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HUYỀN PHÙ VỚI NĂNG SUẤT 200.000 TẤN/NĂM Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYSTYREN I, Lịch Sử Phát Triển Của Polystyren (PS): II, Tính Chất Của Polystyren: III, Tình Hình Sản Xuất Polystyren: .5 IV, Cấu Tạo Polystyren: V, Phân Loại Và Ứng Dụng Của Polystyren (PS): PS tinh thể (GPPS) PS chịu va đập (HIPS) PS xốp (EPS) CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYSTYREN I Nguyên Liệu: 1, Tinh chế Styren: 2, Điều chế Styren: So sánh ưu, nhược điểm phương pháp trùng hợp 16 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh LỜI MỞ ĐẦU Nhân loại bước vào kỷ nguyên bùng nổ khoa học công nghệ Ngành công nghệ sản xuất chất dỏe ngành công nghiệp khác phát triển mạnh mẽ giới Việt Nam, đáp ứng nhu cầu khắt khe mặt đời sống xã hội công nghiệp Nguyên liệu đầu để sản xuất chất dẻo đa dạng dồi than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏ… So với kim loại, chất dẻo có nhiều tính chất ưu việt như: bền trường ăn mòn, cách điện…Ngồi có số loại có khả chịu nhiệt tốt, suốt, dễ gia công nên chất dẻo ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực thay kim loại Ở nước ta nguồn nguyên liệu để sản xuất chất dẻo lớn hầu hết loại chất dẻo phải nhập ngành cơng nghiệp hóa dầu Việt Nam chưa phát triển, mặt khác ngành công nghiệp sản xuất chất dẻo chưa đầu tư mức Xuất phát từ yêu cầu thực tế ngành công nghiệp sản xuất chất dẻo nước ta hình thành nên đồ án: “Tìm Hiểu Cơng Nghệ Sản Xuất Polystyrene Và Tính Tốn Một Số Thông Số Kỹ Thuật Cho Thiết Bị Phản Ứng Sử Dụng Phương Pháp Huyền Phù Với Năng Suất 200.000 tấn/năm” Page Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYSTYREN I, Lịch Sử Phát Triển Của Polystyren (PS): Từ 18, styren lần tìm thấy chưng cất nhựa bồ đề với nước Năm 1831, lần Bonastre chiết tách Styren Năm 1839, E.Simon người xác định tính chất polystyren đặt tên Styren, ơng quan sát chuyển hóa Styren dung dịch lỏng nhớt trạng thái tĩnh Năm 1845, hai nhà bác học người anh Hoffman Btytt nhiệt phân monome styrene ống thủy tinh kín 200ᵒ C thu sản phẩm đồng thể Berthelot chế tạo styrene bắng cách nhiệt phân số hydrocacbon phương pháp tảng cho sản xuất styrene công nghiệp sau Năm 1937, Công ty Dow Chemical, công ty lớn Mỹ sản xuất polystyrene dân dụng hay gọi styrol năm 1938 sản xuất 100.000kg polystyren Công nghệ tổng hợp polystyrene ngày hồn thiện sản phẩm thu có tính chất hóa học tốt, đồng đều, đáp ứng nhu cầu xã hội II, Tính Chất Của Polystyren: PS thuộc nhóm nhiệt dẻo tiêu chuẩn, gồm có PS PVC (poly vinylclorua) PS cứng, suốt với độ bóng cao, khơng mùi, khơng vị Khi cháy có nhiều khói, giá thành rẻ, dễ gia công phương pháp ép đúc áp suất Dưới 100oC, nguyên liệu PS đóng rắn lại giống thủy tinh với nồng độ thích hợp PS có tính điện mơi tốt, bền với nhiều hóa chất sử dụng, chịu nước tốt PS khơng phân cực bền với hóa chất phân cực phân cực mạnh Tính chất vật lý Polystyren: Page Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh Tỉ trọng, g/cm3 0.9045 Chiết suất 1.54389 Độ nhớt 255̊ C, Cp 0.75 Nhiệt độ sơi, 5̊ C 145.2 Nhiệt độ nóng chảy, 5̊ C -30.6 Nhiệt độ cháy bùng, 5̊ C 31 Nhiệt độ bắt lửa, 5̊ C 34 Nhiệt độ bay hơi, cal/g 86.9 Nhiệt cháy, cal/g 10.04 Nhiệt nóng chảy, cal/g 25.4 Nhiệt trùng hợp, cal/g 168 Tỉ nhiệt 255̊ C, cal/g.độ 0.407 Giới hạn nổ không khí, %V 1.1 Độ co sau trùng hợp, %V 17.0 Vì có ngun tử H C bậc linh động nên H dễ tham gia phản ứng oxi hóa PS nhanh bị lão hóa khơng khí có ánh sáng trực tiếp.Vòng benzen tham gia phản ứng sunfo hóa, nitro hóa… dùng để sản xuất nhựa trao đổi ion cationit axit mạnh Khối lượng riêng d = 1,05 ÷ 1,1 g/cm3 Chỉ số chảy MI: 1÷ g/10 phút Độ bền kéo đứt: 400 ÷ 450 kg/cm2 Page Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme Tính chất GVHD: TS Nguyễn Thị Linh PS huyền phù Dung dịch Khối Nhũ tương Giới hạn bền uốn, [kg/cm2] 816 875 800 900 Độ bền va đập, [kg/cm/cm2] 14,7 15 15 180 Độ bền nhiệt (Mactanh), [oC] 80 80 80 80 Độ thẩm điện môi δ (điện 2,6 2,6 2,6 2,6 xuyên thủng), (106 hex) PS tái chế sử dụng lại nhiều lĩnh vực Nhiệt độ nhiệt dẻo PS khoảng 80 - 100 oC nên việc tái chế trực tiếp, ta việc cắt làm vụn thành mảnh nhỏ sau nhiệt dẻo, đem xử lý đóng khn để hồn tất sản phẩm Ngồi số trường hợp ta sử dụng phương pháp nhiệt phân phương pháp phân giải Hydrocracking Sản phẩm trình monome sử dụng nguyên liệu đầu công nghiệp hóa chất dầu mỏ Điều có ý nghĩa quan trọng việc bảo vệ môi trường Một số yêu cầu sử dụng mang tính khơng thể thiếu cân quang học tốt hơn, độ cứng, bền với hóa chất nhiệt độ tốt, độ bền cao xử lý linh hoạt, màu sắc… phù hợp với PS Vì có ứng dụng rộng rãi thực tế Tuy nhiên PS có nhược điểm lớn chúng giòn, làm giảm phần phạm vi ứng dụng PS cách điện tốt, ngồi bền với kiềm acid khơng có tính oxy hóa dầu khoáng ancol nên coi vật liệu cách điện lý tưởng Polystyren cách điện tốt với điện có tần số cao nên dung để bọc đường dây dẫn điện cao dung làm cap ngầm Một lượng đáng kể PS dung để làm bọt xốp chống va đập đồ điện tử PS dùng cho nhiều ngành công nghiệp điện tử (vỏ máy, chi tiết máy thu hình, radio) cơng nghiệp lạnh có tính cách nhiệt cao PS xốp(tủ lạnh, máy lạnh), công nghiệp chế tạo xe cộ (vỏ xe, vỏ máy)…Ưu điểm bật PS chúng ưa màu so với loại polyme khác giá thánh sản phẩm thấp Điều giải thích phần Polystyren sử dụng rộng rãi thực tiễn Page Công nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh III, Tình Hình Sản Xuất Polystyren: Năm 1930, PS bắt đầu sử dụng sản phẩm thương mại đến năm 1938, giới sản xuất 100 PS , cuối chiến tranh giới thứ sản xuất 25.000 Đến cuối năm 1961, sản xuất gần triệu PS Trên giới, Mỹ quốc gia sản xuất polystyren nhiều sau đến nước Tây Âu Bảng 1: Tình hình sản xuất polystyrene Mỹ Năm Loại Sản lượng (kg) 1938 Tinh thể 100.000 1946 Tinh thể 25.000.000 1961 Tinh thể 50.000.000 1966 Tinh thể, ghép 1.000.000.000 1969 Ghép 1.500.000.000 Bảng 2: Các công ty sản xuất polystyrene giới, 1969 Công ty Địa điểm Công suất (triệu tấn/năm) Amoco Taxas 800 Monanto Taxas 750 Dow Chemical Taxas 550 Cos Mar Luisiana 500 Sinclair Kopper Pensylvania 470 Dow Chemical Machigan 350 Page Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh Sun Oil Taxas 300 Shell California 240 Foster Grant Luisiana 220 Tổng 4.700 IV, Cấu Tạo Polystyren: Qua nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau, đặc biệt phương pháp nhiệt phân PS thấy PS có cấu tạo đầu nối đuôi PS nhiệt độ phản ứng không cao tạo nhánh nhánh bé V, Phân Loại Và Ứng Dụng Của Polystyren (PS): Theo cấu trúc, thông thường PS chia thành loại sau: - PS tinh thể (GPPS) - PS chịu va đập (HIPS) - PS xốp (EPS) PS tinh thể (GPPS) PS tinh thể thường sử dụng cho mục đích thơng dụng (GPPS), có khối lượng phân tử lớn (Mw = 2÷3 x10 5), mang tính nhiệt dẻo rõ ràng cứng, bền, khơng mùi, khơng vị Là chất dễ tác động nhiệt, ổn định nhiệt, trọng lượng riêng thấp, có giá thành thấp chi phí thấp phân xưởng có sử dụng khn đúc, ép, màng mỏng Ngồi vật liệu PS có tính chất nhiệt tính điện tốt, lý mà chúng sử dụng vật liệu cách điện rẻ tiền Ứng dụng PS tinh thể: Page Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh • Đúc khn kiểu phụt: Làm vỏ bao bì, hộp lọ đựng mỹ phẩm, đồ chơi, trag sức giả, cánh quạt, chai lọ, vật dụng y tế, pipet, bút bi, vòng hạt, dụng cụ văn phòng… • Ép khn: Làm vỏ bao bì, bao bì thực phẩm, thùng catton, hộp xốp, PS định hướng… • Ứng dụng mới: Lắp kính, chiếu sáng, vật trang trí nhà… PS chịu va đập (HIPS) Chất đàn hồi trộn vào Polystyren, chủ yếu để làm tăng tính bền học Kết tạo vật liệu thường gọi PS chịu va đập (HIPS) có giá trị cho nhiều thứ khác Chất đàn hồi Polybutadiene có cấu trúc lập thể điều hòa sử dụng để điều chỉnh tính chịu va đập Độ bền, tính chịu va đập, độ trong, cơng nghệ chế biến khác có ảnh hưởng tới hình dáng sợi phân tán pha polymer Polystyrene chịu va đập xử lý cách dễ dàng công nghệ chế biến nhiệt dẻo thông thường gồm công nghệ màng, công nghệ cơng nghệ: ép biên, ép nóng, đúc phun, đúc phun áp lực, đúc thổi cấu trúc PS xốp (EPS) PS xốp thuật ngữ chung để PS,và Copolyme Styren tạo hợp chất với chất khí phụ gia khác, chế biến thành sản phẩm xốp có tỷ trọng thấp Các loại vật liệu EPS chế tạo sản phẩm cốc cà phê, giảm sóc cho tơ Mục đích EPS chế tạo ly dùng lần, vỏ chống rung vật liệu cách nhiệt Do có ứng dụng rộng rãi sinh hoạt công nghiệp, polystyren trở thành vật liệu quan trọng thiết yếu sống người Việc nghiên cứu công nghệ nhằm đẩy mạnh sản xuất polystyren để chế tạo vật phẩm ngày quan tâm phát triển Page Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYSTYREN I Nguyên Liệu: Nguyên liệu để sản xuất Polystyren (PS) Styren - CTPT: C8H8 - CTCT: Styren dễ trùng hợp có nối đơi vòng thơm, q trình bảo quản nên hạn chế tiếp xúc với ánh sáng, oxy, nhiệt độ Thơng thường bảo quản ta cho 0,5 ÷ 1,5% khối lượng hydroquinon vào làm chất ức chế trùng hợp 1, Tinh chế Styren: Styren dùng để sản xuất styrene thơ lẫn nhiều tạp chất Vì tinh chế styrene khâu quan trọng việc sản xuất Polystyren Các tạp chất có Styren etyl benzene, cumen, xylem Nếu styrene có lẫn nhiều etyl benzene tiếp tục bay từ polystyrene, gấy tượng rạn nứt polymer Nước có lẫn styrene làm cho polystyrene đục làm giảm điện môi Các tạp chất etyl benzene, cumen, xylem làm phân tử khối polystyrene không đồng đêu làm ảnh hưởng tới tính lý sản phẩm VÌ cần tinh chế styrene đến độ tinh khiết 99,6% đem trùng hợp Styren thô tinh chế chưng cất phân đạm sau trộn với chất ức cheespolym hóa styrene hidro quinon, P-tec-butyl pirocac tenon… Page Công nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh Cụ thể như: Đề hydro hóa trức tiếp etybenzen: Nhiệt độ 550-6505̊ C, Áp suất 0.1-0.3 MPa Xúc tác hệ: K2O, Fe2O3, Al2O3, CaO.Al2O3… Tùy thuộc vào loại xúc tác sử dụng, q trình tiến hành điều kiện đẳng nhiệt đoạn nhiệt Về mặt cơng nghệ, q trình Dehydro hóa đẳng nhiệt khó thực trình đoạn nhiệt, phải sử dụng thiết bị phản ứng loại ống chùm với dòng trao đổi nhiệt tuần hoàn ống Tuy nhiên trình có ưu điểm: nhiệt độ ngun liệu đầu thấp hơn, tỉ số nước/nguyên liệu đầu thấp so với trình đoạn nhiệt Ở ta tìm hiểu q trình cụ thể dehydro hóa đoạn nhiệt: Page 10 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh Giải thích sơ đồ: Etylbenzen bốc trộn với nước đứa đến lò gia nhiệt 5305505̊ C, sau cho vào thiết bị phản ứng Lượng nước lại gian nhiệt lên đến 8005̊ C để nâng nhiệt độ thiết bị phản ứng lên đến khoảng 6505̊ C, xảy phản ứng đề hydro hóa, khí khỏi thiết bị phản ứng nhanh chóng làm lạnh bở nước sau khí sản phẩm tiếp tục làm lạnh thiết bị trao đổi nhiệt khơng khí Sản phẩm sau làm lạnh ngưng tụ hình thành pha sau:  Pha khí sử dụng làm nhiên liệu: Co, CO2, metan, etylen…  Pha nước nhiều hydro cacbon thơm đưa vào tháp tách, ben zen toluene hồi lưu Page 11 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh  Pha hữu gồm styrene etylbenzen đua vào tháp tách Quy trình sản xuất styrene cơng ty Lumus UOP: Đây quy trình sản xuất monome styren (SM) dùng cho sản xuất polyme, gồm có quy trình Lumus UOP “cổ điển” cho nhà máy quy trình Lumus UOP “thông minh” cho nhà máy cải tạo sửa chữa Mơ tả q trình: Etylbenzen (EB) tách hydro với tham gia xúc tác nước để tạo thành styrene Điều kiện phản ứng nhiệt độ cao áp suất chân không EB trộn với nước nhiệt thực phản ứng tách hydro thiết bị phản ứng Khí cơng nghệ tái gia nhiệt bắng thiết bị gia nhiệt trung gian Các dòng phản ứng thu hồi nhiệt đồng thời ngư tụ hydrocacbon nước Hydrocacbon từ thiết bị tách dầu (2) đưa vào thiết bị cất Q trình cất (3),(4) tách styrene có độ tinh khiết cao.C6H5-CH3 sản xuất thiết bị (5), (6), benzene lấy từ đính (6) đứa trở lại phân xưởng EB Thông thường, độ tinh khiết sản phẩm monome styren (SM) đạt 99,8 99,95% Quy trình có hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhờ kết hợp độc đáo chất xúc tác điều kiện vận hành thiết bị phản ứng Quy trình Lumus UOP "thơng minh" tương tự trên, có khác biệt oxy đưa vào bước tách hyđro để oxy hóa phần hyđro sinh xúc tác, tái gia nhiệt khí cơng nghệ điều chỉnh cân phản ứng tách hyđro Quy trình đạt hiệu suất chuyển hóa 80% EB sau vòng phản ứng Page 12 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh * Chỉ tiêu tiêu hao nguyên vật liệu quy trình "cổ điển": Etyl benzen: 1.054 kg/tấn SM * Chi phí điện hơi: 31 USD/tấn SM * Chi phí đầu tư (tại Mỹ, công suất 200.000 sản phẩm): 225 USD/ SM II, Phương pháp sản xuất Polystyren: 1, Lý Thuyết: 1.1, Trùng hợp khối: Trùng hợp Styren thành khối tiến hành đun nóng có chất khởi đầu khơng có chất khởi đầu Page 13 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh Chất khởi đầu thường peroxit hữu Benzoyl peroxit chất khởi đầu phổ biến khơng thích hợp trùng hợp styren làm vàng sản phẩm Tốc độ trùng hợp tăng theo nhiệt độ nhiệt độ 50 oC vận tốc trùng hợp chậm (có đến hàng năm), 150 oC phản ứng kết thúc vài Nhưng chuyển hóa khoảng 90% phản ứng khơng xảy Điều có nghĩa polyme có trọng lượng phân tử cao khơng thu với hiệu suất cao Nếu lại nhiều monome nhiệt độ chảy mềm PS giảm xuống, vật phẩm trở nên đục monome chuyển lên bề mặt bốc từ từ làm vàng sản phẩm 1.2 Trùng hợp dung dịch: So với trùng hợp khối, phản ứng trùng hợp dung dịch tiến hành với tốc độ chậm polyme tạo thành có trọng lượng phân tử thấp Trọng lượng phân tử trung bb́ình PS phụ thuộc vào điều kiện trùng hợp loại dung môi Dung môi phải trơ với chất hỗn hợp monome, chất khởi đầu polyme phải tan dung môi Dung môi thường sử dụng benzen, xyclohexan, tertbutylbenzen, toluen vb́ polyme thu có trọng lượng phân tử lớn dùng dung môi khác Polyme nhận dạng dung dịch sử dụng làm sơn tốt, sử dụng vào mục đích khác cần cho kết tụ polyme từ dung dịch cách cho thêm chất kết tụ Những chất kết tụ hay sử dụng cacbuahydro, rượu metylic, etylic Ưu nhược điểm phương pháp - Ưu điểm: + Trọng lượng phân tử điều chỉnh cách thay đổi loại dung môi nhiệt độ phản ứng + Quá tŕnh truyền nhiệt tốt, tạo polyme có độ đồng cao + Phương pháp trùng hợp dễ tiến hành - Nhược điểm: Page 14 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh + Phương pháp trùng hợp dung dịch Ưt sử dụng vb́ dung mơi nhiều, dây chuyền phức tạp, phải có thiết bị tách dung môi khái polyme + Tạo nên polyme có khối lượng phân tử trung bb́nh thấp có khả phản ứng chuyển mạch lên monome dung môi Ứng dụng sản phẩm: - Sản phẩm dạng dung dịch nên sử dụng làm sơn tốt - Dùng để gia công tạo sản phẩm thông dụng không đđ̣i hỏi độ tinh khiết cao 1.3, Trùng hợp nhũ tương: Trùng hợp nhũ tương phương pháp ứng dụng để tổng hợp PVC nước Anh có phương pháp sử dụng đến năm 1944 Trong trùng hợp nhũ tương, monomer phân tán nước dạng nhũ ổ định Sản phẩm tạo thành dạng nhũ (hay gọi latex) hạt polymer nước Chất khởi đầu thường dừng peroxyt hydro H2O2, Persulfat loại kiềm Chất nhũ hóa loại xà phòng, acid béo Có dùng thêm chất điều chỉnh để điều chỉnh tính chất trọng lượng phân tử polyme Ví dụ ta thêm vào hỗn hợp phản ứng 0.2 -5 % iodofome có polyme phân tử thấp có tính hòa tan tốt Phẩm chất polyme phụ thuộc chủ yếu vào độ nguyên chất monome, mức độ xác điều chỉnh nhiệt độ pH môi trường phản ứng Ưu điểm đặc điểm phương pháp khả tiến hành trùng hợp liên tục Nhờ quấy vào polyme tách liên tục nên sản phẩm đồng tốt 1.4, Trùng hợp huyền phù: Khác với trùng hợp nhù tương, trùng hợp huyền phù chất khởi đầu tan monomer nên q trình kích thích trùng hợp xảy hạt Page 15 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh monomer, huyền phù mơi trường nước Do q trình phản ứng có phần giống với trùng hợp khối mà sản phẩm tinh khiết nên ổn định nhiệt polymer trùng hợp nhù tương Cụ thể PVC trùng hợp huyền phù chứa Ýt tạp chất (độ tro 0.03-0.08%) so với PVC trùng hợp nhù tương (độ tro 0.5- có loại đến 3%) nên có tính chất cách điện, tính chịu lạnh, chịu nhiệt tốt Polymer tạo thành dạng huyền phù nước dễ keo tụ thành dạng bột khích thước hạt lớn trùng hợp nhù tương từ 0.1 - 0.3 ly Chất khởi đầu thường dùng poroxyt henzoin ký hiệu n5 Chất nhò hóa hay chất ổn định huyền phù grêlatin, rượu polyvinylie phần ngưng tụ ure với formaldehyt Cần ý muốn nâng cao tính ổn định nhiệt polymer khơng dùng nhiều chất khởi đầu không nâng cao nhiệt độ So sánh ưu, nhược điểm phương pháp trùng hợp PP Trùng hợp Ưu điểm - Phương pháp đơn giản - Tạo sản phẩm tinh khiết Trùng hợp khối - Vận tốc phản ứng cao, suất lớn - Có thể trùng hợp khn mẫu tạo sản phẩm có hình thù phức tạp - Khơng có tượng nhiệt cục - Dễ khống chế nhiệt độ PƯ TH Dung dịch - Dung môi làm giảm độ nhớt giúp PƯ xảy êm dịu Nhược điểm - Dễ bị nhiệt cục độ nhớt cao -Tính dẫn nhiệt - Sản phẩm dạng khối nên lấy sản phẩm gia cơng khó - Tăng độ đa phân bố khối lượng phân tử (KLPT) - Dung môi hữu độc, đắt tiền, dễ cháy - Khối lượng phân tử thấp lẫn dung môi hòa tan Page 16 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh - Nhiệt tách phân tán nhanh - Sản phẩm chứa bọt khí - Sản phẩm cuối latex polyme với nồng độ cao (70 ÷ 80%) TH Nhũ tương - Thoát nhiệt PƯ dễ dàng - Polyme bị nhiễm bẩn chất nhũ tương hóa (là chất điện ly) nên làm giảm tính điện polyme - PƯ xảy độ nhớt thấp: + Tạo polyme có KLPT cao + Độ chuyển hóa monome cao khoảng thời gian ngắn -Tính dẫn nhiệt tốt TH Huyền phù - Độ đa phân tán nhỏ - KLPT cao - Có thể cắn màu ln q trình trùng hợp Phương pháp sản xuất Polystyren: Theo đề đồ án ta tìm hiểu phương pháp sản xuất Polystyren (PS) theo phương pháp huyền phù Page 17 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh Cho nước, monomer chất ban đầu vào thiết bị phản ứng để bắt đầu trình sản xuất Cho tiếp PVA vào Nhiệt độ đầu (75-805̊ C) vòng 1,5h , vòng 2h lên đến 905̊ C, tổng thời gian phản ứng khoảng 4h hiệu suất đạt khoảng 98% Hỗn hợp huyền phù gồm hạt Polystyren Ban đầu Monome styrene loại bỏ chất ức chế (1) Styren sau trộn lẫn với chất xúc tác để khơi mà cho phản ứng (2) Chất khơi mào có tác dụng hòa tan huyền phù ổn định huyền phù (3) 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 (bước 4) Các hạt ướt đưa đến máy li tâm (bước 5) sau đưa đến máy sấy (bước 6) Page 18 Công nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh để khử nước làm khơ Tiếp đó, hạt đưa qua máy đùn loại khí để thu hồi monome styren chưa phản ứng (bước 7) 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 Các thơng số quy trình sản xuất PS: Trùng Hợp Huyền Phù Nhiệt độ 110-1705̊ C Áp suất 10-20mmHg Gián đoạn (Liên tục) 5-9h (Gián đoạn) Một Số Công nghệ Sản Xuất Polystyren (PS): 1, Công nghệ sản xuất PS NSCC: Quy trình sản xuất polystyren Cơng ty Nippon Steel Chemical (NSCC) áp dụng nhà máy Nhật Bản với tổng công suất 200.000 tấn/năm Với quy trình này, người ta sản xuất 50 cấp độ sản phẩm polystyren khác Sản phẩm phổ biến GPPS (poly-styren dạng trong, vơ định hình, sử dụng rộng rãi làm bao bì thực phẩm CD, ) Đối với sản phẩm có yêu cầu độ bền va đập cao hơn, ví dụ vỏ máy tính, ti vi, người ta kết hợp cao su polybutađien vào mạng poly-styren để sản xuất loại polystyren biến tính cao su (HIPS) Quy trình NSCC áp dụng để sản xuất nhựa HLPS có độ bền cao, độ bóng cao, dùng để thay cho nhựa ABS (acrylonitril - butađien styren) nhiều ứng dụng Mô tả quy trình: Quy trình bao gồm trình polyme hóa liên tục nguyên liệu styren tác dụng tác nhân nhiệt hóa chất Ở kiểu thiết kể điển hình, thường Page 19 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh có dòng phản ứng riêng cho GPPS HIPS Dòng phản ứng GPPS có khả tạo nhiều cấp độ khác sản phẩm GPPS - từ loại phân tử lượng thấp, độ chảy cao, đến loại phân tử lượng cao, bền nhiệt Dòng phản ứng HIPS có thiết bị phản ứng thiết kế thích hợp, cho phép điều chỉnh phân phối cao su mạng polystyren Sự phân phối tết cao su tạo cho polyme sản phẩm có độ bền cao hơn, đồng thớt giảm định mức tiêu hao cao su Quá trình cho phép khống chế cỡ hạt cao su với độ xác micron Các hạt cao su nhỏ tạo bề mặt trơn nhẵn cho sản phẩm làm từ nhựa HIPS với độ bền cao, tính học hồn thiện bề mặt vượt trội so với sản phẩm làm từ nhựa ABS Mỗi dòng phản ứng GPPS HIPS có thiết bị polyme hóa đặt theo dãy, dây chuyền bay hai bậc tạo hạt Thiết bị bay thiết kế để sản xuất sản phẩm polystyren với tổng dư lượng chất dễ bay thấp 100 ppm (trọng lượng) Thiết bị thơng thường gồm có phận chuẩn bị nguyên liệu, thu hồi monome styren, khử nước bốc dỡ nhựa khối lớn Tiêu hao nguyên liệu nhà máy công suất 50.000 GPPS/ năm + 50.000 HIPS/ năm sau: Sản xuất GPPS: Styren: 0,999 - 1,007 tấn/ GPPS~ Sản xuất HIPS: Styren: 0,926 - 0,948 tấn/ HIPS Cao su: 0,052 - 0,064 tấn/ HIPS 2, Công Nghệ Sản Xuất EPS Của ABB Lummus Global/BP Chemical : Thuyết minh sơ đồ: Monome, nước, styrene, chất khơi mào phản ứng đưa vào thiết bị phản ứng bắt đầu cho trình sản xuất PS Cho tất vào lò phản ứng (1), trình khuấy trộn ta theo dõi thay đổi nhiệt độ thời gian Page 20 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh khuấy Các chất khơi mào có tác dụng hòa tan huyền phù ổn định huyền phù Các hạt huyền phù nước đưa vào bình chứa sau làm lạnh(2) Hỗn hợp hạt/nước bùn ly tâm (3) loại bỏ phần lớn lượng xiro đặc Các hạt vận chuyển đến máy sấy khơ (4), lượng nước lại loại bỏ Sau hạt khơ sàng (5) thành phân đoạn sản phẩm với độ đàn hồi khác Dầu nhờn thêm vào với tỷ lệ định phân xưởng phối trộn (6) sản phẩm cuối vận chuyển đến khoang chứa CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU Page 21 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh “Tính tốn số thông số kỹ thuật cho thiết bị phản ứng sử dụng phương pháp huyền phù với suất 200.000 tấn/năm” 1) Tính Cân Bằng Vật Chất Cho Thiết Bị Phản Ứng:  Ta có thời gian mẻ phản ứng:  Thời gian nạp liệu: 0,5h  Thời gian gia nhiệt: 1h  Thời gian phản ứng: 8h → Thời gian cho mẻ = 8+1+0,5 =9,5h  Năng suất trình: = 25,25 (tấn/h)  Năng suất mẻ: 25,25 9,5 =239,875 (tấn)  Cân vật chất:  Do độ hao hụt 2% nên lượng Polystyren ban đầu là: = 1020 (kg)  Độ chuyển hóa 80% nên lượng Styren tham gia: 100 =1275 (kg)  Hiệu suất phản ứng 90% nên lượng Styren ban đầu là: 100 = 1416,67 (kg) 2) Cân nhiệt lượng: Page 22 Cơng nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh  Tính nhiệt lượng ban đầu:  Nhiệt lượng riêng chất 305̊ C: o Cstyren = 1803 (J/kgK) o CH2O = 4180 (J/kgK) → Nhiệt lượng cần đưa vào: QH2O = m.C.t = 900.4180.30 =112860 (kJ) QStyren = m.C.t =1416,67 1803 30 = 76627,68 (kJ) QPhản ứng = 103 = 769230,77 (kJ) → Nhiệt lượng đầu vào = ∑Q = QH2O + QStyren + QPhản ứng =958718,45 (kg)  Tính nhiệt lượng đầu ra:  Nhiệt lượng riêng chất 905̊ C: o CStyre = 2165 (J/kgK) o CH2O =4213 (J/kgK) o CPolystyren = 2157 (J/kgK)  Nhiệt lượng đưa ra: QH2O = 4213.900.90 =341253 (kJ) QStyren dư =2165 1416,67 0,1 0,2 0,98 90 = 5410,347 (kJ) QPolystyren = 2157.1000.90 = 194130 (kJ) → Q đầu = ∑Q = QH2O + QStyren dư + QPolystyren Page 23 Công nghệ Hóa Dầu Và Chế Biến Polyme GVHD: TS Nguyễn Thị Linh = 540793,348 (kJ) Vậy ∆Q = Q Tài Liệu Tham Khảo: Bài giảng “Cơng Nghệ Hóa Dầu Chế Biến Polyme” (TS Nguyễn Thị Linh, trường Đại Học Mỏ -Địa Chất) Luận văn thiết kế dây chuyền sản xuất nhự Polystyren phương pháp huyền phù (http://www.doko.vn/luan-van/Thiet-ke-day-chuyen-sanxuat-nhua-polystyren-theo-phuong-phap-huyen-phu-voi-cong-suat-1000tan-nam-152295) Một số quy trình sản xuất Styren Polystyren (http://www.hoahocngaynay.com/fr/nghien-cuu-giang-day/quy-trinh-hoahoc/756-11012011.html) Bài giảng “Kỹ Thuật Sản Xuất Chất Dẻo” _ Phan Thế Anh Hóa học hợp chất cao phân tử (PGS.TS Thái Doãn Tĩnh _ Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội) Petrochemical Processes Technical And Economic Characteristics, Volume Page 24 ... Linh Tính tốn số thông số kỹ thuật cho thiết bị phản ứng sử dụng phương pháp huyền phù với suất 200. 000 tấn/ năm 1) Tính Cân Bằng Vật Chất Cho Thiết Bị Phản Ứng:  Ta có thời gian mẻ phản ứng: ... công nghiệp sản xuất chất dẻo nước ta hình thành nên đồ án: Tìm Hiểu Cơng Nghệ Sản Xuất Polystyrene Và Tính Tốn Một Số Thơng Số Kỹ Thuật Cho Thiết Bị Phản Ứng Sử Dụng Phương Pháp Huyền Phù Với. .. đoạn) Một Số Công nghệ Sản Xuất Polystyren (PS): 1, Công nghệ sản xuất PS NSCC: Quy trình sản xuất polystyren Công ty Nippon Steel Chemical (NSCC) áp dụng nhà máy Nhật Bản với tổng cơng suất 200. 000