QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NHỰA PVC

Trong công nghiệp chất dẻo, Polyvinyl dorua (PVC) là một trong ba chất dẻo thông dụng gồm: Polyolefin (PO), Polyvinlclorua (PVC) và Polystyren (PS). Nó đứng hàng thứ hai sau Polyolefin với tổng công suất toàn thế giới năm 1997 là 25 triệu tấn năm. Vinyl clorua được tìm ra lần đầutiên bởi Regnalt năm 1835. Polyme Polyvinyclorua (PVC) được biết đến lần đầu tiên 1938. Năm 1912, Bauman trình bày phản ứng trùng hợp monome vinylic gồm Vinyclorua sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra sản phẩm PVC ở dạng bột trắng. Từ đó, công nghệ trùng hợp PVC đã có những bước phát triển mạnh mẽ chủ yếu ở Mỹ và Đức. Sản phẩm thương mại của PVC lần đầu tiên ra đời ở Đức vào đầu những năm 30 sản phẩm quá trình trùng hợp nhũ tương. Năm 1932, bước đột phá đầu tiên để giải quyết vấn đề quá trình và sự ổn định nhiệt diễn ra khi Semon phát minh ra chất hoá dẻo cho PVC, quá trình sử dụng chất ổn định được phát triển vào những năm 30 của thế kỷ 20. Hiện nay PVC là một trong những Polyme chính của thế giới. Do tính chất cơ lý tốt nên PVC được sản xuất với sản lượng lớn. Tuy nhiên tính ổn định nhiệt và tính mềm dẻo của PVC kém hơn một số nhựa thương phẩm khác như Polyetylen (PE) và PS. PVC được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp trùng hợp gốc. Tuy nhiên, trùng hợp gốc của PVC cho ra nhiều đồng phân và các khuyết tật cấu trúc. Những nhân tố này quan trọng sống còn đối với người sử dụng PVC, vì chúng tạo ra những vấn đề về màu sắc, độ ổn định nhiệt, độ tinh thể, ứng sử gia công và tính chất cơ học của thành phẩm. Nghiên cứu về khuyết tật cũng đem lại những hiểu biết sâu sắc về bản chất của phản ứng phụ xảy ra trong quá trình trùng hợp. Ngoài các chất phụ gia như chất hoá dẻo, chất ổn định nhiệt chất bôi trơn, chất độn và Polyme khác, đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm cải thiện những tính chất yếu kém của PVC ví dụ đồng trùng hợp với các monome khác và thay đổi hình thái của hạt để tăng cường tính dễ gia công. Polyme đồng trùng hợp ghép của PVC với monome acrylic và vinylaxetat blend với MBS và acrylonitryl butadien styren (ABS) đã làm tăng độ bền va đập của PVC. Côplyme của PVC với monomeimit và PVC clo hoá đã được nghiên cứ để tăng tính chống cháy của PVC. PVC hoá dẻo nội là một giải pháp cho vấn đề của chất hoá dẻo (DOP) di chuyển từ bên trong ra bên ngoài vật liệu. 2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ PVC.

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU 1 1. Lịch sử phát triển . 1 2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC 2 2.1. Trên thế giới . 2 2.2. Tại Việt Nam . 2 3. Các dự án sắp tới . 3 PHẦN THỨ HAI.: LÝ THUYẾT CHUNG 5 CHƯƠNG 1. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NHỰA PVC . 5 1.1. Nguyên liệu . 5 1.1.1 Tính chất lý học 5 1.1.2 Tính chất hoá học 7 1.2. Phản ứng tạo nhựa . 9 1.2.1. Cơ cấu phản ứng 9 1 Nguyễn Hữu Hùng 1 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long 1.2.2. Động học quá trình trùng hợp 11 1.2.3. Độ trùng hợp và chiều dài động học của mạch 13 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp . 14 1.3.1. Nhiệt độ 14 1.3.2. Áp suất 14 1.3.3. Oxy 14 1.3.4. Nồng độ chất khơi mào 14 1.3.5. Nồng độ monome 15 1.4. Các phương pháp sản xuất nhựa PVC . 15 1.4.1. Sản xuất Vinylclorua (vc) 15 1.4.2. Sản xuất PVC 18 2 Nguyễn Hữu Hùng 2 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long 1.4.2.1. Phương pháp trùng hợp khối 18 1.4.2.2. Phương pháp trùng hợp dung dịch 19 1.4.2.3. Phương pháp trùng hợp nhũ tương 19 1.4.2.4. Phương pháp trùng hợp huyền phù 21 CHƯƠNG 2. PHẢN ỨNG PHÂN HUỶ, ỔN ĐỊNH CỦA NHỰA PVC . 23 2.1. Phản ứng phân huỷ . 23 1.3. Cơ chế của sự ổn định . 25 2.3. Sự thay thế của CL không bền . 25 2.4. Phản ứng tại các vị trí chưa bão hoà . 27 CHƯƠNG 3. TÍNH CHẤT ỨNG DỤNG CỦA PVC . 29 3.1. Tính chất cơ lý hoá của nhựa PVC . 29 3.2. Tính chất cơ lý 3 Nguyễn Hữu Hùng 3 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long . 30 3.3. Tính chất hóa học . 31 3.4. Ứng dụng . 32 CHƯƠNG 4. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PVC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HUYỀN PHÙ . 34 4.1. Quy cách nguyên liệu và thành phần . 34 4.2. Thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất . 35 4.3. Thành phần nguyên liệu . 35 4.4. So sánh giữa các phương pháp . 35 4.5. Dây chuyền sản xuất PVC trong dung dịch huyền phù . 37 PHẦN THỨ BA. CÂN BẰNG VẬT CHẤT 39 3.1. Năng suất một ngày làm việc . 39 3.2. Tính cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm . 39 4 Nguyễn Hữu Hùng 4 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long 3.3. Tính cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm . 46 3.4. Tính cân bằng vật chất cho 500 tấn sản phẩm . 48 PHẦN THỨ TƯ. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 50 1. Thiết bị chính . 50 2. Thiết bị phụ . 60 2.1. Bơm 60 2.2. Thiết bị lường chứa 67 2.3. Thiết bị rửa –ly tâm 70 2.4. Thiết bị sấy 71 2.5. Sàng 74 3. Cân bằng nhiệt . 74 3.1. Tính toán nhiệt cho giai đoạn đun nóng hỗn hợp từ nhiệt độ đầu 25 0 C lên nhiệt độ trùng hợp 70 0 C 5 Nguyễn Hữu Hùng 5 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long 76 3.2. Giai đoạn giữ nhiệt phản ứng 70 0 C 81 PHẦN THỨ NĂM. AN TOÀN LAO ĐỘNG 91 PHẦN THỨ SÁU. ĐIỆN NƯỚC 94 1. Điện . 94 2. Nước . 99 PHẦN THỨ BẨY. KINH TẾ . 100 1. Mục đích . 100 2. Nội dung phần kinh tế . 101 2.1. Chi phí mua nguyên liệu 101 2.2. Chi phí sản xuất chung 101 2.3. Chi phí công nhân 6 Nguyễn Hữu Hùng 6 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long 105 2.4. Chi phí tiêu thụ 108 PHẦN THỨ TÁM. XÂY DỰNG 109 1. Xác định địa điểm xây dựng nhà máy . 109 2. Thuyết minh thiết kế mặt bằng, mặt cắt phân xưởng . 113 2.1. Chọn hướng nhà 113 2.2. Thiết kế nhà 113 2.3. Bố trí thiết bị 113 2.4. Các giải pháp kết cấu nhà 114 2.5 Các công trình phụ 116 3. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 117 KẾT LUẬN .118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 7 Nguyễn Hữu Hùng 7 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long 8 Nguyễn Hữu Hùng 8 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN . Trong công nghiệp chất dẻo, Polyvinyl dorua (PVC) là một trong ba chất dẻo thông dụng gồm: Polyolefin (PO), Polyvinlclorua (PVC) và Polystyren (PS). Nó đứng hàng thứ hai sau Polyolefin với tổng công suất toàn thế giới năm 1997 là 25 triệu tấn năm. Vinyl clorua được tìm ra lần đầutiên bởi Regnalt năm 1835. Polyme Polyvinyclorua (PVC) được biết đến lần đầu tiên 1938. Năm 1912, Bauman trình bày phản ứng trùng hợp monome vinylic gồm Vinyclorua sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra sản phẩm PVC ở dạng bột trắng. Từ đó, công nghệ trùng hợp PVC đã có những bước phát triển mạnh mẽ chủ yếu ở Mỹ và Đức. Sản phẩm thương mại của PVC lần đầu tiên ra đời ở Đức vào đầu những năm 30 sản phẩm quá trình trùng hợp nhũ tương. Năm 1932, bước đột phá đầu tiên để giải quyết vấn đề quá trình và sự ổn định nhiệt diễn ra khi Semon phát minh ra chất hoá dẻo cho PVC, quá trình sử dụng chất ổn định được phát triển vào những năm 30 của thế kỷ 20. Hiện nay PVC là một trong những Polyme chính của thế giới. Do tính chất cơ lý tốt nên PVC được sản xuất với sản lượng lớn. Tuy nhiên tính ổn định nhiệt và tính mềm dẻo của PVC kém hơn một số nhựa thương phẩm khác như Polyetylen (PE) và PS. PVC được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp trùng hợp gốc. Tuy nhiên, trùng hợp gốc của PVC cho ra nhiều đồng phân và các khuyết tật cấu trúc. Những nhân tố này quan trọng sống còn đối với người sử dụng PVC, vì chúng tạo ra những vấn đề về màu sắc, độ ổn định nhiệt, độ tinh thể, ứng sử gia công và tính chất cơ học của thành phẩm. Nghiên cứu về khuyết tật cũng đem lại những hiểu biết sâu sắc về bản chất của phản ứng phụ xảy ra trong quá trình trùng hợp. Ngoài các chất phụ gia như chất hoá dẻo, chất ổn định nhiệt chất bôi trơn, chất độn và Polyme khác, đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm cải thiện những tính chất yếu kém của PVC ví dụ đồng trùng hợp với các 9 Nguyễn Hữu Hùng 9 Lớp: Polyme K47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long monome khác và thay đổi hình thái của hạt để tăng cường tính dễ gia công. Polyme đồng trùng hợp ghép của PVC với monome acrylic và vinylaxetat blend với MBS và acrylonitryl butadien styren (ABS) đã làm tăng độ bền va đập của PVC. Côplyme của PVC với monomeimit và PVC clo hoá đã được nghiên cứ để tăng tính chống cháy của PVC. PVC hoá dẻo nội là một giải pháp cho vấn đề của chất hoá dẻo (DOP) di chuyển từ bên trong ra bên ngoài vật liệu. 2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ PVC. 2.1. Trên thế giới. Theo dự báo của các chuyên gia Marketing về lĩnh vực công nghiệp hoá chất, thị trường dựa trên thế giới ngày càng tăng. Nhu cầu nhựa PVC của các khu vực Châu Á - Thái Bình Dương đặc biệt là Trung Quốc, Ấn Độ sẽ là yếu tố chủ yếu làm tăng nhu cầu thị trường nhựa PVC. Mức tăng nhu cầu PVC của các nước tư bản gấp khoảng 2 lần mức tăng tổng sản phẩm quốc dân của nước đó. Ở các nước Đông Âu, Châu Phi, Trung cận đông, nhu cầu tiêu thụ PVC cũng tăng do mức độ đầu tư vào các nước này tăng lên. Nhu cầu về nhựa PVC theo bình quân đầu người ở các nước phát triển lại thấp hơn so với các nước đang phát triển (chiếm 2/3 dân số thế giới). Từ năm 1991 – 1997 mức tăng bình quân về PVC hàng năm của các nước Châu Á - Thái Bình Dương là 6,2%, trong khi mức tăng bình quân trên thế giới là 5,3%. Nhu cầu tăng lớn nhất về PVC ở các nước Châu á - Thái Bình Dương là Nhật: chiếm 34%, Indonexia: 14,6%, Thái Lan: 14,1%, Malaixia: 13,9%, Trung Quốc: 12,3%. 2.2. Tại Việt Nam. Do nhu cầu PVC tính theo đầu người hiện nay ở Việt Nam so với nhiều nước còn thấp, nên trong các năm tới tốc độ tăng trưởng trung bình 10 Nguyễn Hữu Hùng 10 Lớp: Polyme K47