Nguyên cứu quy trình sản xuất formaldehyde theo công nghệ mới nhất

Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ LỜI GIỚI THIỆU Từ xa xưa, người biết dùng loại vật liệu từ thiên nhiên để phục vụ cho nhu cầu đa dạng nhu cầu nhà ở, may mặc, sinh hoạt lại…Xã hội ngày tiến người ta tìm loại vật liệu thay cách hữu hiệu tìm loại tài nguyên khoáng sản, kim loại Với phát triển chóng mặt xã hội, nguồn tài nguyên dần cạn kiệt, yêu cầu đặt phải tìm loại vật liệu thay loại vật liệu truyền thống trước cách có hiệu Dựa sở giải yêu cầu thiết ngành cơng nghệ vật liệu cao phân tử đời nhanh chóng phát triển đáp ứng nhu cầu đa dạng phục vụ sống người Từ nửa sau kỷ XX ngành cơng nghệ hợp chất cao phân tử có bước phát triển vượt bậc Sản phẩm xâm nhập vào hầu hết lĩnh vực sống ngành khoa học kỹ thuật khác nhờ tính ưu việt yếu tố giá thành Vật liệu cao phân tử có tính ưu việt mà loại vật liệu khác so sánh như: Độ bền học, độ đàn hồi, khả cách âm, cách nhiệt, cách điện tốt, nhẹ dể gia công… Công nghệ sản xuất keo dán ngành cơng nghiệp hố học cao phân tử ứng dụng nhiều việc xây dựng nhà cửa, công nghiệp đồ gỗ, đồ sắt, giày da lĩnh vực kỹ thuật khác Phenol formaldehyde bắt đầu nghiên cứu Adolf Bayerr vào năm 1872 Losekam vào năm 1889 Phương pháp tổng hợp rẻ tiền khả thi phát minh vào năm 1907 Leo Hendrik Baekeland, vào năm 1910, loại vật liệu đời đặt tên bakelite, kết việc thêm vào polymer chất bột gỗ, vật liệu chống cháy asbestos bụi đá trầm tích slate, tạo nên vật liệu composite có khả chịu lửa cứng cáp Bakelite ứng dụng rộng rãi hàng tiêu dùng vào thập niên 1920 Bakelite loại nhựa tổng hợp đầu tiên, loại nhựa nhiệt rắn [1] Trải qua gần kỷ hình thành phát triển, ngành keo dán có thành tựu vượt bậc tổng hợp nên loại keo dán có tính vượt trội đáp ứng nhu cầu ngày cao người Năm 1993, tiêu thụ keo phenol-formaldehyde 3,07 tỉ pound đứng sau polyurethane (3,476 tỉ pound) nhựa nhiệt rắn Năm 2002, thị phần nhựa nhiệt rắn chiếm 25% so với tổng thị phần nhựa Trong đó, thị phần loại nhựa sau: Polyurethane (PU) chiếm 34%, ure-formaldehyde (UF) chiếm 32%, phenolformaldehyde (PF) 15%, polyeste không no (UP) 9%, epoxy mức 5%, melamine formaldehyde (MF) 4% loại khác mức 1% chiếm phần lại Sản lượng nhựa phenolic năm 2002 3500 ngàn tấn, năm 2007 3850 ngàn [2] Ở Việt Nam năm trở lại có phát triển đáng kể lĩnh vực sản xuất nhựa, chủ yếu nhựa nhiệt dẻo polyetylen (PE), polypropylene (PP)…Trong lĩnh vực keo dán có nhà máy sản xuất mà chủ yếu nhập từ nước SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Keo phenol-formaldehyde tan cồn số sản phẩm công nghệ hợp chất cao phân tử Đây loại keo dựa sở nhựa nhiệt rắn, loại keo có đặc tính ưu việt độ bền mối dán cao, chịu ẩm, chịu vi khuẩn phối hợp với loại keo khác để tạo nên keo có đặc tính trội hơn, đặc biệt Keo phenol-formaldehyde có nhược điểm màng keo dịn, tính bền giảm điều kiện thời tiết khắc nghiệt, keo có màu đỏ sẫm Loại keo thích hợp với điều kiện thời tiết kinh tế nước ta giá thành rẻ, bền thời tiết, bám dính tốt cơng nghệ sản xuất đơn giản Tuy lượng sử dụng keo nước ta lớn có nhà máy sản xuất Do em tìm hiểu dây chuyền cơng nghệ sản xuất keo phenolformaldehyde tan nước nhằm đáp ứng yêu cầu việc sử dụng keo dán nước ta SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ PHẦN I LÝ THUYẾT CHUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN I NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu để sản xuất phenol-formaldehyde phenol, formaldehyde Ngoài người ta từ số dẫn xuất phenol như: crezol, xilenol, rezorsin Cịn aldehyde ngồi formaldehyde, furfurol loại sử dụng nhiều Phenol dẫn xuất 1.1 Phenol Cơng thức phân tử: Cơng thức cấu tạo: C6H5OH OH 1.1.1 Các tính chất vật lý Ở điều kiện thường phenol tồn dạng tinh thể hình kim, khơng màu, có mùi hắc đặc trưng, để lâu khơng khí có màu hồng biến thành màu nâu nhạt bị oxi hố Tỷ trọng d =1,054 Nhiệt độ nóng chảy tnc= 40,3OC Nhiệt độ sơi ts=182,2OC Độ hồ tan 100g H O 8,2g (ở 15OC) ts >650C trộn lẫn với H2O Ở nhiệt độ thường, phenol tan H 2O, phenol tan đến 27% H2O tạo chất lỏng đồng Nhưng thêm H 2O vào chất lỏng phân làm lớp: lớp gồm dung dịch H 2O phenol, lớp gồm dung dịch phenol H2O Phenol dễ bị tách với H 2O, phenol chất hút ẩm Do có khả tạo liên kết hydro nên phenol có nhiệt độ sơi cao Các hợp chất phenol khác không tan nước Phenol tan tốt rượu, ete, cloroform, tan benzen, tan dung dịch cacbonat kim loại kiềm Phenol dễ bốc ngưng tụ nhiệt độ thường nên dễ gây nhiễm độc Phenol chất kích thích ăn da, thường gây vết loét bỏng da, tiếp xúc lâu có hại đến hệ thần kinh, bị bỏng phenol rửa rượu Nồng độ cho phép giới hạn phenol khơng khí 0,005 mg/l [3] SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Ngồi ứng dụng phenol công nghiệp chất dẻo, phần lớn tổng hợp nhựa phenol-focmaldehyde, phenol dùng y dược: dùng làm chất diệt trùng, khử trùng, chống nấm mốc hữu hiệu có tác dụng giảm đau 1.1.2.Tính chất hoá học phenol Phenol tham gia phản ứng đặc trưng phản ứng S E Do hiệu ứng liên hợp nên khả phản ứng phenol mạnh, phenol biểu tính acid a Phản ứng thể tính acid C6H5OH + H2O  C6H5O- + H3O+ Những nhóm hút điện tử làm tăng tính acid phenol Ngược lại, nhóm đẩy điện tử làm giảm tính acid phenol  Phản ứng tạo muối phenolat: C6H5OH + NaOH  C6H5ONa + H2O  Phản ứng tạo ete: C6H5ONa + RX  C6H5OR + NaX  Phản ứng tạo este (chuyển vị frisơ): OH O C + Cl O NaOH C + O HCl Khi đun nóng este phenol với AlCl xảy chuyểnvị nhóm oxyl đến vị trí octo para nhân thơm, phản ứng gọi phản ứng chuyển vị frisơ dùng để điều chế hợp chất hydroxylxeton thơm b Phản ứng SE Trong phản ứng SE, nhóm OH nhóm loại nên định hướng chủ yếu vào vị trí octo para  Phản ứng nitro hóa OH OH HNO3 lo� ng NO O 2N NO OH HNO3 dd OH NO + NO SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ  Phản ứng sunfonic hố OH SO3H H2SO4,20OC OH OH H2SO4,100OC SO3H  Phản ứng halogen hóa OH OH Br2 (dd) + Br Br Br  Phản ứng alkyl hóa Friden – Crap OH OH CH3 + H3C C Br2 (dd) + Cl HCl CH3 H3C C CH3 CH3  Phản ứng axyl hóa Friden - Crap Phản ứng hợp chất phenol xảy trực tiếp xảy bước tạo thành este sau chuyển vị thành Frisơ OH OH + 2RCOCl OH COR AlCl3 + + 2HCl COR  Phản ứng ghép muối diazoni OH R R + N SVTH: Võ Minh Huấn + NH Lớp: 07H4 HO N N GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ  Phản ứng Raimơ – Timan OH + OH CHCl3 CHO CHO HCl Dd NaOH    Đây phản ứng dùng để điều chế aldehyde hợp chất thơm có chứa nhóm -OH [3] c Phản ứng với formaldehyde  Phản ứng kombe Dùng để điều chế O-hydroxylbenzoic acid: OH OH OH + OH CH2OH XT ,XT HCHO ONa OH CH2 OH + COONa 7at,125OC O=C=O OH OH COONa H+ COOH + + Na d Các phương pháp điều chế Phenol tách từ sản phẩm chế biến nhiên liệu nhiệt độ cao, tổng hợp theo số phương pháp  Chưng cất nhựa than đá: Đi từ sản phẩm chế biến nhiên líệu rắn chưng cất nhựa than đá 170 ÷ o 240 C để thu phenol thơ (dầu trung) dung dịch phenol sau loại naphtalen, cho tác dụng với NaOH thu phenolat Tách loại chất khơng tác dụng với NaOH có dung dịch Sau cho khí CO dư vào để chuyển phenolat thành phenol tự chưng cất lấy phenol Phenol từ cơng nghiệp cốc hóa, ngành cơng nghiệp phát triển, không thoả mãn nhu cầu cơng nghiệp chất dẻo Vì phương pháp tổng hợp đóng vai trị lớn cơng nghiệp có phương pháp sản xuất phenol:  Phương pháp benzensulfonat: (Phương pháp kiềm nóng chảy) SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Sunfo hoá benzen: C6H6 + HO-SO3H C6H5SO3H + H2O Trung hoà dung dịch NaOH thu natribenzen sunfonat nóng chảy (100 phần) với NaOH (75 phần) đến khối trở thành chảy lỏng, lọc sunfit khơng hồ tan, phenol tách dạng chất dầu, gạn lắng chưng cất C6H5SO3H + NaOH C6H5OH + Na2SO3 Phương pháp gồm nhiều giai đoạn, tiêu tốn nhiều NaOH, H 2SO4 hiệu suất thấp  Phương pháp clobenzen: Gồm giai đoạn: Clo hoá benzen tạo thành clobenzen (phenol clorua ) sau xà phịng hoá clobenzen dung dịch NaOH 10% theo tỉ lệ 1:1,25 360oC,315at C6H5Cl + NaOH C6H5OH + NaCl HCl  Phương pháp Rauga: gơm giai đoạn: Clo oxy hố benzen HCl khơng khí nhiệt độ cao 200  300oC, có chất xúc tác (CuO, Al2O3) Thuỷ phân clobenzen nước 750oC có xúc tác CuO, Al2O3 dùng chưng cất để tách phenol C6H6 + HCl +1/2O2 CuO,Al2O3 C6H5Cl + H2O 200 300 C CuO,Al2O3 C6H5Cl + H2O 333300oCC6H5OH + HCl 750OC  Phương pháp Cumen: Giai đoạn điều chế izopropylbenzen: cách cho benzen propyl ngưng tụ boflorua Oxy hoá O khơng khí mơi trường nhũ tương nước 85oC biến thành hydroperoxit cumen CH3 O H3C CH + CH3 O2 XT,85 C H5C6 C6H5 C OOH CH3 Phân huỷ hydroperoxit cumen H2SO4 10% thành phenol aceton Sau đem chưng tách phenol chân không CH3 H5C6 C CH3 OOH HO,H+ O 100 C H5C6 OH + H3C C CH3 O Phương pháp xem kinh tế nay, có dùng khí propylen (sản phẩm khí cracking dầu mỏ) sản phẩm phương pháp phenol axeton có ý nghĩa lớn cơng nghiệp [3] SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 1.2 Các dẫn xuất phenol 1.2.1 Crezol a Công thức Công thức phân tử: C6H4(CH3)OH Công thức cấu tạo: Có cơng thức cấu tạo: OH OH OH CH3 CH3 CH3 o-Crezol m-Crezol p-Crezol b Tính chất Crezol kỹ thuật (tricrezol) hỗn hợp đồng phân m-crezol (37÷ 49%), o-crezol (35%), p-crezol (25%) Tricrezol chất lỏng nhớt có màu sẫm, tách 185  210oC, từ sản phẩm xử lý nhiệt than đá, đá dầu, than nâu gỗ Tỉ trọng d=1,03÷ 1,05 Tan nước yếu so với phenol, nước nóng, tan tốt dung dịch kiềm, rượu ete Tricrezol độc phenol Bảng 1: Tính chất ba đồng phân cresol [3]: Đồng phân Tỉ trọng T0 nóng chảy T0 sơi (oC) (oC) 30,8 109,9 Tham gia phản ứng o-crezol 1,0415 Tạo nhựa nhiệt dẻo m-crezol 1,0341 11,9 202,2 Tạo nhựa nhiệt rắn p-crezol 1,034 34,8 202,1 Tạo nhựa nhiệt dẻo Tricrezol nhận từ dầu trung nhựa than đá Tách crezol đồng phân khó nhiệt độ sôi chúng gần 1.2.2 Xilenol a Công thức Công thức phân tử: (CH3)2C6H3OH Công thức cấu tạo: Có đồng phân sau: SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ OH OH OH CH3 CH3 CH3 H3C CH3 CH3 1,2,3-xilenol 1,2,4-xilenol OH OH H3C CH3 CH3 1,2,6-xilenol 1,2,5-xilenol OH CH3 H3C CH3 1,3,5-xilenol 1,3,4-xilenol b Tính chất Xilenol chất lỏng nhớt, màu sẫm, có mùi khó chịu, sơi giới hạn nhiệt độ từ 210 225oC, tỉ trọng d =1,035 1,04, hoà tan dung dịch kiềm 10% Xilenol có đồng phân 1,3,5- xilenol có khả tạo nhựa nhiệt rắn tác dụng với formaldehyde đồng phân khác tạo nhựa nhiệt dẻo Tính chất đồng phân xilenol cho bảng sau: c Điều chế xilenol Bảng 2: Tính chất ba đồng phân xilenol [3]: Xilenol 1,2,3-Xilenol 1,2,4-Xilenol 1,2,5-Xilenol TO nóng chảy ( 0C) 75 26 74,5 TO sơi (oC) 218 211,5 231,5 TO nóng o chảy ( C) 1,2,6- xilenol 49 1,3,4-xilenol 62,5 1,3,5-Xilenol 68 Xilenol TO sôi o ( C) 203 225 219,5 Sau tách phenol crezol xilenol chất tách nhiệt độ sôi cao dầu trung 1.2.3 Rezorsin (m-dihydroxylbenzen) a Công thức Công thức phân tử: C6H4(OH)2 Công thức cấu tạo: OH OH SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ b Tính chất Rezorsin chất kết tinh có mùi đặc trưng yếu, nóng chảy nhiệt độ 110 oC sơi 276,5oC, có tỷ trọng d = 1,285 Có thể tham gia phản ứng nhiệt độ thấp H vị trí octo para mạnh phenol nhiều Khi có tác dụng ánh sáng khơng khí ẩm rezorsin biến thành màu đỏ Rezorsin tan tốt nước, metanol, etanol, ete, glyxerin, không tan benzen, cloroform disunfua cacbon Rezorsin loại acid yếu (hằng số ion hoá 18 oC 3,6.10-10) c Điều chế Trong công nghiệp, người ta điều chế rezorsin nhiều phương pháp sunfua hoá benzen đến m-disunfonicacid, trung hồ cách cho nóng chảy với NaOH Tách rezorsin từ dung dịch cách oxy hố dùng chưng chân khơng kết tinh để làm sản phẩm Các aldehyde 2.1 Formaldehyde Công thức phân tử: CH2O Công thức cấu tạo: H  CHO 2.1.1 Tính chất a Tính chất vật lý Formaldehyde chất khí có mùi hắc Nhiệt độ sơi ts= -210C Nhiệt độ nóng chảy tnc = -920C Có tỷ trọng d = 0,815, phân tử lượng M = 30 đvc Formaldehyde dạng khí tự trùng hợp nhiệt độ 90 0C có lượng nhỏ HCl, florua, thiếc clorua trùng hợp nhanh tạo thành bột trắng nóng chảy cao (ở 164 1720C) gọi para formaldehyde, para formaldehyde hay parafooc polime mạch thẳng (CH2O)n với mắc xích oxymetylen polime vơ định hình Formaldehyt nước gọi focmalin tồn hai dạng: CH2O+H2O HOCH2OH(metylen gluco)  Focmalin chứa 33 40% thể tích formaldehyt, hay 30 37 % tính theo trọng lượng Focmalin có mùi đặc trưng, kích thích niêm mạc, tiếp xúc lâu gây chảy nước mắt Nồng độ cho phép 0,001mg/l b Tính chất hố học  Phản ứng cộng hợp nucleofin hợp chất aldehyde Giai đoạn 1: Cộng tác nhân mang điện tích âm vào nguyên tử cacbon, giai đoạn xảy chậm SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ  (2800)   2.700.(15  1,8) 10  1,319.10 164,004.10 ( N / m ) 6 7,6.1.0,9.700.(15  1,8).10 c Ta thấy  < Do chiều dày đáy nắp thỏa mãn 1,2  Vậy S=15mm Chiều cao vỏ bọc Chiều cao chất lỏng nồi H1 = 3,15(m) Ta thiết kế vỏ bọc cách thân thiết bị 100mm Chiều cao phần vỏ bọc thường lấy cao mặt chất lỏng 0,3m Vậy chiều cao vỏ bọc: Hv = 3,15 + 0,3 + 0,1 = 3,55 (m) Qui chuẩn Hv = 3,6 (m) Chiều dày vỏ bọc Do môi trường làm việc vỏ bọc bị ăn mịn, chịu áp suất tương đối thấp nên ta chọn thép CT3 làm vỏ bọc gia công theo phương pháp hàn Chiều dày vỏ bọc tính giống nồi tính sau: 4.1 Chiều dày phần hình trụ vỏ Dt P S  C (m) 2[].  p Trong đó: Dt - Đường kính vỏ bọc  Dt = 2800 +2  100 +  14 = 3028(mm) =3,028(m) P- Áp suất đốt ta chọn P = 0,3.106 N/m2  - Hệ số bền hàn vỏ hình trụ theo phương dọc  = 0,95 (theo bảng XIII-8/T362/[7]) [  ] - Ứng suất cho phép thép CT3 k   , [c] = c  [k]= nk nc Ta có:  k 380 10 ( N / m )   theo bảng XII-7/T313/[7]  c 240 10 ( N / m )   = theo bảng XIII-2/T356/[7] n k 2,6  Theo bảng XIII-3/T356/[7] n c 1,5  [k] = 380.10 1 146,154.10 ( N / m ) 2,6 SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ [c] = 240.10 1 160.10 ( N / m ) 1,5 Ta có [c] > [k] chọn [k] k 146,154.10    0,95 426,82  50 Xét p 0,3.10 Do bỏ P mẫu 3028 0,3.10  C 3,157  C (mm) Khi S  146,154.10 0,95 C = C1 + C2 + C3 (XIII-17/363/[7]) C1 = 1mm C2 = Do chiều dày thép thuộc loại mỏng nên hệ số bổ sung dung sai âm C3 = 0,22mm  C = 1,22m  S = 3,175 + 1,22 = 4,395(mm) Qui chuẩn S = 5mm * Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử nước theo công thức:  [D t  (S  C)].P0  c  (N / m2 ) 2.(S  C). 1,2 P0 = (p+0,3).106 + P1 Với : P1 =  g.Hv  - khối lượng riêng nước thử 250C,  = 997,08 kg/m3  P1 = 997,08  9,81  3,6= 0,035.106 N/m2  P0 = (0,3 + 0,3 + 0,035)  106 = 0,635  106 N/m2 [3028  (5  1,22)].10  0,635.10    268,056.10 ( N / m ) 3 (5  1,22).10 0,95  c 240.10 c Mà = =200.106 N/m2 Ta thấy  > không thỏa mãn nên ta 1,2 1,2 1,2 tăng chiều dày lên mm nữa, S = 7mm Kiểm tra lại:   Ta thấy  < [3028  (7  1,22)].10  0,635.10 175,419.10 ( N / m ) (7  1,22).10  0,95 c thỏa mãn Vậy S = 7mm 1,2 4.2 Chiều dày đáy phần vỏ bọc Dt P D S  t C 3,8.[ k ].k. n  p 2hb Trong đó: SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Dt 3028  757mm 4 hb - chiều cao phần lồi đáy vỏ hb =  n = 0,95 - hệ số bền mối hàn theo bảng XIII-8/T350/[7] k = Do lỗ tăng cứng hoàn toàn [ k ] 146,154.106 k  n  10,95462,33 30 Xét p 0,3.106 Do ta bỏ P mẫu Khi đó: S 3028 0,3.10 3028   C 3,329  C (mm) 3,8 146,154.10 1 0,95 732 S = 3,329 + 1,22 = 4,549 (mm) Ta thấy S - C < 10mm Do tăng chiều dày lên 2mm  S = 4,549+2=6,549mm Quy chuẩn S = 7mm *Kiểm tra độ bền tương tự ta có : [ D  2.hb ( S  C )].P0  c  t  (N / m ) 7,6k  h hb ( S  C ) 1,2   3,028   757.10  (7  1,22)10  0,635.10 194,724.10 ( N / m ) 7,6 1 0,9 757.10  (7  1,22).10   c 240.10 c Mà = =200.106 N/m2 Ta thấy   thỏa mãn 1,2 1,2 1,2 Vậy S = 11mm Chiều dày lớp cách nhiệt Nồi phản ứng dùng để ngưng tụ phenol-formaldehyde cần phải trì nhiệt độ từ 95  98 0C khoảng thời gian tương đối dài Do nồi cần có vỏ bảo ơn để tiết kiệm lượng, tránh tổn thất đảm bảo an tồn lao động, ta bảo ơn thiết bị bơng thuỷ tinh Ta coi q trình truyền nhiệt từ vỏ bọc ngồi q trình đẳng nhiệt ổn định Do nhiệt tải riêng cấp cho phía vỏ bọc q 1, dẫn nhiệt qua vỏ bọc lớp cách nhiệt q2 cấp nhiệt mơi trường q3 tức q = q1= q2= q3 Để gia nhiệt hỗn hợp ta dùng nước bão hòa áp suất 3at để đun nóng * Nhiệt tải riêng nồi phản ứng: q1 = 1 (t1 - tT1) (1) t1 * Nhiệt tải riêng qua lớp vỏ: tT1 t T tT3 q2 = (2) r tT2  tT = tT1 - tT3 t2 1 2 r   r  r  (3)  1 2 1 - bề dày thép CT3 1 = 7mm = 7.10-3 m SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 1 - hệ số dẫn nhiệt thép CT3 : 1 = 50,2 (W/mđộ) r1 - nhiệt trở cặn bẩn nước m2độ/W r1 = 0,387.10-3 m2 độ/W r2 - nhiệt trở cặn bẩn mơi trường ngồi r2 =  - bề dày lớp cách nhiệt (bông thủy tinh)  - hệ số dẫn nhiệt thủy tinh  = 0,15 (W/mđộ) (theo toán đồ I-36/T150/[6]) * Nhiệt tải riêng mơi trường ngồi: q3 = 2 (tT3 - t2) (4)  - Hệ số cấp nhiệt môi trường 2 = 9,3 + 0,58 tT3 (W/m2độ) (V.136/T41/[7]) Mà nhiệt tải riêng q1 = q2 = q3 q Nhiệt độ nước để đun nóng 1000C Nhiệt độ khơng khí trung bình 250C Giả sử nhiệt độ tường thủy tinh phía mơi trường t T3 = 350C chênh lệch nhiệt độ nước đốt nóng thành vỏ 30C ( tT1 = 30C) tT1 = t1 - t T1 ==> t T1 = t1 - tT1 = 100 - = 970C tT = tT1 - t T3 = 97 - 35 =62 0C tT3 = tT3 - t = 35 -25 = 100C tT   (tT3 - t2) Từ (2) (4) ta có r  Mà 2 = 9,3 + 0,058tT3 = 9,3 + 0,058 35 = 11,33 (W/m2âäü) tT 62  0,547  r  2(tT3  t2 ) 11,3310 Mà 1  r   r1  r2   2 =0,547 2  1    r1  .2 0,547   1    2 = 0,547     0,007   0,387.10   .0,15   50,2   2 = 0,082(m) = 82 (mm) Vậy bề dày lớp cách nhiệt thủy tinh 82 (mm) II CHỌN BÍCH VÀ BULƠNG Chọn bích liền làm thép kiểu để nối thân thiết bị với vỏ bọc nắp D Db D1 D0 Dt SVTH: Võ Minh Huấn Lớp:h 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Hình 2: Bích liền thép để nối thiết bị: Kiểu I Dựa vào bảng XIII.27/T421/[7] ta có: Bảng 12: Chọn bích bulơng cho thiết bị Dt D Db D1 D0 2800 3000 2920 2870 2819 Bulông db Z(cái) M36 60 Kiểu bích (h) 40 Bảng 13: Chọn bích bulơng cho vỏ bọc ngồi Dt D Db D1 D0 3000 3200 3120 3070 3019 Bulông db M36 Z(cái) 68 Kiểu bích (h) 40 III TÍNH CÁNH KHUẤY Do hỗn hợp phản ứng sau sấy có độ nhớt tương đối cao nên ta dùng cánh khuấy mỏ neo Đường kính cách khuấy: dM = Dt 2,8  2,523(m) 1,11 1,11 Chiều rộng cánh khuấy: b = 0,066dM = 0,066 2,523= 0,167(m) Khoảng cách từ đáy đến cánh khuấy: S = 0,11dM = 0,11 2,523 = 0,278(m) Chiều cao cánh khuấy: h = 0,95dM = 0,95 2,523 = 2,397(m) Công suất làm việc cánh khuấy Để khắc phụ trở lực môi trường làm việc cơng suất cánh khuấy xác định theo công thức IV.2/T616/[6]: Np = M .n3.dM5 +  - khối lượng riêng chất lỏng:  1031,753(kg / m ) + dM - đường kính cánh khuấy: d = 2,523 (m) =2523 (mm) + M- hệ số tìm từ thực nghiệm phụ thuộc ReM (M = f(ReM)) .n.d2M Ta có ReM = (T615/[6])  Ns - độ nhớt chất lỏng ( ) m Giả thuyết cánh khuấy làm việc môi trường chất lỏng có độ nhớt lớn 250.10-3 Ns/m2 + n - số vòng quay: n = 0,3  0,97 vòng /giây Ta chọn n = (0,5v/s) SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ (theo bảng IV.6/T625/[6]) ,753  Re = (2,523) 0,5 1031 13135,307 3 250 10 Theo hình IV.10/T614/[6] với Re = 13135,307 công suất tiêu tốn N A n3 d5  (VI.4/T615/[6])  Np = 0,85 1031,753 (0,5)3 (2,523)5 = 11207,04 (W) dM h S Hình 3: Cánh khuấy mỏ neo Cơng suất mở máy Vì mở máy phải có cơng để thắng lực qn tính lực ma sát Vì ta có cơng thức mở máy NM = N y + N s Ny - cơng suất tiêu tốn để khắc phục lực ì Ns - công suất tiêu tốn để khắc phục lực ma sát mà cơng suất làm việc máy Np = Ns Ny = k  n3.d5 (IV.13/T622/[6]) k = 3,87 h 2,397 3,87  3,677 dM 2,523  Ny = 3,677 1031,753 (0,5)3 (2,523)5 = 48480,338 (W)  NM = 11207,04 + 48480,338 = 59687,378 (W) Công suất động Nđc = NM  Với  - hiệu suất khả truyền lực từ động sang cánh khuấy thường  = 0,6  0,7 ta chọn  = 0,6  Nđc = 59687,378 99478,963(W ) 0,6 SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Đường kính trục cánh khuấy dtr = Mx (sổ tay khí ) 9,81 Trong đó: Mx-momen xoắn, Mx = Mx = 3.106.Np .n 3.10 11207 ,04 2,14.1010 3,1416.0,5  dtr = 2,14.1010 1296,925(mm) 9,81 Qui chuẩn dtr = 1300(mm) IV TÍNH VÀ CHỌN TAI TREO Trọng lượng thép làm thiết bị Thân thiết bị có Dt = 2,8 m Dn = 2,8 + 2.0,014= 2,828(m) 1.1 Trọng lượng phần hình trụ thân thiết bị  2,828   2,8       3,8 0,47( m ) Vtr=.( R  R ).H=3,1416       Trọng lượng G1 = V  Với  khối lượng riêng thép X18H10T,  = 7900 kg/m3  G1 = 0,47 7900 = 3713(kg) n t 1.2 Trọng lượng đáy nắp thiết bị Tính gần cho đáy nắp ta xem đáy nắp 1/2 bán cầu     Thể tích :Vđ = Vn =  R 3n  R 3t  R 3n  R 3t 3 3,1416   2,828    =      2,8         0,087 (m )   Trọng lượng: Gn = Gđ = 0,087.7900 = 687,3(kg) Trọng lượng vỏ bọc Vỏ bọc ngồi có Dt =3,028 m Dn = 3,042 m 2.1 Trọng lượng phần hình trụ vỏ 2 Thể tích V = . Rn  Rt .H v1 với Hv1 chiều cao lớp vỏ thân SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ Hv1= HO +0,3 = 2,7 (m)  3,042   3,028       2,7 0,180 (m ) ==> V = 3,1416       Trọng lượng G2 = 0,180 7850 = 1413(kg) 2.2 Trọng lượng đáy vỏ 3 3,1416  3,042   3,028       0,051( m )  Thể tích V =      Trọng lượng G3 = 0,051 7850 =400,35 (kg) Trọng lượng bảo ơn Lớp bảo ơn có đường kính Dt =3,042(m) Dn =3,042 + 2.0,082 = 3,206(m) 3.1 Trọng lượng phần thân  3,206   3,042       2,7 2,173(m ) Thể tích V = 3,1416  2      Trọng lượng : G4 = V   = 200 kg/m3 khối lượng riêng thủy tinh xốp G4 = 2,173 200 = 434,6(kg) 3.2 Trọng lượng phần đáy 3,1416  3,206   3,028      Thể tích V =       0,679 (m )  Trọng lượng G5 = 0,679.200 = 135,8(kg) Trọng lượng bích 4.1 Trọng lượng bích để ghép thân nắp   D   D0      2,819   3   40.10 7850 G6= .     .h. 3,1416.              G6 = 259,746 (kg) 4.2 Trọng lượng bích để ghép thân vỏ bọc phần thân  3,2   3,019   3   40.10 7850 277,6 (kg ) G7 = 3,1416          SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 4.3 Trọng lượng bích để ghép thân vỏ bọc phần đáy  3,2   2,819   3   40 10 7850 565,549 (kg ) G8 = 3,1416     2      Trọng lượng số chi tiết khác - Trọng lượng bulông: Số bulông tổng cộng 128 Trọng lượng 0,35 kg  G9 = 0,35.128= 44,8(kg) - Trọng lượng động hộp giảm tốc lấy G10 =500 kg - Trọng lượng cánh khuấy G11 =120 kg Trọng lượng toàn thiết bị G = G1 + Gđ + Gn + G2 + G3 + G4 + G5 + G6 + G7 + G8 + G9 +G10 +G11+Gnl = 3713 + 2.687,3 + 1413 + 400,35 + 434,6 + 135,8 + 259,746 + 277,6 + 565,549 + 44,8 + 500 + 120 + 1035,06 = 10274,105(kg) Chọn tai treo Chọn số tai treo z = Tải trọng tai treo: G 10274,105  2568,526(kg ) 4 Ta chọn tai treo thép CT3: Tải trọng cho phép tai treo là: q = 2568,526 9,81 = 25197,241(N)  2,5 10 (N) Tra sổ tay bảng XIII.36/438/[7] Bảng 14: Tai treo đỡ thiết bị làm thép CT3 L(mm) B(mm) B1(mm) 150 120 130 H(mm) S(mm) l(mm) a(mm) 215 60 20 B1 d(mm) Khối lượng tai treo (kg) 30 3,48 a S H d L Huấn SVTH: Võ Minh Lớp: 07H4 a B TS Đoàn Thị Thu Loan GVHD: Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Hình 4: Tai treo thiết bị thẳng đứng KẾT LUẬN Thiết kế phân xưởng hố chất địi hỏi người thiết kế phải có kiến thức tồn diện mặt lý thuyết q trình cơng nghệ sản xuất, kỹ tính tốn, kiến thức xây dựng, kinh tế đặc biệt kiến thức chuyên ngành hóa Do sinh viên, người chưa có kinh nghiệm thực tế việc thiết kế phân xưởng hóa chất khó khăn Trong đồ án em hoàn thành yêu cầu đề đề tài thiết kế gồm: SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ - Lý thuyết chung nhựa phenol-formaldehyt keo phenol-formaldehyt tan cồn - Cân vật chất - Tính tốn khí thiết bị Do việc khảo sát thực tế khơng có, bên cạnh việc tra cứu tài liệu nước ngồi cịn hạn chế hiểu biết có hạn nên khơng thể tránh khỏi nhữnh sai sót Vì em mong góp ý, xây dựng chân thành thầy cô bạn để thân rút kinh nghiệm củng cố thêm kiến thức ngày hoàn thiện Qua việc thiết kế phân xưởng đồ án giúp em nắm vững kiến thức chuyên ngành, hiểu vai trò người thiết kế, tập cho thân có tổ chức, kỷ luật tác phong công nghiệp, để phục vụ cho kỹ sư sau điều kiện công nghiệp hoá, đại hoá đất nước Cuối em xin chân thành cảm ơn hướng dẩn tận tình giáo hướng dẫn TS.Đồn Thị Thu Loan giúp đỡ bạn giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế đồ án Đà Nẵng, ngày tháng năm 2011 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sidney H Goodman, Handbook of thermoset plastics, Calabasas, CA 1998 [2] Ken L Forsdyke and Trevor F Starr, Thermoset resins market report, 2002 [3] Đào Hùng Cường, Hoá học hữu cơ, Đại học bách khoa Đà Nẵng,2007 [4] Tổng quan vật liệu dẻo, Sách dịch Đại học bách khoa Hà Nội [5] Phan Thế Anh, Kĩ thuật sản xuất chất dẻo, Đại học bách khoa Đà Nẵng [6] TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên , Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ [7] TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản , Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU PHẦN I: LÝ THUYẾT CHUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I NGUYÊN LIỆU Phenol dẫn xuất 1.1 Phenol .3 1.1.1 Các tính chất vật lý 1.1.2.Tính chất hố học phenol .4 1.2 Các dẫn xuất phenol 1.2.1 Crezol 1.2.2 Xilenol SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 1.2.3 Rezorsin (m-dihydroxylbenzen) Các aldehyde 10 2.1 Formaldehyde .10 2.1.1 Tính chất 10 2.2 Urotropin ( hexametylen tetramin ) 12 2.2.1 Công thức 12 2.2.2 Tính chất 12 2.2.3 Điều chế 12 2.3 Furfurol 12 2.3.1.Công thức 12 2.3.2 Tính chất 13 2.3.3 Điều chế 13 II PHÂN LOẠI NHỰA PHENOL – FORMALDEHYDE (PF) .13 III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC TẠO NHỰA VÀ TÍNH CHẤT SẢN PHẨM 13 Cấu tạo hoá học nguyên liệu .14 Tỷ lệ mol phenol:formaldehyde .15 Độ pH môi trường .16 Ảnh hưởng xúc tác lượng xúc tác đến tính chất 17 4.1 Nhựa novolac .18 4.1.1 Tính chất .20 4.2 Nhựa rezolic 20 4.2.1 Xúc tác 20 4.2.2 Tỷ lệ cấu tử 21 4.2.3 Tính chất .21 5.Sự khác nhựa novolac nhựa rezolic [1] .22 Ứng dụng nhựa phenol–formaldehyde 23 6.1 Bột ép 23 6.2 Vật liệu sợi ép (cốt sợi) từ nhựa rezolic phụ gia sợi 23 6.3 Vật liệu ép thành lớp 23 6.4 Vật liệu ép với phụ gia thô (mảnh vụn) 24 6.5 Ứng dụng làm vật liệu khác 25 IV ỨNG DỤNG NHỰA PHENOL-FORMALDEHYT ĐỂ LÀM KEO DÁN 27 Keo dán từ nhựa không phối hợp 27 Keo từ nhựa phối hợp 28 2.1 Keo cacbonit-phenol-formaldehyde .28 2.2 Keo polivinyl butyrat-phenol-formaldehyde 28 2.3 Keo phenol- formaldehyde-cao su 28 2.4 Keo phenol - formaldehyde epoxy 28 V LÝ THUYẾT TỔNG HỢP DÙNG NHỰA REZOLIC TAN TRONG CỒN DÙNG LÀM KEO DÁN 29 Nguyên liệu .29 Cơ chế .29 SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Quy trình sản xuất nhựa rezolic tan cồn để làm keo dán 30 3.1 Bảo quản chuẩn bị nguyên liệu 30 3.2 Quy trình sản xuất nhựa rezolic tan cồn để làm keo dán .30 PHẦN II: TÍNH TỐN .32 CHƯƠNG I: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 32 I CÂN BẰNG CHO MỘT TẤN KEO 33 Trọng lượng nhựa keo .33 Khối lượng phenol cần dùng để sản xuất keo 33 Khối lượng formaldehyde cần dùng để sản xuất keo 33 Khối lượng Ba(OH)2 cần dùng keo 34 Khối lượng chất lại 34 Cân vật chất cho lượng cần thiết để sản xuất keo 35 Cân vật chất cho keo 36 II CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO MỘT MẺ NHỰA 36 Cân vật chất cho mẻ nhựa 36 Cân vật chất cho lượng dùng cho mẻ keo 37 Cân vật chất cho ngày đêm sản xuất 37 Cân vật chất cho năm sản xuất 37 CHƯƠNG II: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 38 I THIẾT BỊ CHÍNH .38 Nồi đa tụ 38 1.1 Thể tích nguyên liệu cho mẻ nồi 39 1.2 Thể tích nồi đa tụ 39 1.3 Kích thước nồi đa tụ .39 Chiều dày thiết bị 40 2.1 Chiều dày thân hình trụ nồi phản ứng 40 2.2 Áp suất làm việc nồi phản ứng .40 2.3 Ứng suất cho phép thép X18H10T 41 2.4 Chiều dày đáy nắp thiết bị 42 Chiều cao vỏ bọc .43 Chiều dày vỏ bọc .43 4.1 Chiều dày phần hình trụ vỏ 44 4.2 Chiều dày đáy phần vỏ bọc 45 Chiều dày lớp cách nhiệt 46 II CHỌN BÍCH VÀ BULƠNG 47 III TÍNH CÁNH KHUẤY 48 Công suất làm việc cánh khuấy 48 Công suất mở máy 49 Công suất động .49 Đường kính trục cánh khuấy 49 IV TÍNH VÀ CHỌN TAI TREO 49 Trọng lượng thép làm thiết bị 49 1.1 Trọng lượng phần hình trụ thân thiết bị 50 SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, công nghệ 1.2 Trọng lượng đáy nắp thiết bị .50 Trọng lượng vỏ bọc 50 2.1 Trọng lượng phần hình trụ vỏ .50 2.2 Trọng lượng đáy vỏ 50 Trọng lượng bảo ôn 50 3.1 Trọng lượng phần thân 51 3.2 Trọng lượng phần đáy 51 Trọng lượng bích .51 4.1.Trọng lượng bích để ghép thân nắp 51 4.2.Trọng lượng bích để ghép thân vỏ bọc phần thân 51 4.3 Trọng lượng bích để ghép thân vỏ bọc phần đáy .51 Trọng lượng số chi tiết khác .51 Trọng lượng toàn thiết bị 51 Chọn tai treo 52 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 MỤC LỤC 55 SVTH: Võ Minh Huấn Lớp: 07H4 GVHD: TS Đoàn Thị Thu Loan ... thời tiết, bám dính tốt cơng nghệ sản xuất đơn giản Tuy lượng sử dụng keo nước ta lớn có nhà máy sản xuất Do em tìm hiểu dây chuyền cơng nghệ sản xuất keo phenolformaldehyde tan nước nhằm đáp... chia sẻ kiến thức, công nghệ PHẦN I LÝ THUYẾT CHUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN I NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu để sản xuất phenol -formaldehyde phenol, formaldehyde Ngoài người ta từ số dẫn xuất phenol như: crezol,... ngày đêm sản xuất Một ngày đêm sản xuất mẻ nhựa Do ta lấy bảng  ta bảng bảng Bảng 8: Cân vật chất trình tổng hợp nhựa ngày đêm sản xuất Cấu tử Lượng vào (k,g) Phenol 98% 26983,392 Formaldehyde