Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC

Qua đồ án này em đã tìm hiểu được nhựa PVC, nắm được sơ đồ công nghệ, các ứng dụng và tính chất của PVC. Đưa ra các công nghệ sản xuất PVC, Các phương pháp sản xuất PVC từ VCM, Hiểu được phương pháp và trình tự sản xuất PVC, đã đánh giá được ưu nhược điểm của từng công ngh, Ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến chất lượng sản phẩm…và cũng đã tính toán được một số các thông số cơ bản của thiết bị phản ứng sản xuất PVC

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA DẦU KHÍ BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU -------------- ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ HÓA DẦU VÀ CHẾ BIẾN POLYME Đề tài: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC VÀ TÍNH TOÁN MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO THIẾT BỊ PHẢN ỨNG VỚI NĂNG SUẤT 150.000 TẤN/NĂM Sinh Viên: Trần Danh Bình Lớp : Lọc Hóa Dầu A-K54 Khóa học: 2009 – 2014 Mssv:0964040008 Giáo Viên Hướng Dẫn: TS.Tống Thị Thanh Hương HÀ NỘI, 12 - 2013 LỜI GIỚI THIỆU Trong thời đại ngày nay, cùng với nền khoa học hiện đại, công nghệ hóa học không ngừng phát triển và chiếm một vị trí vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Công nghệ về hợp chất cao phân tử là một trong những công nghệ điển hình, rất tiêu biểu về tốc độ phát triển và phạm vi sử dụng. Tuy ra đời có muộn hơn các ngành khác, nhưng khả năng ứng dụng của nó là vô cùng rộng lớn. Hầu hết các vật liệu trong kỹ thuật và đời sống ngày nay được thay thế bằng nhiều loại vật liệu mới được chế tạo từ các hợp chất cao phân tử. Đây là hướng đi mới mà nhiều quốc gia trên thế giới nhận thấy.Vì vậy các nhà khoa học đã không ngừng đầu tư và nghiên cứu về lĩnh vực quan trọng này. Có được tầm quan trọng như vậy là vì các hợp chất cao phân tử có nhiều tính chất rất quý như : Độ bền cơ học, độ đàn hồi, cách âm, cách nhiệt, cách điện, nhẹ và dễ gia công hơn kim loại…Bên cạnh đó giá thành lại rẽ. Do đó việc sản xuất các hợp chất cao phân tử tổng hợp cũng như các sản phẩm từ nó ngày càng gia tăng đáng kể . Một trong những loại nhựa tổng hợp phổ biến được sản xuất nhiều là nhựa Polyvinyl Clorua (PVC). Nhựa Polyvinylclorua là một trong những sản phẩm ra đời sớm của nền sản xuất chất dẻo . Trong công nghệ sản xuất nhựa Polyvinyl clorua , tùy theo phương pháp sản xuất và thành phần của các cấu tử tham gia mà ta có thể thu được một số loại nhựa có tỷ trọng khác nhau như : K - 58, K - 66 ,K - 71. Nhựa Polyvinylclorua có nhiều đặc điểm tốt như ổn định hóa học, bền cơ học, dễ gia công ra nhiều loại sản phẩm thông dụng ( màng bao gói, áo đi mưa, dép…) và đặc biệt là dùng để sản xuất ống chiếm tới 50% tổng sản lượng. Bên cạnh đó nhựa Polyvinylclorua còn được dùng để bọc dây điện, lót nền, trần nhà và các chi tiết của thiết bị công nghiệp hóa học… Ngoài ra Polyvinylclorua đồng trùng hợp với cloruavinilden còn được dùng làm sợi tổng hợp . Chính vì thế mà việc tìm hiểu công nghệ sản xuất nhựa Polyvinylclorua rất là cần 2 thiết. Đặc biệt là nhà máy sản xuất nhựa Polyvinylclorua theo phương pháp huyền phù . Đó là lý do em chọn đề tài: Tìm hiểu công nghệ sản xuất PVC và tính toán một số thông số kỹ thuật cho thiết bị phản ứng với năng suất 150.000 tấn/năm. CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN I. GIỚI THIỆU CHUNG I.1 Lịch sử phát triển Trong công nghiệp chất dẻo, Polyvinyl clorua (PVC) là một trong ba chất dẻo chủ lực gồm Polyolefin (PO), PVC và Polystyren (PS). Nó đứng hàng thứ hai sau Polyolefin với tổng công suất toàn thế giới năm 1997 là trên 25 triệu tấn, tiêu thụ khoảng 22 triệu tấn. Vinyl clorua được tìm ra lần đầu tiên bởi Regnault năm 1835, polyme Polyvinyl clorua (PVC) được quan sát thấy lần đầu tiên năm 1938. Năm 1912, Baumann trình bày phản ứng trùng hợp monome vinilic gồm vinyl clorua 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 ra đời lần đầu tiên ở Đức vào đầu những năm 30 sử dụng 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 kỉ 20[5]. 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 trùng hợp gốc. Tuy nhiên, trùng hợp gốc của PVC cho ra nhiều các đồng phân và các khuyết tật cấu trúc. Những nhân tố này là 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 xử gia công và tính chất cơ học của thành phẩm. Nghiên cứu về khuyết tật cũng đem lại sự hiểu biết sâu sắc về bản chất của phản ứng phụ xảy ra trong quá trình trùng hợp[5]. Ngoài các chất phụ gia như chất hoá dẻo, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn, 3 chất độn và các polyme khác, đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm cải thiện những tính chất yếu kém của PVC, ví dụ như đồng trùng hợp với các monome khác và thay đổi hình thái của hạt để tăng cường tính dễ gia công. Polyme ghép đồng trùng hợp của PVC với monome acrylic và vinyl axetat, blend với MBS và acrylonitryl butadien styren (ABS) đã được thử nghiệm để tăng sức chịu va đập. Copolyme của PVC với monome imit và PVC clo hoá đã được nghiên cứu để tăng tính chống cháy của PVC. Tổng hợp polyme khối lượng phân tử cao và một liên kết ngang PVC để tăng modun. Tổng hợp 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[5]. II.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC: 1. Trên thế giới Trong phần lớn thời gian của thập niên 1990, sản xuất PVC là một lĩnh vực sản xuất không đạt lợi nhuận cao. Điều này đã khiến nhiều công ty đóng cửa nhà máy, rút khỏi sản xuất PVC hoặc sáp nhập với nhau. Rất ít nhà máy mới được dự kiến xây dựng. Tuy nhiên, nhu cầu PVC đã tăng mạnh vào cuối thập niên, bất chấp những vấn đề môi trường. Kết quả là, sau khi ảnh hưởng của cuộc khủng hoảng tài chính châu á giảm dần, nhu cầu PVC đã tăng lên sít sao với mức cung và lợi nhuận đã tăng trở lại trong năm l 999. Sản lượng PVC của thế giới năm 2006 đạt tới hơn 32 triệu tấn và mức tăng trưởng trong giai đoạn 2001 – 2006 là hơn 5 %/năm. Dự kiến đến năm 2012, công suất PVC của thế giới sẽ đạt 50 triệu tấn/năm. Khu vực châu Á được dự báo dẫn đầu thế giới với mức tăng trưởng nhu cầu bình quân hàng năm là khoảng 7 %/năm trong giai đoạn từ nay đến những năm 2010 và đến năm 2012 sẽ chiếm 50% tổng công suất của thế giới, trong đó cao nhất là Trung Quốc, tiếp đến Malaysia, Việt Nam và Ấn Độ. Bảng 1 là sản lượng PVC của thế giới trong các năm1991, 2001, 2006 và dự báo cho 2011. Bảng 2 là công suất PVC của Châu Á – Thái Bình Dương giai đoạn 2000-2007, trong đó Trung Quốc với sự nhảy vọt đột biến đã vươn lên vị trí dẫn đầu thế giới. 4 Bảng 1 : Sản lượng PVC trên thế giới Đơn vị: 1.000 tấn TT Khu vực 1991 2001 2006 2011 1 Tây Âu 6.030 5.500 5.800 6.100 2 Trung Âu 2.440 500 700 1.000 3 CIS 300 800 1.700 4 NAFTA 6.090 6.500 7.300 7.800 5 Nam Mỹ 940 1.100 1.500 1.600 6 Châu Phi- Trung Đông 830 1.400 2.100 2.700 7 Châu Á-Châu Đại Dương 5.860 10.600 14.600 19.800 Cộng: 22.190 25.900 32.800 40.700 Theo: TPC Vina, CMAI và Vinolit Bảng 2: Công suất nhựa PVC của Châu Á-Thái Bình Dương giai đoạn 2000-2007 Đơn vị tính: 1.000 tấn Nước 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 Nhật Bản Hàn Quốc Đài Loan Trung Quốc Thái Lan Malaysia Indonesia Philippines Việt Nam Ấn Độ Pakistan Ả rập Xê ut 2.685 1.180 1.535 2.665 760 97 621 102 80 791 100 324 2.613 1.180 1.566 2.892 795 260 621 100 80 811 100 324 2.540 1.240 1.679 3.265 795 260 621 100 115 775 100 324 2.523 1.240 1.679 4.623 795 260 621 100 200 775 100 324 2.448 1.240 1.698 6.000 795 271 621 106 200 775 100 394 2.448 1.240 1.717 8.000 795 280 621 110 200 800 100 394 2.448 1.240 1.717 10.00 0 795 280 621 110 200 1.035 100 2.448 1.240 1.717 11.200 795 280 621 110 200 1.035 100 394 5 1 2 1 3 Australia 240 240 140 140 140 140 394 140 140 Tổng cộng: 11.180 11.582 11.954 13.38 0 14.78 8 16.84 5 19.080 20.280 Theo: Harriman Report Ngành xây dựng là lĩnh vực sử dụng chủ yếu đối với các sản phẩm PVC. Trong lĩnh vực hàng tiêu dùng và bao bì đóng gói, các sản phẩm PVC đang mất dần thị phần vì nó được thay thế bởi các sản phẩm khác thân môi trường hơn. Những yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất PVC toàn cầu là: - Sự tăng trưởng kinh tế sẽ kéo theo sự tăng nhu cầu PVC. - Giá năng lượng cao có thể làm giảm tốc độ tăng trưởng kinh tế. - Các vấn đề về môi trường có thể không kìm hãm sự tăng trưởng sản xuất PVC, nhưng có thế hạn chế việc xây dựng các nhà máy PVC mới.[6] Cơ cấu sử dụng 5,3 triệu tấn PVC tại các nước Tây Âu như sau: Cơ cấu sử dụng PVC tại các nước Tây Âu : Ống dẫn Kết cấu xây dựng Tấm màng cứng Bọc cáp Chai lọ Màng mềm Lát sàn Các ứng dụng khác Lớp sơn lót Ống mềm 3% Sản phẩm xốp Cộng 27% 18% 10% 9% 9% 7% 6% 6% 3% 3% 2% 100% 6 2. Tại Việt Nam Từ nhưng năm đầu của thập kỷ 60 Việt Nam đã "sản xuất được" PVC do Nhà máy hóa chất Việt Trì sản xuất. Trong phương án sản phẩm của nhà máy có 150 tấn/năm PVC chủ yếu để giải quyết cân bằng do việc tạo ra HCL, cho kết hợp với axetylen từ đất đèn nhập ngoại, thành VCM và trùng hợp. Những tấn bột trắng ngả hồng đầu tiên ấy đã được Nhà máy Cao su Sao vàng cán thành tấm "nilông" che mưa, nhà máy ăcquy Hải Phòng làm những tấm lá cách điện .Song vừa không kinh tế, lại sản lượng quá nhỏ, chẳng giải quyết được vấn đề gì nên ngành sản xuất này sớm chấm dứt, đặc biệt khi bước vào chiến tranh phá hoại của Mỹ. Trong những năm của thập kỉ 90 công nghiệp gia công chất dẻo trong nước phát triển mạnh với tốc độ tăng bình quân tới 28%/năm. Năm 1990 tiêu thụ chất dẻo trong nước là 0,5 kg/người đến năm 1996 đã lên tới 5,7 kg/người. Toàn bộ nhựa nguyên liệu là nhập khẩu; trong số đó PVC chiếm trung bình 1/3. PVC nhập dưới 2 dạng: Bột PVC (PVC resin) và hạt PVC (PVC compound) chứa sẵn chất hóa dẻo, chất ổn định, chất màu.[6] Năm 2000 cả nước tiêu thụ khoảng 150.000 tấn bột PVC, trong nước sản xuất đáp ứng được khoảng 40% nhu cầu và phải nhập khẩu 60% từ nhiều nước trên thế giới.[7] Năm 2002, toàn ngành nhựa Việt Nam đã sử dụng 1.260.000 tấn nguyên liệu nhựa, trong đó PP, PE, PVC là các nguyên liệu được sử dụng nhiều nhất chiếm khoảng 71,3% tổng nhu cầu nguyên liệu.[6.2] Mức tiêu thụ theo từng loại nguyên liệu nhựa năm 2002 như sau: PP: 380.000 tấn PVC: 180.000 tấn PE: 340.000 tấn Nguồn cung cấp PVC bột và hạt, cũng như một số bán thành phẩm PVC (tấm trải nhà, và giả da) và phụ gia chủ yếu là chất hóa dẻo DOP là các nước Đông Á và Đông Nam Á (Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc, Đài Loan, Thái Lan .). Bảng 3: thống kê nhập khẩu PVC: đvt triệu USD [10] Tên nước Năm 1998 Năm 1999 Năm 2000 10tháng/2001 Hàn Quốc 11.7 7.4 16.5 6.1 7 Singapo 8.8 4.9 16.5 4.0 Thái Lan 12.5 12.1 21 11.3 Nhật Bản 7.7 4.8 7.9 Arập xê út 0.4 0.2 Ấn Độ 2.2 0.4 Hồng Kông 2.7 0.1 Malaixia 0.2 TỔNG SỐ 53.5 41 73 36 Lượng PVC nhập tăng hàng năm: năm 1997 , riêng PVC nhập trên 72.000 tấn. Theo kế hoạch dự kiến của Tổng công ty nhựa Việt Nam nhu cầu bột PVC và chất hóa dẻo trong thời gian tới như sau : Năm 2000 2005 2010 PVC 100.000 200.000 400.000 DOP 28.000 28.000 67.000 Các dự án sản xuất PVC theo danh mục các dự án nguyên liệu và bán thành phẩm nghành nhựa giai đoạn 2001–2010. (Ban hành kèm theo Quyết định số 11/2004/QĐ-BCN ngày 17 tháng 02 năm 2004 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp). Tên dự án Địa điểm 2005 2010 Công su ất (tấn/n) Tổng vốn (triệu USD) Công su ất (tấn/n) Tổng vốn (triệu USD) Nhà máy sản xuất Đồng Nai 120.000 45 PVC1 mở rộng Vũng Tàu 100.000 80 Nhà máy sản Vũng Tàu 200.00 0 147 8 Bộ Công nghiệp đã vạch ra một chiến lược của ngành hóa dầu để đón đầu các bước đi tiếp sau của sự phát triển PVC: tạo ra etylen từ cracking nafta (hoặc khí thiên nhiên), clo hóa rồi gặp nhau ở VCM, đồng thời cung cấp 2-etyl hexanol và axit terephtalic. Theo dự kiến vào khoảng năm 2010 chúng ta sẽ có khả năng sản xuất từ đầu đến cuối 500.000 tấn nhựa PVC và 75.000 tấn DOP. Tương lai của nghành sản xuất nhựa PVC tại Việt Nam là khả quan.[6] Ở Việt Nam, cũng như tất cả các nước Đông Nam Á khác (kể cả Đài Loan), công ngiệp sản xuất nguyên liệu cho ngành nhựa đều khởi đầu từ PVC. Sơ đồ sau cho ta khái quát các bước phát triển của quá trình sản xuất PVC từ dầu mỏ và sự phát triển của ngành hóa dầu Việt Nam: Ngành sản xuất nhựa PVC ở Việt Nam bắt đầu vào năm 1998 với sự hiện diện của liên doanh TPC Vina (tiền thân là Mitsui Vina). Cuối năm 2002, nhà máy sản xuất PVC thứ hai (Liên doanh giữa Petronas Malaysia với Bà Rịa – Vũng Tàu) có công suất 100.000 tấn/năm cũng bắt đầu tham gia vào thị trường. Bảng 4: Lượng tiêu thụ các loại nhựa và PVC ở Việt Nam trong những năm qua và dự đoán đến năm 2011. Nhựa nói chung PVC 9 Năm Tổng cầu (tấn) Bình quân tiêu thụ (kg/đầu người) Sản xuất trong nước (tấn) Nhập khẩu (tấn) Tổng cầu (tấn) Bình quân tiêu thụ (kg/đầu người) 1995 280000 3,78 58500 58500 0,81 1996 420000 5,60 65000 65000 0,89 1997 500000 6,06 74000 74000 1,00 1998 625000 8,00 12100 92000 104100 1,83 1999 780000 9,80 47600 61800 109400 1,41 2000 950000 12,20 24930 85700 110000 1,42 2001 1010000 13,00 78800 52800 131600 1,67 2002 1260000 15,60 102100 52900 155000 1,94 2003 1450000 18,70 119700 47200 166900 2,06 2004 1550000 20,10 127730 51200 178930 2,18 2005 1650000 21,00 145200 64300 209500 2,52 2006 1967000 22,00 176200 69800 246000 2,90 2007 2297000 26,80 195000 65000 260000 3,04 2008 2710000 31,50 215000 66000 281000 3,25 2009 3200000 36,40 250000 54000 304000 3,48 2010 3850000 42,00 290000 40000 330000 3,74 2011 - - 290000 64400 356400 4,00 Tuy nhiên, hiện nay giá sản phẩm PVC trong nước cao hơn rất nhiều so với giá mặt bằng chung trên thế giới. Nguyên nhân của tình trạng trên là do sự 10