TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT NHỰA UPE NĂNG SUẤT… GVHD : Mai Thị Phương Chi Đà Nẵng, ngày 18 tháng 3 năm 2021 Lời mở đầu: Trong thời đại ngày nay, với sự phát triển nhanh như vũ bão của khoa học – kỹ thuật và kinh tế thị trường, ngành công nghiệp hóa học cũng đang phát triển nhanh chóng và chiếm lấy một vị trí vô cùng quan trọng tròn nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt là ngành công nghiệp sản xuất chất dẻo. Người đặt nền móng cho ngành hóa học cao phân tử là Staudinger vào đầu những năm 20 của thế kỷ 20. Ra đời còn non trẻ nên mãi đến những năm 30-40 ngành mới phát triển và đóng dấu bằng sự ra đời của hàng loạt các ngành công nghiệp sản xuất cao su, tơ sợi tổng hợp, chất dẻo, sơn phủ các loại,... Đối với ngành công nghiệp chất dẻo thì phát triển nhất phải kể đến đó là ngành công nghiệp nhựa. Nhựa được ứng dụng rất lớn trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và cả trong đời sống xã hội do có nhiều tính chất tốt như: độ bền cơ lý cao, độ ổn định hóa học, độ cách điện, cách nhiệt, cách âm tốt, đàn hồi, dễ gia công hơn rất nhiều so với kim loại và các vật liệu vô cơ khác. Ngoài ra, nhựa còn có giá thành rẻ, nguyên liệu tổng hợp phong phú nên được nhiều nhà khoa học trên thế giới ngày càng quan tâm, đầu tư nghiêm cứu lĩnh vực này. Trong số các loại nhựa tổng hợp thì nhựa Polyester không no (unsaturated polyester), gọi tắt là UPE là một trong những loại nhựa được ứng dụng rộng rãi, phổ biến ngày nay và kể cả trong tương lai. UPE được tổng hợp đầu tiền vào năm 1847, do Berzelius nấu polyester no từ acid tararic với glycerin. Sau đó thì UPE được Vorlander nghiên cứu thành công từ glycol maleic vào năm 1894. Tuy vậy, mãi đến năm 1920 Wollace Carother mới được công nhận nhận UPE từ etylen glycol và acid không no, các anhydric như: acid fumaric, anhydric maleic. Nhựa UPE là một loại hợp chất cao phân tử và là một sản phẩm trùng ngưng phân tử tương đối thaaos giữa polyacid mà trong đó có polycol hoặc polyacid hoặc cả hai đều chứa nối đôi. Chính nối đôi này làm cho UPE có khả năng tạo ra mạng lưới không gian khi phản ứng trùng hợp các monomer có khả năng khâu mạch như Styrenn, Vinyltoluen, Vinylacetate, Methylmethacrylate, tert-butylstyren,... để chế tạo sản phẩm nhựa nhiệt rắn không nóng chảy, không hòa tan, bền cơ học và môi trường. Ngoài UPE còn là một trong những sản phẩm nhựa cao cấp có tính bền nhiệt và đàn hồi. UPE có thể đóng rắn ở áp suất thấp hoặc không có áp suất, không những khi đun nóng mà ngay cả nhiệt độ thường. Thành phần của UPE là nhân tố quyết định tính chất của nó, người ta thường sử dụng UPE trong hỗn hợp của nó với các monomer như styren, methylmethacrylate,... và chất khơi mào (thường là các Peroxyde) để đóng rắn. Bên cạnh đó, UPE còn chứa các nhóm không no như: , ,... UPE có độ nhớt trung bình hay thấp là tùy thuộc vào các cấu tử nguyên liệu ban đầu hay điều kiện tổng hợp nên, khi trộn với monomer đồng trùng hợp thì chúng là chất lỏng đồng nhất. Với những tính ưu việt trên, UPE được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật như làm vật liệu đúc khuôn, vật liệu cách điện trong kỹ thuật ô tô, tàu thủy, và đặc biệt là ứng dụng để tổng hợp vật liệu compositee một loại vật liệu được tổng hợp có tính chất cơ lý trung gian rất cao và đang phát triển rộng rãi. Phần I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CHO QUÁ TRÌNH TRÙNG NGƯNG 1.1. KHÁI NIỆM QUÁ TRÌNH PHẢN ỨNG TRÙNG NGƯNG Phản ứng trùng ngưng là quá trình tổng hợp polymer dựa vào phanr ứng của các monomer có chưa những nhóm chất, tạo thành những liên kết mới trong mạch polymer và đồng thời sinh ra hợp chất phụ như nước, HCl,… VD: nNH 2 – [CH 2 ]5 COOH → ¿¿+ nH 2O 1.2. ĐIỀU KIỆN CỦA PHẢN ỨNG Điều kiện cần về cấu tạo của monome tham gia phản ứng trùng ngưng là trong phân tử phải có ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng. Monomer tham gia phản ứng trùng ngưng phải chứa ít nhất hai nhóm chức khác nhau như diol, diacid. Trong trường hợp monomer có chứa ba nhóm chức trở lên thì sản phẩm tạo thành là nhựa polyester mạng lưới không gian. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA PHẢN ỨNG 1.3.1. Các chất tham gia phản ứng trùng ngưng là? Phần lớn các chất tham gia là các monome của protein: HO - CH 2 - CH 2 – OH etylenglycol HOOC -(CH 2)4 −COOH axit adipic5 Polimer được điều chế bằng phản ứng trùng ngưng polietilen. Nilon-6,6. (polimetyl metacrylat) 1.3.2. Chức và nhóm chức Nhóm chức là nhóm quyết định nên tính chất hóa học của một loại hợp chất hóa học trong phản ứng. Ví dụ: -OH, -COOH-, -NH 2, -Cl,… Số chức của monomer là số trung tâm hoạt động có khả năng tạo liên kết đồng hóa trị trong quá trình trùng ngưng polimer. Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng hóa học xảy ra mà số chức của monomer có thể thay đổi so với hợp chất cấu tạo ban đầu. Ví dụ: Glixerin có ba nhóm chức OH, tại điều kiện nhiệt độ 180° C số chức bằng 2, nhưng nhiệt độ lớn hơn 180° C thì số chức lại bằng 3. 1.4. CƠ CHẾ CỦA PHẢN ỨNG Xét cơ chế trùng ngưng nhựa polyester từ diol và diacid. Ở dạng tổng quát ta có phương trình phản ứng: Thực chất phản ứng diễn ra như sau: + Đầu tiền là phản ứng ngưng tụ giữa diol và diacid tạo monoester: + Phản ứng tiếp theo là sự trùng ngưng giữa dime và monomer: + Cuối cùng là đa tụ tạo polyester: 1.5. PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG. 1.5.1. Trùng ngưng đồng thể và trùng ngưng dị thể Trùng ngưng đồng thể: Đây là loại phản ứng mà khi trùng ngưng chỉ có một loại monomer có thể tham gia phản ứng. Trùng ngưng dị thể: Đây là loại phản ứng mà khí trùng ngưng sẽ có từ hai loại monomer trở lên tham gia. 1.5.2. Trùng ngưng hai chiều và trùng ngưng ba chiều Trùng ngưng hai chiều được biết đến chính là một dạng polimer mạch thẳng hay phân nhánh. Trùng ngưng ba chiều được biết là khả năng tạo thành một dạng mạch không gian. Lúc đó thì một trong những monomer tham gia phản ứng sẽ có tới ba nhóm chức. 1.5.3. Trùng ngưng cân bằng và trùng ngưng không cân bằng Phản ứng này vốn là phản ứng tạo ra polimer đồng thời kèm theo các hợp chất thấp phân tử. Do đó thành phần cơ bản của hợp chất cao phân tử tạo ra sau phản ứng sẽ không trùng với các thành phần cơ bản của chất ban đầu. Phản ứng này có được là bởi sự tương tác giữa các nhóm chức. Do đó, để xảy ra trùng ngưng thì cần co các hợp chất với các nhóm chức khác loại có thể phản ứng với nhau. Bên cạnh đó thì phản ứng này cũng có thể xảy ra giữa hai (hoặc nhiều hơn) hợp chất. Trong đó mỗi hợp chất sẽ có ít nhất hai nhóm chức giống nhau có thể phản ứng với các nhóm chức của hợp chất trong hỗn hợp phản ứng. Nếu như hợp chất thấp phân tử được tạo ra khi trùng ngưng có khả năng tương tác với polimer tạo thành (trong các điều kiện của phản ứng này) thì quá trình của phản ứng sẽ đạt tới cân bằng. 1.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH PHẢN ỨNG 1.6.1. Trùng ngưng trong thể nóng chảy Đây là một trong những phương pháp phổ biến nhất và được nghiên cứu kỹ nhất trong các phương pháp trùng ngưng polymer. Đặc điểm của phương pháp này là quá trình được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của polymer tạo thành khoảng 15-20°C. Để thực hiện kỹ thuật này, các hợp chất ban đầu được đưa vào bình phản ứng với tỷ lệ đương lượng chính xác và đun nóng đến nhiệt độ cao (thường là 250-300°C) trong môi trường khí trơ. Giao đoạn kết thúc phản ứng được thực hiện trong chân không. 1.6.2. Trùng ngưng trong dung dịch. Trùng ngưng tròn dung dịch tiến hành với monomer và polymer không bền nhiệt ở nhiệt độ nóng chảy. Thực hiện phản ứng khi có mặt dung môi, trong đó monomer đều tan trong dung môi còn polymer có thể tan hoặc không. Ưu điểm của trùng ngưng trong dung dịch là nhiệt độ tương đối thấp nên hạn chế được các phản ứng phụ. Nhược điểm: Do có sử dụng dung môi nên phải có hệ thống tách dung môi và thu hồi chúng, công nghệ phức tạp và tốn kém. Ngoài ra dung môi sẽ làm giảm nồng độ monomer dẫn đến tốc độ phản ứng bé và tăng xác suất phản ứng đóng vòng, đây là một phản ứng không mong muốn. 1.6.3. Trùng ngưng nhũ tương. Trùng ngưng nhũ tương xảy ra trong hệ hai pha, trong đó vùng phản ứng là thể tích của một trong hai pha đó, nghĩa là phản ứng xảy ra chỉ trong một pha. Giai đoạn quyết định tốc độ quá trình chính là phản ứng hóa học để tạo thành đại phân tử polymer vì sự chuyển khối và khuếch tán xảy ra nhanh hơn phản ứng hóa học.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – MƠI TRƯỜNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT NHỰA UPE NĂNG SUẤT… GVHD : Mai Thị Phương Chi Đà Nẵng, ngày 18 tháng năm 2021 ĐỒ ÁN VẬT LIỆU POLYMER Lời mở đầu: Trong thời đại ngày nay, với phát triển nhanh vũ bão khoa học – kỹ thuật kinh tế thị trường, ngành cơng nghiệp hóa học phát triển nhanh chóng chiếm lấy vị trí vơ quan trọng tròn nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt ngành công nghiệp sản xuất chất dẻo Người đặt móng cho ngành hóa học cao phân tử Staudinger vào đầu năm 20 kỷ 20 Ra đời non trẻ nên đến năm 30-40 ngành phát triển đóng dấu đời hàng loạt ngành công nghiệp sản xuất cao su, tơ sợi tổng hợp, chất dẻo, sơn phủ loại, Đối với ngành công nghiệp chất dẻo phát triển phải kể đến ngành công nghiệp nhựa Nhựa ứng dụng lớn nhiều lĩnh vực kỹ thuật đời sống xã hội có nhiều tính chất tốt như: độ bền lý cao, độ ổn định hóa học, độ cách điện, cách nhiệt, cách âm tốt, đàn hồi, dễ gia công nhiều so với kim loại vật liệu vơ khác Ngồi ra, nhựa cịn có giá thành rẻ, ngun liệu tổng hợp phong phú nên nhiều nhà khoa học giới ngày quan tâm, đầu tư nghiêm cứu lĩnh vực Trong số loại nhựa tổng hợp nhựa Polyester không no (unsaturated polyester), gọi tắt UPE loại nhựa ứng dụng rộng rãi, phổ biến ngày kể tương lai UPE tổng hợp đầu tiền vào năm 1847, Berzelius nấu polyester no từ acid tararic với glycerin Sau UPE Vorlander nghiên cứu thành cơng từ glycol maleic vào năm 1894 Tuy vậy, đến năm 1920 Wollace Carother công nhận nhận UPE từ etylen glycol acid không no, anhydric như: acid fumaric, anhydric maleic Nhựa UPE loại hợp chất cao phân tử sản phẩm trùng ngưng phân tử tương đối thaaos polyacid mà có polycol polyacid hai chứa nối đơi Chính nối đơi làm cho UPE có khả tạo mạng lưới không gian phản ứng trùng hợp monomer có khả khâu mạch Styrenn, Vinyltoluen, Vinylacetate, Methylmethacrylate, tert-butylstyren, để chế tạo sản GVHD: Mai Thị Phương Chi Trang phẩm nhựa nhiệt rắn khơng nóng chảy, khơng hịa tan, bền học mơi trường Ngồi UPE cịn sản phẩm nhựa cao cấp có tính bền nhiệt đàn hồi UPE đóng rắn áp suất thấp khơng có áp suất, khơng đun nóng mà nhiệt độ thường Thành phần UPE nhân tố định tính chất nó, người ta thường sử dụng UPE hỗn hợp với monomer styren, methylmethacrylate, chất khơi mào (thường Peroxyde) để đóng rắn Bên cạnh đó, UPE cịn chứa nhóm khơng no như: , , UPE có độ nhớt trung bình hay thấp tùy thuộc vào cấu tử nguyên liệu ban đầu hay điều kiện tổng hợp nên, trộn với monomer đồng trùng hợp chúng chất lỏng đồng Với tính ưu việt trên, UPE ứng dụng rộng rãi kỹ thuật làm vật liệu đúc khuôn, vật liệu cách điện kỹ thuật ô tô, tàu thủy, đặc biệt ứng dụng để tổng hợp vật liệu compositee loại vật liệu tổng hợp có tính chất lý trung gian cao phát triển rộng rãi Phần I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CHO QUÁ TRÌNH TRÙNG NGƯNG 1.1 KHÁI NIỆM QUÁ TRÌNH PHẢN ỨNG TRÙNG NGƯNG Phản ứng trùng ngưng trình tổng hợp polymer dựa vào phanr ứng monomer có chưa nhóm chất, tạo thành liên kết mạch polymer đồng thời sinh hợp chất phụ nước, HCl,… VD: nNH – [ CH ] COOH → ¿ ¿+ n H 2O 1.2 ĐIỀU KIỆN CỦA PHẢN ỨNG Điều kiện cần cấu tạo monome tham gia phản ứng trùng ngưng phân tử phải có hai nhóm chức có khả phản ứng Monomer tham gia phản ứng trùng ngưng phải chứa hai nhóm chức khác diol, diacid Trong trường hợp monomer có chứa ba nhóm chức trở lên sản phẩm tạo thành nhựa polyester mạng lưới không gian 1.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA PHẢN ỨNG 1.3.1 Các chất tham gia phản ứng trùng ngưng là? Phần lớn chất tham gia monome protein: HO - CH - CH – OH etylenglycol HOOC -(CH 2)4 −COOH axit adipic5 Polimer điều chế phản ứng trùng ngưng polietilen Nilon-6,6 (polimetyl metacrylat) 1.3.2 Chức nhóm chức Nhóm chức nhóm định nên tính chất hóa học loại hợp chất hóa học phản ứng Ví dụ: -OH, -COOH-, -NH 2, -Cl,… Số chức monomer số trung tâm hoạt động có khả tạo liên kết đồng hóa trị trình trùng ngưng polimer Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng hóa học xảy mà số chức monomer thay đổi so với hợp chất cấu tạo ban đầu Ví dụ: Glixerin có ba nhóm chức OH, điều kiện nhiệt độ 180° C số chức 2, nhiệt độ lớn 180° C số chức lại 1.4 CƠ CHẾ CỦA PHẢN ỨNG Xét chế trùng ngưng nhựa polyester từ diol diacid Ở dạng tổng quát ta có phương trình phản ứng: Thực chất phản ứng diễn sau: + Đầu tiền phản ứng ngưng tụ diol diacid tạo monoester: + Phản ứng trùng ngưng dime monomer: + Cuối đa tụ tạo polyester: 1.5 PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG 1.5.1 Trùng ngưng đồng thể trùng ngưng dị thể Trùng ngưng đồng thể: Đây loại phản ứng mà trùng ngưng có loại monomer tham gia phản ứng Trùng ngưng dị thể: Đây loại phản ứng mà khí trùng ngưng có từ hai loại monomer trở lên tham gia 1.5.2 Trùng ngưng hai chiều trùng ngưng ba chiều Trùng ngưng hai chiều biết đến dạng polimer mạch thẳng hay phân nhánh Trùng ngưng ba chiều biết khả tạo thành dạng mạch khơng gian Lúc monomer tham gia phản ứng có tới ba nhóm chức 1.5.3 Trùng ngưng cân trùng ngưng không cân Phản ứng vốn phản ứng tạo polimer đồng thời kèm theo hợp chất thấp phân tử Do thành phần hợp chất cao phân tử tạo sau phản ứng không trùng với thành phần chất ban đầu Phản ứng có tương tác nhóm chức Do đó, để xảy trùng ngưng cần co hợp chất với nhóm chức khác loại phản ứng với Bên cạnh phản ứng xảy hai (hoặc nhiều hơn) hợp chất Trong hợp chất có hai nhóm chức giống phản ứng với nhóm chức hợp chất hỗn hợp phản ứng Nếu hợp chất thấp phân tử tạo trùng ngưng có khả tương tác với polimer tạo thành (trong điều kiện phản ứng này) trình phản ứng đạt tới cân 1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH PHẢN ỨNG 1.6.1 Trùng ngưng thể nóng chảy Đây phương pháp phổ biến nghiên cứu kỹ phương pháp trùng ngưng polymer Đặc điểm phương pháp trình thực nhiệt độ cao nhiệt độ nóng chảy polymer tạo thành khoảng 15-20°C Để thực kỹ thuật này, hợp chất ban đầu đưa vào bình phản ứng với tỷ lệ đương lượng xác đun nóng đến nhiệt độ cao (thường 250-300 °C) mơi trường khí trơ Giao đoạn kết thúc phản ứng thực chân không 1.6.2 Trùng ngưng dung dịch Trùng ngưng tròn dung dịch tiến hành với monomer polymer không bền nhiệt nhiệt độ nóng chảy Thực phản ứng có mặt dung mơi, monomer tan dung mơi cịn polymer tan khơng Ưu điểm trùng ngưng dung dịch nhiệt độ tương đối thấp nên hạn chế phản ứng phụ Nhược điểm: Do có sử dụng dung mơi nên phải có hệ thống tách dung môi thu hồi chúng, công nghệ phức tạp tốn Ngồi dung mơi làm giảm nồng độ monomer dẫn đến tốc độ phản ứng bé tăng xác suất phản ứng đóng vịng, phản ứng không mong muốn 1.6.3 Trùng ngưng nhũ tương Trùng ngưng nhũ tương xảy hệ hai pha, vùng phản ứng thể tích hai pha đó, nghĩa phản ứng xảy pha Giai đoạn định tốc độ q trình phản ứng hóa học để tạo thành đại phân tử polymer chuyển khối khuếch tán xảy nhanh phản ứng hóa học Để tiến hành trùng ngưng, hệ nhũ tương đơn giản dễ thực chất lỏng hữu nước Khi sử dụng monomer có khả phản ứng cao, q trình trùng ngưng tiến hành có lợi pha hữu Muốn vậy, cần lựa chọn cấu tử hệ nhũ tương cho hai monomer dịch chuyển sang pha hữu Đặc trưng định lượng cho trạng thái phân bố cân gọi hệ số phân bố chất pha K (K tỷ lệ nồng độ chất pha hữu pha nước) 1.6.4 Trùng ngưng pha Thường tiến hành cấu tử hai pha lỏng không tan vào Sử dụng để tổng hợp polyamide, polyester, polyurethane Phản ứng xảy bề mặt phân chia pha nên phản ứng thuận nghịch Tốc độ phản ứng cao nhiệt độ phòng nên cần làm lạnh hệ phản ứng Polymer tạo thành có khối lượng phân tử cao mà phương pháp khác không đạt Sản phẩm thường tạo dạng màng mặt phân chia pha kéo liên tục khỏi thiết bị phản ứng dạng sợi màng, sản phẩm phụ phân tán vào mơi trường nước (nếu HCl dùng dung dịch soda để hấp thụ) CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ NHỰA UPE 2.1 KHÁI NIỆM Nhựa polyester loại nhựa nhiệt rắn, sử dụng rộng rãi công nghệ composite, polyester loại thường loại khơng no, có khả đóng rắn dạng lỏng dạng rắn có điều kiện thích hợp Thơng thường người ta gọi polyester không no nhựa polyester hay ngắn gọn polyester 2.2 PHÂN LOẠI UPE có nhiều cách phân loại thông thường người ta phân loại theo hai cách sau: 2.3 - Phân loại theo cấu trúc - Phân loại theo mục đích sử dụng đặc tính nhựa PHÂN LOẠI THEO CẤU TRÚC Dựa vào vị trí nối đơi có mạch phân tử UPE, nhựa UPE chia làm hai loại sau: 2.3.1 UPE maleat: loại nhựa UPE tổng hợp từ diol diacid Ví dụ polyester etylen maleat từ polyethylen glycol anhydric maleic: 2.3.2 UPE acrylate: ngồi diol diacid cịn có acid khơng no chức UPE dạng acrylate loại mạch thẳng, cuối mạch có nối đơi Ví dụ: Anhydric phtalic + Ethylenglycol + Acid methacrylic 2.4 PHÂN LOẠI THEO MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG VÀ ĐẶC TÍNH CỦA NHỰA 2.4.1 UPE thông thường Loại UPE tổng hợp từ Ethylen glycol (EG), Anhydric phtalic (AP), Propylen glycol (PG), Anhydric maleic (AM) Trong PG có tác dụng tăng cường khả tương hợp với Styren Nhựa tổng hợp từ PG có độ nhớt khơng cao lắm, dùng để gia công chế tạo sản phẩm như: cano, bồn tắm,… 2.4.2 UPE mềm dẻo Loại tổng hợp cách thay đổi phần AP acid hai chức mạch thẳng acid adipic haowjc acid đơn chức glycol mạch dài diethylen glycol, dipropylen glycol Nhựa dùng để đúc chi tiết nhỏ, trang trí sản phẩm gỗ, đồ mỹ nghệ,… 2.4.3 UPE có độ nhớt cao bền mơi trường Để UPE bền môi trường người ta thay phần AP acid isophatlic Nhờ khả ổn định nhiệt, bền học, bền hóa chất acid phtalic nên UPE tổng hợp từ loại ứng dụng làm lớp phủ bề mặt Tuy nhiên, giá thành sản xuất tương đối cao 2.4.4 UPE có độ co ngót thấp Để giảm độ co ngót nhựa, người ta tạo thành lỗ xốp bên nhựa đóng rắn bù trừ cho co ngót nhựa, cách bổ sung lượng nhựa nhiệt dẻo Oligomer styren hay Oligomer methyl-methacrylat hòa tan polymer Khi ta thu UPE có độ co ngót thấp 2.4.5 UPE bền ánh sáng xạ mặt trời Đây loại nhựa có khả tránh đổi màu phân hủy ánh sáng mặt trời hay xạ tử ngoại Người ta thêm vào nhựa chất ổn định quang Benzophenol thay phần Styren Methyltmethacrylat 2.4.6 UPE đàn hồi Thay phần acid không no AM acid no acid phtalic, acid adipic, acid isophtalic Nhờ phân bố tốt đoạn chứa nối đôi nằm hay hai đầu mạch polymer, độ bền đàn hồi tăng lên khoảng cách trung bình nối đơi tăng, mật độ liên kết ngang giản Dựa đặc trưng này, người ta ứng dụng Upe để chế tạo chi tiết chịu va đập, chịu tải trọng cao Chọn thông số: + Nhiệt độ không khí là: t2 = 25°C + Nhiệt độ mặt lớp vỏ bọc: tT1 + Nhiệt độ mặt lớp vỏ bọc: tT2 + Nhiệt độ mặt lớp cách nhiệt: tT3 = 40°C + Chênh lệch nhiệt độ Difenyl mặt vỏ bọc là: t1 = t1 – tT1 = 5°C Nhiệt tải riêng trình cấp nhiệt từ chất lỏng Difenyl đến tường vỏ bọc là: q1 = 1.t1 (W/m2) (1) Nhiệt tải riêng trình dẫn nhiệt qua tường: Δt1 q2 = R [V.2, tr 3, Sổ tay QTTB Tập 2] (2) Nhiệt tải riêng q trình cấp nhiệt từ tường mơi trường là: q3 = 3.t2 (W/m2) Vì trình truyền nhiệt đẳng nhiệt nên: q1 = q2 = q3 α Δt = 1 Δt1 R =α Δt Δt1 R=α Δt 2 Trong đó: + R – Tổng nhiệt trở tường + – Hệ số cấp nhiệt R= Mà: δ1 + δ2 +r λ1 λ2 [V.3, tr 3, Sổ tay QTTB Tập 2] Trong đó: + 1 – Bề dày lớp vỏ bọc, 1 = 0,005 (m) + 2 – Bề dày lớp thủy tinh + 1 – Hệ số dẫn nhiệt thép, 1 = 16,3 (W/m.độ) + 2 – Hệ số dẫn nhiệt thủy tinh 230°C 2 = 0,0372 (W/m.độ) [Bảng I.126, tr 128, Sổ tay QTTB Tập 1] + r1 – Nhiệt trở lớp cặn bám thành vỏ bọc r1 = 0,116.10-3 (m2.độ/W) [Bảng V.1, tr 4, Sổ tay QTTB Tập 2] Tính nhiệt độ chênh lệch: + Nhiệt độ mặt lớp vỏ bọc: t1 = t1 – tT1 Ta có: tT1 = t1 – t1 = 235 – = 230°C + Chênh lệch nhiệt độ mặt lớp vỏ bọc đến mặt lớp bảo ôn: tT = tT1 – tT3 = 230 – 40 = 190°C + Chênh lệch nhiệt độ tường môi trường: t2 = tT3 – t2 = 40 – 25 = 15°C + Hệ số cấp nhiệt từ tường khơng khí: 2 = 9,3 + 0,058.tT3 (W/m2.độ) [V.136, tr 41, Sổ tay QTTB Tập 2] = 9,3 + 0,058.40 = 11,62 (W/m2.độ) + Tổng trở tường: ΔtT 190 =1 , R=α Δt = 2 0901 11 , 62 15 (W/m2.độ) R= Mà: δ1 δ2 + +r λ1 λ2 δ = λ R− δ1 −r λ1 + Bề dày lớp thủy tinh: ( ) , 005 δ =0 −0 , 116.10−3 =0 , 0405 m=40 ,5 ,0372 , 0901− 16 , mm Vậy bề dày lớp bảo ôn thủy tinh, ta chọn 41mm CHƯƠNG 16 Tính chọn bích, bulơng thiết bị Từ Dt = 2000mm với áp suất làm việc nồi P = 1,026356.106 (N/m2), ta qui chuẩn P = 1,6.106 Tra bảng [XIII.27, tr 423, Sổ tay QTTB Tập 2], ta có bảng sau: K Bu-lơng D D D t D b D d Z (cái) b 000 280 2 180 100 M 020 48 CHƯƠNG 18 Khối lượng nồi phản ứng Khối lượng nồi phản ứng xác định theo công thức sau: Gnồi = Gthân + Gđáy + Gnắp D0 = 2,020 (m) Dt = (m) H = 2,5 (m) = 7900 (kg/m3) Vnap 14 [ D D ] π [ , 02 (h) CHƯƠNG 17 Tai treo Ta có: iểu bích ] =0 , 03173 3π ( ) ( −2 n =2 ( ) ) Gnắp = Gđáy = Vnắp = 0,03173.7900 = 250,676 (kg) [ [( ) ( ] D n D − G = thân (kg) H πρ= 2 , 02 2 ] 2,5 π 7900=1247 , ) ) 1337 Vậy khối lượng nồi là: Gnồi = 1247,1337 + 2.250,676 = 1748,4856 (kg) CHƯƠNG 19 Khối lượng vỏ bọc Khối lượng vỏ bọc xác định theo công thức sau: Gvỏ = Gthân + Gđáy Ta có: Dt = 2,02 + 2.0,1 = 2,22 (m) Dn = 2,22 + 2.0,005 = 2,23 (m) H = Hl + 0,3 = 2,047 + 0,3 = 2,347 (m) = H’l + Vđáy= 3π [( ) ( ] D n D −2 = 4 3π [( ) , 23 2 , 22 ] ) =0 , 0194 + Gđáy = Vđáy. = 0,0194.7900 = 153,26 (kg) + Gthân = ( ) ( 2n − [ D 2 D ] (kg) (m3) [ 23 ,22 2, H π ρ= ]) ) 27900, 347 π = 648,0698 (kg) Vậy khối lượng vỏ bọc là: Gvỏ = 648,0698 + 153,26 = 801,3298 (kg) CHƯƠNG 20 Khối lượng bảo ôn Khối lượng lớp bảo ôn xác định theo công thức sau: Gb/ơn = Gthân + Gđáy Ta có: Dt = 2,230 (m) Dn = 2,230 + 0,041.2 = 2,312 (m) H = 2.347 (m) = 200 (kg/m3) + π 200 [( ) ( ] D Gđáy= 4 πρ 2D n −2 4 [ ) ,312 2, 23 )] = = 33,219 (kg) + Gthân [( ) ( ] [( ) ) ] D2 n = 2 ,312 = D −2 2 H.π ρ , 23 2 ( − , 347 π 200=137 , 3174 Vậy khối lượng lớp bảo ôn là: Gb/ôn = 137,3174 + 33,219 = 170,5363 (kg) CHƯƠNG 21 Khối lượng lớp vỏ bọc tole Khối lượng lớp tole dày (mm) là: Gtole = 100 (kg) (kg) CHƯƠNG 22 Khối lượng bích, bulơng, cánh khuấy động Ta có: Dn = 2,28 (m) Dt = (m) H = 0,05 (m) = 7900 (kg/m3) + bíc Gh [( ) ( ] D = D − n [ 2 ) ) H π ρ= + , 28 2 ] ,05 π 7900=371 , 7824 (kg) Gcanhkhuay=200 (kg) + Gđc=500 (kg) + Chọn lưới động VUC-51-4 Tốc độ quay 1500 vòng/phút + Khối lượng bulông: Gọi khối lượng bulông 0,3 (kg), số lượng bulơng có 44 Ta có: Gbulơng = 44.0,3 = 13,2 (kg) Vậy tổng khối lượng: G = Gbích + Gcanhkhuay + Gđc + Gbulong = 371,7824 + 200 + 500 + 13,2 = 1084,9824 (kg) CHƯƠNG 23 Khối lượng hỗn hợp Difenyl Hỗn hợp Difenyl chiếm tồn thể tích trống vỏ nồi thiết bị phản ứng Ta có: Gdifenyl = Gthân + Gđáy Ta có: Dn = 2,220 (m) Dt = 2,020 (m) H = 2,347 (m) = 887 (kg/m3) Gđáy + [( ) ( ] D D n −2 πρ = π 887 [ , 223 ) )] , 02 = 313,3338 (kg) thâ Gn + [( ) ( ] D = 2 n [ D − 2 H π ρ= ,22 2, 02 2 ) 2 ] ) 2887, 347 π = 1386,6094 (kg) Vậy khối lượng hỗn hợp Difenyl là: Gdifenyl = 1386,6094 + 313,3338 = 1699,9432 (kg) CHƯƠNG 24 Khối lượng nguyên liệu Khối lượng nguyên liệu mẻ sản xuất: Gngl = mphenol + mHCHO + mNaOH = 30945,972 (kg) Vì khối lượng nguyên liệu chia làm nồi, nên khối lượng nồi là: Gngl 30945 , 972 = =7736 , 493 (kg) Vậy tổng khối lượng toàn hệ thống nồi phản ứng: G0 = Gnồi + Gvỏ + Gb/ôn + Gtole + G + Gdifenyl + Gngl = 1748,4856 + 801,3298 + 170,5363 + 100 + 1084,9824 + 1699,9432 + 7736,493 G0 = 13341,7703 (kg) CHƯƠNG 25 Chọn tai treo Hệ tai treo gồm cái, tải trọng là: G= G0 13341 , 7703 = =3335 , 4426 4 (kg) Hay Q = G.g = 3335,4426.9,81 = 32720,6916 = 3,2721.104 (N) Tra bảng [XIII.36, tr 438, Sổ tay QTTB Tập 2], chọn tai treo có tải trọng cho phép Q = 4.104 (N) K L B ( ( mm) mm) B ( mm) H S l a d ( ( ( ( ( mm) mm) mm) mm) mm) hối lượng tai treo (kg) 90 60 70 80 ,35 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: - Lý thuyết chung nhựa UPE - 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 SVTH: Nguyễn Xuân Sơn Hoàng Lớp: 18VL1 GVHD: Mai Thị Phương Chi Đồ án: Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa UPE 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 cơng nghiệp, để phục vụ cho kỹ sư sau điều kiện cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Cuối em xin chân thành cảm ơn hướng dẩn tận tình giáo hướng dẫn Mai Thị Phương Chi giúp đỡ bạn giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế đồ án Đà Nẵng, ngày tháng năm 2021 ... 174,81 29 22, 8 08 4,456 4,370 29 2 ,28 08 7,307 5550,8 13,87 91 - 72 828 ,06 Nước tách - 62 - Nhựa 36 ,23 (35% styren) Tổng cộng 93 - 14493 17593, 20 32, 3 36 ,23 25 1.3.8 Cân vật chất cho ngày đêm sản xuất: ... 5787, 26 4 701 578, 72 287 88, 327 28 356, 52 615 8,913 349, 62 5845, 2, 208 87 3496, 14,46 81 01 3565, 11 ,27 09 64 883 ,2 Tổng 8,740 584,56 15 14,61 11101 27 ,75 ,78 - Nước 44 1656,1 tách - 325 - Nhựa 72, 46... Quá trình sản xuất gián đoạn cho mẻ, thời gian sản xuất mẻ Do đó, ngày sản xuất mẻ suất mẻ là: 86,957 =28 ,986 tấn/mẻ Hay 28 986 kg/mẻ 1 .2 Lượng nguyên vật liệu để sản xuất sản phẩm 1 .2. 1 Lượng