Bài tập lớn tiểu luận nhóm (22)

Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng Chương1: LỜI MỞ ĐẦU  Trong lịch sữ phát triển văn hoá văn minh nhân loại Vai trị ngành khoa học cơng nghệ vật liệu giữ vị trí quan trọng.Hầu hết vật dụng tiêu dùng, phương tiện máy móc kĩ thuật từ đơn giản đến đại làm từ loại vật liệu Sự ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ vật liệu ngày mở rộng phạm vi Đặc biệt thời đại trình độ văn minh lồi người phát triển đến mức cao, khai thác loại vật liệu có sẵn tự nhiên mà nghiên cứu tạo loại vật liệu với tính chất tốt loại vật liệu có sẳn tự nhiên Từ mở rộng thêm phạm vi ứng dụng vật liệu, vật liệu tổng hợp nhân tạo Sự nghiên cứu tổng hợp vật liệu nhân tạo thành công đánh dấu bước ngoặt phát triển cho ngành khoa học công nghệ vật liệu Và đến khoa học công nghệ vật liệu tách thành nhiều ngành cụ thể Khi nói đến phát triển khoa học công nghệ vật liệu ta không nhắc đến ngành khoa học “ Hóa học hợp chất cao phân tử “.Đây ngành khoa hoïc đời muộn so với ngành khoa học khác Tuy nhiên sở ứng dụng thành tựu khoa học kĩ thuật tiên tiến đại, với dụng cụ , máy móc đại sử dụng việc nghiên cứu, thu thành tựu đáng kể, tạo bước đột phá thúc đẩy ngành phát triển Vào năm 30 kỷ XX , sau tách riêng thành phận độc lập khoa học hóa học, ngày đạt trình độ phát triển cao Các ngành lớn công nghiệp cao su, chất dẻo, sợi hóa học, màng, sơn keo, vật liệu cách điện giấy, v.v… hoàn toàn dựa chế biến vật liệu cao phân tử Có thể nói vật liệu cao phân tử sử dụng ngành kinh tế quốc dân Ngành công nghiệp chất dẻo ngành công nghiệp non trẻ giữ vai trò quan trọng đời sống sinh hoạt xã hội Mặc dù hình thành đạt thành tựu to lớn Nền móng cho ngành công nghiệp chất dẻo lần nhà hóa học xác định cấu tạo cao su thiên nhiên Cũng từ nhà hóa học nghiên cứu hợp chất monome để tổng hợp nên polyme tạo nhiều hợp chất cao phân tử có tính lý hóa tốt hơn, nhiều ứng dụng so với cao su tự nhiên Sản phẩm polyme có tính chất đặc biệt so với vật liệu khác tỷ trọng thấp, tính cách điện, cách SVTH: Lê Hải Dương Trang Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng nhiệt, cách âm cao, khả chống ăn mòn, dể gia công, dể tạo hình nhuộm màu tốt,v.v… Tuy nhiên nhiều nhược điểm độ bền nhiệt thấp, hệ số giãn nở nhiệt cao, dể cháy phân hủy theo thời gian,v.v… Ngày với phát triển khoa học công nghệ đầu tư cho lónh vực nghiên cứu này, nhà khoa học cho thấy khắc phục nhược điểm tạo sản phẩm có tính chất đặc biệt quý giá Có độ bên hóa học cao, có tính chất học tốt nhiệt độ cao thấp Ngoài tạo sản phẩm suốt đối vối ánh sáng, tránh tia tử ngoại sử dụng làm kính máy bay, tàu hỏa Nhựa epoxy thức điều chế vào năm 1943 Đến năm 1948 công nghiệp dùng nhiều loại nhựa Epoxy điều chế từ Epiclohydrin ngưng tụ với Difenylol Propan có mặt dung dịch NaOH làm xúc tác Các sản phẩm tạo sau đóng rắn có tính chất lý hóa cao bám dính tốt với nhiều loại vật liệu, tính điện môi tốt, đóng rắn độ co không lớn, chịu tác dụng dung môi, axit kiềm,v.v… Nhựa Epoxy việc sử dụng dùng biến tính nhiều nhựa khác Ure fomaldehyt, Phenol Fomaldehyt, Polyamin,Polyeste đồng trùng hợp với Vinylaxetat Nhựa Epoxy sử dụng nhiều lónh vực keo dán, sơn, làm vật liệu Composite,v.v Việc sản xuất nhựa Epoxy với thiết bị không phức tạp nguyên liệu để sản xuất đắt nên giá thành sản phẩm cao mà nhựa Epoxy chưa sử dụng rông rãi Nhựa Epoxy loại nhựa tương đối nhiều ngành công nghiệp để ý đến Do nhựa có nhóm Epoxy người ta gọi nhựa Epoxy Nhựa Epoxy nhựa Phenol Fomaldehit, Ure Fomaldehit Melamin Fomaldehit có khả chuyển sang trạng thái không nóng chảy hòa tan điều kiện định có chất đóng rắn SVTH: Lê Hải Dương Trang Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng Oxyt Etylen hợp chất Epoxy đơn giản có khả phản ứng lớn Ngay từ năm 1860 Buoc-Xo cho dể trùng hợp thành chất cao phân tử Nhưng đến năm 1936 ứng dụng công nghiệp Cùng với Glyxerin Diclohydrin, Epiclohydrin hợp chất Epoxy đơn giản sản phẩm ban đầu quan trọng sử dụng thực tế để sản xuất hợp chất Di-polyepoxy.Nhựa Epoxy có nhiều ưu điểm đóng rắn loại amin amoniac pôlyamin hai hợp chất đặc biệt dể dàng tác dụng với Epyclohydrin Glyxerin Diclohydrin tạo hợp chất không tan có tính kiềm dùng để làm nhựa trao đổi ion Nếu điều kiện phản ứng thừa nhiều amin Epyclohydrin tạo sản phẩm tan dùng công nghiệp giấy dệt làm tăng độ chịu nước bột xenlulo làm tăng độbền cọ xát vải Từ năm 1948 công nghiệp dùng nhiều loại nhựa Epoxy điều chế từ Epiclohydrin ngưng tụ với Diphenyl propan có mặt dung dịch NaOH làm xúc tác Các sản phẩm tạo sau đóng rắn có nhiều tính chất lý, hóa quý bám dính tốt với nhiều loại vật liệu, tính điện môi tốt, đóng rắn độ co không lớn, chịu tác dụng dung môi, axit kiềm Có loại nhựa điều chế từ hợp chất Polyhydroxyl Epiclohydrin, sản phẩm thu có độ nhớt không lớn có khả đóng rắn Nhưng có nhóm Hydroxy không tác dụng hết mạch thẳng nên nhựa trạng thái đóng rắn không chịu nhiệt nước tốt, người ta dùng để pha vào nhựa Epoxy thường Epoxy sản xuất với nhiều loại khác , thông dụng hai loại DE-5 ED–6 Hai loại có qui trình sản xuất giống nhau, khác yêu cầu sản phẩm hàm lượng chất bốc, hàm lượng nhóm Epoxy, độ nhớt, tỷ trọng trọng lượng phân tử khác Nói chung yêu cầu thông số ED –6 cao Qui trình tạo nhựa điều kiện phản ứng khác tốc độ phản ứng, dung môi, nồng độ chất xúc tác, thời gian phản ứng, áp suất khác cho sản phẩm khác ED-5, ED-6 loạI Epoxy khác.Gần người ta dùng nhựa Epoxy từ Polybutadien SVTH: Lê Hải Dương Trang Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng phân tử thấp có nhóm Epoxy nối đôi Do vầy mà có khả đóng rắn có Amin, Anhydric axit chức Peoxyt Cũng điều chế nhựa Epoxy từ Epiclohydrin với Resocin, Phenol Phtalein với hợp chất khác SVTH: Lê Hải Dương Trang Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng Chương2: LÝ THUYẾT TỔNG HP NHỰA EPOXY ED-5 2.1/ Nguyên liệu để sản xuất nhựa Epoxy Nguyên liệu để sản xuất nhựa Epoxy Epiclohydrin Difenyl propan Ngồi dùng Difenyl khác Resorcin, Dicrozol để thay cho Difenylol Propan thực tế dùng 2.1.1/ Difenylolpropan (hay 4,4- dioxy aiphenyl propan hay tên thương mại Bisphenol-A, dian ) 2.1.1.1/ Tính chất vật lí : - Bisphenol – A có nhiệt nóng chảy Tcn = 155 oC - Khã hịa tan : Bisphenol – A có cấu trúc tinh thể màu trắng, làm bỏng da; khơng tan nước, tan tốt môi trường Axeton rượu 2.1.1.2/ Điều chế Bisphenol-A: - Bisphenol-A điều chế cách cho phenol tác dụng với axeton môi trường axit mạnh nhiệt độ 40-50 oC Axit thường dùng H2SO4, HCl Thời gian phản ứng khoảng 15-20h - Chất xúc tác sữ dụng H+ Để tạo mơi trường H+ sữ dụng dung dịch H2SO4 HCl - Thực nghiệm cho thấy ảnh hưởng lượng H 2SO4 có giới hạn định Nhưng nồng độ Axit yếu tố có tính chất định đến hiệu suất phản ứng - Hiện người ta thường sữ dụng xúc tác Mercaptan Axit no mạch thẳng Tiodiaxetic ( HOOC – CH2 – S – CH2 – COOH ) điều chế từ Monocloaxetic Sunfohydro 2.1.2/ Epiclohydrin SVTH: Lê Hải Dương Trang Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng 2.1.2.1/ Tính chất vật lí : - Epiclohydrin chất lỏng khơng màu, suốt - Khã hịa tan: Epiclohydrin khơng có khã tan nước tan tốt Benzen, rượu, Axeton dung môi khác Ở 20 oC Epiclohydrin tan nước, hòa tan 6.58% trọng lượng tạo thành hổn hợp đẳng phí với nước có nhiệt độ sôi 81.4 oC chiếm 81% trọng lượng hổn hợp - Epiclohydrin có mùi mạnh, đặc biệt độc hại ( cần cẩn thận sữ dụng ) - Nhiệt độ sôi Ts = 118 oC - Nhiệt độ nóng chảy Tnc = 5,72 oC - Tỉ trọng d20 oC = 1.175 - 1.18 ( g/cm3 ) 2.1.2.2/ Điều chế Epiclohydrin - Hợp chất điếu chế tổng hợp từ Glyxerin Propylen Trong phương pháp có hiệu từ Propylen • Đi từ Glyxerin : + Đầu tiên cho khí HCl khan tác dụng với Glyxerin nhiệt độ từ 110 – 115 oC mơi trường Axit đặc có đun nóng thu Diclohydrin Glyxerin + Để hiệu suất phản ứng cao Glyxerin phải thật khan chứa nước, có chất hút nước Anhydric axetic Axit axetic với hàm lượng + Sau cho xút đặc có đun nóng vào để hóa vịng tạo gốc Epoxy Bản chất dùng kiềm khử để tạo Epiclohydrin SVTH: Lê Hải Dương Trang Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng Epiclohydrin + Phản ứng hóa vòng tiến hành nhiệt độ thường, nồng độ tốc độ tác dụng với Diclohydrin có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất phản ứng phản ứng tạo thành Epiclohydrin có phản ứng xà phòng hóa Epiclohydrin thành Glyxerin Glyxe rin + Có thể dùng loại kiềm yếu Ca(OH) , Na2CO3 để khử HCl + Phương pháp Liên Xô, Trung Quốc ứng dụng nhiều Ở nước ta sản lượng dầu thảo mộc (Glyxerin tách xà phòng hóa dầu thảo mộc ) lớn nên thuận lợi đáng kể • Đi từ Propylen : + Clo hoá propylen áp suất 18 kg/cm2 nhiệt độ 800 oC để tạo clorua allil, sau cho clohydrin tác dụng lên nối đôi cuối dùng kiềm khử HCl điclohydrin tạo êpiclohydrin CH2 CH Cl OH CH2 +Na OH Cl CH2 CH Cl CH2 + Na Cl + OH O Epiclohydrin + Sản phẩm phụ Triclo Propan, Diclohydrin chưa phản ứng.Trong hai phương pháp phương pháp phù SVTH: Lê Hải Dương Trang Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng hợp đốI vơi nước ta phương pháp từ Glyxêrin phưưong pháp từ Propylen phù hợp vớI nước có ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ phát triển mạnh *An toàn sử dụng Epiclohydrin : Do tính chất độc hại Epiclohydrin nên yêu cầu thùng chứa, ống dẩn phải kín để đảm bảo an toàn cho công nhân Khi vận chuyển nên đựng Epiclohydrin vào chai thủy tinh lớn hay dùng thùng bắng thép đậy kín cẩn thận công nhân thao tác khỏi bị ngộ độc 2.2/ Lý thuyết tạo nhựa Epoxy 2.2.1/ Phản ứng đa tụ nhựa Epoxy + Nguyên liệu để sản xuất este Glyxit pôlyme chúng Phênol đa chức hợp chất chứa nhóm Epoxy Những hợp chất chứa nhóm hrôxyl dùng hợp chất : Rezoxin ,Hrôquinol Điôxit Phênol Prôpan , nhựa Phênol Phocmanđehit Nôvôlac…Nhưng thường sử dụng rộng rãi Điphênyl Prôpan Epyclohydrin Phản ứng xảy môi trường kiềm có hai nhóm định chức Epoxy Clo Điphênyl prôpan có hai nhóm chức có hai nguyên tử hrô linh động nên khả tham gia phản ứng lớn Phụ thuộc vào tỷ lệ hai chất chất mà mà thu sản phẩm khác từ lỏng nhớt đến rắn + Nếu thừa Epyclohrin thu đựơc ête Diglixit Diphênyl Prôpan Phản ứng xảy môi trường NaOH + Epiclohydrin theo nhóm Epoxy tác dụng với Hydro Đioxydifenyl Propan SVTH: Lê Hải Dương Trang Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng + Trong dung môi trơ có 0,2 đến 0,5% NaOH thu este Glyxêrit có độ cao có nhệt độ sôi 210 đến 2300C áp suất 0,05mHg số khúc xạ D 20= 1,57507 Ở 90 đến 1750C este Glyxêrit Dioxit Phênyl Prôpan môi trường kiềm chuyển thành pôlyme dạng thuỷ tinh có nhóm Epoxy trùng hợp CH3 n CH CH O CH2 O O CH2 CH C O CH3 OH CH2 CH CH3 C CH2 O CH3 CH3 CH2 CH CH2 O CH3 CH O O CH2 CH CH3 C O CH2 CH2 CH2 O O O CH2 CH CH2 OH CH3 C CH3 O CH2 CH CH2 O + Saûn phẩm thu suốt không màu bền kiềm dể xử lý có tính chất học cao Do nhựa thu hỗn hợp đồng đẳng pôlyme độ dài mạch khác Tỷ lệ molâ Epyclohrin Diphênyl Propan giảm nhiệt độ nóng chảy trọng lượng phân tử tăng + Tốt điều chế nhựa dung dịch nước NaOH, Ca(OH)2 Ba(OH)2.Nếu tiến hành phản ứng kiềm mà thêm axit vô xúc tác FriđenCraft cuối phân tử nhóm Clohrin Do phải khử HCI, tác nhân thường dùng để khử HCI kiềm tôt Alumiat Natri Canxi SVTH: Lê Hải Dương Trang 10 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng Qm2 nhiệt mát qua phần lớp cách nhiệt Phần thiết bị lớp cách nhiệt có chiều cao h=0,6 (m) ,chiều cao nắp 0,6 (m) phần lớp cách nhiệt nắp thiết bị Diện tích nắp F=2,2608(m2) Qm2 = α2F∆t Trong : F diện tích bề mặt truyền nhiệt (m 2) α hệ số đối lưu xạ môi trøng không khí ∆t động lực trình truyền nhiệt ∆t =8,4+0,06(tT1-tbx) Nhiệt độ trung bình dung dịch 65 0C , nhiệt độ không khí 250C Vậy nhiệt độ trung bình ttb=(65+25)/2=450C Xem bề mặt nắnp tường phẳng nhiệt tải riêng từ dung dich môi trường đựoc tính sau: q= Q ∆t (t dd − t kk ) = = δ F R + +r α λ Trong : r lànhiệt trở chất hữu phía nắp r=0,387.10-3 (m2 độ /W α hệ số cấp nhiệt bề mặt môi trường α = 2,5 × ∆t k (W /m2độ) lấy ∆tk=ttb-tkk ⇒α=5,286 (W /m2độ) δ chiều dày nắp δ=19(mm) λ hệ số dẫn nhiệt vật liệu λ =16,85 (W /m độ) ⇒R=0,1907 (m2 ñoä /W) ⇒q = (65 − 25) = 210( w / m ) 0.1907 Nhiệt tải riêng từ bề mặt môi trường qm2 = (t T − t kk ) = α (t T − t kk ) α Do trình truyền nhiệt đẳng nhiệt nên q=q m2 =210 (W /m2độ) ⇒tT = q + t kk = 64,74 C α Năng lượng xạ môi trường Q=qm2× F=210× 2,2608=474,768(W) SVTH: Lê Hải Dương Trang 74 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng Nhiệt toả môi trường nắp thời gian đa tụ 1,5 Qm2=Q× 1,5× 3600=1281836 (J)=6061 (kcal) Nhiệt mát qua lớp bảo ôn Qm1=αF∆t Khi đun nóng thiết bị nước có nhiệt độ 140 0C , giả sử chênh lệch nhiệt độ qua lớp vỏ bọc 0C nhiệt độ thành loà 1380C Nhiệt độ trung bình t tb = (140 + 138) = 139 C Hệ số cấp nhiệt phía ngưng tụ α = 2,04 × A4 tính theo công thức r (W /m2độ) H∆t Trong : A hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ nước ngưng ,với ttb =1390C A=194 ∆t hiệu số nhiệt độ nước ngưng nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với nước ngưng:∆t =ttb-tT1=140138=20C r ẩn nhiệt hoá nước ngưng 138 0C r=2126103 (J/kg) Chiều cao phần thiết bị có vỏ bọc h=3,8(m) 2126.10 = 9101,63 (W /m2độ) ⇒ α = 2,04 × 1,94 × × 3,8 Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị không khí giả thiết nhiệt độ không khí 25 0C , nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt tT3=360C • Hệ số truyền nhiệt từ nước ngưng không khí K = với R R nhiệt trở tường nhiều lớp R= 1 δ1 δ + + + α α λ1 λ α2 hệ số cấp nhiệt bề mặt lớp cách nhiệt không khí α2 =8,4+0,06(tT3-tkk)=8,4+0,06(36-25)=9 (W /m độ) δ1 chiều dày lớp vỏ bọc δ1=0,014(m) λ1 hệï số dẫn nhiệt thép λ1 =46,5 (W /mđộ) δ2 chiều dày lớp thuỷ tinh δ2=0,05(m) λ1 hệï số dẫn nhiệt bong thuỷ tinh λ2 =0,13 (W /mđộ) SVTH: Lê Hải Dương Trang 75 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng ⇒R = 0,014 0,05 + + + = 0,496 (m2 độ /W 9101,63 46,5 0,13 Nhiệt tải riêng từ nước ngưng không khí q= Q ∆t = = 219,7 F R (W /m2ä) Nhiệt tải riêng từ nước ngưng bề mặt lớp thuỷ tinh q= Do (t tb − tT ) (139 − t T ) Q ∆t = = = δ1 δ F R 0,384 + + α λ1 λ trình ∆t (139 − t T ) = = 219,7 R 0,384 truyền nhiệt đẳng nhiệt nên ⇒tT3 =139-0,384 219,7=54,60C Nhiệt tải riêng từ lớp thuỷ tinh không khí q= (tT − 25) = 219,7 (W /m2) 0,384 ⇒tT3 =54,0C Vậy ta phải giả thiết lại nhiệt độ bề mặt t T3= 400C :α2 =9,3 (W /m2độ) R=0,492 (m2 độ /W) ⇒ q=221,5(W /m2) q= (tT − 25) = 219,7 ⇒tT3 =540C 0,384 Giả thiết lại nhiệt độ bề mặt xạ t T3 =500C, : α2 =9,9(W /m2độ) R=0,486 (m2 độ /W) q=224,26(W /m2) Nhiệt độ bề mặt tính t T3 =1390,384× 224,26=52,80C, Tính sai số giá trị giả thiết giá trị tính ε= (52,8 − 50) × 100 = 5,3% 52,8 Mức sai số chấp nhận , giả thiết phù hợp Nhiệt toả môi trường phần thân có lớp cách nhiệt Qm =α2×∆ t × F Với F diện tích xung quanh lớp cách nhiệt πD F = hDπ + Với D đường kính lớp vỏ cách nhiệt D=2,622+2 × 0,05=2,722 H=3,8 ⇒ F=35,38(m2) ⇒ Qm2 = 221,5 × 35,38 =7884,5 (W) SVTH: Lê Hải Dương Trang 76 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng • Với thời gian gia nhiệt 1,5 nhiệt lượng tỏa Qm1= 1,5 × 3600 × 7884,2 =42,5748 106 (J) =10,169 103 (kcal) ⇒ Qm = Qm1 +Qm2 =16,23 103 (kcal) Nhiệt lượng nước cung cấp Q= Q1 +Q2 +Qm =24464+243,411 103 +16,23 103=284,1 103 (kcal) Tính nhiệt lượng nước tiêu tốn D= Q r×χ với r ẩn nhiệt hoá nước Do sử dụng nước nhiệt độ 140 0C áp suất atm (tra bảng I215 trang 314Sổ tay công nghệ hoá chất tập 1) ta có r=519 (kcal/kg) ⇒ D1 = 284,1 × 10 = 576,3 (kg) 519 × 0,95 3.2, Giai đoạn đa tụ 3.2.1,Giai đoạn gia liệu Giả sử phản ứng xảy sau : CH3 CH2 CH CH2 + 2OH O Cl CH2 CH CH O [ O + 3Na Cl CH3 C CH3 C OH +3 Na OH CH3 CH3 O CH2 CH CH2 O ] OH C CH3 O CH2CH CH2 O + 3OH2 Ta có hiệu ứng nhiệt phản ứng q=Σqsp -Σqd Trong qsp nhiêït tạo sản phẩm qd nhiệt sinh nguyên liệu ban đầu ⇒ q=qnhựa +qNaCl +3qH2O –3qECH-2qDDP-3qNaOH Do chuyển pha cấu tử tham gia phản ứng nên ta xem phản ứng tqạo thành nhựa phá liên kết hình thành liên kết • Nhiệt sinh nhựa SVTH: Lê Hải Dương Trang 77 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng Số liên kết hình thành gồm:4 liên kết C-O EC-O=75 (kcal) liên kết O-H EO-H=110 (kcal) qnhựa ==4 × 75+110=410 (kcal/mol) qNaCI=98,83 (kcal/mol) qH2O=68,35 (kcal/mol) ⇒ Σqsp=410+3 (98,83+68,35)=991,54 (kcal) nhiệt sinh ECH (tính cho mol) số liên kết bị phá : liên kết C-Cl EC-Cl =70 (kcal) liên kết O-C EC-O=75 ⇒ qECH= 70× 3+75=285(kcal) Nhiệt sinh DDP Số liên kết bị phá : 2liên kết O-H EO-H=110 (kcal) qDDP=2 × 110=220 (kcal/mol) qNaOH=101,96 (kcal/mol) ⇒-Σqd=285+3 × 101,96 +2 × 220=1030,88 (kcal) q=Σqsp -Σqd=991,54-1030,88=-39,34 (kcal) nhieät tạo phản ứng tạo thành kg nhựa q= − 39,34 10 = −172,5 228 (kcal/kg) Lượng DDP dùng cho mẻ :2215,6875-4,42=2211,26 (kg) Vậy nhiệt lượng tạo phản ứng đa tụ : -172,5× 2211,26 =-381,53103 (kcal) Với trình đa tụ liên tục khoảng thời gian suất toả nhiệt từ phản ứng: Q= − 381,53 × 10 = −54,5.10 (kcal/h) Quá trình làm lạnh sản phẩm nước nên ta có phương trình cân nhiệt lượng giai đoạn Qh=Qpu +QddNaOH + Qm Trong : Qpu =874,335.103 (kcal) QddNaOH =Qdd+QH2O Qdd=Cdd × mdd × ∆t Cdd=3125 (J/kgđộ)=0,76 (kcal/kg) mdd=77,6 kg Qdd=77,6 × 0,678 × (65-25)=2104,78 (kcal) QH2O=mH2O × CH2O mH2O=(11568,229-77,6) × 0,5=745,314 kg SVTH: Lê Hải Dương Trang 78 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng ⇒ QH2O =745,314 × (65-25)=29812,58 (kcal) QddNaOH=Qdd+QH2O =31917,36 (kcal) Phản ứng thu nhiệt nên ta có cân nhiệt cho trình Qh=QddNaOH +Qpu=-274,08 (kcal) Vậy lượng nước làm lạnh hỗn hợp phản ứng 65 0C xuống 300C Qn − 274,08 =− × 10 = 27,408.10 (kg ) C∆t × (25 − 30) Qn = 13,5.10 (kg / h) Löu lượng nước làm lạnh Gn = G= 3.2.2, giai đoạn khuấy Quá trình khuáy trôn tiến hành , nhiệt tiêu tốn cho trình Qk=Q’m + 0,05 Qm Với :Q’m nhiệt lượng mát qua phần vỏ thiết bị có lớp bải ôn 0,05Qk nhiệt tổn thất môi trường Qm =16,23 103 (kcal) Do thới gian gia nhiệt 1,5 , thời gian khuấy nên lượng nhiệt tổn thất trình khuấy Qm = × 16,23 × 10 = 21.642.10 (kcal) 1,5 Ta có 0,95 Qk=Q’m ⇒ lượng nước tiêu tốn D2 = Q' m 21,642 = × 10 = 46,2(kg ) 0,95 × r × χ 519 × 0,95 × 0,95 Nếu đa tụ tiếp nhiệt độ giảm xuống nhiệt lượng mát Q=qhh+Qnồi= mhh × Chh ×∆ t+ mtb× Ctb ×∆ t Trong :mhh khối lượng hỗn hợp sau đa tụ Chh nhiệt dung riêng hỗn hợp sau đa tụ Hỗn hợp sau đa tụ gồm nhựa , nước NaCI NaOH dư mNaOH 50% =77,6 (kg) mH2O =754,1(Kg) mnhựa=3206,33(kg) mNaCI=1033,256(kg) ⇒ mhh=5062,5(kg) Nhiệt dung riêng hỗn hợp Chh=ΣCi × xi xi nồng độ phần khối lượng cấu tử thứ i Ci nhiệt dung riêng cấu tử thứ i SVTH: Lê Hải Dương Trang 79 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng Cnhựa =0,5 (kcal/kgđộ) CNaOH50%=0,76 (kcal/kgđộ) CNaCI =0,91 (kcal/kgđộ) CH2O =1 (kcal/kgđộ) Vậy C hh = 77,6 754,1 3206.33 1033,256 × 0,76 + ×1 + × 0,5 + × 0,91 = 0,66 5062,5 5062,5 5062,5 5062,5 (kcal/kgđộ) ⇒ Qhh =mhh × Chh ×∆ t=3347,7 ∆t Qnồi = mtb× Ctb ×∆ t=5560 × 0,11 ×∆ t=611,6∆t ⇒ Q= Qhh+ Qnồi =3959,3∆t Trong trình khuấy thiết bị trì nhiệt dộ phản ứng Như tỗn thất nhiệt hỗn hợp thiết bị phản ứng cà từ vỏ thiết bị qua phần lớp cách nhiệt Q=Qm2 ⇒3959,3× ∆t = 6061,7 × 2/1,5 (kcal) ⇒ ∆t=2,040C Nhiệt độ hỗn hợp sau khuấy tx =65-∆t =62,950C 3.3, Giai đoạn rữa lần thứ Cho Tôluen vào khuấy , thờigian gia liệu 30 phút , lưu lượng 1360,78 × 3,25 × = 10,15( m ) h 870 0,5 Khuấy khoảng 25 đến 30 phút cho nước vào , lượng nước rữa lần thứ 2211,207 × 3,255=7,186 103 (kg) Sau cho Tôluen nước vào nhiệt độ hệ thống giảm xuống Do lượng nhiệt mát hệ làm nhiệt độ hệ giảm từ 64 0C xuống đến nhiệt độ tx Q1=(mtb × Ctb +mhh × Chh)(64,17-tx) Nhiệt độ ban đầu Tôluen nước 25 0C lượng nhiệt Tôluen nước thu vào : Q2=(mtôluen × Ctôluen +mnước × Cnước)(tx-25) Ta có (5560 × 0,11+5062,5 × 0,66)(64,17-tx)=(1360,78 × 3,25 × 0,42 +7186,62 × 1)(tx-25) ⇒tx=36,540C Quá trình rữa tiến hành nhiệt độ 60 0C nên phải đung nóng hỗn hợp từ 36,54 đến 60 0C Như lượng nhiệt cung cấp từ nước Q=(mtôluen × Ctôluen +mnước × Cnước +mtb × Ctb +mhh × Chh)(60-36,54) SVTH: Lê Hải Dương Trang 80 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng (5560× 0,11+5062,5× 0,66+1360,78× 3,25× 0,42+14472× 1)(6036,54)=304,88.103 (kcal) Vậy lượng nước tiêu tốn Dn = Q 304,8 = × 10 = 618,35kg ) 0,95 × r × χ 519 × 0,95 × 0,95 Khuấy để lắng ,tách lớp nước 1,5 ,nhiệt độ hỗn hợp giảm xuống ts mát môi trường Q=Q'm=(3952,85+9044)=16,23 103 (kcal) ⇒ts=58,750C Lượng nước tiêu tốn để nâng nhiệt độ hỗn hợp từ 58,750C lên 600C Dm = Q 16,23 = × 10 = 32,917 g ) 0,95 × r × χ 519 × 0,95 × 0,95 vaäy lượng nước :D3=Dn+Dm=651,26 (kg) tiêu tốn cho giai đoạn 3.4, Giai đoạn rữa lầøn thứ hai Cho Tôluen nứoc vào nhiệt độ hỗn hợp giảm xuống , thời gian cho Tôluen nước vào khuấy 1,5 Ta có nhiệt mát môi trường chủ yếu qua phần lớp bảo ôn : Qm=α(ts-tkk)F Với α=5,286 (W /m2độ) F=2,2608 (m2) Qm=2,2608 × 5,286 × (58,75-25)=403,33 (W) ⇒Q=403,33 × 1,5 × 3600=2178 103 (J)=520,2 (kcal) Nhiệt lượng hệ thống giảm xuống lượng Q Q1=Qtb+Qhh=(mtb Ctb+mhhChh)(ts-tm) mhh= mnhựa +mTôluen mnhựa=5206,33(kg) mTôluen=4422(kg) mhh=7628,33 C hh = (3206,5 × 0,11 + 4422 × 0,42)0,45 (kcal/kg độ) 7628,33 ⇒Q1=(5560 × 0,11+7628 × 0,45)(ts-tkk)=4072 (ts-tm) Lượng nhiệt mà Tôluen nứơc nhận Q2=(mTôluen CTôluen +mnước Cnước)(tm-25) Lượng Tôluen rữa lần thứ hai m T=2211,25(kg) Lượng nước rữa lần thứ hai m n=1321(kg) ⇒ Q2=(2211,25 × 0,42 +1321 × 1)(ts-25)=2249,735(ts-25) Q1=Q2 ⇒4072 (ts-tm)= 2249,735(ts-25) SVTH: Lê Hải Dương Trang 81 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng Nhiệt độ hỗn hợp sau cho nước Tôluen vào tm=46,710C Lượng nhiệt cần đun nóng hỡn hợp từ 46,74 0C lên 650C Q=(4072+2249,735)(65-46,74)=115,439 103 (kcal) Vậy lượng nước tiêu tốn D4 = Qm 115,439 = × 10 = 234,13(kg ) r × χ 519 × 0,95 3.5, Giai đoạn chưng cất nước 3.5.1,Tính lượng nước đun nóng Chưng cất hỗn hợp đẳng phí gồm 81% Tôluen 19% nước nhiệt độ 84,10C Do phải đun nóng hỗn hợp từ 650C lên 84,10C Hỗn hợp gồm: mnhựa=3206,33(kg) mTôluen=(4422+2211,25)=6633,25(kg) mnước=(19/81) mTôluen=1556(kg) Nhiệt dung riêng hỗn hợp đẳng phí C dp=0,19 × +0,81 × 0,42=0,53 (kcal/kg độ) Với thời gian đun nóng 30 phút lượng nhiệt tổn thất môi trøng là: Qm = 16,23.10 × 0,5 = 5410 (kcal) 1,5 Nhiệt lượng cần cung cấp cho hệ thống Q=(mtb Ctb +mnhựa Cnhựa+mđpCdp)(84,1-65)+Qm=130,82 103 (kcal) Vậy lượng nước tiêu tốn là: D51 = Q r×χ = 130,82 × 10 = 265,33(kg ) 519 × 0,95 3.5.2,Chưng cất nước n nhiệt hoá hỗn hợp đẳng phí rhh=519 × 0,19 +90 × 0,81=171,5 (kcal/kg) Quá trình chưng cất tiến hành 2,5 , lượng nhiệt tổn thất môi trường Qm 16,23.10 × 2,5 = 21,64.10 (kcal) 1,5 Lượng nhiệt hỗn hợp đẳng phí mang ra: Qh=(mT+mn)× rhh=(1556+6633,25) × 171,5=1404,45.103 (kcal) Vậy lượng nước tiêu tốn cho giai đoạn chưng cất nước SVTH: Lê Hải Dương Trang 82 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng D52 = Qm + Qh ( 21,64 + 1404,45) = × 10 = 2892,4(kg ) r×χ 519 × 0,95 Lượng nước tiêu tốn cho trình D5=D51+D52=3157,7 (kg) 3.6, Giai đoạn lọc dung dịch nhựa Trong thời gian lọc nhiệt độ hỗn hợp giảm xuống thất thoát nhiệt môi trường từ thiết ống dẫn Để tiện tính toán ta giả htiết nhiệt độ thành thiết bị lọc 800C nhiệt phí thùng chứa là400C α = 1,98 × ∆t k = 1,98 × 80 − 25 = 5,39 (W /m2độ) Với diện tích bề mặt lọc thiết bị chọn F 1=16m2 ⇒nhiệt mát hai thùng lọc Q1 = 2α × F1 × ∆t k × × 3600 = 17500(kcal ) 4186,8 Nhiệt mát từ thùng chứa không khí Q 2=α2 × F2 × ∆t2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt thùng chứa không khí α = 1,98 × ∆t = 1,98 × 40 − 25 = 3,89 (W /m2độ) Diện tích xung quanh thùng F2=18 m2.⇒Q2=3,89 × 18 × (40-25)=1074,5 (W) Với thời gian lọc nhiệt mát : Q2 = 1492,5 × × 3600 = 1808(kcal ) 4186,8 Ta có nhiệt lượng mát chung kể từ thiết bị phản ứng Qm = 16,23.10 × + 1808 + 17500 = 40948(kcal ) 1,5 Nhiệt lượng nồi phản ứng dung dịch lấy Q=Q1+Qm với Qm=40948 (kcal) Q1 nhiệt lượng thiết bị lọc thùng chứa lấy Q1=(2m1+m2) × Cthép ×∆ t Khối lượng thiết bị lọc m1=F1 × δ1×ρ δ1=6(mm) Khối lượng thùng chứa m2=F2×δ 2×ρ δ2=7(mm) ⇒m1=753,6(kg) m2=981,1 (kg) ⇒Q1=(2 × 753,6 +989,1) × 0,11 × (tn-25)=274,59(tn-25) Ta có phương trình cân nhiệt lượng (mtbCtb+mnhựaCnhưa+mTôluenCTôluen)(84,1-tn)=274,59(tn-25) 500,73(84-tn)=274,59(tn-25) ⇒tn=80,90C SVTH: Lê Hải Dương Trang 83 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng 3.7,Giai đoạn sấy nhựa Sau lọc, nhựa cho vào thùng bơm lên nồi sấy , ta coi nhiệt độ lại hỗn hợp nhựa Tôluen sau lọc xong thất thoát nhiệt qua đường ống dẫn 50 0C Để tiến hành sấy tách Tôluen ta phải đun nóng hỗn hợip lên 1100C 3.7.1,Tính nhiệt lượng cần đun nóng hệ thống Ta có Q=Q1+Q2+Qm Q1:Nhiệt lượng đun nóng hỗn hợp Q1=(mnhựaCnhựa +mTCT) ∆t=(3206,5 × 0,5+6633,25 × 0,42)(11050)=263,34 103 (kcal) Q2:là nhiệt đun nóng thiết bị sấy Ta tích khối hỗn hợp thiết bị Vhh = 6633,25 3206,33 + = 10,388(m ) 870 1160 Hệ số đầøy thiết bị sấy 0,7 nên thể tích thiết bị Vhh = 10,388 = 14,8(m ) 0,7 Chọn thiết bị sấy hình trụ có đáy hình elíp , chiều cao thiết bị H=3 (m).Khi : D πD D2 D V = (H − ) + 2× π × = 14,8 ⇒đường kính thiết bị D=2,(m) 4 4 Khối lượng thiết bị m=2948(kg) ⇒Q2=2948 × 0,11(110-50)=19,4618 103 (kcal) Nhiệt mát môi trường Q m=0,05Q Q= Q + Q2 0,95 ⇒ = 297,68.10 (kcal) Lượng nhiệt tiêu tốn D71 = Q r×χ = 297,68 × 10 = 603,76(kg ) 519 × 0,95 3.7.1,Giai đoạn sấy Ta có phương trình cân nhiệt lượng Q=Q1+Qm Trong :Q1 nhiệt hoá Tôluen Q1=mTôluen × rTôluen Với hàm lượng chất bốc cho phép 3,5% nhựa lượng Tôluen ngưng tụ mT = 6633,25 − 3,5 × 3164,6 = 6522,48(kg ) 100 Vậy Q1=6522,48 × 90=587 103 (kcal) SVTH: Lê Hải Dương Trang 84 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng Nhiệt mát môi trøng Qm=0,05Q Q= ⇒ Q1 = 617,92.10 (kcal) 0,95 lượng D72 = nước tiêu tốn cho giai đoạn Q1 617,92 = × 10 = 1253,2(kg ) r × χ 519 × 0,95 Vậy lượng nước tiêu tốn cho giai đoạn chưng D7=D71+D72=1857 (kcal) Tổng lượng nước tiêu tốn cho mẻ sản phẩm : D=D1+D2+D3+D4+D5+D7=6523 (kg) Lượng nước rữa sử dụng cho mẻ G=8,501tấn Lượng nước tiêu tốn cho ngày sản xuất nồi Dh=1,5D=9819(kg) Tổng lượng nước tiêu tốn cho toàn phân xưởng sản xuất ngày D=9819× 4=39,276 Tổng lượng nước rữa tiêu cho toàn phân xưởng ngày G=8,501× 1,5× 4=51,06 SVTH: Lê Hải Dương Trang 85 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng PHẦN KẾT LUẬN Đến chúng em hoàn thành nội dung ,yêu cầu đặt Mặc dù cố gắng tránh khỏi sai so nguyên nhân khách quan chủ quan sau: +Về phần tính toán: -Có sai lệch số liệu tính toán khối lượng tính toán lơn phải sử dụng phép làm tròn, ước lược -Các số liệu tra sổ tay hoá học dao động, chọn số liệu chưa thật xác hoá chất sử dụng, chi tiết thiết bị phản ứng +Về phần vẽ: -Trong vẽ dây chuyền công nghệ, tỷ lệ kích thước thiết bị vẽ so với thiết bị dây chuyền chưa hợp lý.Việc bố trí thiết bị vẽ mang tính tương đối, chưa tối ưu Đối với vẽ thiết bị chính, số chi tiết số liệu tính toán sổ tay hoá học nên kích thước chi tiết số liệu cụ thể Vì vậy, chế tạo phải điều chỉnh lại kích thước chi tiết cho hợp lý Vậy mong thầy giáo giáo viên môn đánh giá góp ý phê bình để chúng em rút kinh nghiệm cho đồ án lần sau tốt hơn.Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Dương Thế Hy tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành nhiệm vụ mà đồ án đặt SVTH: Lê Hải Dương Trang 86 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng PHẦN LÝ THUYẾT MỤC LỤC Chương2: LÝ THUYẾT TỔNG HP NHỰA EPOXY ED-5 2.1/ Nguyên liệu để sản xuất nhựa Epoxy 2.2/ Lý thuyết tạo nhựa Epoxy 2.2.1/ Phản ứng đa tụ nhựa Epoxy 2.2.2/ Sản xuất nhựa Epoxy 17 2.2.2.1 Sản xuất nhựa Epoxy ED-5 17 2.2.3/ Epoxy hóa hợp chất không no 19 2.2.4/ Biến tính nhựa Epoxy : 20 2.2.4.1/ Bieán tính axit béo đầu thảo mộc : 20 2.2.4.2/ Biến tính rượu béo cao phân tử không no : 21 2.2.4.4 / Đồng trùng hợp với Styren : 21 2.2.4.5/ Đồng trùng hợp với cao su Butadien nitryl 22 2.2.4.7/ Đồng đa tụ với hợp chất Silic hữu : 22 Và xảy phản ứng đóng rắn khác Tạo sản phẩm phụ nước khác với loại chất đóng rắn amin, nước tạo bay để lại lỗ xốp nên chất đóng rắn axit dùng 23 2.2.5.2/ Đóng rắn Amin : 24 2.2.5.3/ Đóng rắn chất đóng rắn khác : .28 2.3/ Tính chất nhựa Epoxy 29 2.4/ Ứng dụng nhựa Epoxy .32 2.4.1/ Keo daùn : 32 2.4.2/ Làm sơn ( màng phủ ) 32 2.4.3/ Vật liệu cách điện 32 2.4.4/ Vật liệu composite .32 2.5.1.2 / Chuaån bị thiết bị phản ứng: .35 2.5.1.3 / Đa tụ nhựa: .35 2.5.1.7/ Rửa lần hai .37 2.5.1.8/ Chưng cất nước 37 2.5.1.10/ Chưng cất tách toluen 38 2.5.1.11/ Tháo sản phaåm .38 2.5.2.2/ Thuyết minh dây chuyền sản xuất Epoxy phân tử thấp ( ED – ) 38 2.5.2.3/Yêu cầu nhựa Epoxy ED – 39 2.6.1/ Phương pháp liên tục 40 Chương1:CÂN BẰNG VẬT CHẤT 43 1.1,Số liệu ban đầu 43 1.2,Cân vật liệu cho trình sản xuất 44 1.2.1,Cân bằøng vật liệu cho sản phẩm 44 1.2.2,Tính lượng nước Tôluen rữa sản phẩm cho nhựa 47 1.2.3,Cân vật chất cho nhựa nồi đa tụ .48 1.2.4,Cân vật chất cho trình chưng cất Tôluen 48 1.2.5, Cân vật liệu cho toàn trình 49 1.3, Cân vật chất cho mẻ sản phẩm .49 1.4,Cân vật chất cho năm sản xuất 51 Chương 2: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH .53 2.1,Tính kết cấu thiết bị 53 2.1.1, Tính thể tích thiết bị phản ứng .54 SVTH: Lê Hải Dương Trang 87 Đồ Án Công Nghệ GVHD: Phạm Ngọc Tùng 2.1.2, Tính chiều dày thân hình truï .55 2.1.3, Tính bề dày thân thiết bị hình trụ 56 2.1.4, Tính bề dày nắp đáy 58 2.2, Tính kết cấu vỏ bọc gia nhiệt 59 2.3, Tính chiều dày lớp bảo ôn 60 2.4,Tính cánh khuấy 62 2.5,Chọn bích ,tai treo, đệm 63 2.5.1,Tính bích,đệm 63 2.5.2,Choïn tai treo 64 2.6,Tính đường kính ống dẩn nối với thiết bị 65 2.6.2,Tính đường kính ống dẫn nước 65 2.6.3,Tính đường kính ống dẩn nước ngưng .66 2.6.4,Tính đường kính ống dẩn nước làm lạnh 66 2.6.5,Tính đường kính ống dẩn đẳng phí 66 2.7,Tính thiết bị trao đổi nhiệt 67 2.7.1,Tính lượng nước trao đổi nhiệt 67 2.6.2, Tính kích thước thiết bị ngưng tụ .68 2.8, Tính chọn bơm .70 2.7.2,Tính bơm vận chuyển nước rữa 72 Chương 3: CÂN BẰNG NHIỆT LƯNG CHO THIẾT BỊ ĐA TỤ .73 3.1, Giai đoạn đầu .73 3.2, Giai đoạn đa tụ 77 3.2.1,Giai đoạn gia liệu 77 3.2.2, giai đoạn khuấy 79 3.4, Giai đoạn rữa lầøn thứ hai 81 3.5, Giai đoạn chưng cất nước 82 3.5.1,Tính lượng nước đun nóng 82 3.5.2,Chưng cất nước 82 3.7,Giai đoạn sấy nhựa .84 SVTH: Lê Hải Dương Trang 88 ... phản ứng nhóm amin với nhóm Epoxy có cho vào đồng thời amin rượu ( nước ) Phản ứng kết hợp amin với nhóm Epoxy nhựa có tỏa nhiều nhiệt, sản xuất vật phẩm kích thước lớn phải dùng lượng lớn chất... khác ) có nhóm Epoxy cuối mạch phân tử Trọng lượng phân tử cao hàm lượng nhóm Epoxy thấp nhựa trọng lượng phân tử lớn mềm dẻo co giãn Còn nhựa Polyepoxy , số nhóm Epoxy tỷ lệ thuận với số nhóm Hydroxyl... Kcal/mol) Sản phẩm tạo có nhóm OH bậc nằm vị trí ±α so với nguyên tử Clo Ở vị trí môi trường kiềm xảy đứt HCl tạo nhóm Epoxy + Tạo nhóm Epoxy đứt HCl Quá trình tạo nhóm Epoxy từ Epyclohydrin