VI.1. Giới thiệu bộ phận ISBL
ISBL là bộ phận phụ trách tất cả các hoạt động sản xuât. Công việc của nó là: Kiểm soát tất cả các hoạt động chính của nhà máy và các thiết bị phụ trợ khác như: lò hơi, nước làm mát, chuẩn bị vật liệu, vv. . .
Kiểm soát tất cả các quá trình có thể chắc chắn rằng các hoạt động sản xuất trong quá trình liên tục và có hiệu quả cao.
VI.2.T hiết bị chính
VI.2.1. Thiết bị phản ứng
Thiết bị phản ứng được thiết kế để tổng hợp nhựa PVC từ VCM. Theo tính chất của nhiệt độ và áp suất, VCM lỏng được chuyển thành dạng hỗn hợp.
Thiết bị phản ứng bao gồm các thành phần sau:
- Cánh khuấy - Vỏ
Thiết bị ngưng tụ. - Thanh chắn
- Thành bên trong của lò phản ứng: + Làm bằng thép không gỉ.
+ Bên trong có phun thêm lớp RCS để làm bóng bề mặt, làm giảm hình thành hạt cặn trên bề mặt.
Thiết bị trao đổi nhiệt
VI.2.2. Máy ly tâm
Thiết bị ly tâm bao gồm các thành phần sau: - Trống
- Vít tải - Vỏ bọc
- Hộp truyền động - Hệ thống bôi trơn - Mô-men xoắn
- Số đĩa: 13
- Thiết bị trao đổi nhiệt
- VI.2.4. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống
- Tổng số: 315 ống
- Mật độ chất lỏng: 1100 kg/cm3 - Chiều cao: 5500 mm
- Áp suất: -210 mmHg
- VI.2.5.Thiết bị sấy
1. Trục vít 3. Buồng sấy
2. Xyclo 4. Silo
- Máy sấy được thiết kế để giảm độ ẩm từ 22% xuống thấp hơn 0,3%. Bao gồm:
- Đĩa phân phối - Tấm ngăn
- Thiết bị gia nhiệt
- Ống hoặc tấm trao đổi nhiệt với chất tải nhiệt là nước nóng - Đĩa tràn và vòi phun tràn dưới
- Đĩa tràn được dùng để tràn và xả polymer sấy khô
- Bề mặt bên ngoài của thiết bị tầng sôi bao gồm cổ vòi phun được bọc vỏ áo có gia nhiệt bằng nước nóng
- VI.3.1. Lò hơi
- Lò hơi bao gồm một buồng đốt, nơi nhiệt tạo ra bằng cách oxy hóa nhiên liệu và bề mặt nóng cần thiết để hấp thụ nhiệt thành nước.
- VI.3.2. Máy nén
- Máy nén khí cung cấp khí nén cho nhà máy qua đường ống, thiết bị sấy không khí khô và hệ thống nitơ thông qua máy nén vít.
- VI.3.3. K ho lạnh
- Chất liệu được lưu trữ: Peroxide chất xúc tác. - Nhiệt độ lưu trữ: -20 ± 2 0C.
- VI.4. Dây chuyền công nghệ
- Toàn bộ quy trình sản xuất là khép kín, liên tục từ khâu nạp liệu đến hệ thống xử lý nước thải và được điều khiển bởi hệ thống điều khiển P&ID.
- Nhà máy gồm hai dây chuyền công nghệ Line 1 và Line 2 hỗ trợ hoạt động liên tục. Về cơ bản, hai dây chuyền giống nhau về quy trình sản xuất, chỉ khác nhau về cách bố trí thiết bị và đơn phối liệu cho mỗi loại sản phẩm. Trong đó, Line 1 tuy đã hoạt động lâu năm hơn nhưng vẫn duy trì được tính ổn định và an toàn của hệ thống nhờ công nghệ hiện đại và vẫn đang là dây chuyền sản xuất chính trong nhà máy.
- - - - -
- Là một trong những bước quan trọng quyết định tính chất và chất lượng sản phẩm. Do đó, mỗi loại nguyên liệu cần được chuẩn bị cẩn thận trong từng điều kiện cụ thể để chuẩn bị cho quá trình nạp liệu.
a) Nước
- Nước dùng trong nhà máy cung cấp từ Khu CN Gò Dầu, gọi là nước IW. Nước cấp từ khu công nghiệp được nhận vào bể nước thô, sau đó, nước từ các bể chứa được đưa qua thiết bị xử lý sơ bộ chứa sỏi và than nhằm tách các cặn bẩn có kích thước nhỏ hơn, khí hòa tan và các tạp chất hữu cơ.
khoáng. Nước tinh khiết được đưa về bồn chứa để cung cấp cho quá trình sản xuất.
- Nước dùng cho sản xuất tương ứng với mỗi mẻ sẽ được bơm từ bồn chứa này qua một thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ của nước lên 400C. Mục đích của quá trình này là nhằm để giảm bớt lượng oxy và khí hòa tan trong nước, đồng thời cũng giảm thời gian gia nhiệt trong thiết bị phản ứng và do đó sẽ làm tăng hiệu suất sử dụng thiết bị phản ứng, rút ngắn chu kỳ sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế.
- Nước tinh khiết cũng được dùng để cung cấp cho quá trình chuẩn bị các nguyên liệu, rửa các đầu nạp liệu và bổ sung trong quá trình phản ứng để giữ cho mức chất lỏng trong thiết bị phản ứng không đổi.
- Nước tinh khiết được nạp vào thiết bị phản ứng thông qua một bơm ly tâm và được định lượng bởi một thiết bị đo lường.
b) Agent (AG-1, 2, 5)
- Các AG (1, 2, 5) ở dạng bột lần lượt được cho vào bồn hòa tan FA1101 thông qua phểu nạp liệu PE1101. Tại đây AG được phân phối xuống sàng rung JF1103 để đưa đến bồn hòa tan có cánh khuấy và gia nhiệt. Tại bồn hòa tan AG sẽ được hòa tan trong nước tạo thành dung dịch có nồng độ theo yêu cầu. Sau khi hòa tan, dung dịch được bơm bánh răng vận chuyển vào các bồn chứa tương ứng FA1102A, FA1102B và FA1103B để chuẩn bị cho quá trình nạp liệu.
- Riêng AG-1, do cần bảo quản ở nhiệt độ thấp khoảng 20oC nên bồn chứa có lắp thiết bị làm lạnh.
- Thành phần - Agent-1 - Agent-2 - Agent-5
- PW (m3) - Agent (Kg) - Chỉ tiêu nồng độ (wt%) - 13,3 - 1000 - 7,26 - 17,3 - 1000 - 5,54 - 14,7 - 300 - 2,16 - -
- Agent-1 - Agent-2 - Agent-5 1. Nạp PW. 2. Khuấy trộn. 3. Nạp Agent (75 phút). 4. Gia nhiệt đến 60oC (35 phút), duy trì trong 10 phút. 5. Làm lạnh 30oC bằng CW 6. Khuấy ít nhất 6 giờ. 7. Lấy mẫu thử
1. Nạp PW. 2. Khuấy trộn.
3. Nạp Agent (75 phút). 4. Khuấy ít nhất 6 giờ. 5. Lấy mẫu thử. 1. Nạp PW. 2. Khuấy trộn. 3. Gia nhiệt đến 90oC (40 phút) 4. Nạp Agent (20 phút), duy trì nhiệt độ 90oC trong 60 phút. 5. Làm lạnh đến 30oC bằng CW. 6. Lấy mẫu thử. -
c) Catalyst (Cat-19, Cat-29)
- Các chất khơi mào dạng dung dịch được chứa trong kho bảo quản. Nhiệt độ trong kho phải nhỏ hơn -150C vì dễ bị phân hủy bởi nhiệt. Lượng chất khơi mào cần thiết cho mỗi mẻ sẽ được chuẩn bị sẵn và chuyển đến tủ lạnh. Sau đó nó được đưa đến bồn chứa chất khơi mào FA1111 có hệ thống nước làm mát 9oC, tại đây Cat được hòa tan để chuẩn bị cho quá trình nạp liệu. Để bơm tới thiết bị phản ứng, Cat được hòa tan bởi lượng AG-2 xác định vì Cat không tan trong nước.
- Cần lưu ý, chất khơi mào được đưa ra khỏi tủ lạnh khi và chỉ khi chắc chắn sử dụng vì hoạt tính của chất khơi mào sẽ giảm dần theo thời gian (tuỳ nhiệt độ). Các nguyên liệu khác như agent hay AD có thể luôn được chuẩn bị dự trữ trong bồn sau khi đã nạp liệu nhưng Cat thì không thể vì khó bảo quản
d) Chất ngắt mạch phản ứng (AD-3)
- Bột AD-3 được chuyển đến bồn hòa tan có cánh khuấy FA1104A, tại đây AD-3 được hòa tan với nước và NaOH. Mục đích cho NaOH vào ở đây là để hòa tan AD-3 và tạo ra môi trường kiềm, và khi nạp vào nồi phản ứng sẽ trung hòa bớt lượng HCl và CO2 sinh ra trong quá trình phản ứng và có tác dụng dập tắt phản ứng trùng hợp.
kho chứa, AD-5 sẽ được nạp vào bồn chứa FA1104B và từ đây nó tiếp tục được nạp vào bồn phản ứng FA1304 hay nạp vào bồn thu hồi FA1503 với khối lượng tương ứng từng mẻ nhờ hai bơm vận chuyển dạng màng.
f) VCM (Vinyl Chloride Monomer)
- VCM từ bồn chứa nguyên liệu được đưa vào bồn chứa trung gian FA1105 cùng với lượng VCM thu hồi trong các mẻ sản xuất trước. Trước khi vào bồn chứa trung gian thì cả VCM thu hồi và VCM từ bồn chứa nguyên liệu đều phải đi qua cột tách nước và chất ức chế (Hydroquinol) bằng NaOH. Ngoài ra nó còn phải đi qua bộ phận lọc các tạp chất cơ học. Sau đó, VCM được chuyển vào bồn cân bằng FA1301 để chuẩn bị cho nạp liệu bằng bơm ly tâm thông qua các thiết bị đo lường.
Đặc điểm của VCM khi nhập cảng
- Trạng thái : khí hóa lỏng - Áp suất (kg/cm2) : 3 (ở 250C)
- Nhiệt độ (0C) : Môi trường (tối đa 40oC) - Vinyl chloride : 99,96 % wt
- Hợp chất Acetylenic: 10 ppm tối đa - HCl tối đa 1ppm
- Fe tối đa 1ppm
- Hợp chất Clo tối đa 100 ppm - Butadien tối đa 10 ppm - H2O tối đa 100ppm
g) Chất dừng phản ứng INH-3
- Giữ ở áp suất 23 kg/cm2 bằng khí Nitơ
h) Chất ức chế INH-1
Tráng phủ RCS
- Mục đích: chống sự bám dính vào thành thiết bị phản ứng của hỗn hợp phản ứng, hạn chế sự gel hóa tạo ra các khối lớn nhựa làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. - Thời gian của giai đoạn tráng phủ RCS là khoảng 12 phút.
- Trước khi phủ RCS người ta tiến hành gia nhiệt thành thiết bị phản ứng lên khoảng 65oC bằng hơi nước nóng cấp nhằm mục đích tăng hiệu quả bám dính lên bề mặt thành thiết bị.
- Dung dịch RCS 7Kg/mẻ được vận chuyển bằng bơm GA1327 đến thiết bị phản ứng phun vào dưới dạng sương mù sẽ bám đều lên thành thiết bị, sau khi làm khô nó tạo thành một lớp màng mỏng có khả năng chống bám dính.
- Sau khi tráng phủ, chờ khoảng 30 giây để cho màng RCS khô, ta tiến hành rửa thiết bị phản ứng một lần nữa bằng nước PW từ nước thải ly tâm. Nước thải ra được xả qua bồn P-FA1803 để thu hồi VCM trong nước thải.
Nạp liệu
- Tùy vào mỗi loại sản phẩm PVC khác nhau thì đơn phối liệu được lập khác nhau. Lượng nguyên liệu sử dụng sẽ được chuẩn bị theo kế hoạch sản xuất tương ứng với từng mẻ và được nạp vào bồn phản ứng chính xác qua các thiết bị đo lưu lượng dưới sự kiểm soát của hệ thống máy tính điều khiển.
- Đầu tiên, nước PW được nạp vào bồn phản ứng thông qua van lưu lượng. Ngoài lượng nước cần thiết cho phản ứng, người ta còn nạp thêm 5% lượng nước để rửa các đầu nạp liệu sau khi nạp các Agent. Thời gian nạp nước là khoảng 12- 15 phút. Đồng thời AD-5 được nạp cùng với nước.
- Sau đó tiến hành nạp VCM và Cat. Tiến trình nạp liệu
- - - -
- - - - - - -
- VI.4.3. Gia nhiệt và phản ứng Polymer hóa
- Đây là giai đoạn chính trong dây chuyền sản xuất. Dưới tác dụng khơi mào của Cat cùng với nhiệt độ và áp suất thích hợp và ổn định, phản ứng Polymer hóa xảy ra và tỏa nhiệt. Phản ứng được ổn định nhiệt và chống tạo bọt bởi AD-5, ổn định huyền phù bởi các AG-1,2. Nhiệt độ tối ưu của phản ứng được giữ tương đối ổn định bởi hệ thống P&ID điều khiển độ mở của van đường ống nước tuần hoàn vỏ áo. Theo đó, áp suất cũng được ổn định. Ngoài ra, lượng nước bù cũng góp phần ổn định phản ứng nhờ ổn định thể tích. Nhiệt độ tối ưu được thiết lập tùy vào từng loại sản phẩm.
- Khi nạp liệu xong thiết bị phản ứng DC1301 sẽ được gia nhiệt bằng LS chạy tuần hoàn trong vỏ áo. Cat bắt đầu được phân rã, phản ứng bắt đầu xảy ra, nước làm mát cánh khuấy cũng được bơm từ từ. Đây là phản ứng tỏa nhiệt nên trước khi phản ứng đạt nhiệt độ tối ưu (SG660 khoảng 57.5-58oC), một số phân tử Cat có hoạt tính mạnh đã bắt đầu khơi mào phản ứng Polymer hóa, nên quá trình gia nhiệt dừng khi nhiệt độ đạt tới 52-52.5oC, khi đó nhiệt độ quán tính tăng đến nhiệt độ tối ưu do nhiệt tỏa ra từ phản ứng. Khi nhiệt độ đạt khoảng 56oC thì nước CWđược cho chạy tuần hoàn vỏ áo để làm mát để duy trì nhiệt độ tối ưu của phản ứng. Lúc này, phản ứng xảy ra mãnh liệt, áp suất trong bồn phản ứng tăng (SG660-8.57 KG) phần lớn là do VCM bốc hơi và khí trơ sinh ra trong quá
ứng cũng bắt đầu chạy, nước làm lạnh cũng bơm vào hệ thống ngưng tụ đỉnh. - Thiết bị ngưng tụ đỉnh bồn phản ứng là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có
diện tích trao đổi nhiệt lớn nên 70% nhiệt của phản ứng được lấy ra ở đây khi ngưng tụ hơi VCM bốc hơi. Hơi VCM bay lên đi trong ống, nước làm lạnh đi bên ngoài ống, khi đó, VCM được ngưng tụ thành lỏng quay về bồn phản ứng để đảm bảo tỷ lệ các chất tham gia phản ứng, do đó chất lượng PVC cũng đảm bảo và giảm thất thoát nguyên liệu ra ngoài môi trường. 30% lượng nhiệt còn lại sẽ được lấy ra bởi nước làm mát tuần hoàn vỏ áo, phụ thuộc vào tốc độ và nhiệt độ của phản ứng mà độ mở van (%) nước làm mát này được điều chỉnh phù hợp.
- Trong quá trình phản ứng, khí trơ sinh ra và không có khả năng ngưng tụ, là nguyên nhân làm áp suất trong bồn phản ứng tăng nhanh và có thể gây nổ. Khi khí trơ bay lên sẽ chiếm chỗ trong không gian thiết bị ngưng tụ đỉnh, lượng khí trơ tăng dần sẽ không có chỗ cho hơi VCM bay lên, VCM hóa lỏng thành hơi chưa kịp phản ứng sẽ làm tăng áp suất, ảnh hưởng đến độ trùng hợp do nhiệt độ và áp tăng. Do đó lượng khí trơ sinh ra cứ sau 15 phút 1 lần được xả định kỳ qua thiết bị xử lý khí, mỗi lần xả trong 12 giây. Trên đỉnh bồn phản ứng cũng lắp thiết bị van an toàn xả khẩn cấp nếu áp tăng cao quá gây nguy cơ nổ thì nó sẽ mở.
- Trong suốt giai đoạn polymer hóa, đồng thời với quá trình hình thành PVC là quá trình giảm thể tích của hỗn hợp phản ứng do khối lượng riêng của PVC lớn hơn khối lượng riêng của VCM. Để tránh ảnh hưởng đến quá trình khuấy trộn khối phản ứng ta phải tiến hành đồng thời việc cấp bù lượng nước PW vào bằng với độ giảm thể tích. Chính lượng nước này cũng lấy đi một phần nhiệt nhưng không đáng kể.
- Ở đáy bồn phản ứng có gắn cánh khuấy dùng hai motor đồng trục để chạy hai tốc độ khác nhau. Chế độ chính dùng khuấy trộn trong quá trình phản ứng. Chế độ phụ dùng khuấy trộn khi tháo liệu.
- Để chống hiện tượng phểu do cánh khuấy sinh ra, người ta thiết kế hai thanh cản hai bên thành bồn phản ứng.
- Thời gian phản ứng được tính toán dựa vào nhiệt độ tối ưu phản ứng và độ chuyển hóa VCM thông qua thực nghiệm. Tổng thời gian phản ứng bao gồm thời gian phản ứng tối ưu (Trec) và thời gian phản ứng trong giai đoạn giảm áp Defress (Tdefress). Thời gian tối ưu là thời gian cần thiết để hiệu suất chuyển hóa là 75%.
- T= Trec+Tdefress
- Theo thực nghiệm, đối với SG660, T=290 phút, khi đó hiệu suất phản ứng đạt 85%.
- Người ta sẽ cài đặt thời gian tối đa và tối thiểu cho Trec và Tdefress bằng cách lấy