III. Quá trình sản xuất PVC theo phơng pháp huyền phù trong nớc
2/ Quá trình tiến hành trùng hợp
- Phản ứng trùng hợp VC theo phơng pháp huyền phù thực hiện gián đoạn trong nồi cao áp (nồi hấp) làm bằng thép chống rỉ, bên trong nồi cĩ bọc một lớp vỏ gia nhiệt và làm nguội bằng nớc tuần hồn đợc trang bị cách khuấy loại mái chèo, phản ứng đợc tiến hành theo trình tự sau:
a. Nạp pha liên tục: pha liên tục ở đây là mơi trờng phân tán của các giọt monome, trong đĩ cĩ chứa chất khởi đầu, keo bảo vệ, muối đệm, chất điều chỉnh và chất chống tạo bọt nếu cần, đầu tiên cho nớc từ thùng chứa nớc vào lị phản ứng. Nớc trong hỗn hợp phản ứng để ở nhiệt độ thờng hoặc đã đợc đun nĩng nếu quá trình hút chân khơng, khơng dùng nitơ. Lợng nớc chiếm khoảng 1/2 thể tích nồi phản ứng.
Keo bảo vệ đợc hồ tan trong nớc nĩng ở 600C tại thiết bị. Sau đĩ đi qua bộ phận lọc giêlatin đợc dùng dới dạng dung dịch 5% trong nớc. Lợng nớc này khá đáng kể nên ta phải tính trọng tổng lợng nớc dùng trong nồi phản ứng. Thời gian nạp keo bảo vệ càng nhanh càng tốt vì nếu chậm thì keo bị não hố mất tác dụng.
Chất khởi đầu cho vào thiết bị phản ứng dới dạng trộn lẫn trong nớc sau đĩ đậy kín thiết bị lại.
b. Hút chân khơng thiết bị phản ứng: Trớc khi nạp VC phải tạo mơi tr- ờng trơ (khơng cĩ oxy) trong hỗn hợp phản ứng vì oxy là chất cản trở quá trình trùng hợp VC. Oxy phản ứng mãnh liệt với VC tạo thành vinyl clorua polyperoxit.
hợp chất tạo thành tơng đối linh động và dễ dàng phân huỷ trong khi trùng hợp VC tạo ra HCl hoặc các phân tử PVC chứa nhĩm khơng no hoặc nhĩm cacbonyl và một lợng nhỏ cacbon monoxit, fomandehit . Các sản phẩm này làm giảm PH của mơi trờng và là nguyên nhân chính gây ăn mịn thiết bị. Các sản phẩm phụ cha nhĩm cacbonyl làm đổi màu sản phẩm giảm độ ổn định nhiệt cũng nh các tính chất điện quang.
Để tạo độ chân khơng đúng với yêu cầu ta phải dùng một số lợng rất lớn bơm chân khơng do vậy nên ngời ta thờng sử dụng các bớc hút chân khơng liên tiếp và giữa các bớc đĩ cĩ quá trình nạp nitơ hoăc cách khac là hút chân
CH2 Cl CH O 2 O + CH n CH 2 O n
khơng thiết bị phản ứng cĩ chứa nớc nĩng đến áp suất hơi của nớc nhằm tạo ra một mơi trờng phản ứng hồn tồn trơ.
c. Tiến hành nạp monome VC.
Sau khi vào thiết bị phản ứng vinyl clorua ở dạng lỏng phân tán trong n- ớc do sự khuấy trộn. Tiến hành trùng hợp VC trong khoảng nhiệt độ 40- 480C. Tuỳ theo yêu cầu về tính chất của sản phẩm. Tuy nhiên với thể tích 10 m3 ta chọn nhiệt độ trùng hợp khoảng 600C là thích hợp nhất cho tất cả vấn đề truyền nhiệt, trọng lợng phân tử, năng suất thiết bị.
d. Đun nĩng thiết bị phản ứng trùng hợp đến 600C bằng hỗn hợp nớc và hơi trong vỏ áo nồi phản ứng và giữ nguyên nhiệt độ đĩ cho đến hết quá trình phản ứng, nếu cĩ sự điều chỉnh lên xuống ta dùng nớc tuần hồn ở ngồi vỏ thiết bị, tránh hiện nhiệt quá cao hay quá thấp trong qúa trình phản ứng.
Trớc khi phản ứng xảy ra ta phải khuấy mạnh để đạt đợc cân bằng cho hệ huyền phù.
e. Khi quá trình phản ứng xảy ra thì nhiệt độ trong thiết bị sẽ tăng, do đĩ ta phải duy trì nhiệt độ bằng nớc lạnh tuần hồn ở ngồi vỏ áo nồi phản ứng.
áp suất nồi phản ứng duy trì trong khoảng 6,3 atm (ở 400C) đến 15 atm (ở 800C) cho đến khi áp suất trong thiết bị giảm xuống bằng áp suất hơi cân bằng VC/PVC.
Lúc này độ chuyển hố đã đạt đến 80% khơng cịn VC tự do, trong một số trờng hợp ngay sau khi kết thúc polyme hố, tức là áp suất bắt đầu giảm thì ngời ta đa vào một lợng nhỏ chất hãm để ngừng polyme hố trong các giai đoạn tiếp theo.
f. Loại bỏ VC cịn lại trong thiết bị bằng cách giảm áp suất trong nồi phản ứng, VC đợc tách ngay trong nồi phản ứng hoặc đa sang thiết bị tách. Tháo sản phẩm: phản ứng kết thúc PVC ở trạng thái bột nhão sau khi đã loại bỏ monome VC cho qua thiết bị trao đổi nhiệt để tiếp liệu và tiếp tục qua máy ly tâm khoảng 20%, sau đĩ qua thiết bị sấy để loại bỏ các hạt quá to sau đĩ đ-
h. Làm sạch nồi phản ứng
Vấn đề làm sạch nồi phản ứng rất quan trọng vì trong quá trình phản ứng các polyme tạo thành bám vào bề mặt trong của thiết bị phản ứng gây cản trở sự truyền nhiệt, làm giảm chất lợng polyme, làm tắc van điều đĩ bắt buộc… phải đợc làm sạch các thiết bị theo định kỳ giữa các mẻ. Hiện nay trong các dây truyền sản xuất đợc tự động hố cao ngời ta sử dụng vịi phun nớc cao áp (khoảng 300 atm) để làm sạch đầu vịi phun đợc đặt bên trong thiết bị phản ứng, cĩ thể di chuyên lên xuống hoặc quay thay thế cho cơng nhân khỏi chui vào thiết bị phản ứng để cọ sạch.
*Giai đoạn làm sạch nhựa PVC:
Sản phẩm PVC sau khi trùng hợp cĩ rất nhiều chất bẩn dính chộn lẫn vào nh keo bảo vệ, VC khơng phản ứng và nớc do đĩ cần đợc làm sạch.
Xử lý kiềm: với sự cĩ mặt của NaOH sẽ làm phân huỷ các gốc của chất khởi đầu và chất ổn định tạo thành các loại muối natri để hồ tan vào nớc để keo tụ nhựa và tăng tính ổn định nhiệt của nhựa. Nếu keo bảo vệ là giêlatin ta xử lý bằng kiềm khoảng 10% kiềm tác dụng với keo bảo vệ tạo thành các muối tan trong nớc.
NH4 - R - COOH + NaOH → NH2 - R - COONa + H2O Nếu chất khởi đầu là peoxit benzoil thì:
2(C6H5COO)2 + 4NaOH 4C6H5COONa + 2H2O + O2 Quá trình xử lý kiềm thực hiện ở nhiệt độ nhỏ hơn 950C trong 3 giờ.
Tách VC: cĩ thể tách VC ngay trong thiết bị phản ứng hoặc đa sang thiết bị tách để rút ngắn chu kỳ một mẻ phản ứng.
VC tách ngay trong thiết bị phản ứng: Đun nĩng hơi nớc lên 80ữ1000C, VC khuyếch tán sang hơi nớc, hỗn hợp này đợc hút ra nhờ chân khơng và phân lỳ sau khi ngng tụ.
Phơng pháp này tốn kém nên its đợc sử dụng, hơn nữa làm tăng thời gian cho quá phản ứng.
VC đa sang thiết bị tách: tách qua cột liên tục PVC/VC và nớc đi từ trên xuống, hơi nớc đi từ dới lên. Hỗn hợp hơi và VC tách ra, đợc hút lên bằng
bơm, PVC và nớc đi xuống phía dới, hàm lợng VC cịn lại khoảng 3%. Nếu tăng nhiệt độ của quá trình thì hàm lợng cĩ thể giảm xuống đến 1%.
- Ly tâm và rửa nhựa: dùng nớc cất 60ữ70% để rửa nhựa trong thiết bị thân hình trụ, đáy nĩn làm bằng thép khơng rỉ phía trong cĩ nắp cánh khuấy. Polyme lẫn trong nớc đợc rửa bằng nớc nĩng 600C từ thùng Lờng, sau khi polyme lắng xuống cho nớc bẩn chảy vào đờng thải. Thực hiện quá trình rửa nhựa nh vậy từ 5ữ6 lần theo tỉ lệ 0,6ữ0,7 hỗn hợp polyme /nớc. Đến lần cuối cùng của quá trình rửa ta khơng phải tách nớc nữa mà cho từng phần nhỏ vào máy ly tâm để tách nớc. Hàm ẩm của bột PVC sau khi ly tâm khoảng 16ữ22%.
Quá trình sấy khơ: sấy nhựa PVC trên bằng chuyền hay dùng thiết bị kiểu tầng sơi, thiết bị sấy phun nhiệt độ khơng khí sấy 120ữ1400C. Hàm ẩm sau khi sấy khơ nhỏ hơn 0,3%, PVC sau khi sấy qua hệ thống xyclon thu hồi, tuỳ thuộc vào yêu cầu, kích thớc và phân bố kích thớc bột PVC ta tiến hành theo các bớc nh sàng nghiền rồi sau đĩ đĩng bao và l… u kho.