Phương pháp trùng hợp dung dịch để sản xuất PVC ít được sử dụng do đòi hỏi một lượng dung môi lớn có độ tinh khiết cao với phương pháp trùng hợp khối thì sản phẩm chiếm khoảng 8% so với tổng sản lượng nhựa PVC. Phương pháp này có độ sạch cao, dây chuyền sản xuất đơn giản. Tuy nhiên do sản phẩm tạo ra ở dạng khối, khó gia công, khó tháo khuôn và xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ, làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm vì thế cũng ít được dùng. Hai phương pháp trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền phù được sử dụng rộng rãi (tuy nhiên phương pháp trùng hợp huyền phù vẫn được sử dụng nhiều hơn) do có nhiều ưu điểm đáng kể sau:
Sản phẩm tạo ra ở dạng hạt, bột dễ gia công, vận tốc trùng hợp cao, độ trùng hợp cao, nhiệt độ phản ứng thấp và đặc biệt không xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ như trùng hợp khối. Nhưng có một nhược điểm là dây chuyền sản xuất phức tạp hơn so với các phương pháp trùng hợp khác vì phải có thêm các bộ phận như lọc, rửa.
Hiện nay, tại Việt Nam cũng đã có nhiều nhà máy áp dụng phương pháp trùng hợp huyền phù để sản xuất PVC, điển hình là nhà máy nhựa và hóa chất Phú Mỹ.
Sơ đồ công nghệ của nhà máy được cho trong Hình 3
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
FVC từ bồn cầu T3101 và RVC được bơm P401 và P402 bơm qua thiết bị lọc thứ nhất S405 trước khi vào lò phản ứng. Tại S405 các cặn bẩn có kích thước lớn hơn 25 micromet bị giữ lại.
VCM, nước loại khoáng, tác nhân tạo huyền phù và chất xúc tác lần lượt được đưa vào lò phản ứng R301 theo một trình tự nhất định. Tại đây xảy ra quá trình polyme hóa bên trong các giọt VCM. Khi phản ứng polyme hóa kết thúc, sản phẩm ra khỏi lò phản ứng là “slurry”. Sau đó “slurry” được bơm P501 đưa đến thiết bị lọc S501 Tiếp đó ‘Slurry” được đưa vào thiết bị tách cao áp V501, tại thiết bị này, phần lớn VCM được tách ra. Sau đó bơm P503 bơm “slurry” qua bình tách thấp áp V502, ở đây một phần VCM được tách ra và nó còn ổn định lưu lượng bơm cho tháp stripping C501. VCM thoát ra trên đỉnh V501 và V502 sẽ dẫn qua hệ thống thu hồi VCM. Sau khi “slurry” được tách sơ bộ sẽ tiếp tục được bơm P504 bơm qua thiết bị lọc thứ ba S502 trước khi vào tháp stripping C501, tháp này sẽ tách lượng VCM còn lại do yêu
Đồ án môn học
cầu của sản phẩm, chúng được dòng hơi nước nóng đi từ dưới đáy tháp lên cuốn theo và đi ra ngoài. Lượng VCM thu hồi được tái sinh và sử dụng trong quá trình polyme hóa tiếp theo.
Sản phẩm ra khỏi tháp C501 có hàm lượng VCM nhỏ hơn 1ppm trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu vào tháp qua thiết bị trao đổi nhiệt E501. Sau đó được bơm đến thiết bị chứa PVC ướt T503 rồi qua thiết bị sấy ly tâm S503 để loại nước. Sản phẩm ra khỏi S503 sẽ đạt được hàm lượng nước khoảng 22 – 30% tùy thuộc vào loại sản phẩm mà nhà máy sản xuất. Người ta tiếp tục sấy khô PVC ở thiết bị sấy tầng sôi D501 để thu được PVC đạt yêu cầu với hàm lượng nước phải nhỏ hơn 0,2%.
Để đạt được tiêu chuẩn về kích thước, PVC được đưa qua thiết bị sàng S504. Sau đó PVC đạt tiêu chuẩn sẽ được chuyển đến thiết bị chứa dạng phễu T505 để điều chỉnh dòng PVC vào 2 xilo chứa PVC trước khi được chuyển qua khu vực đóng gói và được lưu giữ trong kho trước khi được tiêu thụ trên thị trường.
Hệ thống đóng gói sản phẩm gồm có ba dây chuyền. Trong đó hai máy hoạt động liên tục, máy còn lại để dự phòng trong trường hợp một trong hai máy kia gặp sự cố. Quá trình đóng gói được thực hiện bằng dây chuyền tự động, đóng sản phẩm thành từng gói 25kg hoặc 600kg.
N gu yễ n V ăn L ự c 1 L ọc H óa D ầu A - S507 S506 RVC T3101A/B R301A/B/C P401A/B S405A/B S501 V405 E501 S504A/B P404A/B P501A/S
Hình 3: Sơ đồ công nghệ sản xuất PVC bằng phương pháp huyền phù
tại nhà máy nhựa và hoá chất Phú Mỹ
Đ
ồ á
n
m
Đồ án môn học
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
ĐỀ BÀI:
Đề 5
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
Thành phần nguyên liệu đầu vào: Nguyên liệu đầu vào
Vinylclorua mới (99,9) Vinylclorua tuần hoàn
1. Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng
Biết: Phản ứng đạt được hiệu suất 90% khi độ chuyển hóa là 72%
- Tính thời gian cho một mẻ sản xuất? Biết thời gian gia nhiệt cho thiết bị phản ứng là 1 giờ, thời gian nạp liệu 0,5 giờ
Số ngày làm việc thực tế: 330 ngày Tính năng suất của một mẻ
Tính chi phí nguyên liệu đầu vào cho một tháng sản xuất (biết hao hụt nguyên liệu là 2%)
2. Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng polyme hóa
Biết:
- Hỗn hợp nguyên liệu đầu vào thiết bị phản ứng có nhiệt độ 30o
C.
- Phản ứng chính tỏa nhiệt với hiệu ứng nhiệt – 80 kJ/mol.
- Nhiệt độ của hỗn hợp sản phẩm ở đầu ra là: 80o
C
- Nhiệt độ đầu vào của nước: 40o
C
- Nhiệt độ đầu ra của nước: 110o
C
3.1. Tính cân bằng vật chất
3.1.1.Cân bằng vật chất cho một tháng sản xuất
+ Tính năng suất làm việc trong một ngày Căn cứ vào đơn phối liệu sử dụng ta có tỷ lệ các chất là.
Đồ án môn học
Nước/VC
Keo PVA 95%/VC Khơi mào POB 96%/VC Chất đệm H3PO4 89%/VC
Công đoạn trùng hợp
a. Tính lượng VC và chất khơi mào
Do trong quá trình chuẩn bị, phản ứng , đóng gói,… có xảy ra mất mát nguyên liệu với độ hao hụt tổng là 2% nên lượng PVC trước khi mất mát là:
1000.102
1020( kg) 100
Phản ứng xảy ra với độ chuyển hóa là 72% nên lượng VC tham gia phản ứng là:
1020.128
1305, 6( kg)
100
Quá trình đạt hiệu suất 90% nên lượng VC nguyên chất ban đầu là: 1305,6.110.100,1
100.100 1437, 6( kg)
Như trên đã đưa ra, lượng chất khơi mào/VC = 0.008 nên lượng chất khơi mào POB tinh khiết cần thiết để phản ứng trùng hợp xảy ra là:
1437,6.0,008.100 96
b.Tính Lượng chất ổn định PVA
11,98( kg)
Người ta thường dùng keo PVA để ổn định VC với tỷ lệ keo PVA 95%/ VC = 0,0015 nên lượng PVA nguyên chất cần dùng là:
1437,6.0,0015.100 95
c. Tính Lượng chất hiệu chỉnh pH môi trường
2, 27( kg)
Chất đệm H3PO4 89%/VC = 0,004 nên lượng H3PO4 nguyên chất cần dùng là: 1437,6.0,004.100
89
d. Tính lượng nước cần dùng
6, 46( kg)
do tỷ lệ nước/VC = 1,5 nên lượng nước cần dùng là:
Đồ án môn học 1437, 6.1,5 2156, 4( kg) Bảng 2: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm Nguyên liệu VC POB 96% PVA 95% H3PO4 89% Nước PVC Tổng