II/ S PHÁT TR IN CƠNG NGHI P PVC V IT NAM ỞỆ
2. QUÁTRÌNH SN X UT PVC THEO PHẢ Ấ ƯƠNG PHÁP HUYN PH Ù
2.2 Quá trình tiến hành trùng hợp
Phản ứng trùng hợp VC theo phương 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 nước tuần hồn được trang bị cánh khuấy loại mái chèo, phản ứng được tiến hành theo trình tự sau:
a. Nạp pha liên tục: pha liên tục ở đây là mơi trường 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 nước từ thùng chứa nước vào lị phản ứng. Nước trong hỗn hợp phản ứng để ở nhiệt độ thường hoặc đã được đun nĩng nếu quá trình hút chân khơng, khơng dùng nitơ. Lượng nước chiếm khoảng 1/2 thể tích nồi phản ứng.
Keo bảo vệ được hồ tan trong nước nĩng ở 600C tại thiết bị. Sau đĩ đi qua bộ phận lọc gelatin được dùng dưới dạng dung dịch 5% trong nước. Lượng nước này khá đáng kể nên ta phải tính tổng lượng nước dùng trong nồi phản ứng. Thời gian nạp keo bảo vệ càng nhanh càng tốt vì nếu chậm thì keo bị lão hố mất tác dụng.
Chất khởi đầu cho vào thiết bị phản ứng dưới dạng trộn lẫn trong nước sau đĩ đậy kín thiết bị lại.
b. Hút chân khơng thiết bị phản ứng: Trước khi nạp VC phải tạo mơi trường 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 tương 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 lượng nhỏ cacbon monoxit, fomandehit . Các sản phẩm này làm giảm PH của mơi trường và là nguyên nhân chính gây ăn mịn thiết bị. Các sản phẩm phụ chứa nhĩm cacbonyl làm đổi màu sản phẩm giảm độ ổn định nhiệt cũng như các tính chất điện quang.
Để tạo độ chân khơng đúng với yêu cầu ta phải dùng một số lượng rất lớn bơm chân khơng do vậy nên người ta thường sử dụng các bước hút chân khơng liên tiếp và giữa các bước đĩ cĩ quá trình nạp nitơ hoăc cách khác là hút chân khơng thiết bị phản ứng cĩ chứa nước nĩng đến áp suất hơi của nước nhằm tạo ra một mơi trường 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 nước do sự khuấy trộn. Tiến hành trùng hợp VC trong khoảng nhiệt độ 40-
43 CH2 Cl CH O 2 O + CH n CH 2 O n Cl
480C. Tuỳ theo yêu cầu về tính chất của sản phẩm. Tuy nhiên với thể tích 100m3 trở lên ta chọn nhiệt độ trùng hợp khoảng 600C là thích hợp nhất cho tất cả vấn đề truyền nhiệt, trọng lượng phân tử, năng suất thiết bị.
d. Đun nĩng thiết bị phản ứng.
Đun nĩng thiết bị phản ứng trùng hợp đến 600C bằng hỗn hợp nước 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 nước tuần hồn ở ngồi vỏ thiết bị, tránh hiện tượng nhiệt quá cao hay quá thấp trong qúa trình phản ứng. Do vậy trước khi phản ứng xảy ra ta phải khuấy mạnh để đạt được cân bằng cho hệ huyền phù.
e. Ổn định nhiệt độ và áp suất.
Khi quá trình phản ứng xảy ra thì nhiệt độ trong thiết bị sẽ tăng, do đĩ ta phải duy trì nhiệt độ bằng nước 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 8 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 trường hợp ngay sau khi kết thúc polyme hố, tức là áp suất bắt đầu giảm thì người ta đưa vào một lượng nhỏ chất hãm để ngừng polyme hố trong các giai đoạn tiếp theo.
f. Tháo sản phẩm.
Loại bỏ VC cịn lại trong thiết bị bằng cách giảm áp suất trong nồi phản ứng, VC được tách ngay trong nồi phản ứng hoặc đưa 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 được đĩng bao.
g. 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 lượng polyme, làm tắc van…điều đĩ bắt buộc phải được làm sạch các thiết bị theo định kỳ giữa các mẻ. Hiện nay trong các dây chuyền sản xuất được tự động hố cao người ta sử dụng vịi phun nước cao áp (khoảng 300 atm) để làm sạch đầu vịi phun được 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 lẫn vào như keo bảo vệ, VC khơng phản ứng và nước do đĩ cần được 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 nước để keo tụ nhựa và tăng tính ổn định nhiệt của nhựa. Nếu keo bảo vệ là gelatin ta xử lý bằng kiềm khoảng 10% kiềm tác dụng với keo bảo vệ tạo thành các muối tan trong nước.
NH2 - R - COOH + NaOH → NH2 - R - COONa + H2O 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 .2 giờ.
- Tách VC: cĩ thể tách VC ngay trong thiết bị phản ứng hoặc đưa sang thiết bị tách để rút ngắn chu kỳ một mẻ phản ứng.
VC tách ngay trong thiết bị phản ứng: Đun nĩng hơi nước lên 80÷1000C, VC khuyếch tán sang hơi nước, hỗn hợp này được hút ra nhờ chân khơng và phân ly sau khi ngưng tụ.
Phương pháp này tốn kém nên ít được sử dụng, hơn nữa làm tăng thời gian cho quá trình phản ứng.
VC đưa sang thiết bị tách: tách qua cột liên tục PVC/VC và nước đi từ trên xuống, hơi nước đi từ dưới lên. Hỗn hợp hơi và VC tách ra, được hút lên
bằng bơm, PVC và nước đi xuống phía dưới, hàm lượng VC cịn lại khoảng 3%. Nếu tăng nhiệt độ của quá trình thì hàm lượng cĩ thể giảm xuống đến 1%.
- Ly tâm và rửa nhựa: dùng nước 60÷700C để rửa nhựa trong thiết bị thân hình trụ, đáy nĩn làm bằng thép khơng rỉ phía trong cĩ lắp cánh khuấy. Polyme lẫn trong nước được rửa bằng nước nĩng 600C từ thùng lường, sau khi polyme lắng xuống cho nước bẩn chảy vào đường thải. Thực hiện quá trình rửa nhựa như vậy từ 5÷6 lần theo tỉ lệ 0,6÷0,7 hỗn hợp polyme /nước. Đến lần cuối cùng của quá trình rửa ta khơng phải tách nước nữa mà cho từng phần nhỏ vào máy ly tâm để tách nước. Hàm ẩm của bột PVC sau khi ly tâm khoảng 16÷22%.
- Quá trình sấy khơ: sấy nhựa PVC trên băng chuyền hay dùng thiết bị kiểu tầng sơi, thiết bị sấy phun, thiết bị sấy thùng quay nhiệt độ khơng khí sấy 120÷1400C. 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 thước và phân bố kích thước bột PVC ta tiến hành theo các bước như sàng nghiền…rồi sau đĩ đĩng bao và lưu kho.
CHƯƠNG V: SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC
1.Một số sơ đồ dây chuyền cơng nghệ sản xuất PVC
A. Sơ đồ cơng nghệ của hãng Chisso Corp.(Hình 1)
*Đánh giá:
• Ưu điểm:
-Cột rửa cĩ hiệu quả thu hồi VC từ PVC rất lớn mà khơng làm ảnh hưởng đến chất lượng của VC sản phẩm.
-Năng suất cao,hiệu quả kinh tế.
-Cùng với đĩ là cơng nghệ tách VC cũng được cấp phát cho nhiều nhà sản xuất PVC.
• Nhược điểm:
-Quy trình sản xuất gián đoạn,các mẻ sản phẩm khơng đồng đều bằng liên tục -Nhiệt độ được điều khiển giữ ở một nhiệt độ nhất định phụ thuộc quá trình làm lạnh bằng nước,tốn nước ngồi.
B. Sơ đồ cơng nghệ của hãng Inovy B.V (Hình 2)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pvc VCM Phụ gia Nước 1.Thiết bị phản ứng 2.Thùng chứa phụ gia
3.Thiết bị thổi bay 4.Thu hồi VCM 5.Tháp rửa tách VCM 6.Thùng chứa bột PVC nhão 7.Ly tâm 8.Sấy 9.Thùng chứa bột PVC khô Khí nóng Khí thải 10.Phân loại *Đánh giá: • Ưu điểm: -Độ chọn lọc cao
-Thu hồi tốt nước và khí thải -Năng suất cao
• Nhược điểm:
-Nhiệt độ được điều khiển giữ ở một nhiệt độ nhất định phụ thuộc quá trình làm lạnh bằng nước,tốn nước ngồi.
-Thiết bị phản ứng cồng kềnh.
C. Dây chuyền cơng nghệ mới sản xuất PVC theo phương pháp huyền phù. (Hình 3)
6 5 3 2 1 4 9 10 12 11 13 Cống thải 13 15 Nước Sấy PVC Nước Nước 8 14 1. Nồi phản ứng 2, 5, 11. Thùng lường nước 3. Thùng lường dung dịch Gelatin 4. Thùng chứa VC
6. Thùng hoà tan 7. Bộ phận lọc
14,8. Bơm 9. Lắng
10. Thùng lường dung dịch kiềm 12. Máy ly tâm
13. Thiết bị lắng
15. Thùng chứa dung dịch kiềm
*Đánh giá:
• Ưu điểm:
-Hiệu suất cao,xử lý triệt để hệ huyền phù,sản phẩm cĩ độ tinh khiết cao,xử lý nước thải hiệu quá,ít gây ơ nhiễm.
• Nhược điểm:
-Năng suất chưa cao,dây chuyền phức tạp,chiếm nhiều khơng gian,giá thành cao.