Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Đào Quốc Tuỳ đã tận tình giúp đỡ em

trong suốt quá trình học tập và hướng dẫn em hoàn thành đồ án.

Đồng thời em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô tất cả các thày

cô giáo trong bộ môn Hữu cơ - Hoá dầu đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành

bản đồ án đúng thời gian qui định.

Hà nội, ngày 4 tháng 6 năm 2004

Sinh viên

Đỗ Văn Niên

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -1-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

   

LỜI MỞ ĐẦU

Từ xƣa đến nay, các sản phẩm hoá học có một vị trí quan trọng trong

cuộc sống của con ngƣời. Đặc biệt là các sản phẩm của ngành công nghệ tổng

hợp hữu cơ hoá dầu. Các sản phẩm này đƣợc sản xuất chủ yếu từ nguyên liệu

ban đầu là than đá và dầu mỏ. Poly vinyl clorua (PVC) là một trong những

sản phẩm quan trọng đó, và đƣợc sản xuất với năng suất rất lớn.

PVC là một sản phẩm có nhiều ứng dụng rất quan trọng nhƣ: thay thế

một số kết cấu bằng sắt bằng nhựa, chén bát bằng gốm thay bằng nhựa,...

PVC đƣợc sản xuất bằng cách trùng hợp từ vinyl clorua (VC). Việc sản xuất

có thể tiến hành bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ: phƣơng pháp trùng

hợp khối, phƣơng pháp trùng hợp dung dịch, phƣơng pháp trùng hợp nhũ

tƣơng, phƣơng pháp trùng hợp huyền phù.

Hiện nay, PVC chủ yếu đƣợc sản xuất chủ yếu bằng hai phƣơng pháp

chính là trùng hợp theo phƣơng pháp trùng hợp huyền phù và phƣơng pháp

nhũ tƣơng. Hai phƣơng pháp này tổng sản lƣợng chiếm đến 92% tổng lƣợng

PVC sản xuất đƣợc.

Ở nƣớc ta, việc tìm thấy các mỏ dầu có trữ lƣợng lớn đã mở ra khả

năng cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất nhựa rất lớn do vậy

trong thời gian không xa chúng ta sẽ có một ngành sản xuất nhựa mang lại

hiệu quả kinh tế cao góp phần vào sự phát triển chung của đất nƣớc.

Mặc dù, có nhiều phƣơng pháp để sản xuất PVC nhƣng do giới hạn của

đề tài nên em chỉ nghiên cứu phƣơng pháp sản xuất PVC theo phƣơng pháp

trùng hợp nhũ tƣơng.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -2-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

CHƢƠNG I: TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU

I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VINYLCLORUA: [7]

Vinylclorua là một trong những sản phẩm thông dụng quan trọng trong

công nghệ hoá học. Ngƣời ta sử dụng vinyl clorua (VC) làm chất trung gian

để trùng hợp thành polyvinyl clorua (PVC) hay đồng trùng hợp với các

monome khác để tạo ra các sản phẩm polyme khác nhau.

Qúa trình điêù chế VC đầu tiên vào năm 18301834 khi mà V.regnault tiến hành thực hiện phản ứng khử HCl của đicloetan trong môi trƣờng kiềm

rƣợu và khả năng trùng hợp của vinylclorua dƣới tác dụng của ánh sáng đƣợc

phát hiện vào năm 1872 bởi Baumann. Vào năm 1911 hai nhà bác học F.klatte và Rollet nghiên cứu phản ứng giữa C2H2 và HCl sau đó 2 năm chính nhờ phản ứng này đã điều chế ra xúc tác HgCl2 do Griesheim – Elektron, nhƣng sản phẩm PVC đầu tiên trong công nghiệp là vào năm 1930 theo phƣơng pháp của F.klatte sử dụng phản ứng C2H2 và HCl để tạo ra VC. Thời gian gần đây, do nguồn cung cấp cao su tự nhiên sẵn có và giá

thành rẻ nhƣng khoa học chƣa phát triển nên VC có những ứng dụng rất hạn

chế. Trong chiến tranh thế giới thứ hai, nguồn cung cấp cao su tự nhiên giảm

nhƣng VC cần để tổng hợp thành PVC đã phát triển thành qui mô lớn ở Anh

và Mỹ.

Quá trình sản xuất VC đi từ C2H2 đòi hỏi cung cấp nhiều năng lƣợng để sản xuất ra nguyên liệu axetylen. Do đó các nhà hoá học đã nghiên cứu ra

phƣơng pháp sản xuất VC mới đi từ nguyên liệu rẻ tiền hơn, đó là nguyên liệu

Etylen vào những năm 1940-1945 .

Ngày nay, hơn 90% quá trình sản xuất VC đi từ etylen sử dụng quá trình liên hợp: etylen-điclo etan- oxy-điclo etan - Vinyl clorua. Vì quá trình

này thuận lợi về điêù tiến hành và điêù kiện kinh tế.

II.TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ ỨNG DỤNG CỦA VC : [7]

VC chỉ tan tốt trong các dung môi hữu cơ nhƣ: axeton, rƣợu etylic,

Vinyl clorua (VC) ở nhiệt độ thƣờng và áp suất thƣờng là chất khí có mùi ete nhẹ. Vinyl clorua tan rất tốt trong nƣớc, ở 25 0C thì 0.11g VC tan trong 100g nƣớc còn ở - 150C thì 0,03g nƣớc tan trong 100g VC . hydrocacbon thơm và hydrocacbon mạch thẳng.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -3-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

VC độc, có khả năng gây mê qua hệ hô hấp của con ngƣời, khi con

nguời tiếp xúc với hơi VC chỉ 3 phút với nồng độ 2,5% là bắt đầu choáng

váng sau đó mất định hƣớng. Nếu nồng độ VC trong không khí dƣới 0,5% khi

con ngƣòi tiếp xúc vài giờ vẫn không có tác động sinh lý nào đáng kể .

Khoảng 95% lƣợng VC sản xuất ra đƣợc dùng để tổng hợp PVC và các

polyme khác sử dụng nguyên liệu là VC. Chẳng hạn : đồng trùng hợp VC với

Vinylyden clorit (CH2  CCl2); Vinyl axetat (CH2CHOCOCH3); acrynitril

(CH2  CHCN) tạo thành các polyme có giá trị. VC còn đƣợc dùng để sản xuất sợi hoá học clorin, sơn chịu ăn mòn cao.

Bảng 1: Một số tính chất vật lý của VC đƣợc trình bày dƣới bảng sau đây:

Tên Đại Lƣợng Khối lƣợng phân tử Nhiệt độ ngƣng tụ Nhiệt độ đóng rắn Nhiệt độ tới hạn Nhiệt bốc cháy Nhiệt nóng chảy Nhiệt bốc hơi ở 250C Trọng lƣợng riêng Nhiệt tạo thành Nhiệt trùng hợp Nhiệt dung riêng của VC hơi (250C) Nhiệt dung riêng của VC lỏng (250C) Hệ số khúc xạ của VC lỏng Hằng Số 62,5 kg/kmol 13,9 0C 159,7 0C 142 0C 415 kcal/kg 18,4 kcal/kg 85,7 kcal/kg 0,969 g/cm3 83  8 kcal/kg 366  5 kcal/kg 0,207 kcal/kg độ 0,83 kcal/kg độ 1,83

III.TÍNH CHẤT HOÁ HỌC:  7

Công thức hoá học của VC: CH2CHCl Công thức cấu tạo của VC:

H H   C  C   H Cl

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -4-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Do có chứa liên kết đôi và nguyên tử clo linh động nên VC là hợp chất

phân cực, với momen lƣỡng cực 1,44. Nên các phản ứng hoá học của VC là

phản ứng cuả liên kết đôi và phản ứng của nguyên tử clo linh động. Trong

phân tử VC có chứa một liên kết đôi và một nguyên tử clo linh động nên các

phản ứng hoá học mà VC có khả năng tham gia là:

III.1.Phản ứng của nối đôi:

Vì chứa nối đôi nên VC dễ dàng tham gia phản ứng cộng:

 với hydro (H2):

CH2CHCl + H2  CH3CH2Cl

 Với Halogen (clo) đƣợc 1,1,2- tricloetan ở điều kiện môi trƣờng khô nhiệt độ 1401500C hay ở 800C và có chiếu sáng, Xúc tác là SbCl3. CH2CHCl + Cl2  2CH2Cl1CHCl2

Với HCl khi có xúc tác AlCl3 , FeCl3

CH2CHCl + HCl  CH3CHCl2

 Trong phản ứng oxy hoá VC ở nhiệt độ 50150oC có mặt Cl2 tạo

thành mono axetandehyt:

CH2CHCl + 1/2O2  ClCH2CHO

 Do chứa nối đôi nên VC còn có thể tham gia phản trùng hợp tạo PVC

là một sản phẩm quan trọng cho công nghiệp chất dẻo.

III.2.Phản ứng xảy ra:

nCH2CHCl  (CH2CH)n | Cl

III.3.Phản ứng của nguyên tử Clo:

 Phản ứng thuỷ phân : Khi đun nóng VC với kiềm thu đƣợc axetylen .

Phản ứng xảy ra: CH2CHCl + NaOH đun nóng CHCH + NaCl+ H2O  VC tác dụng với alkolat hay phenolat cho ta este vinylic:

Phản ứng xảy ra nhƣ sau:

CH2CHCl +RONa  CH2CHOR +NaCl

 Tác dụng với kim loại tạo thành hợp chất cơ kim:

CH2CHCl + Mg  CH2CHMgCl

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -5-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

VC trong điêù kiện không có không khí ở 4500C có thể phân huỷ tạo

thành axetylen và HCl, ...

 Bảo quản VC: Trƣớc đây, VC đƣợc bảo quản và vận chuyển với sự

có mặt của một lƣợng nhỏ phenol để ức chế phản ứng polyme hoá. Ngày nay,

vinyl clorua đƣợc sản xuất với độ tinh khiết cao và không cần chất ức chế

trong bảo quản và đồng thời do đƣợc làm sạch nên nƣớc vinyl clorua không

gây ăn mòn có thể đƣợc bảo quản trong các thùng thép cacbon thƣờng.

CHƢƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA PVC

I. QÚA TRÌNH PHÁT TRIỂN NHỰA PVC TRÊN THẾ GIỚI:[8]

Công nghiệp về các hợp chất cao phân tử, đặc biệt là chất dẻo tuy còn

non trẻ nhƣng đã phát triển nhanh chóng. Đó là nhờ chất dẻo có nhiều tính

chất rất đặc biệt đáp ứng đƣợc yêu cầu ngày càng cao của khoa học kỹ thuật

và đời sống hằng ngày. Nền công nghiệp chất dẻo ra đời dựa trên nguồn

nguyên liệu dồi dào nhƣ: than dá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và cả những phế

phẩm nông lâm nghiệp.

Trong tất cả các loại chất dẻo, nhựa PVC là loại phổ biến nhất đƣợc sử

dụng rộng rãi nhất nên nó luôn đứng đâù về tổng sản lƣợng và luôn đứng đầu

trong tất cả các loại chất dẻo. Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu về

PVC, chủ yếu là để nâng cao phẩm chất của nhựa và các sản phẩm gia công

đƣợc. Do PVC có đặc điểm gia công dễ dàng và nhanh chóng hơn kim loại

nên máy móc thiết bị đơn giản và tiết kiệm.

Năm 1835 lần đầu tiên Regnault điêù chế đƣợc vinyl clorua bằng

phƣơng pháp xử lý đicloetan với dung dịch kalihydroxyt.

Năm 1872 Baumn lần đầu tiên trùng hợp vinyl clorua trong ống nghiệm

kín dƣới tác dụng của ánh sáng. Thí nghiệm này tiếp tục đƣợc Ostrislensky

nghiên cứu và công bố đầy đủ vào năm 1912. Tuy nhiên, polyme mới này vẫn chƣa đƣợc đƣa vào sản xuất công nghiệp do rất khó gia công thành sản phẩm. Đến khi W.L Semon phát hiện ra khi đun nóng PVC với trilyl phosphate ở 1500C thu đƣợc một khối đồng nhất giống cao su ở nhiệt độ thƣờng, sau này đƣợc gọi là PVC hoá dẻo. Lúc này, PVC mới trở thành một chất dẻo đƣợc quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực công nghiệp.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -6-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

PVC hoá dẻo đƣợc quan tâm và sử dụng khá rộng rãi trong những năm

trƣớc và sau chiến tranh thế giới lần thứ hai. Vào những năm 60 của thế kỷ

XX, PVC (PVC không trộn chất hoá dẻo) bắt đầu đƣợc nghiên cứu và sử

dụng ở Đức, Anh, Mỹ. Những năm tiếp theo PVC đƣợc nghiên cứu chủ yếu

cấu trúc ngoại vi phân tử đƣợc tạo ra trong quá trình trùng hợp nhƣ: Kích

thƣớc hạt, hình dáng độ xốp, sự phân bố kích thƣớc hạt,... do các yếu tố này

ảnh hƣởng đến các đặc tính gia công chế tạo của polyme. Khi nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng này đã mở rộng lĩnh vực sử dụng của PVC.

Đầu năm 1970, PVC đƣợc sản xuất với một lƣợng lớn ở nhiều quốc gia

trên thế giới và ở thời điểm này PVC cạnh tranh với PE (poly etylen) để giành vị trí hàng đầu về vật liệu chất dẻo.

Từ năm 1986, mức tiêu thụ PVC trên thế giới tăng hàng năm 4%, đặc

biệt tại khu vực Đông Nam Á mức tăng trƣởng 7% và tiếp tục phát triển trong tƣơng lai, đƣợc cho bởi bảng sau. Bảng 2: Mức tăng trƣởng sản lƣợng PVC trên toàn thế giới trong những năm

gần đây: [6]

Năm 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 1997

Triệu tấn 3,0 6,0 8,1 12,0 15,0 20,7 23,5 > 25

Sở dĩ PVC có mức tăng trƣởng lớn nhƣ vậy và sẽ phát triển rất mạnh là

do nhựa PVC có nhiều đặc điểm tốt nhƣ: ổn định hoá học, bền cơ học, dễ gia

công ra nhiều loại sản phẩm thông dụng và nguồn nguyên liệu tƣơng đối dồi

dào. Ở các nƣớc công nghiệp hoá học phát triển PVC đƣợc gia công ra nhiều

loại sản phẩm với giá thành tƣơng đối cao.

Bên cạnh, những đặc điểm tốt đó PVC còn có nhƣợc điểm nhƣ: chịu nhiệt kém (<800C ), độ hoà tan trong dung môi kém, trong khi gia công có khí HCl thoát ra.

Mức tiêu thụ và phân phối PVC theo khu vực không giống nhau

Bảng 3: Thống kê phân phối PVC theo khu vực địa lý (năm 1997):[9]

Khu Vực %

Bắc Mỹ (Mỹ và Canađa) 33

Nhật Bản 18

Châu Âu Nam Mỹ 32.6 2.2

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -7-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Các nơi khác 14.2

Tổng 100%

Trên thế giới 2/3 sản lƣợng PVC dùng dƣới dạng sản phẩm cứng (

PVC chƣa hoá dẻo) nhƣ: ống dẫn nƣớc, tấm lợp, bàn ghế, khung cửa sổ, còn

lại PVC hoá dẻo đƣợc gia công thành những sản phẩm mềm nhƣ : màng

mỏng, bao bì, giầy dép, vỏ bọc dây cáp điện, ... Sự phân phối theo lĩnh vực sử

dụng nhựa PVC.

Bảng 4: phân phối theo lĩnh vực sử dụng nhựa PVC: [6]

Lĩnh Vực %

Xây dung 50.1

Nội thất 10.4

Điện 7.3

Bao bì 6.7

Giải trí 5.9

Giao thông 5.3

May Mặc 4.7

Các lĩnh vực khác 9.6

Tổng 100%

Cùng với ngày càng tăng về chất lƣợng và sản lƣợng PVC thì nguồn

nguyên liệu cần cho quá trình tổng hợp ra PVC chủ yếu hiện nay đi từ dầu mỏ

cũng chịu những biến đổi lớn trên thị trƣờng thế giới. Song song với sự phát

triển về ngành nhựa PVC trên thế giới thì ở nƣớc ta cũng ngày càng phát triển

theo.

II.SỰ PHÁT TRIỂN NGÀNH CÔNG NGHIỆP NHỰA PVC Ở VIỆT NAM:

[8] Sự phát triển ngành nhựa (chất dẻo) có liên quan mật thiết đến định

hƣớng phát triển của ngành dầu khí, lĩnh vực công nghiệp hoá chất là mũi nhọn hàng đầu cho sự phát triển đất nƣớc.

Vào đầu thập kỷ 60, các sản phẩm chất dẻo từ nhựa PVC đã sản suất ở Việt Trì, Với năng suất khiêm tốn 150 tấn/năm. Nhƣng việc sản xuất không mang lại kinh tế và đặc biệt đất nƣớc đang bị sự phá hoại của Mỹ nên quá

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -8-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

trình sản xuất phải sớm tạm dừng. Nhƣ vậy, ở thời điểm này trong nƣớc chỉ

sản xuất đƣợc loại nhựa đầu tiên là PVC và gia công một số chất dẻo từ nhựa

tổng hợp khác (poly stiren, phenol-formal đehyt,..) nhƣng tƣơng lai công

nghiệp chất dẻo của chúng ta phát triển lớn vì nguồn nguyên liệu than đá và

phế phẩm nông lâm nghiệp. Bên cạnh đó còn có hạn chế do chƣa tìm ra đƣợc

nguồn dầu mỏ để khai thác và nƣớc ta cần phải có sự giúp đỡ nhiều từ nguồn

vốn nƣớc ngoài.

Hiện nay các liên doanh hoặc công ty có vốn nƣớc ngoài đặt tại việt

nam để sản xuất nhựa nhƣng chƣa đạt sản lƣợng cao. Cho đến nay đã có 6 dự

án sản xuất nhựa nguyên liệu PVC, chiếm trong số 7 dự án về sản xuất

nguyên liệu và 30 dự án của cả ngành nhựa. Về bột PVC, công ty Mitsuivina

trƣớc đây bây giờ là TPC VINA tổng vốn đầu tƣ 90 triệu USD nguyên liệu là

VCM nhập khẩu trùng hợp thành PVC với công suất 80000 tấn/năm đang

hoạt động ở Đồng Nai. Công ty Nochem, công ty liên doanh Việt Thái đang

hoạt động chủ yếu tại phía nam và công ty Lotus chemical Technology đang

hoạt động ở phía bắc. Công suất các nhà máy của các công ty chỉ chiếm

1520% nhu cầu. Công ty liên doanh nhựa và hoá chất Phú Mỹ (PMPC) hoạt

động với công suất 100.000 tấn/năm ra đời nguyên liệu PVC resin (bột). Vì

hạn chế về nguyên liệu nên nó đã tác động mạnh đến sự sống còn của các nhà

máy sản xuất. [16]

Trong thời gian gần đây, công nghiệp về chất dẻo đã phát triển mạnh mẽ với tốc độ tăng trƣởng bình quân 28% trên năm. Năm 19902002 tốc độ tăng

trƣởng bình quân hàng năm của ngành nhựa 2530%. Nhƣ vậy chỉ trong 10 năm sản xuất của ngành nhựa công nghiệp tăng nghiệp tăng 20 lần nhƣng cơ cấu

sản phẩm nhựa còn bất cập, ngành nhựa chỉ mới tự túc đƣợc khoảng 10% nguyên liệu còn lại chúng ta phải nhập từ nƣớc ngoài. Nguyên liệu dùng trong

gia công chúng ta đều phải nhập khẩu, trong đó PVC nhập vào ở hai dạng: PVC

bột và PVC hạt. Trong thành phần của PVC hạt có chứa sẵn chất hoá dẻo, chất

ổn định, chất mầu,... Cơ cấu nguyên liệu ở nƣớc ta vào năm 1993.

Bảng 5: Cơ cấu nguyên liệu nƣớc ta vào năm 1993:

Dạng Sản Phẩm PVC bột PVC hạt Các bán sản phẩm PVC Tấn 31.000 6.800 3.500

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -9-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Chất hoá dẻo DOP Tổng 10.000 51.300

Hàm lƣợng PVC nhập vào đáng kể năm 1997 nhập 72000 tấn, về cơ

cấu nguyên liệu nhựa sử dụng qua các năm và dự đoán nhu cầu tiêu thụ

nguyên liệu trong những năm tới nhƣ sau: [11]

 Giai đoạn 2001 2005 đáp ứng 600000 tấn nhựa nguyên liệu, trong

đó PVC chiếm 370000 tấn (có thể đáp ứng đủ 2 liên doanh hiện tại).

 Giai đoạn 2005 2010 nhu cầu 2100000 tấn, nhƣng chỉ đáp ứng

đƣợc 1500000 tấn trên cơ sở 600000 tấn đã có thì PVC có thể mở rộng công

suất cho hai nhà máy đã có (320000 tấn) hoặc đầu tƣ xây dung một nhà máy

sản xuất mới.

Về sản phẩm, so với thế giới và các nƣớc trong khu vực thì ngành nhựa

Việt Nam còn ở mức thấp sản phẩm nhựa gia dụng trong nƣớc sản xuất đã

đáp ứng đƣợc nhu cầu trong nƣớc, hàng hoá phong phú về mẫu mã... Các sản

phẩm nhựa ra đời với ƣu thế vƣợt trội đã thay thế nhiều sản phẩm truyền

thống khác và chiếm lĩnh thị trƣờng của chúng nhƣ bao dệt PP (poly

propylen) thay bao đay, ống nhựa thay ống kim loại, ly chén nhựa thay chén

thuỷ tinh, ... Các sản phẩm nhựa phục vụ đắc lực cho các ngành kinh tế khác,

xuất khẩu trực tiếp hay gián tiếp, tham gia tích cực vào công trình nội địa hoá

các sản phẩm công nghệ cao nhƣ: phụ tùng cho ôtô, xe máy, may mặc, chất

tẩy rửa,...

Nhƣ vậy, qua cơ cấu nguyên liệu ta thấy nhu cầu về PVC ngày càng

tăng, vì thế mà chúng ta phải tính đến việc xây dung và hình thành ngành

công nghệ sản xuất PVC để đáp ứng nhu cầu của thị trƣờng và đồng thời tiết

kiệm chi phí khi phải dùng vốn mua sản phẩm hay nguyên liệu từ bên ngoài.

Hiện nay, giá sản phẩm PVC trong nƣớc cao hơn rất nhiều so với giá

mặt bằng chung của thế giới. Vì thế, các cở sở sản xuất các sản phẩm PVC trong nƣớc đang hoạt động cầm chừng khoảng 3035% công suất. Hơn nữa, các nhà máy mới đi vào hoạt động, gía thành sản phẩm vẫn mang giá trị khấu

hao ban đầu, nên giá thành vốn đã cao hơn mức trung bình... Những thành tựu mà tổng công ty nhựa đã đạt đƣợc trong thời gian qua đƣợc nêu dƣới đây:

[11] Bảng 6: Những thành tựa của tổng công ty nhựa đạt đƣợc

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -10-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Chỉ tiêu 1990 1995 1999 2000

855000 1362000 5130 103751 68218 3300 437000 730000 4000 Mức tăng bình quân % 23 40 4.5

Giá trị tổng sản lƣợng(triệu đồng) Tổng doanh thu (triệu đồng) Lao động ( ngƣời) 748000 1080000 5000 Có thể nói rằng, việc tìm ra các mỏ dầu và khi các nhà máy lọc dầu ở

Dung Quất (Quảng Ngãi) và Nghi Sơn (Thanh Hoá) đi vào hoạt động trong

thời gian không xa thì bài toán về nguyên liệu cho ngành công nghiệp chất

dẻo ở nƣớc ta sẽ đƣợc giải quyết thuận lợi. Đến khi đó thì ngành công nghiệp

chất dẻo nói chung ở nƣớc ta sẽ phát triển mạnh đặc biệt là ngành sản xuất

nhựa PVC nói riêng. Với thuận lợi nhƣ vậy chúng ta hãy hy vọng vào một

tƣơng lai mà ngành sản xuất chất dẻo mang lại cùng với sự phát triển chung

đất nƣớc. CHƢƠNG III: CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA PVC I.CẤU TẠO CỦA PVC: [9]

Nói chung PVC có thể có hai dạng cấu tạo sau: đầu nói đầu và đầu nối

đuôi.

 Dạng đầu nối đuôi:

H Cl H Cl H Cl        C  C  C  C  C  C        H H H H H H  Dạng đầu nối đầu:

Cl H H Cl Cl H        C  C  C  C  C  C        H H H H H H Nhƣng qua nghiên cứu, các tính chất hoá học của PVC, qua các khảo sát bằng quang học thì thấy rằng nó cấu tạo chủ yếu theo dạng kết hợp ―đầu

vào đuôi‖ và dƣới đây là sơ đồ cấu tạo các phân tử PVC:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -11-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo các phân tử PVC

Trong đó :

: Nguyên tử hidro.

: Nguyên tử cacbon.

Khoảng cách giữa 2 nguyên tử Cacbon là 1,54 A0.

Khoảng cách giữa nguyên tử cacbon và hydro là 1,12 A0.

Khoảng cách giữa cacbon và clo là 1,79 A0. Góc liên kết H-C-H là 1200, góc liên kết giữa H-C-Cl là 111030’. Vào năm 1939, để chứng minh cấu tạo trên là đúng C.S.Marvel còn làm

thí nghiệm tách loại clo trong PVC bằng cách đun nóng dung dịch PVC trong

dioxan với bột kẽm.

Phản ứng xảy ra nhƣ sau :

 CH  CH2  CH  CH2  Zn  CH  CH  + ZnCl2

  \  Cl Cl CH2 Nhóm Cyclopropan tạo thành, chứng tỏ PVC có cấu tạo theo dạng kết

hợp đầu nối đuôi.

Do trong PVC có Cl nên cấu trúc rất điêù hoà. Polyme thu là đƣợc là

một hỗn hợp của cả 3 loại cấu trúc:

-Suydiotactic: Cl   CH2  CH  CH2  CH  CH2  CH    Cl Cl

 Izo lactic:

 CH2  CH  CH2  CH  CH2  CH 

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -12-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

   Cl Cl Cl

Atactic:

Cl   CH2  CH  CH2  CH  CH2  CH  CH2  CH     Cl Cl Cl

Tuỳ theo điêù kiện khử clo thế nào cũng còn lại trong polyme 1316%

clo ở dạng từng nguyên tử clo riêng biệt trong phân tử polyme.

Cao phân tử PVC cũng có cấu tạo nhánh nhƣng rất ít từ 50100 mắc

xích cơ sở mới có một nhánh. Năm 1940, Fuller nghiên cứu tia X và thấy

rằng PVC thƣơng mại thƣờng là những chất vô định hình mặc dù vẫn có một

lƣợng nhỏ kết tinh.

II. TÍNH CHẤT CỦA PVC:[8]

PVC là một polyme vô định hình ở dạng bột màu trắng hay vàng nhạt.

Trọng lƣợng riêng 1,41,45 và chỉ số khúc xạ 1,544. PVC hoà tan trong cyclohexanol, đioxan, nitro benzen, pyridin, hỗn

hợp axeton với các bon sulfua, ...

PVC là một loại nhựa nhiệt dẻo có Tc =800C và Tt=1600C. Dƣới 800C PVC ở trạng thái thuỷ tinh và trên 1600C ở trạng thái dẻo, còn trong khoảng từ 801600C ở trạng thái co dãn nhiều. Nhƣng khi nhiệt độ trên 1400C thì PVC đã bắt đầu phân huỷ toả ra HCl trƣớc khi chảy dẻo. Nhiệt độ phân huỷ

PVC là một chỉ tiêu kỹ thuật quan trong, sự phân huỷ này đƣợc nhận biết qua

sự biến đổi màu sắc và màu thâm của nhựa. Trọng lƣợng phân tử không đồng

đều do khi trùng hợp thì độ trùng hợp từ 1002000. Để có vật liệu bền và co dãn thì 70% các phần của polyme phải có độ trùng hợp từ 1000 trở lên.

PVC là vật liệu rất nhanh bị lão hoá do đó làm giảm tính co dãn và tính

cơ học kém đi. Lão hoá thƣờng là do tác dụng của các tia tử ngoại làm biến

đổi cấu tạo của polyme, làm cho polyme có cấu tạo lƣới, kém co dãn, khó hoà

tan. Mức độ lão hoá phụ thuộc vào điều kiện từng vùng chủ yếu là ánh sáng.

Ở điều kiện thƣờng PVC có tính chất ổn định hoá học khá tốt. Nó bền với tác dụng của các axit nhƣ: H2SO4, HCl, HNO3 loãng và dung dịch kiềm với nồng độ khoảng 20%; và nhiều loại muối khác.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -13-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

PVC có nhiều tính chất cơ lý tốt, các tính chất này phụ thuộc vào trọng

lƣợng phân tử của polyme và phƣơng pháp gia công.

Tính chất điện của sản phẩm PVC phụ thuộc vào quá trình hình thành :

 Hằng số điện môi tại 60Hz và 300C là 3,54.  Hằng số điện môi tại 1000 và 600 C là 3,41.

 Cƣờng độ điện môi : 1080 V/mil .

 Điện trở suất: 1015  . Với những số liệu trên ta thấy tính chất cách điện của PVC khá tốt

nhƣng phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất nhiều.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -14-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Bảng 7: Một số chỉ tiêu về tính chất cơ lý quan trọng của PVC cứng:[10]

Khối lƣợng riêng

Giới hạn bền kéo

Giới hạn bền uốn

Giới hạn bền nén

Môđun đàn hồi 1,381,4 g/cm3 500700 kg/cm2 8001200 kg/cm2 8001600 kg/cm2 400010.000 kg/cm2

Độ giãn dài 1025%

Hệ số giãn dài

Độ dẫn nhiệt 0,000060,00007 3,84.10-4 cal/cm.s.0C

Điện thế đánh thủng 1535 KV/mm

III.TÍNH CHẤT HOÁ HỌC: [8]

PVC có tính hoạt động hoá học mạnh, trong các qúa trình biến đổi hoá

học đều có các nguyên tử clo tham gia phản ứng và thƣờng kéo theo cả

nguyên tử hydro ở cacbon bên cạnh. Phản ứng chú ý nhất của PVC là ở

nguyên tử clo cuối cùng. Quá trình có thể thực hiện trong môi trƣờng hữu cơ nhƣ CCl4 tại nhiệt độ vừa phải dƣới tác dụng chiếu sáng của tia tử ngoại. Ngƣợc lại PVC trong khí N2 khi đun nóng không bị oxy hoá mà sẽ có cấu tạo lƣới.

Các phản ứng hoá học chính xảy ra đối với PVC là:

 Nhiệt phân huỷ: khi đốt nóng PVC có toả ra HCl và dẫn đến xuất

hiện các hoá trị tự do trong mạch phân tử. Nhờ các hoá trị tự do này nên trong

mạch xảy ra các trƣờng hợp sau:

- HCl

+ Xuất hiện nối đôi:

 CH2  CH  CH2  CH   CH2  CH  CH  CH     Cl Cl Cl

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -15-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -16-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

- HCl

CH2  CH  CH2  CH   CH2  CH  CH2  CH 

CH2  CH  CH2  CH  

- HCl

+ Có sự liên kết giữa hai mạch phân tử: Cl     Cl Cl CH2  C  CH  CH    Cl Cl Cl + Khi có oxy sẽ tạo thành một số nhóm có chứa oxy:

CH2  CH  CH2  CH  +O2 CH2  CH  CH  CH    \   Cl Cl O Cl

* Khử HCl: Muốn đuổi hết nguyên tử clo ra khỏi PVC ngƣời ta cho tác

dụng polyme trong dung dịch tetrahydro-furan một thời gian lâu với dung

dịch kiềm trong rƣợu sẽ tạo thành polyen có cấu tạo nhƣ sau:

 CH  CH  CH  CH  CH  CH  CH  CH 

* Thay thế các nguyên tử Cl: Mức độ thay thế không cao và phần lớn

làm cho trọng lƣợng phân tử của polyme giảm. Các phản ứng xảy ra khi thay

nguyên tử Cl khi cho polyme tiếp xúc với các chất sau:

+ Thay Cl bằng nhóm axetac: xảy ra khi đun nóng lâu PVC với hỗn

_nAgCl

hợp axit axetic và axetat bạc ở 650C thu đƣợc Polyvinyl axetac:

 CH  CH2  CH  CH2   CH  CH2  CH  CH2      +nCH3COOAg Cl Cl OCOCH3 OCOCH3

+ Thay Cl bằng nhóm amin: Khi dung dịch PVC tác dụng amoniac

trong bình có áp suất cao và nhiệt độ cao sẽ tạo polyme chứa một số nhóm

amin và cả liên kết imin nôí các mạch. Mức độ thay thế khoảng 1520%.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -17-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

+ NH3

Thế nhóm amin

 CH  CH2  CH  CH2   CH  CH2  CH  CH2       HCl Cl Cl NH2 Cl

+ n NH3

Tạo liên kết imin

 CH  CH2  CH  CH2   CH  CH2  CH  CH2      Cl Cl NH Cl Cl   nHCl   CH  CH2  CH  CH2   CH  CH2  CH  CH2    Cl Cl

n

nHCl

+ Thay Clo bằng các nhóm thơm: Khi PVC ở trong dicloetan hay tetrafuran với Benzen (hay alkylbenzen) ở 00C hay ở nhiệt độ thƣờng với sự xúc tác của AlCl3 tạo thành một số nhóm aryl.  CH  CH2  CH  CH2  +  CH  CH2  CH  CH2      Cl Cl

* Thế Clo bởi nhóm sulfonamid: Phản ứng xảy ra trong nhựa huyền

+ n(NH4)2SO3

phù dạng nƣớc với amoni.

 CH  CH2  CH  CH2   CH  CH2  CH  CH2      Cl Cl SO2NH2 SO2NH2  (NH4Cl + H2O)

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -18-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

CHƢƠNG IV : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẢN

XUẤT PVC

I.CÁC PHẢN ỨNG HOÁ HỌC: [9]

Quá trình sản xuất PVC từ VC bằng cách tiến hành phản ứng trùng

hợp. Clorua vinyl trùng hợp theo cơ cấu gốc nghĩa là phải có chất khởi đầu

và quá trình trùng hợp xảy ra qua 3 giai đoạn. Gọi là chất khởi đầu vì gốc của

nó là đoạn đầu của mạch phân tử và có thể là chất kích thích vì chính nó có

tác dụng kích động phản ứng trùng hợp. Có 2 chất khởi đầu thƣờng dùng là:

- Peroxyt benzoil công thức là (C6H5COO)2, khi bị tác dụng của nhiệt

t0

nó bị phân giải : (C6H5COO)2 C6H5COO Peroxyt benzoil BenZoat

t0

 + CO2

C6H5COO C6H5 BenZoat Phenyl

Chính các gốc benzoat và gốc phenyl trên kích động phản ứng trùng hợp.

- Axit diizobutylnitric có công thức phức tạp hơn và cũng bị nhiệt phân

huỷ thành gốc tự do để kích động phản ứng trùng hợp.

t0

CH3 CH3 CH3 \ / \ C — N = N — C 2 C  + N2

 | |   | CH3 CN CN CH3 CH3 CN Axit diizobytylnitric azodinitril

Khoảng 60  80% gốc trên tham gia kích động trùng hợp, còn lại

Các gốc Benzoat, phenyl, azodinitril gọi là gốc hoạt động và đƣợc ký

chúng kết hợp với nhau thành phân tử thấp. hiệu là R. Ba giai đoạn của quá trình trùng hợp xảy ra nhƣ sau:  Giai đoạn 1: Giai đoạn kích động trùng hợp, gốc hoạt động R của

chất khởi đầu kích thích monome VC thành gốc đầu tiên:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -19-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg R + CH2 = CH R  CH2  CH

  Cl Cl + Giai đoạn 2: Giai đoạn phát triển mạch, gốc đầu tiên đƣợc tạo ra ở

giai đoạn 1 tiếp tục tác dụng với monome khác và cứ thế mạch kéo dài:

R  CH2  CH + CH2 = CH R  CH2  CH  CH2 CH     Cl Cl Cl Cl một cách tổng quát: R  CH2  CH CH2CH + CH2 = CH R CH2  CH  CH2  CH      Cl n Cl Cl Cl n+1 Cl

+ Giai đoạn 3: Giai đoạn làm đứt mạch tạo thành mạch cao phân tử, có

hai kiểu đứt mạch: kiểu đứt mạch phân ly và đứt mạch kiểu kết hợp.

 đứt mạch kết hợp: hai gốc kết hợp vào nhau thành một mạch cao

phân tử. R  CH2  CH  CH2 CH + R  CH2  CH  CH2  CH     Cl n Cl Cl m Cl R  CH2  CH  CH  CH2  R   Cl n+1 Cl m+1 ++ Đứt mạch phân ly: hai gốc tác dụng với nhau tạo thành 2 mạch

R  CH2  CH  CH2 CH2 + R  CH2  CH  CH2 = CH

cao phân tử do có sự chuyển dịch nguyên tử hyđro. R  CH2  CH  CH2 CH + R  CH2  CH  CH2  CH     Cl n Cl Cl m Cl     Cl n Cl Cl m Cl

Ngoài ra còn có phản ứng chuyển mạch cũng tạo thành mạch cao phân

tử. Các trƣờng hợp chuyển mạch xảy ra nhƣ sau:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -20-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

 Chuyển mạch lên monome:

R  CH2  CH  CH2 CH + CH2 = CH

   Cl n Cl Cl R  CH2  CH CH2 CH2 + CH2 = C    Cl n Cl Cl R  CH2  CH  CH2 = CH + CH3  C    Cl n Cl Cl

+ R’  CH2  CH  R’’

++ Chuyển mạch lên Polymer: R  CH2  CH

  Cl Cl R  CH2  CH  CH2  CH  R’ + R’’   Cl Cl

++ Chuyển mạch lên chất khơi mào: khi sử dụng chất khơi mào là

peroxit thì xảy ra phản ứng chuyển mạch, còn nếu sử dụng chất khơi mào là

axit diizobytylnitric thì không xảy ra phản ứng chuyển mạch. R  CH2  CH + C6H5 – C – O–O – C –H5C6    Cl O O R  CH2  CH–O – C –H5C6 + C6H5COO   Cl O

II. ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH TRÙNG HỢP: [9]

Để tính toán tốc độ trùng hợp ngƣời ta sử dụng nguyên lý trạng thái của

Bodenstein. Quá trình trùng hợp tiến hành qua các giai đoạn sau:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -21-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Ki

Giai đoạn phân huỷ nhiệt chất khơi mào:

M 2 R

Tốc độ phân huỷ chất khởi đầu: Vd = Ki[M]

Trong đó : Ki: Hằng số tốc độ phân huỷ chất khởi đầu.

M : Nồng độ chất khởi đầu.  Giai đoạn kích động phản ứng trùng hợp: Vì Các chất khởi đầu khi bị phân huỷ tạo thành 2 gốc tự do, vì vậy vận

tốc khơi mào lớn hơn hai lần so với vận tốc phân huỷ chất khởi đầu. Khi đó

tốc độ phản ứng phản khơi mào sẽ đƣợc quyết định bởi đƣợc quyết định bởi

giai đoạn phân huỷ nhiệt nhƣng không phải tất cả các gốc tự do tạo thành ở

trên đều tham gia khởi đầu phản ứng mà một số gốc kết hợp lại với nhau.

Tốc độ phản ứng khơi mào :

VKM = 2Vd = 2fKi[M] = KKM[M] Với f: hệ số hiệu điêù chỉnh, KKM : hằng số vận tốc khơi mào Giai đoạn phát triển mạch: đây là giai đoạn gốc đầu tiên kết hợp với

các monome khác và kéo dài tạo thành các gốc tự do khác nhau. Vận tốc phất triển mạch (Vpt) bằng vận tốc tiêu hao monome. Khi đó ta có:

Trong đó: [N] nồng độ monome.

[R ] nồng độ gốc tự do. Kpt - hằng số vận tốc phát triển mạch.

Giai đoạn đứt mạch: đây là giai đoạn các gốc tạo ra trong quá trình phát triển mạch sẽ mất điện tử và chuyển thành các phân tử trung hoà điện.

Khi độ chuyển hoá chƣa sâu thì tốc độ tạo thành gốc tự do bằng tốc độ tiêu

hao nó hay vận tốc đứt mạch bằng vận tốc tiêu hao nó.

Khi đó ta có:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -22-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Với Kd -hằng số đứt mạch, Kd=106 108 lớn hơn nhiều lần so với hằng số tốc độ phát triển mạch Kpt= 102 104 , tuy vậy phản ứng phát triển mạch vẫn xảy ra do phản ứng đứt mạch bị hạn chế bởi nồng độ gốc tự do thấp và do

sự cản trở không gian .

III. ĐỘ TRÙNG HỢP VÀ CHIỀU DÀI MẠCH PHÂN TỬ: [9]

Chiều dài động học của mạch sẽ bằng tốc độ phát triển mạch chia tốc

độ đứt mạch:

trong đó: l: chiều dài động học

Ở một thời điểm khi độ chuyển hoá chƣa cao thì tốc độ tạo thành các

gốc tự do bằng tốc độ tiêu hao nó, khi đó ta có: Vd = VKM

Với Vd = Kd[R]2 , VKM = 2fKi[M] , Vpt = Kpt [R ][N] Vì Vd = VKM nên ta có:

Thay [R] vào biểu thức l và đặt K=(Kpt.ki 1/2 )/Kd 1/2

Dựa vào biểu thức ta thấy chiều dài động học của mạch tỷ lệ thuận với

nồng độ monome và tỷ lệ nghịch với căn bậc hai nồng độ chất khơi mào.

Độ trùng hợp nếu quá trình đứt mạch xảy ra theo cơ cấu kết hợp thì độ

trùng hợp trung bình bằng hai lần chiều dài động học, nếu đứt mạch theo cơ

cấu phân ly thì độ trùng hợp bằng chiều dài động học của mạch.

Hay độ trùng hợp Ptb = 2l nếu đứt mạch kết hợp; Ptb = l nếu đứt mạch

phân ly.

Quá trình trùng hợp chịu tác động bởi các yếu tố sau:

IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TRÙNG HỢP:[9] IV.1. Vai trò của oxy – tạp chất:

Do oxy không khí hấp thụ trong monome chiếm một vị trí đặc biệt

trong quá trình trùng hợp. Phụ thuộc vào bản chất và monome và điều kiện

tiến hành tùng hợp mà chính sự có mặt của oxy sẽ gây khó khăn hay làm cho qua trình xảy ra dễ dàng hơn. Với phƣơng pháp trùng hợp monome là VC

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -23-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

trong môi trƣờng khí trơ là tốt hơn. vì khi có mặt của oxy tạo ra hợp chất

peroxit:

CH2 = CH + O2 CH2 — CH — Cl

| | | Cl O — O

Peroxit này tạo thành nếu ổn định trong điều kiện phản ứng thì vai trò

của oxy sẽ hãm quá trình trùng hợp và ngƣợc lại thì vai trò của nó có lợi cho

quá trình trùng hợp.

Các tạp chất trong monome có tác dụng tƣơng tự nhƣ oxy. Tác dụng

độc của chúng đựơc xác định bởi bản chất hoá học, khả năng phản ứng với

nhân hoạt tính trùng hợp. Hàm lƣợng các tạp chất này này dù chỉ rất ít nhƣng

có thể dóng vai trò trong quá trình trùng hợp.

Do những ảnh hƣởng phức tạp của oxy và các tạp chất vì vậy trong quá

trình chúng ta phải điều chế mônome thật tinh khiết.

IV.2.Ảnh hƣởng của nhiệt độ:

Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ của các giai đoạn trùng hợp đều tăng.

Năng lƣợng hoạt hoá của các giai đoạn khác nhau nên hệ số nhiệt độ của các

phản ứng cũng khác nhau. Năng lƣợng hoạt hoá của phản ứng khơi mào ( 112

 170 KJ/mol) lớn hơn năng lƣợng hoạt hoá của phản ứng phát triển mạch (

28  40 KJ/mol) và phản ứng đứt mạch. Nhƣ vậy trong 3 phản ứng cơ bản của

qúa trình trùng hợp thì phản ứng khởi đầu cần nhiều năng lƣợng nhất để kích

động quá trình. Do đó, khi nhiệt độ tăng thì mức độ vận tốc khơi mào tăng.

Vận tốc khơi mào tăng kéo theo vận tốc trùng hợp tăng và vân tốc đứt mạch

tăng theo. Nhiệt độ cao sẽ cho polyme trọng lƣợng phân tử giảm do phản ứng

đứt mạch giữa hai gốc tự do cao phân tử mà còn do phản ứng chuyển mạch.

Nhiệt độ cao không những làm giảm trọng lƣợng phân tử mà còn tăng sản

phẩm có trọng lƣợng sản phẩm có trọng lƣợng phân tử thấp.

Vì vậy ta phải tiến hành phản ứng ở khoảng nhiệt độ thích hợp thì sản

phẩm thu đƣợc sẽ cho trọng phân tử cao.

IV.3.Ảnh hƣởng của áp suất:

Ở áp suất thấp và áp suất trung bình cho đến vài chục atmotphe thực tế

không ảnh hƣởng gì đến quá trình trùng hợp nhƣng nếu áp suất tăng quá lớn ( vài nghìn atmotphe) thì vận tốc trùng hợp sẽ tăng. Sự tăng tốc độ và trọng

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -24-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

lƣợng phân tử polyme ở áp suất cao là do sự va chạm của các phân tử phản

ứng và khi ở điều kiện áp suất cao thì đa số monome ở dạng lỏng, khó nén,

các phân tử chỉ có thể sát lại ở áp suất khá cao. Khoảng cách giữa các phân tử

rút ngắn, làm tăng va chạm không những giữa các monome với gốc tự do các

phân tử mà ngay cả các gốc cao phân tử với nhau. Nhƣ vậy khi tăng áp suất sẽ

làm tăng đồng thời cả phản ứng phát triển mạch và đứt mạch. Nhƣng khi tăng

áp suất bao giờ cũng làm cho độ nhớt tăng, làm giảm khả năng khuếch tán và

làm giảm ở gốc cao phân tử nhiều hơn phân tử monome linh động. Do đó

phản ứng đứt mạch giữa hai gốc tự do cao phân tử không những làm tăng mà

còn làm giảm áp suất.

IV.4.Ảnh hƣởng của chất khơi đầu:

Tác động của chất khởi đầu trong qúa trình trùng hợp là rất lớn vì

chính nó châm ngòi cho phản ứng trùng hợp xảy ra. Khi tăng nồng độ chất

khởi đầu thì tác dụng nhƣ trƣờng hợp khi tăng nhiệt độ, làm tăng tốc độ phản

ứng nhƣng làm giảm trọng lƣợng phân tử trung bình.

IV.5.Ảnh hƣởng nồng độ monome:

Khi tiến hành trùnh hợp trong dung môi hay trong môi trƣờng pha

loãng. Nồng độ monome ảnh hƣởng đến tốc độ trùng hợp và trọng lƣợng phân

tử của polyme tạo thành. Nếu nồng độ của monome tăng thì vận tốc trùng

hợp tăng và làm cho trọng phân tử tăng. Nếu monome bị pha loãng nhiều, có

khả năng xảy ra phản ứng chuyển mạch, do đó cũng làm giảm trọng lƣợng

phân tử.

CHƢƠNG V: CÁC PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT NHỰA PVC I. CÁC PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT:[8]

Hiện nay, PVC có thể sản xuất bằng 4 phƣơng pháp trùng hợp sau:

 Phƣơng pháp trùng hợp khối.

 Phƣơng pháp trùng hợp dung dịch.

 Phƣơng pháp trùng hợp nhũ tƣơng.

 Phƣơng pháp trùng hợp huyền phù.

Cả 4 phƣơng pháp trên đều ứng dụng đƣợc trùng hợp gốc, còn trùng

hợp ion chỉ tiến hành trong dung dịch. Các phƣơng pháp trên đều có ƣu và

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -25-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

nhƣợc điểm riêng nhƣng có nét chung là trọng lƣợng phân tử cuả polyme pvc thu đƣợc bởi quá trình trùng hợp khoảng từ 400C800C Trong 4 phƣơng pháp trên thì phƣơng pháp dung dịch rất ít đƣợc sử

dụng triong sản xuất vì rất tốn kém, do tiêu hao nhiều dung môi với độ tinh

khiết cao, thời gian tiến hành trùng hợp tƣơng đối dài,...

I.1.Trùng hợp khối:[8]

Trùng hợp khối là phƣơng pháp mà monome tiến hành trùng hợp trong

chính nó và không thêm chất thứ hai làm môi trƣờng. Là phƣơng pháp đơn

giản nhƣng ít đƣợc sử dụng do sản phẩm thu đƣợc tạo thành ở dạng khối nên

việc gia công và tháo sản phẩm gặp nhiều khó khăn.

Trùng hợp khối có ƣu điểm là polyme thu đƣợc rất sạch vì không bị

lẫn các chất thêm vào nhƣ ở các phƣơng pháp khác. Nhƣng phƣơng pháp này

còn tồn tại nhiều khuyết điểm rất cơ bản vì không có chất làm môi trƣờng

nên sự thoát nhiệt sinh ra khi phát triển mạch rất khó khăn, phản ứng càng sâu

độ nhớt của khối phản ứng càng sâu độ nhớt của khối phản càng tăng, truyền

nhiệt kém dẫn đến quá nhiệt cục bộ, chế độ nhiệt không đồng đều trong toàn

khối, do vậy độ đồng điều về trọng lƣợng phân tử của polyme rất kém.

Nhƣ vậy, phƣơng pháp trùng hợp khối hệ phản ứng chỉ có monome và

chất khởi đầu. Chất khởi đầu thƣờng dùng là peroxit hữu cơ, có thể thay chất

khởi đầu bằng các tia bức xạ năng lƣợng cao. Sản phẩm có độ sạch cao,

không cần qua công đoạn tẩy rửa vì thế dây chuyền công nghệ rất đơn giản.

Quá trình sản xuất 1 giai đoạn đƣợc phát minh bởi Pechiney – Stgobain

vào năm 1960. Là quá trình dị thể do polyme không tan trong monome, phản

ứng tự xúc tác bởi sự có mặt của polyme làm chất khơi mào. Quá trình này

có nhƣợc điểm gây ra hiện tƣợng quá nhiệt cục bộ, do phản ứng toả nhiệt lớn nhƣng môi trƣờng phản ứng dẫn nhiệt kém. Để khắc phục nhƣợc điểm trên

ngƣời ta đƣa ra quá trình sản xuất 2 giai đoạn. Giai đoạn 1 đƣợc thực hiện

giống nhƣ một chất lỏng với sự chuyển đổi khoảng 15  20%. Giai đoạn 2

đƣợc thực hiện giống nhƣ một chất bột với sự chuyển đổi 80  85%.

Hiện nay phƣơng pháp sản xuất này dùng ở phòng thí nghiệm để

nghiên cứu động học của phản ứng trùng hợp PVC, và dùng nghiên cứu polyme mới. I.2.Trùng hợp dung dịch: [8]; [9]

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -26-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Trùng hợp dung dịch khắc phục đƣợc khuyết điểm cơ bản của trùng

hợp khối, sự truyền nhiệt trong khối phản ứng rất điều hoà nhờ có dung môi

là chất dẫn nhiệt tốt đã khắc phục đƣợc hiện tƣợng quá nhiệt cục bộ.

Dung môi dùng trong trùng hợp dung dịch có hai loại:

 Dung môi hoà tan cả monome và polyme, polyme thu đƣợc ở dạng

dung dịch có thể sử dụng trực tiếp hoặc tách ra bằng cách kết tụ hay cho bay

hơi dung môi.

 Dung môi chỉ hoà tan monome, không hoà tan polyme. Trong trƣờng

hợp này còn gọi là trùng hợp dung dịch huyền phù vì polyme tạo thành dƣới

dạng hạt nhỏ phân tán trong môi trƣờng.

Khi trùng hợp dung dịch sẽ cho polyme trọng lƣợng phân tử bé vì nồng

độ monome bị giảm thấp, hơn nữa dung môi ít nhiều đều có tác dụng chuyển

mạch nên càng làm cho trọng lƣợng phân tử càng giảm hơn. Khi trùng hợp

dung môi cho vào trƣớc sau đo đến VC lỏng. Chất khởi đầu thƣờng dùng là

peroxit benzoil. Thời gian trùng hợp tƣơng đối dài và dung môi tiêu hao nhiều

nên ít dùng phƣơng pháp này để sản xuất trong thực tế. Phƣơng pháp này chỉ

sử dụng trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu những qui luật phản ứng vận

tốc trùng hợp không lớn lắm. Hiện nay, trùng hợp dung dịch chỉ sử dụng đồng

trùng hợp VC với các monome khác tuỳ theo yêu cầu sản xuất.

I.3. Trùng hợp huyền phù: [ 8];[9]

Trùng hợp huyền phù là phƣơng pháp có tầm quan trọng lớn trong tổng

hợp các hợp chất cao phân tử, cùng với trùng hợp nhũ tƣơng là hai phƣơng

pháp quan trọng trong trùng hợp PVC. Trùng hợp huyền phù, hệ phản ứng

gồm monome, chất khi mào, môi trƣờng phân tán, và chất ổn định huyền phù.

Trong trùng hợp huyền phù monome đƣợc chuyển hoá thành các giọt phân tán trong môi trƣờng đồng nhất dƣới tác dụng của chất ổn định huyền

phù. Do chất khơi mào tan trong monome, nên quá trình kích thích và trùng

hợp đều xảy ra trong các hạt monome lơ lửng trong môi trƣờng nƣớc nhờ

khuấy trộn mạnh, monome không tan trong nƣớc đƣợc phân bố trong nƣớc thành các giọt nhỏ có kích thƣớc 5.10-6  10.10-6 m . Mỗi giọt monome trong hệ thống hệ huyền phù có thể đƣợc coi là những thiết bị phản ứng trùng hợp khối cực nhỏ, có bề mặt thoát nhiệt với môi trƣờng nƣớc lớn nên tránh đƣợc hiện tƣợng qúa nhiệt cục bộ khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của trùng hợp khối.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -27-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Trong quá trình phát triển của khối phản ứng, các hạt huyền phù có

khuynh hƣớng dính vào nhau thành hạt lớn hơn làm tăng độ nhớt bên trong

các hạt và quá trình chia nhỏ các giọt đã keo tụ rất khó. Để ngăn chặn hiện

tƣợng này hay ổn định huyền phù, phải thêm các chất ổn định. Chất ổn định

thƣờng dùng là các polyme tan trong nƣớc phổ biến là: gielatin, rƣợu poly

vinylic, cacboxy metyl xenluloza, tinh bột, PVA,... Các chất này tạo màng

xung quanh giọt chất lỏng và ngăn cản các giọt chất lỏng này keo tụ lại với

nhau. Kích thƣớc các hạt huyền phù phụ thuộc vào cƣờng độ khuấy trộn và

bản chất của chất ổn định.

Ở giai đoạn đầu của quá trình trùng hợp huyền phù, độ chuyển hoá

chƣa đáng kể (12%) các hạt PVC rất nhỏ xuất hiện bên trong các giọt

monome, các hạt PVC này sẽ chuyển đến bề mặt phân cách của nứơc và VC,

kết quả tạo ra các màng bao bọc xung quanh các giọt. Màng nhầy này có tính

chất của polyme liên kết ngang vì thế nó không tan trong trong chất hoá dẻo ở

nhiệt độ cao. Cấu trúc của hạt PVC rất quan trọng là vì PVC là vật liệu nhạy

nhiệt nên nó có khả năng chuyển hoá thành phẩm PVC có khả nằng hấp thụ

các phụ gia đặc biệt là chất hoá dẻo.

Trong trùng hợp cho muối đệm để điều chỉnh pH của pha nƣớc và

không tan trong suốt giai đoạn trùng hợp. Một lƣợng nhỏ tác nhân chống tạo

bọt có thể làm giảm khả năng tạo bọt của sản phẩm khi đƣợc tháo ra từ cuối

bình phản ứng ở giai đoạn trùng hợp.

Quá trình phản ứng xảy ra trong thời gian dài, nhiệt độ phản ứng 600C và đƣợc duy trì trong suốt giai đoạn phản ứng; đến khi áp suất bắt đầu giảm

do polyme đã tham gia phản thì lúc này mức độ chuyển hoá khoảng 80% và

không còn monome tự do. Chất khởi đầu thƣờng dùng là peroxyt benzoil. Polyme tạo thành ở dạng huyền phù trong nƣớc, rất dễ keo tụ thành

dạng bột và kích thƣớc khoảng 0.01  0.3 ly. Để phƣơng pháp này khi sản

xuất nâng cao độ ổn nhiệt của polyme thì không nên dùng nhiều chất khởi đầu

và không nâng cao nhiệt độ trong suốt quá trình phản ứng.

I.4. Trùng hợp nhũ tƣơng: [8]; [9]

Trùng hợp nhũ tƣơng là phƣơng pháp rất phổ biến trong sản xuất. Thành phần chính trong trùng hợp nhũ tƣơng gồm: monome, chất khởi đầu, môi trƣờng phân tán thƣờng dùng là nƣớc, dung dịch muối đệm, và chất nhũ

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -28-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

hoá. Vinyl clorua hoà tan kém nên nó có thể tham gia phản ứng trùng hợp nhũ

tƣơng. Sự phân tán vinyl clorua trong nƣớc thành những hạt rất nhỏ, gọi là hạt

nhũ hoá hay giọt ―dầu‖. Hệ nhũ tƣơng nhƣ vậy kém bền, để tạo nên hệ bền

vững ngƣời ta cho thêm chất nhũ hoá. Chất nhũ hoá cho vào khối phản ứng

sẽ làm giảm sức căng bề mặt giữa vinyl clorua và nƣớc tạo ra các giọt

monome phân tán trong nƣớc với kích thƣớc nhỏ hơn rất nhiều so với trùng

hợp huyền phù. Chất nhũ hoá thƣờng dùng là các xà phòng nhƣ olêat,

alkylsunphonat bậc hai hay muối kiềm của alkyl sunphat, palmilat,… Và cũng

nhờ chất nhũ hoá mà hệ chất nhũ tƣơng tạo thành ổn định, tạo thành lớp vỏ

bảo vệ không cho các hạt dính vào nhau. Ngoài môi trƣờng và chất nhũ hoá

còn đƣa thêm vào khối phản ứng chất đệm để giữ cho pH ở một giá trị nhất

định đảm bảo cho hệ nhũ tƣơng bền vững.

Với hệ thống chất khơi mào oxy hoá khử, có thể thực hiên phản ứng nhanh hơn tại nhiệt độ thấp khoảng 200C, gần đây trong phòng thí nghiệm có thể thực hiện phản ứng ở 00C với (NH4)2S2O8, K2S2O8. Hiện nay trong sản xuất PVC ngƣời ta thƣờng sử dụng các peroxyt hữu cơ là những chất khơi

mào điển hình, bisunphit và muối sắt là những tác nhân khử có ích.

Ngoài thành phần chính, trong trùng hợp nhũ tƣơng còn cho thêm vào

khối phản ứng chất điều chỉnh tính chất và trọng lƣợng phân tử polyme.

Sản phẩm tạo thành trong quá trình trùng hợp ở dạng latex, kích thƣớc hạt rất bé 0.01 10-6 đến 10-6m, khối lƣợng phân tử lớn, độ đồng đều cao, nhiệt độ phản ứng thấp. Vì thế phƣơng pháp này đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣng có

nhƣợc điểm sản phẩm bị nhiễm bẫn chất nhũ hoá nên tính chất cách điện của

polyme kém.

Khi trùng hợp nhũ tƣơng vì độ hoà tan của chất nhũ hoá trong nƣớc rất nhỏ, do đó khi nồng độ quá giới hạn các chất nhũ hoá tập hợp lại thành từng

nhóm từ vài chục đến vài trăm phân tử và tạo thành misel. Cấu tạo của misel

gồm hai phần: phần có cực của chát nhũ hoá hƣớng ra ngoài, còn gốc hydro

cacbon hƣớng vào trong.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -29-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

VC là Monome hoàn toàn không tan trong nƣớc khi cho vào dung dịch

chất nhũ hoá, thì một phần phân tán trong nƣớc còn phần khác thì chui vào

các misel, hoà tan trong gốc cacbua của chất nhũ hoá phần này đƣợc xem nhƣ

―hoà tan‖ trong nƣớc. Nhƣ vậy trong hệ nhũ tƣơng gồm hai loại hạt: một loại

hoàn toàn gồm các phân tử monome có ranh giới phân chia chúng với môi

trƣờng nƣớc bền bởi sức căng bề mặt rất lớn, còn loại kia là những misel hoà

tan monome và nƣớc môi giới là chất nhũ hoá.

Các thuyết về cơ chế trùng hợp nhũ tƣơng thống nhất phản ứng không

thể bắt đầu ở các giọt ―dầu‖ vì chất khởi đầu không tan trong monome, sự tiếp

xúc giữa chất khởi đầu nằm ở pha nƣớc với monome ở trạng thái cacbua

hyđro là khó khăn. Vậy phản ứng trùng hợp xảy ra ở hạt misel

I.5.So sánh giữa các phƣơng pháp:[13]

Khi sản xuất PVC bằng 4 phƣơng pháp thì phƣơng pháp trùng hợp

bằng dung dịch ít đƣợc sử dụng vì phƣơng pháp này đòi hỏi lƣợng dung lớn

và có độ tinh khiết cao. Với phƣơng pháp trùng hợp khối sản phẩm thu đƣợc

có độ sạch cao, dây chuyền công nghệ đơn giản do đó giảm chi phí cho dây

chuyền. Nhƣng có nhƣợc điểm là sản phẩm thu đƣợc ở dạng khối nên rất khó

gia công, khó tháo sản phẩm và xảy ra hiện tƣợng quá nhiệt cục bộ,... nên

phƣơng pháp này ít đƣợc dùng. Hai phƣơng pháp trùng hợp theo huyền và

nhũ tƣơng đƣợc sử dụng rất rộng rãi hiện nay. Vì cả hai phƣơng pháp này

điều cho sản phẩm có độ đồng điều cao trọng lƣợng phân tử lớn và sản phẩm

rất dễ chế biến. Đặc biệt phƣơng pháp nhũ tƣơng có khả năng tiến hành trùng hợp liên tục. Nhờ khuấy đều và polyme tách ra liên tục nên sản phẩm đồng

nhất rất tốt.

II. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NHỰA PVC:

II.1.Sản xuất pvc theo phƣơng pháp huyền phù: [8],[1]

Nguyên liệu trong trùng hợp huyền phù gồm: monome vinyl clorua ở

thể lỏng, nƣớc là môi trƣờng phân tán cho vinyl clorua và hoà tan chất ổn

định, chất khơi mào, chất ổn định (thuộc họ polyme vô định hình có tính kị nƣớc), kiềm dùng để xử lý hệ huyền phù sau khi trùng hợp. Ngoài các thành

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -30-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

phần chính trên còn sử dụng dung dịch đệm, tác nhân chống tạo bọt, tác nhân

điều chỉnh khối lƣợng phân tử.

* Quá trình tiến hành trùng hợp: trùng hợp VC theo phƣơng pháp

huyền phù đƣợc thực hiện gián đoạn trong nồi cao áp làm bằng thép không rỉ,

bên trong nồi có bọc lớp vỏ gia nhiệt và làm nguội bằng nƣớc tuần hoàn, và

có cánh khuấy loại mái chèo phản ứng đƣợc tiến hành theo trình tự sau:

+ Nạp pha liên tục: pha liên tục ở đây là môi trƣờng phân tán trong các

giọt monome, trong đó chứa chất khởi đầu, keo bảo vệ, muối đệm, chất điều

chỉnh và chất chống tạo bọt. Đầu tiên cho nƣớc vào thiết bị phản ứng khoảng

1/2 thể tích thiết bị phản ứng, nƣớc trong hỗn hợp phản ứng để ở nhiệt độ

thƣờng hoặc đƣợc đun nóng nếu hút chân không. Keo bảo vệ đƣợc hoà tan trong nƣớc nóng ở 600C tại thiết bị, thời gian nạp keo bảo vệ càng nhanh càng tốt vì nếu chậm thì keo bảo vệ bị lão hoá mất tác dụng. Chất khởi đầu

cho vào thiết bị phản ứng dƣới dạng trộn lẫn trong nƣớc sau đó đậy nắp thiết

bị.

+ Hút chân không thiết bị phản ứng: trƣớc khi nạp VC phải tạo môi

trƣờng trơ (không có oxy) trong hỗn hợp phản ứng nếu có oxy sẽ cản trở quá

trình trùng hợp. Để tạo độ chân không đúng yêu cầu ta phải dùng một số

lƣợng lớn bơm chân không, do vậy nên ngƣời thƣờng sử dụng các bƣớc hút

chân không liên tiếp.

+ Tiến hành nạp monome VC: Sau khi vào thiết bị phản ứng VC ở

dạng lỏng phân tán trong nƣớc do sự khuấy trộn. Tiến hành trùng hợp VC trong khoảng nhiệt độ 40  480C tuỳ theo yêu cầu về tính chất sản phẩm. Thiết bị phản ứng có thể tích 20 – 50 m3 ngoại trừ hãng Huls 200 m3.

+ Đun nóng thiết bị phản ứng trùng hợp đến 600C bằng hỗn hợp nƣớc và hơi trong vỏ nồi phản ứng và giữ nguyên nhiệt độ cho đến hết phản ứng.

Trƣớc khi phản ứng xảy ra phải khuấy mạnh để đạt cân bằng cho hệ huyền

phù. Khi quá trình phản ứng xảy ra thì nhiệt độ trong thiết bị sẽ tăng, do đó

phải duy trì nhiệt độ phản ứng bằng nƣớc lạnh tuần hoàn ở ngoài vỏ thiết bị phản ứng. Áp suất nồi phản ứng duy trì trong khoảng 6.3 atm (400C) đến 15 atm (800C) cho đến khi áp suất trong thiết bị trong thiết bị giảm xuống bằng áp suất hơi cân bằng của VC/PVC. Khi đó độ chuyển hoá đạt 80% không còn

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -31-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

VC tự do, khi áp suất bắt đầu giảm thì ngƣời ta cho thêm một lƣợng nhỏ chất

hãm để ngừng polyme hoá trong các giai đoạn tiếp theo.

+ Loại bỏ vinyl clorua còn trong thiết bị phản ứng bằng cách giảm áp

trong nồi pảhn ứng, vinyl clorua đƣợc tách ngay trong nồi phản ứng hoặc đƣa

sang thiết bị tách.

+ Tháo sản phẩm: phản ứng kết thúc PVC ở trạng thái bột nhão sau khi

đã loại bỏ monome vinyl clorua cho qua thiết bị trao đổi nhiệt để tiếp liệu và

tiếp tục qua máy ly tâm khoảng 20%, sau đó qua thiết bị sấy khô tới khi hàm

ẩm nhỏ hơn 0.3% thì dừng sấy để loại bỏ các hạt to sau đó đƣợc đóng bao.

+ Làm sạch nồi phản ứng: là rất quan trọng vì trong quá trình phản ứng

các polyme tạo thành bám trên bề mặt trong thiết bị phản ứng gây cản trở sự

truyền nhiệt, làm tắc van,... Hiện nay trong các dây chuyền sản xuất tự động

hoá, nên ngƣời ta sử dụng vòi cao áp ( hoảng 300 atm) để làm sạch, đầu vòi

phun đƣợc đặt trong thiết bị phản ứng, có thể di chuyển lên xuống hay quay

thay thế cho nhân công.

* Giai đoạn làm sạch nhựa: sản phẩm PVC sau khi trùng hợp có rất

nhiều chất bẩn dính trộn lẫn vào nhƣ keo bảo vệ, VC không phản ứng và nƣớc

do đó cần đƣợc làm sạch.

+ Xử lý kiềm: với sự có mặt của NaOH sẽ làm phân huỷ các gốc của

chất khởi đầu và chất ổn định tạo thành các loại muối natri dễ hoà tan vào

nƣớc, dễ 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 nƣớc:

NH2  R  COOH + NaOH NH2  R  COONa + H2O

Nếu chất khởi đầu là peroxyt benzoil thì:

2(C6H5COO)2 + 4 NaOH 4 C6H5COONa + 2 H2O + O2

+ Tách VC.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -32-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

+ Ly tâm và rửa nhựa: dùng nƣớc cất 60 700C để rửa nhựa trong thiết bị thân hình trụ, đáy nón làm bằng thép không rỉ phía trong có lắp cánh

khuấy. Cuối cùng của quá trình rửa ta không tách nƣớc mà cho qua thiết bị ly

tâm để tách nƣớc. Hàm ẩm của bột PVC sau khi ly tâm khoảng 16 22%.

+ Quá trình sấy khô: sấy nhựa PVC có thể dùng thiết bị kiểu tầng sôi, thiết bị sấy phun, nhiệt độ không khí sấy, từ 1200  1400C. Hàm ẩm sau khi sấy khô nhỏ hơn 0,3%. PVC sau khi sấy khô qua hệ thống cyclon thu hồi, tuỳ

theo yêu cầu mà có thể tiến hành các bƣớc sàn-nghiền,... rồi sau đó đóng bao

và lƣu kho.

II.2. Sản xuất PVC theo phƣơng pháp nhũ tƣơng: [8];[1]

Phƣơng pháp này có thể tiến hành liên tục hay gián đoạn.

Với trƣờng hợp gián đoạn dùng thiết bị phản ứng loại dung tích vài m3 có lót chì, có thể làm việc ở áp suất dƣới 10 atm, có cánh khuấy, có vỏ bọc

ngoài để bảo vệ và có thể chiụ đƣợc áp suất 15 atm. Cánh khuấy đƣợc quay

tròn với vận tốc 1020 vòng phút để trộn đều hỗn hợp phản ứng.

Hỗn Hợp phản ứng gồm có nƣớc cất, clorua vinyl lỏng, chất khởi đầu (tan trong nƣớc nhƣ H2O2), chất nhũ hoá, chất điều chỉnh pH của môi trƣờng, chất điều chỉnh sức căn bề mặt. Chất nhũ hoá chiếm khoảng 0,1  0,5% trọng

lƣợng clorua vinyl. Chất điều chỉnh pH của môi trƣờng là các muối đệm nhƣ

axetac natri, axit photphoric,...pH càng cao chất khởi đầu loại peroxyt bị phân

huỷ càng mạnh và phản ứng xảy ra nhanh hơn, thƣờng giữ pH ở khoảng 6,5 

7,0. Cần giảm sức căng bề mặt của môi trƣờng để tăng độ phân tán của

Polyme, các chất thƣờng dùng poly vinylic,...với số lƣợng khoảng 0,1 0,5%

lƣợng monome. Quá trình tiến hành trùng hợp tóm tắt nhƣ sau : đầu tiên dùng nƣớc nóng đƣa nhiệt độ hỗn hợp phản ứng lên 40  50oC, áp suất trong thiết

bị phản ứng lên đến 5  7 atm. Thời gian kích động trùng hợp kéo dài vài giờ,

sau đó là thời gian phản ứng trùng hợp toả nhiệt làm tăng nhanh áp suất nên cần phải cho nƣớc lạnh vào để điều chỉnh nhiệt độ, giữ nguyên áp suất . Tốt nhất là nhiệt độ không lệch quá ± 20C và áp suất ± 0,2atm. Khi phản ứng phản ứng trùng hợp kết thúc áp suất sẽ giảm xuống.

Cuối cùng muốn tách polyme ra khỏi nhũ tƣơng có thể dùng các biện

pháp sau:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -33-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

+ Cho chất nhũ tƣơng liên tục qua tủ sấy kiểu thùng quay.

+ Cho chất nhũ tƣơng liên tục phun qua hệ thống sấy khô.

+ Kết tủa nhũ tƣơng bằng cách ly tâm rồi sáy khô polyme trong thùng

sấy chân không.

Trong thời gian gần đây đã tiến hành trùng hợp nhũ tƣơng liên tục

trong nƣớc. Thiết bị gồm một hay hai nồi trùng hợp đặt liền nhau, kiểu thẳng đứng đƣờmg kính 1,5 ÷1,8 mét và cao 7 ÷8 mét có thể làm việc dƣới áp suất 10atm, có vỏ ngoài để đun nóng hay làm lạnh, có cánh khuấy. Quá trình tiến

hành nhƣ sau: Đầu tiên đổ đầy đến 70% dung dịch chất nhũ hoá và chất khởi đầu (theo tỷ lệ 17:1) rồi đun nóng hỗn hợp lên 45 ÷550C. Khi nhiệt độ tăng chứng tỏ phản ứng trùng hợp đã bắt đầu thì cần phải làm lạnh.

Điều chỉnh quá trình bằng tỉ trọng của hỗn hợp phản ứng : khi tỉ trọng

của hỗn hợp phản ứng đạt 1,07 thì bắt đầu cho nguyên liệu vào và lấy sản

phẩm nhựa ra với những lƣợng bằng nhau. Khi quá trình dần sang giai đoạn

liên tục. Khi tỷ trọng của hỗn hợp phản ứng 1,10 thì liên tục cho nguyên liệu vào và lấy nhựa ra. Thiết bị làm việc nhƣ vậy từ 10 ÷12 ngày, sau đó ngừng sản xuất để rửa sạch polyme dính ở thành thiết bị. Ngày nay, việc tự động hoá

đã dùng hệ thống rửa bằng vòi cao áp đặt bên trong thiết bị phản ứng nên đã

hạn chế đƣợc nhân công làm việc. Polyme thu đƣợc ở dạng latex chuyển sang

lọc tách các hạt to, sau đó chuyển latex đi keo tụ, rửa lọc và sấy khô. Năng suất của thiết bị khoảng 25 kg polyme tính với 1m3 dung tích trong giờ. Dùng phƣơng pháp này có thể điều chỉnh độ trùng hợp bằng cách thay đổi nhiệt độ

hoặc là tính chất và số lƣợng chất khởi đầu.

Do những tính chất ƣu việc của phƣơng pháp nhũ tƣơng và yêu cầu của

đề tài nên em chọn quá trình trùng hợp nhũ tƣơng để sản xuất PVC từ VC.

III.GIỚI THIỆU MỘT SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT:

III.1 .Sơ đồ sản xuất PVC liên tục theo phƣơng pháp nhũ tƣơng:[8]

Thuyết minh sơ đồ: Dung dịch chất nhũ hoá, dung dịch xúc tác, nƣớc

với thành phần đã biết trƣớc cho vào thiết bị trộn (1) và đƣợc bơm (2) đƣa vào thiết bị phản ứng (3) với nhiệt độ khoảng 400C cùng với vinyl clorua đƣợc đƣa vào trên đỉnh tháp. Phản ứng trùng hợp xảy ra và kết quả ta thu đƣợc ở đáy thiết bị phản ứng (3), Sản phẩm từ đáy thiết bị (3) đƣợc đƣa sang

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -34-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg thiết bị (4) nhiệt độ phản ứng 600C để thực hiện phản ứng sâu hơn đồng thời làm tăng tính chất của dung dịch. Kết thúc phản ứng trùng hợp sản phẩm

chuyển vào các thiết bị chứa (5) và (6). Tại đây hơi còn lại của quá trình phản

ứng đƣợc xử lý tách đƣợc vinyl clorua và cho vinyl clorua hồi lƣu trở lại. Sản

phẩm còn lại ở đáy thiết bị (5) và (6) ở dạng Latex. Sản phẩm đƣợc lấy ra

bằng 3 con đƣờng: bằng con đƣờng qua thiết bị thùng quay (7), qua thiết bị

sấy phun (8) , bằng cách keo tụ rồi qua mấy ly tâm đến thiết bị sấy chân

không (9) và (10). Sản phẩm PVC thu đƣợc chuyển vào kho chứa và sử dụng.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -35-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

III.2. Sơ đồ sản xuất PVC theo phƣơng pháp nhũ tƣơng: [4]

Thuyết minh dây chuyền công nghệ:

Quá trình sản xuất liên tục, theo phƣơng pháp trùng hợp nhũ tƣơng.

Vinyl clorua từ thùng chứa (1) đƣợc bơm đƣa vào phần trên đỉnh tháp thiết bị

phản ứng (2) cùng với chất nhũ hoá, chất nhũ tƣơng và nƣớc đƣợc cho vào. Thiết bị phản ứng (2) có cánh khuấy và nhiệt độ trong thiết bị khoảng 600C phản trùng hợp xảy ra và sản phẩm ở đáy đƣợc bơm vận chuyển vào thùng

chứa PVC dạng latex (3), sản phẩm từ thùng chứa (3) đƣợc bơm đƣa vào phần

trên của tháp tách VCM (4). Tại thiết bị (4), dung dịch chia làm 2 phần:

Phần nặng lấy ra từ đáy đƣợc bơm vận chuyển vào phần trên thiết bị

sấy phun cùng với khí nóng vào thiết bị sấy phun. Sản phẩm ở thiết bị sấy

phun (5) đƣợc lấy ra bằng hai đƣờng, một phần vào thiết bị lọc có vải xốp làm

việc ở chế độ chân không (6) và một phần lấy ra từ đáy thiết bị (5). Sản phẩm

đƣợc đẩy đi rất chậm vào thiết bị nghiền (10) những hạt kích thƣớc lớn đƣợc

nghiền nhỏ và tiếp tục đƣợc đƣa vào thiết bị lọc có vải xốp làm việc ở chế độ

chân không (6) và tiếp tục đƣa qua lƣới sàn (7), những phân tử kích thƣớc

lớn bị loại ra còn những phân tử kích thƣớc bé sẽ đƣợc đƣa vào kho chứa sản

phẩm (8) và sản phẩm PVC (9) đƣợc lấy ra sử dụng.

Phần nhẹ lấy ra từ thiết bị (4) qua trao đổi nhiệt và lấy ra kết hợp cùng

với khí tạo ra ở thiết bị (2), thiết bị (3) đƣợc đƣa vào thiết bị giữ khí (11) và

tiếp tục đƣợc đƣa vào tháp tách khí (13) vào thiết bị thu hồi VC (12) và đƣợc

hồi lƣu trở lại.

Đây là sơ đồ sản xuất cho năng suất cao và làm việc liên tục nên thích

hợp với quá trình thiết kế nên em lựa chọn công nghệ này để sản xuất.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -36-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

III.3. Sơ đồ sản xuất PVC theo phƣơng pháp huyền phù: [5]

Thuyết minh dây chuyền công nghệ của hãng chisocorp:

Quá trình sản xuất gián đoạn, trùng hợp vinyl clorua theo phƣơng pháp

huyền phù. Thiết bị phản ứng chuẩn có các kích thƣớc là 60, 80, 100 hay 130 m3. Thiết bị phản ứng có cánh khuấy (1) chứa nƣớc, chất phụ gia và vinyl clorua. Trong suốt quá trình phản ứng nhiệt độ đƣợc điều khiển giữ ở nhiệt độ

nhất định quá trình làm lạnh bằng nƣớc hoặc bằng nƣớc lạnh. Khi phản ứng

kết thúc sản phẩm đƣợc chuyển xuống thiết bị thổi bay (2), tại đây vinyl

clorua chƣa phản ứng đƣợc tách ra. Thiết bị phản ứng đƣợc rửa sạch và phun

tác nhân chống tạo cặn để chuẩn bị cho quá trình sản xuất tiếp theo. Bột nhão

PVC còn chứa vinyl clorua tiếp tục đƣợc cho qua cột rửa (3) có khả năng thu

hồi vinyl clorua rất lớn mà không ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm PVC.

Sau quá trình rửa bột nhão đƣa sang quá trình tách nƣớc tại thiêt bị (4) và sấy

khô (5). Sau đó bột đƣợc chuyển qua các thiết bị xyclon chứa. VC thu hồi

đƣợc chứa trong thiết bị chứa khí (6) sau đó qua thiết bị nén và làm lạnh

ngƣng tụ để tái sinh cho quá trình trùng hợp tiếp theo.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -37-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

III.4. Sơ đồ sản xuất PVC theo phƣơng pháp huyền phù: [5]

Thuyết minh dây chuyền công nghệ của hãng Inovyl B.V:

Quá trình sản xuất PVC gián đoạn theo phƣơng pháp trùng hợp huyền phù trong nƣớc. Thiết bị phản ứng chuẩn 140 m3, thiết bị phản ứng có cánh khuấy (1), thùng chứa phụ gia (2). Thiết bị phản ứng thực hiện sự chuyển hoá

trên 94%. Nƣớc, phụ gia và VC cho vào thiết bị phản ứng (1), trong suốt quá

trình phản ứng nhiệt độ đƣợc giữ ở một nhiệt độ nhất định phụ thuộc vào quá

trình làm lạnh bằng nƣớc, thiết bị phản ứng có vỏ bọc ngoài và nƣớc thải khi

làm lạnh thải ra ngoài. Không dùng thiết bị làm lạnh bằng sinh hàn hơi nƣớc ở

thủ đô vì giá thành để xử lý nƣớc thải. Khi phản ứng trùng hợp kết thúc PVC

ở dạng huyền phù đặc đƣợc đƣa qua thiết bị thổi bay (3), tại đây VC chƣa

phản ứng đƣợc tách ra. Còn bột nhão vẫn còn chứa VC tiếp tục chuyển vào

tháp tách rửa VC (5) và hồi lƣu, VC thoát ra từ (3) và (5) đƣợc thu vào tháp

thu hồi (4) để xử lý và hồi lƣu trở lại. Lƣợng VCM vẫn còn thừa tiếp tục vào

tháp chƣng cất bằng hơi nƣớc dạng cột, cột này đƣợc thiết kế với kích thƣớc

nhỏ đặc biệt để làm sạch sản phẩm biến chất và sản phẩm thải. Khi qua cột

này VCM đƣợc tách ra đến nhỏ hơn phần triệu. Sản phẩm ra khỏi thiết bị (5)

và thiết bị chứa PVC bột nhão (6), sản phẩm tiếp tục đƣợc làm khô và ly tâm

tại thiết bị (7) vào thiết bị sấy (9). Sản phẩm ra khỏi (9) đƣợc phân loại tại

(10) và thu sản phẩm. Chất chống tạo nhựa bám của hãng Inovyl có tên

thƣơng mại là EVICAS 90 đƣợc sử dụng nhiều trên thế giới, 80% lƣợng PVC

sản xuất đƣợc trên thế giới sử dụng chất EVICAS 90 này.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -38-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

TÍNH TOÁN

PHẦN II : A. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT:

I. Tính năng suất trong một ngày làm việc:

Thời gian làm việc đƣợc xác định: số ngày làm việc trong một năm là

365 ngày.

Trong đó: số ngày nghỉ lễ tết : 6 ngày

số ngày nghỉ sửa chửa nhỏ : 4 ngày

số ngày nghỉ sửa chửa lớn : 15 ngày.

Tổng số ngày nghỉ : 25 ngày.

Vậy số ngày làm việc trong một năm là:

365 - 25 = 340 ngày.

Năng suất làm việc trong một ngày là:

40000 : 340 = 117,647 tấn/ngày.

* Thời gian bố trí sản xuất:

+ Thời gian lƣu của hỗn hợp phản ứng trong thiết bị phản ứng :

 Giai đoạn 1: Uvc  0,72 Phƣơng trình động học của phản ứng:

Suy ra:

Lấy tích phân 2 vế của phƣơng trình, ta đƣợc:

= t = t1 =

= 4 (h) t1 =

 Giai đoạn 2: Uvc  0,72

Theo đề tài yêu cầu ta có phƣơng trình cân bằng vật chất của phản

ứng:

(1)

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -39-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Với Cvc đƣợc xác định theo công thức:

Trong đó:

ρ0 : khối lƣợng riêng của VC tại thời điểm, Uvc =0 ,72.

ρ : khối lƣợng riêng của VC tại thời điểm bất kì.

: Nồng độ của VC tại thời điểm Uvc = 0,72.

= ρ = const vì nhiệt dộ và áp suất không đổi .

ρ0

Biểu thức (2) có thể viết : Cvc =

 Cvc = (1- Uvc) (3)

Lấy đạo hàm theo thời gian biểu thức (3) ta đƣợc:

Thay (3) và (4) vào (1) ta đƣợc:

Suy ra :

Lấy tích phân hai vế của (5) ta đƣợc:

t2 = t =

Trong thực tế VC chuyển hoá không quá 90%, chọn Uvc= 0,9.

Khi đó : t2 =

= 1560(phút) = 26 (giờ).

Thời gian lƣu của hỗn hợp là:

t3 =t2+ t1 = 26 + 4 = 30 (giờ).

Thời gian gia nhiệt cho nồi phản ứng : 1 giờ. Thời gian nạp liệu : 30 phút.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -40-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Thời gian xử lý sản phẩm sau khi trùng hợp và chuẩn bị cho lần

sau là : 4 giờ 30 phút.

Thời gian tổng cộng là : 36 giờ.

Ngày bố trí làm việc 3 ca, mỗi ca 8 giờ.

II. Tính cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm:

Đơn phối liệu sử dụng:

 Tỉ lệ : nƣớc/vinylclorua là 1,4.

 Chất khơi mào Peroxyt Benzoil (POB) : 0,1% lƣợng Vinylclorua.

 Chất nhũ hoá : 0,1% lƣợng Vinylclorua.

 Chất đệm H3PO4(90%) : 0,5% lƣợng Vinylclorua.

II.1.Công đoạn trùng hợp:

Sản phẩm nhựa PVC có độ ẩm là 0,3% nên lƣợng PVC có trong một

II.1.1. Tính lƣợng VC và lƣợng chất khơi mào : tấn sản phẩm là:

Hiệu suất chung toàn quá trình là 98%, hao hụt sản phẩm trong toàn bộ

quá trình là 100% - 98% = 2%.

Gồm:

 Giai đoạn sấy _ đóng bao : 0,5%.

 Giai đoạn ly tâm_ rửa nhựa : 1%.

 Giai đoạn chuẩn bị lƣờng : 0,5%.

*. Hao hụt của quá trình sấy _ đóng bao: 0,5%, ta có:

Lƣợng nhựa PVC trƣớc khi sấy đóng bao:

Lƣợng PVC hao hụt trong quá trình sấy _ đóng bao là:

1001,985 – 997 = 4,985 (kg).

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -41-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

*. Hao hụt giai đoạn ly tâm rửa nhựa là 1%, nên ta có:

- Lƣợng PVC trƣớc khi ly tâm _ rửa nhựa:

- Lƣợng PVC hao hụt trong quá trình ly tâm rửa nhựa là:

1012,005 – 1001,985 = 10,02 (kg).

*. Hao hụt trong quá trình lƣờng là 0,5%, do đó:

+. Lƣợng VC tham gia vào quá trình chuyển hoá là :

- Vì chỉ chuyển hoá 90% nên lƣợng VC cần dùng cho trùng hợp là:

- Hiệu suất chung là 98% nên lƣợng VC cần dùng là:

- Độ nguyên chất của VC là 99,9%, do đó lƣợng VC cần dùng ban đầu

là:

- Lƣợng VC không phản ứng là:

1142,832 – 1006,97 = 135,862(kg).

- Vì hao hụt do lƣờng là 0,5%, nên lƣợng VC trƣớc khi lƣờng là:

- Hao hụt do lƣờng là:

1148,546 – 1142,832 = 1,816 (kg).

+. Lƣợng chất khơi mào cần cho trùng hợp:

- Lƣợng chất khơi mào tham gia vào quá trình chuyển hoá để tạo 1 tấn

sản phẩm là:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -42-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Vì hiệu suất chung là 98%, do đó lƣợng chất khởi đầu cần dùng là:

- Lƣợng chất khơi mào không tham gia vào quá trình chuyển hoá:

1,166 – 1,143 = 0,023 (kg)

Độ nguyên chất của chất khơi mào là 98%, lƣợng chất khơi mào cần

dùng là:

- Vì hao hụt do lƣờng là 0,5% nên lƣợng chất khơi mào cần dùng là:

- Lƣợng chất khơi mào hao hụt là:

1,196 – 1,190 = 0,006 (kg).

II.1.1.2. Tính lƣợng chất điều chỉnh pH (H3PO4,90%) và chất nhũ hoá:

*. Tính lƣợng H3PO4,90%: chiếm 0,5% lƣợng VC.

Lƣợng H3PO4 cần dùng:

Vì hao hụt do lƣờng là 0,5% nên lƣợng H3PO4 cần dùng ban đầu

là:

Lƣợng H3PO4 90% hao hụt là: 5,771 – 5,743 = 0,028(kg).

*. Tính lƣợng chất nhũ hoá:

Lƣợng chất nhũ hoá chiếm 0,1% lƣợng VC nên lƣợng chất nhũ hoá cần

dùng là:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -43-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Hao hụt do lƣờng là 0,5% nên lƣợng chất nhũ hoá ban đầu là:

Lƣợng chất nhũ hoá hao hụt do lƣờng là:

1,149 – 1,155 = 0,006 (kg).

II.1.1.3.Tính lƣợng nƣớc:

- Lƣợng nƣớc dùng chiếm gấp 1,4  lƣợng VC, do đó lƣợng VC cần

dùng là:

1148,546  1,4 = 1607,964 (kg)

- Hao hụt trong chuẩn bị _ lƣờng là 0,5% nên lƣợng nƣớc cần dùng ban

đầu là:

- Lƣợng nƣớc tổn hao do lƣờng là:

1616,004 – 1607,964 = 8,04 (kg).

- Lƣợng nƣớc dùng cho quá trình gồm:

+. Nƣớc pha dung dịch chất nhũ hoá:

Để tạo dung dịch chất nhũ hoá 5%, cần dùng:

+. Nƣớc pha chất khơi mào:

Để tạo dung dịch 30% thì cần dùng:

+. Nƣớc cho trực tiếp vào nồi phản ứng:

1616,004 – (21,945 + 2,791) = 1591,268 (kg).

Từ các số liệu tính toán trên ta có bảng cân bằng vật chất cho 1 tấn sản

phẩm trong công đoạn trùng hợp .

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -44-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Bảng 1: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm trong công đoạn trùng hợp

(kg)

Lƣợng vào Nguyên liệu Lƣợng ra Tổn hao

VC 99,9% 1148,546 135,862 1,816

Chất khơi mào 1,166 0,023 0,006

Chất đệm 5,771 5,743 0,028

Chất nhũ hoá 1,155 1,149 0,006

Nƣớc 1616,004 1607,964 8,04

PVC 1012,005

Tổng 2772,642 2762,746 9,896

II.2.Công đoạn ly tâm và rửa nhựa:

Tiến hành rửa nhựa bằng nƣớc cất nóng 60700C , ly tâm thật sạch đến

phản ứng trung hoà.

Tiến hành rửa 3 lần, mỗi lần 250 lit/400 kg hỗn hợp.

Lƣợng nƣớc cần dùng cho 1 lần rửa:

Lƣợng nƣớc cần dùng để rửa hỗn hợp tƣơng ứng với 1 tấn sản phẩm:

1762,716 x 3 = 5180,149 (kg).

Sau khi ly tâm và rửa nhựa, độ ẩm của sản phẩm còn lại là 16%.

Lƣợng nƣớc có trong nhựa là:

Từ các số liệu tính đƣợc ta có bảng sau:

Bảng 2: Cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm trong công đoạn ly

tâm_ rửa nhựa: (kg)

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -45-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Nguyên liệu Lƣợng vào Lƣợng ra Tổn hao

Lƣợng Chất không

nhựa phản ứng

VC 99,9% 135,862 135,862

Chất khơi mào 0,023 0,023

Chất đệm 5,743 5,743

Chất nhũ hoá 1,149 1,149

Nƣớc 1607,964 1607,964

PVC 1012,005 1001,985 10,02

Nƣớc rửa nhựa 5180,149 160,320 5019,829

Tổng 7942,877 1162,305 6770,552 10,02

II.3. Công đoạn sấy _ đóng bao: Lƣợng nhựa ra với lƣợng ẩm 16%, thực hiện quá trình sấy và đóng bao

và sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm 0,3%.

Ta có bảng sau:

Bảng 3: Cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm ở công đoạn sấy _đóng bao:

(kg)

Lƣợng ra Tên nguyên liệu Lƣợng vào Tổn hao

PVC 1001,985 997 4,985

Nƣớc 160,320 3 157,320

Tổng 1162,305 1000 162,305

III. Tính cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm:

Với năng suất 40.000 tấn / năm = 4.107 kg/năm. Chọn 4 thiết bị làm việc liên tiếp. Nên công suất mỗi thiết bị là: 4.107 kg/năm : 4 = 107 kg/năm = 10.000 tấn/năm.

Các thiết bị làm việc cách nhau 9 giờ, nhƣ vậy cứ 9 giờ ta có một mẻ

sản phẩm. Một năm thiết bị làm việc 340 ngày.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -46-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Số mẻ sản phẩm trong một năm của một thiết bị là:

(mẻ)  907 mẻ

Mỗi mẻ một thiết bị làm việc sẽ đạt năng suất:

(tấn PVC/mẻ) Qmẻ

III.1.Công đoạn trùng hợp:

- VC cần cho một mẻ sản phẩm là:

1148,546  11,029 = 12667,314 (kg)

- Chất khơi mào cần cho 1một mẻ sản phẩm là:

1,166  11,029 = 12,86 (kg)

- Chất đệm cần cho một mẻ sản phẩm là:

5,771  11,029 = 63,648 (kg).

- Chất nhũ hoá cần cho một mẻ sản phẩm là:

1,155  11,029 = 12,739 (kg).

- Lƣợng nƣớc cất cần cho một mẻ sản phẩm là:

1616,004  11,029 = 17882,908 (kg).

- Lƣợng VC không tham gia chuyển hoá ở một mẻ sản phẩm là:

135,862  11,029 = 1498,422 (kg).

- Lƣợng chất khơi mào không tham gia chuyển ở một mẻ sản phẩm là:

0,023  11,029 = 0,254 (kg).

- Lƣợng PVC có trong một mẻ sản phẩm là:

1012,005  11,029 = 11161,403 (kg).

Trong giai đoạn trùng hợp tổn hao do lƣờng là 0,5% nên ta có: - Lƣợng VC tổn hao do lƣờnglà:

12667,314  0,5% = 63,337 (kg).

- Lƣợng chất khơi mào tổn hao là:

12,86  0,5% = 0,064 (kg).

- Lƣợng chất đệm tổn hao là:

63,648  0,5% = 0,318 (kg).

- Lƣợng chất nhũ hoá tổn hao là:

12,739  0,5% = 0,064 (kg).

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -47-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

- Lƣợng nƣớc bị tổn hao là :

17822,908  0,5% = 89,115 (kg).

Từ các số liệu tính đƣợc ta có bảng sau:

Bảng 4: Cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm trong công đoạn

trùng hợp (kg).

Tên nguyên liệu Lƣợng vào Lƣợng ra Tổn hao

VC 99,9% 12667,314 1498,422 20,029

Chất khơi mào 12,860 0,254 0,066

Chất đệm 63,648 63,339 0,309

Chất nhũ hoá 12,739 12,673 0,066

Nƣớc 17822,908 17734,245 88,663

PVC 11161,403

Tổng 30579,469 30470,336 109,143

III.2.Công đoạn ly tâm và rửa nhựa:

- Lƣợng nƣớc cất cần dùng cho một lần rửa một mẻ sản phẩm là:

1762,716  11,029 = 19440,995 (kg).

Vì tiến hành rửa 3 lần nên lƣợng nƣớc cần dùng là:

19440,995  3 = 58322,985 (kg).

- Lƣợng nhựa ra sau công đoạn ly tâm_ rửa nhựa là:

- Lƣợng nhựa bị tổn hao ở công đoạn này là:

11273,017 – 11161,403 = 111,614 (kg).

- Sản phẩm nhựa sau khi ly tâm và rửa nhựa có độ ẩm 16%, lƣợng nƣớc

có trong nhựa là:

Từ các số liệu tính toán, ta có :

Bảng 5: Cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm trong công đoạn ly tâm_ rửa nhựa (kg).

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -48-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Lƣợng vào Lƣợng ra Tổn hao

Nhựa Chất không

Tên nguyên liệu phản ứng

VC 99,9% 1498,422 1498,422

Chất khơi mào 0,254 0,254

Chất đệm 63,339 63,339

Chất nhũ hoá 12,673 12,673

17734,245 17734,245 Nƣớc

Nƣớc rửa nhựa 57131,863 1785,825 55346,038

11161,403 11050,893 110,51 PVC

87602,199 12836,718 74654,971 110,51 Tổng

III.3. Công đoạn sấy _ đóng bao: - Lƣợng nhựa ra ở công đoạn ly tâm_rửa nhựa thực hiện quá trình sấy-

đóng bao.

Ở công đoạn này lƣợng nhựa bị tổn hao là 0,5%. - Lƣợng nhựa ra khỏi công đoạn sấy _ đóng bao là:

(kg).

- Lƣợng nhựa bị tổn hao:

11050,893 - 10995,913 = 54,98 (kg).

- Lƣợng nƣớc còn lại trong nhựa sau công đoạn này là 0,3%, nên ta có:

Từ các số liệu ta có, bảng sau:

Bảng 6: Cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm ở công đoạn sấy _

đóng bao (kg).

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -49-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Tên nguyên liệu Lƣợng vào Lƣợng ra Tổn hao

PVC 11050,893 10995,913 54,98

Nƣớc 1785,825 33,358 1752,467

Tổng 12836,718 11029,271 1807,447

IV. Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất:

Trong 1 năm sản xuất của một thiết bị phản ứng có 907 mẻ.

Do đó: Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất của một thiết bị phản

ứnglà:

Cân bằng vật chất cho một mẻ  907

Tính toán tƣơng tự, ta có các bảng số liệu sau:

IV.1.Công đoạn trùng hợp:

Bảng 7: Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất ở công đoạn trùng

hợp: (kg)

Lƣợng vào 11489253,800 Lƣợng ra 1359068,754 Tổn hao 18166,303

Tên nguyên liệu VC 99,9% Chất khơi mào Chất đệm Chất nhũ hoá 1166,020 57728,736 11554,273 230,378 57448,473 11494,411 59,862 280,263 59,864

Nƣớc 16165377,560 16084960,220 80418,341

PVC 10123392,520

Tổng 27735578,389 27636593,756 98984,631

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -50-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

IV.2. Công đoạn ly tâm _ rửa nhựa:

Bảng 8: Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất ở công đoạn ly tâm

rửa nhựa (kg).

Lƣợng vào Lƣợng ra Tổn hao Tên

nguyên

liệu

Chất không

Nhựa phản ứng

VC 99,9 % 1359068,754 1359068,754

Chất khơi

230,328 mào 230,328

57448,473 Chất đệm 57448,473

Chất nhũ

11494,411 11494,411 hoá

16084960,220 16084960,220 Nƣớc

Nƣớc rửa

nhựa 51818599,71 1619743,275 419777386,435

PVC 10123392,520 10023159,950 100232,570

Tổng 79455193,496 11642903,325 67712057,601 100232,570

IV.3. Công đoạn sấy _ đóng bao:

Bảng 9: Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất ở công đoạn này (kg).

Tên nguyên liệu Lƣợng vào Lƣợng ra Tổn hao

10023159,950 9973293,091 49866,859 PVC

1619743,275 30255,706 1589487,569 Nƣớc

Tổng 11742903,225 10003548,797 1639354,428

B.TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƢỢNG:

I.CÂN BẰNG NHIỆT LƢỢNG

Ta có phƣơng trình cân bằng nhiệt tổng quát:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -51-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Các thông số của quá trình:

- Nhiệt độ phản ứng không đổi: T = const.

- Hệ dẳng nhiệt, ta có:

-Hệ có một phản ứng hoá học.

Gọi Q là nhiệt lƣợng cần phải trao đổi cho một đơn vị thể tích thiết bị.

Trong đó:

: Nhiệt độ trung bình của môi trƣờng tải nhiệt.

Vậy ta có phƣơng trình cân bằng nhiệt cho thiết bị.

Q: nhiệt lƣợng cần trao đổi cho cả thiết bị.

I.1.Giai đoạn 1:

Khi độ chuyển hoá

Với hệ chỉ gồm một phản ứng hoá học ta có phƣơng trình cân bằng

nhiệt cho thiết bị khuấy lý tƣởng làm việc gián đoạn.

Trong đó:

Q = QTĐ : lƣợng nhiệt trao đổi, KJ/m3.h m: số phƣơng trình phản ứng, với hệ này ta có m = 1. ri : vận tốc phản ứng, kmol/m3.h. R.H: nhiệt toả ra trong khi phản ứng. R.H = 43,125.103 (KJ/Kmol).

Ta có ở giai đoạn 1:

Trong đó:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -52-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

: Nồng độ ban đầu của cấu tử VC.

số mol phân tử của VC ban đầu.

mVC: khối lƣợng phân tử của VC, MVC = 62,5 kg/kmol. V =VR : thể tích của hỗn hợp phản ứng, V= 28,443 (m3).

: hệ số tỉ lƣợng của phân tử VC.

=-1

Suy ra:

Vậy :

Vậy ở giai đoạn 1 lƣợng nhiệt trao đổi cho một đơn vị thể tích là: QTĐ1 = Q = 48,171.103 KJ/m3.h

I.2.Giai đoạn 2:

Khi độ chuyển hoá của VC : 0,72  UVC  0,9. Ta có lƣợng nhiệt trao đổi ở giai đoạn này là:

Trong đó:

CVC: nồng độ của cấu tử VC ở thời điểm độ chuyển hoá uVC =

0,72.

: nồng độ ban đầu của cấu tử VC. = 6,204 kmol/m3.

Kdm = 6,6.10-4.  QTD2 = 6,6.10-4.1,7371(1-0,9).43,125.103 = 4,944(kJ/m3.phút)

= 296,65 (KJ/m3.h).

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -53-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Vậy lƣợng nhiệt trao đổi ứng với toàn bộ thể tích là:

- Giai đoạn 1:

QTD = QTD1.VR = 48,171.28,443.103 = 1,37.106(KJ/h).

- Giai đoạn 2:

QTD = QTD2.VR= 296,65.28,443 = 8,44.103(KJ/h).

II.TÍNH LƢU LƢỢNG NƢỚC LÀM MÁT:

II.1. Giai đoạn 1:

Trong đó:

Chọn nhiệt độ của nƣớc để làm mát là: t1=200C. Nhiệt độ nƣớc lấy ra sau khi làm mát là: t2 =300C. Theo phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng thì lƣợng nhiệt lấy đi bằng lƣợng nhiệt trao đổi nên ta có: Q1 =QTD1. Q1 = 1.V1.CP.t12

V1: lƣu lƣợng nƣớc làm mát. t12 = t1 - t2= 30 - 20 = 100C

Ứng với nhiệt độ này theo [20], ta có khối lƣợng riêng của nƣớc

1=997,08 kg/m3 và nhiệt dung riêng của nƣớc là CP = 4,18 kJ/kg.độ. Khi đó : Q1 = QTD1= 1.V1.CP.t12

Vậy lƣợng nƣớc làm mát ở giai đoạn 1 là: V1 = 32,871(m3/h).

II.2.Giai đoạn 2:

Chọn nhiệt độ của nƣớc làm mát là: t1= 39 0C. Chọn nhiệt độ của nƣớc ra là t2=39,5 0C. Vì ở giai đoạn này lƣợng nhiệt lấy đi không đáng kể nên chênh lệch

nhiệt độ của nƣớc vào và nƣớc ra rất nhỏ. Ta có phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng QL = QTD2

 QTD2 = L2.VL2.CP2.t21

Trong đó:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -54-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

t21 = t2 – t1 = 39,5 – 39 = 0,50C.

Từ nhiệt độ này theo (I.5) của [20] ta có khối lƣợng riêng của nƣớc là L2=992,7 kg/m3. Theo (I.147) của [20] ta có nhiệt dung riêng của nƣớc là CP2 = 4,18 KJ/Kg.độ.

Vậy lƣu lƣợng nƣớc làm mát ở giai đoạn 2 là VL2 = 4,07(m3/h).

III.TÍNH DIỆN TÍCH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT:

III.1. Diện tích bề mặt truyền nhiệt giai đoạn 1:

Ta có phƣơng trình truyền nhiệt giai đoạn 1 : QTD1 = K1.F1.ttb1 Trong đó:

QTD1: Lƣợng nhiệt trao đổi giai đoạn 1, QTD1 = 48,171.103 (KJ/h) ttb1: Hiệu nhiệt độ trung bình. Ta có nhiệt độ phản ứng tPƣ = 400C. Nhiệt độ nƣớc vào ,tv= 200C. Nhiệt độ nƣớc ra , tr=300C.  t1= tPƣ – tr = 40 – 30 =100C. t2 = tPƣ – tv =40 – 20 = 200C.

F1: Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2). K: Hệ số truyền nhiệt (W/m2K).

Trong đó:

: Chiều dày thiết bị. Chọn  = 0,02 m.

: Hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị.

Với thép X17H13M2T, theo [21] có  = 16,85 W/m.K.

1: Hệ số cấp nhiệt từ môi trƣờng khuấy đến thành thiết bị.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -55-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

1 = 3003,9 W/m2.0K. 2 : Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến nƣớc làm mát.

Theo công thức (4.54) của [22].

Trong đó:

Cs, f: các hệ số.

g: gia tốc trọng trƣờng , g=9,81 m/s2. HT: Chiều cao phần gia nhiệt,HT = 4,1(m). N: Hệ số giãn nở nhiệt thể tích của nƣớc, N=2,6.10-4(độ-1). Nhiệt độ trung bình của nƣớc làm mát, ttb = 250C. Ta có N = 997,08 kg/m3. Tra bảng I.129 của [20] ta có hệ số dẫn nhiệt N = 60,85.10-2. Nhiệt dung riêng CN = 4,1822 KJ/kg.độ. tT: nhiệt độ thành thiết bị.

Theo công thức (4.59) của [22] ta có:

tT = 0,5.(tKtb + tNtb)= 0,5*(40 + 25)=32,50C. Gr = = 9,81.(4,1)3.2,6.10-4.(32,5-25)(0,917.10-6)-2 = 1,57.1012

Theo công thức (4.59) của [22] ta có:

T

= 0,917.10-6.4,18.997,08.60,85.10-2=6,82 Gr.Pr = 1.57.6,82.1012 = 9,8596.1012 > 2.107

Tra bảng (4.3) của [22] ta đƣợc: CS =0.135. f = 0,331.  2 = CS.N.(Gr.Pr)f.H-1 =0,135.60,85.10-2(9,8596.1012)0,331 .(4,1)-1=398,37(W/m2.0K)



Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -56-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

III.2. Diện tích bề mặt truyền nhiệt giai đoạn 2:

Vì phản ứng trùng hợp chia làm hai giai đoạn nên ở mỗi giai đoạn sẽ có

một chế độ truyền nhiệt khác nhau, do vậy nếu diện tích bề mặt truyền nhiệt

ở mỗi giai đoạn khác nhau thì việc chế tạo kết cấu thiết bị phức tạp vì thế

chọn diện tích bề mặt truyền nhiệt giai đoạn một và giai đoạn hai là bằng

nhau.

F2 =F1 = 23,152 (m2).

Ở giai đoạn 2 ta chỉ cần thay đổi các thông số vật lý ảnh hƣởng đến sự

truyền nhiệt và giữ nguyên diện tích bề mặt truyền nhiệt.

Ta có: QTD2 =K2.F2.ttb2

Trong đó:

trung bình của nƣớc làm mát t=39,250C, nên

1: Hệ số cấp nhiệt từ môi trƣờng khuấy đến thành thiết bị. 1 = 3003,9 W/m2.K 2 : Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến nƣớc làm mát Nhiệt độ N =992,5kg/m3. CN = 4,18 KJ/kg.độ. Theo bảng (I.249) của [20] ta đƣợc.

Pr = 4,31. Hệ số giãn nở thể tích N = 3,87.10-4(độ-1). Độ nhớt động học  = 0,659.10-6 m/s2. Hệ số dẫn nhiệt  =63.10-2 W/m.độ.

Ta có :

Gr =

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -57-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Gr=9,81.(4,1)3.3,87.10-4.(39,625-39,25)(0,659.10-6)-2 = 4,26.1010 Gr.Pr = 4,263.3,41.1010 = 0,1453.1012 > 2.107

T

Chọn

CS =0.135. f = 0,331.  2 = CS.N.(Gr.Pr)f.H-1 = 0,135.63.10-2(0,1453.1012)0,331 .(4,1)-1=102,71(W/m2.0K)



IV. TÍNH LƢỢNG NHIỆT CẤP VÀO ĐỂ TĂNG NHIỆT ĐẾN NHIỆT ĐỘ

TRÙNG HỢP:

Qc =hh.VR.Chh(thh-td)

Trong đó :

hh:Khối lƣợng riêng của nhũ tƣơng. VR:Thể tích chứa của thiết bị . Chh:Nhiệt dung riêng của nhũ tƣơng. tTH :Nhiệt độ trùng hợp. td : Nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp .  Xác định nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp. Giả thiết nhiệt ban đầu của hỗn hợp: td=15 0C. Nhiệt độ trung bình của VCM.

Nhiệt độ trung bình của nƣớc:

Theo [20] ta tra đƣợc nhiệt dung riêng trung bình của nƣớc:

CH2O=4,174 (kJ/kg.độ) Nhiệt dung riêng trung bình của VCM. CVCM=1,438 (kJ/kg.độ ).

Ta có phƣơng trình cân bằng nhiệt .

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -58-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

QVC=mVC.CVC.(t-tVC) QH2O=mH2O.CH2O.(tH2O-t0)

Trong đó :

QVC: Lƣợng nhiệt VCM nhận vào. QH2O : Lƣợng nhiệt nƣớc toả ra . mVC : Khối lƣợng VCM trong một mẻ. mVC= 11029 (kg/ 1 mẻ sản phẩm ) mH2O: Khối lƣợng nƣớc trong một mẻ. mH2O= 18095,788(kg/1 mẻ sản phẩm) t0: Nhiệt độ đầu của hỗn hợp. tH2O:Nhiệt độ đầu của nƣớc. tH2O= 20 0C tVC=-20 0C.

Ta có nhiệt độ của VCM nhận vào bằng nhiệt lƣợng của nƣớc toả ra:

QVC=QH2O mVC.Cvc.(t0-tVC)=mH2O.CH2O.(tH2O-to) (mVC.CVC+mH2O.CH2O).t0=mH2OCH2O.tH2O+mVC.CVC.tVC

Ban đầu ta giả thiết nhiệt độ đầu của hỗn hợp là td=150C. Ta nhận thấy: tđ  t0. Vậy nhiệt độ đầu của hỗn hợp là: tđ =15,06 0C. Nhiệt độ trùng hợp là : tTH = 400C. Nhiệt độ trung bình của hỗn hợp:

Xác định khối lƣợng riêng và nhiệt dung riêng của hỗn hợp.

IV.1.Khối lƣợng riêng của nhũ tƣơng:

Ta có: khối lƣợng riêng của VCM : VC = 850 (kg/m3). khối lƣợng riêng của H2O : H2O = 998,25 (kg/m3).

Theo công thức (1-2) của [20] ta có khối lƣợng riêng cuả hỗn hợp lỏng:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -59-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Với hỗn hợp VC và nƣớc :

Trong đó:

xVC : Nồng độ phần khối lƣợng của VC. xH2O : Nồng độ phần khối lƣợng của H2O. VC : Khối lƣợng riêng của VC.

H2O: Khối lƣợng riêng của H2O.

Mặt khác ta có:

(1)

xH2O = 1- xVC (2)

Theo điều kiện ban đầu, ta có:

 hh = 936,607 (kg/m3).

IV.2.Nhiệt dung riêng của nhũ tƣơng:

Theo công thức (4-100) của [22], ta có nhiệt dung riêng của nhũ

tƣơng: Chh.hh = XVC.CVC.VC + (1-XVC).CH2O.H2O .

Trong đó:

XVC : Phần thể tích của VC trong hỗn hợp. Với :VVC = mVC/VC = 11029/850 = 12,975.

VH2O = mH2O/H2O = 18095,788/998,25 = 18,128.

CVC :Nhiệt dung riêng của VC, CVC = 1,483 J/kg.độ).

CH2O : Nhiệt dung riêng của H2O, CH2O =4,174( J/kg.độ).

hh : Khối lƣợng riêng của nhũ tƣơng.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -60-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

H2O : Khối lƣợng riêng của H2O.

VC : Khối lƣợng riêng của VC.

Vậy:

Vậy : Nhiệt cấp vào để đƣa nhiệt độ ban đầu ở 150C đến nhiệt độ trùng hợp 400C là:

QC = hh.VR.Chh.(tTH-tđ)

= 936,607.3,138.42,4.(40-15)= 3115417,132 (KJ)

 3,12.106(KJ).

V.TÍNH LƢU LƢỢNG NƢỚC CẦN ĐUN NÓNG:

Thiết bị trùng hợp là loại thiết bị 2 vỏ, chất tải nhiệt đƣợc chọn là hơi

nƣớc bão hoà và đi ở phần không gian giữa hai vỏ.

Chọn điều kiện sôi của nƣớc ở điều kiện thƣờng t=tr=1000C (chính là

nhiệt độ của nƣớc đun nóng).

. Nhiệt độ vào của nƣớc đun nóng tv=1380C.

. Thời gian đun nóng t=1(h).

Nhiệt lƣợng cấp vào để đun nóng là:

Lƣợng nhiệt mà nƣớc đun nóng cấp vào cho hỗn hợp chính bằng nhiệt

lƣợng hỗn hợp nhận vào. Lƣợng nhiệt hỗn hợp nhận vào:

Qn = H2O.VH2O.CH2O(tV-tr) =Qt.

Với tv = 1380C, tr = 1000C.  Nhiệt độ trung bình của nƣớc:

Ứng với nhiệt độ này tra bảng (I.5) và (I.14) của [20] ta có: Khối lƣợng riêng của nƣớc : H2O = 943,3 (kg/m3).

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -61-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Nhiệt dung riêng của nƣớc : CH2O= 1,014 (kcal/kg.độ)

= 4,245 (kJ/ kg.độ)

 Qt = H2O.VH2O.CH2O(tV-tr) =Qt

Vậy lƣu lƣợng nƣớc cần phải đun nóng:

VH2O = 20,5 (m3/h).

Mặt khác theo công thức (5-17) của [24] ta có phƣơng trình truyền

nhiệt: Q = K.F.ttb = Qt.

Trong đó:

ttb: Hiệu nhiệt độ trung bình của hỗn hợp. F : Diện tích bề mặt truyền nhiệt. K : Hệ số truyền nhiệt (W/m2.độ).

Theo [24] ta có:

Trong đó:

1: Hệ số cấp nhiệt từ nƣớc đến thành thiết bị.

2 : Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến môi trƣờng khuấy.

 : Chiều dày thành thiết bị.

 : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm thiết bị.

Tính 1: Theo công thức (4-54) của [22], ta có:

Trong đó:

CS, f: Các hệ số. HT: Chiều cao phần trụ vỏ bọc (chỉ tính phần ra nhiệt). N : Hệ số dẫn nhiệt của nƣớc. Pr : Chuẩn số Prandtr. Gr : Chuẩn số Grashooff.

Ta có chiều cao phần ngập hỗn hợp phản ứng: Hhh =4,026 (m). Chọn HT = 4,1(m).

Tra bảng (I.129) của [20] ta có hệ số dẫn nhiệt của nƣớc ở nhiệt độ

190C là :

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -62-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg N= 59,0.10-2(kcal/m.h.độ) = 68,5.10-2(W/m.độ).

Với nhiệt độ t =1190C tra bảng (I.249) của [20] ta có: Pr = 1,47.

Theo công thức (4-55) của [22] ta có:

Trong đó:

g: gia tốc trọng trƣờng (m/s2) N : Hệ số giãn nở nhiệt thể tích của nƣớc.

Tra bảng (I.249) của [20] ta có:

N = 38,64.10-4(độ-1). tT : Nhiệt độ thành thiết bị, chọn : tT = 1190C. tNtb = 1140C. N : Độ nhớt động học của nƣớc.

Với t = 1190C tra bảng (I.249) của [20] ta có:

N = 0,252.10-6(m/s2). 

= 9,81.(4,1)3.38,64.10-4.(119-114).(0,252.10-6)-2 = 2,057.1013

Gr.Pr = 2,057.1013.1,47 = 3,024.1013> 2.107

Tra bảng (4.3) của [22] ta có:

Cs = 0,137

f = 0,34



= 0,137.68,5.10-2.(3,024.1013)0,34.4-1 = 898,957 (W/m2.K).

Tính 2: Theo công thức (4-48) của [22] ta có:

2= aS + aV

Trong đó: aS : Hệ số cấp nhiệt của dòng song song với thành thùng khuấy. aV : Hệ số cấp nhiệt của dòng vuông góc với thành thùng khuấy. Nhƣ vậy 2 đƣợc xác định theo công thức:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -63-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

2 = a2.N0,29.D0,71 +a3.N0,18.D0,72

Trong đó :

a2, a3: Hệ số và đƣợc xác định theo (4-49),(4-50) của [22] a2 = 0,2037.a1.0,58 .-0,54 a3 = 0,93.a1. 0,36.-0,24

Trong đó:

a1: hệ số và đƣợc xác định theo công thức (4-51) của [22] a1= (C.2)0,33

C : nhiệt dung riêng của nhũ tƣơng.

C= 3,138.103(KJ/kg.độ).  : Hệ số dẫn nhiệt của nhũ tƣơng.  = 0,509 (W/ m.độ).  : Khối lƣợng riêng của nhũ tƣơng.  = 936,607 (kg/m3).  : Độ nhớt động học của nhũ tƣơng, (Ns/m2).

Theo công thức (I.15) của [20] ta có:

Trong đó:

x: Nồng độ pha phân tán tính bằng phần thể tích (nồng độ VC).

x=0,377.

0 : Độ nhớt của môi trƣờng (pha liên tục). 0 =H2O =0,4688.10-3(Ns/m2). P: Độ nhớt của pha phân tán. P = VC =2,64.10-6(Ns/m2).

 a2 = 0,2037.a1.0,58 .-0,54

= 0,2037.9,76.(936,607)0,58.(0,762.10-3)-0,54 = 5077,967. a3 = 0,93.a1. 0,36.-0,24

= 0,93.9,76.(936,607)0,36.(0,762.10-3)-0,54= 597,067 N: Công suất khuấy trộn. N =20,61 (KW).

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -64-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

D : Đƣờng kính trong của thiết bị, D = 3 (m).

2 = a2.N0,29.D0,71 +a3.N0,18.D0,72

= 5077,967.120,6130,29.3-0,71 + 597,067.20,610,18.30,82 = 5597,74 + 2534,225 = 8131,965 (W/m2.K).

Hệ số truyền nhiệt k:

Hiệu nhiệt độ trung bình của hỗn hợp: Nhiệt độ trùng hợp, tTH = 400C. Nhiệt độ vào của nƣớc, tV = 1380C. Nhiệt độ ra của nƣớc, tr = 1000C. Hiệu số nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất của môi trƣờng khuấy và chất

mang nhiệt:

 t1 = tV – tTH = 138 – 40 =980C.  t2 = tr – tTH = 100 – 40 =600C.

Ta có:

Theo công thức (4-466) của [22] ta có:

Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = 23,125 (m2).(theo B .III.1 ở phần II) QTD =K.F.ttb =3600. 418,783.23,125.79 = 15,63.105 (KJ)

Vì q = 1(tthiết bị – tT) Suy ra:

Vậy lƣu lƣợng nƣớc đun nóng là: VH2O = 20,5 (m3/h). Thời gian đun nóng là 1 giờ.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -65-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

C. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH I.TÍNH THIẾT BỊ TRÙNG HỢP:

I.1.CHỌN THIẾT BỊ PHẢN ỨNG: Có rất nhiều thiết bị đƣợc sử dụng trong dây chuyền công nghệ sản

xuất các hợp chất hữu cơ khác nhau. Thiết bị trùng hợp để sản xuât PVC từ

VC thƣờng đƣợc dùng là thiết bị dạng thùng dùng để thực hiện phản ứng

trong pha lỏng và có cánh khuấy để tăng cƣờng sự khuếch tán, trộn lẫn, tiếp

xúc pha, tăng khả năng truyền nhiệt.

Ta chọn thiết bị loại 2 vỏ để trùng hợp VC vì khi trùng hợp tạo thành

sản phẩm PVC có thể bám lên thành thiết bị nên khi sử dụng thiết bị loại này

việc lấy sản phẩm và cấp nhiệt thuận lợi hơn.

I.2. XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC HÌNH HỌC:

I.2.1.Các thông số ban đầu:

Nhiệt độ làm việc : t = 25400C

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -66-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Thời gian chuẩn bị: 3 giờ

Nămg suất thiết bị : Q = 40.000 tấn PVC/ năm. = 850 kg/cm3. vc = 0,85 kg/dm3 PVC = 1,45 kg/dm3 = 1450 kg/cm3. Nhiệt độ sôi của vinyl clorua : tsvc = -13,80C. Áp suất hơi bão hoà của vinyl clorua : Po(vc) = 3,3 at. Khối lƣợng phân tử của vinyl clorua: Mvc = 62,5. Coi các thành phần nhƣ chất đệm, chất nhũ hoá, chất khơi mào ít ảnh

hƣởng đến thể tích (xem thể tích của chúng rất nhỏ).

I.2.2. Xác định thể tích thiết bị:

 Thể tích vùng phản ứng:

Ta có: VR = VVC + VH2O

Trong đó:

VVC : Thể tích của VC (m3) VH2O : Thể tích của nƣớc (m3).

 VR = VVC + VH2O =

Với mVC : khối lƣợng VC đƣa vào nồi trùng hợp.

mH2O : khối lƣợng nƣớc đƣa vào nồi trùng hợp.

Theo số liệu ban đầu ta có tỉ lệ :

Vì ta giả thiết các chất khởi đầu, chất nhũ hoá, chất đệm rất nhỏ so với

khối lƣợng vinylclorua. Theo phƣơng trình bảo toàn khối lƣợng VC tham gia vào một mẻ trùng hợp là:

mVC = Qmẻ = 11029 (kg VC/mẻ sản phẩm).  mH2O= 1,4  mVC = 1,4  11029 = 15440,6 ( kg H2O/ mẻ sản phẩm)

Khi đó ta có : - Thể tích của VC trong thiết bị là:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -67-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Ở nhiệt độ phản ứng ta tra [20], ta đƣợc khối riêng của nƣớc:

H2O = 998,25 (kg/m3).

Ta có:

-Thể tích chứa của thiết bị không tính đến chất khởi đầu, chất nhũ hoá,

chất đệm là:

Vkđ = VVC + VH2O = 12,975 + 15,468 = 28,443 (m3).

Theo [19], ta cần tính thêm năng suất dự trữ phòng khi dừng máy bất

thƣờng.

Với thiết bị có cơ cấu khuấy chuyển động với vận tốc lớn, có áp suất

lớn, chịu nhiệt độ thì có năng suất dự trữ:

Z = 1520%.

Hệ số đầy :  =0,8

Hệ số đầy của thiết bị:  = 0,75  0,8 Hệ số dự trữ: Z=0,15 Ta chọn:

Theo công thức [V.10] của [19] ta có thể tích thiết bị phản ứng:

Gọi : D_ là đƣờng kính thiết bị.

H_ Chiều cao thiết bị.

Trong thực tế với thiết bị phản dạng ống trụ, ngƣời ta thƣờng chọn các

kích thƣớc sao cho tỉ lệ : D/H = 0,6.

Theo [19] chọn: DT = 3000 (mm) = 3(m)

DT : Đƣờng kính trong thiết bị.

Chọn đáy và nắp thiết bị là hình elíp, chọn bán trục dài :

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -68-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Chọn bán trục ngắn:

b = 0,25.DT = 0,25. 3000 = 750 (mm) = 0,75 (m).

 Phần thể tích của đáy và nắp thiết bị :

.

Thể tích phần hình trụ:

Vtrụ = VR - Vđ -Vn = 40,889 – 3,53 –3,53 = 33,829 (m3). Với DT = 3000 (mm), ta có diện tích mặt cắt ngang của phần hình trụ

là:

Ta có: VTrụ = HTrụ  STrụ. Trong đó: HTrụ: Chiều cao phần hình trụ (không kể đáy và nắp).



Chọn Htrụ = 5000 (m) = 5(m). Vậy thể tích thực của thiết bị là:

VR = VTrụ + Vđ + Vn = 35,325 + 3,53 +3,53 = 42,385 (m3).

Chiều cao phần hỗn hợp phản ứng trong thiết bị là:

Chiều cao cả thiết bị là: H = HTrụ + 2b = 5 + 2  0,75 = 6,5 (m).

Các kích thƣớc của thiết bị phản ứng:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -69-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Số liệu: DT = 3000 (mm) = 3 (m). H = 6500 (mm) = 6,5 (m).

b = 750 (mm) = 0,75 (m).

a = 1500 (mm) = 1,5 (m). Hhh = 4026 (mm) = 4,026 (m). Htrụ = 5000 (mm) = 5 (m). Vđ = Vn = 3,53 (m3). Vtrụ = 35,325 (m3). Vhh = 28,443 (m3). VR = 42,385 (m3).

II.TÍNH KẾT CẤU CỦA THIẾT BỊ PHẢN ỨNG: Có rất nhiều kiểu máy khuấy, số các kiểu máy khuấy lớn hơn nhiều

so với kiểu các thiết bị khác trong công nghiệp nhƣ thiết bị trao đổi nhiệt hoặc

các tháp chuyển khối. Là vì cấu trúc của thiết bị khuấy đƣợc xác định không chỉ bằng kiểu cấu trúc của cơ cấu khuấy mà còn bằng kiểu thùng khuấy. Cả

thùng khuấy và cơ cấu khuấy đều có ảnh hƣởng quyết định đến quá trình làm

việc của máy khuấy. Vì vậy khi muốn so sánh các máy khuấy trộn khác nhau

cần phải biết chính xác kích thƣớc hình học của thùng khuấy lẫn cánh khuấy.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -70-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Ngoài thùng khuấy cơ cấu khuấy ra các bộ phận khác cũng ảnh

hƣởng rất quan trọng tới sự làm việc của máy khuấy nhƣ: trục khuấy, hộp

đệm bịt kín, bộ phận truyền động, ống bọc nhiệt kế, áp kế, ống tháo sản phẩm,

ống nạp vật liệu...

II.1.CƠ CẤU KHUẤY: II.1.1. Chọn cơ cấu khuấy:

Qúa trình khuấy trộn cơ học các chất lỏng đƣợc thực hiện nhờ cánh

khuấy. Trong công nghiệp có rất nhiều dạng cánh khuấy thƣờng gặp các dạng

cánh khuấy nhƣ: cánh khuấy kiểu mái chèo, cánh khuấy kiểu chong chóng,

tua bin khí, tua bin hơi,...

Đến nay, chƣa có một tiêu chuẩn nào để lựa chọn cơ cấu khuấy tƣơng

ứng cho quá trình đã cho. Cho nên khi lựa chọn cơ cấu khuấy phải chú ý đến

các kinh nghiệm cũng nhƣ thiết bị thí nghiệm. Độ nhớt đóng vai trò quan

trọng khi lựa chọn cơ cấu khuấy. Cơ cấu khuấy vận tốc cao để khuấy trộn

lỏng có độ nhớt thấp và sử dụng cơ cấu khuấy quay chậm để khuấy trộn chất

lỏng có nhiệt độ cao.

Chức năng của cánh khuấy là tạo kích thƣớc hạt nhũ tƣơng và duy trì

sự phân bố đồng đều các hạt nhũ tƣơng cũng nhƣ hạt PVC. Đồng thời tăng

hiệu quả cho quá trình truyền nhiệt. Đối với thiết bị trùng hợp VC tốc độ cánh

khuấy cao đƣợc sử dụng nhiều.

Hầu hết các chất keo đƣợc sử dụng để làm tăng cƣờng sự ổn định cho

giọt VC rất hiệu quả. Các chất này làm cho VC rất khó kết hợp với nhau. Do

khối lƣợng riêng của PVC khác khối lƣợng riêng của VC nên giọt VC kém ổn

định. Khuấy trộn điều khiển đƣợc sự kết hợp tạo PVC, tăng cƣờng truyền

nhiệt. Trong sản xuất PVC thƣờng sử dụng cánh khuấy kiểu mái chèo, nghiêng 45900. Cơ cấu khuấy kiểu mái chèo nghiêng đƣợc sử dụng cho các chất lỏng khó khuấy trộn. Cơ cấu khuấy này sẽ hoà tan và tạo nhũ tƣơng hoá

các chất lỏng huyền phù hoà với nồng độ rắn tới 30%, tăng cƣờng quá trình

trao đổi nhiệt, chống nhựa bám vào bề mặt trao đổi nhiệt. Vậy ta chọn cơ cấu khuấy kiểu mái chèo nghiêng 450. [22] II.1.2.Tính chọn các kích thƣớc cánh khuấy: Sơ đồ cấu tạo của cánh khuấy:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -71-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Theo [23] ta có:

- Đƣờng kính cánh khuấy :

dk = (0,50,7)DT = 1,52,1(m).

Theo [23] chọn : dk = 2 (m). - Chiều cao cánh khuấy:

b = (0,08 0,12)  dk = 160  240 (mm)

Chọn b = 200 (mm).

- Chọn số tầng cánh khuấy: 2 tầng.

- Số cánh trên một tầng khuấy: 2 cánh.

- Khoảng cách từ cơ cấu khuấy dƣới đến đáy thùng.

h = (0,1  0,3)  DT = 300  900 mm.

Chọn h = 600 mm.

- Khoảng cách giữa 2 cơ cấu khuấy: 2000 m.

II.1.3.Tính số vòng quay của cánh khuấy:

Theo bảng (2.1) của [22] ta có: Vận tốc vòng thích hợp của đầu cánh khuấy chọn n1 = 3 m/s.  Số vòng quay thích hợp của cơ cấu khuấy ( theo công thức 2.1 của

[19]) ta có:

(vòng/phút).

R: bán kính cánh khuấy.

R = 1000 mm = 1 m.

II.2.TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ TRONG THIẾT BỊ KHUẤY

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -72-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

II.2.1. Tính thời gian đồng đều hoá:

Thời gian khuấy trộn để các môi trƣờng có thể trộn lẫn hoặc tan lẫn vào nhau tới mức độ đồng đều có thể chấp nhận ( thƣờng mức độ đồng đều Iđ = 0,99) là thời gian đồng đều hoá . Thời gian này phụ thuộc vào rất nhiều yếu

tố nhƣ: số vòng quay, loại cơ cấu khuấy, đặc trƣng của thùng khuấy... Dùng

phƣơng pháp phân tích thứ nguyên ta có thể xác định đƣợc quan hệ phụ

thuộc giữa thời gian đồng đều hoá và các yếu tố nêu trên.

Công thức (4-3) của [22].

.n = k = const.

k : Hệ số thời gian, phụ thuộc theo công thức (4-4) của [22]

Ta có : k = C  (D/dk)2 Trong đó:

C: Hằng số thời gian theo bảng (4-1) của [22] ta tra đƣợc C = 9,2. D: Đƣờng kính trong thùng (D = 3 m).

dk: Đƣờng kính cánh khuấy ( dK = 2 m).

 k = C.

n: Vận tốc vòng của cơ cấu khuấy (n = 28,66 v/p = 0,477 v/s)

 : Thời gian đồng đều.

  = k/n = 20,7/0,477= 43,396 (s) = 0,72 (p).

.n = k.

II.2.2. Tạo và duy trì hệ nhũ tƣơng: Điều kiện để tạo nhũ tƣơng là chuyển động của các môi trƣờng phải đạt đƣợc giá trị nhỏ nhất của chuẩn số Reynolds khuấy (Reko). Trị số Reko phụ thuộc vào các yếu tố hình học của cơ cấu khuấy và thùng khuấy đồng thời phụ

thuộc vào các tính chất vật lý của môi trƣờng đƣợc khuấy.

Thùng khuấy ở đây là thùng khuấy trơn theo công thức (4-2) của [20]

Trong đó:

dk : Đƣờng kính cánh khuấy (dk = 2000 mm).

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -73-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

l : Khối lƣợng riêng của pha liên tục.

l = H2O = 983,24 (kg/m3).

g : Khối lƣợng riêng của pha giọt. g = VCM = 850 (kg/m3). l : Độ nhớt của pha liên tục. l = H2O = 0,4688. 10-3 (Ns/m2). g: Độ nhớt của pha phân tán. g =VCM =2,46.10-6 (Ns/m2).  : Sức căng bề mặt của pha phân tán trong pha liên tục ( = 0,03 N/m)

 g - l  : Trị số tuyệt đối của chênh lệch khối lƣợng riêng giữa pha

phân tán và pha liên tục.

Với thùng khuấy không có tấm chắn: c =2,285

= 2,85.2305,29.5,82.0,77.0,81.1,66 = 0,4.105

Mặt khác ta lại có:

(vòng/giây)

=0,35 (vòng/ phút).

n0 : số vòng quay nhỏ nhất. 0Vậy n = 28,66 (vòng/phút) > n0 = 0,35(vòng/phút)  với số vòng

quay nhƣ vậy đủ điều kiện để nhũ tƣơng hoá.

II.3.TÍNH CÔNG SUẤT CƠ CẤU KHUẤY: II.3.1. Công suất khuấy duy trì hệ nhũ tƣơng: Theo công thức (5-8) của [23] ta có: Công suất khuấy trộn:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -74-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Trong đó:

S: Hệ số công suất khuấy.

: Độ nhớt của hệ nhũ tƣơng.

.

0,88).

n: Vận tốc của cơ cấu khuấy (n=0,477 v/s).

dk: Đƣờng kính cơ cấu khuấy (dk = 2 m). Q: Hệ số không thứ nguyên ( Q= 2,1.10-2Rent Rent: Chuẩn số Re của hệ nhũ tƣơng.

k = 2,1.10-3.(0,477)2.(2)3 = 3,82.10-3(kw).

.

nt: Khối lƣợng riêng của hệ nhũ tƣơng. Dt : Đƣờng kính trong của thiết bị, Dt = 3 (m). dk: Đƣờng kính cánh khuấy, dk = 1,8(m).  S = n2.d3  Q = 2,1.10-2.(0,867.106)0,88= 3,53.103 Suy ra:

N2 = 0,7.N1 = 0,7.12,02 = 8,414 (kw). Vậy công suất để duy trì hệ nhũ tƣơng là:

N= N1 + N2 = 12,02 + 8,414 = 20,434 (kw).

II.3.2. Công suất cơ cấu khuấy: Vậy để duy trì đƣợc hệ nhũ tƣơng thì công suất khuấy của động cơ phải

lớn hơn công suất để duy trì hệ nhũ tƣơng. N = 20,434 (kw). Công suất này chƣa kể đến tổn hao do ma sát, do đặt thêm các ống. Theo công thức (5-20) của [23] ta có:

Trong đó:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -75-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

q : tổng các hệ số tăng công suất trong thiết bị có đặt cánh tăng

khuấy nên ta có q = (1015)%. Chọn q = 15%.

 : Hệ số truyền động.

Nđ : Công suất tiêu hao do lớp đệm.

Chƣa xét đến công suất tiêu hao do lớp đệm ta có công suất động cơ là:

Nđc = (1 + q).Nk = (1+0,15).20,434 = 23,4991 (Kw).

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

PHẦN III : I.CHỌN VẬT LIỆU LÀM THIẾT BỊ:

Điều kiện làm việc của thiết bị phản ứng:

- Nhiệt độ trùng hợp t = 400C, áp suất p =8 at. - Nhiệt độ nƣớc gia nhiệt tn = 138 0C, áp suất P = 2,5 at.

Chọn vật liệu làm thiết bị theo bảng (XII.4) của [21] ta chọn vật liệu là: X17H13M2T.

Các thông số của vật liệu:

- Giới hạn chảy: ch = 220.106(N/m2). - Giới hạn bền kéo: K = 540.106(N/m2). - Hệ số an toàn bền, theo [21] ta có: nc = 1,5 ; nk = 2,6.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -76-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Ứng suất cho phép:

Do đó ứng suất cho phép  146,67.106(N/m2).

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -77-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

1. Tính bền thân thiết bị:

Theo công thức (XIII.8) của [21] ta có chiều dày của đáy thiết bị:

Trong đó:

S: chiều dày thân thiết bị. P: áp suất làm việc, P = Pđ + .g.H (N/m2). H: khoảng cách từ mặt thoáng đến mặt cắt qua mối hàn. H = Hhh - b - 50 = 4026-750-50=3236(mm). : Khối lƣợng riêng của môi trƣờng khuấy.  = 936,67 (kg/m3).

P=Pđ + .g.H = 8.105 + 936,67.9,81.3,236 =8,297.105(N/m2). : Hệ số mối hàn. Chọn =0,95.

C: Hệ số dƣ. C = C1 + C2 + C3 C1: Độ dƣ ăn mòn, chọn C1=1. C2 : Phần bù cho gia công, chọn C2=1. C3 : Độ dƣ do bào mòn, chọn C3 =1.

 C = 1+1+1 = 3 (mm).

(1)

Xét :

Ta có thể bỏ qua P ở mẫu số ở biểu thức (1), khi đó biểu thức đƣợc viết

lại:

Chọn S = 0,016 (m).

Kiểm tra lại khả năng chịu áp suất, ta kiểm tra theo áp suất thử bởi công

thức theo [21]:

Áp suất thử P0 đƣợc xác định: P0 = Pth + Pt

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -78-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Trong đó:

=12,45.105(N/m2).

Pth : áp suất thử thuỷ tĩnh lấy theo, Pth = 1,5.P =1,5.8,297.105 (N/m2) Pt : áp suất thuỷ tĩnh trong phần dƣới thân thiết bị. Pt = g..H Với : khối lƣợng riêng của nƣớc, 1000 kg/m3.

H = Htrụ +b = 5 + 0,75 =5,57 (m) g: gia tốc trọng trƣờng, g=9,81 m/s2.

Pt = 9,81.5,75.1000 = 0,564.105(N/m2)

Vậy P0 = 12,45.105 + 0,564.105 = 13,014.105 (N/m2).

 = 150,81.106 (N/m2) < 183,33.106 (N/m2).

Thoả mãn điều kiện. Do đó chiều dày thiết bị là : S = 16 (mm)

=0,016(m).

2.Tính đáy và nắp thiết bị:

Chiều dày đáy và nắp đƣợc xác định theo công thức [XIII.4] của [21]:

Trong đó:

hb : chiều cao phần lồi của đáy, hb = 0,75(m).

d: đƣờng kính lớn nhất của lỗ không tăng cứng, d = 200(mm).

K : hệ số bền của mối hàn, K = 1. K: hệ số không thứ nguyên, xác định nhƣ sau: K= 1-d/Dt = 1 - 200/3000 = 0,933. Dt: đƣờng kính thiết bị, Dt = 3000 (mm). P : áp suất làm việc của thiết bị; P = 8,297.105 (N/m2).

Xét:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -79-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Do đó ta bỏ qua P ở mẫu số:

Chọn Sđ = Sn = 0,02 (m).

Điều kiện thử bền:

= 828,298.105 (N/m2)  220.106/1,2 = 1833.105(N/m2).

Thoả mãn điều kiện bền. Chọn chiều dày đáy và nắp là:

Sđ = Sn = = 20 (mm) = 0,02(m).

3.Tính chọn bích và bu lông:

Căn cứ vào số liệu nồi trùng hợp: Dt = 3 (m), P = 8.105 N/m2.

Tra bảng [XIII – 27] ta có:

- Đƣờng kính ngoài của bích: D = 3215 mm.

- Đƣờng kính đến tâm bu lông : Db = 3140 mm.

- Đƣờng kính ngoài của thiết bị: Dn = D0 = 3032 mm.

- Đƣờng kính trong thiết bị : Dt = 3000 mm.

- Đƣờng kính tính đến mép gờ: Dl = 3085 mm.

- Đƣờng kính bu lông: M36

- Số bu lông : 48 cái.

Chiều rộng miếng đệm:

b = (D - Db)/2 -16 = (3215 -3140)/2 - 16 = 21,5 mm.

Lực tải trọng tác dụng lên 1 bu lông theo [21] ta có:

,  = 1,2  1,4

Với P = 8 at.

D0 = 3032 mm.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -80-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

b: chiều rộng của miếng đệm, b = 21,5 mm = 2,15 cm.

n : số bu lông, n = 76 cái.

Thay số:

Vậy tải trọng tác dụng lên 1 bu lông là : 10735,665 (kg).

II.tính chiều dày áo gia nhiệt:

Chất tải nhiệt là nƣớc đi trong không gian giữa hai vỏ:

t = 1380C.

P =2,5 at.

1.Chọn vật liệu làm vỏ:

Chọn vật liệu làm vỏ là thép CT4 Theo [XII.4] của [21] ta có:  = 128.106 (N/m2).

2.Chiều dày vỏ:

Chiều dày vỏ đƣợc xác định theo điều kiện bền:

Trong đó:

Dtv : đƣờng kính trong của áo; Dtv = 3 +2.0,016 +2.0,15= 3,332(m)

Khoảng không gian nƣớc gia nhiệt đi giữa áo gia nhiệt và thành thiết bị

bằng 0,15 (m).

P: áp suất làm việc, P = 2,5.105 (N/m2).

C: hệ số dƣ, C= C1 +C2 +C3

C1: độ dƣ ăn mòn, chọn C1=1.

C3: độ dƣ bào mòn, chọn C3=1.

C2: độ dƣ để bù lƣợng dung sai do gia công, chọn C2=0.

Chọn S = 0,006(m).

Vậy chiều dày của áo gia nhiệt là: S = 0,006(m).

III.Tính chọn các kích thƣớc phụ và thiết bị phụ:

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -81-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

1. Chọn cửa tháo liệu:

Chọn cửa tháo liệu có đƣờng kính d=200(mm).

Tiết diện lỗ tháo liệu:

2.Chọn cửa quan sát:

Cửa quan sát dùng để quan sát trạng thái bên trong thiết bị, chọn cửa

quan sát có đƣờng kính d= 100(mm).

3.Xác định cửa ngƣời:

Cửa ngƣời dùng để xem xét bên trong thiết bị, để tháo lắp, sửa chữa các

thiết bị bên trong. Khi tiến hành trùng hợp gián đoạn cửa ngƣời phải đảm bảo

mở nhanh, đóng nhanh, đảm bảo độ kín. Vì thế ta chọn kết cấu cửa ngƣời

dạng hình tròn có đƣờng kính d = 400(mm).

4. Các cửa công nghệ khác:

. Đƣờng kính cửa ống lắp ống hút chân không :  = 50(mm).

. Đƣờng kính cửa tháo VC dƣ : = 50(mm).

. Đƣờng kính cửa nạp nƣớc và chất ổn định :  = 150(mm).

. Đƣờng kính cửa nạp VC :  = 100 (mm).

. Đƣờng kính cửa nạp chất khơi mào và chất nhũ hoá: =50 (mm)

5.Yêu cầu đối với việc bố trí các ống, cửa trên nắp thiết bị: Việc

bố trí các ống trên nắp thiết bị phải đảm bảo đƣợc độ bền là lớn nhất.

Nguyên tắc bố trí:

. Khoảng cách giữa hai lỗ gần nhau không đƣợc bé hơn đƣờng kính của

lỗ có kích thƣớc bé.

. Khoảng cách từ mép lỗ đến thành thiết bị không bé hơn (0,1.Dt+S). . Không làm lỗ ở phần có chuyển tiếp.

. Bán kính uốn của thành lỗ không nhỏ hon chiều dày vỏ thiết bị.

. Các lỗ có kích thƣớc lớn ƣu tiên lắp gần tâm.

6.Chọn thiết bị sấy:

Chọn thiết bị sấy phun

Sơ đồ cấu tạo của thiết bị sấy phun theo [21]

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -82-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Hình 6: sơ đồ cấu tạo máy sấy phun

1. Phòng sấy; 2. vòi phun; 3. cửa điều chỉnh không khí nóng. 4. lọc không khí; 5, 10. quạt; 6. caloriphe; 7. xiclon; 8. lò đốt.

9. cào; 11. tháp rửa; 12. bơm dung dịch vào phòng sấy;

13. bơm dung dịch lên tháp rửa.

7. Chọn máy ly tâm:

Các mấy ly tâm dùng để tách các hỗn hợp lỏng không đồng nhất dƣới

tác dụng của trọng lực ly tâm, gọi là máy ly tâm. Trong công nghiệp hoá chất,

các máy ly tâm đƣợc dùng với mục đích sau:

- Tách huyền phù thành pha lỏng và pha rắn. - Tách nhũ tƣơng của hệ thống các chất lỏng không tan vào nhau. - Tách pha lỏng ra khỏi các vật liệu rời.

Theo bảng (III.28) của [20] ta chọn máy ly tâm có ký hiệu là :

C 1200-2 có:

+ Đƣờng kính trong của rôto : d = 1200 mm.

+ Dung tích: V = 325 lít.

+ Tải trọng giới hạn: 500 kg.

+ Số vòng quay : 975 vòng/phút.

+ Yếu tố phân ly lớn nhất : 640. + Công suất động cơ điện: 40 kw.

Hình 7: Máy ly tâm kiểu treo tháo bã ở dƣới theo [20]

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -83-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

1. rôto 2. trục 3. ổ trục 4. bạc đỡ

5. chóp nón 6. động cơ điện

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -84-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

PHẦN IV : THIẾT KẾ XÂY DỰNG I-Giới thiệu chung:

Muốn xây dựng một nhà máy công nghiệp thích hợp trƣớc hết cần phải

xác định địa điểm xây dựng mới thiết kế tổng mặt bằng nhà máy.

Nhà máy sản xuất PVC từ VC hoạt động liên tục với nguyên liệu và sản phẩm

đều là những hoá chất độc hại và có khả năng gây cháy nổ. Do đó nó ảnh

hƣởng trực tiếp tới sức khoẻ con ngƣời và ảnh hƣởng tới môi trƣờng cảnh

quan và sinh thái chung quanh. Vì lý do đó mà việc xác định địa điểm xây

dựng và cách bố trí các công trình phải đƣợc tính toán cẩn thận. Đảm bảo các

yêu cầu là giảm tới mức tối thiểu vấn đề ô nhiễm môi trƣờng và sức khoẻ của

của ngƣời lao động cũng nhƣ dân cƣ sinh sống xung quanh nhà máy.

II- Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng:

1-Yêu cầu chung về chọn địa điểm xây dựng:

Về qui hoạch:

Địa điểm xây dựng phải phù hợp với qui hoạch lãnh thổ, qui hoạch vùng,

qui hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã đƣợc các cấp có thẩm quyền phê duyệt.

Tạo điều kiện phát huy tối đa công suất của nhà máy và khả năng hợp tác sản

xuất của nhà máy với các nhà máy lân cận.

Về điều kiện tổ chức sản xuất :

Nhà máy phải gần với nguồn cung cấp nguyên liệu, gần với tiêu thụ sản

phẩm, gần với các nguồn cung cấp năng lƣợng, nhiên liệu nhƣ : điện, nƣớc

...Nhƣ vậy sẽ hạn chế tối đa chi phí khi vận chuyển, hạ giá thành sản phẩm

góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhà máy.

Về điều kiện hạ tầng kỹ thuật :

Địa điểm xây dựng phải phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông

quốc gia bao gồm : đƣờng bộ, đƣờng sắt, đƣờng sông,đƣờng biển và kể cả

đƣờng hàng không, phù hợp với hệ thống mạng lƣới cung cấp điện, thông tin

liên lạc và các mạng lƣới kỹ thuật khác. Nếu địa phƣơng chƣa có sẵn các điều

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -85-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

kiện hạ tầng kỹ thuật thì phải xem xét đến khả năng xây dựng nó trƣớc mắt

cũng nhƣ trong tƣơng lai.

Về điều kiện xây lắp và vận hành nhà máy :

+Địa điểm xây dựng phải gần nơi cung cấp vật liệu, vật tƣ xây dựng để

giảm chi phí giá thành đầu tƣ xây dựng cơ bản của nhà máy, hạn chế tối đa

lƣợng vật tƣ từ nơi xa đến.

+Địa điểm xây dựng phải đáp ứng nhân công trong quá trình xây dựng

nhà máy cũng nhƣ vận hành nhà máy sau này.

2-Các yêu cầu về khu đất xây dựng:

Về địa hình :

+ Khu đất phải có kích thƣớc và hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng

trƣớc mắt cũng nhƣ việc mở rộng nhà máy trong tƣơng lai. Kích thƣớc và quy

mô diện tích của khu đất nếu không hợp lý sẽ gây khó khăn trong quá trình

thiết kế bố trí dây chuyền công nghệ cũng nhƣ việc bố trí các hạng mục công

trình trên mặt bằng khu đất đó.

+ Khu đất có kích thƣớc hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng. Khu

đất phải cao ráo, tránh ngập lụt trong mùa mƣa lũ, có mực nƣớc ngầm thấp

tạo điều kiện cho việc thoát nƣớc thải dễ dàng.

+ Khu đất phải tƣơng đối bằng phẳng với độ dốc tự nhiên tốt từ 0,5 

1% để hạn chế tối đa kinh phí cho việc san lấp mặt bằng.

Về địa chất :

+ Khu đấùt phải không có mỏ khoáng ở dƣới và nền đất phải chắc, nên

xây dựng trên nền đất sét, sét pha cát hoặc đá ong ...và cƣờng độ khu đất là

1,5  2,5Kg/cm2 .

+ Khu đất xây dựng phải ở nơi đảm bảo tốt mối quan hệ hợp tác mật

thiết với các nhà máy lân cận trong khu công ngiệp với việc sử dụng chung

các công trình đảm bảo kỹ thuật, xử lý chất thải chống ô nhiễm môi trƣờng

cũng nhƣ các công trình hành chính phục vụ công cộng ... nhằm mang lại hiệu

quả kinh tế .

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -86-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

3-Các yêu về bảo vệ môi trƣờng :

Khi địa điểm xây dựng đƣợc chọn cần xét đến mối quan hệ mật thiết giữa

khu dân cƣ đô thị và khu công nghiệp. Điều đó không tránh khỏi vì quá trình

sản xuất các nhà máy thƣờng thải ra các chất độc hại nhƣ khí độc, nƣớc bẩn,

khói bụi, tiếng ồn ... hoặc các yếu tố bất lợi khác nhƣ dễ cháy nổ, ô nhiễm môi

trƣờng ... Để hạn chế tối đa ảnh hƣởng xấu của nhà máy đến khu dân cƣ, các

khu vực có di tích lịch sử và danh lam thắng cảnh của địa phƣơng, cần phải

thoả mãn các yêu cầu sau:

+ Phải đảm bảo các yêu cầu vệ sinh công nghiệp hạn chế tối đa các sự

cố sản xuất, đảm bảo yêu cầu vệ sinh môi trƣờng bằng các giải pháp phân khu

và bố trí hƣớng nhà máy cho phù hợp với hƣớng gió để bảo vệ môi trƣờng.

+ Khu đất cũng nhƣ địa điểm xây dựng đảm bảo việc thoát nƣớc thải

cũng nhƣ các chất thải khác không ảnh hƣởng tới môi sống xung quanh. vị trí

nhà máy thƣờng ở cuối hƣớng gió chủ đạo, nguồn nƣơc thải của nhà máy đã

đƣợc xử lý phải ở hạ lƣu và cách biệt nƣớc sinh hoạt của dân cƣ tối thiểu phải

lớn hơn 500m.

Nhƣ vậy dựa vào các yêu cầu trên, xây dựng nhà máy sản xuất PVC từ

VC trong khu công nghiệp Dung Quất – Quảng Ngãi có những thuận lợi sau:

gần với nơi cung cấp nguyên liệu là từ nhà máy lọc dầu số 1, mạng lƣới giao

thông liên lạc thuận lợi : hƣớng Đông có cảng biển nƣớc sâu thuận lợi cho

việc nhập xuất nguyên liệu, sản phẩm đi tiêu thụ; hƣớng Tây Nam là mạng

lƣới giao thông quốc lộ 1A, đƣờng sắt; mạng lƣới giao thông trong khu công

nghiệp xây mới hoàn toàn; hƣớng Bắc là khu kinh tế mở Chu Lai thuận lợi

cho giao lƣu giữa các nhà máy. Nhƣ vậy về mặt giao thông là rất thuận lợi

cho việc vận chuyển nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm. Nguồn nhân công

trong tỉnh dồi dào, đây là yếu tố quan trọng trong quá trình đẩy mạnh xây

dựng nhà máy và vận hành nhà máy . Bên cạnh đó khu công nghiệp Dung

Quất có những chính sách ƣu đãi về đầu tƣ xây dựng nhà máy , nhƣ miễn tiền

thuê đất trong 20 năm...

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -87-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

III-Phân tích tổng mặt bằng nhà máy :

Tổng mặt bằng nhà máy đƣợc thiết kế dựa trên nguyên tắc phân vùng.

1-Nguyên tắc phân vùng:

Tuỳ theo đặc tính sản xuất của nhà máy mà phân vùng cho hợp lý. Trong

thực tiển thiết kế, biện pháp phân chia khu đất thành các vùng theo đặc điểm

sử dụng là phổ biến nhất . Tổng mặt bằng nhà máy đƣợc chia làm 4 vùng

chính:

+ Vùng trƣớc nhà máy :

Nơi bố trí các nhà hành chính quản lý, phục vụ sinh hoạt , cổng ra

vào, gara ô tô xe máy, xe đạp, phòng bảo vệ, nhà ăn ...Diện tích từ 4  20%

tổng diện tích toàn nhà máy.

+ Vùng sản xuất :

Vùng sản xuất bao gồm phân xƣởng sản xuất chính, phòng điều

khiển trung tâm, nhà kho nguyên liệu và kho sản phẩm ...Diện tích từ 22 

25% tổng diện tích toàn nhà máy .

+ Vùng phụ trợ phục vụ sản xuất :

Vùng này bao gồm các kho công cụ, phân xƣởng cơ khí , trạm điện, bộ

phận nƣớc sinh hoạt, xử lý nƣớc thải, nhà cứu hoả ... Diện tích từ 19  28%

tổng diện tích toàn nhà máy.

+ Vùng kho tàng và phục vụ giao thông :

Vùng này bao gồm nơi xuất sản phẩm, hệ thống kho hàng, bến bãi, các

cầu bốc dỡ hàng hoá ... Diện tích từ 23  37% tổng diện tích toàn nhà máy.

Ƣu nhƣợc điểm của nguyên tắc phân vùng:

 Ƣu điểm:

+ Dễ dàng quản lý theo ngành, theo các phân xƣởng, theo các công

đoạn của dây chuyền sản xuất .

+ Thích hợp với các nhà máy có những, những công đoạn có đặc

điểm và điều kiện sản xuất khác nhau.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -88-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

+ Đảm bảo đƣợc yêu cầu vệ sinh công nghiệp, dễ dàng xử lý các

bộ phận phát sinh, các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất nhƣ khí độc,

bụi, cháy nổ ...

+ Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông bên trong nhà máy.

+ Thuận lợi trong quá trình phát triển mở rộng nhà máy.

+ Phù hợp với đặc điểm khí hậu nƣớc ta.

 Nhƣợc điểm:

+ Dây chuyền sản xuất phải kéo dài.

+ Hệ thống mạng lƣới kỹ thuật và mạng lƣới giao thông tăng.

+ Hệ số xây dựng, hệ số sử dụng thấp.

Bảng : Các hạng mục công trình trong nhà máy sản xuất PVC. STT Tên công trình Số lƣợng

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Phòng bảo vệ Gara ô tô con Nhà để xe đạp, xe máy Nhà hành chính Nhà ăn Trạm y tế Phòng điều hành nhà máy Khu vệ sinh tắm rửa Khu chứa sản phẩm Khu sản xuất chính Kho vật tƣ Trạm điện Nhà cứu hoả, đội xe tải Trạm bơm Khu chứa nƣớc Khu chứa nguyên liệu Khu xử lý nƣớc thải Dài (m) Rộng (m) Diện tích (m2) 36 216 216 540 540 108 144 216 216 1008 216 72 216 72 432 216 216 6 12 12 18 18 9 12 12 12 24 12 6 12 6 12 12 12 6 18 18 30 30 12 12 18 18 48 18 12 18 12 36 18 18 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -89-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Khu xử lý khí thải Khu đất dự trữ

18 48 9 24 1 1

108 1152 6048

18 19 Tổng

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -90-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

2-Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản:

Để đánh giá lựa chọn phƣơng án thiết kế tổng mặt bằng nhà máy ngƣời

ta còn dựa vào một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, trong đó có 2 chỉ tiêu quan

trọng nhất là hệ số xây dựng và hệ số sử dụng.

 Diện tích tổng mặt bằng nhà máy S = 20000 m2

 Tổng diện tích xây dựng Sxd = 6048 m2  Tổng diện tích sử dụng Ssd = 14000 m2

Hệ số sử dụng:

Hệ số sử dụng:

PHẦN V : AN TOÀN LAO ĐỘNG

Vấn đề an toàn lao động là một vấn đề đặt lên hàng đầu trong quá trình làm việc sản xuất. Khi điều kiện về an toàn lao động đƣợc đảm bảo là đảm bảo đến tính mạng, sức khoẻ cho ngƣời sống trong môi trƣờng sản xuất và

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -91-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

1.Tổ chức đảm bảo an toàn lao động ở nhà máy: Ở nhà máy phải có nội quy về an toàn lao động, trong đó phải nêu lên

2.Những nguyên nhân gây ra mất an toàn lao động và bệnh nghề nghiệp: Công nghiệp hoá chất nói chung và nhựa PVC nói riêng đều có thể gây

trực tiếp sản xuất. Vì thế, góp phần nâng cao năng suất lao động và hạn chế đƣợc thiệt hại về tài sản của tập thể và nhà nƣớc. Phân xƣởng sản xuất nhựa PVC là một bộ phận trong xí nghiệp hoá chất, do vậy vấn đề về an toàn lao động phải đƣợc thực hiện nghiêm ngặt để tránh những thiệt hại về ngƣời và của. Nội dung an toàn lao động gồm những vấn đề chính sau: đƣợc một cách đầy đủ về nội qui cần thực hiện trong quá trình làm việc. Để đảm bảo an toàn lao động trong sản xuất, bất cứ ai, cán bộ hay công nhân viên nhà máy cũng nhƣ khách đến công tác, khi vào nhà máy đều đƣợc phổ biến một cách nghiêm túc về an toàn lao động. Ở các bộ phận sản xuất đều phải có những quy định cụ thể về an toàn lao động để công nhân thao tác và làm việc tuân theo. Chính quyền phải thƣờng xuyên theo dõi và kiểm tra việc thực hiện an toàn lao động. Chính quyền và đoàn thể phải thƣờng xuyên giáo dục cán bộ công nhân viên, cảnh giác và luôn có tinh thần tự giác, tự nguyện trong vấn đề chấp hành nội qui an toàn lao động. Phải có hình thức khen thƣởng kịp thời đối với từng cá nhân, tập thể thực hiện, cảnh giác và luôn có tinh thần tự giác, tự nguyện trong vấn đề chấp hành nội qui an toàn lao động. ra tai nạn và bệnh nghề nghiệp. - Phân xƣởng dùng nhiều loại thiết bị bố trí xen kẽ nhau trên mặt bằng (thiết bị điện, cơ khí, đƣờng ống . . .). Do đó dễ gây ra nhầm lẫn, va chạm trong thao tác gây ra tai nạn. - Phải xƣởng có nhiều hoá chất dễ cháy nỗ, độc hại dễ gây ra tai nạn cho ngƣời sản xuất. Trong quá trình sản xuất gây ra nhiều bụi, nhiều quá trình nhiệt gây nóng ảnh hƣởng tới sức khoẻ của công nhân. Những vấn đề chung nhƣ: vệ sinh công cộng, nơi nghỉ ngơi, vấn đề cải tạo môi trƣờng nếu không thực hiện tốt đều có thể ảnh hƣởng xấu tới ngƣời lao động. 3. Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động: - Đối với thiết bị điện: bố trí thiết bị điện tránh những nơi ẩm ƣớt, các dây điện phải có lớp bọc lót cách điện. Đóng ngắt cầu dao phải tuân theo đúng qui định, không tự ngắt điện, sử dụng làm việc riêng.

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -92-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

Khi sửa chữa các thiết bị điện, hệ thống dây dẫn, đèn chiếu sáng…phải

do thợ điện của nhà máy, phải đƣợc bảo hộ tốt trong quá trình làm việc.

- Đối với thiết bị cơ khí: thƣờng xuyên thực hiện chế độ kiểm tra, bảo

dƣỡng, sửa chữa theo định kỳ. Vận hành thiết bị theo đúng qui định.

- Thực hiện tất cả chế độ bàn giao giữa các ca về tiến độ sản xuất tình

trạng máy móc, thiết bị và các vấn đề liên quan.

- Chiếu sáng: cần bố trí chiếu sáng đủ cho công nhân làm việc và đi lại

trong nơi sản xuất.

- Chất nổ: trong phân xƣởng sản xuất PVC có thể gây nổ bất cứ lúc nào

đặc biệt là giai đoạn phản ứng trùng hợp xảy ra, nếu khâu kỹ thuật điều khiển

không tốt. Trong quá trình trìng hợp nếu áp suất tăng quá qui định (lớn hơn

10 at) thì cần phải hạ áp suất xuống ngay bằng phƣơng pháp nhƣ: phóng ra,

hạ nhiệt độ phản ứng xuống, đặc biệt lúc đó phải cho thoát ra môi trƣờng càng

nhanh càng tốt.

- Chống cháy: trong sản xuất dùng các chất khởi đầu, chất đệm, chất ổn

định là các hoá chất dễ phân huỷ hoặc dễ bay hơi nên khi gặp tia lửa điện

hoặc tàn lửa thì dễ bắt cháy, đặt biệt quán triệt cán bộ, công nhân viên không

đƣợc hút thuốc lá ở nơi làm việc.

Các công cụ chứa đựng và nồi phản ứng phải kín, mỗi một bộ phận sản

xuất đều phải trang bị bình chữa cháy.

-Chống độc: tại phân xƣởng sản xuất thì VC là chất độc, ở nhiệt độ thƣờng là chất khí không màu, hoá lỏng ở –13,90C, hơi VC có tác dụng gây mê, chóng mặt, rối loạn cảm giấc, mất phƣơng hƣớng. Do đó nồng độ giới

hạn cho phép cuả VC trong không khí ở nơi sản xuất < 0,03 mg/lít. Cần phải

bảo ôn cẩn thận để có thể bảo quản VC ở trạng thái lỏng trong thiết bị chứa. Thiết bị chứa, bồn, ống dẫn,… phải đảm bảo kín, nhất là ở nồi trùng

hợp.

- Chống nóng: do có nhiều bộ phận sử dụng hơi đốt và khí nóng nên

cần có các biện pháp chống nóng nhƣ: các lớp bảo ôn, hệ thống thông gió,

thoát nhiệt, đảm bảo yêu cầu.

- Chống bụi: bụi trong phân xƣởng chủ yếu là bụi PVC nồng độ giới hạn cho phép trong không khí ở nơi làm việc phải nhỏ hơn 10mg/m3, có biện

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -93-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

pháp bao cho kín thiết bị có chứa PVC nhƣ: sấy, sàng, đóng bao, có thể bố trí

hệ thống hút bụi trong phân xƣởng.

Ngoài những vấn đề trên cần bố trí thích hợp các công trình vệ sinh

công cộng, nơi nghỉ ngơi, nơi làm vệ sinh cá nhân cho công nhân.

Do vậy nếu vấn đề an toàn lao động đƣợc thực hiện tốt thì đảm bảo

năng suất lao động nhà máy đề ra, không thiệt hại về ngƣời và cũng nhƣ về

mặt kinh tế cả nhà máy

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -94-

TThhiiếếtt kkếế nnhhàà mmááyy ssảảnn xxuuấấtt nnhhựựaa PPVVCC tthheeoo

ĐĐồồ áánn ttốốtt nngghhiiệệpp

pphhưươơnngg pphháápp ttrrùùnngg hhợợpp nnhhũũ ttưươơnngg

KẾT LUẬN

Sau một thời gian làm việc tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu em đã hoàn

thành bản đồ án thiết kế với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Th.sĩ Đào Quốc

Tuỳ.

Qua quá trình làm đồ án đã giúp em phần nào củng cố lại kiến thức đã

học và hiểu thêm đƣợc phần nào các phƣơng pháp sản xuất khác tuy chỉ trên

lý thuyết. Điều đó đã giúp em tự tin hơn khi bƣớc vào môi trƣờng sống mới.

Vì thời gian có hạn và sự hạn chế về kiến thức nên trong quá trình làm

đồ án không tránh khỏi những thiếu sót; mong đƣợc sự thông cảm và chỉ bảo

thêm của các thầy, cô và sự đóng góp ý kiến của các bạn để bản đồ án của em

hoàn chỉnh hơn.

Em xin chân thành cảm ơn.

Hà nội, ngày 4 tháng 6 năm 2004

Sinh viên

Đỗ Văn Niên

Sinh Viên Thực Hiện Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44 -95-