intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

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

Chia sẻ: Nguyễn Thành Chung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:109

Thêm vào BST
Báo xấu
256
lượt xem 43
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay, PVC chủ yếu được sản xuất chủ yếu bằng hai phương pháp chính là trùng hợp theo phương pháp trùng hợp huyền phù và phương pháp nhũ tương. Hai phương pháp này tổng sản lượng chiếm đến 92% tổng lượng PVC sản xuất được. Để tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này mời các bạn tham khảo "Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương".

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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

  1. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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 -1- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  2. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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 -2- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  3. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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] 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 . VC chỉ tan tốt trong các dung môi hữu cơ nhƣ: axeton, rƣợu etylic, hydrocacbon thơm và hydrocacbon mạch thẳng. Sinh Viên Thực Hiện -3- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  4. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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 Hằng Số Khối lƣợng phân tử 62,5 kg/kmol Nhiệt độ ngƣng tụ 13,9 0C Nhiệt độ đóng rắn 159,7 0C Nhiệt độ tới hạn 142 0C Nhiệt bốc cháy 415 kcal/kg Nhiệt nóng chảy 18,4 kcal/kg Nhiệt bốc hơi ở 250C 85,7 kcal/kg Trọng lƣợng riêng 0,969 g/cm3 Nhiệt tạo thành 83  8 kcal/kg Nhiệt trùng hợp 366  5 kcal/kg Nhiệt dung riêng của VC hơi (250C) 0,207 kcal/kg độ Nhiệt dung riêng của VC lỏng (250C) 0,83 kcal/kg độ Hệ số khúc xạ của VC lỏng 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 -4- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  5. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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: đun nóng CH2CHCl + NaOH 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 -5- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  6. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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 -6- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  7. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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 (
  8. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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 -8- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  9. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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 Tấn PVC bột 31.000 PVC hạt 6.800 Các bán sản phẩm PVC 3.500 Sinh Viên Thực Hiện -9- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  10. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Chất hoá dẻo DOP 10.000 Tổng 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 -10- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  11. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Chỉ tiêu 1990 1995 1999 2000 Mức tăng bình quân % Giá trị tổng sản lƣợng(triệu đồng) 103751 437000 748000 855000 23 Tổng doanh thu (triệu đồng) 68218 730000 1080000 1362000 40 Lao động ( ngƣời) 3300 4000 5000 5130 4.5 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 -11- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  12. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Cl Cl Cl Hình 1: Sơ đồ cấu tạo các phân tử PVC Trong đó : : Nguyên tử cacbon. : Nguyên tử hidro. 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 CH 2 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 -12- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  13. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương    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 -13- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  14. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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 -14- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  15. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Bảng 7: Một số chỉ tiêu về tính chất cơ lý quan trọng của PVC cứng:[10] Khối lƣợng riêng 1,381,4 g/cm3 Giới hạn bền kéo 500700 kg/cm2 Giới hạn bền uốn 8001200 kg/cm2 Giới hạn bền nén 8001600 kg/cm2 Môđun đàn hồi 400010.000 kg/cm2 Độ giãn dài 1025% Hệ số giãn dài 0,000060,00007 Độ dẫn nhiệt 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: + Xuất hiện nối đôi: - HCl  CH2  CH  CH2  CH   CH2  CH  CH  CH     Cl Cl Cl Sinh Viên Thực Hiện -15- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  16. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Sinh Viên Thực Hiện -16- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  17. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương + Có sự liên kết giữa hai mạch phân tử: Cl  CH2  CH  CH2  CH  - HCl  CH2  CH  CH2  CH     Cl Cl CH2  C  CH  CH  CH2  CH  CH2  CH     Cl Cl Cl + Khi có oxy sẽ tạo thành một số nhóm có chứa oxy: - HCl 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 hợp axit axetic và axetat bạc ở 650C thu đƣợc Polyvinyl axetac: _nAgCl  CH  CH2  CH  CH2   CH  CH2  CH  CH2    +nCH3COOAg   Cl Cl OCOCH 3 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 -17- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  18. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương Thế nhóm amin + NH3  CH  CH2  CH  CH2   CH  CH2  CH  CH2     HCl   Cl Cl NH 2 Cl Tạo liên kết imin  CH  CH2  CH  CH2   CH  CH2  CH  CH2  + n NH3     Cl Cl NH Cl Cl  nHCl    CH  CH2  CH  CH2   CH  CH2  CH  CH2    Cl Cl + 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  + n  CH  CH2  CH  CH2      nHCl Cl Cl * Thế Clo bởi nhóm sulfonamid: Phản ứng xảy ra trong nhựa huyền phù dạng nƣớc với amoni. + n(NH4)2SO3  CH  CH2  CH  CH2   CH  CH2  CH  CH2      Cl Cl  (NH4Cl + SO 2NH2 SO2NH2 H2O) Sinh Viên Thực Hiện -18- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  19. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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 nó bị phân giải : (C6H5COO)2 t0 C6H5COO Peroxyt benzoil BenZoat  t0 C6H5COO C6H5 + CO2 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. CH3 CH3 CH3 \ / t0 \ 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 chúng kết hợp với nhau thành phân tử thấp. Các gốc Benzoat, phenyl, azodinitril gọi là gốc hoạt động và đƣợc ký 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 -19- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
  20. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 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 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 R  CH2  CH  CH2 CH2 + R  CH2  CH  CH2 = CH     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 -20- Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA
165 tài liệu
2069 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
9=>0