Luận văn Thiết kế phân xưởng sản xuất keo phênol-formalđêhyd tan trong cồn pot

Đóng rắn nhựa novolac có kèm theo hiện tượng tạo ra nhóm mêtylen Tính chất của chất xúc tác ảnh hưởng lớn đến lượng formalđêhyd liên kết.. - Xúc tác là bazơ: Sản phẩm tạo thành là nhựa r

Luận văn Thiết kế phân xưởng sản

xuất keo formalđêhyd tan trong cồn

phênol-Lời Giới Thiệu

Thế kỷ XX con người đã làm thay đổi hoàn toàn xã hội loài người bằng nhữngphát minh mới trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, những khám phá về cuộc sống xungquanh trái đất chúng ta, đã giúp cho con người có cái nhìn hoàn toàn về một thế giớihiện đại, mở ra tương lai tươi sáng cho chúng ta và sẵn sàng chuẩn bị bước vào thế kỷXXI Đất nước ta nói riêng và Châu Á nói chung đã bước qua thời kỳ tiền công rẻ mạt,chỉ có nhập khẩu kỹ thuật Tương lai của đất nước hoàn toàn phụ thuộc vào lao động trí

óc và sáng tạo ra cái mới, với sức ép của cuộc cạnh tranh trong thế kỷ XXI Dần dầntìm cách tự phát triển, nâng cao thực lực kỹ thuật với tình hình nước ta đang trong thời

kỳ mở cửa, khuyếnh khích đầu tư nước ngoài đi đôi với việc xây dựng cơ sở hạ tầng,ứng dụng khoa học kỹ thuật, cho nên chúng ta phải đầu tư cho phát thiển nhân tài đểứng dụng khoa học kỹ thuật

Nền công nghiệp chất dẻo ở nước còn qúa ít ỏi, chủ yếu là gia công chất dẻochứ chưa đi đến việc sản xuất tổng hợp nó Hợp chất cao phân tử (Polime) là nhữnghợp chất rất quý có những Polime có thể thay thế nhiều nguyên liệu khác như gỗ, xâydựng nhà cửa, sắt, kim loại, da Công nghệ sản xuất keo dán được ứng dụng nhiềutrong việc xây dựng nhà cửa, công nghiệp đồ gỗ, sắt

Keo Phênol-formalđêhyd tan trong cồn dựa trên cơ sở nhựa nhiệt rắn Loại keonày có đặc tính ưu việt là có độ bền mối dán cao chiu ẩm, chiu vi khuẩn và có thể phốihợp với một số keo khác để tạo nên keo có đặc tính trội hơn, đặc biệt hơn Nhược điểmcủa keo này là màng keo dòn, tính bền giảm đối với điều kiện thời tiết khắc nghiệt, keo

PHẦN I: TỔNG QUAN

I NGUYÊN LIỆU

Nguyên liệu sản xuất Phênol-formalđêhyd là đi từ Phênol và formalđêhyd.Ngoài ra người ta đi từ một số dẫn xuất của Phênol như: crezol, xilenol, rezolsin Còncác alđêhyd thì ngoài Formalđêhyd người ta còn dùng furfurol là loại hay được sửdụng nhiều nhất

A Phênol và dẫn xuất của nó:

- Tỷ trọng : d = 1,0545 g/cm2

- Nhiệt độ nóng chảy : tnc = 40,30C

- Nhiệt độ sôi : ts = 182,20C

- Phênol tan rất ít trong nước lạnh nhưng tan tốt trong nước ở nhiệt độ>600C

- Độc làm bỏng da và các niêm mạc với dung dịch 23%

- Nồng độ cho phép của Phênol trong không khí là 0,005mg/lk2

- Dễ tan trong dung dịch kiềm do tính acid của nó tạo ra Phênolat:

C6H5OH + NaOH  C6H5ONa + H2O

b Điều chế Phênol:

* Hiện nay trong công nghiệp có 4 phương pháp sản xuất Phênol

- Phương pháp benzosunfonat gồm có 2 giai đoạn:

 Sunfo hóa benzen : C6H6 + H2SO4  C6H5SO3H

Trung hòa benzosunfo acid bằng cách làm nóng chảy nó với kiềm phânhủy Phênolat và chúng thu được Phênol

C6H5SO3H + NaOH  C6H5OH + NaHSO3

- Phương pháp Clo hóa benzen:

Clo hóa benzen: C6H6 + Cl2  C6H5Cl + HCl

Xà phòng Clo hóa benzen bằng dung dịch NaOH 10%

C6H5Cl + NaOH  C6H5OH + NaCl

- Phương pháp Clo Oxy hóa benzen: Gồm các giai đoạn

Clo hóa ôxy hóa benzen bằng HCl và không khí ở nhiệt độ 2003000C cóchất xúc tác:

C6H6 + HCl(khan) + 21O2(k 2 )  C6H5Cl + H2O

OH

t0

 Thủy phân C6H5Cl bằng NaOH ở 7500C, áp suất cao sau đó dùngphương pháp chưng ta thu được Phênol.

C6H5Cl + NaOH  C6H5OH + NaCl

- Phương pháp Cumen: Gồm các giai đoạn

Điều chế izôprôpylbenzen khi có xúc tác:

Nhưng sản xuất Phênol theo phương pháp trên không tinh khiết muối sử dụng

ta phải tiến hành tinh chế

c Tính chất hóa học:

Tính chất hóa học của Phênol tương tự như các hợp chất thơm, Phênol tham giavào phản ứng thế SE nhưng do hiệu ứng liên hợp nên liên kết OH phân cực mạch do đóPhênol thể hiện tính acid Tính acid của Phênol mạnh hơn alcol nhưng yếu hơncacboxylic

- Phản ứng tạo este (chuyển vị frisơ)

C6H5OH + C6H5COCl   NaOH C6H5-O-C-C6H5 +HCl O

xt

t0

1000c

Khi đun nóng este của Phênol với AlCl3 sẽ xảy ra sự chuyển vị nhóm oxyl đến

vị trí Octo hoặc Para của nhân thơm, phản ứng này gọi là phản ứng chuyển vị frisơdùng để điều chế các hợp chất hydroxyxêtôn thơm

- Phản ứng alkyl hóa Friden - Crap

- Phản ứng Axyl hóa Friden - Crap

Phản ứng các hợp chất Phênol có thể xảy ra trực tiếp cũng có thể xảy ra từngbước tạo thành este rồi sau đó chuyển vị thành Frisơ

OH

NO2

O2N NO2OH

H2SO4 ,200C

H2SO4 ,1000C

SO3HOH

- Công thức phân tử: C6H4(OH2) (hoặc m-dioxibenzen)

- Công thức cấu tạo

OH

 



+ NN+-

OHCOR

+OH

COR+

- Có thể tham gia phản ứng ở nhiệt độ thấp do H ở các vị trí Octo và Para mạnhhơn Phênol rất nhiều.

- Khi tác dụng của ánh sáng và không khí ẩm thì rezorsin biến thành màu đỏ

- Tan tốt trong nước, mêtanol, êtanol, ête, glyxêrin, nhưng hầu như không tantrong bengen, clorofooc và sunfuacacbon

- Là loại acid rất yếu

b Điều chế

Sunfo hóa bengen đến m-đisunfo acid Sau khi trung hòa thì cho nóng chảy vớiNaOH Tách rezolsin Tách rezolsin từ dung dịch bằng cách oxi hóa rồi dùng phươngpháp chưng chân không hoặc kết tinh để làm sạch sản phẩm

3 Crezol

- Công thức phân tử : C6H4(CH3)OH

- Công thức cấu tạo : có 3 công thức cấu tạo

- Tan trong H2O yếu hơn nhiều so với Phênol, ngay cả nước nóng

- Tan trong các dung dịch nước kiềm, rượu và este

- Độc giống như Phênol

- m-Crezol tham gia phản ứng tạo nhựa nhiệt rắn, o-Crezol và p-Crezol tham giatạo nhựa nhiệt dẻo

o-Crezol

CH3OH

m -Crezol

CH3OH

p -Crezol

1,2,4-CH3

OH

xilenol

1,2,5-CH3

H3C3

OH

xilenol

n

là polime của formalđêhyd vô định hình, mềm, màu trắng Vì dễ bị trùnghợp nên khi bảo quản người ta cho thêm 23% metanol vào vì HCHO trong nước sẽ :

HCHO + H2O  HOCH2OH

HOCH2OH + HOCH2OH  HOCH2OCH2OH + H2O

HOCH2OCH2OH + n HOCH2OH  HO -(CH2O)-n+1 CH2OH + nH2O

HO -(CH2O)-n+1CH2OH + 2CH2OH  CH3-O-(CH2O)-n+1CH2-O-CH3 + 2H2O

Sản phẩm tạo ra ngắt sự phát triển mạch của polime

* Tham gia vào phản ứng cộng

CH2O + 2C4H9OH  t0 C4H9OCH2C4H9 + H2O

* Phản ứng tự oxi hóa tạo tạo ra acid formic (HCOOH), tuy mức độ thấp nhưngvẫn làm gỉam độ pH của dung dịch formalin PH = 44,5:

2CH2O + O2  2HCOOH

Ngoài ra còn một số tính chất cần biết để hiểu lý thuyết tạo nhựa

* Formalđêhyd đồng thời tự oxi hóa và tự khử tạo HCOOH và CH3OH

2HCHO + NaOH  CH3OH + HCOONaHCOONa + H+  HCOOH + Na+

* Tạo axetal

HCOONa + 2C4H9OH  t0 C4H9OCH2OC4H9 + H2O

* Tạo hexameltylen tetramin (urotropin) Khi cho tác dụng NH3 với HCHO:

6HCHO + 4NH3   350c (CH2)6N4 + 6H2O6H2O + (CH6)N4     35  0 c 6CH2O + 4NH3

c Điều chế:

* Oxi hóa rượu metylic (CH3OH)

CH3OH + 1/2 O2  XT,4006000C HCHO + H2O + 36,8 cal/molxúc tác : Cu, Ag, Oxit molipden

Ngoài phản ứng trên đồng thời cón xảy ra các phản ứng

CH3OH + O2  HCOOH + H2O

CH3OH + 1/2O2  CO2 + 2H2O

CH3OH CO + 2H2

H2 + CH3OH  CH4 + H2OHCHO CO + H2

HCHO C + H2O

Người ta thường tiến hành oxi hóa CH3OH trong môi trường chân không

* Oxi hóa mêtan (CH4)

CH4 + O2   400 600 0C , NO  2  HCHO + H2O (phản ứng chính)

2CH4 + O2  2CH2OHHCHO + 1/2 O2  HCOOH Formalin được ứng dụng rỗng rãi trong lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốcdân, phân bón dùng trong công nghiệp chất dẻo, ngoài ra còn dùng trong công nghiệpchất màu, thuộc da, dệt

2 Forfurol

- Công thứ phân tử C5H4O2

phản ứng phụ

CH - CH

CH CHO O

C-





- Công thức cấu tạo

- Furfurol dễ dàng chưng cất với hơi nước

- Hòa tan trong rượu, axêtôn, ete, tan ít trong nước

- Có thể tham gia phản ứng tự trùng ngưng (nhựa hóa) tạo sản phẩm có một độchân không gian lớn, sản phẩm bền nhiệt, tính chất cơ lý tốt

- Để ổn định người ta thường cho thêm hyđroquinol vào

b Điều chế

- Thủy phân các phế thải công nghiệp: rơm rạ, lõi ngô , dưới áp suất và nhiệt

độ > 1000C

Ngoài ra còn nhận được khi thủy phân gỗ hay than nâu

3 Urotropin (hexametylen tetramin)

II PHÂN LOẠI NHỰA PHÊNOL-FORMALĐÊHYD

Phênol-formalđêhyd có 2 loại :

1 Novolac: là nhựa Phênol-formalđêhyd nhiệt dẻo, không có khả năng tự đóng

rắn tạo thành polime mạng lưới không gian

2 Rezolic: Là nhựa Phênol-formalđêhyd nhiệt rắn có khả năng tự đóng rắn

đóng tạo mạng lưới không gian gồm 3 loại:

a Nhựa rezol: Là nhựa chưa đóng rắn, nó là 1 hỗn hợp sản phẩm phân tử thấp

mạch thẳng và nhánh

b Nhựa rezitol: Là nhựa bắt đầu đóng rắn nhưng có mật độ mạng lưới không

gian ít Có thể tan hoàn toàn trong một số dung môi như:xilohexanol, phênol,dioxan với điều kiện nhiệt độ của các dung dịch đó > 1000C, lúc đó nối ngang bị gãy

c Nhựa rezit: Nhựa đã đóng rắn hoàn toàn tạo thành polime có mạng lưới

không gian dày đặc, ở trạng thái không nóng chảy không hòa tan trong bất kỳ dung môinào Mạng lưới không gian tạo ra không những chỉ do liên kết hóa học (metylen) màcòn do liên kết lý học (liên kết H2)

III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC TẠO THÀNH VÀ TÍNH CHẤT SẢN PHẨM

1 Cấu tạo hóa học của nguyên liệu.

- Phụ thuộc vào cấu tạo hóa học mà nguyên liệu có độ định mức và khả năngphản ứng khác nhau

- Nhựa nhiệt rắn thì điều chế từ các nguyên liệu chứa Phênol 3 chức như Phênol,m-crrezol,1, 3, 5-xilanh và rezolsin

chỉ có các alđêhyd là HCHO và furfurol là tạo nhựa nhiệt rắn

- Nhựa nhiệt dẻo có thể điều chế từ nguyên liệu chứa các Phênol 2 chức như: O

và p - Crezol; 1,2,3; 1,2,5 và 1,3,4 - xilenol thì tạo nhựa nhiệt dẻo

- Các xilenol khác (1,2,6 và 1,2,4) là loại đa chức

- Các nhóm chức hydroxyl của Phênol không tham gia phản ứng đa tụ

2 Tỷ lệ mol giữa phênol : formal đêhyd.

- Sản phẩm ngưng tụ ban đầu phụ thuộc vào tỷ lệ mol giữa phênol vàformalđêhyd Cần khống chế tỉ lệ này làm sao cho các sản phẩm ban đầu của phản ứngtách ra được và có những nét đặc trưng

+ Nếu tỉ lệ 1:1 thì:

OH

Phênol

CH3OH

m-Crezol

OH

xilenol

Nếu tỉ lệ phênol: formalđêhyd là 1:2 hoặc cao hơn thì tạo ra

Hoặc

Hoặc

Từ các rượu phênol này tiếp tục ngưng tụ tạo thành nhựa phênol- formalđêhydkhông nóng chảy, không hòa tan

3 PH của môi trường

Nếu phản ứng tiến hành trong môi trường acid (PH<7) thì các rượu phênol tạothành từ phênol và HCHO không bền, nó nhanh chóng ngưng tụ nhau hoặc với phênol(đặc biệt là đun nóng) để tạo nhựa phênol - formalđêhyd nhiệt dẻo

- Nếu tiến hành trùng ngưng trong môi trường bazơ (PH>7) thì các rượu phênoltạo thành từ phênol và HCHO tạo ra đi,tri mêtylol phênol Các đi,tri mêtylol này tiếptục trùng ngưng với nhau hoặc với phênol để tạo ra polime nhiệt rắn

- Với tỉ lệ khác nhau giữa phênol và formalđêhyd nhưng ở trong môi trườngkiềm thì chỉ có tạo ra nhựa nhiệt rắn, nếu không đủ alđêhyd thì phần phênol còn lại thì

sẽ tan vào trong nhựa ở dạng phênol tự do

OH

CH2O

H

+

CH2

OHOH

+

OH

CH2OHHCHO

CH2OHOH

+

OH

CH2OHHCHO

HO-H2C

OH+

OH

CH2OHHCHO

HOCH2

CH2OH

- Nếu xử lý rezolic ở dạng bột bằng lượng thừa phênol thì nhựa này biến thànhnôvôlắc, lúc này liên kết hóa học bị đứt.

- Nếu xử lý nhựa vonolac bằng một lượng thừa formalđêhyd dưới dạngurotropin và thay xúc tác acid bằng xúc tác kiềm thì nhựa novolac trở thành nhựa rezit(phản ứng đóng rắn)

a Nhựa vonolac:

Được điều chế bằng cách ngưng tụ lượng thừa phênol với formalđêhyd trongmôi trường acid nhưng không được thừa nhiều phênol (vì thừa nhiều thì làm giảmtrọng lượng phân tử)

Quá trình phản ứng giữa formalđêhyd và phênol để tạo ra nhựa

2 C6H5OH + CH2O  HOC6H4CH2C6H4 OH HOC6H4 CH2C6H4OH + CH2O + C6H5OH  HOC6H4CH2C6H3(OH)CH2C6H4OH

Sự phụ thuộc trọng lượng phân tử của nhựa novolac vào tỉ lệ mol phênol:formalđêhyd

Trọng lượng phân tử trung bình có thể xác định theo công thức

M = 94106

 A A

M: Trọng lượng phân tử trung bình của nhựaA: Hiệu suất tạo nhựa khan nước

- Trọng lượng phân tử của nhựa novolac tăng theo độ tăng của tỷ lệformalđêhyd và phênol, nhưng ngay cả khi thừa phênol nhiều thì không những nhậnđược đioxyđifênyl mêtan mà có các sản phẩm phân tử cao hơn

- Nhựa novolac gồm các phân tử tạo nhánh là do sự kết hợp các mạch ngắn bằngcầu mêtylen ở vị trí Octo và para (so với nhóm OH của nhân phênol)

- Phụ thuộc vào điều kiện điều chế mà nhựa novolac được phân biệt theo thànhphần, theo đại lượng phân tử và độ phân nhánh theo nhiệt độ nóng chảy, hàm lượngphênol tự do, độ hòa tan và độ nhớt của dung dịch

- Màu sắc của nhựa phụ thuộc vào độ mạnh của nguyên liệu và chất xúc tác

- Để điều chế nhựa novolac ngoài formalđêhyd và các alđêhyd khác, có thểdùng hexamêtilen tetramin, khi đun nóng phênol với urôtrôpin (trong môi trường rượu)với tỉ lệ 1,2:1 thì nhận được nhựa novolac chứa N, có thể ở dạng nhóm dimetylenamin(-CH2-NH-CH2-) Phản ứng này cũng tỏa ra NH3.

300 200

400 500 600

700 M

2 4 6 8 10 12 C6H5OH: CH2O

- Nếu đun nóng nhựa novolac và nhựa đi từ phênol có thay thế gốc alkyl ở vị tríOcto và para ở 2002800C thì chúng có khả năng trạng thái không hòa tan, khôngnóng chảy mặc dầu rất chậm Điều đó có thể là do độ hoạt hóa của nhân phênol ở vị trímêta và nhóm hyđrôxyl của phênol tham gia vào việc tạo ra liên kết ete.

- Do đó những trung tâm phản ứng tự do ở trong nhựa novolac (ở vị trí octo vàpara so với nhóm hyđroxyl của nhân phênol) nên làm cho nhựa này có khả năngchuyển sang trạng thái không tan, không nóng chảy khi sử dụng bằng formalđêhydhoặc urotropin Đóng rắn nhựa novolac có kèm theo hiện tượng tạo ra nhóm mêtylen

Tính chất của chất xúc tác ảnh hưởng lớn đến lượng formalđêhyd liên kết

Ở nhiệt độ thấp (20600C) trong môi trường kiềm các rượu phênol được tạo rakhông tham gia vào phản ứng ngưng tụ tiếp tục, ở nhiệt độ cao (>700C), rượu phênol

có khả năng tác dụng tạo nhựa

4 Ảnh hưởng của xúc tác và lượng chất xúc tác đến tính chất.

- Xúc tác acid: Sản phẩm tạo thành là nhựa nhiệt dẻo, không có khả năng tựđóng rắn tạo ra mạng lưới không gian để chuyển sang trạng thái không hòa tan, khôngnóng chảy

+ Xúc tác là acid hữu cơ: acid formic, acid oxalic, acid exêtic

Ưu điểm: Cho sản phẩm có màu sáng hơn xúc tác acid vô cơ

Khuyết điểm: Hoạt tính xúc tác thấp

+Xúc tác là acid vô cơ: HCl, H3PO4, H2SO4

Ưu điểm: hoạt tính xúc tác cao

Khuyết điểm : Sản phẩm có màu tối hơn

- Xúc tác là bazơ: Sản phẩm tạo thành là nhựa rezolic

+ Nếu là kiềm mạnh NaOH, KOH thì lượng HCHO tham gia vào phản ứngnhiều hơn, vận tốc phản ứng lớn sản phẩm có màu tối, tạo sản phẩm có khả năng tantrong nước vì hiđrô linh động trong nhóm hyđrôxyl của phênol có tính acid yếu TrongNaOH tạo ra muối có liên kết - ONa phân cực mạnh

nên tan trong môi trường nước phân cực

+Nếu xúc tác là Ba(OH)2 thì vận tốc phản ứng không lớn, dễ khống chế quátrình sản phẩm có màu vàng sáng

+ Nếu xúc tác là NH4OH thì nếu NH4OH dư nó dễ bay hơi, sản phẩm có màuvàng sáng nhưng tham gia phản ứng ở nhiệt độ cao

ONa

CH2

Xúc tác NH4OH, Ba(OH)2 tạo sản phẩm tan trong cồn bỡi vì: hyđrô linh độngtrong nhóm hyđrôxyl của phênol có tính acid yếu, trong môi trường NH4OH tạo ramuối có liên kết - ONH4 phân cực yếu

nên chỉ tan trong môi trường phân cực yếu

IV NHỰA PHÊNOL - FORMALĐÊHYD TAN TRONG CỒN

Ở đồ án này ta thiết kế dây chuyền sản phẩm keo phênol - formalđêhyd tantrong cồn

1 Nguyên liệu:

- Phênol

- Formalđêhyd

- Xúc tác Ba(OH)2

Tỉ lệ cấu tử phênol: formalđêhyd = 6:7

Trong trường hợp này, ngưng tụ nguyên liệu trong môi trường kiềm, khi đó tạo

ra các mônô, đi, tri metylol phênol Các mônô, đi, tri này tiếp túc phản ứng với nhauhoặc với phênol tạo ra nhựa rezolic Nhựa rezolic nhận được vẫn còn 1 phần phênolthừa Nếu rezolic còn lại thừa quá nhiều, khi đó nó sẽ tồn tại trong nhựa dưới dạngphênol tự do và làm giảm M p của sản phẩm

OH+

OH

CH2OHHCHO

OH+

OH

CH2OHHCHO

CH2OHOH

+

OH

CH2OHHCHO

HOCH2

CH2OHOH

OHHOH2C

- Trong trường hợp dùng chất xúc tác hoạt động kém hơn.

Ví dụ: amôniắc thì không cóliên kết ête và khi đun nóng nhựa đến 2000C thìkhông thấy CH2O tỏa ra

4 Đóng rắn nhựa:

- Rezolic có thể hòa tan hoàn toàn trong nhiều dung môi như: xilohexanol,phênol, đioxan, butanol nhưng với điều kiện là nhiệt độ sôi của dung môi đó trên

1000C, lúc đó thì các nối ngang đều bị phá hủy

- Tốc độ tăng nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến độ hòa tan của rezolic Nếu tăng nhiệt

độ nhanh thì lúc đó nhựa chưa kịp trương trong dung môi, lượng nối ngang tăng lên vàngừng hẳn quá trình hòa tan nhựa Nếu đun nóng lâu thì có thể làm rezolic tan hoàntoàn

- Nhựa rezolic bị đóng rắn (rezit) Trong giai đoạn rezit mạng lưới không giantạo ra không những chỉ do liên kết hóa học mà còn liên kết lý học

- Ở nhiệt độ cao liên kết lý học bị phá hủy do đó xuất hiện 1 ít tính đàn hồi, khilàm lạnh đàn tính đó mất đi

- Trong những điều kiện xác định (ở nhiệt độ cao và đun nóng lâu) nếu dùng 1lượng phênol thừa để xử lý rezit đã nghiền nhỏ thì nhựa này có thể biến thành nhựanovolac, trong trường hợp này xảy ra hiện tượng đứt liên kết hóa học Giữa các phân tử

và tạo ra liên kết mới với phênol

- Cấu tạo rezít có thể biểu diễn

- Trong nhựa đóng rắn còn lại một số nhóm mêtylol tự do, những nhóm này khiđun nóng tiếp tục ở nhiệt độ cao trong thời gian lâu thì tác dụng với nhau và với nhựa,kết quả là tạo ra liên kết hóa học

V ỨNG DỤNG CỦA NHỰA REZOLIC:

Từ nhựa phênol - formalđêhyd người ta điều chế các chất dẻo khác nhau gọi làfênolplast Trong thành phần của chúng, ngoài chất kết dính (nhựa) còn có các cấu tửkhác nhau: chất độn chất hóa dẻo,chất màu và các chất khác Để làm các vật phẩm tathường dùng phương pháp ép Vật liêu áp không những từ nhựa novolac mà cả từ nhựarezolic Phụ thuộc vào chất phụ gia sử dụng và mức độ nghiền mà tất cả các vật liệu épchia ra làm 4 loại: Bột ép, sợi (hạt), lớp và mảnh vụn

1 Bột ép

- Vật liệu ép là một hỗn hợp cấu tử phức tạp chủ yêú từ nhựa novolac và rezolic,tùy theo tính chất của nhựa mà chia ra : bột ép novolac và bột ép rezolic

- Căn cứ theo công dụng, có thể chia bột ép ra làm 3 nhóm chính

+ Bột ép làm các sản phẩm kỹ thuật và dân dụng chủ yếu đi từ nhựa novolac.Các sản phẩm này không nên cho chịu tải trọng cơ học lớn, dòng điện có điện áp cao(>10KVôn) và nhiệt độ cao quá 1000C

+ Bột ép làm các sản phẩm đặc biệt có độ bền nước chịu nhiệt bền hóa học vàbền va đập cao

2 Vật liệu sợi ép (cốt sợi) đi từ nhựa rezolic và phụ gia là sợi.

CH2 CH2OH

OHHOH2C

CH2

OH

CH2

Dùng sợi như vậy cho phép tăng một số tính chất cơ học chủ yếu là độ dẻo chịu

va đập Sợi làm phụ gia có thể là sợi bông, amiăng, thủy tinh Nhưng sợi thủy tinh thìcho sản phẩm ép có độ bền cơ học, độ chịu nước và chịu nhiệt cao

3 Vật liệu ép thành lớp :

Sản xuất thành những tờ lớn dạng tấm, ống, thanh Sản phẩm có hình dạng khácnhau tùy theo yêu cầu

Tùy thuộc vào phụ gia, chất dẻo lớp sản xuất ra ở những dạng sau testolic (phụgia là vải, sợi, bông), thủy tinh testolic (phụ gia là vải thủy tinh), amiăng-testolic (phụgia là vải amiăng)

4 Vật liệu ép với phụ gia thô (mảnh vụn)

Vật liệu ép với phụ gia đi từ nhựa rezolic và các mảnh vụn vải, giấy Loại nàycũng có độ dẻo chịu va đập cao

* Thường được dùng hơn cả là bột ép và phối liệu của bột ép gồm có nhựa, chấtđộn, chất đóng rắn và chất xúc tiến đóng rắn nhựa, chất bôi trơn, chất màu

a.Chất độn

Thường dùng hơn cả là bột gỗ Để làm cho bột gỗ có độ chịu nước cao, người ta

xử lý bằng chất lỏng cơ kim (Si) hoặc pha amiăng sợi ngán hoặc chất độn vô cơ vào

Ngoài ra còn thêm các chất khác như mica và thạch anh để tăng tính chất điệnmôi, có độ chịu nước cao và ít co

Trong công nghiệp chất dẻo thường dùng bột gỗ lá kim (thông, tùng ) vì nó có

độ chịu nước cao và bền hóa học

Bột gỗ có tính chất điện môi tương đối tốt và để sản xuất các sản phẩm cáchđiện cao cấp thì cần dùng bột không lẫn các mảnh vụn kim loại trong quá trình chếbiến sịnh ra

Amiăng thường dùng loại 3MgO 2SiO2 2H2O để tăng độ chịu nước và nhiệt,tăng tính điện môi

Mumia ở dạng thiên nhiên là đất sét có màu oxit sắt, dùng để giảm độ hút nước

và tăng độ chịu nhiệt của vật phẩm, đồng thời nó cũng là bột màu

b Chất đóng rắn và chất xúc tiến đóng rắn nhựa.

- Thường dùng là Urôtrôpin, vôi và MgO

- Thêm Urôtrôpin vào cả nhựa novolac và rezolic

- Trong sản xuất bột ép novolac, nó là cấu tử chính dùng làm chất đóng rắn nhựatrong khí ép Khi sản xuất vật liệu ép theo phương pháp khô thì cho Urôtrôpin đãnghiền nhỏ và nhựa rắn, còn theo phương pháp nhũ tương thì cho Urôtrôpin vào nhựa

ở dạng dung dịch trong nước

- Trong thành phần bột ép novolac, vôi có tác dụng trung hòa acid còn trongnhựa, còn trong nhựa rezolic có tác dụng xúc tiến đóng rắn nhựa, tăng độ bền nhiệt và

cơ học của vật phẩm

c Chất bôi trơn

Cho vào bột ép dễ đóng bánh tốt hơn và để ngăn ngừa vật phẩm dính vào khuôn.Ngoài ra nó còn có khả năng tăng độ chảy của nguyên liệu khi ép

Chất thường dùng là acid ôlêic (C17H35COOH), eteurin hỗn hợp acid hữu cơ acid stearic (C17H35-COOH) và palmitic (C18H31COOH), stearat Ca và kẽm.

rắn-d Chất màu:

Chất màu cần có độ chịu nhiệt cao và bền ánh sáng, dùng cả chất màu vô cơ vàhữu cơ Chất màu hữu cơ hay dùng nhất là nitrôzintan trong cồn (tạo màu đen) liềulượng dùng là 24% so với nhựa

* Sản xuất bột ép rezolic

Các vật phẩm từ bột ép rezolic có tính điện môi cao, và chịu nước hơn novolac.Phương pháp sản xuất cũng như bột ép novolac, nhưng có điểm khác là, ví dụ: các hỗnhợp chứa nhựa rezolic kéo dài 35 phút, do nhựa rezolic đóng rắn chậm hơn (ở nhiệt

độ cán) nhựa novolac có thêm Urôtrôpin Ngoài ra nhựa rezolic có độ nhớt lớn hơnnovolac nên thời gian ngấm lâu hơn

Nhược điểm của bột ép phênol-formaldehyd là dòn, chịu acid kém, các tính chấtđiện môi phụ thuộc vào nhiệt độ và tần số của dòng điện Để khắc phục các nhượcđiểm đó người ta trộn nhựa phênol-formaldehyd với các nhựa khác như PVC, cao sunitril với polimit

Nhược điểm cơ bản của vật phẩm chế tạo từ bột ép là độ bền tải trọng đậpkhông cao (độ bền va đập riêng là 1,59 kg lực cm/cm2).Vì vậy không thể dùng bột ép

để dùng các chi tiết quan trọng của dụng cụ và máy chế tạo mang ứng suất lớn Theonguyên tắc thì chất độn sẽ làm tăng độ bền của chất dẻo (kể cả va đập) so với độ bềncủa nhựa tinh khiết, nhưng trong các chất độn thì dạng bột kém tác dụng nhất Do vậy

mà người ta dùng chất độn dạng sợi (xenlulo, bông, amiăng, sợi thủy tinh) để làm chochất dẻo có độ bền va đập cao ngay cả khi mẫu bị khía

5 Ngoài ra nhựa phênol formalđêhyd còn được ứng dụng làm các vật liệu khác: vật liệu tạo hình, vật liệu than grafit, nhựa đúc

Quá trình kỹ thuật sản xuất faolit và các vật phẩm từ faolit có thể chia ra các giaiđoạn sau: điều chế nhựa rezolic phênol-formalđêhyd, trộn các cẩu tử, cán, chế tạo vàđóng rắn các vật phẩm

Nhựa để sản xuất faolit có độ nhớt không lớn lắm vì như vậy thì khó tẩm vàophụ gia và khối faolit đóng rắn nhanh,khó cán

Phụ gia amiăng làm giảm độ bền hóa học của faolit, đặc biệt là loại cơriđôtin.Nhưng làm lượng cơriđôtin càng nhiều thì độ bền cơ học của faolit càng tăng

- Ưu điểm : faolit chịu nhiệt độ cao (1301450C) và bền hóa học.

- Khuyết điểm : dòn, tự co nhiều khi đóng rắn (23%) và độ dẫn dẫn nhiệtkhông lớn

Phaolit được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của công nghiệp để làm vậtliệu chế tạo và lót thiết bị chịu hóa học như: thùng chứa, nồi phản ứng, cột chưng vàhấp thụ, máy móc, thùng điện phân, thiết bị kết tinh, ống, van khóa

b) Vật liêu than grafit:

- Than không thấm, grafit không thấm và antêgmit là loại vật liệu than grafit.Than và grafit là các chất hyđrôcacbon chịu hóa chất, nhưng việc sử dụng nó bị hạnchế do độ xốp lớn

- Để khắc phục nhược điểm đó ta dùng các loại nhựa khác nhau thường là nhựarezolic phênol-formalđêhyd để tẩm than grafit

- Than và grafit không thấm chịu hóa học cao với các môi trường ăn mòn,không thấm chất lỏng và khí, độ dẫn nhiệt cao hơn độ dẫn nhiệt của thép và chì, chỉthua độ dẫn nhiệt của đồng và nhôm

- Do đó, dùng nó để sản xuất các chi tiết của thiết bị (nhiệt độ làm việc đến

1800C) trong sản xuất HCl,H3PO4, HC3COOH, rượu clo hóa, cácbuahytrô thơm và béo.Đối với các chất oxy hóa mạnh và kiềm nồng độ trên 5% thì vật liệu đó không bền Độbền hóa học của nó cao hơn dộ bền hóa học của faolit

Grafit là loại vật liệu tự bôi trơn khi cọ sát trong fa hơi grafit - grafit hoặc grafit

- kim loại, tính chất này là một điều rất đặc biệt để giải quyết các vấn đề cấu tạo ởnhững chỗ đệm, nối trục của thiết bị, mà ở những chỗ để cần đảm bảo chịu zỉ và làmkín những chi tiết quay

- Có thể dùng được các phương tiện cơ khí để gia công than và grafit khôngthấm; có thể dùng keo phênol - formalđêhyd để dán các bộ phận đó, đặc biệt nếu dùngnhựa rezolic phênol - formalđêhyd có thêm 36% HCl làm chất đóng rắn thì dán rấttốt

Grafit tẩm nhựa phênol - formalđêhyd, nó có tính chất rất giống grafit khôngthấm Chỉ có một nhược điểm cơ bản là độ bền va đập thấp Angtêgmit sử dụng chủyếu để sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt và ống dẫn trong công nghiệp hóa chất đặc biệttrong sản xuất H2SO4

c Nhựa đúc:

Nhựa đúc là vật liệu cứng,không nóng chảy, không tan, được điều chế bằngcách đóng rắn nhựa rezolic lỏng phênol-formalđêhyd ở trong khuôn , có khi gọi nhựađúc là phênolplat đúc, rezit đúc

Vì đóng rắn ở nhiệt độ tương đối thấp, nên phải dùng xúc tác acid cho vào ởcuối giai đoạn sấy, đối với một số loại nhựa đúc ta dùng xúc tác acid như: ftalêicoxalic, boric Đối với loại khác như rezit đúc thì dùng xúc tác kiềm (KOH)

Nhựa đúc dùng để sản xuất các vật phẩm dạng tấm, ống, thanh có độ bền cơ họccao, đặc biệt là tải trọng động

d Keo dán và sơn.

Nhựa phênol-formalđêhyd cũng nhựa urê-formalđêhyd có ý nghĩa rất quan trọng

là dùng để dán các vật liệu khác nhau (gỗ, kim loại, chất dẻo, thủy tinh, sành, sứ ).Nhựa rezolic phênol-formalđêhyd được dùng ở dạng dung dịch rượu hoặc nhũ tươngnước, đóng rắn nguội có acid mạnh, muối của nó hoặc các este acid hoặc đóng rắnnóng dưới áp suất 36 kglực/cm2 không có xúc tác Sau khi đóng rắn nhựa rất dòn nênthường phải biến tính Nhựa biến tính dùng để dán gỗ, chất dẻo bọt và vật liệu xốp

Keo phênol-formalđêhyd có độ bền của mối dán cao, chịu ẩm và vi khuẩn,nhưng nhược điểm cơ bản là màng dán dòn và độ bền của mối dán vào gỗ bị giảm dotác dụng thủy phân của acid lên xenlulo Do đó hiện nay ta hay dùng keo phênol-formalđêhyd có phối trộn với nhựa urê-formalđêhyd, epoxy và polivinyl axêtal hoặcvới cao su tổng hợp

Nhựa phênol-formalđêhyd là loại nhựa tổng hợp đầu tiên được dùng để làm sơn.Hiện nay từ nhựa phênol-formalđêhyd người ta điều chế sơn novolac tan trong cồn vàtrong dầu

Để điều chế sơn tan trong cồn nên dùng nhựa iditol Ngoài nhựa và rượu (dungmôi), còn thêm 515% côlophan vào sơn

Nhựa phênol-formalđêhyd tan trong rượu, axêtôn, hỗn hợp rượu-benzen vàtrong các dung môi có cực khác Để nhựa này có thể hòa tan trong các cacbuahyđrôthơm và dầu mỏ và trộn được với dầu thì cần phải giảm độ phân cực của nó xuống

Muốn thế, ta ête hóa các nhóm có cực (hyđrôxyl) của nhựa và đặc biệt là làmcho nhựa chứa được nhiều nhóm không cực ở vị trí para với hyđrôxyl của nhân phênol.Các este đó (nhựa tác dụng với các acid béo của colofan) được ứng dụng rộng rãingười ta gọi là nhựa copan nhân tạo Sơn dầu cao cấp được điều chế từ nhựa phênol100% (para akyl phênol) Sơn dầu copan là loại sơn được điều chế từ copan trộn vớidầu lanh ở nhiệt độ cao (2302800C) Sơn dầu cao cấp có độ bóng cao, chịu tác dụngcủa tia tử ngoại, khí quyển

Còn có sơn từ nhựa rezolic rắn tan trong C2H5OH gọi (bakêlit) Sơn bakêlit dùng

để tẩm phụ gia và tạo các màng phủ khác nhau kể cả màng chống rỉ Sơn bakêlit dùng

để bảo vệ các đường ống chịu áp suất cao khỏi bị tác dụng của H2O làm lạnh, ốngthông gió trong xưởng acid và các đường ống khác của máy làm lạnh, máy nén khí

Ngoài các vật liêu trên người ta còn dùng nhựa phênol-formalđêhyd để làm chấtdẻo bọt

VI ÚNG DỤNG NHỰA PHÊNOL-FORMALĐÊHYD TAN TRONG CỒN

ĐỂ LÀM KEO DÁN:

Cũng như nhựa urê-formalđêhyd, nhựa phênol-formalđêhyd có ứng dụng rấtquan trọng trong việc dùng để dán các vật liệu gỗ kim loại, chất dẻo, thủy tinh, sànhsứ

Nhựa rezolic tan trong cồn có thể đóng rắn ở nhiệt độ thường nhờ acid mạnh,muối của chúng hay este acid, đóng rắn bằng cách đun nóng dưới áp suất 36 kglực/cm2 không cần xúc tác

Keo phênol-formalđêhyd có tính kết dính cao chịu được ẩm và các loại nấm.Song có nhược điểm là màng keo dán dòn, độ bền của mối dán vào gỗ bị giảm đi do

tác dụng thủy ngân của xúc tác acid lên xenlulo Do đó gần đây đã phối trộn formalđêhyd với các loại polime nhiệt dẻo.

phênol-1 Keo dán từ nhựa không phối hợp

Keo đi từ nhựa phênol-formalđêhyd đa tụ có xúc tác Ba(OH)2 có màu sáng,nhựa có độ nhớt khá cao từ 500100cp, tỉ trọng 1,251,29 Trong thành phần của keo

có khoảng 20% nước và khoảng 20% phênol tự do Keo phênol-formalđêhyd tan trongcồn, có thể đóng rắn ở nhiệt độ thường, nếu cung cấp thêm chất đóng rắn (chấttiếp xúc pêtrốp)

Keo phênol và formalđêhyd nói chung cũng nhựa keo đi từ nhựa formalđêhyd có nhiều ứng dụng, chúng có thể dán các vật liệu như: gỗ, kim loại, chấtdẻo, thủy tinh, gốm, sứ

urê-Đặc biệt là keo tan trong cồn hay nhũ tương tan trong nước Chúng có thể đóngrắn ở nhiệt độ thường nếu có xúc tác acid mạnh, muối hay este của chúng hay đóng rắnbằng cách đun nóng dưới áp suất 36 kg/cm2 không cần xúc tác

Keo phênol-formalđêhyd có tính kết dính cao chịu ẩm và các loại nấm chúng có

độ bền chống nứt Song có nhược điểm là màng keo dán độ bền mối dán trên gỗ thấp

do tác dụng thủy phân của acid lên xelulo, do đó cần biến tính dùng với các plime khácnhư: urê-formalđêhyd, cao su, nhựa epoxy

Biến tính keo phênol-formalđêhyd, để khắc phục các nhược điểm và làm chokeo có tính chất đặc biệt như có độ co rút ít

2 Keo đi từ các nhựa phối hợp

a Keo Cacbonit-phênol-formalđêhyd.

Được sản xuất từ dung dịch H2O của nhựa phênol và urê-formalđêhyd và chấtxúc tác rắn, để giảm độ co rút người ta cho thêm phụ gia xenlulô

Phối liệu của keo:

Nhựa urê-formalđêhyd 56 phần khối lượngNhựa phênol -HCHO 35 phần khối lượngEsteêtylic của acid oxalic 5 phần khối lượngBột gỗ 5 phần khối lượngKeo này chứa 3050% nước

b Keo polivinyl butyrat-phênol-formalđêhyd

Keo này là dung dịch của nhựa rezolic và polivinyl butyrat tan trong cồn, đi từ 2loại nhựa này có tính bám dính tốt và có thể chuyển sang trạng thái không nóng chảy,không hòa tan khi đun nóng

Keo là chất lỏng có màu trong suốt hay mờ đục từ vàng sang đỏ Phân biệt nhãnhiệu là do tỉ lệ trộn các cấu tử khác nhau vì thế mà nhãn hiệu khác nhau

Thông thường polivinyl butyrat và phênol-formalđêhyd là quá trình phức tạpcùng với đóng rắn nhựa rezolic lúc này nhóm mêtylol của nhựa rezolic tác dụng vớinhóm hyđroxyl của polivinyl butyrat

Ngoài ra còn có một phần của các cấu tử trộn hợp vẫn giữ nguyên không phảnứng có thể trích ly ra bằng dung môi

c Keo phênol - cao su:

Keo phênol-cao su được điều chế bằng cách trộn hợp nhựa phênol-formalđêhydvới cao su (acrylnitril, clopren ) keo này được dùng để dán nhôm, thép và các hợpkim có độ bền trượt và uốn cao, chịu được dao động, chịu được nước, bền nhiệt, bềnvới dầu mỏ.

d Keo phênol-formalđêhyd và epoxy

Được sản xuất bằng cách phối hợp epoxy với phênol-formalđêhyd keo loại này

có tính bám dính tốt trên bề mặt kim loại và vật liệu khác Đặc biệt nó có tính bám dínhtốt trên bề mặt kim loại và vật liệu khác Đặc biệt nó giữ được độ bền ở nhiệt độ caokhi đun nóng hỗn hợp nhựa Nhựa phênol-formalđêhyd tác dụng với nhựa epoxy làmxuất hiện các liên kết este Nhựa đóng rắn xong có cấu tạo mạng lưới không gian dàyđặc và chịu nhiệt rất tốt

Phối liệu của loại nhựa này

Nhựa rezolic 100 phần khối lượngNhựa epoxxy 20 phần khối lượngUrotropin 4 phần khối lượng

Dùng dung môi metyletylketon để hòa tan nhựa, cho hỗn hợp đóng rắn ở 1600C,trong thờigian 30 phút, đem thử các kết cấu dán 2300C và 3150C thấy rằng keo có cácthông số về bền trượt rất tốt Xử lý mối dán ở 2320C trong 192h sẽ tăng độ bền trượt lên

87 kglực/cm2

VII QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NHỰA NOVOLAC :

1 Bảo quản và chuẩn bị nguyên liệu.

Phẩm chất và độ đồng nhất của nguyên liệu có tác dụng rất quan trọng, vì vậycần bảo quản và chuẩn bị nguyên liệu thật tốt Nguyên liệu đem đến nhà máy bằngnhiều phương tiện, thiết bị chứa nên phải phối hợp với nhau cho đồng nhất và bảo quảntrong những thùng chứa thích hợp

Phênol trước khi sản xuất ở trạng thái nóng chảy, còn formalin không kết tủa ởdạng parafooc, thường dùng người ta vận chuyển Phênol trong thùng phuy mạ kẽm, đểlàm nóng chảy phênol tinh thể, ta có thể đốt nóng chảy phênol trên bể nước nóng hoặc

lò đốt bằng hơi nước bão hòa, truyền nhiệt bằng cách gián tiếp qua thùng chứa phênol.Sau khi nóng chảy nhờ bơm chân không hút qua chứa và thùng chứa nhờ bơm li tâmbơm lên thùng lường Ở thùng lường và thùng chứa đều có ống xoắn ruột gà để đunnóng giữ cho phênol ở trạng thái nóng chảy

Formalđêhyd cũng được cho vào thùng chứa cũng nhờ bơm litâm bơm lên thùnglường Formalđêhyd không được tiếp xúc với sắt, nhôm vì khi tiếp xúc nó bị oxy hóa

Để đảm bảo formalđêhyd được tinh khiết cần chọn thiết bị chứa và ống dẫn thích hợp

2 Quá trình sản xuất nhựa Novolac (thuyết minh dây chuyền).

Từ lý thuyết chung ở trên ta có thể chọn phương pháp sản xuất nhựa formalđêhyd mạch thẳng là chủ yếu nóng chảy hoà tan trong dung môi thông thườngrượu, axeton thuộc nhựa nhiệt độ dẻo theo đơn phối liệu sau

phênol-Tên nguyên liệu Phần khối lượng

HCl

10026.5 - 27.51.5 - 20.056

Sở dĩ dùng xúc tác HCl là axit vì trong môi trường H+ thì monomêtylol phênol

hoạt động mạnh trùng ngưng tạo nhựa phênol formalđêhyd mạch thẳng, mạch nhánh

THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN

Nguyên liệu từ các thùng chứa của phân xưởng nhờ bơm li tâm chuyển lên cácthùng lường và xúc tác HCl cũng được cho vào thùng lường vì số lượng ít nên chỉ cầncho bằng tay

Mở van cho tuần tự HCHO, phênol và dung dịch HCl vào thiết bị phản ứng,khuấy đều và bắt đầu cho hơi nước để đun nóng (vào áo bọc) Đun hỗn hợp đến80850C trong vòng 45 phút Sau đó ngừng cho hơi nước vì nhiệt của phản ứng tựtăng lên nhờ nhiệt của phản ứng Khi nhiệt độ tự tăng lên thì 1 phần phênol-formalđêhyd và nước bốc hơi được cho qua thiết bi làm lạnh và hồi lưu về lại thiết bịphản ứng

Khi nhiệt độ của hỗn hợp đạt tới 95980C và hỗn hợp bắt đầu sôi thì ngừngkhuấy và cho nước làm lạnh vào vỏ bọc ngoài để làm lạnh, nhưng phải duy trì cho hỗnhợp sôi nhẹ, cho đến 20 phút kể từ khi bắt đầu sôi Cho cách khuấy chạy tiếp và giữa ởnhiệt độ sôi này khoảng 50 phút nữa, vận tốc cánh khuấy khoảng 60 vòng/phút Sau đóngừng đun nóng và lấy mẫu để xác định tỷ trọng Nếu tỉ trọng chưa đạt yêu cầu thì tiếptục làm việc ở điều kiện nhiệt độ sôi đó đến khi đạt được giá trị độ nhớt mong muốn thìkết thúc quá trình trùng ngưng và bắt đầu sấy

Trong thực tế có thể nhận biết lúc bắt đầu sôi nhờ quan sát giọt chất lỏng ngưng

tụ xuất hiện thông qua kính quan sát lắp trên thiết bị khi đèn chiếu chiếu xuống, đènchiếu và kính quan sát phải đặt đối xứng nhau qua tâm thiết bị, khi quan sát thì phảingừng khuấy

Các sản phẩm ngưng tụ đầu tiên có trọng lượng phân tử thấp và tan tốt trongformalin Hỗn hợp phản ứng phân thành 2 lớp: Lớp trên chủ yếu là nước , formalđêhydcòn dư và phênol còn dư, lớp dưới là nhựa, ta tiến hành tách nước rồi đi sấy

Giai đoạn sấy nhựa Novolac hết sức quan trọng Nên tạo chân không sâu đểgiảm được nhiệt độ của nhựa ở giai đoạn sôi mạnh.Về đầu quá trình sấy tạo ra rất nhiềuhơi và nhiệt độ nhựa nhanh chóng giảm đi (lúc đó không nên đun nóng) Phần lớn nướcbốc ra ở 60700C Trước khi kết thúc sôi vài phút cho hơi nước áp suất 3atm vào vỏđun nóng , khi nước đã khử được hầu hết, nhựa trở nên sáng hơn và nhiệt bắt đầu tănglên lúc đó hơi giảm xuống 0,5atm Ở điều kiện sấy cố định (áp suất còn không được íthơn 200 mmHg) thì có thể tăng nhiệt độ lên không quá 1000C

Để kết thúc quá trình sấy nhựa thì ta căn cứ theo thời gian và nhiệt độ của nhựa.Đồng thời kiểm tra nhiệt độ nhỏ giọt của các mẫu nhựa Lấy mẫu thứ nhất khi nhiệt độnhựa trong nồi phản ứng đạt từ 82850C sau đó 10 phút lấy mẫu 1 lần Kết thúc quá

trình sấy nhựa ở nhiệt độ 1100C chưa đạt tới 100160giây và nhập kho trước khi đónggói nhựa Novolac có màu hồng trong suốt.

DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ.

CHƯƠNG I CĐN BẰNG VẬT CHẤT

- Số ngăy trong năm : 365 ngăy

- Số ngăy chủ nhật : 52 ngăy

- Số ngăy nghỉ lễ, tết : 7 ngăy

- Số ngăy sửa chữa, cúp điện :5 ngăy

 Số ngăy lăm việc trong năm

365 - 65 = 300 ngăyMột ngăy lăm việc 3 ca, một ca sản xuất một mẻ nhựa

Với năng suất 1200 tấn/năm thì khối lượng 1 mẻ keo

tấn 333 , 1 3 300

1200



Nguyín liệu được sử dụng lă phínol 98%, formalđíhyd 37%, Ba(OH)2 37%

I CĐN BẰNG CHO MỘT TẤN KEO

1 Trọng lượng nhựa trong một tấn keo.

- Do tổn hao trong quâ trình hòa tan, đóng gói lă 0,5% nín lượng keo thực tế tạora

025 1005 5

0 100

100 x 1000

, , 

- Trong keo gồm 15% rượu ítylic vă 85% hỗn hợp nhựa

 Hỗn hợp nhựa cần để sản xuất 1 tấn keo

) ( 27 , 854 100

85 025 ,





- Tổn hao do quâ trình sấy nhựa lă 1% nín lượng nhựa trước khi sấy :

Error! Not a valid link. kg-Trong hỗn hợp nhựa gồm 20% nước vă nhựa

- Do đó:

+ Lượng nước trong hỗn hợp nhựa

58 172 100

20 x 9 862

,

,

 kg+ Lượng nhựa sau khi tâch nước có 12% phínol tự do vă 3% formalđíhyd862,9 - 172,58 = 690,32 (kg)

2 Trọng lượng phínol cần dùng để sản xuất 1 tấn keo

- Do hiệu suất tạo nhựa lă 110% so với phínol nín lượng nguyín chất cầndùng

564 627 110

100 x 32 690

100 x 564 627

, ,

- Do hao hụt khi đun nóng và đong lường phênol là 0,5% nên lượng phênol thực

tế chuẩn bị

589 643 5

0 100

100 x 371 640

, ,

,



- Lượng phênol hao hụt 643,589 - 640,371 = 3,218 (kg)

3 Trọng lượng formalđêhyd cần dùng trong 1 tấn keo.

- Vì tỉ lệ mol dung giữa P:F = 6:7 và xúc tác Ba(OH)2 dùng 2% so với phênol ta

37 564 , 627

100 x 199 232

, 0 100

100 564 ,

4 Trọng lượng Ba(OH) 2 cần dùng trong 1 tấn keo.

- Theo đơn pha chế lượng Ba(OH)2 nguyên chất đã dùng

) ( 551 , 12 100

2 564 ,

100 551 ,

, 0 100

100 837 , 41

5 Trọng lượng của những chất còn lại

- Hỗn hợp tách ra gồm: phênol không phản ứng, HCHO không phản ứng đượctách ra theo nước H2O do nguyên liệu mang vào, H2O do phản ứng đa tụ tạo ra và xúctác Ba(OH)2 có khối lượng:

640,371 + 627,564 + 41,837 - 862,9 = 446,872 (kg)

- Hàm lượng phênol trong nước tách ra là 1%

 Lượng phênol trong nước

) ( 469 , 4 100

1 872 , 446

kg





- Hàm lượng formalđêhyd trong nước tách ra là 2%

 Lượng formalđêhyd trong nước

) ( 937 , 8 100

2 872 ,

12 32 ,





+ Lượng formalđêhyd trong nhựa

) ( 71 , 20 100

3 32 ,





+ Lượng nhựa nguyên chất trong hỗn hợp nhựa

100 307 , 87

) 98 100 ( 257 , 540

100 647 ,

) 37 100 ( 552 , 202

540,257 + 202,552 - 586,772 = 156,037 (kg)

- Lượng nước sinh ra trong phản ứng của phênol và của formalđêhyd tổng cộng

là

156,037 + 11,026 +344,886 = 511,949 (kg)

6 Bảng cân bằng vật chất cho lượng cần thiết để sản xuất 1 tấn keo

Cấu tử Lượng vào (kg) Lượng ra (kg) Tổn hao (kg)

7 Bảng 2 cân bằng vật chất cho 1 tấn keo

- Hàm lượng rượu êtylic trong keo là 15%

 Lượng rượu êtylic trong keo

) ( 754 , 150 100

15 025 ,

, 0 100

100 754 , 150

II CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 1 MẺ NHỰA

1 Bảng 3 Cân bằng vật chất cho 1 mẻ nhựa

Một mẻ keo ta sản xuất được 1,333 tấn do đó ta lấy bảng 1 nhân với hệ số

333 , 1 1000

1333

 DO ĐÓ CÁC BẢNG DƯỚI ĐÂY SAI

Cấu tử Lượng vào (kg) Lượng ra (kg) Tổn hao (kg)

III CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO 1 NGÀY ĐÊM SẢN XUẤT

Một ngày đêm sản xuất ta được 3 mẻ nhựa

IV CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO 1 NĂM SẢN XUẤT.

Một năm làm việc có 300 ngày

- Đáy có van tháo sản phẩm

- Nồi có vỏ bọc ngoài để đun nóng hay làm lạnh

- Thân có gắn 4 tai treo, vật liệu làm nồi phải chịu được áp suất và chịu được ănmòn

1 Thể tích nguyên liệu cho 1 mẻ nồi

- Áp dụng công thức

i

i i

G V

531 , 95 099 , 997

991 , 1432 1058

234 , 1462





 V

- Trong đó:

Vn: Thể tích nồi

Vnl: Thể tích nguyên liệu cho vào 1 mẻ nồi

 : hệ số dẫn đầyVới = 0,60,7 vì tốc độ cách khuấy không lớn lắm nên ta chọn =0,65

65 , 0

921 ,

II KÍCH THƯỚC NỒI ĐA TỤ:

- Nồi có cấu tạo thân hình trụ, đáy và nắp dạng clip có gờ nên có thể tích đượctính theo công thức

D- đường kính trong của nồi

H- chiều cao của phần hình trụ

Chọn nồi có H= 1,2D

* Vđáy = Vnắp =

3 3

2

3 2

3

4 2

1 2

4

2 , 1 2 3 2

4

2 ,

3 3

12 494 ,

H = 2 mĐáy và nắp dạng elip có gờ nên chọn phần gờ là = 50mm và phần lồi là hb=

Do thiết bị làm việc ở áp suất thấp và trung bình, môi trường chịu đựng của vậtliệu dựa vào bảng XIII-9STTII T354 ta chọn thép X18H10T và được gia công theophương pháp hàn.

1 Chiều dày thân hình trụ của nồi phản ứng

- Chiều dày thân hình trụ được tính dựa theo công thức XIII-8 STTII T350 ta có:

) ( ].

[

2

.

m C P

P D

* Dt- đường kính trong của thiết bị Dt = 1600mm

*  - Hệ số bền hàn của thanh hình trụ theo phương pháp dọc  = 0,9 (theobảng XIII-8)

* []- ứng suất cho phép của thép X18H1OT

* P - áp suất làm việc của nồi phản ứng

a Áp suất làm việc của nồi phản ứng.

P = Pm + gH1 (XIII-10 STTII T350)

- Trong đó: Pm: Áp suất môi trường làm việc chọn P = 0,981106 (N/m2)

: khối lượng riêng của chất lỏng

H1: chiều cao của cột chất lỏng

1416 , 3 2 3

2 3

536 , 0 921 , 2

, 2

531 , 95 991 , 1432 234

, 1462

n

- Trong đó :

k : giới hạn bền khi kéo

c : giới hạn bền khi chảyTra STTII T299 ta có : k = 550.106 N/m2

c = 220.106 N/m2

nk : hệ số an toàn theo giới hạn kéo

nc : hệ số an toàn theo giới hạn chảyTra STTII T346 ta có nk = 2,6, nc = 1,5

10 550

m N

10

10 132

10 1 1600 ].

[ 2

.

6

6

mm C C

C P D S

Kiểm tra ứng suất của thành theo ứng suất thử (dùng H2O)

Áp dụng công thức XIII-26 STTII T355

) / ( 2 , 1 ].

( 2

).

m N C

S

P C S

Trong đó : Pth - Áp suất thủy lực Pth = 1,25P (không bé hơn (p+0,3))

ta thấy 1,25p < (p+0,3) nên lấy p+0,3

Do đó pth = (1+0,3).106 (N/m2)

 p0 = (1,3 + 0,019).106 = 1,319.106 (N/m2)

9 , 0 10 ).

6 , 1 9 (

2

10 319 , 1 10 ).

6 , 1 9 ( 6 , 1

3

6 3

m N

Mà 183 , 33 10 ( / )

2 , 1

10 220 2

,

1

2 6

6

m N

2 Chiều dày của đáy và nắp thiết bị

Đáy và nắp cùng làm vật liệu và cùng dạng clip có gờ nên được tính theo côngthức XII-47 STTII T372

) (

2

.

].

[ 8

,

3

.

m C h

D p k

P D S

b

t n

hb- Chiều cao phần lồi của đáy hb = 425 mm

h - Hệ số bền của mối hàn hướng tâm  = 0,9 (tra bảngXIII-8)

k = 1 Do lỗ được tăng cứng hoàn toàn

Xét   0 , 9 171 , 347 30

10 1

1 10 385 , 190

Do đó ta bỏ P ở mẫu

2

.

].

[ 8 , 3

.

m C h

D p k

P D S

b

t n

1600 9

, 0 1 10 385 , 190 8 ,

3

10 1 1600

6 , 7

)].

( 2

m N C

b h k

P C S h

b h

6 , 1 9 ( 400 9 , 0 1 6 , 7

10 319 , 1 ).

6 , 1 9 ( 400 2

m N

Do đó chiều dày đấy và nắp thỏa mãn

IV CHIỀU CAO VỎ BỌC

Chiều cao chất lỏng ở trong nồi là H0 = 1,186(m)

Chiều cao phần vỏ bọc ngoài thường lấy cao hơn mặt chất lỏng là 0,3m Vậychiều cao phần thân vỏ bọc

V CHIỀU DÀY CỦA VỎ BỌC

- Do môi trường làm việc của vỏ bọc ít bị ăn mòn, chịu được áp suất tương đốithấp nên ta chọn thép CT3 làm vỏ bọc và cũng được gia công theo phương pháp hàn

- Chiều dày của vỏ bọc cũng được tính giống như nồi và được tính như sau:

1 Chiều dày phần hình trụ vỏ

) ( ].

[ 2

.

m C p

P D

P- Áp suất của hơi đất ta chọn P = 0,3.106 N/m2

 - Hệ số bền hàn của vỏ hình trụ theo phương dọc

 = 0,95 (theo bảng XIII-85 STTII T352)[] - Ứng suất cho phép của thép CT3

6 , 2

10

[c] = 1 160 10 ( / )

5 , 1

10

Ta có [c] > [k] do đó chọn [k]

Xét 0 , 95 426 , 33 50

10 3 , 0

10 154 , 146

10 3 , 0 1818

6

6

mm C

) / ( 2 , 1 ).

S

P C S

10 618 , 0 )]

22 , 1 4 ( 1818

2 , 1 10

Ta thấy  không nhỏ hơn 1,2c

không thỏa mãn nên ta tăng chiều dày lên 2mmKhi đó S = 6mm

Kiểm tra 124 , 034 10 ( / )

95 , 0 ).

22 , 1 6 ( 2

10 618 , 0 )].

22 , 1 6 ( 1818

2 Chiều dày của đáy phần vỏ bọc

C h

D p k

P D S

b

t n

hb - chiều cao phần lồi của đáy vỏ hb = Dt 454 , 5 mm

4

1818

n = 0,95 - hệ số bền của mối hàn theo bảng XIII-8

k = 1 Do lô được tăng cứng hoàn toàn

Xét 1 0 , 95 462 , 33 30

10 3 , 0

10 154 , 146

1818 95

, 0 1 10 154 , 146 8 , 3

10 3 , 0 1818

6

6

mm C C

) / ( 2 , 1 ) (

6 , 7

)].

( 2

m N C

b h k

P C S h

b h

22 , 1 6 ( 450 9 , 0 1 6 , 7

10 618 , 0 ) 22 , 1 6 ( 450 2

m N

IV CHIỀU DÀY LỚP CÁCH NHIỆT.

Nồi phản ứng dùng để ngưng tụ phênol-formalđêhyd có lớp cách nhiệt để nângnhiệt độ nhằm tiết kiệm năng lượng cho quá trình phản ứng được ổn định ta bảo ônthiết bị này bằng bông thủy tinh

Ta coi quá trình truyền nhiệt từ vỏ bọc ngoài là quá trình đẳng nhiệt ổn định Do

đó nhiệt tải riêng cấp cho phía trong vỏ bọc là q1, dẫn nhiệt qua vỏ bọc và lớp cáchnhiệt là q2 và cấp nhiệt ra môi trường là q3 là bằng nhau tức là q = q1= q2=

r2 - nhiệt trở cặn bẩn của môi trường ngoài r2 = 0

2 - bề dày của lớp cách nhiệt (bông thủy tinh)

2 - hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh

1 = 0,15 (w/mđộ) (theo toán đồ I-36 STTI T150)

* Nhiệt tải riêng ra môi trường ngoài

q3 = 2 (tT3 - t2) (4)

2 - Hệ số cấp nhiệt ra môi trường ngoài

2 = 9,3 + 0,58 tT3 (w/m2độ) (VI-36II T40 )

Mà nhiệt tải riêng q1 = q2 = q3 và q là bằng nhau

Nhiệt độ của hơi nước để đun nóng là 1000C

Nhiệt độ của không khí trung bình 250C

Giả sử nhiệt độ tường của bông thủy tinh ở phía môi trường là tT3 = 350C vàchênh lệch nhiệt độ giữa hơi nước đốt nóng và thành vỏ là 30C (tT1 = 30C)

62 )

 2 = 0,387.10 0,15

2,50

006,0547,0

547

,

2 1 1

Chọn bích liền làm bằng thép kiểu 1 để nối thân thiết bị với vỏ bọc và nắp

Dựa vào bảng XIII-27 STTII T410

Bảng 1: Chọn bích và bulông cho thiết bị chính

Do hỗn hợp phản ứng sau khi sấy có độ nhớt tương đối cao nên ta dùng cánhkhuấy mỏ neo

- Đường kính cách khuấy dM = 1 , 44 ( )

11 , 1

6 , 1 11 ,

- Chiều cao cánh khuấy h = 0,95dM = 0,95  1,44 = 1,368 (m)

1 Công suất làm việc của cánh khuấy

Để khắc phụ trở lực của môi trường làm việc do đó công suất cánh khuấy đượcxác định theo công thức 6-8-QTTBT1T195

Np = M .n3.dM5

+  - khối lượng riêng của chất lỏng

3 / () 809 , 1023 921

, 2

531 , 2990

m kg V

Giả thuyết cánh khuấy làm việc trong môi trường chất lỏng có độ nhớtlớn nhất là 250.10-3 Ns/m2

+ n - số vòng quay n = 0,3 0,97 vòng /giây ta chọn n = 0,5V/s

(theo bảng IV-6 STTI TT50)

10 250

44 , 1 5 , 0 804 , 1023