đồ án tốt nghiệp thiết kế xây dựng nhà máy sản xuất pvc

Vào những năm trớc và sau chiến tranh thế giới thứ II, PVC hoá dẻo đã đ-ợc sử dụng khá rộng rãi vào những năm của thập kỷ 60, PVC cứng PVC khôngtrộn lẫn chất hoá dẻo bắt đầu đợc nghiên c

Do điều kiện kiến thức em còn nhiều hạn chế do đó đồ án của em cònnhiều thiếu sót.Em rất mong nhận đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô, cácbạn để bản đồ án của em hoàn thiện hơn.

I.1.Lịch sử phát triển … 4

I.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC………4

Phần II:Phần lý thuyết chung 5

II.1.Vinylclorua.( VC ) 5

II.1.1.Các tính chất của Vinylclorua 5

I.1.1.2 Các phơng pháp sản xuất Vinylclorua 6

II.2 Phản ứng trùng hợp-cơ sở lý thuyết trùng hợp gốc 9

II.2.1.Khởi đầu 9

II.2.2.Phát triển mạch 11

II.2.3.Ngắt mạch 12

II.2.4.Phản ứng chuyển mạch 12

II.2.6.Các yếu tố ảnh hởng đến trùng hợp gốc 13

II.3.Các phơng pháp trùng hợp Vinylclorua 14

II.3.1.Trùng hợp khối 15

II.3.2.Trùng hợp dung dịch 15

II.3.3.Trùng hợp huyền phù 16

II.3.4.Phơng pháp trùng hợp nhũ tơng 16

II.4 Công nghệ sản xuất nhựa PVC bằng phơng pháp nhũ tơng 21

II.5 Cấu tạo và tính chất của PVC 25

II.6.ứng dụng của PVC………… ……… …27

II.6.1.PVC Cứng……… 27

II.6.2.PVC hoá dẻo……… 29

Phần III :Cân bằng vật chất 30

III.1.Năng suất trong một ngày làm việc 30

III.2.Tính cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm 30

III.3.Tính cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất 36

III.4.Cân bằng vật chất tính cho 1 tấn sản phẩm 36

Phần IV:Tính toán cơ khí 37

IV.1.Tính thể tích, đờng kính, chiều cao thiết bị phản ứng 37

IV.2.Tính chiều dày thiết bị phản ứng 40

IV.3.Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị : 42

IV.4.Kích thớc cánh khuấy của thiết bị phản ứng chính 43

IV.5.Tính lớp vỏ gia nhiệt 48

IV.6.Tính bảo ôn của thiết bị phản ứng……… 49

IV.7.Tính tai treo của thiết bị phản ứng 55

IV.8 Tính cân bằng nhiệt lợng cho thiết bị phản ứng 59

IV.9.Tính các thiết bị phụ 65

IV.9.1 Tính toán các bể chứa 73

IV.9.2.Tính toán bơm 81

IV.9.3.Thiết bị ly tâm phân ly kiểu đĩa 93

IV.10.Chọn thiết bị sấy 94

Phần V.Xây Dựng 97

I.Xác định địa điểm xây dựng nhà máy 97

II Những căn cứ để thiết kế phân xởng sản xuất PVC 98

III Thiết kế tổng mặt bằng 100

III.1.Vùng trớc nhà máy……… 100

III.2 Vùng sản xuất……… 100

III.3 Vùng các công trình phụ……… 100

III.4 Vùng kho và khu vực giao thông ……….101

IV Tính toán và xác định kích thớc của các công trình trong nhà máy 102

Phần VI: Điện, Nớc 105

I.Điện 105

I.1 Tính phụ tải chiếu sáng………105

I.2.Tính phụ tải động lực ……… 107

I.3 Lợng điện tiêu thụ hàng năm của nhà máy ……… 107

II Nớc 108

II.1 Nớc sinh hoạt ……… 108

II.2 Nớc sản xuất ……… 109

Phần VII: Kinh tế 110

I.Tóm lợc dự án 110

II Thị trờng và kế hoạch sản xuất 110

II.1 Nhu cầu. 110

II.2 Kế hoạch sản xuất. 111

II.3 Tính toán kinh tế. 111

II.3.1.Chi phí khấu hao tài sản cố định ……….111

II.3.2.Chi phí lu động ……….113

II.3.3.Tính nhu cầu lao động ………113

II.3.4.Giá thành sản phẩm ……… 116

II.3.5.Lợi nhuận và thời gian thu hồi vốn ……….116

Phần VIII.An toàn lao động……… 118

Kết luận 120

Tài liệu tham khảo ……….122

Phần I:

Giới thiệu chung

I.1.Lịch sử phát triển

Nền công nghiệp chất dẻo đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân kể cả lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ, đại dơng và cả trong đồ dùng sinh hoạt hàng ngày Trong các loại chất dẻo PVC thuộc loại phổ biến và đợc sử dụng nhiều nhất Tổng sản lợng PVC luôn đứng đầu trong các loại chất dẻo, nhựa PVC có nhiều tính chất u việt có thể đáp ứng đợc yêu cầu ngày càng cao của khoa học kỹ thuật và đời sống Nguồn nguyên liệu để sản xuất ra chất dẻo t

-ơng đối dồi dào nh dầu mỏ, than đá và khí thiên nhiên

Mặt khác chất dẻo còn có thể gia công dễ dàng và nhanh chóng hơn so với kim loại, dẫn đến máy móc thiết bị đơn giản và tiết kiệm PVC là một hợp chất cao phân tử đợc sản xuất bằng phơng pháp trùng hợp vinylclorua (VC)

Năm 1835 lần đầu tiên Reguanlt điều chế đợc PVC bằng phơng pháp xử lýdiclo etan với dung dịch kali hydroxit Năm 1872 Baun lần đầu tiên trùng hợp đ-

ợc VC bằng phơng pháp ống nghiệm kín dới tác dụng của ánh sáng Thí nghiệmnày tiếp tục đợc Ostremislenky nghiên cứu và công bố đầy đủ vào năm 1912.Tuy nhiên polyme mới này vẫn cha đợc đa vào sản xuất công nghiệp, do rất khógia công thành sản phẩm cho đến khi W.L Semon phát hiện ra rằng khi đunnóng PVC với triphenyl photphat ở 1500C thu đợc một khối đồng chất giống cao

su ở nhiệt độ thờng sau này đợc gọi là PVC hoá dẻo Lúc đó PVC mới trở thànhmột chất dẻo đợc quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực công nghiệp

Vào những năm trớc và sau chiến tranh thế giới thứ II, PVC hoá dẻo đã

đ-ợc sử dụng khá rộng rãi vào những năm của thập kỷ 60, PVC cứng (PVC khôngtrộn lẫn chất hoá dẻo) bắt đầu đợc nghiên cứu và sử dụng ở Đức, Anh, Mỹ vàonhững năm tiếp theo PVC đợc nghiên cứu chủ yếu không phải cấu trúc phân tử

mà là cấu trúc ngoại vi phân tử đợc tạo ra trong quá trình trùng hợp nh kích thớchạt, hình dạng, độ xốp, sự phân bố kích thớc Do các yếu tố này ảnh hởng đếncác đặc tính gia công và chế tạo polyme

Đầu năm 1970 PVC đợc sản xuất với một lợng lớn ở nhiều nớc và cũng tạithời điểm này PVC cạnh tranh với poly etylen (PE) để giành vị trí hàng đầu vềvật liệu chất dẻo của thế giới

I.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC

I.2.1 Trên thế giới

Trong phần lớn thời gian đầu của thập niên 1990, sản xuất PVC là một lĩnh

vực sản xuất không đạt lợi nhuận cao Điều này khiến nhiều công ty đóng cửanhà máy, rút khỏi sản xuất PVC hoặc sát nhập nhà máy.Tuy nhiên, nhu cầu PVCtăng mạnh vào cuối thập niên, bất chấp những vấn đề môi trờng Kết quả là, saukhi ảnh hởng của cuộc khủng hoảng tài chính châu á giảm dần, nhu cầu PVCtrở lại

Năm 2007, tiêu thụ PVC toàn cầu tăng 5%,đạt khoảng 35,3 triệu tấn Vớinhu cầu 10 triệu tấn trong năm 2007, Trung Quốc đã trở thành thị trờng lớn nhấtthế giới cả về khối lợng và tốc độ tăng trởng Các nớc Bắc Mỹ chiếm khoảng23% nhu cầu PVC toàn cầu Sự suy giảm kinh tế gần đây của Mỹ có thể ảnh h-ởng đến nhu cầu đối với polymer nói chung và PVC nói riêng

Dự kiến trong 5 năm tới công suất toàn cầu sẽ đạt 50 triệu tấn so với mức 42triệu tấn hiện nay Năm 2007 ,đã có 2,3 triệu tấn công suất PVC đợc đi vào vậnhành mới, trong đó chỉ riêng Trung Quốc đã góp 2,1 triệu tấn công suất mớitheo quy trình canxi cacbua

Trong năm tài chính 2007-2008, tiêu thụ PVC tại Ấn Độ đạt 1,4 triệu tấn,tăng 12% so với cùng kì năm trớc Các sản phẩm ống và phụ kiện PVC tiếp tục

là lĩnh vực lớn nhất, chiếm 70% nhu cầu PVC tại đây

Nghành xây dựng là lĩnh vực sử dụng chủ yếu đối với các sản phẩm PVC.Trong lĩnh vực hàng tiêu dùng và bao bì đóng gói, các sản phẩm PVC đang mấtdần thị trờng vì nó đợc thay thế bởi các sản phẩm khác thân thiện môi trờng hơnNhững yếu tố ảnh hỏng đến sản xuất PVC toàn cầu là :

- Sự tăng trởng kinh tế sẽ kéo theo sự tăng nhu cầu PVC

- Các vấn đề về môi trờng có thể không kìm hãm sự tăng trởng sản xuấtPVC, nhng có thể hạn chế xây dựng các nhà máy sản xuất PVC mới

I.2.2 Tại Việt Nam

Từ những năm đầu của thập niên 60 Việt Nam “sản xuất đợc” PVC do nhàmáy hoá chất Việt Trì sản xuất.Trong phơng án sản xuất của nhà máy có 150tấn/năm PVC chủ yếu để giải quyết cân bằng do việc tạo ra HCl, cho kết hợp vớiaxetylen từ đất đèn nhập ngoại, thành VC rồi trùng hợp.Song vừa không kinh tếsản lợng lại quá nhỏ nên nghành sản xuất này sớm chấm dứt

Trong những năm của thập niên 90 gia công chất dẻo trong nớc phát triểnmạnh với tốc độ tăng trởng bình quân tới 28%/năm Năm 1990 tiêu thụ chất dẻotrong nớc là 0,5kg/ngời đến năm 1996 đã lên tới 5,7kg/ngời Toàn bộ nhựanguyên liệu là nhập khẩu ,trong số đó PVC chiếm 1/3 PVC nhập dới 2 dạng :Bột PVC (PVC resin) và hạt PVC (PVC compound) chứa sẵn chất hoá dẻo, chất

ổn định, chất màu Năm 2007 cả nớc tiêu thụ khoảng 150.000 tấn bột PVC,trong nớc đáp ứng khoảng 40% nhu cầu và phải nhập khẩu 60% từ nhiều nớctrên thế giới

Bộ công nghiệp đã vạch ra một chiến lợc của nghành hoá dầu để đón đầucác bớc đi tiếp sau của sự phát triển PVC: tạo ra etylen từ cracking naphta (hoặckhí thiên nhiên), clo hoá rồi gặp nhau ở VC, đồng thời cung cấp 2-etyl hexanol

và axit terephtalic Theo dự kiến vào khoảng năm 2010 chúng ta sẽ sản xuất từ

đầu đến cuối 500.000 tấn PVC và 75.000 tấn DOP.Tơng lai của nghành nhựa làkhả quan

Phần II:

Phần lý thuyết chung II.1.Vinylclorua.( VC )

II.1.1.Các tính chất của Vinylclorua

Trong kỹ thuật hiện nay có thể sản xuất vinylclorua nguyên chất đến 98,5

– 99,5% khối lợng

Vinylclorua ở nhiệt độ và áp suất thờng là một chất khí không màu, mùigiống ete, sôi ở -13,90C  0,10 C, tỷ trọng ở -12,960C là 0,9692 g/cm3.Vinylclorua hoà tan trong các dung môi thờng nh axetylen, rợu etylic , cacbuahydro thơm và thẳng Là chất khí có khả năng ăn mòn cao Có khả năng thamgia phản ứng với kiềm, hợp chất halogen, bị oxi hoá bởi oxi không khí Quátrình trùng hợp VC toả nhiệt rất mạnh

Vinylclorua có thể bảo quản và chuyên chở trong các bình thép chịu ápsuất Van và các bộ phận tiếp xúc với vinylclorua không đợc chế tạo từ hợp kim

đồng vì Cl- dễ tạo phức với Cu2+ gây ăn mòn thiết bị Vinylclorua cũng có thểbảo quản ở nhiệt độ thấp ( - 400C và thấp hơn ) trong trờng hợp không có chất

ổn định nếu không có oxy và dới áp suất khí nitơ có thể bảo quản ở nhiệt độ ờng Thờng thêm vào Vinylclorua một ít chất giảm tốc nh Hydroquinon

ẩn nhiệt hoá hơi tại 25oC , cal/g 71,26

II.1.1.2 Các phơng pháp sản xuất Vinylclorua

1/ Sản xuất VC đi từ điclo etan

Công nghệ của quá trình sản xuất VC có thể sử dụng hai phơng pháp:

+ Kiềm hoá hydro hoá trong pha lỏng+ Nhiệt phân trong pha hơi

Phản ứng chính:

Cl - CH2 - CH2 - Cl  CH2 = CH - Cl + HCl

a/ Quá trình trong pha lỏng.

Trong pha lỏng, khi điều chế VC phản ứng đợc thực hiện trong thiết bịhình trụ kiểu đồng trục thiết bị gián đoạn Đầu tiên cho dung dịch NaOH sau đócho rợu và cuối cùng rót từ từ Diclo etan vào VC đợc tạo thành theo phản ứng

Sản phẩm tạo thành gồm có VC, cliclo etan, rợu, nớc ta tiến hành ngng tụ

để tách riêng Hiệu suất VC tính theo diclo etan là 7585 %

b/ Quá trình trong pha khí

Thổi diclo etan hoạt tính 50 mm, cao 6m Khí sản phẩm gồm có37,5%VC, 40,8% HCl, 20,5% diclo etan không phản ứng hết và 1,2% sản phẩmphụ Hỗn hợp sản phầm đem làm lạnh đến O0C trong thiết bị ống trùm diclo etanngng tụ Dùng nớc rả diclo etan để tách HCl và dùng nớc clo rửa để tách sảnphẩm phụ Sau đó dùng kiềm trung hoà và dùng H2SO4 để sấy Làm lạnh khi đến–150C và tiến hành tinh luyện

Vì phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao nên rất dễ xảy ra phản ứng phụ

Cl - CH2 - CH2 - Cl  CH2 = CH2 + Cl2

Để tránh phản ứng tiến hành ở nhịêt độ cao ngời ta thờng dùng xúc tác cho phản ứng là clo và oxi

Hiệu suất của phơng pháp này là 85% nhng đợc dùng rộng rãi trong côngnghiệp vì quá trình tách và làm sạch các chất nằm trong khí sản phẩm thu đựơcgây ảnh hởng xấu cho quá trình trùng hợp VC để tạo thành PVC.

2/ Công nghệ tổng hợp Vinyl clorua từ etylen

a/ Cơ chế phản ứng của phơng pháp:

Phơng pháp này là sự kết hợp của ba quá trình:

Cộng hợp trực tiếp Clo và Etylen tạo thành 1,2- dicloetan

Cho oxi hoá etylen thành 1,2- dicloetan với sự tham gia của HCl tạo ra khí dehepdro hoá:

Dehidroclo hoá nhiệt 1,2- dicloetan thành vinylclorua

Đối với phần nguyên liệu d, etylen sẽ đợc đa sang thiết bị oxi hoá ở nhiệt

độ cao và biến đổi thành 1,2- dicloetan đa trở về phản ứng Quá trình tiến hànhtổng hợp VC từ etylen sẽ rất khó kiểm soát và khống chế do đó trong quá trìnhtiến hành ngời ta thờng tách trung gian 1,2- diclotan tạo ra và đa trở lại phảnứng

ở đây nhiệt phân dicloetan tinh khiết 99,9%tiến hành ở 300- 1000oC Xúctác là than hoạt tính thì lợng VC tạo thành là 90%.

CH2 = CH2 + Cl2  ClCH2 - CH2ClClCH2 - CH2Cl  CH2= CH- Cl + HCl

CH  CH + HCl  CH2 = CH - Cl

CH2 = CH2 + CH  CH + Cl2  2CH2 = CH - ClPhơng pháp này sử dụng nguyên liệu dễ kiếm nh etylen và axetylen, trongquá trình điều chế VC theo phơng pháp tổng hợp axetylen và etylen có thể thubằng phơng pháp riêng biệt hoặc có thể cùng chung một quá trình hay crackingdầu mỏ thu đợc hỗn hợp khí axetylen và etylen từ đó có thể hấp thụ và táchriêng chúng ra

Phơng pháp này đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

4/ Phơng pháp clo hoá etan :

Etan là nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có góp phần làm giảm giá sản phẩm VC

Chuyển hoá etan thành VC có thể theo các phơng pháp sau:

Clo hoá nhiệt độ cao

Oxi hiđroclo hoá ở nhiệt độ cao

Oxi hoá clo

Với xúc tác phù hợp độ chuyển hoá có thể đạt 96% nhng hiệu suất thu VCthấp 20-50% cac sản phẩm thu đợc chủ yếu gồm etylen, clorua etan, có phơngpháp này chỉ nằm trong lĩnh vực nghiên cứu cha đợc ứng dụng rộng rãi trongcông nghiệp để sản xuất VC

C2H6 + 2Cl2 C2H3Cl + 3HClC

Các chất khởi đầu thờng dùng là :

- Peroxyt benzoin :công thức là (C6H5COO)2 do tác dụng của nhiệt nó bịphân giải ra các gốc nh sau:

(C6H5COO)2  2 C6H5COO•

C6H5COO•  C6H5• + CO2 Azodinitril của axit diisobutiric : công thức cấu tạo là

CH

C CN

Electron cha ghép đôi có xu hớng ghép đôi Nếu nó có thể tìm thấy electron

để ghép đôi nó sẽ tấn công ngay vì vậy với liên kết đôi của nhóm vinyl nó dễdàng tấn công để tạo thành trùng hợp gốc tự do Electron cha ghép đôi khi đếngần cặp electron  của nhóm vinyl sẽ tạo thành liên kết hoá học mới giữa chấtkhởi đầu và monome Toàn bộ quá trình khơi mào phản ứng là sự phân huỷ chấtkhơi mào tạo thành gốc tự do, theo sau là phản ứng giữa gốc hoạt động và phân

tử monome, quá trình này gọi là sự khơi mào từng bậc

H3C

C H

3 C

CN

H3C

C H

3

C CN

3

CH3CN

H3C

CH CH

CH

3

II.2.2.Phát triển mạch

Phản ứng phát triển mạch là một phản ứng quan trọng để xác định khối lợngphân tử và khuyết tật cấu trúc CH2=CHCl có thể gắn vào mạch polymer theo 2cách :đầu nối đầu hay đầu nối đuôi, các nghiên cứu về tính chất của polymer chỉ

ra rằng phần lớn là cộng hợp theo kiểu đầu nối đuôi Bên cạnh sự cộng hợp củacác đơn vị monomer thì các phản ứng phụ ví dụ nh sự nhánh hoá của các gốc

đang phát triển và chuyển mạch lên polymer tạo nhánh C2, C4 và những nhánhdài Những khuyết tật tơng tự cũng có thể xảy ra cho mạch với sự kết hợp khốikhông tinh khiết

Trong quá trình phát triển mạch gốc khởi đầu trên tiếp tục tác dụng vớimonome khác và cứ thế tiếp tục kéo dài mạch trùng hợp ra:

+ CH

2 CH Cl

2 CH Cl

- Ngắt mạch kết hợp khi hai gốc kết hợp vào nhau thành một mạch caophân tử

Cl

.

Cm = 125 exp ( -7300/RT )Khi phản ứng trùng hợp của VC diễn ra tại nhiệt độ càng thấp thì khối l ợngphân tử polymer giảm khi Cm lớn Vì khả năng phản ứng của gốc đang phát triểntrong quá trình trùng hợp VC cao, nên phản ứng chuyển mạch diễn ra tạo gốcmonome Gốc này cũng có khả năng khởi đầu phản ứng trùng hợp và tạo thànhmột mạch mới Ví dụ nh chuyển mạch lên monome, chuyển mạch lên chấtkhơi mào…

II.2.6.Các yếu tố ảnh hởng đến trùng hợp gốc

II.2.6.1 ảnh hởng của nhiệt độ

Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ của các phản ứng hoá học trong đó có cácphản ứng của quá trình trùng hợp Tốc độ phản ứng tăng nhanh nếu năng lợngkích động càng cao

Tuy nhiên ở nhiệt độ cao trọng lợng phân tử giảm không phải chỉ do phảnứng đứt mạch mà còn do phản ứng chuyển mạch Vì ở nhịêt độ cao tốc độ phản

ứng chuyển mạch tăng do có năng lợng kích động phát triển mạch Do đó ởnhiệt cao trọng lợng phân tử giảm đồng thời có nhiều mạch nhánh.

II.2.6.2.ảnh hởng của nồng độ và bản chất của chất khởi đầu

Động học của trùng hợp gốc:

 I K

v d  d.

 I K

v K M  KM.

 R M

K dt

M d

1

I

K K

K

M K P

KM d

p



 Trong đó:

vd là vận tốc phân huỷ chất khơi mào

vp là vận tốc phát triển mạch

vKM là vận tốc khơi mào

P là độ trùng hợp trung bình

I, R., M lần lợt là chất khơi mào, gốc tự do, monome

Theo công thức tính độ trùng hợp trung bình ta thấy độ trùng hợp trung bình

tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của nồng độ chất khởi đầu Nh vậy tăng nồng độchất khởi đầu có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng nhng lại làm giảm trọng l-ợng phân tử trung bình của polyme

II.2.6.3.ảnh hởng của nồng độ monome:

Khi tiến hành trùng hợp trong dung môi hay trong môi trờng pha lỏng tốc độtrùng hợp và trọng lợng phân tử tăng theo nồng độ monome Nếu monome bịpha loãng nhiều có khả năng xảy ra phản ứng chuyển mạch do đó cũng làmgiảm trọng lợng phân tử

Nếu dung môi trơ, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ monome theocông thức sau: v = K.Mx

Với: x thờng bằng 1,5

Trong trờng hợp dung môi hoạt tính sự phụ thuộc giữa vận tốc trùng hợp vànồng độ monome trở nên phức tạp hơn

II.3.Các phơng pháp trùng hợp Vinylclorua

Nhựa PVC đợc sử dụng cho những sản phẩm bền vững nh ống, khung cửa

sổ, mái nhà, vỏ dây cáp điện, sàn nhà Hầu hết PVC thong mại đợc sản xuất theophơng pháp huyền phù Trùng hợp khối và nhũ tơng đợc sử dụng ít hơn

II.3.1.Trùng hợp khối

Trùng hợp khối là phơng pháp đơn giản để sản xuất PVC.Trong quá trìnhtrùng hợp khối sự kết tủa của polymer bắt đầu xảy ra ở độ chuyển hoá là 0,1%.Sau đó quá trình trùng hợp dị thể xảy ra cả trong pha polymer và monomer Trong giai đoạn đầu của phản ứng trùng hợp, tốc độ trùng hợp là hằng số Điềukhiển sự ngắt mạch và phát triển mạch đợc u tiên trong giai đoạn cuối của quátrình trùng hợp

Chất khởi đầu thờng sử dụng là peroxit benzoyl hay pecacbamat.Trong hỗnhợp nguyên liệu đầu ngoài monomer và các chất khởi đầu còn sử dụng thêmchất điều khiển phân tử, các chất thu nhận HCl với tỷ lệ 0,05-0.1% Quá trìnhpolyme hoá thờng đợc tiến hành ở áp suất cao để giữ Vinylclorua ở môi trờnglỏng

Phơng pháp này chiếm 8% tổng sản lợng PVC, sản phẩm có độ tinh khiếtcao, dây chuyền sản xuất đơn giản Tuy nhiên sản phẩm polyme tạo ra ở dạngkhối nên khó gia công, phản ứng trùng hợp toả nhiều nhiệt nên khó điều chỉnhnhiệt độ do đó dễ dẫn đến hiện tợng quá nhiệt cục bộ làm ảnh hởng đến chất l-ợng sản phẩm nh dễ bị phân huỷ nhiệt và sản phẩm có màu Vì thế phơng phápnày ít đợc sử dụng

II.3.2.Trùng hợp dung dịch

Có thể dùng 2 loại dung môi:

Dung môi không hoà tan polyme (rợu), trong trờng hợp này polyme sẽ dầndần tách ra ở dạng bột mịn

Dung môi hoà tan cả monome và polyme (dicloetan axeton ) ở đây polymevẫn ở dạng dung dịch Trong trờng hợp thứ hai này cũng tách polyme ra đợcbằng dùng nớc kết tủa hay chng cất tách hết dung môi đi

Trùng hợp trong dung môi cũng tiến hành ở nhiệt độ thấp nh các phơngpháp khác 35oC  450C Dung môi cho vào trớc rồi đến cloruavinyl lỏng Chấtkhởi đầu thờng dùng là peroxyt benzoin, tốc độ trùng hợp phụ thuộc vào nhiệt

độ và nồng độ vào chất khởi đầu, tính chất và nồng độ dung môi Còn độ trùnghợp quyết định chủ yếu bởi tính chất và nồng độ dung môi

Quá trình trùng hợp trong dung môi kéo dài tơng đối lâu và tốn nhiều dungmôi sản phẩm thờng không tinh khiết nên ta ít dùng trong thực tế

Chất khởi đầu thờng dùng là peroxytbenzoin là chất rắn màu vàng nhạt,dễbắt lửa và nổ khi va chạm mạnh,cọ sát hay hơ nóng ,có thể bốc cháy khi lẫn

II.3.4.Phơng pháp trùng hợp nhũ tơng

Chất khởi đầu tan trong nớc vì thế phản ứng trùng hợp xảy ra trong khu vựctiếp xúc giữa Cloruavinyl và nớc, polyme tạo thành sẽ có trạng thái nhũ tơngtrong nớc cần phải keo tụ hay cho nớc bốc hơi để tách polyme ra Sản phẩm th-ờng ở dạng latec và kích thớc hạt polyme tạo thành rất bé, từ 0,01 đến 1 m Chất khởi đầu thờng dùng là peroxyt hydro (H2O2), persulfat kim loạikiềm.H2O2 ở điều kiện thờng là chất lỏng màu xanh nhạt, hơi nhớt, ít bền có tínhoxi hoá mạnh và tính khử yếu Trong sản xuất polyvinylclorua (PVC) bằng ph-

ơng pháp nhũ tơng chất nhũ hoá là một trong những chất phụ gia quan trọngquyết định tính chất cấu trúc đặc tính của PVC

Chất nhũ hoá thờng đợc sử dụng khi trùng hợp (PVC ) là các muối của axitisobutyl monophtanat, muối natri của các axit chế tạo bằng cách oxy hoá cácparaphin tổng hợp có số nguyên tử các bon từ C12 đến C18 Lợng chất nhũ hoákhoảng 0,1 đến 0,5% trọng lợng clovinyl, lợng chất nhũ hoá càng tăng các hạtpolyme càng phân tán nhiều

Bản chất và lợng chất nhũ hoá có ảnh hởng quyết định đến quá trình trùnghợp và tính chất polyme Khi nồng độ chất nhũ hoá giảm thì tốc độ phản ứnggiảm nhng thời gian trùng hợp và trọng lợng phân tử polyme tăng.Khi giảm hàm

lợng chất nhũ hoá: số lợng các phân tử polyme-monome cũng giảm, tổng bề mặtcủa chúng đợc ổn định bằng các phân tử xà phòng nhỏ hơn nhng kích thớc củamỗi phần tử tăng lên Tốc độ của quá trình trùng hợp bị giới hạn bởi tốc độkhuyếch tán của monome qua tổng bề mặt của các phần tử đó Khi lợng xàphòng khá ít quá trình trùng hợp có thể xảy ra với tốc độ không đổi trong toàn

Muốn ngng ngay phản ứng trùng hợp ở một lúc nào đó có thể thêm vào hỗnhợp phản ứng các chất sau: các loại dien có nối đôi cách một, các loại terpene,stiren

Để tiến hành trùng hợp nhũ tơng, monome phải khuếch tán đều trong mộtchất lỏng, chất này không hoà tan cả monome và polyme Sản phẩm phản ứng vàdung dịch keo của polyme này gần giống với latec của cao su thiên nhiên nêncòn gọi là latec tổng hợp

Để dễ dàng khuếch tán monome, ổn định dung dịch nhũ tơng monome vàsau đó của latex, phải cho vào trong hệ thống các chất nhũ hoá đặc biệt là muốicủa các axit béo, muối của sunfuaxit hữu cơ, các chất tẩy rửa tổng hợp và cácchất hoạt động bề mặt khác nhiệm vụ chính của các chất này là giảm sức căng

bề mặta ở lớp tiếp xúc giữa monome và nớc nếu không có các chất nhũ hoá,dung dịch nhũ tơng monome, khuếch tán cơ học trong nớc sẽ phân thành hai lớpngay sau khi chng khuấy do sức căng bề mặt lớn nên có khuynh hớng giảm bềmặt phân lớp Nhng nếu cho vào các chất nhũ hoá, trên bề mặt các chất khuếchtán sẽ tạo thành một lớp bảo vệ ổn định ngăn ngừa hiện tợng phân lớp.Một trongnhững đặc điểm của trùng hợp nhũ tơng là quá trình tiến triển với vận tốc lớn vàtrọng lợng phân tử của polyme tơng đối cao

Theo định luật động học, trùng hợp trong môi trờng đồng thể thì độ trùnghợp tỷ lệ nghịch với vận tốc trùng hợp Nh vậy là công thức động học trong môitrờng đồng thể không ứng dụng đợc trong quá trình trùng hợp nhũ tơng Điều đócho phép giả thiết là cơ cấu phản ứng khởi đầu, phát triển mạch và đứt mạch củatrùng hợp nhũ tơng khác với trùng hợp trong môi trờng đồng thể

Cơ cấu trùng hợp nhũ tơng.Trớc khi nghiên cứu cơ cấu trùng hợp nhũ tơngphải xét qua đến tính chất của dung dịch xà phòng trong nớc vì dung dịch này sử

dụng làm môi trờng phản ứng, xà phòng hoà tan trong nớc rất ít, đến một nồng

độ giới hạn nào đó, các phần tử xà phòng sẽ tập hợp lại thành một nhóm gọi làmixen từ vài chục đến vài trăm phần tử Có nhiều công trình nghiên cứu cấu tạocủa mixen và tất cả đều thống nhất một điểm: gốc hydrocacbua kị nớc của phân

tử xà phòng hớng về bên trong mixen còn phần có cực a nớc hớng về bên ngoài.Các mixen có thể có dạng hình cầu hoặc hình tấm.(Hình1)

là monome nhũ hoá dần dần chuyển sang hạt polyme, những hạt này cũng hấpphụ những phân tử xà phòng, các hạt polyme tăng dần lên trong mixen, làmnồng độ của xà phòng giảm xuống dới mức cần thiết để tạo mixen TheoW.D.Harkins các mixen xà phòng này bị phá vỡ hoàn toàn khi monome đãchuyển hoá đợc 13  14% và tạo thành một lớp bảo vệ quanh hạt polyme Bắt

đầu giai đoạn này quá trình trùng hợp tiến hành trong polyme

Khi độ chuyển hoá đạt 60% các monome nhũ hoá còn rất ít, chủ yếu là cáchạt polyme Kích thớc các hạt này tăng theo độ chuyển hoá, khi độ chuyển hoá

là 15% hạt có kích thớc khoảng 60Ao và ở độ chuyển hoá 74% kích thớc hạt là850Ao, cuối cùng hệ thống trùng hợp là một latec tổng hợp, ở đây các hạt

polyme rắn đợc ổn định bằng các phân tử xà phòng Nếu cho vào các chất điện li( axit, muối, kiềm) vào latec và đun nóng các hạt polyme sẽ keo tụ dới dạng bột.Ngợc lại với những ý kiến trên SS.Mcgveden cho rằng trùng hợp tiến hànhtrên bề mặt của hạt polyme Khi nghiên cứu động học trùng hợp dới tác dụngcủa hệ thống khởi chất đầu oxy hoá khử hydroperoxit izopropylbenzen + hợpchất Fe2 + S Do đó vận tốc dừng của cả quá trình trùng hợp tăng khoảng 2  3lần và trọng lợng phân tử tăng hai lần so với khi trùng hợp trong môi trờng đồngthể, với cùng một chất khởi đầu, vận tốc đứt mạch giảm là do khả năng khuếchtán kém của các gốc tự do cao phân tử các hạt polyme monome do độ nhớt ở đâycao và chỉ tiến hành chủ yếu trong quá trình trùng hợp.

Theo Smit và Evart trong quá trình nghiên cứu thấy rằng trong điều kiện ổn

định, một nửa tổng số hạt polyme chỉ có một gốc tự do còn nửa khác hoàn toànkhông có Từ đây hai tác giả đã giả thiết tốc độ trùng hợp trong 1cm3 của hệthống

V = kp

2

N

[M]

N - số lợng hạt polyme trong 1cm3 dung dịch nớc

M – nồng độ monome trong hạt polyme

Hàm lợng monome trong hạt polyme thờng dao động trong khoảng4565%, do đó có thể xem nh không đổi, nh vậy vận tốc trùng hợp tỷ lệ thuậnvới số lợng hạt polyme

Nh vậy là vận tốc trùng hợp nhũ tơng không phụ thuộc vào nồng độ chấtkhởi đầu, khác với các dạng trùng hợp gốc khác

Nếu kí hiệu vận tốc hình thành gốc tự do là độ trùng hợp P sẽ tỉ lệ nghịchvới  ta có :

P =

 2

.

f

N kp

[ M ]

Và từ đây thời gian sống của gốc:

Tp =

 2

loại kiềm .Chất điều chỉnh sức căng bề mặt điều chỉnh trọng lợng phân tử, chất

ổn định và chất dẻo hoá

Nhợc điểm chủ yếu hạn chế việc ứng dụng của phơng pháp trùng hợp nhũ

t-ơng là polyme vẫn còn nhiều chất nhũ hoá sử dụng, chất nhũ hoá là chất điện lynên làm xấu tính cách điện của polyme

Lactec tổng hợp dùng rất thuận tiện vì nó trộn hợp rất dễ dàng với các chấtphụ gia Nó có thể sử dụng trực tiếp để tẩm các vật liệu khác, để dán hay tách radới dạng bột rồi đem gia công tiếp tục.Ưu điểm đặc biệt của phơng pháp này làkhả năng tiến hành trùng hợp một cách liên tục Nhờ khuấy đều và polymer tách

ra liên tục nên sản phẩm đồng nhất

II.4 Công nghệ sản xuất nhựa PVC bằng phơng pháp nhũ tơng

II.4.1.Nguyên liệu

Nguyên liệu phản ứng gồm :

- Monome Vinylclorua dùng để trùng hợp phải ở thể lỏng Độ nguyên chấtphải lớn hơn 99.9% trọng lợng ,phải đảm bảo hàm lợng axetylen thấp hơn0,002% trọng lợng

- Dung môi là nớc phải đảm bảo là nớc tinh khiết

- Chất nhũ hoá thờng sử dụng là xà phòng (muối natri của axít butylmonophtanat)

iso Chất khởi đầu thờng dùng là peroxyt hydro (H2O2), persulfat kim loạikiềm

- Chất ổn định pH : axetat kim loại nặng,cacbonat kim loại kiềm

- Ngoài các thành phần trên còn sử dụng : dung dịch đệm ,tác nhân chốngtạo bọt như silicon

II.4.2.Dây chuyền sản xuất và thiết bị

Thiết bị gồm có một hay hai nồi trùng hợp đặt tiếp nhau, kiểu thẳng đứngrất lớn, có thể làm việc dới áp suất 10 atm, có vỏ bọc ngoài để đun nóng và làmlạnh có lắp cánh khuấy.Bên trong nồi có tráng men để giảm lợng Polyme bámvào thành thiết bi

Quá trình tiến hành nh sau : thoạt tiên đổ đầy đến 70% dung dịch chất nhũhoá và chất khởi đầu vào thiết bị trộn hợp ( 1 ) ta đợc hỗn hợp chất nhũ hoá chấtkhởi đầu và nớc cất đã phối trộn đều Sau đó nhờ bơm ly tâm đa vào thiết bịphản ứng (2).Cho Vinylclorua vào bình phản ứng (2) Cho nớc nóng vào vỏ bọcbên ngoài đun nóng hỗn hợp lên 45 – 550C , áp suất duy trì từ 5-7 atm.Tiếptheo đó dùng nớc lạnh để duy trì thật đúng nhiệt độ và áp suất đã quy định Thổikhí N2 vào thiết bị phản ứng (2) do phản ứng trùng hợp diễn ra trong điều kiện

khí trơ.Dùng nớc lạnh và hơi quá nhiệt để ổn định nhiệt độ.Tại đây mức độchuyển hoá VC diễn ra gần nh hoàn toàn

Từ thiết bị phản ứng toàn bộ khối phản ứng đợc bơm ly tâm đa vào thiết bịtrung gian (10) sau đó đợc chuyển qua thiết bị thu hồi VC Thiết bị này gồmnhiều vòi nớc áp suất cao và một thiết bị ngng tụ để thu hồi VC Thu hồi VCbằng cách phun trực tiếp hơi nớc nhiệt độ cao vào hỗn hợp sau phản ứng để việcthu hồi đợc thuận tiện, nhng chú ý tránh nhiệt cục bộ dẫn đến phân huỷPolyme.Sau khi thu hồi xong VC hỗn hợp đợc tiếp tục cho qua thiết bị keo tụ(12) Toàn bộ hỗn hợp sau khi keo tụ đợc cho qua máy ly tâm (13) để loại bỏhết tạp chất còn sót lại Sau đó đợc chuyển qua thiết bị sấy (14) rồi đóng bao.Hỗn hợp sau phản ứng ở dạng keo giống dạng latex do đó thờng là latectổng hợp đợc cho vào thiết bị chứa (10) Từ thiết bị(10) có latec chứa tạp chấtnhất là nhũ tơng cần phải tách ra.Có thể tách nhũ tơng ra khỏi latec bằng bacách:

Cách 1: cho latec có chứa nhũ tơng liên tục qua thiết bị là thiết bị sấy kiểuthùng quay

Cách 2: cho latec có chứa nhũ tơng liên tục qua thiết bị sấy phun

Cách 3: kết tủa nhũ tơng bằng cách cho latec có chứa nhũ tơng vào thiết bịkeo tụ ,keo tụ bằng axit H2SO4 hoặc sử dụng muối điện ly Các chất này sẽ pháhủy lớp bền hóa ở trên hạt latec và làm cho các hạt này dính vào nhau nhờ lựctĩnh điện Sau keo tụ cho qua thiết bị ly tâm để loại bỏ hết nhũ t ơng sau đó đợccho thiết bị sấy chân không

Quy trình trùng hợp có thể đợc điều khiển bằng thiết bị điều khiển số Sựtrộn hợp và nhiệt độ trùng hợp đợc điều khiển bằng máy tính làm tăng chất lợngsản phẩm giảm giá thành và tăng năng suất cho dây chuyền do giảm tối đa thờigian nghỉ của thiết bị Một hệ thống máy tính song song khác có chức năng tínhtoán khối lợng vật liệu và điều chỉnh dòng phụ gia tơng ứng.Lợng vật liệu chovào máy trộn và thiết bị phản ứng sau khi xả hỗn hợp phản ứng đợc tính toán và

điều khiển Nhiệt độ của quá trình trùng hợp đợc điều chỉnh bằng cách điềuchỉnh lợng hơi nớc và nớc lạnh cho vào áo gia nhiệt của thiết bị phản ứng Hệthống cũng sẽ báo khi nào xảy ra sự cố và khi nào thiết bị hoạt động bình thờng

II.5 Cấu tạo và tính chất của PVC

II.5.1.Cấu tạo của PVC

- Nói chung có hai dạng cấu tạo sau:

Kết hợp " đầu nối đuôi "

Nhng qua nghiên cứu, các tính chất hoá học của PVC, qua các khảo sát bằngquang học thấy rằng nó có cấu tạo chủ yếu theo lối kết thợp “ đầu nối đuôi”

Đây là một ví dụ để chứng minh Khi có tia phóng xạ xuyên vào PVC có xảy

ra quá trình khử HCl và tạo thành nối đôi cách một trong polyme, nh thế là đễxảy ra với PVC có cấu tạo theo nối kết hợp 1 - 2 hơn Quang phổ tử ngoại hấpthụ PVC cũng tơng ứng với quang phổ hấp thụ 2 - 4 diclobutan Ngoài ra khi cho

KI tác dụng với dung dịch PVC có cấu tạo theo kiểu kết hợp 1 - 2 vì Iốt chỉ thoát

ra khi KI tác dụng với các đồng phân mà các nguyên tử clo nối liền với 2nguyên tử các bon cạnh nhau

Để xác định thêm cấu tạo nh trên là đúng C.S.Marvol còn làm thí nghiệmkhử clo trong PVC bằng cách đun nóng dung dịch PVC trong diôxan với bộtkẽm

CH

2

CH Cl

C H2CH

Các phân tử PVC cũng có cấu tạo nhánh nhng rất ít , từ 50 đến 100 mắt xíchcơ sở mới có một nhánh

II.5.2.Tính chất của PVC

PVC là một polyme vô định hình ở dạng bột màu trắng, đôi khi hơi vàngnhạt Trọng lợng riêng ~ 1,4 g/cm3 và chỉ số khúc xạ 1,544

PVC hoà tan trong cyclohexanon, tetrahydrofuran, dicloetan,tetracloruaetan, nitrobenzen, dioxan, pyridin, tetrahydropiran, hỗn hợp axetonvới sunfuacacbon

PVC là một loại nhựa nhiệt dẻo có Tg ≈ 800C và Tm ≈ 1600C nghĩa là dới

800C PVC ở trạng thái thuỷ tinh , từ 800C đến 1600C ở trạng thái co dãn nhiều vàtrên 1600C ở trạng thái dẻo Nhng có một đặc điểm là trên 1400C PVC đã bắt

đầu bị phân huỷ toả ra HCl trớc khi chảy dẻo ( đốt nóng lâu ở trên 1000C cũng bịphân huỷ ) , HCl thoát ra cũng nh muối sắt, muối kẽm có tác dụng xúc tác làmtăng nhanh quá trình phân huỷ ở nhiệt độ cao hơn và khi chng khô PVC bịphân huỷ hoàn toàn tạo thành HCl và hỗn hợp các sản phẩm phân tử thấp chứkhông trở lại monome cloruavinyl ban đầu Nhiệt độ phân huỷ của PVC là mộtchỉ tiêu kỹ thuật quan trọng

Khi bị phân huỷ HCl thoát ra sẽ tạo thành một số nối đôi cách một trongmạch phân tử với nhau Muốn biết tốc độ phân huỷ căn cứ vào sự biến đổi màusắc và màu thẫm của nhựa

Cần chú ý thêm đến quá trình lão hoá nhanh chóng của PVC làm giảm tính

co dãn và làm cho tính chất cơ học kém đi.Lão hoá thờng là do tác dụng của cáctia tử ngoại biến đổi cấu tạo polyme, làm cho polyme có cấu tạo lới, kém co dãnkhó hoà tan Mức độ lão hoá tuỳ từng vùng , phụ thuộc chủ yếu vào ánh sángmặt trời Do đó phải chú ý đến quá trình ổn định PVC cũng nh quá trình bảoquản sử dụng sản phẩm từ nhựa PVC, ở nhiệt độ thờng PVC có tính ổn định hoáhọc khá tốt.Nó bền với tác dụng của axit HCl, axit H2SO4, axit HNO3 loãng,dung dịch kiềm nồng độ ≈ 20% và nhiều loại muối

PVC cũng có nhiều tính chất cơ lý tốt, các tính chất này phụ thuộc vào trọnglợng phân tử của polyme và phơng pháp gia công, cũng phụ thuộc vào mức đồng

đều của trọng lợng phân tử

đến mấy vấn đề:

Tính chất cơ học phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và bề mặt sản phẩm; Ví

dụ :cờng độ và chạm riêng của mẫu có vết khía thấp hơn mẫu có bề mặt phẳng 5

- 10 lần; khi hạ nhiệt độ từ 200C xuống -600C cờng độ va chạm giảm 5 lần trongkhi đó độ bền kéo tăng lên hai lần

Tính chất của PVC cứng khác nhau theo chiều dọc và chiều ngang, còn khácnhau theo thời gian vì trong điều kiện nhiệt độ bình thờng PVC cứng không ởtrạng thái cân bằng mà phục hồi dần dần theo thời gian gây lên quá trình biếndạng chậm ( khi đun nóng sẽ biến dạng nhanh )

Quá trình gia công có ảnh hởng nhiều đến tính chất của PVC cứng.Trongkhi gia công mà đun nóng làm lạnh không đều ép dính các lớp không đều sẽtạo ra nhiều ứng suất nơi phân bố không đồng đều làm giảm sức bền của sảnphẩm

Cần phải biết các ảnh hởng trên, ảnh hởng của ứng suất nội, của nhiệt độ vếtkhía của tính chất phục hồi của nhựa để biết cách sử dụng cho thích hợp, đểthận trọng hơn trong khi gia công và để chú ý đến hệ số an toàn về sức bền khitính toán các sản phẩm

Bên cạnh độ bền cơ học khá cao PVC cứng còn có tính chất cách điện khátốt nhng có khuyết điểm lớn là tính chất chịu nhiệt kém, khoảng 60 - 700C.Nếusản phẩm thờng xuyên bị kéo căng hay uốn cong thì chỉ nên sử dụng ở nhiệt độthấp hơn 50 đến 600C

Bền với tác dụng của xăng dầu , dầu hỏa, dầu thảo mộc, rợu, glixerin

Chính nhờ có độ bền cơ học cao và tính chất ổn định hóa học rất tốt cũng

nh có khả năng dùng nhiều phơng pháp gia công ( hàn, dán ) nên có thể xemPVC cứng là một loại vật liệu xây dựng chống ăn mòn rất tốt

PVC cứng có những ứng dụng sau :

Màng mỏng PVC cứng dầy 0,01 - 0,05 mm dùng để làm màng ngăn, để baogói.Muốn có loại màng mỏng này thì dùng màng nhựa sau khi dát mỏng và cánchuyển nhanh trong 5 - 10 giây qua hai trục nóng đến 60 - 2700C rồi dùng trụclinh động nóng 1200C kéo căng đến độ dày mong muốn

Màng và tấm PVC cứng dùng để bọc lót thùng điện phân , làm thùng chứaaxit và kiềm, làm chi tiết máy trong bơm , làm màng ngăn trong bìnhacquy ,dùng để dán lên các bề mặt vật liệu( nhng thờng ứng dụng với nhữngvật liệu có bề mặt rộng để đảm bảo sức bền chỗ dán) Màng PVC dùng làm cácvật liệu phòng rỉ cho các thiết bị bằng kim loại nhờ phơng pháp gia công theophơng pháp dán

Màng PVC cứng còn dùng để bọc lót các bề mặt kim loại: ngời ta dùng keo

để dán bề mặt kim loại với màng PVC.Bằng phơng pháp này ngời ta khôngnhững bọc lót các thiết bị lớn mà còn bọc lót các ống kim loại

Màng PVC cứng dùng để bọc lót các bề mặt bê tông hay gỗ Để bọc lót cácvật liệu loại này ngời ta phải làm sạch và phẳng bề mặt trớc khi dán Nhờ phơngpháp này các thùng gỗ có thể dùng chứa axít H2SO4, axít HNO3 do đó tiết kiệmhơn rất nhiều khi dùng các thiết bị bền hoá chất khác

Từ PVC cứng không hoá dẻo còn có thể sản xuất các loại ống từ 2 đến 200

ly, ống PVC cứng dùng để chuyên chở các chất lỏng ăn mòn , dùng thay ống chìrất tốt

PVC cứng còn dùng để làm lợc , cúc, thay xenluloit, và trong điện kỹ thuậtdùng thay ebonit, và nhiều sản phẩm khác đi từ các phơng pháp gia công khácnhau nh: gia công cơ khí ( tiện , phay, khoan, mài, bào , ca), các phơng pháp tạohình thổi ( gập mép , uốn cong, dập hình, dập kéo, thổi và tạo hình bằng chânkhông)

II.6.2 PVC hóa dẻo.

Hóa dẻo PVC với mục đích có các vật liệu mầu , co dãn ở nhiệt độ thờng và

đặc biệt ở nhiệt độ thấp và để dễ dàng cho quá trình gia công ra sản phẩm.Nhvậy tác dụng của chất hóa dẻo thêm vào là giảm nhiệt độ hóa thủy tinh Tg củapolyme nhng đồng thời nó cũng làm giảm sức bền và tăng độ dãn dài của sảnphẩm

Các chất hóa dẻo thờng dùng đối với PVC là các hợp chất có cực sôi ở nhiệt

độ cao và khó bay hơi ( đa số là chất lỏng, cũng có thể là chất rắn)

Photphat : tricredinphotphat, triphenylphotphat,

Phtanat: dibutylphtanat, dioctylphtanat

Ete của axit lỡng chức thẳng: dibutylsebacinat, dioctylsebacinat,dibutinadipinat

Dẫn xuất clo của naphtalin

Khi sử dụng chất hóa dẻo cần chú ý đến mấy vấn đề:

Không phải chất hóa dẻo nào cũng kết hợp dễ dàng với polyme mà sự kếthợp còn phụ thuộc vào cấu tạo hóa học của chất hóa dẻo và điều kiện bên ngoài( nhiệt độ phân tán của polyme )

Lợng chất hóa dẻo trong polyme quyết định bởi khả năng kết hợp vớipolyme và khả năng kết dính với chất hóa dẻo: nếu khả năng kết hợp lớn và khókết tinh thì lợng chất hoá dẻo trong polyme có thể nhiều

Cấu tạo hoá học của chất hoá dẻo có ảnh hởng đến tác dụng của chất hoádẻo của nó, ví dụ muốn có sản phẩm chịu lạnh tốt thì bản thân chất hoá dẻocũng phải chịu lạnh

Hỗn hợp hai hay nhiều chất hoá dẻo có tác dụng rất nhiều so với khi dùngtừng chất riêng biệt

Riêng đối với PVC có thể dùng thêm loại chất hoá dẻo là hợp chất cao phân

tử có nhiệt độ hoá thuỷ tinh thấp nh :acrylonitrin với butadien ,polyisobutylen,polystyren Ưu điểm chính của loại chất hoá dẻo này là làm cho sản phẩm rất ổn

định vì chúng không bay hơi.Trong trờng hợp này muốn hoá dẻo phải dùng cáctrục nóng để trộn hợp hay dùng các máy có vít xoắn

Khi thêm chất hoá dẻo vào nhiệt độ hoá mềm của nhựa giảm cho nên khi giacông sẽ dễ dàng nhng mặt khác nó làm giảm tính chất ổn định hoá học , tínhchất chịu nhiệt và một số tính chất khác

Các tính chất cơ lý và tính chất cách đIện có thể thay đổi nhiều tuỳ theothành phần và lợng chất hoá dẻo, chất độn cũng nh độ nhớt của PVC

Về tính chất hoá học có kém so với PVC cứng không hoá dẻo.Sản phẩm từ

60 phần PVC và 40 phần tricredinphotphat có tính chất ổn định hoá học khá

nhất, có thể chịu đợc tác dụng của axit HCl và axit H2SO4 nồng độ dới 60% ởnhiệt độ 600C.

PVC hoá dẻo có những ứng dụng sau :

Màng PVC hoá dẻo đợc dùng phổ biến để che phủ nh : dùng làm áo ma,màng che các thiết bị khác.Khi dùng màng là PVC bị rách có thể dán lại đợc.Dùng màng PVC mềm để bọc lót các loại thùng Nó có u điểm hơn so vớikhi dùng PVC cứng vì PVC mềm có độ co dãn hơn nên bền với ứng suất cơ họchơn, nhng PVC mềm kém ổn định hoá học hơn nên thờng dùng để bọc lót cácthiết bị hay vận chuyển không chứa hóa chất

Phần III Cân bằng vật chất

III.1.Năng suất trong một ngày làm việc

Thời gian làm việc trong một năm

Số ngày nghỉ lễ tết : 9 ngày

Số ngày nghỉ sửa chữa và bảo dỡng :15 ngày

3000/288 =10,416 (tấn/ngày)=10416 (kg/ngày)

III.2.Tính cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm

Căn cứ vào đơn phối liệu sử dụng ta có tỉ lệ các chất

= 10384,7 (Kg) Giả sử trong quá trình sản xuất xảy ra hao hụt PVC trong các công đoạn là

Công đoạn đóng gói sản phảm :0,2%

Công đoạn sấy :0,2%

Công đoạn ly tâm và rửa nhựa : 0,2%

Công đoạn keo tụ : 0,2%

Công đoạn thu hồi VC : 0,1%

Giai đoạn lờng : 0,1%

100 5 , 10405

Lợng PVC tổn hao trong công đoạn này là

10415,9-10405,5 = 10,4 kg

3.Công đoạn ly tâm và rửa nhựa

Công đoạn này tổn hao 0,2%PVC nên lợng PVC cần sản xuất trớc khi đa vàocông đoạn này là:



8 , 99

100 9 , 10415

10436,7 kg

Lîng PVC tæn hao trong c«ng ®o¹n nµy lµ :

10436,7 – 10415,9 = 20,8 kg

4.C«ng ®o¹n keo tô

C«ng ®o¹n nµy tæn hao 0,2% PVC nªn lîng PVC cÇn s¶n xuÊt tríc khi ®avµo c«ng ®o¹n nµy lµ :

10457 , 6

8 , 99

100 7 , 10436

Lîng PVC tæn hao trong c«ng ®o¹n nµy lµ:

10457,6 – 10436,7 = 20,9 kg

5.C«ng ®o¹n thu håi VC

C«ng ®o¹n nµy tæn hao 0,1% PVC nªn lîng PVC cÇn s¶n xuÊt tríc khi ®avµo c«ng ®o¹n nµy lµ :

10468

9 , 99

100 6 , 10457

100 9 , 11018

Qu¸ tr×nh trïng hîp tæn thÊt 0,2% l¬ng VC nªn lîng ®a vµo nåi trïng hîp lµ 11052

8 , 99

100 9 , 11029

100 11052

VËy lîng VC hao hôt do qu¸ tr×nh lêng lµ :

11063 – 11052 = 11 kg

Hao hụt do quá trình lờng và nạp liệu 0,1 % do đó lợng nớc cần dùng là :

16594 , 5

9 , 99

100 16578

Tổn hao do quá trình lờng là :

16594,5 – 16578 = 16,59 kg

7.Tính lợng chất khởi đầu tham gia vào quá trình phản ứng

Theo đơn phối liệu thì lợng chất khởi đầu bằng 0,5 phần khối lợng so với

VC do đó lợng K2S2O8 cần dùng là :

55 , 26

100

5 , 0 11052

Hao hụt do quá trình lờng là 0,1 % do đó lợng chất khởi đầu cần dùng là:

276 , 5

9 , 99

100 3 , 276

210

100

2 10502

Tổn hao do quá trình lờng là 0,1% do đó lợng chất nhũ hoá cần sử dụng là:

214 , 5

9 , 99

100 214

Tổn hao do quá trình lờng là 0,1 % nên lợng H3PO4 cần sử dụng là :

50 , 05

9 , 99

100 50

Tiến hành rửa hỗn hợp bằng nớc nóng 60-70oC Tiến hành rửa nhựa 4 lần mỗilần là 300 lít/200kg.Vậy lợng nớc cần dùng cho 1 lần rửa



200

300 9 , 10415

15623,85 lít Vậy lợng nớc cần dùng cho mẻ sản xuất:

4 15623,85 = 62495,4 lít

11.Công đoạn xử lý kiềm

Mục đích của công đoạn xử lý kiềm chủ yếu làm phân huỷ các gốc củachất khơi mào và chất ổn định (tạo thành các loại muối natri dễ hoà tan trong n-ớc) để keo tụ nhựa và tăng tính ổn định nhiệt của nhựa

Quá trình xử lý kiềm dùng dung dịch NaOH 15% theo tỷ lệ 300lít/100kghỗn hợp.Vậy 1 mẻ sản phẩm phải dùng :

42788 , 7

200

300 8 , 28525

Khối lợng riêng của NaOH 15% là : 1164 kg/m3

Vậy khối lợng dung dịch NaOH cần dùng

Bảng2:Cân bằng vật chất tính cho 1 năm sản xuất

Nguyên liệu Đơn vị Đầu vào Đầu ra Tổn hao

III.4.Cân bằng vật chất tính cho 1 tấn sản phẩm

Do độ ẩm trong nhựa chiếm 0,3% nên lợng PVC khô trong 1 tấn sản phẩm là:

997 100

Với giả thiết tổn hao qua các công đoạn nh III.2 ta có bảng 3

Bảng 3:Cân bằng vật chất tính cho 1 tấn sản phẩm

Nguyên liệu Đơn vị Đầu vào Đầu ra Tổn hao

Thân hình trụ là bộ phận chủ yếu để tạo thành thiết bị hoá chất Do tháp làmviệc ở áp suất không cao nên ta chọn thiết bị hình trụ kiểu thẳng đứng ,thân hìnhtrụ làm bằng vật liệu thép không gỉ đợc chế tạo bằng cách cuốn tấm vật liệu vớikích thớc đã định ,sau đó hàn ghép nối lại bằng phơng pháp hàn bằng hồ quang

điện kiểu giáp nối hai bên

IV.1.Tính thể tích ,đờng kính ,chiều cao thiết bị phản ứng

Thể tích thiết bị phản ứng đợc tính bằng tổng thể tích các hoá chất thànhphần:

Dïng nåi cã hÖ sè ®iÒn ®Çy lµ n=0,8 th× thÓ tÝch nåi cÇn thiÕt lµ :

Vt = V/n = 34 , 6

8 , 0

69 , 27

2 t th

D  ta chän h=2Dt , h’=

t

D4VËy

6 , 34

= 2,67 m Quy chuÈn Dt = 2,6 m

ThÓ tÝch nåi theo quy chuÈn : Vtb = 1,8.(2,6)3 = 31,64 ( m3)

Víi Dt = 2,6 m ta cã diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña phÇn h×nh trô

Sht = Dt2/4 =

4

)6,2.(

14,

69 , 27

 ,1m

Chiều cao phần thân thiết bị : h =2Dt = 2.2,6=5,2 m

Chọn đáy và nắp thiết bị là hình elip ,chọn bán trụ dài

a = Dt/2 = 1300

2

1000 6 , 2

IV.2.Tính chiều dày thiết bị phản ứng

Chọn vật liệu làm thiết bị OX21H6M2T

Nhiệt độ của phản ứng t=50oC,áp suất phản ứng p = 8 atm

Nhiệt độ của nớc gia nhiệt ta = 132oC ở p = 2,5 atm

Chiều dày thân thiết bị đợc xác định theo công thức

P - áp suất trong thiết bị tạo dung dịch nhũ tơng (N/m2).

 - hệ số bền của thành hình trụ theo phơng dọc.

C2 - đại lợng bổ xung cho hao mòn chỉ tính đến trong các trờng hợp nguyênliệu có chứa các hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn trong thiết bị Do hỗn hợpchất tạo nhũ là chất lỏng do đó có thể bỏ qua đại lợng này

C3 - đại lợng bổ xung do dung sai của chiều dày phụ thuộc vào chiều dàycủa tấm vật liệu

Thiết bị sử dụng thép không gỉ OX21H6M2T.Nên ứng suất cho phép giới hạnchảy của thép không gỉ xác định theo công thức:

  k  2

k k

N / mn



  c  2

c c

N / mn

600.10

.12,6

  =230,77.106 (N/m2)ứng suất cho phép khi giới hạn chảy :

 

6 k

6300.10

.11,5

  = 200.106 (N/m2)

Ta chọn :     6

c 200.10

    (N/m2)

Quy chuẩn S= 0,008 (m) hay S = 8 mm

Kiểm tra ứng suất của thành thiết bị theo p thuỷ lực :

10 239 95

, 0 10 ).

2 , 1 8 (

2

10 42 , 12 10 ).

2 , 1 8 (

c



=250.106 (N/m2)Vậy S = 8 mm thỏa mãn điều kiện

IV.3.Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị :

10 8 6 , 2

5 , 0 2

7 ,

 = 9,5.10 3 m Quy chuẩn : Sđ = 10 mm

IV.4.Kích thớc cánh khuấy của thiết bị phản ứng chính

1.Tính chọn các kích thớc của cánh khuấy:

Khuấy trộn trong môi trờng lỏng thờng đợc sử dụng rộng rãi trong môi ờng hoá chất, thực phẩm để tạo dung dịch huyền phù, nhũ tơng, để tăng cờngcác quá trình truyền nhiệt, chuyển khối, phản ứng hoá học v.v Ngời ta có thểkhuấy trộn chất lỏng bằng cơ khí, bằng khí nén (sục khí), hoặc bằng tiết lu haytuần hoàn chất lỏng Phạm vi ứng dụng của một vài loại cánh khuấy (khuấy trộnbằng cơ khí ) nh sau:

Cánh khuấy mái chèo: để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt nhỏ, thờng dùng

để hoà tan chất rắn có khối lợng riêng không lớn lắm

Cánh khuấy chân vịt: dùng để điều chế huyền phù, nhũ tơng Loại cánhkhuấy này dùng không thích hợp đối với chất lỏng có độ nhớt cao hoặc khuấytrộn hỗn hợp, trong đó pha rắn có khối lợng riêng lớn

Cánh khuấy tuyếc bin: loại này dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao( μμ = 5.105 cP ) để điều chế huyền phù mịn, để hoà tan nhanh nhất chất rắn huặc

để khuấy trộn chất lỏng đã lắng cặn có nồng độ pha rắn đến 80%

Cánh khuấy đặc biệt: Dùng trong trờng hợp không thể dùng các loại cánhkhuấy trên Loại này dùng để khuấy bùn nhão hoặc chất lỏng có độ nhớt rất cao

Đặc trng của quá trình khuấy trộn là cờng độ khuấy và năng lợng tiêu tốn.Trong thực tế khi đánh giá một máy khuấy ngời ta thờng chú ý những yếu

Trong phạm vi đồ án này do phản ứng trùng hợp toả nhiệt mạnh, để tránhhiện tợng toả nhiệt cục bộ, đồng đều sản phẩm, tăng cờng quá trình nhiệt, ngăncản quá trình kết tủa và lắng cặn ở thành và đáy, mặt khác độ nhớt của hỗn hợpphản ứng không lớn lắm do đó ta chọn cánh khuấy hình mỏ neo hay cánh khuấyhình chữ U cho thiết bị phản ứng.

Cấu tạo của cánh khuấy mỏ neo đợc biểu diễn ở hình dới đây:

ht – khoảng cách giữa hai thanh ngang của cánh khuấy, (m )

Hnc – chiều cao của mực chất lỏng, (m )

Hkh - chiều cao của cánh khuấy, (m )

dM - đờng kính của cánh khuấy, (m )

dc - đờng kính ngoài của trục cánh khuấy trên thanh cánh khuấy

Đặc trng của môi trờng khuấy trong thiết bị phản ứng là:

độ nhớt  = 0,55.10-3 (N.s/m2 ), khối lợng riêng ρ = 1000 (kg/m3 ) do đó tra ợc: Số vòng quay của cánh khuấy là n = 0,6 (vòng/s )

Công suất của cánh khuấy là : N = 4 kw

2.Tính công suất của cơ cấu cánh khuấy

Công suất mở máy: khi mở máy cần có công để thắng lực quán tính và lực

ma sát vì vậy ngời ta biểu thị công suất khi mở máy:

Nc = Ng + Nm

Trong đó: Nm = N là công suất tiêu tốn trong quá trình làm việc đã đợc xác

định ở trên, công suất này dùng để thắng lực ma sát Tơng tự cách xác định Nngời ta tính đợc Ng theo công thức:

Ng = k.d5.n3.ρ;

Thay giá trị của Nm và Ng vào công thức Nc ta đợc:

Nc = Nm + Ng = N

k k

5 , 1 4

= 8,57 (kw )

Trong đó: ntt – số vòng quay thực tế của động cơ.

nlt – số vòng quay lý thuyết của động cơ