thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất PVC theo phương pháp trùng hợp huyền phù

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ hóa học, công nghệ tổng hợp hữu cơ – lọc hóa dầu và chế biến khí đã có những bước tiến đáng kể. Từ nguồn nguyên liệu dồi dào là các thành phần của dầu mỏ, khí thiên nhiên và thông qua các quá trình chế biến công nghiệp, nhiều hợp chất hữu cơ có giá trị ứng dụng thực tiễn cao như cao su, nhựa, sợi,.. đã được hình thành. Một trong những sản phẩm có giá trị ứng dụng cao và làm thay đổi đời sống con người phải kể đến đó là nhựa PVC. PVC là nhựa thu được trong quá trình trùng hợp từ monomer vinylclorua. Một trong những ưu điểm của PVC so với các loai nhựa khác được tổng hợp từ dầu mỏ là trong thành phần của PVC có chứa đến 60% khối lượng clo. Điều này một mặt giúp cho việc sản xuất PVC ít chịu biến động khi có sự thay đổi giá dầu, mặt khác giúp PVC có tính kìm hãm sự cháy. Tuy nhiên đặc tính này không phải là yếu tố duy nhất giúp PVC được ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp xây dựng và dân dụng, Thực tế, ngoài đặc tính kể trên, PVC còn có nhiều ưu điểm như: giá thành sản xuất rẻ hơn so với các loại Polymer khác, độ bền cơ học cao, dễ gia công..... Hiện nay, nhu cầu sử dụng nhựa PVC của nước ta ngày càng lớn, thế nhưng khả năng sản xuất trong nước vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu này. Với mục đích tìm hiểu về các công nghệ sản xuất PVC trên thế giới và nhằm nâng cao khả năng sản xuất PVC trong nước em đã chọn đề tài nghiên cứu thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất PVC theo phương pháp trùng hợp huyền phù với năng suất 100.000 tấnnăm.

LỜI MỞ ĐẦU



Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ hóa học,công nghệ tổng hợp hữu cơ – lọc hóa dầu và chế biến khí đã có những bước tiếnđáng kể Từ nguồn nguyên liệu dồi dào là các thành phần của dầu mỏ, khí thiênnhiên và thông qua các quá trình chế biến công nghiệp, nhiều hợp chất hữu cơ cógiá trị ứng dụng thực tiễn cao như cao su, nhựa, sợi, đã được hình thành Mộttrong những sản phẩm có giá trị ứng dụng cao và làm thay đổi đời sống con ngườiphải kể đến đó là nhựa PVC

PVC là nhựa thu được trong quá trình trùng hợp từ monomer vinylclorua.Một trong những ưu điểm của PVC so với các loai nhựa khác được tổng hợp từdầu mỏ là trong thành phần của PVC có chứa đến 60% khối lượng clo Điều nàymột mặt giúp cho việc sản xuất PVC ít chịu biến động khi có sự thay đổi giá dầu,mặt khác giúp PVC có tính kìm hãm sự cháy Tuy nhiên đặc tính này không phải

là yếu tố duy nhất giúp PVC được ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệpxây dựng và dân dụng, Thực tế, ngoài đặc tính kể trên, PVC còn có nhiều ưu điểmnhư: giá thành sản xuất rẻ hơn so với các loại Polymer khác, độ bền cơ học cao,

dễ gia công

Hiện nay, nhu cầu sử dụng nhựa PVC của nước ta ngày càng lớn, thế nhưngkhả năng sản xuất trong nước vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu này Với mục đíchtìm hiểu về các công nghệ sản xuất PVC trên thế giới và nhằm nâng cao khả năngsản xuất PVC trong nước em đã chọn đề tài nghiên cứu thiết kế dây chuyền côngnghệ sản xuất PVC theo phương pháp trùng hợp huyền phù với năng suất 100.000tấn/năm

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về Polymer và tiềm năng sử dụng

1.1.1 Tầm quan trọng của các hợp chất cao phân tử

Hợp chất cao phân tử là những hợp chất có khối lượng phân tử rất lớn dohàng trăm hàng ngàn nguyên tử liên kết với nhau bằng lực hóa trị thông thường.Phân tử của các hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ cùng một loại nhóm nguyên

tử lặp đi lặp lại nhiều lần, những nhóm nguyên tử đó gọi là những mắt xích cơ sở

và các hợp chất có cấu tạo như vậy được gọi là Polymer

Từ những ngày đầu tồn tại trên trái đất, con người đã biết sử dụng một số hợpchất cao phân tử thiên nhiên như sợi bông, sợi tơ tầm, sợi len để làm quần áo, ,da.v.v phục vụ cuộc sống sinh hoạt hàng ngày Nhưng mãi đến thế kỷ 19, nhữngvật liệu đó mới được được nghiên cứu và đưa vào dây chuyền sản xuất côngnghiệp Tuy nhiên các hợp chất cao phân tử từ thiên nhiên vẫn còn nghèo nàn vềchủng loại, số lượng ít và có những tính chất cơ lý chưa đáp ứng được nhu cầu đadạng của con người trong công nghiệp và kỹ thuật

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các hợp chất caophân tử được tổng hợp nhân tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là các hợp chấtPolymer Polymer là vật liệu không thể thiếu trong ngành giao thông vận tải Cácsản phẩm của Polymer tổng hợp rất đa dạng và được sản xuất với số lượng lớn nhưchất dẻo, cao su, sơn, keo dán Từ Polymer ta có thể tổng hợp được các loại nhựanhư nhựa Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), để sản xuất sản phẩm gia dụngtrong sinh hoạt hằng ngày Ngoài ra, từ nhựa chúng ta còn có thể tổng hợp đượcvật liệu cách điện, thiết bị cảm ứng, màn hình tinh thể lỏng,

Nguồn : Plastic Europe

Hình 1.1: Cơ cấu sản phẩm từ nhựa

Nhược điểm duy nhất của các hợp chất Polymer đó là khả năng chịu nhiệtkém Điều này cũng hạn chế phần nào phạm vi ứng dụng của nó Tuy nhiên nhượcđiểm chịu nhiệt kém của Polymer cũng dần được khắc phục khi người ta đangnghiên cứu các chất phụ gia và các chất độn làm tăng khả năng chịu nhiệt của hợpchất Polymer lên rất nhiều

1.1.2 Giới thiệu về Polyvinyl Clorua (PVC)

Hiện nay, PVC là loại nhựa nhiệt dẻo được sản xuất và tiêu thụ nhiều thứ 3trên thế giới (sau polyetylen – PE và polypropylen – PP) Về mặt ứng dụng PVC

là loại nhựa đa năng nhất Giá thành rẻ, đa dạng trong ứng dụng, nhiều tính năngvượt trội là những yếu tố giúp cho PVC trở thành vật liệu lý tưởng cho hàng loạtngành công nghiệp khác nhau như xây dựng dân dụng, kỹ thuật điện, vô tuyếnviễn thông, dệt may, nông nghiệp, sản xuất ô tô, xe máy, giao thông vận tải, hàngkhông, y tế

1.1.3 Lịch sử phát triển, tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC

Á giảm dần, nhu cầu về PVC tăng lên sít sao với mức cung và lợi nhuận đã tăng trởlại trong năm 1999.

Sản lượng PVC của thế giới năm 2006 đạt tới hơn 32 triệu tấn và mức tăngtrưởng trong giai đoạn 2001 – 2006 là hơn 5 %/năm Đến năm 2011, công suấtPVC của thế giới đạt gần 50 triệu tấn/năm

Sản xuất PVC ở châu Mỹ Latinh và Trung Đông, châu Phi cũng tăng nhanhnhưng với mức khởi điểm thấp, còn Bắc Mỹ có tiềm năng tăng trưởng khá chắcchắn (khoảng 4 %/năm)

Bảng 1.1: Sản lượng PVC trên thế giới

7 Châu Á-Châu Đại Dương 5.860 10.600 14.600 19.800

Theo: TPC Vina, CMAI và Vinolit

Bước sang thế kỷ 21, các điều kiện kinh tế trên toàn cầu đã được cải thiện

và vì thế nhu cầu PVC rất lớn, lớn hơn nhiều so với dự báo

Nguồn: CMAI, Harriman Report

Hình 1.2: Sản lượng PVC của các khu vực dự báo đến năm 2025

Ở Việt Nam, cho đến những năm 60 của thế kỷ trước PVC cũng như cácchất dẻo khác vẫn còn xa lạ với hầu hết mọi người Ngành công nghiệp nhựa ởViệt Nam lúc ấy được hiểu là công nghiệp gia công chế biến nhựa Tất cả các loạinhựa đều phải nhập khẩu, trong số đó PVC chiếm trung bình 1/3 PVC nhập dưới

2 dạng: Bột PVC (PVC resin) và hạt PVC (PVC compound) chứa sẵn chất hóadẻo, chất ổn định, chất màu Bắt đầu từ những năm 1990 ngành công nghiệp nàymới thực sự có sự bứt phá và hơn mười năm trở lại đây đã dành lại được thị trườngtrong nước Không những thế hàng nhựa Việt Nam đang từng bước vươn ra thịtrường quốc tế và khu vực Năm 2006 kim ngạch xuất khẩu các sản phẩm nhựa đãvượt 500 triệu USD và đạt ngưỡng 1 tỉ USD vào năm 2010

Năm 2012, toàn ngành nhựa Việt Nam đã sử dụng 1.260.000 tấn nguyênliệu nhựa, trong đó PP, PE, PVC là các nguyên liệu được sử dụng nhiều nhấtchiếm khoảng 71,3% tổng nhu cầu nguyên liệu

Bảng 1.2: Lượng tiêu thụ các loại nhựa và PVC ở Việt Nam

Sản xuấttrong nước(tấn)

Nhậpkhẩu(tấn)

Tổngcầu(tấn)

Bình quântiêu thụ(kg/người)200

Theo: Hiệp hội nhựa Việt Nam

Tuy nhiên với việc hầu như tất cả nguyên liệu đầu vào đều phải nhập khẩuthì khả năng cạnh tranh của sản phẩm nhựa Việt Nam là rất yếu, nhất là trong giaiđoạn toàn cầu hóa hiện nay

Nguồn: Hiệp hội nhựa Việt Nam

Hình 1.3: Các nước cung cấp chính nguyên liệu ngành nhựa cho Việt Nam

Hiện tại Việt Nam có hai nhà máy sản xuất PVC với công suất tổng hợp đạttrên 200.000 tấn/năm, trong đó 30% là dành cho xuất khẩu và 70% là dành cho thịtrường trong nước (đó là Công ty TPC Vina và Công ty Nhựa và Hóa chất PhúMỹ) Như vậy, cho đến năm 2015 – 2016 và cả các năm sau đó Việt Nam vẫn cònphải nhập khẩu PVC nếu như ngay từ bây giờ không có nhà đầu tư nào quan tâmđến lĩnh vực này

Qua những phân tích trên ta thấy rõ ràng nhu cầu PVC và các sản phẩmpolymer ngày càng nhiều, do đó phải tính đến xây dựng ngành sản xuất PVC nóiriêng và ngành nhựa nói chung để tiết kiệm được chi phí và để đáp ứng nhu cầucủa thị trường, góp phần bình ổn sự phát triển kinh tế đất nước Hiện tại nhà máylọc dầu ở Dung Quất (Quảng Ngãi) đã đi vào hoạt động ổn định, trong tương lai lànhà máy lọc - hóa dầu Nghi Sơn (Thanh Hoá) và Cụm tổng hợp Hóa dầu miềnNam đi vào hoạt động sẽ là cơ hội thuận lợi cho sự phát triển công nghiệp chất dẻonói chung và PVC nói riêng

1.2 Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của PVC [8]

1.2.1 Cấu tạo

Polyvinylclorua (PVC) là một loại nhựa nhiệt dẻo, có cấu tạo vô định hình.Trong công nghiệp được sản xuất ở dạng bột, tỷ trọng 0,5  1,4 g/cm3.Polyvinylclorua được trùng hợp theo cơ chế gốc tự do là sự kết hợp của các phân

tử theo "đầu nối đuôi" thành mạch phát triển Trong mạch phân tử, các nguyên tửclo ở vị trí 1, 3 Người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau như: hóa học, vật lý,quang học… để chứng minh điều này

 Độ hòa tan của PVC

 Tính nhiệt

 Sự hóa dẻo

 Tính chất điện

Một số tính chất vật lý cơ bản của PVC:

Nhiệt độ thủy tinh hóa 75-80oC

Khối lượng riêng 1,1-1,4 g/cm3

Giới hạn bền kéo 400-600 kg/cm2

Giới hạn bền uốn 900-1200 kg/cm2

Giới hạn bền nén 800-1600 kg/cm2

Độ dãn dài tương đối 10-15%

1.2.2.1 Độ hòa tan của PVC

Polyvinylclorua là Polymer phân cực nên có thể hòa tan trong các dung môinhư este, hydrocacbon clo hóa, nitrobenzen Tuy nhiên PVC chỉ hòa tan khi trọnglượng phân tử thấp, còn khi trọng lượng phân tử cao thì tan rất hạn chế, ở nhiệt độcao độ tan tăng lên Để tăng độ hòa tan cho Polyvinylclorua thường tiến hành biếntính Polyvinylclorua như đồng trùng hợp với vinylaxetat, vinylindeclorua

10-6 C-1

Độ dẫn nhiệtW/moC

Nhiệt dungriêng

ở 20oC(kJ/kgoC)PVC không hóa

Khi tăngnhiệt độ, HCl sinh ra nhiều hơn và nó làm cho PVC xuất hiện màu, tính tan củaPolyvinylclorua dần dần mất đi theo độ phân hủy của nó Tính tan của

Và sự đổi màu của Polyvinylclorua do tạo liên kết đôi liên hợp

Sự phân hủy polyvinylclorua khi đun nóng cũng theo phản ứng chuỗi, trungtâm bắt đầu phân hủy là ở những mạch mà ở đó có liên kết C – H, C – Cl yếu.Những phần đó có thể là những nhóm cuối của mạch đại phân tử

Khi trùng hợp polyvinylclorua theo cơ chế gốc thì việc đứt mạch có thể xảy

ra do phản ứng truyền mạch cho phân tử monome hoặc cho phân tử Polymer

Để tăng độ ổn định nhiệt cho polyvinylclorua người ta thêm vào chất ổnđịnh nhiệt, các chất này có tác dụng làm chậm hoặc kìm hãm sự phân hủyPolymer Trong tất cả các loại chất ổn định nhiệt thì hợp chất vô cơ và cơ kim là

quan trọng nhất vì ngoài tác dụng ổn định nhiệt chúng còn ngăn cảnpolyvinylclorua khỏi bị phân hủy trong điều kiện gia công ở nhiệt độ cao và cókhả năng bảo vệ các tính chất vật liệu trong thời gian dài khi sử dụng vật liệu.

1.2.2.3 Trộn với chất dẻo và các loại nhựa khác

Để gia công và sử dụng Polyvinylclorua hiệu quả thì việc trộn nó với chấthóa dẻo có ý nghĩa rất quan trọng Chất hóa dẻo là chất độn với polyvinylclorualàm cho polyvinylclorua có độ bền uốn tăng, làm giảm tính dòn ở nhiệt độ thấp,làm điều kiện gia công dễ dàng hơn

Các chất hóa dẻo là các chất có cực, thường dùng ở dạng lỏng, thông dụngnhất là DOP (Diocthyl phtalate)

1.2.2.4 Tính chất điện

Thông thường các Polymer trong đó có Polyvinylclorua không có nhữngphần tử tích điện, điện trở rất lớn (1015 – 1018 m) Polyvinylclorua được dùnglàm vỏ bọc dây cách điện

Ưu điểm thứ hai là do Clo đem lại cho PVC đó là tính kìm hãm sự cháy.Cũng chính vì đặc điểm này mà PVC gần như chiếm vị trí độc tôn trong lĩnh vựcxây dựng dân dụng

1.2.3.1 Trong lĩnh vực xây dựng:

Lĩnh vực xây dựng là nơi mà PVC được sử dụng nhiều và rộng rãi nhất.Trong đó, các loại ống dẫn và phụ kiện chiếm đến hơn một phần ba tổng sản lượngPVC trên toàn thế giới.

Tấm và màng Bọc dây và cáp điện Chai lọ

Hình 1.5: Các lĩnh vực ứng dụng của PVC tại Việt Nam

Ống PVC được sử dụng trong những điều kiện kỹ thuật cũng như môitrường khắt khe đã chứng tỏ PVC là một loại vật liệu có độ bền và độ tin cậy cao.Chúng được dùng rộng rãi để cấp thoát nước sinh hoạt, thuỷ lợi, lưu chuyển hóachất

Ống PVC cũng là sự lựa chọn tối ưu trên phương diện thi công Ống PVCnhẹ nên chi phí vận chuyển thấp và công lắp đặt thấp (chỉ bằng 60 - 70% so vớicác loại ống khác).

Ngoài ống dẫn, PVC được sử dụng cho xây dựng nhà cửa và trang trí nộingoại thất Vật liệu PVC dùng trong lắp đặt và trang trí nhà cửa hiện nay chưa phổbiến ở Việt Nam (chỉ chiếm khoảng 24% tổng nhu cầu) Nhưng trên thế giới, ởnhiều nước tỷ lệ này rất cao, ví dụ như ở Mỹ là 60% Điều đó là do độ bền cao,khả năng lắp đặt dễ dàng, dễ bảo trì của các sản phẩm PVC

1.2.3.2 Trong lĩnh vực điện và điện tử:

Đây chính là lĩnh vực mà nhờ nó PVC đã phát triển một cách nhanh chóng

và đột phá Ngày nay, PVC chiếm gần 50% thị phần ở lĩnh vực sản xuất đồ điện vàđiện tử Một số lĩnh vực sản xuất phổ biến cần dùng PVC:

Máy điều hoà không khí, máy lạnh, máy giặt …

Dụng cụ gia đình

Máy tính, đĩa mềm cho máy tính, bàn phím …

Cáp quang

1.2.3.3 Trong lĩnh vực ôtô, xe máy:

PVC đóng một vai trò to lớn trong chế tạo ô tô, mô tô hiện đại Nó được sửdụng thay thế kim loại và vật liệu khác để chế tạo các bộ phận sườn xe, tấm chắngió, tấm lót sàn, tấm chắn bùn và nhiều chi tiết khác Việc sử dụng PVC còn làmcho:

 Tuổi thọ của xe dài hơn: Do độ bền của PVC, tuổi thọ của xe tăng từ 11,5năm trong những năm 1970 lên 17 năm như hiện nay

 Khách hàng có nhiều lựa chọn hơn: Do PVC rẻ, nên tùy thuộc vào yêu cầucủa thị trường, nhà sản xuất có nhiều phương án sử dụng nguyên vật liệu để tạo

ra nhiều mẫu mã hấp dẫn khách hàng với giá cả hợp lý

1.2.3.4 Trong các lĩnh vực khác:

Bao bì cho thực phẩm và hàng hóa tiêu dùng, đồ chơi trẻ em, giày dép, áomưa, túi xách, và rất nhiều các mặt hàng tiêu dùng khác Những sản phẩm này

được dùng phổ biến vì ngoài những tính ưu việt nêu trên chúng còn dễ cho nhiềumàu sắc hấp dẫn, dễ lắp đặt và lau chùi khi làm vệ sinh.

1.3 Lý thuyết trùng hợp polyvinyl clorua [8]

1.3.1 Đặc điểm của phản ứng trùng hợp

Phản ứng trùng hợp:

Quang trùng hợp vinylclorua dưới ánh sáng mặt trời không có chất khởiđầu xảy ra chậm nhưng dưới ảnh hưởng của ánh sáng tử ngoại (tăng nhiệt độ) thìnhanh hơn Khi có chất khởi đầu là O2 thì vận tốc trùng hợp diễn ra nhanh hơn, do

O2 kết hợp với vinylclorua tạo ra peroxit, peroxit phân hủy thành các gốc và trùnghợp

Trùng hợp vinylclorua trong dung môi thường thu được Polymer có trọnglượng phân tử thấp và vận tốc phản ứng chậm Nhiều trường hợp dung môi ảnhhưởng đến trật tự sắp xếp của các mắt xích dọc theo mạch phân tử Nếu tiến hànhtrùng hợp vinylclorua trong điều kiện trên 75oC thì có khí HCl tách ra từPolyvinylclorua Hiện tượng này dễ xảy ra khi có dung môi

Để điều chỉnh khối lượng phân tử của PVC người ta thường sử dụng 2cách: điều chỉnh nhiệt độ phản ứng và thêm hợp chất có khả năng truyền mạch.1.3.2 Cơ chế của quá trình trùng hợp

Cơ chế trùng hợp monomer vinylclorua tạo PVC là trùng hợp gốc xảy ratheo ba giai đoạn:

 Giai đoạn khơi mào

 Giai đoạn phát triển mạch

 Giai đoạn ngắt mạch

Có thể khơi mào bằng các tác nhân khơi mào như dùng nhiệt hoặc ánhsáng Các chất khơi mào sử dụng có thể có cấu trúc đối xứng hoặc bất đối xứng.Các chất khơi mào được sử dụng trong phản ứng trùng hợp vinylclorua để tạo hạtnhựa PVC là các chất khơi mào thường có cấu trúc R1-O-O-R2, R3-N=N-R4,…ví

dụ như: ter-butyl peroxyneodecanoate, Di-2-etylhexyl peroxidecarbonate hay hợpchất azo, diazo

Ở giai đoạn đầu chất khơi mào phân hủy dưới tác dụng của nhiệt hay ánhsáng tạo ra các gốc tự do:

Gọi tắt các gốc tự do tạo ra là R*

Các gốc của chất khơi mào sẽ tác dụng với vinylclorua để tạo các gốc tươngứng Các gốc này tiếp tục tác dụng với vinylclorua để thực hiện phản ứng chuyểngốc (truyền năng lượng) và do đó kéo dài mạch trùng hợp ra

 Giai đoạn ngắt mạch:

Sự ngắt mạch của phản ứng gắn liền với sự bão hoà điện tử không cặp đôi,nên quá trình ngắt mạch là kết quả tương tác của hai gốc tự do Đó là sự kết hợpgiữa các gốc Polymer với nhau theo hai cơ chế:

 Tái hợp gốc

 Bất tỷ phân

Tái hợp gốc: Nếu quá trình ngắt mạch của các Polymer theo cơ chế này thì

kết quả thu được chất Polymer có trọng lượng phân tử lớn

Bất tỷ phân: Quá trình ngắt mạch xảy ra theo cơ chế bất tỷ phân thì

Polymer thu được không đồng nhất và có trọng lượng phân tử thấp

1.3.3 Các phương pháp trùng hợp Vinylclorua tạo PVC

sử dụng để tạo các vật phẩm có hình dáng phức tạp, sản phẩm tạo thành được sửdụng không qua các quá trình gia công trung gian

1.3.3.2 Trùng hợp dung dịch

Dung môi sử dụng phải trơ với các hợp chất trong phản ứng để hạn chếphản ứng truyền mạch

 Phương pháp thứ nhất gọi là phương pháp "vecni": trong đó môitrường phản ứng là dung môi hòa tan được cả monome lẫn Polymer như dicloetan,disunfuacacbon Tách Polymer ra bằng cách dùng nước để kết tủa hoặc chưng cất

để tách hết dung môi Phương pháp này ít được dùng vì quá trình trùng hợp lâu vàtốn nhiều dung môi, sản phẩm thu được có độ sạch không cao Tuy nhiên sảnphẩm của quá trình này có thể đem đi sử dụng ngay cho các công đoạn khác nhưđem đi kéo sợi để tạo các sản phẩm vải lót máy móc

 Phương pháp thứ hai là tiến hành trùng hợp trong dung môi hòa tanmonome nhưng không hòa tan Polymer như axeton Trong trường hợp nàyPolymer dần dần tách ra ở dạng bột mịn Phương pháp này dễ điều khiển nhiệt độphản ứng nhưng do nồng độ của monome thấp nên Polymer thu được có trọnglượng phân tử không cao

1.3.3.3 Trùng hợp nhũ tương

Ở đây chất khơi mào tan trong nước vì thế phản ứng trùng hợp xảy ra ở khuvực tiếp xúc giữa vinylclorua và nước Polymer tạo thành ở trạng thái nhũ tươngtrong nước nên cần phải tách Polymer ra khỏi nhũ tương

Chất khởi đầu thường dùng là hệ oxy hóa khử H2O2 + persulfat, kim loạikiềm Chất nhũ hóa là các loại xà phòng axit béo, trietanol amin dùng với mộtlượng khoảng 0,1  0,5% trọng lượng nước Lượng chất nhũ hóa tăng thì độ phântán hạt Polymer tăng làm thay đổi vận tốc phản ứng và trọng lượng phân tử củaPolymer

Đối với trùng hợp nhũ tương, chất khởi đầu không những dùng hợp chấtperoxit đơn giản mà còn dùng hệ oxy hóa khử bảo đảm vận tốc trùng hợp lớn hơn(như hệ persulfat amon với NaHSO4 và hệ H2O2-ion Fe2+ ) Ngoài ra cần thêmmuối đệm để giữ nguyên độ pH (thường từ 4 đến 9) Muối đệm hay dùng là axetatkim loại nặng phốt phát, cacbônat kim loại kiềm Có khi còn dùng thêm cả chấtđiều chỉnh để điều chỉnh tính chất và trọng lượng phân tử của Polymer

Nhược điểm của phương pháp này là Polymer còn chứa nhiều chất nhũ hóa

và là chất điện ly nên làm xấu tính chất cách điện của Polymer

PVC ở dạng latex có thể dùng ngay để tráng lên bề mặt vải, da, giấy, hoặcdùng làm nguyên liệu kéo sợi …

ổn định đem dùng Bằng phương pháp trùng hợp giọt ta thu được huyền phùPolymer, hạt Polymer thu được có kích thước lớn hơn rất nhiều so với trùng hợpnhũ tương, vì chất khơi mào tan trong giọt monome nên quá trình trùng hợp xảy ratrong giọt monome (có thể xem trùng hợp huyền phù là trùng hợp khối trong giọt)

Khác với trùng hợp nhũ tương, trùng hợp huyền phù tiến hành trong giọtmonome được bao bọc bởi lớp keo bảo vệ Bản chất trùng hợp huyền phù là trùnghợp khối

Đầu tiên tác nhân tạo hạt là các chất hoạt động bề mặt dưới tác động củacánh khuấy và sức căng bề mặt sẽ tạo thành các giọt cầu li ti, các hạt này bao lấycác đơn phân tử vinylclorua và cách ly chúng khỏi môi trường chung, giọtPolymer có lớp bao ổn định tạo thành

Dưới tác dụng của chất khơi mào, các đơn phân tử vinylclorua kết hợp vớinhau tạo thành phân tử Polymer, nếu kết thúc quá trình trùng hợp và tách hếtmonome ra thì ta thu được Polymer có bề mặt rất lớn được bao phủ bởi lớp keobảo vệ Tiến hành trùng hợp tiếp, kích thước hạt Polymer tăng lên Khi mức độ

chuyển hóa 20  30% thì chúng dính vào nhau và hợp lại tạo thành khối nhỏ rấtxốp và được trương lên trong monome phù hợp với thời điểm biến mất của phalỏng giọt monome ban đầu (bắt đầu giảm áp trong nồi trùng hợp).

Ưu điểm của phương pháp này là Polymer thu được có kích thước hạt lớn

và đồng đều hơn, độ tinh khiết cao hơn so với Polymer thu được từ phương phápnhũ tương do hạt to nên dễ tách ra khỏi nước bằng ly tâm hoặc lọc

Khả năng hòa tan

của chất khởi đầu

Tan trongVC

Tan trongVC

Không tantrongVC

Tan trongVC

Nước, chấttạonhũ tương

Nước, tácnhân phân tánKhuấy trộn Không cần Không cần Cần thiết Cần thiếtĐiều khiển nhiệt

Sự cô lập PVC Thu VC Có thể được Dễ dàng Dễ dàngKích cỡ hạt ( m)  60 - 300 < 0,1 0,1 20 - 300

Từ bốn phương pháp trùng hợp vinylclorua để sản suất nhựapolyvinylclorua ở trên, nhận thấy phương pháp trùng hợp vinylclorua trong huyềnphù là ưu việt hơn cả do phương pháp này tạo ra hạt Polymer có kích thước lớn,đồng đều, dễ điều chỉnh kích thước hạt, nhiệt độ phản ứng trùng hợp thấp (57 

620C) cũng như thời gian tiến hành trùng hợp không lâu, hiệu suất trùng hợp tươngđối cao (80  90%)

1.4 Nguyên liệu tổng hợp PVC [5]

Nguyên liệu chính để sản xuất polyvinylclorua là vinylclorua và một sốnguyên liệu phụ khác như chất khơi mào, chất tạo hạt, chất ổn định nhiệt, chấtchống tạo bọt… Tùy theo loại và hàm lượng của các nguyên liệu phụ này mà ta cóthể tạo ra được nhiều loại Polyvinylclorua khác nhau (có độ trùng hợp trùng hợpkhác nhau) ví dụ như:

 K57: Là loại nhựa có khối lượng phân tử thấp, được ứng dụng trong lĩnhvực nhựa cứng ứng dụng làm ống, các đầu nối, chai lọ, màng phim …

 K66R: Là loại nhựa có khối lượng phân tử trung bình, được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực nhựa cứng Đặc biệt, nhờ các đặc tính kỹ thuật riêng mà nó

sẽ làm tăng tốc độ đùn cho các sản phẩm cứng như ống nước, tấm ốp trần

 K66F: Là loại nhựa có khối lượng phân tử tương đối cao, ứng dụng chủyếu trong lĩnh vực nhựa mềm và một phần trong lĩnh vực nhựa cứng ứng dụng sảnxuất các vật liệu dẻo như ống mềm, da giầy, dây cáp …

 K70: Là loại nhựa có khối lượng phân tử tương đối cao, chỉ ứng dụngtrong lĩnh vực nhựa mềm sản xuất màng phim, da giầy, dây cáp điện

Trong bốn loại trên thì loại K-66R đang được sử dụng nhiều nhất (chiếmkhoảng 90%) và hiện nay nhà máy cũng đang sản xuất loại nhựa đó Các nguyênliệu chính để sản xuất loại nhựa này gồm có: Vinylclorua monomer, nước, chấtkhơi mào, chất tạo huyền phù, chất ổn định nhiệt và một số phụ gia chống tạobọt

1.4.1 Vinylclorua monomer (VCM)

Vinyl clorua là nguyên liệu chính để sản xuất polyvinylclorua

Công thức cấu tạo

Nhiệt độ nóng chảy -153,7oC

Nhiệt hóa hơi ở 35oC 75,2 kcal/kg.oC

Khối lượng riêng ở 58oC 0,899 g/cm3

Độ nhớt động lực ở 35oC 0,18.10-3Pa.s

Độ tan trong nước ở 20oC 25,7 mg/100ml

VCM tạo hỗn hợp nổ với không khí ở giới hạn 3,6  26,4% về thể tích.Vinyl clorua ở nhiệt độ và áp suất thường là khí không màu, có mùi giốngmùi của cloroform Vinyl clorua tan trong các dung môi như axeton, C2H5OH, cáchydrocacbon thẳng và thơm Vinyl clorua có tính độc, khi tiếp xúc nhiều có thểgây ung thư gan Nồng độ cho phép của nó khi tiếp xúc làm việc là 7 ppm trongthời gian 8h một ngày sản xuất Khi tiếp xúc với vinyl clorua nồng độ cao thì nógây choáng, mất ổn định, gây hôn mê và có thể gây bỏng da nếu tiếp xúc trực tiếpvới VCM.

Có thể bảo quản và chuyên chở vinyl clorua ở trong bình thép chịu áp suấthoặc trong bình chứa ở nhiệt độ thấp (khoảng -20oC) Thường thêm vào một lượngkhoảng 5 ppm (so với vinylclorua) các chất như hydroquinon, khi bảo quản vàchuyên chở

 Sản xuất từ Acetylene

 Sản xuất từ Ethylene

 Sản xuất từ 1,2-Etylenediclorua (EDC)

1 Sản xuất từ Acetylene.

Quá trình sản xuất từ Acetylene có nhược điểm lớn là công nghệ phức tạp

do phải thực hiện quá trình “tôi” nhanh để đạt được hiệu suất thu sản phẩm cao Acetylene được sản xuất từ 2 nguồn chính là

2CH4  C2H4 + 2H2

2CH4  C2H2 + H2

C2H6  C2H4 + H2

Nhiệt độ : Đạt hiệu suất cao nhất : 800 – 900oC

Áp suất : 200 – 250KPa Trong quá trình phản ứng, áp suất lò phản ứng sẽtăng mạnh, vì vậy để giảm áp suất riêng phần của các hydrocacbon người ta dùngcách phun hơi nước quá nhiệt vào lò phản ứng

EDC điều sản xuất bằng phản ứng Oxyclo hóa Etilen

Phản ứng tỏa nhiệt diễn ra trong thiết bị phản ứng tầng sôi có xúc tácClorua Đồng, ở nhiệt độ 200-220oC, áp suất 2,5-4 bar

C2H4 + Cl2  C2H4Cl2 + Q

Thời gian phản ứng : 4 – 5 giờ.

 Nhiệt phân không có xúc tác

Cơ sở : Phản ứng xảy ra theo cơ chế chuỗi gốc Nó được bắt đầu bằng phảnứng phá vỡ liên kết C-Cl

để tiết kiệm chi phí

1.4.2 Nước

 Nước được sử dụng trong nhà máy là Demineralize water (DMW) (nước

đã xử lý khoáng, tức là nước đã loại bỏ hoàn toàn các ion) Quá trình loại

bỏ ion trong nước trước khi đưa vào lò phản ứng là cần thiết vì các ion

có trong nước có thể làm thay đổi đến quá trình sản xuất của tác nhân tạohạt và ảnh hưởng đến tính chất cách điện của PVC Và do đã loại bỏ ionnên độ dẫn điện của Demineralize Water rất thấp

 Nước đã xử lý khoáng được sử dụng như là một sản phẩm có thể thay đổiđược

 Nước demineralize cần được xử lý sao cho pH = 5-9 Ngoài giới hạn này

sẽ ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp chất khơi mào

 Tùy theo nhiệt độ của nước vào reactor mà phân biệt 2 loại: colddemineralize (dưới 180C) và warm demineralize (290C)

1.4.3 Chất khơi mào (khởi đầu)

Chất khơi mào được sử dụng với mục đích tạo ra các gốc tự do, các gốc tự

do này sẽ khơi mào cho quá trình truyền mạch của monome từ đó làm tăng vận tốccủa quá trình phản ứng Chất khơi mào hình thành trong thiết bị phản ứng từ 3 hóachất: Cat C, Cat D, Cat E với tỉ lệ mol 2:1:2 với thứ tự đầu tiên nạp cat E sau đótới cat D cuối cùng là cat C; phải nạp đúng tỉ lệ nếu chỉ một thành phần vượt quágiới hạn sẽ không có được bản chất của chất khơi mào như ban đầu vì nếu xúc tác

dư sẽ dẫn tới ăn mòn

1.4.3.1 Cat C

Tên gọi: Ethyl chlorofomate

Công thức hóa học: C2H5- O-CO- Cl

Trạng thái vật lí Dạng lỏng

Giới hạn nổ trên 12,6%(V) ở 37,5oC;125,5 mbar

Giới hạn nổ dưới 3,7% (V) ở 13oC; 37 mbar

Nhiệt độ bốc cháy 450oC

Khối lượng riêng 1,14 g/cm3 (20oC)

Khả năng tan trong nước tan tốt

Độ nhớt động lực 0,046 mPa.s (20oC)

Độ độc hại :

 Là chất có thể cháy và rất dễ bắt cháy, độc tính cao, có thể gây tử vong nếu hít phải hơi hoặc nuốt vào

Những biện pháp an toàn khi sử dụng và cất giữ Cat C:

 Khi sử dụng cần có các dụng cụ bảo hộ đặc biệt như bộ cung cấp khíthở, quần áo chống hóa chất

 Khi lưu trữ tránh nguy cơ bắt cháy (lửa và nguồn tạo tia lửa), đóng kínthùng chứa, đặt ở vùng lạnh (20oC) và tránh ẩm ướt

 Xử lý an toàn khi thải bỏ: trung hòa bằng dung dịch NaOH, thấm hútkhi bị đổ

1.4.3.2 Cat D

Tên gọi: Hydrogen peroxide 35%

Công thức hóa học : H2O2

Trạng thái vật lí Dạng lỏng

Điểm đóng băng -14oCKhối lượng riêng (20oC) 1,27 g/cm3

Khả năng tan trong nước Tan trong nước

Độ độc hại :

 Là chất không cháy nhưng nguy hiểm khi cháy với chất khác

 Nguy hiểm khi nổ với chất khác, có thể nổ khi có mặt của ngọn lửa,tia lửa, nhiệt, hợp chất hữu cơ, kim loại hay axit

 Là tác nhân oxi hóa mạnh

 Có thể gây ngứa, viêm hoặc bỏng da

 Có thể gây ung thư và đột biến gen

Những biện pháp an toàn khi sử dụng và cất giữ Cat D:

 Dùng các dụng cụ bảo hộ thích hợp

 Khi lưu trữ: đóng kín thùng chứa, tránh xa nguồn nhiệt và vật liệu dễcháy, để nơi khô ráo, không để gần thùng chứa axit, các kim loại lưỡngtính như nhôm, magie, thiếc, kẽm

 Khi bị tràn ra ngoài, dùng cát hoặc hợp chất trơ để thu dọn

1.4.3.3 Cat E

Tên gọi: Sodium hydroxide (xút) 10%

Công thức hóa học: NaOH

Trạng thái vật lí Dạng lỏng

pH(1% dung dịch/nước) Bazơ

Điểm sôi Điểm thấp nhất là 100oC (nước)

Khối lượng riêng (20oC) 1,06 g/cm3

Áp suất hơi 20oC (kPa) 2,3

Những biện pháp an toàn khi sử dụng và cất giữ Cat E :

 Khi sử dụng dùng khiên che mặt, đồ chống hóa chất, mặt nạ dưỡngkhí Đảm bảo rằng các thiết bị bảo vệ hô hấp phải được kiểm tra và cóchứng chỉ, găng tay, ủng

 Điều kiện lưu trữ: Đóng thùng chứa lại khi không dùng Để nơi khôráo, thoáng khí

Chất khơi mào hình thành trong thiết bị phản ứng từ 3 hóa chất: Cat C, Cat

D, Cat E với tỉ lệ mol 2:1:2 với thứ tự đầu tiên nạp cat E sau đó tới cat D cuối cùng

là cat C; phải nạp đúng tỉ lệ nếu chỉ một thành phần vượt quá giới hạn sẽ không cóđược bản chất của chất khơi mào như ban đầu vì nếu xúc tác dư sẽ dẫn tới ăn mòn

Phương trình phản ứng:

NaOH + H2O2  HOO- + H2O + Na+

HOO- + C2 H5 OCOCl  C2H5-OCO-OOH + Cl

-C2H5-OCO-OOH  C2H5-OCO-OO- + H+

C2H5-OCO-OO- +C2H5OCOCl  C2H5OCO-OO-OCOC2H5 + Cl

-Chất khơi mào C2H5OCO – OO – OCOC2H5 sẽ tạo ra các gốc tự do

C2H5OCOO˙ Các gốc tự do này sẽ tấn công vào các monome tạo ra các gốc tự do

mới

Hiệu suất phản ứng khơi mào thường lớn hơn 90%, thời gian phản ứngtrong khoảng 5 phút Do đó để đủ lượng gốc tự do cho phản ứng hình thành PVCthì lượng chất xúc tác cho phản ứng cần dư xúc tác Tuy nhiên, xúc tác dư sẽ dẫntới ăn mòn Do vậy tỷ lệ cho xúc tác thực tế như sau: cat C : cat D : cat E theo tỷ lệ2,1 : 1: 2,1

Phải hạn chế lượng cat D dư, do cat D có tính axit sẽ gây ăn mòn đườngống Lượng cat E, cat C dư và lượng NaCl sẽ hòa tan trong nước, sau đó được xử

lý nước ở giai đoạn sau Lượng nước thải sẽ được xử lý trước khi thải ra ngoài môitrường

1.4.4 Chất tạo huyền phù

1.4.4.1 Granulating A (chất tạo hạt)

Tên gọi: Poly Vinyl Alcohol

Công thức hóa học: (-CH2-CHOH-)n

Trạng thái vật lí Chất rắn dạng bột hoặc dạng hạt

Nhiệt độ tự bắt cháy 4400C

Tính chất oxi hóa Không phát hiện

Độ dẫn điện riêng Không phát hiện

Gran A với độ thủy phân cao khoảng 80% nên dễ tan trong nước Cùng với

sự khuấy trộn cơ khí, gran A sẽ duy trì các giọt VCM đồng thời tạo ra kích thước

và định dạng các hạt PVC theo yêu cầu

Chất tạo hạt được phối trộn vào trong nước với độ hòa tan 4%

Nạp gran A hòa tan vào thiết bị phản ứng với nồng độ và chất lượng phảithật chính xác

 Gran A không đủ thì bột PVC có thể bị đóng khối

 Gran A quá nhiều thì bột PVC có kích thước nhỏ, chất lượng kém.Trong quá trình hòa tan, khi cho Gran A vào lưu ý tránh không cho khôngkhí kéo theo để tránh tạo bọt

Trong quá trình hòa tan phải bật cánh khuấy trước khi cho Gran A vào, sửdụng cánh khuấy 2 bậc do khi hòa tan Gran A vào nước có độ nhớt lớn

Ngoài ra, gran A còn đóng vai trò là chất chống tạo bọt, nó được đưa vàophản ứng với một lượng xác định để chống sự tạo bọt trong phản ứng và ở cuối kỳphản ứng và làm giảm sự tạo bọt trong dòng sản phẩm ra khỏi lò phản ứng, thápstripping

Độ độc hại:

 Không phải hóa chất nguy hiểm

 Bụi có thể gây kích ứng phổi

Những biện pháp an toàn khi sử dụng và cất giữ Gran A:

 Đeo kính bảo vệ mắt và găng tay khi sử dụng

 Bảo quản trong thùng chứa hoặc bao tải khô

 Khi có sự cố tràn ra môi trường thì rửa bằng nước

1.4.4.2 Granulating B (chất tạo xốp)

Tên gọi: Vinyl Alcohol

Công thức hóa học: CH2=CH-OH

Gran B được chứa trong thùng 200 (lít) và có nồng độ 36%

Trạng thái vật lý Dạng lỏng có độ nhớt

Khối lượng riêng 1050- 1070 kg/m3

Khả năng tan trong nước CóKhả năng tan của chất lỏng KhôngGran B được dùng để điều khiển đặc tính xốp và điều chỉnh tính chất hạtcủa sản phẩm PVC, làm việc cùng với Gran A và được khuấy trộn nhanh trongreactor Gran B phải được nạp vào với mức độ cho phép vừa phải

Gran B không đủ thì PVC có độ xốp thấp

Gran B nhiều thì độ xốp cao, tỷ trọng thấp, kích thước hạt giảm

Gran B có độ nhớt cao (~ 1500cp ) do đó trong quá trình nạp nếu có lẫnkhông khí thì khó thoát ra hoàn toàn

Độ độc hại: Có độ độc hại nhỏ.

Những biện pháp an toàn khi sử dụng và cất giữ Gran B:

 Đeo kính và găng tay khi sử dụng, làm việc ở nơi thoáng gió

 Chứa trong thùng tránh xa nguồn lửa, đảm bảo thông gió tốt

 Gran B bị đổ ra phải được rửa bằng nước, nhưng nếu đổ ra nhiều thì

sẽ là nguyên nhân gây ra BOD

1.4.5 Stabiliser (chất ổn định nhiệt)

Tên gọi: Irganox 245 DW

Khả năng tan trong nước ở 200C <1mg/l

Nhiệt độ phân hủy >3500C

 Chất ổn định được sử dụng để bảo vệ tính chất của PVC thành phẩm

 Được phun vào thiết bị phản ứng cuối cùng để phá hủy chất khơi màocòn lại.

 Chất ổn định ngăn ngừa sự tự trùng hợp sau khi xả slurry hỗn hợphuyền phù ra khỏi thiết bị phản ứng

Độ độc hại: Độ độc hại trung bình.

Những biện pháp an toàn khi sửn dụng và cất giữ Stabiliser:

 Đeo kính và găng tay khi sử dụng

 Chứa trong thùng tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời

 Khi bị tràn ra môi trường thì rửa và xử lý an toàn với nhiều nước.1.4.6 Evicas

Tên gọi: Evicas 90H, hòa tan trong nước và dung dịch NaOH

 Evicas ngăn ngừa PVC bám trên bề mặt thiết bị

 Tránh tạo thành các hạt nhựa đóng cục

 Lượng Evicas dùng khoảng 3- 4 kg cho mỗi mẻ

 Evicas tiếp xúc trực tiếp không khí trong một thời gian dài sẽ gây nên

sự tích tụ cặn quanh thiết bị phản ứng (do phản ứng với oxy trongkhông khí) Do đó bảo quản Evicas thì người ta bơm N2 vào có tácdụng như 1 lớp màng chắn để ngăn cản O2 tiếp xúc với Evicas

 Hơi và Evicas được phun vào ở những thời điểm khác nhau tại 3 vị trí:Đỉnh reactor, đỉnh condenser, vị trí nối giữa reactor và condenser đểđảm bảo mức độ phủ tốt nhất

 Hơi nước nóng được phun vào trước để làm ấm các đường ống Ngoài

ra hơi phân tán Evicas đến Reactor và condenser nhờ sự trợ giúp củachuyển động xoáy của cánh khuấy

 Hơi nước nóng được phun liên tục khoảng 60s sau khi Evicas đượcphun hoàn toàn để rửa Evicas trong đường ống

 Khi quá trình phủ Evicas hoàn thành, Reactor sẵn sàng để nạp mẻ tiếptheo

Độ độc hại:

 NaOH có thể gây kích ứng và nguy hiểm cho các mô trên cơ thể

Những biện pháp an toàn khi sử dụng và cất giữ Evicas:

 Đeo kính và găng tay khi sử dụng

 Khi tràn ra môi trường thì dùng chất hấp thụ hoặc nước để xử lý.1.4.7 Buffer

Tên gọi: Natri Hydrocacbonat

Công thức hóa học: NaHCO3

 Là dung dịch đệm, có nồng độ 5%

 Có tác dụng để điều chỉnh độ pH tránh ăn mòn thiết bị Khi có bufferthì pH ổn định từ 8- 8,5

 Trợ giúp quá trình tạo hạt

1.4.8 ESS (Emergency Short Stop)

Tên gọi: Alphal Metyl Styren

Áp suất hơi (kPa) 0,3 ở 200C và 1,5 ở 500C

 Chất được phun vào là Alpha-methyl-styren (AMS), được phun vàokhi cánh khuấy ngừng hoặc nhiệt độ và áp suất của Reactor quá cao

 Khi bắt đầu mẻ mới, nước áp cao được sử đụng như rào chắn giữa hệthống ESS và Reactor để ngăn AMS rò rỉ sang Reactor

Độ độc hại:

 Dễ bắt cháy

 Hít phải hơi nhiều lần sẽ gây nguy hiểm và tử vong

 Kích ứng da và mắt

Những biện pháp an toàn khi sử dụng và cất giữ ESS:

 Lưu trữ ở nơi mát, thoáng gió

 Khi bị tràn ra môi trường, phải mặc quần áo bảo hộ khi đi vào khuvực tràn, sử dụng chất hấp thụ để loại bỏ.

Giai đoạn 1: Khơi mào phản ứng.

Giai đoạn này hình thành gốc tự do

Quá trình khơi mào: là quá trình phân hủy chất khơi mào nhờ vào nhiệt đểtạo gốc tự do

Từ chất khơi mào C2H5OCO-OO-OCOC2H5 dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ

bị phân hủy tạo ra 2 gốc tự do

C2H5OCO-OO-OCOC2H5 2 C2H5OCO-O •

Giai đoạn 2: Phát triển mạch.

Giai đoạn phát triển mạch: là tác động qua lại giữa gốc tự do của Polymer

và các phân tử monomer để hoàn thành chuỗi Polymer và một Polymer gốc

Các gốc tự do tấn công mạnh mẽ vào các monome tạo thành nên gốc tự domới:

Phản ứng này tạo thành chuỗi Polymer

Giai đoạn 3 : Ngắt mạch.

Sự ngắt mạch của phản ứng gắn liền với sự bão hoà điện tử không cặp đôi,nên quá trình ngắt mạch là kết quả tương tác của hai gốc tự do Đó là sự kết hợpgiữa các gốc Polymer với nhau theo hai cơ chế:

1.5.2 Thành phần nguyên liệu

Nguyên liệu phản ứng gồm:

 Monome VC dùng để trùng hợp phải ở thể lỏng nên cần được tồnchứa trong bồn chứa chịu áp (áp suất khoảng 5 bar) Độ nguyên chất của

VC phải lớn hơn 99,96% trọng lượng

 Dung môi nước dùng để trộn hợp phải là nước khử khoáng

 Chất khởi đầu thường dùng là Di(etyl)peroxidicarbonat được tạothành từ 3 cấu tử Cat C : Cat D : Cat E theo tỷ lệ 2 : 1 : 2

 Chất tạo hạt Gran A, chất tạo xốp Gran B dùng để tạo môi trườnghuyền phù

 Chất ổn định nhiệt stabiliser dùng để bảo vệ tính chất của PVC thànhphẩm

 Xút NaOH dùng để điều chỉnh nồng độ pH sau khi trùng hợp, dùng ởdạng lỏng

 Ngoài các thành phần trên còn sử dụng: dung dịch đệm, tác nhânchống tạo bọt,…

1.5.3 Một số dây chuyền công nghệ sản xuất xuất PVC trên thế giới

1.5.3.1 Dây chuyền sản xuất PVC của hãng Vinnolit

1 Thiết bị phản ứng

2 Bình ổn định

3 Thiết bị trao đổi nhiệt

4 Tháp tách VCM

5 Thiết bị chứa VCM thu hồi

6 Thiết bị quay ly tâm

7 Thiết bị sấy tầng sôi

8 Xyclon

Hình 1.6: Dây chuyền sản xuất PVC của hãng Vinnolit

Nguyên liệu VCM được chuyển đến thiết bị phản ứng (1), sau phản ứngslurry được chuyển đến bình ổn định (2), dưới tác dụng của cánh khuấy và hơinước nóng sục từ dưới lên, VCM hơi được tách bay lên Sau đó slurry được choqua tháp tách VCM (4) để tách triệt để VCM hơi chưa phản ứng Sau đó bột PVCđược đưa qua thiết bị quay ly tâm tách nước (6) Sau đó được chuyển đến thiết bịsấy tầng sôi (7) để tách triệt để hơi nước

Chế độ hoạt động của tháp phản ứng :

Áp suất : 8 barg, nhiệt độ : 57,5 – 58oC, thời gian phản ứng : 220 phút

Xúc tác : Cat 19 (C18H34O6) , Cat 29 (C14H30O3)

Hóa chất liên quan: Chất ổn định huyền phù (PA); Chất ngắt phản ứng(AD- 3); Chất ổn định nhiệt (AD -5); Chất chống bám dính (RCS); Chất dập tắtphản ứng (INH – 3)

1.5.3.2 Dây chuyền sản xuất PVC của hãng Inovyl

(1) Bồn chứa nguyên liệu

(10) Thiết bị sàng

Hình 1.7: Dây chuyền sản xuất PVC của hãng Inovyl

Nguyên liệu VCM mới cùng với VCM tái sinh từ bồn chứa (1) đượcchuyển đến hệ thống thiết bị phản ứng (2) Hệ thống này gồm 3 thiết bị phản ứngdạng bồn có cánh khuấy dưới đáy, thiết bị ngưng tụ trên đỉnh bồn và lớp vỏ gianhiệt (và làm lạnh) bên ngoài, hoạt động ở 8,5 bar và 58oC Hỗn hợp sau phản ứngđược chuyển đến bồn thu hồi (4), 2 bồn chứa trung gian và tháp stripping (5) đểtiến hành thu hồi VCM chưa phản ứng lẫn trong hỗn hợp Hơi VCM sau khi đượctách được chuyển đến hệ thống ngưng tụ thu VCM lỏng và chuyển về bồn chứa

(1) Hỗn hợp sau phản ứng lúc này còn chứa bột PVC và một lượng nước rất lớn,được đưa vào thiết bị ly tâm tách nước (7), sau đó được đưa đến thiết bị sấy tầngsôi (8) để sấy khô tuyệt đối (độ ẩm: 0,2%) Bột PVC sau khi được sấy khô đượcđưa đến thiết bị sàng phân loại (10) và nhờ hệ thống đẩy bằng khí chuyển đến khuvực đóng bao thành phẩm.

Xúc tác : Hỗn hợp Cat E (Sodium Hydroxit ), Cat D (Hydrogen Peroxit),Cat C (Ethyl Chloroformate)

Các hóa chất: Chất tạo hạt (Gran A và Gran B), Chất chống bám dínhEvicas, chất chống tạo bọt Antifoarm, chất ổ định Stabilizer

1.5.4 Lựa chọn dây chuyền công nghệ sản xuất cho nhà máy

Công nghệ của hãng Inovyl có các ưu điểm sau:

 Hiệu suất phản ứng cao (90%)

 Quá trình sản xuất diễn ra liên tục, có thể kiểm soát phản ứng bằngnhiệt độ

 Công nghệ có hệ thống xử lý khí thải hiện đại, đảm bảo không gây ônhiễm môi trường

Vì vậy ta quyết định chọn công nghệ sản xuất PVC của hãng Inovyl

1.5.5 Lựa chọn công nghệ cho các công đoạn trong sản xuất PVC

Dây chuyền sản xuất PVC có thể tóm tắt bằng hình sau:

Khuấy trộn + gia nhiệt

580C + 8,5 barNước + PVC + VCM

khoáng

Từ quy trình trên, ta chia công nghệ sản xuất PVC thành 4 công đoạn sau:

 Công đoạn Polymer hóa

 Công đoạn tách VCM hơi chưa phản ứng

 Công đoạn xử lý VCM hơi

 Công đoạn xử lý bột PVC

1.5.5.1 Công đoạn Polymer hóa

Hiện tại, có 2 loại thiết bị phản ứng chính để thực hiện quá trình polymerhóa, đó là thiết bị phản ứng dạng vòng và thiết bị phản ứng dạng khuấy trộn Thiết

bị dạng vòng chủ yếu được sử dụng trong phản ứng polymer hóa nhựaPolypropylene, nhựa ABS, Còn đối với nhựa PVC, toàn bộ công nghệ trên thếgiới đều sử dụng thiết bị dạng khuấy trộn Thiết bị dạng khuấy trộn có các ưu điểmsau:

 Khả năng làm việc ổn định (dây chuyền sản xuất nhựa Polypropylene sửdụng thiết bị dạng vòng tại nhà máy Dung Quất thường xuyên xảy ra sự

cố, phải dừng hoạt động cả dây chuyền)

 Quá trình tản nhiệt được thực hiện một cách hiệu quả bằng vỏ áo bênngoài và thiết bị ngưng tụ trên đỉnh tháp Quá trình tản nhiệt còn đượctăng cường dưới tác dụng của cánh khuấy đặt dưới đáy thiết bị phản ứng,

 Điều chỉnh nhiệt độ phản ứng dễ dàng Thiết bị dễ dàng chế tạo và lắp đặt

Hình 1.8: Thiết bị dạng khuấy trộn

1.5.5.2 Công đoạn tách VCM hơi chưa phản ứng

Công đoạn tách VCM hơi chưa phản ứng đựợc thực hiện bằng cách nângnhiệt độ của hỗn hợp huyền phù lên, nhằm tạo điều kiện cho hơi VCM thoát rakhỏi huyền phù Chúng ta có thể nâng nhiệt độ hỗn hợp bằng 2 phương thức:truyền nhiệt gián tiếp qua ống truyền nhiệt hoặc truyền nhiệt trực tiếp Với trườnghợp là huyền phù PVC ta không nên chọn phương thức truyền nhiệt gián tiếp quaống truyền nhiệt mà nên chọn truyền nhiệt trực tiếp (tác nhân truyền nhiệt là hơinước nóng) vì các lý do:

 Quá trình truyền nhiệt qua ống truyền nhiệt không tách được VCM hơi chưaphản ứng đến chỉ tiêu 0,03%,

 Bột PVC trong huyền phù gây hiện tượng bám dính trên thành ống truyềnnhiệt, làm giảm đi hiệu suất truyền nhiệt, buộc phải làm vệ sinh thiết bị nhiềulần trong 1 mẻ sản xuất,

 Quá trình sục hơi nước nóng từ dưới lên ngoài tác dụng gia nhiệt còn gây ra

sự trộn đều, giúp VCM hơi thoát ra dễ dàng hơn Thiết bị được trang bị thêmcánh khuấy dưới đáy để tăng hiệu quả khuấy trộn,

 Tác nhân truyền nhiệt là hơi nước nóng không ảnh hưởng đến chất lượngcủa sản phẩm PVC, vì sau công đoạn tách hơi VCM chưa phản ứng thì hỗnhợp huyền phù được chuyển đến công đoạn tách nước