Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa PVC theo phương pháp nhũ tương công xuất 2000 tấnnăm

Nh vậy tăng nồng độ chất khởi đầu có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng nhng lại làm giảmtrọng lợng phân tử trung bình của polyme.. Cơ cấu trùng hợp nhũ tơng.Trớc khi nghiên cứu cơ cấu tr

II.1.2.Các phụ gia khác……… 11

II.2.Quá trình sản xuất nhựa PVC……… 13

II.2.1 Phản ứng trùng hợp cloruavinyl………13

II.2.2 Các phơng pháp sản xuất nhựa PVC………18

II.3 Quá trình sản xuất nhựa PVC theo phơng pháp nhũ tơng trong nớc………19

III.3.1.Cơ sở của phơng pháp sản xuất nhũ tơng……… 20

III.3.2.Trùng hợp theo phơng pháp gián đoạn……….….24

III.3.3.Trùng hợp theo phơng pháp liên tục……… 25

II.4 Cấu tạo và tính chất của nhựa PVC………… 27

II.4.1 Cấu tạo của nhựa PVC……….27

II.4.2 Tính chất của nhựa PVC……… 29

II.4.3 Biến đổi hoá học của nhựa PVC ……….31

II.5 Các loại chất dẻo PVC, tính chất và ứng dụng 31

II.5.1 Sản phẩm từ nhựa PVC không hoá dẻo, tính chất và ứng dụng……… 31

II.5.2 Sản phẩm từ nhựa PVC hoá dẻo, tính chất và ứng dụng……… 36

Phần III: Tính toán dây chuyền sản xuất nhựa PVC theo phơng pháp gián đoạn……… 39

I Dây chuyền sản xuất……… 39

II Tính cân bằng vật chất……… 42

III Tính toán cơ khí……… 46

III.1.Tính chiều dày thiết bị phản ứng……… 47

III.2 Tính đáy và nắp thiết bị phản ứng……… 52

III.3 Chọn mặt bích……… 55

III.4 Tính cánh khuấy, động cơ cánh khuấy……… 56

III.5 Tính lớp vỏ gia nhiệt……… 61

III.6 Tính bảo ôn thiết bị……… 62

III.7 Tính tai treo của thiết bị phản ứng……… 68

III.8 Tính cân bằng nhiệt lợng cho thiết bị phản ứng…… 73

III.8.1 Chọn các thông số……… 73

III.8.2 Tính cân bằng nhiệt cho quá trình cấp nhiệt đối với thiết bị phản ứng……… 75

IV Tính các thiết bị phụ……… 79

IV.1 Thiết bị tạo dung dịch nhũ tơng……… 79

IV.1.1 Tính chiều dày thân thiết bị tạo dung dịch nhũ t-ơng……… 80

IV.1.2 Tính chiều dày của đáy và nắp thiết bị tạo dung dịch nhũ tơng……… 83

IV.1.3 Chọn mặt bích……… 86

IV.1.4 Tính cánh khuấy và động cơ cánh khuấy……… 87

IV.1.5 Tính tai treo……… 91

IV.2 Tính toán các bể chứa……… 96

IV.2.1 Tính bể chứa vinylclorua……… 96

IV.2.2 Tính bể chứa nớc cất……… 100

IV.2.3 Tính thùng lờng chứa chất nhũ hoá……… 101

IV.2.4 Thùng lờng chứa NaOH, và chứa chất khởi đầu 103 IV.3 Tính toán bơm……… 103

IV.3.1 Tính bơm vận chuyển vinylclorua……… 104

IV.3.2 Tính bơm vận chuyển nớc……… 111

IV.4 Thiết bị ly tâm phân ly nhũ tơng…… 115

iv.5 thiết bị sấy……… 116

Iv.5.1 Vòi phun……… 118

IV.5.2 Buồng sấy phun……… 119

Phần IV: xây dựng ……… 120

I Xác định địa điểm xây dựng nhà máy……… 120

I.1 Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng nhà máy… 120

I.2 Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng nhà máy… 121 I.2.1 Các yêu cầu chung……… 121

I.2.2 Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng………… 122

I.2.3 Các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp……… 123

II Thiết kế tổng mặt bằng……… 123

II.1 Các nhiệm vụ chính khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy……… 124

II.2 Các yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy… 124

II.3 Nguyên tắc phân vùng trong nhà máy……… 126

II.3.1 Vùng trớc nhà máy……… 126

II.3.2 Vùng sản xuất……… 127

II.3.3 Vùng các công trình phụ……… 127

II.3.4 Vùng kho tàng và các khu vực giao thông… 127 II.3.5 Ưu nhợc điểm của nguyên tắc phân vùng… 128

II.4 Những căn cứ để thiết kế phân xởng sản xuất nhựa

PVC……… 129

II.5 Tính toán và xác định kích thớc chính của các công trình trong nhà máy……… 130

II.6 Cấu tạo phân xởng sản xuất nhựa PVC………… 132

II.7 Bố trí thiết bị trong phân xởng sản xuất………… 134

Phần V: điện nớc………… 135

I.điện……… 135

I.1 Tính phụ tải chiếu sáng……… 135

I.2 Tính phụ tải động lực……… 137

I.3 Tính lợng điện tiêu thụ hàng năm của nhà máy… 138 II nớc……… 138

II.1 Nớc sinh hoạt……… 138

II.2 Nớc sản xuất……… 139

Phần VI: Kinh tế………… 140

I Tóm lợc dự án……… 140

ii thị trờng và kế hoạch sản xuất……… 140

II.1 Nhu cầu……… 140

II.2 Kế hoạch sản xuất……… 141

II.3 Tính toán kinh tế……… 141

II.3.1 Vốn cố định……… 141

II.3.2 Vốn lu động……… 143

II.3.3 Chi phí nhu cầu về nớc……… 143

II.3.4 Tính nhu cầu lao động……… 144

II.3.5 Giá thành sản phẩm……… 146

TàI LIệU THAM KHảO……… 147

Công nghiệp và các chất cao phân tử , đặc biệt là chất dẻo tuy còn non trẻ nhng phát triển rất nhanh chóng Đó là nhờ chất dẻo có nhiều tính chất rất đặc biệt đáp ứng đợc yêu cầu ngày càng cao của khoa học kỹ thuật và đời sống hàng ngày Không những thế nguồn nguyên liệu để sản xuất ra chất dẻo tơng

đối dồi dào: đó là than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên và những phế phẩm nông lâm nghiệp Chất dẻo lại còn dễ gia công hơn kim loại nhiều, gia công đợc

nhanh chóng lại tiết kiệm hơn ở các nớc công nghiệp hoá học phát triển, chấtdẻo có khắp trong ngành kinh tế quốc dân và cả trong sinh hoạt hàng ngày Theo dự báo của các chuyên gia marketing về lĩnh vực công nghiệp hoáchất , thị trờng nhựa trong những năm gần đây ngày càng phát triển mạnh.Nhu cầu nhựa PVC của các nớc trong khu vực Châu á - Thái Bình Dơng đặcbiệt là Trung Quốc, ấn Độ sẽ là yếu tố chủ yếu làm tăng nhu cầu thị trờngPVC Theo dự báo trong những năm tới sản xuất nhựa PVC tại chỗ không đủ

đáp ứng cho các thị trờng trên

Nhịp độ tăng nhu cầu PVC trong giai đoạn từ năm 1991 – 1997 tăng5,4% năm.Tổng nhu cầu trên thế giới vào năm 1997 là 24 triệu tấn

Theo đánh giá của hiệp hội nhựa trong những năm 1991 – 1997, cũng

nh trong những năm 80 nhu cầu PVC bình quân theo đầu ngời ở các nớc đangphát triển tăng mạnh hơn so với các nớc công nghiệp mới Vì thế việc tăngbình quân đầu ngời của bất cứ sản phẩm nào đều dẫn đến việc tăng tổng mức

sử dụng của nhóm nớc này Tính trung bình hàng năm, mức tăng bình quâncủa các nớc trong khu vực Châu á Thái Bình Dơng ( đến năm 1997 là 6,2%mức tăng sản xuất nhựa PVC toàn thế giới trong giai đoạn 1991 – 1997 là 3,4triệu tấn

ở nớc ta trong những năm gần đây ngành gia công chất dẻo đã có nhữngbớc phát triển mạnh Điều đó có thể đợc thể hiện cụ thể là mức nhập nguyênliệu vào thị trờng Việt Nam năm 1992 đạt 100.000 tấn, tăng 100% so với năm

1990 và 33,3% so với năm 1991 Bình quân chất dẻo nớc ta đạt 1,5kg/đầu ời.Tuy nhiên so với trên thế giới con số này vẫn còn quá nhỏ bé song nó là

ng-đánh dấu sự cố gắng vợt bậc của các nhà sản xuất, kinh doanh chất dẻo ở nớc

ta Hiện nay đã có rất nhiều công ty đã có dự án trao đổi với ngành chất dẻoViệt Nam về xây dựng nhà máy PVC với công xuất 100.000 tấn/năm nh:Nhật, Nam Triều Tiên, Pháp, Thái Lan ….Do đó vật liệu PVC ngày càng pháttriển đổi mới công nghệ tăng nhanh hiệu suất cũng nh chất lợng…

II.1.1.1 Các phơng pháp sản xuất clorua vinyl.

Trong công nghiệp có hai phơng pháp chính sản xuất cloruavinyl : Từaxetylen với HCl và từ etylen qua dicloretan

II.1.1.1.1 Sản xuất VC từ HCl với axetylen

Theo phơng pháp này ta có thể tổng hợp ở pha lỏng và ở pha hơi theophản ứng sau:

C2H2 + HCl → CH2 = CHCl + 477 cal

Tổng hợp theo pha lỏng là xục axetylen vào dung dịch axit HCl đậm

đặc với xúc tác (Cu2Cl2 và NH4Cl) Muốn tăng tính hoạt động của xúc tác chothêm CuCl2 dạng bột và CaCl2

Phản ứng đợc tiến hành ở nhiệt độ 200C – 250C trong môi trờng khínitơ, không có oxy Cloruavinyl tạo thành thoát ra ngoài khỏi hệ thống phảnứng cùng với axetylen và hơi nớc Thoạt tiên dùng máy làm lạnh thờng để ng-

ng tụ hơi nớc rồi sang máy làm lạnh thâm độ (-600C) để ngng tụ Cloruavinylcòn axetylen quay trở lại thiết bị phản ứng Quá trình phản ứng này không liêntục, phải dần dần bổ sung HCl và axetylen vào

Muốn Clorua vinyl thật nguyên chất thì ta cần phải dùng thêm thép tinhluyện để tách axetylen hòa tan trong Clorua vinyl

Nếu tổng hợp ở thể pha hơi (không dùng dung dịch axit HCl mà dùnghơi axit HCl ) có thể tiến hành quá trình liên tục, nhng phải ở nhiệt độ cao

1400C- 2000C Xúc tác ở đây là than hoạt tính ngấm dung dịch clorua thủyngân hay clorua bari trong nớc rồi sấy cẩn thận Tỷ lệ giữa chất đỡ (than hoạttính ) và xúc tác (clorua thủy ngân) là 12:1

Hỗn hợp khí axetylen và HCl (có d 10 – 15 % HCl ) đợc sấy sơ bộ,cho đi qua ống đốt nóng rồi chuyển vào thiết bị tổng hợp có chứa than hoạttính ngấm xúc tác Hiệu suất Clorua vinyl phụ thuộc vào tốc độ hỗn hợp khí, l-ợng xúc tác và nhiệt độ ; tốc độ càng chậm và nhiệt độ càng cao thì hiệu suấtcàng lớn Hỗn hợp khí sau khi phản ứng gồm (Clorua vinyl ; dicloretan ;axetylen; HCl) đa qua thiết bị làm lạnh đến -400C để ngng Clorua vinyl và hỗnhợp có nhiệt độ sôi cao hơn còn C2H2 và HCl quay trở lại thiết bị tổng hợpcũng có thể dùng nớc lạnh để hấp thụ để tách HCl riêng ra

Muốn tách Cloruavinyl ra khỏi hỗn hợp sản phẩm lỏng dùng phơngtháp chng cất để tập trung các hợp chất có nhiệt độ cao ở đáy tháp cònCloruavinyl đi ra ở đỉnh tháp

II.1.1.1.2 Sản xuất từ etylen qua dicloretan :

Cũng có thể dùng hai phơng pháp: Tác dụng dicloretan với dung dịchkiềm trong rợu và nhiệt phân dicloretan có xúc tác ở nhiệt độ cao

Phản ứng tạo thành Clorua vinyl theo phơng pháp trên :

C2H4 + Cl2 → ClCH2 - CH2Cl

CH2Cl - CH2Cl + NaOH → CH2 = CHCl + NaCl + H2OThành phần nguyên vật liệu nh sau : 1 phần dicloretan 0,5 phần NaOH

và 0,5 phần rợu, nên dùng d rợu vì nếu d kiềm sẽ tạo ra axetylen Sản phẩmphụ của phản ứng là axetylenglicon

Khuyết điểm của phơng pháp này là tốn nhiều NaOH , Rợu và thiết bị

to Do dó dùng phơng pháp thứ hai là nhiệt phân dicloretan ở 2400 – 3500Ctrong thiết bị bằng thép hay bằng sứ có chứa than hoạt tính :

ClCH

2 CH

2Cl - HCl CH2 CHClSản phẩm tạo thành qua thiết bị ngng tụ còn dicloretan d quay trở lạithiết bị nhiệt phân

II.1.1.2 Tính chất của Cloruavinyl:

Trong kỹ thuật hiện nay có thể sản xuất Clorua vinyl nguyên chất đến98,5 – 99,5% khối lợng

Clorua vinyl ở nhiệt độ và áp suất thờng là một khí không màu , mùigiống ete, sôi ở -13,90C ± 0,10C , nóng chảy ở nhiệt độ -157,70C ± 0,10C , tỷtrọng ở -12,960C là 0,9692 g/cm3 Clorua vinyl hoà tan trong các dung môithờng nh axetylen, rợu etylic , cacbua hydro thơm và thẳng

Cloruavinyl có thể bảo quản và chuyên trở trong các bình thép chịu ápsuất Van và các bộ phận tiếp xúc với Clorua vinyl không đợc chế tạo từ hợpkim đồng vì Cl- dễ tạo phức với Cu2+ gây ăn mòn thiết bị Cloruavinyl cũng cóthể bảo quản ở nhiệt độ thấp ( - 400C và thấp hơn ) trong trờng hợp không cóchất ổn định nếu không có oxy và dới áp suất khí nitơ có thể bảo quản ở nhiệt

độ thờng

Thờng thêm vào Clorua vinyl một ít chất giảm tốc nh Hydroquinon theo

tỷ lệ phần chất giảm tốc với 10.000 phần Clorua vinyl

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-monomecũng giảm, tổng bề mặt của chúng đợc ổn định bằng cách phân tử xà phòngnhỏ hơn nhng kích thớc của mỗi phần tử tăng lên Tốc độ của quá trình trùnghợp bị giới hạn bởi tốc độ khuyếch tán của monome qua tổng bề mặt của cácphần tử đó Khi lợng xà phòng khá ít quá trình trùng hợp có thể xảy ra với tốc

độ không đổi trong toàn bộ thời gian phản ứng

Trọng lợng phân tử polyme tăng khi giảm nồng độ chất nhũ hoá Điều đó

có thể giải thích là do có ít gốc tự do chứa trong các phân tử polyme-monome

II.1.2.2.Chất khởi đầu.

Một số chất khởi đầu đợc sử dụng rộng rãi ở một số thời điểm nh chấtkhởi đầu peroxytbenzoin và azo đợc sử dụng nhng diaxetyl peroxyt hiện nay

đợc sử dụng rộng rãi

Chu kì bán huỷ ở một nhiệt độ riêng là yếu tố chính quyết định chọn chấtkhởi đầu cho quá trình tạo hạt PVC Khi các thiết bị phản ứng tốt nhất đợc sửdụng, hai chất khơi mào của hai quá trình khác nhau đợc chọn để đem lại hiệuquả cao nhất

Khả năng tan trong nớc của chất khởi đầu có thể ảnh hởng đến hiệu suấtcủa chúng đối với các giọt monome Khả năng tan trong nớc cao tạo ra hệ

đồng thể Chu kỳ bán huỷ của chất khơi mào càng ngắn thì nó càng kém bền

và nhiệt độ phân huỷ càng thấp, sự bền vững phụ thuộc năng lợng gốc và hìnhdạng vật lý Xu hớng hiện nay là sử dụng chất khơi mào có khả năng phân bố

đều trong nớc, nó có u điểm là phân bố đồng thể trong các giọt monome, chophép thêm chúng vào bất cứ thời gian nào Sự phân tán 25 – 40% là tiêubiểu , và hệ thống phải đợc thiết kế cẩn thận để đảm bảo sự phân tán đồng đều

và duy trì nó một cách chính xác

Ngoài ra còn một số chất phụ gia khác nh: nớc, chất điều chỉnh pH, chất

điều chỉnh khối lợng phân tử, chất điều chỉnh sức căng bề mặt, chất ổn định…

ii.2 Quá trình sản xuất pvc

II.2.1 Phản ứng trùng hợp Cloruavinyl: [1]Cloruavinyl trùng hợp theo cơ cấu trùng hợp gốc nghĩa là phải có chấtkhởi đầu và trùng hợp qua ba giai đoạn

Gọi là chất khởi đầu vì gốc của nó là đầu đoạn của mạch qua phân tử,cũng có thể là chất kích thích vì chính nó có tác dụng kích động phản ứngtrùng hợp, có hai 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 ↑

Chính các gốc benzoat và gốc phenyl trên kích động phản ứng trùnghợp

Azodinitril của axit diisobutiric công thức phức tạp hơn:

C CN

3 C CN

H3C

C H

3

C CN

Quá trình trùng hợp Cloruavinyl đợc chia làm 3 giai đoạn;

1 Kích động trùng hợp: gốc hoạt động R• của chất khởi đầu kích thíchmonomor Cloruavinyl thành gốc khởi đầu:

R + CH

2 CH Cl

2 CH Cl

.

Electron cha ghép đôi có xu hớng ghép đôi Nếu nó có thể tìm thấyelectron để ghép đôi nó sẽ tấn công ngay vì vậy liên kết đôi của nhóm vinyl

nó dễ dàng tấn công để tạo thành trùng hợp gốc tự do Electron cha ghép đôikhi đến gần cặp electron π của nhóm vinyl sẽ tạo thành liên kết hoá học mớigiữa chất khởi đầu và monome Toàn bộ quá trình khơi mào phản ứng là sựphân huỷ chất khơi mào tạo thành gốc tự do, theo sau là phản ứng giữa gốchoạt động và phân tử monome, quá trình này gọi là sự khơi mào từng bậc

+ CH

2 CH Cl

2 C H Cl

CH

2 C H Cl

+ CH

2 CH Cl

2 CH CH

2 CH Cl

+CH C H 2 Cl

Tuy nhiên ở nhiệt độ cao trọng lợng phân tử giảm không phải chỉ dophản ứng 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 ở nhiệt cao trọng lợng phân tử giảm đồng thời có nhiều mạch nhánh

ảnh hởng của nồng độ và bản chất của chất khởi đầu:

Từ động học của trùng hợp gốc:

[ ] I K

vd = d.

[ ] I K

vK M = KM.

dt

M d

vp = − = p. . .

[ ]

[ ]1 / 2

' 2

/ 1 2 / 1

1

.

I

K K

K

M K P

KM d

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 trungbình tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của nồng độ chất khởi đầu Nh vậy tăng nồng

độ chất khởi đầu có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng nhng lại làm giảmtrọng lợng phân tử trung bình của polyme

ảnh hởng của nồng độ monome:

Khi tiến hành trùng hợp trong dung môi hay trong môi trờng pha loãngtốc độ trùng hợp và trọng lợng phân tử tăng theo nồng độ monome Nếumonome bị pha loãng nhiều có khả năng xảy ra phản ứng chuyển mạch do đócũng làm giảm trọng lợng phân tử

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

Ngoài ra cần thêm muối đệm để giữ nguyên độ pH, thờng từ 4 đến 9.Muối đệm hay dùng là axetat kim loại nặng, photphat, cacbonat kim loạikiềm

Clorua vinyl nếu cho qua than hoạt tính ở 30oC – 800C để tinh chếcho sạch khi trùng hợp đảm bảo cho sản phẩm đồng nhất và có trọng lợng

phân tử cao Hoặc muốn nâng cao trọng lợng phân tử cho Clorua vinyl sục quadung dịch NaOH hay KOH nồng độ 25-60% khối lợng.

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

Ưu điểm đặc biệt của phơng pháp này là khả năng tiến hành trùng hợpmột cách liên tục Nhờ khuấy đều và polymer tách ra liên tục nên sản phẩm

đồng nhất

II.2.2.2.Phơng pháp trùng hợp huyền phù:

Khác với trùng hợp nhũ tơng ở đây chất khởi đầu tan trong monomenên quá trình kích thích và trùng hợp căn bản xảy ra trong các hạt monomehuyền phù trong môi trờng nớc Do đó quá trình phản ứng cũng có phần giốngvới trùng hợp khối vì thế sản phẩm tinh khiết nên ổn định với nhiệt hơnpolymer trùng hợp nhũ tơng Cụ thể là PVC huyền phù có ít tạp chất hơn (độtro 0,03 – 0,08% khối lợng) so với PVC trùng hợp nhũ tơng (độ tro đến 0,5%phần khối lợng và có loại đến 3% khối lợng) nên tính chất cách điện , tínhchịu lạnh , chịu nhiệt tốt hơn

Polyme tạo thành ở dạng huyền phù trong nớc, rất dễ keo tụ thành dạngbột và kích thớc hạt lớn hơn trờng hợp trên từ 0,01 đến 0,5 minimet

Chất khởi đầu thờng dùng là peroxytbenzoin

Chất nhũ hoá hay dùng là chất ổn định huyền phù là gielatin, rợupolyvinylic, sản phẩm ngng tụ ure với phomandehyt

Cần chú ý muốn nâng cao tính ổn định với nhiệt độ của polymer khôngdùng nhiều chất khởi đầu và không nâng cao nhiệt độ

II.2.2.3 Phơng pháp trùng hợp trong dung môi.

Có thể dùng 2 loại dung môi:

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

Dung môi hoà tan cả monome và polyme (dicloetan axeton ) ở đâypolyme vẫn ở dạng dung dịch Trong trờng hợp thứ hai này cũng tách polyme

ra đợc bằng 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 ữ 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 nhiềudung môi nên ta ít dùng trong thực tế

II.2.2.4 Phơng pháp trùng hợp khối.

Phơng pháp trùng hợp khối ít đợc sử dụng vì nó có một số khuyết điểm

nh sản phẩm polyme dạng khối khó gia công, khó điều chỉnh nhiệt độ vì phảnứng toả nhiệt nhiều và môi trờng phản ứng dẫn nhiệt kém làm cho sản phẩm

dễ bị nhiệt phân huỷ và có mầu Chất khởi đầu hay dùng là peroxyt benzoin,nếu không có chất khởi đầu thì ta phải dùng nhiệt độ cao

Thông thờng trùng hợp khối ở áp suất cao và nhiệt độ cao Cũng có thểtrùng hợp khí Clorua vinyl mà không cần áp suất cao, cho hỗn hợp monomekhí vào với một ít CCl4 và peroxytbezoin trùng hợp ở 60oC ữ 700C sẽ tạo thànhpolymer lỏng phân tử thấp ở nhiệt độ thấp hơn tốc độ chuyển mạch quadung môi CCl4 giảm xuống nên có đợc polymer rắn

ii.3 Quá trình sản xuất PVC theo phơng pháp nhũ tơng trong nớc.

Dùng phơng pháp này có thể tiến hành trùng hợp gián đoạn hay liên

tục.Tuỳ thuộc vào mỗi nhà sản xuất tạo ra PVC có sự thay đổi về hình thái vàkhối lợng phân tử từ đó có những phân loại khác nhau để ứng dụng trong côngnghiệp và đời sống

II.3.1 Cơ sở của phơng pháp trùng hợp nhũ tơng [4][1]

Để tiến hành trùng hợp nhũ tơng, monome phải khuếch tán đều trongmột chất lỏng, chất này không hoà tan cả monome và polyme Sản phẩm phảnứng và dung dịch keo của polyme này gần giống với latec của cao su thiênnhiên nên còn gọi là latec tổng hợp

Để dễ dàng khuếch tán monome, ổn định dung dịch nhũ tơng monome

và sau đó của latec, phải cho vào trong hệ thống các chất nhũ hoá đặc biệt làmuối của các axit béo, muối của sunfuaxit hữu cơ, các chất tẩy rửa tổng hợp

và các chất hoạt động bề mặt khác nhiệm vụ chính của các chất này là giảmsức căng bề mặt ở lớp tiếp xúc giữa monome và nớc nếu không có các chấtnhũ hoá, dung dịch nhũ tơng monome, khuếch tán cơ học trong nớc sẽ phânthành hai lớp ngay sau khi chng khuấy do sức căng bề mặt lớn nên có khuynhhớng giảm bề mặt phân lớp Nhng nếu cho vào các chất nhũ hoá, trên bề mặt

các chất khuếch tán sẽ tạo thành một lớp bảo vệ ổn định ngăn ngừa hiện tợngphân lớp.

Một trong những đặc điểm của trùng hợp nhũ tơng là quá trình tiến triểnvới vận tốc lớn và trọng lợng phân tử của polyme tơng đối cao

Theo định luật động học, trùng hợp trong môi trờng đồng thể thì độtrùng hợp tỷ lệ nghịch với vận tốc trùng hợp Nh vậy là công thức động họctrong môi trờng đồng thể không ứng dụng đợc trong quá trình trùng hợp nhũ t-

ơng Điều đó cho phép giả thiết là cơ cấu phản ứng khởi đầu, phát triển mạch

và đứt mạch của trùng hợp nhũ tơng khác với trùng hợp trong môi trờng đồngthể

Cơ cấu trùng hợp nhũ tơng.Trớc khi nghiên cứu cơ cấu trùng hợp nhũ

t-ơng phải xét qua đến tính chất của dung dịch xà phòng trong nớc vì dung dịchnày sử dụng làm môi trờng phản ứng, xà phòng hoà tan trong nớc rất ít, đếnmột nồng độ giới hạn nào đó, các phần tử xà phòng sẽ tập hợp lại thành mộtnhóm gọi là mixen từ vài chục đến vài trăm phần tử Có nhiều công trìnhnghiên cứu cấu tạo của mixen và tất cả đều thống nhất một điểm: gốchydrocacbua ghét nớc của phân tử xà phòng hớng về bên trong mixen cònphần có cực a nớc hớng về bên ngoài Các mixen có thể có dạng hình cầu huặchình tấm.(Hình 1)

Trong quá trình này, thay đổi kích thớc mixen, nhất là thay đổi khoảng cách d(là khoảng cách giữa hai phân tử chất nhũ tơng đối diện nhau trong mixen).Theo nhiều tác giả, quá trình trùng hợp của các monome không hoà tantrong nớc: Styren, vinyl axetat, cloruavinyl, butadien, idopren… Bắt đầu trongmixen có chứa monome hoà tan vì các chất khởi đầu hoà tan trong nớc sau đókhuếch tán vào trong mixen, tác dụng với monome khởi đầu trùng hợp Trongquá trình trùng hợp, lợng monome mới đợc bổ xung dần vào từ những giọtmonome nhũ hoá, phản ứng phát triển mạch tiếp tục cho đến khi trong mixenkhông xuất hiện gốc tự do thứ hai và không xảy ra phản ứng đứt mạch Nh vậy

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 ữ 14% và tạo thành một lớp bảo vệ quanh hạt polyme Bắt

đầu giai đoạn này quá trình hợp tiến hành trong polyme

( hình 2)

Phân tử xà phòngMonome

PolymeHình2: 1 Monome khuếch tán vào giọt nhũ tơng

2 Dung dịch monome trong mixen

3 Hạt monome – polyme

4 Hạt latec

Khi độ chuyển hoá đạt 60% các monome nhũ hoá cón rất ít, chủ yếu làcác hạt polyme Kích thớc các hạt này tăng theo độ chuyển hoá, khi độchuyển hoá là 15% hạt có kích thớc khoảng 60Ao và ở độ chuyển hoá 74%kích thớc hạt là 850Ao cuối cùng hệ thống trùng hợp là một latec tổng hợp, ở

các chất điện li ( axit, muối, kiềm…) vào latec và đun nóng các hạt polyme sẽkeo 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 ữ 3lần và trọng lợng phân tử tăng hai lần so với khi trùng hợp trong môi trờng

đồng thể, với cùng một chất khởi đầu, vận tốc đứt mạch giảm là do khả năngkhuếch tán kém của các gốc tự do cao phân tử các hạt polyme monome do độnhớt ở đây cao 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 hoàntoàn không có Từ đây hai tác giả đã giả thiết tốc độ trùng hợp trong 1cm3 của

hệ thống bằng:

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 khoảng

45ữ65%, 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 ρ ta có :

P =

ρ

2

.

f

N kp

Ngoài những chất khởi đầu, chất nhũ hoá trong hỗn hợp phản ứng còn chovào những chất điều chỉnh pH, điều chỉnh sức căng bề mặt điều chỉnh trọng l-ợng phân tử, chất ổn định và chất dẻo hoá.

Nhợc điểm chủ yếu hạn chế việc ứng dụng của phơng pháp trùng hợp nhũtơng là polyme vẫn còn nhiều chất nhũ hoá sử dụng, và là chất điện ly nên làmxấu tính cách điện của polyme

Lactec tổng hợp dùng rất thuận tiện vì nó chộn hợp rất dễ dàng với cácchất phụ gia Nó có thể sử dụng trực tiếp để tẩm các vật liệu khác, để dán haytách ra dới dạng bột rồi đem gia công tiếp tục

II.3.2.Trùng hợp theo phơng pháp gián đoạn [1]

Dùng thiết bị phản ứng loại đứng dung tích vài mét khối, lót chì, có thểlàm việc dới áp xuất 10 atm, có máy khuấy, có vỏ bọc ngoài để đun nóng haylàm lạnh Cũng có thể dùng loại thiết bị phản ứng kiểu nằm có thể chịu đợc ápxuất đến 15 atm, có vỏ bọc ngoài, không có máy khuấy nhng có đợc quay trònvới vận tốc 10 –15 vòng/phút để trộn đều hỗn hợp phản ứng

Hỗn hợp phản ứng gồm có nớc cất, clorua vinyl lỏng chất khởi đầu ( tantrong nớc nh H202 ) , chất nhũ hoá chất điều chỉnh pH của môi trờng , chất

điều chỉnh sức căng bề mặt

Chất nhũ hoá thờng dùng là muối natri của axit iso butylmonophtanat ,muối natri của các axit chế tạo bằng cách oxy hoá các paraphin tổng hợp có sốnguyên tử các bon từ C12 đến C18.Lợng chất nhũ hoá khoảng 0,1 đến 0,5%trọng lợng clorua vinyl, lợng chất nhũ hoá càng tăng thì độ phân tán của cáchạt polyme tăng

Chất điều chỉnh pH của môi trờng là các loại muối đệm nh pirophotphatnatri, axit photphoric, axetat natri…, dùng với số lợng khoảng 0,5 – 2% lợngmonome PH càng cao chất khởi đầu loại peroxyt bị phân huỷ càng nhanh, th-ờng nên giữ pH ở khoảng 6,5 – 7,0

Cần giảm sức căng bề mặt của môi trờng để tăng độ phân tán của các hạtpolyme, muốn thế thêm vào các loại rợu nh emylic, hexilic… với số lợng 0,1– 0,5% lợng monome

Các chất trên đều có ảnh hởng đến quá trình phản ứng nh nồng độcloruavinyl, tính chất và nồng độ chất khởi đầu , tính chất và nồng độ chất nhũhoá , ngoài ra nhiệt độ, áp xuất và thời gian phản ứng cũng có ảnh hởng Vídụ: thờng chỉ dùng lợng cloruavinyl và lợng nớc bằng nhau vì nếu tăng caonồng độ monome và cả áp suất ( thờng ở 5 – 7 atmotphe ) thì tuy tốc độ phảnứng và trọng lợng phân tử đều tăng nhng phản ứng toả ra rất nhiều nhiệt, khókhống chế

Sau đây là một số ví dụ về thành phần hỗn hợp phản ứng: nớc cất 1000 lít,cloruavinyl lỏng 1000 lít, H202 1,2 lít, hỗn hợp axit béo 27kg, NaOH ( 50% ) 1lít, H3PO4 ( 63% )0,7 lít.

Quá trình trùng hợp tóm tắt nh sau: thoạt tiên dùng nớc nóng đa hỗn hợplên 40 – 50 0C áp suất trong nồi sẽ tăng lên đến 5 – 7 atm.Thời gian kích

động trùng hợp kéo dài trong vài giờ, sau đó là phản ứng trùng hợp toả nhiệttăng nhanh làm tăng nhanh áp suất nên cần phải cho nớc lạnh vào để điềuchỉnh nhiệt độ và áp suất không vợt quá ±20C và ±0,2 atm Lúc phản ứngtrùng hợp hoàn thành áp suất sẽ tụt xuống

Cuối cùng muốn tách polyme ra khỏi nhũ tơng có thể dùng các biện phápsau:

1)-Cho nhũ tơng liên tục qua tủ sấy kiểu thùng quay

2)- Cho nhũ tơng liên tục phun qua hệ thống sấy khô

3)- Kết tủa nhũ tơng bằng cách ly tâm rồi sấy khô polyme trong thùng sấychân không

Tuỳ theo tính chất của chất nhũ hoá, polyme có thể ở dạng bột phân tánnhỏ rất dễ kết tủa, lọc và sấy trong tủ sấy chân không huặc ở dạng nhũ tơngbền kiểu latec chỉ có thể kết tủa bằng cách cho thêm chất điện giải và giảm pHcủa môi trờng PVC ở dạng latec có thể dùng ngay để trang hoàng bề mặt:vải , da, giấy…

II.3.3.Trùng hợp theo phơng pháp liên tục.

Thời gian gần đây dã tiến hành trùng hợp liên tục theo phơng pháp nhũ

t-ơng trong nớc.Thiết bị gồm có một hay hai nồi trùng hợp đặt tiếp nhau, kiểuthẳng đứng rất lớn đờng kính 1,5 – 1,8 mét và cao đến 7 – 8 mét, có thể làmviệc dới áp suất 10 atm , có vỏ bọc ngoài để đun nóng và làm lạnh có lắp cánhkhuấy

( Hình 3 )

h o

Dung dịch xúc tác Dung dịch chất nhũ hoá

7• Thiết bị sấy phun.

8• Thiết bị keo tụ.

9• Máy ly tâm.

10• Thiết bị sấy chân không.

Quá trình tiến hành nh sau : thoạt tiên đổ đầy đến 70% dung dịch chấtnhũ hoá và chất khởi đầu ( theo tỷ lệ 17 : 1 ) vào thiết bị khuấy trộn (5 ) ta đợchỗn hợp chất nhũ hoá chất khởi đầu và nớc cất đã phối trộn đều rồi nhờ bơm litâm đẩy vào nồi phản ứng (1) rồi mới cho vào khoảng 1000 lít cloruavinyl vàobình phản ứng (1) Cho nớc nóng vào vỏ bọc bên ngoài đun nóng hỗn hợp nên

45 – 550C.Khi nhiệt độ vợt lên cao chứng tỏ phản ứng trùng hợp đã bắt đầucho nguyên liệu vào và lấy nhựa ra với những lợng bằng nhau, quá trìnhchuyển dần sang giai đoạn liên tục Cho đến khi tỉ trọng hỗn hợp phản ứngbằng 1,100g/cm3 thì liên tục cho nguyên liệu vào và lấy nhựa ra.Thiết bị cóthể làm việc liên tục nh thế trong 10 – 12 ngày, sau đó cần phải ngừng sảnxuất để rửa sạch polyme dính vào thành thiết bị

Polyme trùng hợp xong ở dạng latex chuyển sang lọc và tách các hạt to,sau đó chuyển latex đi keo tụ , rửa, lọc và sấy khô.Năng suất của thiết bịkhoảng 25kg polyme tính với 1mét khối dung tích trong 1 giờ.

Hỗn hợp sau phản ứng ở dạng keo giống dạng latec do đó thờng là latectổng hợp đợc cho vào thiết bị chứa (3) và (4) Từ thiết bị (3) và (4) có latecchứa tạp chất nhất là nhũ tơng cần phảI tách ra.Có thể tách nhũ tơng ra khỏilatec bằng ba cách:

Cách 1: cho latec co chứa nhũ tơng liên tục qua thiết bị (6 )là thiết bị sấykiểu thùng quay

Cách 2: cho latec co chứa nhũ tơng liên tục qua thiết bị sấy phun (7).Cách 3: kết tủa nhũ tơng bằng cách cho latec có chứa nhũ tơng vào thiết

bị keo tụ ( 8) , sau keo tụ cho qua thiết bị ly tâm ( 9 ) để loại bỏ hết nhũ tơng

th sau đó đợc cho thiết bị sấy chân không

Dùng phơng pháp sản xuất liên tục có thể đIều chỉnh độ trùng hợp bằngcách thay đổi nhiệt độ huặc là tính chất và số lợng chất khởi đầu

ii.4 Cấu tạo và tính chất của PVC [1]

II.4.1.Cấu tạo của PVC

- Nói chung có thể có hai dạng cấu tạo sau:

2 2 2 Kết hợp " đầu nối đầu "

Kết hợp " đầu nối đuôi "

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

1 – 2 vì Iốt chỉ thoát ra khi KI tác dụng với các đồng phân mà các nguyên tửclo nối liền với 2 nguyên tử các bon cạnh nhau

Để xác định thêm cấu tạo nh trên là đùng 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

Cao phân tử PVC cũng có cấu tạo nhánh nhng rất ít , từ 50 đến 100 mắtxích cơ sở mới có một nhánh

PVC không có tớng tinh thể nhng khi kéo căng thật mạnh cũng có khảnăng định hớng một phần

II.4.2.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

và trên 1600C ở trạng thái dẻo Nhng có một đặc điểm là trên 1400C PVC đãbắt đầu bị phân huỷ toả ra HCl trớc khi chảy dẻo ( đốt nóng lâu ở trên 1000Ccũng bị phân huỷ ) , HCl thoát ra cũng nh muối sắt, muối kẽm có tác dụng xúctác làm tăng nhanh quá trình phân huỷ ở nhiệt độ cao hơn và khi chng khôPVC bị phân huỷ hoàn toàn tạo thành HCl và hỗn hợp các sản phẩm phân tửthấp chứ không trở lại monome cloruavinyl ban đầu.Nhiệt độ phân huỷ củaPVC là một chỉ 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 đổimàu sắc và màu thẫm của nhựa.

Cần chú ý thêm đến quá trình lão hoá nhanh chóng của PVC làm giảmtính co dãn và làm cho tính chất cơ học kém đi.Lão hoá thờng là do tác dụngcủa các tia tử ngoại biến đổi cấu tạo polyme, làm cho polyme có cấu tạo lới,kém co dãn khó hoà tan Mức độ lão hoá tuỳ từng vùng , phụ thuộc chủ yếuvào ánh sáng mặt trời Do đó phải chú ý đến quá trình ổn định PVC cũng nhquá trình bảo quản sử dụng sản phẩm từ nhựa PVC

ở nhiệt độ thờng PVC có tính ổn định hoá học khá tốt.Nó bền với tácdụng 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 vàotrọng lợng phân tử của polyme và phơng pháp gia công, cũng phụ thuộc vàomức đồng đều của trọng lợng phân tử

PVC rất kém đồng đều về trọng lợng phân tử, độ trùng hợp có thể từ 100

đến 2000 Vì thế muốn có vật liệu bền và co dãn thì 70% phần khối lợng củapolyme phải có độ trùng hợp từ 1000 trở lên

Tính chất cách đIện của PVC cũng khá tốt nhng còn kém polyme không

có cực nh polyetylen, polystyren… các tính chất cách đIện của PVC lại phụthuộc nhiều vào nhiệt độ ví dụ nh khi tăng nhiệt độ thì hằng số đIện môI tăngcao rất nhanh

II.4.3.Biến đổi hoá học của nhựa PVC.

PVC có tính chất hoạt động hoá học khá lớn , trong các quá trình biến đổihoá học đều có các nguyên tử clo tham gia phản ứng và thờng kéo theo cảnguyên tử hydrro ở các bon bên cạnh Có các loại phản ứng chính sau:

_ Nhiệt phân huỷ: Khi đốt nóng PVC có toả ra HCl và xuất hiện hoá trị tự

do Chính nhờ có hoá trị tự do nên trong mạch sẽ xuất hiện nối đôI ( 1) , sẽ có liên kết nối các mạch của phân tử ( 2), và nếu có oxy sẽ tạo thành một sốnhóm có chứa oxy ( 3 ) :

2 CH Cl

2

2 CH CH CH

Cl O

+O

Nhiệt độ càng cao HCl toả ra càng mạnh và càng có nhiều liên kết nối cácmạch làm giảm tính chất hoà tan của polyme

ánh sáng mặt trời cũng có tác dụng đẩy HCl ra và làm oxy hoá polyme

ánh sáng đèn quartz chiếu vào PVC thì ban đầu có tác dụng phân huỷ oxy hoálàm tăng tính dẻo nhng càng lâu càng tạo thành liên kết ngang làm giảm tínhdẻo và tính tan của polyme

PVC ở trong dung môi và ngay ở nhiệt độ thờng cũng có HCl thoát ra và

ở đây sảy ra chủ yếu quá trình oxy hoá Ngợc lại PVC trong khí N2 khi đunnóng không bị oxy hoá mà sẽ có cấu tạo lới

_ Khử HCl: muốn đuổi hết nguyên tử clo ra khỏi PVC ngời ta cho tácdụng dung dịch polyme trong tetrahydrofuran một thời gian lâu với dung dịchkiềm trong rợu sẽ tạo thành polyetylen có cấu tạo nh sau:

- CH = CH – CH = CH – CH = CH – Dung dịch polyme nh trên đun nóng với litialuminhydrit ở 1000C sẽ biếnhoàn toàn thành polyetylen ( chảy mềm ở nhiệt độ 120 – 1300C )

_ Thay thế các nguyên tử clo: mức độ thay thế không cao lắm và thờngtrọng lợng phân tử bị giảm

Thay clo bằng nhóm axetat: khi đun nóng nâu ở nhiệt độ 650C dung dịchPVC với hỗn hợp axit axetic và axetat bạc:

CH2 CH

Cl

C H2 CH Cl

nCH3 COOH

nAgCl + CH

2 CH CH

2 CH OCOCH

3 OCOCH

3

ii.5 Các loại chất dẻo PVC, tính chất và công dụng.

II.5.1.Sản phẩm từ nhựa PVC không hoá dẻo , tính chất

Khi thêm chất hoá dẻo nhiệt độ hoá mềm của nhựa giảm xuống lên giacông dễ dàng hơn.Nhng chất hóa dẻo làm giảm tính chất ổn định hóa học vàtính cách điện của polyme, giảm tính chất chịu nhiệt và làm cho nhựa dễ bịlão hóa ( do chất hóa dẻo sẽ thoát dần ra một phần ).Vì thế muốn có sản phẩmchịu nhiệt tốt và ổn định hóa học thì dùng PVC không có chất hóa dẻo , thờngcòn gọi là PVC cứng Khi sử dụng loại PVC cứng này phải gia công ở nhiệt độkhá cao ( 160oC – 170oC ) nên phải dùng thêm chất ổn định để bảo đảm tínhchất ổn định đối với nhiệt PVC

Chất ổn định là những chất có tính bazơ, có khả năng khết hợp với HClthoát ra khi gia công để ngăn chặn quá trình phân hủy.Chất ổn định gồm cónhiều loại: vô cơ và hữu cơ Các hợp chất vô cơ thờng dùng là oxit chì,cacbonat chì và natrisilicat chì và natri Các hợp chất hữu cơ dùng làm chất

ổn định cho PVC là các stearatcanxi, bari, chì , các amin: uremelamin, cáchợp chất hữu cơ có thiếc và nếu muốn cho sản phẩm không màu , trong suốtthì dùng các muối coban, catmium

Mức độ tác dụng của các chất ổn định đối với PVC có thể xắp xếp theothứ tự sau:

PbCO3 > stearat chì >

> Na2CO3 > stearat bari > stearat canxi

Muốn cho PVC ổn định đối với ánh sáng dùng hợp chất hữu cơ có chứacả Na, Ba, P

Nh đã thấy ở trên các hợp chất của chì tuy độc nhng có tác dụng ổn địnhhơn cả nên thờng vẫn đợc dùng nhiều

Tính chất và công dụng của nhựa PVC không hóa dẻo.[1] Tính chất:

PVCcứng không dẻo hóa có hai tính chất rất quý là bền cơhọc và bền hóa học.

Về phơng tiện cơ học PVC cứng là một vật liệu cứng đàn hồi có mođun

đàn hồi cao ( ~ 100 - 200 kg/cm2 ) và độ bền tĩnh học khi kéo cũng tơng đốilớn ( 500 - 800kg/cm2 ).Nhng khi xét đến tính chất cơ học của PVC cứng phảichú 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 lầntrong khi đó độ bền kéo tăng lên hai lần

_Tính chất của PVC cứng khác nhau theo chiều dọc và chiều ngang, cònkhác nhau theo thời gian vì trong điều kiện nhiệt độ bình thờng PVC cứngkhông ở trạng thái cân bằng mà phục hồi dần dần theo thời gian gây lên quátrình biến dạng chậm ( khi đun nóng sẽ biến dạng nhanh )

_ Quá trình gia công có ảnh hởng nhiều đến tính chất của PVCcứng.Trong khi gia công mà đun nóng làm lạnh không đều ép dính các lớpkhông đều sẽ tạo ra nhiều ứng suất nơi phân bố không đồng đều làm giảmsức bền của sản phẩm

Cần phải biết các ảnh hởng trên, ảnh hởng của ứng suất nội, của nhiệt độvết khía của tính chất phục hồi của nhựa để biết cách sử dụng cho thích hợp,

để thận trọng hơn trong khi gia công và để chú ý đến hệ số an toàn về sức bềnkhi tính 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.Nếu sản phẩm thờng xuyên bị kéo căng hay uốn cong thì chỉ nên sửdụng ở nhiệt độ thấp hơn 50 đến 600C

Dới đây là một số chỉ tiêu về tính chất cơ lý của PVC cứng:

ĐIện trở thể tích riêng ohm.cm 1014 - 1015

Điện trở bề mặt riêng ohm 1012 - 1014

Tangente góc mất điện môi ở 106htz 0,04 - 0,10

Ngoài ra PVC cứng còn có tính chất ổn định hóa học rất tốt :

ứng dụng của PVC cứng:

Màng mỏng PVC cứng dầy 0,01 - 0,05 mm dùng để làm màng ngăn, đểbao gói.Muốn có loại màng mỏng này thì dùng màng nhựa sau khi dát mỏng

và cán chuyển nhanh trong 5 - 10 giây qua hai trục nóng đến 60 - 2700C rồidùng trục linh 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 bình acquy ,dùng để dán lên các bề mặt vật liệu( nhng thờng ứng dụng với những vật liệu

có bề mặt rộng để đảm bảo sức bền chỗ dán ).Màng PVC dùng làm các vậtliệu phòng rỉ cho các thiết bị bằng kim loại nhờ phơng pháp gia công theo ph-

ơng pháp gián

Màng PVC cứng còn dùng để bọc lót các bề mặt kim loại: ngời ta dùngkeo để dán bề mặt kim loại với màng PVC.Bằng phơng pháp này ngời takhông những 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 lótcác vật liệu loại này ngời ta phải làm sạch và phẳng bề mặt trớc khi dán

Nhờ phơng pháp này các thùng gỗ có thể dùng chứa axít H2SO4, axítHNO3… do đó tiết kiệm hơn 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 trở các chất lỏng ăn mòn , dùng thayống chì rất tốt

PVC cứng còn dùng để làm lợc , cúc, thay xenluloit, và trong điện kỹthuật dùng thay ebonit, và nhiều sản phẩm khác đi từ các phơng pháp gia côngkhác nhau nh: gia công cơ khí ( tiện , phay, khoan, mài, bào , ca), các phơngpháp tạo hình thổi ( gập mép , uốn cong, dập hình, dập kéo, thổi và tạo hìnhbằng chân không…)

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 sảnphẩm.Nh vậy tác dụng của chất hóa dẻo thêm vào là giảm nhiệt độ hóa thủy

tinh Tg của polyme nhng đồng thời nó cũng làm giảm sức bền và tăng độ dãndài của sản phẩm

Các chất hóa dẻo thờng dùng đối với PVC là các hợp chất có cực sôi ởnhiệt 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 naphotalin

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 sựkết hợp còn phụ thuộc vào cấu tạo hóa học của chất hóa dẻo và điều kiện bênngoài ( 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 vàkhó kết 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 chấthoá dẻo của nó, ví dụ muốn có sản phẩm chịu lạnh tốt thì bản thân chất hoádẻo cũng phải chịu lạnh

_ Hỗn hợp hai hay nhiều chất hoá dẻo có tác dụng rất nhiều so với khidùng từng chất riêng biệt.B.O.Xêt- lis tìm thấy là hỗn hợp chất hoá dẻo a nớc

và một chất lỏng trong đó polyme không bị trơng có tác dụng hoá dẻo rấtnhiều

Riêng đối với PVC có thể dùng thêm loại chất hoá dẻo là hợp chất caophân tử có nhiệt độ hoá thuỷ tinh thấp và có cực trùng hợp của acrylonitrin vớibutadien), polyisobutylen, polystyren,… Ưu đIểm chính của loại chất hoá dẻonày là làm cho sản phẩm rất ổn định vì chúng không bay hơi.Trong trờng hợpnày muốn háo dẻo phảI dùng các trục nóng để trộn hợp hay dùng các máy cóvít xoắn

Tính chất của PVC hoá dẻo:

Khi thêm chất hoá dẻo vào nhiệt độ hoá mềm của nhựa giảm cho nên khigia công sẽ dễ dàng nhng mặt khác nó làm giảm tính chất ổn định hoá học ,tính chất 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

Muốn tăng cao độ chịu lạnh cần kéo căng khi ép phun, ví dụ muốn tăng

độ chịu lạnh lên 10 – 15oC cần kéo căng thêm 80 – 100% và tất nhiên độkéo căng sức bền của vật phẩm cũng tăng lên

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

ứng dụng của PVC hoá dẻo:

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 cơhọc hơn, nhng PVC mềm kém ổn định hoá học hơn nên thờng dùng để bọc lótcác thiết bị hay vận chuyển không chứa hóa chất

Phần.III Tính toán dây chuyền sản xuất pvc theo phơng pháp gián đoạn

I Dây chuyền sản xuất.

Dùng thiết bị phản ứng gồm có một nồi trùng hợp, kiểu thẳng đứng Làmviệc dới áp suất 10 atm, có vỏ bọc ngoài để đun nóng và làm lạnh có lắp cánhkhuấy ( Hình 4 )

Hỗn hợp phản ứng gồm có nớc cất, cloruavinyl lỏng chất khởi đầu tantrong nớc H2O2, chất nhũ hoá, chất điều chỉnh pH của môi trờng , chất điềuchỉnh sức căng bề mặt

Chất nhũ hoá thờng dùng là muối natri của các axit chế tạo bằng cách oxyhoá các paraphin tổng hợp có số nguyên tử các bon từ C12 đến C18.Lợng chấtnhũ hoá khoảng 0,5 đến 2% trọng lợng clorua vinyl, lợng chất nhũ hoá càngtăng thì độ phân tán của các hạt polyme tăng

Chất điều chỉnh pH của môi trờng là các loại muối đệm nh pirophotphatnatri, axit photphoric, axetat natri …, dùng với số lợng khoảng 0,1 – 0,5% l-ợng monome Nếu pH càng cao chất khởi đầu loại peroxyt bị phân huỷ càngnhanh, thờng nên giữ pH ở khoảng 6,5 – 7,0

Cần giảm sức căng bề mặt của môi trờng để tăng độ phân tán của các hạtpolyme, muốn thế thêm vào các loại rợu nh amylic, hexilic… với số lợng 0,1– 0,5% lợng monome

Các chất trên đều có ảnh hởng đến quá trình phản ứng nh nồng độcloruavinyl, tính chất và nồng độ chất khởi đầu, tính chất và nồng độ chất nhũhoá, ngoài ra nhiệt độ, áp xuất và thời gian phản ứng cũng có ảnh hởng Ví dụ:thờng chỉ dùng lợng cloruavinyl và lợng nớc bằng nhau vì nếu tăng cao nồng

độ monome và cả áp suất (thờng ở 5 – 7 atmotphe ) thì tuy tốc độ phản ứng

và trọng lợng phân tử đều tăng nhng phản ứng toả ra rất nhiều nhiệt, khókhống chế

Sau đây là một số ví dụ về thành phần hỗn hợp phản ứng: nớc cất 1000 lít,cloruavinyl lỏng 1000 lít, H202 1,2 lít, hỗn hợp axit béo 27kg, NaOH (50%) 1lít, H3PO4 ( 63% ) 0,7 lít

Quá trình sản xuất nh sau: thoạt tiên cho nớc cất, dung dịch xúc tác,

dung dịch chất nhũ hoá, chất ổn định pH vào thiết bị tạo dung dịch nhũ tơng(1) ta đợc hỗn hợp chất nhũ hoá chất khởi đầu đã phối trộn đều rồi nhờ bơm

đẩy vào thiết bị phản ứng (2) rồi mới cho cloruavinyl vào thiết bị phản ứng (2)khuấy đều Cho nớc nóng vào vỏ bọc bên ngoài đun nóng hỗn hợp nên 45 -

500C áp suất trong thiết bị phản ứng tăng lên đến 5 ữ8 atm Thời gian kích

động phản ứng xảy ra trong vài giờ, sau đó phản ứng toả nhiệt tăng nhanh ápsuất nên cần phải cho nớc lạnh vào để điều nhỉnh nhiệt độ, giữ nguyên áp suất.Lúc phản ứng hoàn thành áp suất sẽ tụt xuống Trong thiết bị phản ứng

polyme đợc trùng hợp cho đến khi đo đợc khối lợng riêng của hỗn hợp trongthiết bị phản ứng khoảng1,1 – 1,2 muốn tăng khối lợng polyme cho thêmkhoảng 0,1% lợng NaOH (50% ) sục qua thiết bị phản ứng (2) Polyme trùnghợp xong ở dạng latex, chuyển latex đi keo tụ, rửa, lọc và sấy khô.

Quy trình sử dụng thiết bị phản ứng sạch hạn chế tối đa việc tạo thành cặnlắng trên thành thiết bị phản ứng và nâng cao tối đa năng lực sản xuất sảnphẩm Thiết bị phản ứng vận hành gián đoạn bao gồm việc nạp nguyên liệu,gia nhiệt trùng hợp, loại khí và tháo sản phẩm Cụ thể nh sau:

+ Giai đoạn chuẩn bị dung dịch:

Phải có hệ thống thao tác nguyên liệu để chuẩn bị các phụ gia khác nhaucho việc nạp vào thiết bị phản ứng theo từng chu kỳ Các công nhân vận hànhchuẩn bị dung dịch xúc tác và các tác nhân tạo ra dung dịch nhũ tơng

Các thiết bị phân phối và đo lờng sẽ định lợng và cung cấp chính xác từngphụ gia vào thiết bị phản ứng theo nhu cầu Việc nạp phụ gia do máy tính điềukhiển

+ Vùng phản ứng: Vùng này bao gồm 2 thiết bị phản ứng cùng với các bểchứa sử dụng khi dừng ngắn hạn, ngừng máy khuấy và ngng tụ hồi lu Ngoài

ra còn một máy để bơm nớc nóng huặc nớc lạnh qua vỏ bao bì phản ứng Bìnhngng tụ hồi lu đợc làm lạnh bằng cách tới nớc lạnh

Chu kì phản ứng kéo dài 20 giờ Một ngày sản xuất đợc 1 mẻ Các thiết bịchỉ mở ra tối đa để làm vệ sinh tối đa là một tháng một lần trừ khi muốn tăngnăng xuất thiết bị phản ứng bằng cách giảm thời gian làm vệ sinh

Các thiết bị phản ứng đợc trang bị hệ thống dừng ngắn hạn để kết thúcquá trình trùng hợp vào thời gian cuối của mỗi mẻ Có những bình chứa phụ

đề phòng phải dừng đột ngột khi mất điện Hệ thống trùng hợp đợc khởi độnglại một cách tự động sau vài giây mất điện Có một bể chứa VCM và 2 bơm đểnạp VCM vào thiết bị phản ứng Ngoài ra còn có trang thiết bị bình bảo quản

và bơm để làm mềm nớc ở nhiệt độ môi trờng và cả khi nóng Nớc nóng đã

đ-ợc làm mềm nạp vào thiết bị phản ứng trong chu trình nạp Nh vậy giảm tối đathời gian gia nhiệt và phản ứng đợc khơi mào nhanh chóng để đạt công xuấttối đa

+ Tháo sản phẩm từ thiết bị phản ứng:

Dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng đợc đa vào bình chứa ở phía dới.Bình chứa này cho phép kiển soát đợc lợng VCM cha phản ứng khi đa đếncông đoạn thu hồi Nh vậy thiết bị phản ứng cũng đợc làm sạch để sẵn sàng sửdụng tiếp cho chu kỳ trùng hợp sau và tăng khả năng sản xuất cho cả hai thiết

bị phản ứng

Dòng sản phẩm ra khỏi bình chứa ở dới đợc chuyển vào bình chứa khácsau khi thu hồi hết VCM cha phản ứng.

+ Xả tách hỗn hợp sản phẩm:

Dòng sản phẩm đợc xả tách bằng hơi nớc trong một tháp đĩa PVC thu

đ-ợc đđ-ợc đa đi li tâm và sấy Hàm lợng VCM trong hỗn gợp đã xả thấp hơnnhiều so với tiêu chuẩn an toàn môi trờng

+ Ly tâm và sấy: Dòng sản phẩm đợc chuyển đến thiết bị li tâm và theobăng chuyền đến sàn sấy Chất lỏng chẩy từ máy li tâm đi sang công đoạn sử

lý nớc thải Sản phẩm đợc sấy trên máy sấy phun đến nhiệt độ cần thiết

PVC khô đợc đa vào hệ thống băng tải và đi tới bình chứa tức là các bìnhnạp liệu cho công đoạn đóng bao

2

(2.1) Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất:

Công suất của dây chuyền phải thiết kế là 2.000 tấn /năm

Tính thời gian làm việc của dây chuyền :

• Tổng số ngày trong năm: 365 ngày

• Bảo dỡng12 ngày (mỗi tháng một lần)

• Sửa chữa 10 ngày

• Nghỉ lễ tết 7 ngày

• Tổng số ngày nghỉ là 81 ngày

Số ngày làm việc của dây chuyền là:

365 – 29 = 336 ngày dây chuyền làm việc

Lợng PVC phải sản xuất trong một ngày là:

2000/336 = 5,952 tấn/ngày = 5952 (kg/ngày)

Lợng vinylclorua đa vào để sản xuất PVC thực tế so với lợng PVC nhận

đ-ợc phải nhiều hơn vì qua các công đoạn sẽ bị thất thoát Lấy lợng thất thoátcủa các công đoạn nh sau:

• Công đoạn đóng gói sản phẩm

Công đoạn này tổn hao 0,2% nên lợng sản lợng PVC cần sản suất

tr-ớc khi đa vào công đoạn này là:

5952 1,002 = 5963,90 (kg)Lợng sản phẩm tổn hao cho công đoạn này là:

5987,77 – 5975,82 = 11,95 (kg)

• Quá trình trùng hợp:

Công đoạn này tổn hao 6% (hiệu suất phản ứng 94%) nên lợng PVC cần

có cho công đoạn này là:

5987,77 1,06= 6347,03 (kg)Lợng tổn hao ở công đoạn này là:

6353,37 – 6347,03 = 6,34 (kg)

1.Giả sử lợng vinylclorua dùng trong nguyên liệu đầu chỉ có độ tinh khiết

là 99% Từ đây ta tính đợc lợng vinylclorua cần dùng cho một mẻ là :

6353,37.1,01= 6416,90 (kg) Vì khối lợng PVC cần để sản xuất ra 6416,90 (kg/ngày ) bằng lợng VCMcần có trong phản ứng trùng hợp, do đó khối lợng VCM cần có để sản xuất ralợng PVC với công suất 2000 tấn/năm là 6416,90 (kg )

TÝnh lîng vinylclorua theo thÓ tÝch: ta cã khèi lîng riªng cña vinylclorua

6 ChÊt lµm t¨ng khèi lîng polyme (V5) chän NaOH (50%) lÊy b»ng0,1% lîng vinylclorua = 6,62 ( l ) [1 – tr42]

B¶ng c©n b»ng nguyªn liÖu ®Çu vµo tÝnh cho mét mÎ:

4 Chất khơi mào l 7,94

Thời gian tổng cộng :0,5+ 0,5 + 1,5 + 20 + 0,5 = 23 (giờ)

Nh vậy mỗi ngày chỉ có thể sản xuất đợc 1 mẻ

III.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 chấtthành phần:

V = VVC + V1 + V2 + V3 + V4 + V5

Trong đó: V là thể tích của thiết bị phản ứng

VVC là thể tích của cloruavinyl

V1 là thể tích của nớc

V2 là thể tích của chất nhũ hoá.

V3 là thể tích chất khơi mào

V4 là thể tích chất điều chỉnh pH

V5 là thể tích chất điều chỉnh khối lợng phân tử

V = 6620 + 6620 + 125,78 + 7,94 + 6,62 + 6,62

V = 13386,96 (l) ≈ 13387 (l ) = 13,387 (m3 )Lấy hệ số điền đầy của tháp là 80% khi đó thể tích của thiết bị phảI là:

V =

80

100.387,

13 = 16,733 (m3) ≈ 16,8 (m3 )

+ Tính đờng kính trong (Dt ) và chiều cao thiết bị phản ứng (h):

Dựa vào [9-tr359 ] Đờng kính trong Dt (mm) của thân hình trụ Lấy ờng kính trong của tháp Dt = 2,4 (m ) từ đó tính đợc chiều cao thiết bị phảnứng nh sau: [9-tr359]

4

=

( )2

4,2.14,3

4.8,16

III.1.Tính chiều dày thiết bị phản ứng.

Khi ta đa nguyên liệu vào thiết bị phản ứng thì áp suất trong thiết bị phảnứng gần bằng 1 (at) Nhng khi phản ứng xảy ra áp suất trong thiết bị tăng dầnlên từ 6 – 8 (at) Nh vậy thân hình trụ của thiết bị phản ứng làm việc chịu ápsuất trong Chiều dày của thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong P đợc xác

Trong đó: Dt - đờng kính trong thiết bị phản ứng (m )

[ – hệ số bền của thành hình trụ theo phơng dọc.]

C – hệ số bổ xung do ăn mòn, bào mòn và dung sai vềchiều dày (m ).

P - áp suất trong của thiết bị phản ứng (N/m2 )

σ - ứng suất đối với thành thiết bị phản ứng (N/m2 )

áp suất trong của thiết bị phản ứng:

Do môi trờng làm việc trong tháp là hỗn hợp hơi lỏng, khi đó áp suất làmviệc trong tháp bằng tổng số áp suất Pmt (áp suất môi trờng ) và áp suất thuỷtĩnh P1 của cột chất lỏng

áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng đợc xác định theo công thức sau:

P1 = ρ1.g.H1 (N/m2 ) [9-tr360] Trong đó: - H1 là chiều cao cột chất lỏng (m )

- ρ 1 là khối lợng riêng của hỗn hợp chất lỏng (kg/m3 )

- g là gia tốc trọng trờng = 9,81 (m/s2 )

Tra [8-tr12 ] đợc khối lợng riêng của nớc ở nhiệt độ 500C (Lấy nhiệt độ =

500C là nhiệt độ trung bình của hỗn hợp phản ứng trong thiết bị phản ứng ) ợc: nc =988,07 (kg/m3 )

đ-Vì ở 500C vinylclorua ở dạng thể khí do đó coi khối lợng riêng củavinylclorua là không đáng kể và khối lợng riêng của hỗn hợp các chất xúc tácnh: chất nhũ hóa chiếm 2% lợng vinylclorua, chất điều chỉnh pH chiếm 0,2%lợng vinylclorua, muối đệm chiếm 0,2% lợng VC, chất làm tăng khối lợngPVC 0,12% lợng VC

Vậy khối lợng riêng của hỗn hợp đợc tính gần bằng khối lợng riêng củanớc ở 500C là:

Từ các số liệu trên ta tính đợc áp suất trong thiết bị phản ứng:

P = 8.9,8.104 + 29822,4 = 814622,4 (N/m2 )

Tính hệ số bổ sung do ăn mòn, hao mòn và dung sai về chiều dày:

Đại lợng bổ sung C trong công thức tính chiều dày thiết bị phản ứng ởtrên phụ thuộc vào độ ăn mòn và dung sai của chiều dày, đợc xác định theocông thức:

C = C1 + C2 + C3, (m ) [9-tr363]Trong đó: C1 - Bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vậtliệu của môi trờng và thời gian làm việc của thiết bị, (m )

Vật liệu chọn làm thiết bị phản ứng bền (0,05 – 0,1 mm/năm ) do đó cóthể lấy C1 = 1 mm ( tính theo thời gian làm vật liệu từ 15 – 20 năm )

C2 - đại lợng bổ xung cho hao mòn chỉ tính đến trong các ờng hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn trongthiết bị Do hỗn hợp phản ứng là chất lỏng do đó có thể bỏ qua đại lợng này

tr-C3 - đại lợng bổ xung do dung sai của chiều dày phụ thuộcvào chiều dày của tấm vật liệu

Theo [9-tr364] chọn vật liệu làm thiết bị phản ứng là thép cán loại dàykhi đó C3 = 0,6 mm

C = 1.10-3 + 0,6.10-3 = 1,6.10-3 (m )

Hệ số bền của thành thiết bị phản ứng theo phơng dọc:

Nh đã trình bày ở trên thiết bị đợc hàn theo phơng pháp hàn bằng tay vàbằng hồ quang điện, kiểu giáp mối hai bên Tra [9-tr362] đợc  = 0,95

[k ] =

k

k t

n

σ

.η

[ 9-tr356][c ] =

c

c t

n

σ

.ηTrong đó: nk, nc – hệ số an toàn theo giới hạn bền và giới hạn chảy

k, c – giới hạn bền khi kéo và khi chảy

η – hệ số điều chỉnh

+ Tra trong [9-tr356 ] đợc: η = 0.9