thiết kế phân xưởng sản xuất pvc công suất 40.000 tấn

Mở đầu
Trong thập niên 1930 ữ 1940 bắt đầu phát triển nhiều loại nhựa dẻo
quan trọng trong đó có nhựa polyvinyl clorua (PVC). Sau Chiến tranh thế giới
thứ hai polyme tổng hợp đã làm cuộc cách mạng trong lĩnh vực vật liệu.
Những polyme này có giá thành tơng đối rẻ, tính chất có thể điều chỉnh trong
một giới hạn rộng và trong nhiều mục đích sử dụng u việt hơn những loại vật
liệu cổ truyền.
PVC là một polyme tổng hợp từ vinyl clorua monome (VCM) theo phản
ứng trùng hợp. Số mắt xích trong phân tử PVC khoảng 700 ữ 1500 monome.
Các monome này liên kết tạo thành một mạch duy nhất. Những mạch này rất
mềm dẻo. Ngày nay, PVC đợc sử dụng rất rộng rãi do nó có rất nhiều công
dụng. PVC có thể đợc sử dụng làm màng, tấm chất dẻo, chất dẻo đúc bằng áp
lực, keo dán, sơnTuy nhiên PVC cũng có một số điểm hạn chế nh kém bền
nhiệt, chỉ sử dụng tốt trong phạm vi nhiệt độ khoảng 60ữ70
0
C, khả năng hoà
tan trong các dung môi kém, khi gia công có khí HCl thoát ra gây ra ăn mòn
thiết bị và ô nhiễm môi trờng.
Trớc nh cầu về PVC của thế giới và Việt Nam đang tăng mạnh thì việc
nghiên cứu để có những ứng dụng công nghệ mới trong ngành sản xuất PVC
có một ý nghĩa hết sức quan trọng. Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân xởng sản
xuất PVC công suất 40.000 tấn/năm góp phần cho em hiểu rõ về ngành sản
xuất còn rất mới này.
Đồ án này sẽ đa ra những khái niệm cơ bản nhất về polyme nói chung
và PVC nói riêng. Giới thiệu một số quá trình sản xuất khác nhau và lựa chọn
một quá trình sản xuất phù hợp với điều kiện của Việt Nam đồng thời cũng đa
ra một số thông tin mới cập nhật và một số tiến bộ công nghệ trong lĩnh vực
sản xuất.
Phần I: Tổng quan
Chơng I: Giới thiệu chung
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC

1
I/ Quá trình phát triển nhựa PVC
Nền công nghiệp chất dẻo đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế
quốc dân kể cả lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ, đại dơng và trong cả trong đồ dùng
sinh hoạt hàng ngày. Trong các loại chất dẻo PVC thuộc loại phổ biến và đợc
sử dụng nhiều nhất. Tổng sản lợng PVC luôn đứng đàu trong các loại chất
dẻo. Nhựa PVC có nhiều tính chất u việt có thẻ đáp ứng dợc yêu vầu ngày
càng cao của khoa học kỹ thuật và đời sống. Nguồn nguyên liệu để sản xuất ra
chất dẻo tơng đối dồi dào nh dầu mỏ, than đá và khí thiên nhiên
Mặt khác chất dẻo còn có thể gia công dễ dàng và nhanh chóng hơn so
với kim loại, dẫn đến máy móc thiết bị đơn giản và tiết kiệm. PVC là một hợp
chất cao phân tử đợc sản xuất bằng phơng pháp trùng hợp vinylclorua (VC).
Năm 1835 lần đầu tiên Reguanlt điều chế đợc PVC bằng phơng pháp xử lý
diclo etylen với dung dịch kali hydroxit. Năm 1872 Baun lần đầu tiên trùng
hợp đợc VC băng phơng pháp ống nghiệm kín dới tác dụng của ánh sáng. Thí
nghiệm này tiếp tục đợc Ostremislenky nghiên cứu và công bố đầy đủ vào
năm 1912. Tuy nhiên polyme mới này vẫn cha đợc đa vào sản xuất công
nghiệp, clo rất khó gia công thành sản phẩm cho đến khi W.L Semon phát hiện
ra rằng khi đun nóng PVC với trily photphat ở 150
0
C thu đợc một khối đồng
chất giống cao su ở nhiệt độ thờng sau này đợc gọi là PVC hoá dẻo. Lúc đó
PVC mới trở thành một chất dẻo đợc quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực công
nghiệp.
Vào những năm trớc và sau chiến tranh thế giới thứ II, PVC hoá dẻo đã
đợc sử dụng khá rộng rãi vào những năm của thập kỷ 60, PVC cứng (PVC
không trộn lẫn chất hoá dẻo) bắt đầu đợc nghien cứu và sử dụng ở Đức, Anh,
Mỹ vào những năm tiếp theo PVC đợc nghiên cứu chủ yếu không phải cấu
trúc phân tử mà là cấu trúc ngoại vi phân tử đợc tạo ra trong quá trình trùng
hợp nh kích thớc hạt, hình dáng độ xốp, sự phân bố kích thớc Do các yếu tố

này ảnh hởng đến các đặc tính gia công, chế tạo polyme.
Quá trình nghiên cứu các ảnh hởng này đã mở rộng lĩnh vực sử dụng
của PVC.
Đầu năm 1970 PVC đợc sản xuất với một lợng lớn ở nhiều nớc và cúng
tại thời điểm này PVC cạnh tranh với polyme etylen (PE) để giành vị trí hàng
đầu về vật liệu chất dẻo của thế giới.
Từ năm 1986 mức tiêu thụ PVC trên thế giới tăng hàng năm là 4% đặc
biệt tại khu vực Đông Nam á mức tăng 7% và nó vẫn tiếp tục phát triển trong
thời gian tới [1]
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
2
Bảng 1: Số liệu mức tăng trởng sản lợng PVC trên toàn thế giới
(Tổng sản lợng trên thế giới , đv: Triệu tấn)
Năm 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 1997
Triệu tấn 3,0 6,0 8,1 12,0 15 20,7 23,5 > 25
(Theo Manufacture and processing of PVC)
Sở dĩ PVC có mức tăng trởng lớn nh vậy là do có nhiều u điểm nh: ổn
định hoá học, dễ gia công, tạo ra nhiều sản phẩm thông dụng và nguồn nguyên
liệu tơng đối dồi dào. Tuy nhiên bên cạnh đó tính u việt, PVC còn có nhợc
điểm nh: chịu nhiệt kém (< 80
0
C), độ hoà tan dung môi kém trong khi gia
công có khí HCl thoát ra
Mức tiêu thụ và phân phối nhựa PVC theo khu vực địa lý không giống
nhau, để minh hoạ điều này ta có bảng thống kê sau:
Bảng 2: Phân phối PVC theo khu vực địa lý (năm 1997)
Khu vực %
Bắc Mỹ 33
Nhật Bản 18
Châu Âu 32,6

Nam Mỹ 2,2
Các nơi khác 14,2
(Theo chemical abstracts 1999)
Trên thế giới 2/3 sản lợng PVC dùng dới dạng sản phẩm cứng (không có
chất hoá dẻo) nh: ống dẫn nớc, tấm lợp, bàn ghế, khung cửa sổ còn lại PVC
hoá dẻo đợc gia công thành những sản phẩm mềm nh: màng mỏng, bao bì,
giầy dép, vải giả da, vỏ bọc, giây cáp điện sự phân phối theo lĩnh vực sử
dụng đợc trình bày ở bảng sau
Bảng 3:
Lĩnh vực %
Xây dựng 50,1
Nội thất 10,.4
Điện 7,3
Bao bì 6,7
Giải trí 5,9
Giao thông 5,3
May mặc 4,7
Các lĩnh vực khác 9,6
(Theo nguồn: encfclo pedia of PVC)
Để tổng hợp ra PVC thì nguyên liệu chủ yếu hiện nay đi từ dầu mỏ đó
sản phẩm PVC cũng chịu sự tác động của những biến đổi trên thị trờng dầu
mỏ.
Bảng 4: Giá PVC trên thị trờng thế giới
Năm 1995 1997 1999
PVC bột (vsd/ tấn) 1200 750 530
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
3
II/ Sự phát triển công nghiệp PVC ở Việt Nam
Nếu công nghiệp hoá chất đóng vai trò tiên phong trong công cuộc đổi
mới và phát triển, lĩnh vực công nghiệp hoá chất gắn liền với sự phát triển của

đất nớc.
Vào đầu thập kỷ 60, nhà máy hoá chất Việt Trì đã sản xuất đợc PVC,
với năng suất khiêm tốn 150 tấn/năm. Tuy nhiên, do không kinh tế, sản lợng
quá nhỏ nen quá trình sản xuất sớm dừng lại, đặc biệt khi bớc vào chiến trqnh
phá hoại của Mỹ. Trong thời gian gần đây, công nghiệp gia công chất dẻo lại
phát triển mạnh mẽ với tốc độ tăng trởng bình quân 28%/năm. Để minh hoạ
điều đó ta có bảng mc tiêu thụ chất dẻo trong thập kỷ 90
Bảng 5: Chỉ số tiêu thụ chất dẻo ở Việt Nam
Năm 1990 1996
Lợng tiêu thụ kg/ngời 0,5 5,7
(Theo: Công nghiệp hoá chất)
Nguyên liệu dùng trong qúa trình gia công đều phải nhập khẩu, trong đó
PVC nhập dới hai dạng: PVC bột (PVC resin) và PVC hạt (PVC cômpund) có
chứa sẵn chất hoá dẻo, chất ổn định, chất màucơ cấu nguyên liệu đợc trình
bày ở bảng sau.
Bảng 6:
Dạng sản phẩm Tấn
PVC bột 31000
PVC hạt 68000
Các bán sản phẩm PVC 35000
Chất hoá dẻo DOP 10000
Lợng PVC nhập vào đáng kể, năm 1997 nhập 72000 tấn theo kế hoạch
dự kiến của Tổng công ty nhựa Việt Nam, nhu cầu PVC là chất hoá dẻo trong
thời gian tới đợc mô tả ở bảng sau
Bảng 7:
Năm 2000 1005 2010
PVC (tấn) 100000 100000 400000
DOP (tấn) 28000 28000 67000
Nhu cầu PVC ngày càng nhiều, do đó phải tính đến xây dựng ngành sản
xuất PVC để tiết kiệm đợc chi phí và đẻ đáp ứng nhu cầu của thị trờng. Cho

đến nay đã có 6 dự án sản xuất nguyên liệu PVC, chiếm trong số 7 dự án về
sản xuất nguyên liệu và 30 dự án cả ngành nhựa.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
4
- Công ty Mitsui- Vina và bây giờ TPC- Vina tổng vốn đầu t 90 triệu
VSD nguyên liệu là VCM nhập khẩu trùng hợp thành PVC, công suất 80000
tân/năm.
- Công ty Elfatoche Việt Nam tại Đồng Nai, vốn đầu t 3,55 triệu USD
công suất 30000 tấn/năm.
- Công ty liên doanh Việt- Thái Plastchem tại thành phố Hồ Chí Minh
có vốn đầu t 2,99 triệu USD. Hai nhà máy này có sản phẩm là PVC hạt đang
hoạt động, sản phẩm của hai nhà máy này đủ cung cấp cho thị trờng hiện nay.
- Công ty Oxy- Vina tổng vốn đầu t 109,4 triệu USD đi từ nguyên liệu
VCM trùng hợp thành PVC.
- Dự án TPC- Chem Quest Việt Nam, vốn đầu t 12 triệu USD sản xuất
DOP công suất 30000 tấn/năm, từ các nguyên liệu ngoại nhập.
- Dự án LG- Vina, vốn đầu t 12,5 triệu USD, sản xuất DOP công suất
30000 tấn/năm [8].
Tuy nhiên, hiện nay giá sản phẩm PVC trong nớc cao hơn rất nhiều so
với giá mặt bằng chung trên thế giới. Do đó, các cở sản xuất các sản phẩm
PVC trong nớc đang phải hoạt động cầm chừng chi khoản 30- 35% công suất.
Nguyên nhân của tình trạng trên là do sự hụt giá của đồng tiền các nớc cung
cấp nguyên liệu chất dẻo Việt Nam. Hơn nữa, các nhà máy mới đi vào hoạt
động, giá thành sản phẩm vẫn mang giá trị khấu hao ban đầu, nên giá thành
vẫn cao hơn mức bình thờng. Do vậy các dự án trên trở thành hiện thực thì
trong thời gian tới giá thành sản phẩm và sản lợng PVC trong nớc sẽ đáp ứng
đủ cho thị trờng trong nớc và giá thành sẽ hạ xuống dẫn đến không còn phải
nhập khẩu nguyện liệu và nhựa PVC nữa.
Khi các nhà máy lọc dầu ở Dung Quất (Quảng Ngãi) và Nghi Sơn
(Thanh Hoá) đi vào hoạt động sẽ là cơ hội thuận lợi cho sự phát triển công

nghiệp chất dẻo nói chung và PVC nói riêng.
Bớc đi của ngành PVC nh vậy đã rất rõ ràng, cụ thể do đó chúng ta có
quyền hy vọng vào một tơng lai tốt đẹp.
Chơng II: Cấu trúc và tính chất của PVC.
I. Cấu trúc của PVC
Công thức cấu tạo dạng tổng quát của nhựa PVC:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
5
C
C
H
C C
H
Cl
H
H
C
H
H
n
Nó luôn tồn tại ở hai dạng cấu tạo là đầu nối đuôi và đầu nối đầu.
* Đầu nối đuôi:
* Đầu nối đầu:
Qua sự nghiên cứu các tính chất hoá học của PVC qua khảo sát bằng
quang học thì thấy rằng cấu tạo chủ yếu theo lối kết hợp đầu lối đuôi, vào năm
1939 Marrel, Sample và Raj làm thí nghiệm tách loại clo trong PVC bằng cách
đun nóng dung dịch PVC trong dioxan với bột kẽm đã khẳng định sự xác định
cấu tạo trên là đúng.
Nhóm Cycloprôpan tạo thành, chứng tỏ PVC có cấu tạo theo nối kết hợp
đầu nối đuôi.

Do trong PVC có clo nên cấu trúc rất điều hoà. Plyme thu đợc là hỗn
hợp của cả ba loại.
- Syndiotaclie:
- Izolactic:
- Atactic:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
6
C
H
C C
H
H
H
C
H
Cl H Cl
C
H
Cl
C
H
H
C
H
C C
H
H
H
C
H

Cl H Cl
C
H
Cl
C
H
H
Zn
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
CH
2
CH
+
ZnCl
2
CH
Cl
CH
2
CH
CH
2

CH
+
ZnCl
2
Cl
CH
Cl
CH
2
CH
2
CH CH
2
CH
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
CH
Cl
CH
2
CH
2
CH
Cl
CH
2

CH
Cl
CH
2
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
Vào năm 1956, Natto và Carraclini kiểm tra vùng kết tinh và thấy rằng
cứ khoảng 5,1 A
0
thì chứa một cấu trúc Syndiotactic phổ NMR đã chỉ ra rằng
PVC theo quy ớc có khoảng 5,5% Syndiotactic và phần còn lại là một lợng
lớn tactic trong cấu trúc ngoài ra còn một số mạch nhánh nh:
Cấu tạo ở dạng nhánh này rất ít từ 50- 100 mắt xích cơ sở mới có một
nhánh. Năm 1940 Fuller nghiên cứu tia x và thấy rằng PVC thơng mại thờng
là những chất vô định hình mặc dù vẫn có một lợng nhỏ kết tinh [1].
II. Tính chất.
1. Tính chất vật lý.
PVC là một polyme vô định hình ở dạng bột trắng hay vàng nhạt, có trọng
lợng riêng là 1,4ữ1,45. Chỉ số khúc xạ 1,544. PVC là môtlj lôại nhựa dẻo chịu
nhiệt trong khoảng 80ữ160
2
. Trọng lợng phân tử không đồng đều, độ trùng
hợp từ 100ữ2000. Để có vật liệu bền và co giãn thì 70% các phần của polyme
phải có độ trùng hợp từ 1000 trở lên. PVC não hoá rất nhanh, dẫn đến giảm

tính co giãn và tính chất cơ học.
Tính chất điện của sản phẩm PVC phụ thuộc vào quá trình hình thành:
- Hằng số điện môi tại 60 Hz và 30
0
C là 3,54.
- Hằng số điện môi tại 1000 Hz và 30
0
C là 3,41.
- Hệ số công suất tại thời điểm trên là3,51% và 2,51%.
- Cờng độ điện môi: 1080 V/ml.
- Điện trở suất là 10
15
.
Từ những số liệu trên cho ta thấy tính chất cách điện của PVC khá tốt,
tuy nhiên phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và áp suất. [1]
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
7
C
H
C C
H
Cl
H
H
H
C
Cl
H
C
H

C
H
C C
H
H
C
H
H Cl H
C
C
Cl
H H
H
hoặc
2. Tính chất hoá học:
PVC có tính ổn định hoá học tốt ở nhiệt độ thờng. Còn khi nhiệt độ tăng
thì PVC có tính chất hoạt động hoá học và trong các quá trình biến đổi hoá
học đều có các nguyên tử clo tham gia phản ứng và kéo theo cả nguyên tử
Hidro ở bên cạnh Cacbon. Phản ứng đợc chú ý nhất của PVC đó là sự clo hoá
cuối. Quá trình có thể thực hiện trong môi trờng hữu cơ nh CCl
4
tại nhiệt độ
vừa phải dới tác dụng của sự chiếu xạ tử ngoại.
Phản ứng cũng có thể thực hiện trong huyền phù dạng nớc với sự cộng hợp
của tác nhân gây trơng nh clorofom, cacbon têtracloxit xúc tác bởi tia tử ngoại.
PVC có tính hoạt động hoá học khá lớn: trong các quá trình biến đổi
hoá học đều có các nguyên tử clo tham gia phản ứng và thờng kéo theo cả
nguyên tử Hidro ở Cacbon bên cạnh.
Các loại phản ứng chính gồm:
a. Phản ứng 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 ở
phản ứng (1), sẽ có liên kết nối các mạch cao phân tử ở phản ứng (2) và nếu có
oxy sẽ tạo thành một số nhóm có chứa oxy ở phản ứng (3)
Nhiệt độ càng cao HCl toả ra càng làm mạnh và càng có nhiều liên kết
nối các mạch làm giảm tính chắt hoà tan của polyme. PVC ở trong dung môi
và ngay ở nhiệt độ thờng cũng có HCl thoát ra và ở đây chủ yếu xảy ra quá
trình oxy hoá. Ngợc lại PVC trong khí N
2
khi đun nóng không bị oxy hoá mà
sẽ có cấu tạo lới.
b. Khử HCl
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
8
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
- HCl
CH
2
CH
Cl
CH CH
+
HCl
(1)

Cl
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
- HCl
CH
2
CH
CH CH
(2)
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
CH
2

CH
Cl
CH
2
CH
Cl
- HCl
CH
2
CH
CH CH
+
HCl
+ O
2
Cl
O
(3)
Muốn đuổi hết nguyên tử clo ra khỏi PVC ngời ta cho tác dụng dung
dịch polyme trong tetrahydro- furan một thời gian lâu với dung dịch kiềm
trong rợu và sẽ tạo thành polyen có cấu tạo nh sau:
Dung dịch polyme nh trên đun nóng với Lytiafumi hydrat ở 100
0
C sẽ
biến hoàn toàn thành polyetylen (chảy mềm ở nhiệt độ 120ữ130
0
C.
c. Thế các nguyên tử clo
Mức độ thay thế không không cao lắm và thờng trọng lợng phân tử bị
giảm, thay clo bằng nhóm axêtát. Khi đun nóng lâu ở 65

0
C dung dịch PVC
với hỗn hợp axit axetic và axetat bạc
- Thay clo bằng nhóm amin
Khi tác dụng dung dịch PVC với amôniac trong bình có áp suất và ở
nhiệt độ cao sẽ tạo thành một số nhóm amin và các liên kết amin nối các
mạch, mức độ thay thế không quá 15ữ20%
- Thế clo bởi nhân thơm
Khi cho tác dụng dung dịch PVC trong têtra hydro furan hay dicloetan
với benzen (hay Alkyl benzen) ở 0
0
C hay ở nhiệt độ thờng với xúc tác Fricilen
Orphơtơ (clorua nhôm) sẽ tạo thành một số nhóm Aryl

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
9
CH
CH
CH CH CH CH
CH CH
n CH
3
COOAg
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH

Cl
CH
2
CH
OCOCH
3
CH
2
CH
OCOCH
3
+
n AgCl
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH

Cl
Cl
Cl
Cl
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
Cl
Cl
Cl
Cl
n NH
3
+ n HCl
+ n
AlCl
3
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH

CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
Cl
Cl
Cl
Bên cạnh phản ứng chính trên còn có 2 loại phản ứng phụ sau: một là
tạo thành vùng ở một số mắt xích
hai là tạo thành một số liên kết ngang nối các mạch
- Thế bởi nhóm suffonamin bởi phản ứng nhựa trng huyền phù dạng nớc
với amoni.
Cl + (NH
4
)
2
SO
4
- SO
2
NH
2
+ NH
4
Cl + H

2
O
III/ Độ ổn định nhiệt và chất ổn định
Nhiệt độ chảy mềm của PVC cao hơn một ít so với nhiệt độ phân huỷ.
Sự phân huỷ PVC khi đun nóng cũng theo phản ứng chuỗi, trung tâm bắt đầu
phân huỷ ở những phần mạch mà ở đó có liên kết C- H và C- CL yếu. Những
phần đó có thể là những nhóm cuối phân tử và nh ta biết trùng hợp theo có chế
gốc thì sự đứt mạch có thể xảy ra cho chuyển monome hoặc polyme hoặc cho
cả hai.
Còn nếu chuyển mạch cho polyme thì xuất hiện phân tử nhánh và phân
tử có cacbon bậc 3. Oxy trong không khí nhiệt phân huỷ PVC xảy ra nhanh
hơn trong N
2
. Một số kim loại nh Zn và Fe, ngay cả khi chỉ có vết (>= 10
trong lợng kim loại trên 10
6
phần trọng lợng Polyme) cũng làm xúc tiến quá
trình phân huỷ PVC và làm cho khí HCl trở thành chất xúc tác của quá trình
phân huỷ. Polyme kỹ thuật luôn chứa vết, do đó thực tế có tác dụng xúc tác
khí HCl. Chất ổn định có trong polyme cũng ảnh hởng không tốt đến ổn định.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
10
AlCl
3
CH
2
CH
CH
2
CH

CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
+ n HCl
Cl
CH
2
CH
CH
2
CH
Cl
Cl
CH
2
CH
CH
2
CH
Cl

Cl
+ n
AlCl
3
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
Cl
Ôxy ở nhiệt độ cao xảy ra phân huỷ PVC. Ngoài tạo ra khí HCl còn có sản
phẩm phân tử thấp nhng không thấy polyme. Trong kỹ thuật có hai chỉ số rất
quan trọng đó là nhiệt độ phân huỷ và độ ổn định nhiệt độ của PVC. Nó phụ
thuộc vào thành phần và mục đích của nhựa dẻo mà gia công PVC ở
140ữ175
0
C
Trong điều kiện này có xảy ra phân huỷ HCl, phân huỷ một phần
polyme và có khi tạo thành cầu nối giữa các đại lợng. Nếu nhiệt độ phân huỷ
của polyme trên 170
0
C và độ ổn định nhiệt trên 70 phút thì có thể có dùng chế
tạo màng và tấm, nếu độ ổn định trên 90 phút thì dùng chế tạo ống và các vật

phẩm khác.
Để tăng độ ổn định nhiệt của PVC ta thêm chất ổn định vào để nó có
khả năng làm chậm hoặc ngăn ngừa phân huỷ polyme.
Chất ổn định chia làm 4 nhóm (dựa theo tác dụng của từng nhóm).
- Nhóm hấp thụ HCl
- Nhóm chất trung hoà HCL
- Chất ngăn chặn tác dụng của ôxy
- Chất hấp thụ tia tử ngoại
Tuỳ vào loại cấu tạo ta chia ra chất ổn định ở dạng hữu cơ, vô cơ và cơ
kim quan trọng nhất vì ngoài tác dụng ổn định nhiệt chúng còn ngăn ngừa
PVC khỏi bị phân huỷ, trong điều kiện gia công có nhiệt độ cao và chúng có
khả năng bảo vệ các tính chất của vật liệu trong thời gian dài khi sử dụng vật
liệu.
+ Chất ổn định nhiệt vô cơ nh: diphotphit chì Pb(HPO
3
)
2
, Pb
3
O
4
,
Na
2
CO
3
, Na
2
SiO
3

, Na
3
PO
4
+ Chất ổn định nhiệt cơ kim (hấp thụ khí HCl). Xà phòng kim loại
(muối của axit béo) để tạo ra muối dùng kim loại Mg, Ca, Ba, Zn, Pb và cả các
axit béo: stearic, redinonic, laurinic xà phòng kim loại không độc.
+ Chất ổn định nhiệt hữu cơ: menamin, dẫn xuất ure và tioure, lợng chất
epoxy, estes.
Nhng có một nhợc điểm khi dùng chất ổn định là tạo ra muối clorua
kim loại làm ảnh hởng đến độ trong suốt của polyme, tích điện môi giảm, dẫu
sao nó cũng tan trong nớc và có thể đây là nguyên nhân gây độc.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
11
IV/ Các loại chất dẻo từ nhựa PVC
1/ Sản phẩm từ PVC hoá dẻo
Hoá dẻo PVC với mục đích có các vật liệu mẫu, co giãn ở nhiệt độ th-
ờng và đặc biệt là nhiệt độ thấp và để dễ dàng cho quá trình gia công ra sản
phẩm. Nh vậy tác dụng cuả chất hoá dẻo thêm vào là giảm nhiệt độ hoá thuỷ
tĩnh của polyme nhng đồng thời nó cũng làm giảm sức bền và tăng độ giãn dài
cuả sản phẩm.
Những chất hoá dẻo thờng dùng là những chất phôtphat chiếm 75% l-
ợng chất hoá dẻo đó là các hợp chất trung gian nh DIOP, DEHP, DOP và
estephtalat của C
7
ữC
9
, oxo alcohol
Những chất này có tác dụng tơng tự nhau đối với PVC nếu không phụ
thuộc vào lý do kinh tế. Nếu dùng thêm vào loại chất hoá dẻo là hợp chất cao

phân tử có nhiệt độ hoá thuỷ tĩnh thấp và có thể tạo ra các sản phẩm đồng
nhất nh caosu nitril (chất đồng trùng hợp của acrylic nitril với butadien),
polyizobutadien
Ưu điểm chính của loại chất hoá dẻo này là làm cho sản phẩm ổn định
vì chúng không bay hơi. Trong trờng hợp này muốn hóa dẻo các trục nóng để
trộn hỗn hợp và dùng các máy có vết xoắn.
Thông thờng dùng hỗn hợp 60- 70% PVC và 30- 40% chất hoá dẻo, vì
thế lợng chất hoá dẻo dùng rất nhiều. Do đó vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu,
chế tạo chất hoá dẻo từ nguyên liệu trong nớc để thay thế hoàn toàn hay một
phần các chất hoá dẻo mua của nớc ngoài [2].
2/ Sản phẩm từ PVC không hoá dẻo
Khi thêm chất hoá dẻo nhiệt độ mềm của nhựa giảm xuống nên gia
công dễ dàng hơn nhng chất hoá dẻo làm giảm tính chất ổn định hoá học và
tính cách điện của polyme giảm tính chất chịu nhiệt và làm cho nhựa dễ bị não
hóa. Để khắc phục tính chịu nhiệt và ổn định hoá học thì dùng PVC không có
chất hoá dẻo thờng gọi là PVC cứng. Khi sử dụng PVC cứng này phải dùng
thêm chất ổn định để đảm bảo tính ổn định đối với nhiệt của PVC.
Chất ổn định là những chất có tính bazơ, có khả năng kết hợp với HCl
thoát ra khi gia công để ngăn chặn quá trình phân huỷ.
Chất ổn định gồm nhiều loại vô cơ và hữu cơ.
+ Chất ổn định dạng vô cơ thờng dùng là oxit chì, cacbonat chì, siliccat
chì
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
12
+ Chất ổn định dạng hữu cơ: stearat canxi, bari, chì, các amin, ure,
metamin.
PVC cứng không hoá dẻo rất bền về cơ học và ổn định hoá học. Xét về
phơng diện cơ học PVC cứng là một vật liệu cứng đàn hồi cao (10000
kg/cm
2

) cờng độ va chạm riêng cao (100-200 kg/cm
2
) và độ bền tĩnh học khi
kéo cũng tơng đối lớn (500- 800 kg/cm
2
) nhng tính chất này lại phụ thuộc
nhiều vào nhiệt độ và bề mặt sản phẩm cũng nh trong quá trình gia công mà
đun nóng, làm lạnh không đều, ép dính các lớp không đều sẽ dẫn đến làm
giảm tính cơ học của PVC cứng.
Tính ổn định hoá học rất cao
+ Độ hút nớc (sau 24 h) 0,1.10
-4
ữ0,3.10
-4
gam/cm
2
.
+ Độ bền với axit và kiềm.
+ Bền với tác dụng của ximăng, dầu hoả, dầu thoả mộc, rợu, glixêrin.
Chính nhờ có tính ổn định hoá học cao nên tính chất bền cơ học cho nên
có rất nhiều phơng pháp gia công (hàn, ép, dán, cán) nên có thể xem PVC
cứng là một loại vật liệu xây dựng chống ăn mòn rất tốt. [2]
V/ ứng dụng.
Do nhựa PVC có nhiều tính chất quý nh: ổn định hoá học, bền thời tiết,
bền ôxy hoá, cách điện, dễ gia công, giá thành thấp,vì vậy nó đợc sử dụng
rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Sản phẩm đợc tạo ra từ PVC rất đa dạng trên
2/3 lợng PVC đợc dùng làm các sản phẩm lâu bền nh ống dẫn nớc, khung cửa
sổ, bàn ghếcòn lại PVC đợc gia công thành những sản phẩm khác nh màng
mỏng, bao bì, giày dép giả da, dây bọc cách điện,
Trong thời gian gần đây, ngời ta đặc biệt chú ý đến loại PVC cứng và

xốp, có thể làm vật liệu thay thế gỗ, sự thay thế này có ảnh hởng đến giá thành
và sự ổn định, dẫn đến sự thuận lợi cho quá trình tổng hộ vật liệu. Tuy nhiên
các sản phẩm làm bằng vật liệu PVC rất khó phân huỷ và trong quá trình sản
xuất có tách ra các chất ảnh hởng xấu tới môi trờng và đã có những lời chỉ
trích từ cơ quan bảo vệ môi trờng, nhng các nhà kinh tế cho rằng mức độ tăng
trởng PVC trên quy mô toàn cầu vẫn đợc duy trì trong thời gian tới và bớc vào
thế kỷ XXI địa vị của PVC vẫn vững vàng trên thị trờng.
Nền công nghiệp chất dẻo nói chung và nhựa PVC nói riêng vô cùng
quan trọng trong nền kinh tế quốc dân là lĩnh vực không thể thiếu đợc và luôn
gắn liền với sự phát triển cuả khoa học kỹ thuật [1]
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
13
Chơng III: Quá trình sản xuất nhựa PVC
I/ Phản ứng trùng hợp:
Phản ứng tạo nhựa PVC là phản ứng trùng hợp VC theo cơ cấu trùng hợp gốc.
Vilylclorua (VC) có công thức: CH
2
= CH
là hợp chất phân cực, với mômen lỡng cực: 1,44 (mômen lỡng cực có ảnh h-
ởng đến vận tốc trùng hợp).
Theo cơ cấu trùng hợp gốc phải có chất khởi đầu và trùng hợp theo 3
giai đoạn.
Gọi là chất khởi đầu vì gốc của nó là đoạn đầu của mạch cao phân tử
cũng có thể gọi là chất kích thích vì chính nó có tác dụng kích động phản ứng
trùng hợp. Có 2 chất khởi đầu thờng dùng là:
+ Peoxit benzeoil (POB) có công thức là (C
6
H
5
COO)

2
do tác dụng nhiệt
nó bị phân huỷ ra các gốc hoạt động.
(C
6
H
5
COO)
2
2 C
6
H
5
COO
C
6
H
5
COO C
6
H
5
+ CO
2
+ Azodi Izobutyl nitril (AIBN) cũng bị phân huỷ thành các gốc hoạt
động.
Các gốc vừa sinh ra gọi là gốc hoạt động và đợc ký hiệu là R. Tuy nhiên
các gốc này không phải đều tham gia khơi mào quá trình trùng hợp mà một số
kết hợp với nhau tạo thành phân tử trung hoà (khoảng 20 40%)
Vd: C

6
H
5
+ C
6
H
5


C
6
H
5
C
6
H
5
C
6
H
5
+ C
6
H
5
COO

C
6
H

5
COOC
6
H
5
Quá trình trùng hợp VC để tạo thành PVC qua 4 giai đoạn chính:
+ Giai đoạn khơi mào: gốc hoạt đông R của chất khởi đàu kích thích
VC thành gốc đầu tiên:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
14
Cl
t
0
t
0
C
CH
3
CH
3
CN
N N
C
CH
3
CH
3
C
CH
3

CH
3
CN
+ N
2
R + CH
2
CH R CH
2
CH
+ Giai đoạn phát triển mạch: gốc đầu tiên trên tiếp tục tác dụng với
monome khác và tiếp tục kéo dài mạch.
R CH
2
hay
* Giai đoạn chuyển mạch
_ Chuyển mạch lên monome
_ Chuyển mạch lên polyme
Nếu chất khơi nào dùng là POB thì có chuyển mạch lên chất khơi mào
nếu là AIBN thì không xảy ra quá trình này.
+ Chuyển mạch lên monome

+ Chuyển mạch lên chất khơi mào
* Giai đoạn đứt mạch: Tạo thành cao phân tử có 2 cơ chế đứt mạch: phân ly và
kết hợp
+ Đứt mạch phân ly.
+ Đứt mạch kết hợp.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
15
Cl

Cl
CH
2
Cl
+
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
CH
2
R
CH
Cl
CH
2
CH
2
Cl
CH
Cl
CH
2
Cl
CH
2
R
CH

Cl
CH
2
CH
2
n
+
CH
Cl
CH
2
CH
R
n+1
CH
Cl
CH
2
+
CH
Cl
CH
2
C
Cl
CH
2
CH
Cl
CH

2
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
CH
+
CH
2
CH
Cl
+
C
6
H
5
C
O
O O
C
O
C
6
H
5
COO
CH
2

CH
Cl
O
C
C
6
H
5
+
CH
2
CH
Cl
+
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
+
CH
CH
Cl
CH
2
CH
Cl

+
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
II/ Động học của quá trình trùng hợp.
Trong quá trình chuyển hoá từ monome thành polyme có sự tham gia
của các gốc tự do. Những gốc tự do này có thể coi nh sản phẩm trung gian
không ổn định có thời gian sống rất ngắn do đó không thể tách ra ở trạng thái
ổn định đợc. Phản ứng loại này gọi là phản ứng trùng hợp gốc.
1/ Tốc độ trùng hợp
+ Giai đoạn khơi mào
giai đoạn phân huỷ nhiệt:
K
1
: hằng số tốc độ phản ứng phân huỷ chất khởi đầu
K
2
: hằng số vận tốc khởi đầu phản ứng
* giai đoạn phát triển mạch

Tổng quát

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
16
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
C
NC
N N
CH
3
C
CN
K
1
t
0
CH
3
C
NC
N
2
+

N
2
*
(R)
*
*
CH
3
C
NC
CH
3
+
K
2
CH
2
Cl
C
NC
CH
3
*
CH
CH
2
Cl
CH
(R
1

)
*
CH
3
C
NC
CH
3
CH
2
Cl
CH
2
CH
2
Cl
CH
+
K
P
CH
3
C
NC
CH
3
CH
2
Cl
CH

CH
2
Cl
CH
CH
3
C
NC
CH
3
CH
2
Cl
CH
CH
2
CH
Cl
n
R
n
Cl
*
+
CH
2
CH
Cl
K
p

CH
3
C
NC
CH
3
CH
2
Cl
CH
CH
2
CH
Cl
n+1
R
n+1
*
(K
p:
hằng số tốc độ phản ứng phát triển mạnh)
* Giai đoạn đứt mạch:

K
C
: hằng số tốc đứt mạch theo kết hợp lại.
Trong một số trờng hợp là đứt mạch theo cơ cấu phân ly
Ký hiệu:
I : nồng độ của chất khởi đầu
R : các gốc tự do

V
1
= K
1
[I] (1)
V
1
: tốc độ phân huỷ chất khởi đầu.
Vì mỗi phân tử khởi đầu tạo thành 2 gốc tự do đó:
]1[][2
][
11
*
ii
KIKfK
dt
Rd
V ====
(2)
V : tốc độ tạo thành
f : hệ số hiệu chỉnh
2*
*
][].[(
][
RKtRKK
dt
Rd
V
dci

=+==
(3)
Vt: tốc độ tạo thành gốc tự do hay đứt mạch
Từ (2) và (3) ta có:
(K
C
+ K
d)
[R*]
2
= 2fK
1
[I].
][R
=
2/1
2/1
2/1
1
][
)
][2
(
2/1
1
tdC
K
IK
KK
IfK

=
+
(4)
ở trạng thái ổn định: Tốc độ trùng hợp của monome bằng tốc độ phát
triển mạch
V = V
p
= K
p
[M][R
*
] (5)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
17
CH
3
C
CH
3
CH
2
Cl
CH
CH
2
n+1
Cl
CH
+
NC

CH
Cl
CH
2
Cl
CH
CH
2
n+1
CH
3
C
CH
3
NC
CH
3
C
CH
3
CH
2
Cl
CH
CH
2
n+1
Cl
CH
NC

Cl
CH
K
C
Cl Cl
CH
2
CH
+
CH
CH
2

CH
CH
Cl
+
CH
2
Cl
CH
2

*
Thay [R
*
] ở (4) vào *5) ta có:
1/2
1
P

1/ 2
C d
fK
V K .( ) .
(K K )
=
+
[I]
1/2
[M]
1/2 1/ 2
1
P
1/ 2
t
K .[I]
V K .[M].
K
=
(6)
Nh vậy tốc độ trùng hợp tỷ lệ thuận với căn bậc hai cuả nồng độ chất
khởi đầu và tỷ lệ thuận bậc một với nồng độ monome.
2/ Độ trùng hợp và chiều dài động học của mạch
V
P
: tốc độ trùng hợp
V
T:
tốc độ đứt mạch
P

t
V
(1)
V
=
: chiều dài động học của mạch
nhng V
t
= V
i
nên
P
i
V
=
V

Thay giá trị V
P
và V
i
ở (3) và (5) vào trên ta có
*
P P
* 2 *
K [M][R ] K [M]
(2)
K [R ] K [R ]
= =
+ +

thay giá trị [R
*
] ở )4) ta có
1/2
P t P
1/2 2 1/ 2 1/ 2 1/ 2
1 t 1
K [M]K K [M]
(3)
K K [I] K .K [I]
= =
+
nhân tử số và mẫu số với
1/2
1
K
1/ 2 1/2
P t P 1
1/ 2 1/ 2 1/2 1/ 2 1/ 2
t 1 1 t 1
K [M]K K K [M]
K .K [I].K K .K [I]
= =
cho
1/ 2
P 1
1/2 1/2 1/2
t 1 1
K [M].K
K

K .K [I].K
=
Ta có
1/2
1
K[M]
(4)
K [I]
=
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
18
Từ công thức trên ta thấy rằng chiều dài động học của mạch tỷ lệ thuận
với nồng độ monome và tỷ lệ nghịch với căn số bậc hai của nồng độ chất
khởi đầu.
Nếu nhân với K
P
.[M] vào (3)
2
P P
1/2 1/2
1/2
1 1
t P t
1/2 1/2
t t
K [M] K [M]
K K
K K K [M].[I]
K K
= =

ta có:
1/ 2
1/ 2
P 1
1/2
t
K K
[M][I]
K
=
Suy ra:
2 2
P
K .[M]
(5)
K V
=
+
Chiều dài động học của mạch tỷ lệ nghịch với vận tốc trùng hợp. Nếu đứt
mạch theo cơ cấu kết hợp thì độ trùng hợp trung bình
p
của polyme sẽ bằng
hai lần chiều dài động học của mạch 2
2R M
n-1
Mn

RM
n
M

n
R
Nếu đứt mạch theo phân ly
1/2
1
K[M]
p
k [I]
=
hay theo công thức (5)
Độ trùng hợp trung bình khi đứt mạch theo phân ly
2 2
P
t
K [M]
p
K V
=
Độ trùng hợp trung bình khi đứt mạch theo kết hợp
2 2
P
t
K [M]
p 2
K V
=
Nh vậy độ trùng hợp trung bình tỷ lệ nghịch với vận tốc trùng hợp. Do đó tăng
vận tốc trùng hợp với bất cứ phơng pháp nào đều làm giảm độ trùng hợp [2]
III/ Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình trùng hợp
1/ Vai trò của oxi và tạp chất trong trùng hợp gốc oxi không khí hấp thụ

gốc.
Tuỳ thuộc vào bản chất monome và điều kiện trùng hợp oxi có thể làm
dễ dàng hoặc khó khăn cho quá trình trùng hợp.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
19
Oxy tác dụng với monome tạo ra peoxit hoặc hidroperoxit
Peoxit này phân huỷ gốc tự do. Nếu gốc này ít hoạt tính thì O
2
có tác
dụng hãm quá trình trùng hợp. Nếu gốc này hoạt động thì oxi sẽ làm tăng vận
tốc trùng hợp. Các hợp chất trong monome có ảnh hởng trực tiếp đến khả
năng phản ứng với nhân hoạt tính trùng hợp, dù hàm lợng rấy ít cũng ảnh hởng
đến quá trình trùng hợp .
Do ảnh hởng phức tạp của oxi và các hợp chất khác nh vậy nên quá
trình trùng hợp bắt buộc phải điều chế monome thật tinh khiết và phản ứng cần
tiến hành trong môi trờng khí trơ. [2]
2/ ảnh hởng của nhiệt độ.
Nhiệt độ cao làm tăng vận tốc của tất cả các giai đoạn phản ứng trùng
hợp đều tăng. Năng lợng hoạt hoá của các giai đoạn khác nhau nên hệ số nhiệt
độ của các phản ứng cũng khác nhau.
Năng hoạt hoá của phản ứng khơi mào đòi hỏi năng lợng hoạt hoá là lớn
nhất (30 kcal/mol) và đứt mạch bằng 3-5 kcal/mol. Do đó khi nhiệt độ tăng thì
mức độ tăng vận tốc khơi mào là lớn nhất. Vận tốc khơi mào tăng kéo theo vận
tốc trùng hợp tăng và vận tốc đứt mạch cũng tăng theo.
CT Tính.
V
P
= V = K
p
[

Kt
K1
]
1/2
[I]
1/2
[M] = K [I]
1/2
[M]
3/ ảnh hởng nồng độ và bản chất của chất khởi đầu.
Ta thấy rằng tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với căn bậc hai của nồng độ
chất khởi đầu. Các chất khởi đầu khác nhau có tác dụng khác nhau với một
monome khác nhau.
Khi tăng nồng độ của chất khởi đầu thì làm tăng tốc độ phản ứng nhng
làm giảm trọng lợng phân tử trung bình. [2]
4/ ảnh hởng của nồng độ monome
Khi tiến hành trùng hợp trong dung môi hay trong môi trờng pha loãng
tốc độ trùng hợp và trọng lợng phân tử tăng theo nồng độ của monome. Nếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
20
CH
2 CH
O
O
2
+
CH
2 CH
Cl
O

Cl
*
CH
2
CH
O
O
2
+
CH
CH
Cl
Cl
H
OH
monome bị pha loãng nhiều có khả năng xảy ra phản ứng chuyển mạch do đó
cũng làm giảm trọng lợng phân tử. [2]
5/ ảnh hởng của áp suất.
áp suất thấp và áp suất trung bình cho đến vài chục atm không làm ảnh
hởng đến quá trình trùng hợp. Còn ở áp suất cao khoảng 1000 atm trở lên thì
song song với quá trình tăng tốc độ trùng hợp thì tăng luôn có trọng lợng phân
tử của polyme. Do đó việc tăng áp suất để tăng tốc độ phản ứng là thích hợp
hơn các phơng pháp khác.
Sự tăng tốc độ và trọng lợng phân tử polyme ở áp suất cao giải thích
bằng hiện tợng va chạm của các phân tử phản ứng. Sở dĩ cần áp suất cao nh
vậy vì đa số monome ở dạng lỏng khó nén, các phân tử chỉ có thể sát lại nhau
ở áp suất khá cao, làm tăng va chạm không những giữa các phân tử monome
với gốc tự do các phân tử mà ngay cả giữa các gốc cao phân tử với nhau.
Việc tăng áp suất sẽ làm tăng đồng thời cả phản ứng phát triển và đứt
mạch. Nhng tăng áp suất bao giờ cũng kèm theo tăng độ nhớt, làm giảm khả

năng khuếch tán ở gốc cao phân tử nhiều hơn ở phân tử monome linh động.
Do đó phản ứng đứt mạch giữa hai gốc tự do cao phân tử không những không
tăng mà còn giảm theo áp suất. Điều đó giải thích tại sao trọng lợng phân tử
tăng ở áp suất cao. [2]
Chơng IV: Công nghệ sản xuất PVC
I/ Nguyên liệu
Vinyl clorua gọi tắt là VC, có công thức phân tử C
2
H
3
Cl, công thức cấu tạo:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
21
CH
2
CH
Cl
1/ Tính chất lý học
ở nhiệt độ và áp suất thờng là chất khí có mùi ete.
+ Nhiệt độ đóng rắn -159,7
0
C
+ Nhiệt độ ngng tụ -13,9
0
C
+ Nhiệt độ tới hạn 142
0
C
+ Nhiệt độ bốc cháy 415kcal/kg
+ Nhiệt độ nhiệt độ nóng chảy 18,4kcal/kg

+ Nhiệt độ bốc hơi ở 25
0
C 78,5kcal/kg
+ Trọng lợng riêng 0,969kcal/kg
+ Nhiệt tạo thành -838kcal/kg
+ Nhiệt trùng hợp -3665kcal/kg
+ Nhiệt dung riêng dạng lỏng ở 25
0
C 0,83kcal/kgđộ
+ Nhiệt dung riêng dạng hơi ở 25
0
C 0,27kcal/kgđộ
+ Hệ số khúc xạ của VC lỏng 0,83kcal/kgđộ
+ Tỷ lệ của VC phụ thuộc vào nhiệt độ
Nhiệt độ (
0
C) -15 -25
Tỷ trọng 0,9730 0,9014
+ áp suất hơi của VC phụ thuộc vào nhiệt độ
Nhiệt độ (
0
C) -87,5 -55,8 -13,37 16,2 46,8
áp suất (mmHg) 10 100 760 22,58 54,34
+ Độ tan trong nớc ở 1at là 0,5 %trọng lợng
+ Giới hạn nồng độ của hỗn hợp với không khí từ 3,62ữ26,6% thể tích
+ Tính chất độc của VC:
VC độc hơn so với clorua etyl và ít độc hơn clorofom và tetra clorua
cacbon. Có khả năng gây mê qua hệ thống hô hấp của con ngời và cơ thể động
vật. Con ngời khi tiếp xúc hơi VC ở mức 25% thì chỉ trong 3 phút đã bắt đầu
bị choáng váng và mất thăng bằng định hớng. Nếu hàm lợng VC trong không

khí là 0,5% thì con ngời có thể làm việc trong một vài giờ mà không có tác
động sinh lý nào đáng kể cả. [2]
2/ Tính chất hoá học
VC có công thức hoá học: C
2
H
3
Cl
Công thức cấu tạo:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
22
Do đó chứa liên kết đôi và nguyên tử clo linh động nên các phản ứng hoá học
của VC là phản ứng của nguyên tử clo linh động. VC không tan trong nớc,
tan trong các dung môi hữu cơ nh axeton, rợu etylic, cacbon hydro thơm,
cacbon hydro mạch thẳng.
Trong phân tử VC có liên kết nối đôi và một nguyên tử clo linh động,
do đó phản ứng hoá học chủ yếu là phản ứng kết hợp hoặc phản ứng của
nguyên tử clo trong phân tử VC.
- Phản ứng nối đôi
+ Phản ứng cộng hợp: tác dụng với halogen cho ta 1,2 diclo etan ở điều kiện
môi trờng khô ở 140ữ150
0
C hoặc ở 80
0
C và có chiếu sáng xúc tác SbCl
3
.
Khi có xúc tác AlCl
3
, FeCl

3
thì VC phản ứng với HCl.
Với H
2
Trong phản ứng oxi hoá VC ở nhiệt độ 50ữ150
0
C có mặt HCl dễ dàng tạo ra
monome axetat dehit

Do phân tử có chứa nối đôi VC có thể tham gia phản ứng trùng hợp tạo PVC.
- Phản ứng của nguyên tử Clo.
+ Thuỷ phân.
Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen
Tác dụng với acolat hay fenolat cho ta este VC:
Tạo hợp chất cơ kim
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
23
CH
2
CH
Cl
+
NaOH
CH CH
NaCl
+
+
H
2
O

CH
2
CH
Cl
+
RONa
CH
2
CH
NaCl
+
+
NaCl
OR
Cl
CH
2
CH
+
Mg
CH
2
CH
MgCl
HCl
CH
2
CH
Cl
+

CH
2
CH
Cl
Cl
H
2
CH
2
CH
Cl
+
CH
3
CH
2
Cl
1/2H
2
+
CHOCH
2
Cl
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH

Cl
CH
2
CH
Cl
n
+ VC trong điều kiện không có không khí ở 450
0
C có thể bị phân huỷ
tạo thành axetylen và HCl do phản ứng polyme hoá axetylen có thể phản ứng
tiếp tục tạo ra một lợng nhỏ 2- clo- 1,3- butadien.
Còn trong điều kiện có không khí VC bị oxi hoá hoàn toàn.
- Bảo quản: Trớc đây VC đợc bảo quản và vận chuyển với sự có mặt của
một lợng nhỏ phenol để ức chế phản ứng polyme hoá. Ngày nay VC đợc sản
xuất với độ tinh khiết đủ cao và không cần chất ức chế trong bảo quản đồng
thời do đợc làm sạch nớc VC không gây ăn mòn có thể đợc bảo quản trong các
thùng thép cacbon thờng.
II. Các phơng pháp sản xuất Vilyl clorua
Những năm 1830, VC đợc sản xuất dựa trên phản ứng đêhyđrô hoá 1,2-
điclo etan. Trong những năm gần đây VC đợc sản xuất theo các phơng pháp
sau.
+ Nhiệt phân 1,2 điclo etan
+ Sản xuất từ etylen
+ Phơng pháp liên hợp
1/ Sản xuất VC đi từ điclo etan
Công nghệ của quá trình sản xuất VC có thể sử dụng hai phơng pháp:
+ Kiềm hoá hydro hoá trong pha loảng
+ Nhiệt phân trong pha hơi
Phản ứng chính:
Cl - CH

2
- CH
2
Cl CH
2
CH - Cl + HCl
a/ Quá trình trong pha lỏng.
Trong pha lỏng, khi điều chế VC phản ứng đợc thực hiện trong thiết bị
hình trụ kiểu đồng trục thiết bị gián đoạn. Đầu tiên cho dung dịch NaOH sau
đó cho rợu và cuối cùng rót từ từ diclo etan vào. VC đợc tạo thành theo phản
ứng.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
24
CH
2
CH
Cl
CH CH
+
HCl
CH
2
CH
2
Cl
+
NaOH
CH
2
CHCl NaCl

+
+
H
2
O
Cl
Phản ứng tiến hành trong môi trờng đồng thế, áp suất nhiệt độ phản
ứng 60- 70
0
C, thời gian 4-5 giờ, áp suất trong thiết bị 0,2ữ0,4 at. Không nên
cho d kiềm vì
Khi có d nớc diclo etan dễ bị thuỷ phân trong môi trờng kiềm tạo thành
etylen glycol:
Sản phẩm tạo thành gồm có VC, cliclo etan, rợu, nớ ta tiến hành ngng tụ
để tách riêng. Hiệu suất VC tính theo diclo etan là 75ữ85 %.
b/ Quá trình trong pha khí
Thổi diclo etan hoạt tính 50 mm, cao 6m. Khí sản phẩm gồm có
37,5%VC, 40,8% HCl, 20,5% diclo etan không phản ứng hết và 1,2% sản
phẩm phụ. Hỗn hợp sản phầm đem làm lạnh đến O
0
C trong thiết bị ống trùm
diclo etan ngng tụ. Dùng nớc rả diclo etan để tách HCl và dùng nớc clo rửa để
tách sản phẩm phụ. Sau đó dùng kiềm trung hoà và dùng H
2
So
4
để sấy. Làm
lạnh khi đến 15
0
C và tiến hành tinh luyện.

Vì phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao nên rất dễ xảy ra phản ứng phụ.
Cl - CH
2
- CH
2
- Cl CH
2
= CH
2
+ Cl
2
Để tránh phản ứng tiến hành ở nhịêt độ cao ngời ta thờng dùng xúc tác
cho phản ứng là clo và oxi.
Hiệu suất của phơng pháp này là 85% nhng đợc dùng rộng rãi trong
công nghiệp vì quá trình tách và làm sạch các chất nằm trong khí sản phẩm
thu đựơc gây ảnh hởng xấu cho quá trình trùng hợp VC để tạo thành PVC.
2/ Công nghệ tổng hợp Vilyl clorua từ etylen
a/ Cơ chế phản ứng của phơng pháp:
phơng pháp này là sự kết hợp của ba quá trình:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng sản xuất PVC
25
CH
2
CH
2
Cl
+
NaOH
CH CH
NaCl

+
+
H
2
O
2
2 2
Cl
CH
2
CH
2
Cl
+
H
2
O
CH
2
CH
2
+2
2HCl
OHOH
Cl
2
*
Cl
2
2

*
Cl
+ ClCH
2
CH
2
Cl
*
CClCH
2
+
HCl
ClCH
2
*
C
+
HCl
CHCl
CH
2
+
*
Cl
*
Cl
+
*
Cl
Cl

2