ĐỒ án tốt NGHIỆP NGÀNH kĩ THUẬT hóa học đề tài THIẾT kế PHÂN XƯỞNG sản XUẤT PVC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KĨ THUẬT HÓA HỌC

ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT PVC

GVHD: TS.PHAN THẾ ANH
SVTH: HỒ THỊ NGHĨA
LỚP:

18KTHH2


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN


TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp
huyền phù, năng suất 35000 tấn/năm
Sinh viên thực hiện: Hồ Thị Nghĩa
Số thẻ sinh viên: 107180274

Lớp: 18KTHH2

Đề tài này trình bày nội dung cần thiết, các phép tính tốn và các bước bản để thiết
kế một phân xưởng sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp huyền phù. Để
thiết kế phân xưởng này, tơi đã tìm kiếm và tham khảo các bản thiết kế của các nhà
máy nhựa PVC đã được xây dựng trước đó, các tài liệu quan và vận dụng kiến thức
của các mơn học tích lũy trong bốn năm qua để suy luận và đưa ra các hóa chất cần sử
dụng và các phương pháp tính tốn thiết kế tối ưu nhất cho từng loại thiết bị cũng như
cách bố trí sao cho hợp lý nhất. Kết quả chỉ ra mức độ hồn thiện và hợp lí của một
phân xưởng sản xuất PVC theo phương pháp trùng hợp huyền phù. Cho thấy những ưu
khuyết điểm trong từng loại hóa chất sử dụng, từng loại thiết bị và ví trí bố trí của
chúng. Từ góc độ của an tồn, đề tài này cũng nhấn mạnh việc thay đổi các hóa chất và
phương thức tính tốn, cách bố trí để thích nghi với điều kiện hiện tại.


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NAM

KHOA HÓA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Hồ Thị Nghĩa
Lớp:18KTHH2

Số thẻ sinh viên: 107180274

Khoa: Hóa

Ngành: Kỹ thuật hóa học
Polymer

1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa poly(vinylclorua) theo phương pháp trùng hợp
huyền phù. Năng suất: 35000 tấn/năm
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
-

Độ ẩm sau sấy: 0,2%
Độ ẩm trước sấy: 20%
Hiệu suất: 85%
Tổn thất:

-

Chuẩn bị nguyên liệu: 0,04%.
Tổng hợp: 0,2%.
Xử lý tách monomer: 0,5%.
Ly tâm: 0,3%.
Sấy: 0,3%.
Sàng: 0,1%.
Đóng gói: 0,1%.

4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
-

-

Mở đầu
Tổng quan lý thuyết
+ Nguyên liệu
+ Lý thuyết tổng hợp
+ Tính chất sản phẩm
+ Ứng dụng sản phẩm
+ Chọn dây chuyền sản xuất và thuyết minh dây chuyền cơng nghệ
Tính tốn cơng nghệ:


-

+ Cân bằng vật chất
+ Tính cơ khí thiết bị chính
+ Tính cân bằng nhiệt lượng
+ Tính, chọn các thiết bị phụ
Tính tốn và bố trí xây dựng
Vấn đề an tồn lao động và vệ sinh mơi trường
Kết luận
Tài liệu tham khảo

5. Các bản vẽ, đồ thị (A1):
-

Dây chuyền công nghệ
Thiết bị phản ứng
Các bản vẽ xây dựng: mặt bằng, mặt cắt ngang và dọc

6. Họ tên người hướng dẫn:
T.S Phan Thế Anh

Phần/ Nội dung:
Tất cả các nội dung trên

7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/09/2022
8. Ngày hoàn thành đồ án: 20/12/2022
Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 2020

Trưởng Bộ môn Kỹ thuật hóa học

Người hướng dẫn

PGS.TS. Đồn Thị Thu Loan

TS. Phan Thế Anh


PHẦN 1: MỞ ĐẦU
Trong thời đại ngày nay, cùng với nền khoa học hiện đại, cơng nghệ hóa học khơng
ngừng phát triển và chiếm một vị trí vơ cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Công
nghệ về hợp chất cao phân tử là một trong những cơng nghệ điển hình, rất tiêu biểu về
tốc độ phát triển và phạm vi sử dụng. Trong đó ngành sản xuất chất dẻo chiếm vị trí rất
quan trọng. Một trong những sản phẩm của ngành sản xuất chất dẻo được sử dụng
rộng rãi đó là Polyvinyl clorua (PVC).

PVC đã vơ tình được phát hiện ra ít nhất hai lần trong thế kỷ 19. Năm 1835 lần đầu
tiên Henri Regnault đã tổng hsợp được vinyl clorua, nguyên liệu chính để tạo nên
PVC. Lần thứ hai được phát hiện bởi Baumann vào năm 1872, khi ông phơi ống
nghiệm chứa vinyl clorua dưới ánh sáng mặt trời, sản phẩm tạo ra có dạng bột màu
trắng và bản chất hóa học của nó chưa được xác định.
Các nghiên cứu về sự tạo thành PVC đầy đủ hơn đã được công bố vào năm 1912 do
Iwan Ostromislensky (Nga) và Fritz Klatte (Đức) nghiên cứu độc lập. Tuy nhiên
polyme mới này vẫn không được ứng dụng và không được quan tâm nhiều, bởi tính
kém ổn định, cứng và rất khó gia công.
Cuối thế kỷ 19, các sản phẩm như axetylen và clo đang trong tình trạng khủng
hoảng thừa, việc có thể sản xuất được PVC từ các nguyên liệu này là một giải pháp rất
hữu hiệu.
Năm 1926, khi tiến sĩ Waldo Semon vơ tình phát hiện ra chất hố dẻo cho PVC, đây
mới là một bước đột phá đầu tiên để khắc phục nhược điểm khi gia công cho PVC, sau
đó là các nghiên cứu về chất ổn định cho PVC.
Đến năm 1933, nhiều dạng PVC đã được tổng hợp ở Mỹ và Đức nhưng phải đến
năm 1937, PVC mới được sản xuất trên quy mơ cơng nghiệp hồn chỉnh tại Đức và
sau đó là ở Mỹ.
Nhựa Polyvinyl clorua là một trong những sản phẩm ra đời sớm của nền sản xuất
chất dẻo. Trong công nghệ sản xuất nhựa Polyvinylclorua, tùy theo phương pháp sản
xuất và thành phần của các cấu tử tham gia có thể thu được một số loại nhựa có tỷ
trọng khác nhau như: K-58, K-66R, K66G, K66F, K-71. Nhựa Polyvinyl clorua có


nhiều đặc điểm tốt như ổn định hóa học, bền cơ học, dễ gia công, giá thành thấp nên
PVC được ứng dụng trong sản xuất các loại màng, ống, dây dẫn… Ngồi ra, PVC có
một tính năng đặc biệt: kìm hãm sự cháy. Cũng chính vì đặc điểm này mà PVC gần
như chiếm vị trí độc tơn trong lĩnh vực xây dựng dân dụng.
Bước sang thế kỷ 21, điều kiện kinh tế tồn cầu đã được cải thiện và vì thế nhu cầu
PVC rất lớn, lớn hơn nhiều so với dự báo. Sản lượng PVC của thế giới năm 2021 đạt

tới hơn 60.27 mtpa và mức tăng trưởng trong giai đoạn 2022-2026 là hơn 2%/năm. Tại
châu Á, Trung Quốc có sáu dự án PVC được lên kế hoạch và công bố, với tổng công
suất khoảng 3,25 triệu tấn vào năm 2026.
Ngành sản xuất nhựa PVC ở Việt Nam bắt đầu vào năm 1998 với sự hiện diện của
liên doanh TPC Vina (tiền thân là Mitsui Vina). Đây là liên doanh giữa Cơng ty Cổ
phần Nhựa và Hóa chất Thái Lan (TPC), Tổng Cơng ty Hóa chất Việt Nam
(Vinachem) và Cơng ty Nhựa Việt Nam (Vinaplast). Nhờ liên doanh này lượng PVC
nhập khẩu giảm từ 74,000 tấn năm 1997 xuống còn 61,000 tấn vào năm 1999 và chỉ
còn trên dưới 50,000 tấn vào những năm sau này. Hiện nay công suất của TPC Vina là
210,000 tấn/năm. Năm 2002, nhà máy sản xuất PVC thứ hai (Liên doanh giữa
Petronas Malaysia với Bà Rịa – Vũng Tàu) có cơng suất 100,000 tấn/năm cũng bắt đầu
tham gia vào thị trường [3]. Cũng như trên thế giới, nhu cầu sử dụng PVC ngày càng
tăng
Như vậy, cho đến năm 2021 - 2022 và cả các năm sau đó, Việt Nam vẫn cịn phải
nhập khẩu PVC. Do đó, việc đầu tư phát triển ngành cơng nghiệp sản xuất nhựa PVC
là vô cùng quan trọng và cấp thiết. Đó là lý do em chọn đề tài: “Thiết kế phân xưởng
sản xuất nhựa Polyvinyl clorua theo phương pháp trùng hợp huyền phù. Năng suất
35000 tấn/năm”.


PHẦN II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
2.1. Nguyên liệu tổng hợp nhựa PVC
Quá trình tổng hợp PVC huyền phù cần những nguyên liệu chính sau: Vinyl Clorua
Monomer (VCM), nước, chất khơi mào, chất nhũ hoá,chất ổn định huyền phù, AntiFoam, air, NaOH,… và những hóa chất hỗ trợ khác.

2.1. Vinyl chloride monomer[2]
Vinyl clorua là nguyên liệu chính để sản xuất Polyvinyl clorua.
 Công thức phân tử: C2H3Cl.
 Công thức cấu tạo:

2.1.1. Thành phần
- Vinyl chloride : 99.90 % wt
- Hợp chất Acetylenic : 10 ppm tối đa
- HCl tối đa 1ppm.
- Fe tối đa 1ppm.
- Hợp chất Clo tối đa 100 ppm.
- Butadien tối đa 10 ppm.
- H2O tối đa 100ppm.
Các tạp chất này nếu tồn tại với nồng độ quá giới hạn cho phép thì sẽ ảnh hưởng
đến tốc độ polymer hóa, kích thước hạt, chất lượng sản phẩm.
2.1.1.1. Tính chất vật lý
Vinyl Clorua cực kỳ dễ cháy và là chất khí khơng màu ở nhiệt độ và áp suất môi
trường xung quanh. Dưới áp suất cao hoặc nhiệt độ giảm Vinyl Clorua là chất lỏng.
Vinyl Clorua có nguy cơ cháy nổ ở nồng độ từ khoảng 3,6% đến 33% trong khơng khí.
Tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa hoặc nguồn nhiệt năng lượng cao sẽ dẫn đến cháy.
Vinyl Clorua thực tế không tan trong nước nhưng tan trong rượu và trong các dung
môi hữu cơ khác như: axeton, hydrocacbon thơm hay mạch thẳng.Vinyl Clorua có tính
phản ứng cao và có thể phản ứng với các chất oxi hóa và nhiều hợp chất hữu cơ khác.
Vinyl Clorua trùng hợp tỏa nhiệt khi có ánh sáng, khơng khí, oxy hoặc chất xúc tác.
Các chất ức chế thường được thêm vào Vinyl Clorua để ngăn chặn quá trình trùng hợp
trong quá trình bảo quản.[2]
Ở điều kiện thường VCM là một chất khí khơng màu:
 VCM là một chất khí dễ cháy nổ ở nhiệt độ và áp suất thường.
 VCM dễ hóa lỏng, tan ít trong nước. Tan trong rượu và trong các dung môi hữu
cơ khác như: axeton, hydrocacbon thơm hay mạch thẳng.
 VCM khơng ăn mịn ở nhiệt độ thường trong điều kiện khô. Khi tiếp xúc với
nước sẽ sinh ra một lượng nhỏ HCl có thể gây ăn mòn sắt thép.

 Vinyl clorua có tính độc, khi tiếp xúc nhiều có thể gây ung thư gan. Nồng độ
cho phép của nó khi tiếp xúc làm việc là 1 ppm trong thời gian 8h một ngày sản
xuất. Khi tiếp xúc với vinyl clorua nồng độ cao thì nó gây chống, mất ổn định
gây hơn mê có thể gây bỏng da nếu tiếp xúc trực tiếp với VCM.
 VCM có mùi đặc thù giống Clorofom (CHCl3).
Ngoại quan: một khí độc khơng màu ở nhiệt độ mơi trường xung quanh, có mùi
ngọt nhẹ ở nồng độ cao.
Bảng 2.1: Tính chất vật lý của VCM

Tính chất

Giá trị, đơn vị đo

Nhiệt độ nóng

-153,71oC

chảy
Nhiệt độ sơi ở 1

-13,8oC

atm
Điểm bốc cháy

472oC

Điểm chớp nháy

-78oC

Nhiệt hóa hơi

75,2 kcal/kg (ở 35oC)

Nhiệt dung riêng

0,4 kcal/kg.độ (ở 35oC)

Độ dẫn nhiệt

0,116 kcal/m.độ (ở 35oC)

Độ nhớt

0,18 cP (ở 35oC)

2.1.1.2. Tính chất hố học
Do chứa liên kết đôi và nguyên tử Clo linh động nên VCM tham gia các phản ứng
sau:
 Phản ứng cộng hợp:
VCM tác dụng với Halogen cho 1,1,2-Triclo Etan ở điều kiện môi trường khô ở
khoảng 140 − 150oC hoặc ở 80oC và có chiếu sáng, xúc tác SbCl3. Khi có xúc tác
FeCl3 hoặc AlCl3 thì VCM phản ứng với HCl:


Cộng với H2:
 Phản ứng trùng hợp tạo PVC:

 Phản ứng thủy phân: Khi nung nóng với kiềm, HCl bị tách ra khỏi VCM tạo

Axetylen:

 Tác dụng với Phenolat hay Ancolat tạo Ete Vinyl:

 Phản ứng tạo hợp chất cơ kim.
 Phản ứng oxi hóa: VCM đốt trong khơng khí tạo thành CO2 và HCl.
2.1.1.3 Bảo quản VCM
Để thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản, VCM thường được nén ở áp suất
khoảng 3 kg/. Tại áp suất này VCM là một chất lỏng trong suốt, khơng màu, có tỉ trọng
0.92g/ml (ở 25). Vinyl clorua cũng có thể bảo quản ở nhiệt độ thấp (-20 và thấp hơn)
trong trường hợp khơng có chất ổn định nếu khơng có và dưới áp suất khí thì có thể
bảo quản ở nhiệt độ thường. Thường thêm vào một lượng khoảng 5 ppm (so với vinyl
clorua) các chất như hydroquinon, tert- butyl pirokatesin khi bảo quản và chuyên chở.
2.1.1.4. Điều chế
a. Từ Axetylen: C2H2
Phương trình phản ứng: CH ≡ CH + HCl → CH2 = CHCl

(1)


Điều kiện phản ứng: p = 4 – 6 atm, t = 200oC, xúc tác HgCl2
Phương pháp này cũng được dùng phổ biến trên thế giới: Quá trình thực hiện liên
tục trong thiết bị tiếp xúc loại ống ở 160 – 200oC. Xúc tác là Thủy ngân Clorua phủ lên
bề mặt than hoạt tính một lượng 10 – 15%. Khí C2H2 và HCl làm sạch, sấy khô cho
vào thiết bị phản ứng. Cho chất xúc tác vào trong các ống của thiết bị phản ứng và
khoảng cách giữa các ống cho dầu tuần hoàn ở nhiệt độ 70 – 130oC.
Nhiệt độ của phản ứng có thể đạt đến 160oC. Hỗn hợp sau phản ứng gồm:
Vinylclorua tạo ra, dicloetan, axetaldehyt, axetilen, HCl được đưa qua thiết bị phun
dùng nước và dung dịch kiềm 10 % để rửa khí mục đích là hấp thụ khí HCl. Sau đó
cho vào tháp sấy bằng KOH rắn rồi qua thiết bị làm lạnh đến -40oC ngưng tụ VCM và

hợp chất có nhiệt độ sơi cao hơn. Sau quá trình ngưng tụ cho qua tháp tinh luyện hoạt
động liên tục để đuổi sạch axetaldehyt, dicloetan và các sản phẩm phụ khác. Sau đó
VCM được tách ra khỏi C2H2 hoà tan ở trong thiết bị chưng cất khác.
b. Từ Etylen: C2H4
Khi đi từ etylen, quá trình sẽ xảy ra theo 2 bước:
Trước tiên là clo hóa etylen để tạo ra 1,2-etylen-diclorua (EDC), tiếp theo là nhiệt
phân EDC thành VCM và axit clohydric (HCl):
CH2 = CH2 + Cl2 → CH2Cl – CH2Cl (2)
CH2Cl – CH2Cl → CH2 = CHCl + HCl

(3)

Như vậy, chỉ một nửa phân tử Clo tham gia vào phản ứng để tạo thành VCM, nửa
còn lại tạo thành HCl. Lượng HCl này đôi khi không có nơi tiêu thụ, địi hỏi phải xử lý
rất tốn kém.
Có nhiều hướng khắc phục vấn đề này. Một trong những hướng đó là sử dụng kết
hợp cả Axetylen và Etylen. Khi ấy, HCl để hydroclo hóa Axetylen, tức là kết hợp các
phản ứng (1), (2) và (3):
CH ≡ CH + CH2 = CH2 + Cl2 → 2 CH2 = CHCl (4)
Ngày nay, do yếu tố kinh tế trong quá trình tổng hợp Axetylen (đi từ than cốc, đá
vơi với bước trung gian là CaC2, cần rất nhiều năng lượng) nên hầu hết các nhà sản


xuất đã sử dụng HCl dư này để oxy - clo hóa Etylen với sự có mặt của xúc tác:
CH2 = CH2 + 2HCl + ½ O2 → CH2Cl–CH2Cl + H2O (5)
Kết hợp cả 3 phản ứng (2), (3) (lấy hệ số 2) và (5) ta có:
2CH2 = CH2 + Cl2 + ½ O2 → 2 CH2 = CHCl + H2O

(6)

Trong quá trình sản xuất VCM từ Etylen và Clo người ta dùng xúc tác là FeCl2 nên
ít tác động đến môi trường hơn so với phương pháp trên. Phản ứng có thể thực hiện ở
cả hai pha: lỏng và khí. Trong pha lỏng người ta dùng chính sản phẩm của phản ứng,
etylendicloetan (EDC), làm dung mơi để hồ tan Etylen và Clo. Phản ứng xảy ra ở 50
− 70oC và áp suất 4 − 5atm. Hiệu suất đạt 95 − 96% so với Etylen. Q trình trong pha
khí được tiến hành ở 90 − 130oC và áp suất 7 − 10atm.Vì đây là phản ứng tỏa nhiệt
mạnh nên việc kiểm soát nhiệt độ phản ứng để tránh xảy ra cháy nổ là rất quan trọng.
Để tránh cháy nổ, người ta thiết kế thiết bị phản ứng dạng ống chùm, cho khí đi qua
khoảng cách giữa các ống chùm đã được làm lạnh bên trong. Ngồi ra cịn có thể dùng
khí trơ để làm giảm khả năng gây nổ hoặc dùng lượng Etylen dư. Do nhiều yếu tố kỹ
thuật thuận lợi như đã nêu nên phương pháp tổng hợp trong pha lỏng thường được áp
dụng rộng rãi hơn.
Tổng hợp VCM được trình bày qua các phản ứng sau:

 Đi Từ acetylen (I)
CH ≡CH + HCl → CH = CHCl
2

(1)

(I)
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi ở một số nước từ những năm 1950. Ngày
nay với sự phát triển của công nghiệp dầu mỏ, hầu hết các nước đã chuyển sang sử
dụng ethylen làm nguyên liệu chủ yếu để sản xuất VCM. Tuy nhiên, trong những năm
gần đây, với việc khủng hoảng năng lượng thường xuyên xảy ra trên thế giới cộng với
sự gia tăng giá cả các phương tiện vận chuyển. Để tận dụng những thuận lợi tại chỗ,
Trung Quốc đã quay trở lại phương pháp này. Tổng sản lượng nhựa PVC của Trung
Quốc năm 2006 là 6.5 triệu tấn trong đó 4.2 triệu tấn là được sản xuất từ nguồn
acetylene, chỉ có 2.3 triệu tấn là đi từ ethylene. Hiện nay, ở Trung Quốc tỉ lệ giữa nhựa

PVC sản xuất từ acetylen và ethylen là 65:35 [4]. Một trở ngại của phương pháp sản
xuất VCM từ acetylen là vấn đề ơ nhiễm mơi trường. Vì q trình này sử dụng xúc tác
là clorua thủy ngân (HgCl2) rất độc hại, mà đến nay chưa có biện pháp xử lý triệt để và
hiệu quả.

 Đi Từ ethylen
Khi đi từ ethylen (II), quá trình sẽ xảy ra theo 2 bước: Trước tiên là clo hóa ethylen
để tạo ra 1,2- ethylen-diclorua (EDC – III), tiếp theo là nhiệt phân EDC thành VCM và
axit clohydric (HCl):
CH = CH + Cl → CH Cl – CH Cl
2
2
2
2
2
(II)

(2)

(III)

CH Cl – CH Cl → CH = CHCl + HCl
2
2
2

(3)

Như vậy, chỉ một nửa phân tử clo tham gia vào phản ứng để tạo thành VCM, nửa

cịn lại tạo thành HCl. Lượng HCl này đơi khi khơng có nơi tiêu thụ, địi hỏi phải xử lý
rất tốn kém.
Có nhiều hướng khắc phục vấn đề này. Một trong những hướng đó là sử dụng
phương pháp kết hợp cả acetylen và ethylen. Khi ấy, HCl để hydroclo hóa acetylen,
tức là kết hợp các phản ứng (1), (2) và (3):
CH ≡CH + CH = CH + Cl → 2 CH = CHCl (4)
2
2
2
2

 Sơ đồ khối của quá trình trên:

Hình 1.1: Quy trình tổng hợp VCM từ acetylen và ethylen


Ngày nay, do yếu tố kinh tế trong quá trình tổng hợp acetylen( đi từ than cốc, đá
vôi với bước trung gian là cacbua canxi – CaC2 - cần rất nhiều năng lượng) nên hầu
hết các nhà sản xuất đã sử dụng HCl dư này để oxy - clo hóa ethylen với sự có mặt
của xúc tác:
CH2 = CH2 + 2HCl + ½ O2 → CH2Cl – CH2Cl + H2O

(5)

Kết hợp cả 3 phản ứng (2), (3) (lấy hệ số 2) và (5) ta có:
2 CH2 = CH2 + Cl2 + ½ O2 → 2 CH2 = CHCl + H2O

(6)

 Sơ đồ của quá trình được thể hiện trong Hình 2:

-

Hình 1.2: Sơ đồ qúa trình sản xuất VCM kết hợp oxyclo hóa ethylene
Nước: khơng q 0.1%

2.1.2. Chất khơi mào [4]
Thông thường người ta sử dụng hỗn hợp chất khơi mào trong đó có một chất có
thời gian bán rã ngắn ở nhiệt độ phản ứng còn chất còn lại có thời gian bán rã cao hơn.
Mục đích là để duy trì sự đồng đều về số lượng của các gốc tự do trong tồn bộ q
trình phản ứng và do đó làm cho q trình diễn ra êm dịu hơn, tránh hiện tượng phát
sinh nhiệt cục bộ và khả năng lấy nhiệt phản ứng ra cũng dễ dàng hơn.
Điều kiện bảo quản: tránh ánh nắng mặt trời và các tạp chất. Bảo quản trong kho
lạnh ở nhiệt độ thấp hơn -15oC, chỉ dùng bình chứa bằng PE và tránh rung động mạnh.
Ở đồ án này em sử dụng hai loại chất khơi mào đó là di 2-ethyl peroxidicarbonate
(Cat-19) và cumyl peroxyneodecanoate (Cat-29).[2]
 Cat-19 (C-19)


Danh pháp: di 2-ethyl peroxidicarbonate
Công thức phân tử: C18H34O6
Trọng lượng phân tử: 346,5 đvC
Cơng thức cấu tạo:

 Đặc tính vật lý và hóa học của C-19:
Là chất lỏng khơng màu, mùi nhẹ có điểm đơng băng: -50oC.
Được sử dụng ở dạng nhũ tương 60% nước.
Do khả năng phân hủy mạnh khi tiếp xúc kim loại, nhiệt, ánh sáng sinh ra khí CO,
CO2 và gây nổ nên cần bảo quản trong kho lạnh ở nhiệt độ dưới -15oC và chứa trong
bình bằng nhựa.

Điểm chớp cháy: 216oC (cốc hở), điểm bắt lửa: 382oC
Ảnh hưởng đến khả năng sinh nở và trẻ sơ sinh. Có nguy cơ gây ung thư.
 Cat-29 (C-29)
Danh pháp: cumyl peroxyneodecanoate
Công thức phân tử: C19H30O3
Trọng lượng phân tử: 306,4 đvC
Cơng thức cấu tạo:

Đặc tính vật lý và hóa học của C-29: tương tự C-19
Bảng 2.2: Tính chất chính của chất khơi mào
Material

Molecular

T1/2 at 1


W (g/mol)

hr. (oC)

C-19

346.5

64

C-29

306.4

56

Ngồi ra, chúng ta có thể sửa dụng chất khơi mào là Peroxit Benzoil.
Công thức cấu tạo:

CO OC
O

O

Benzoyl peroxide (BPO) là chất khơi mào peroxide hữu cơ quan trọng nhất cho
đến nay. Nó bao gồm hai nhóm benzoyl liên kết với nhau bởi peroxide. BPO dễ dàng
dẫn đến quá trình phân hủy đối xứng (đồng phân), tạo thành hai gốc benzoyloxy. Hai
đoạn có các điện tử chưa ghép đôi được gọi là chất khơi mào gốc tự do. Sau sự hình
thành của nó, các gốc tự do khơi mào phản ứng với một đơn vị monomer, do đó tạo ra
các chuỗi polymer[5].
BPO là chất rắn màu vàng nhạt, dễ bắt lửa và nổ khi va chạm mạnh, cọ xát hay
hơ nóng, có thể bốc cháy khi lẫn H2SO4. Vì vậy POB cần được vận chuyển và bảo
quản tốt. Mục đích của việc sử dụng chất khơi mào: Chất khơi mào được sử dụng với
mục đích tạo ra các gốc tự do khơi mào cho phản ứng polymer hóa. Thời gian và nhiệt
độ phân hủy tạo gốc tự do là yếu tố quan trọng cho việc lựa chọn chất khơi mào đối
với từng loại PVC. Ở đây chất khơi mào thứ cấp có nhiệt độ và thời gian phân hủy lớn
hơn so với chất khơi mào sơ cấp.
Đối với những loại PVC có khối lượng phân tử cao, nhiệt độ trùng hợp thấp ta
chỉ cần sử dụng một chất khơi mào sơ cấp cho suốt quá trình phản ứng. Trong khi đó,
khi trùng hợp những sản phẩm PVC có khối lượng phân tử thấp ta sử dụng hỗn hợp cả
hai loại chất khơi mào, vì nhiệt độ trùng hợp những loại này cao làm tăng sự phân hủy
chất khơi mào, tăng tốc độ polymer hóa và tốc độ chuyển mạch nên càng về cuối phản
ứng lượng gốc tự do sẽ thiếu hụt. Lúc này chất khơi mào thứ cấp đóng vai trị bổ sung

gốc tự do cho quá trình phản ứng. Như vậy quá trình phản ứng xảy ra được ổn định,
êm dịu và dễ kiểm sốt q trình phản ứng.
2.1.3. Nước khử khống
Nước sử dụng cho q trình trùng hợp là nước đã được xử lý khử khoáng, tách bỏ
các tạp chất cơ học và loại bỏ các ion để tránh gây ảnh hưởng đến phản ứng trùng hợp
cũng như tính chất dẫn điện của sản phẩm.
Nước cấp từ khu công nghiệp được nhận vào bể nước thơ, sau đó, nước từ các bể
chứa được đưa qua thiết bị xử lý sơ bộ chứa sỏi, than hoạt tính và Silica nhằm tách các
cặn bẩn có kích thước nhỏ hơn. Sau đó nước được cho qua xử lý bằng nước Javel để
làm sạch. Nước sau khi xử lý được lưu trữ trong bể nước đầu tiên. Nước sau khi lọc
được sử dụng như nước công nghiệp (IW), nước chữa cháy và rửa thiết bị...Nước sinh
hoạt được lấy từ bể IW đầu tiên cho qua lọc tinh một lần nữa rồi cho vào bể nước sinh
hoạt.
Nước công nghiệp được đưa qua 2 cột trao đổi ion để tạo ra nước khử khoáng (nước
tinh) bằng các loại nhựa trao đổi ion. Nước tinh khiết được đưa về bồn chứa để cung
cấp cho quá trình sản xuất.
Nước dùng cho sản xuất (DW) tương ứng với mỗi mẻ sẽ được bơm từ bồn chứa này
qua một thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ của nước lên 40ºC. Mục đích của q
trình này là giảm thời gian gia nhiệt trong thiết bị phản ứng và do đó sẽ làm tăng hiệu
suất sử dụng thiết bị phản ứng, rút ngắn chu kì sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế.
Nước tinh khiết cũng được dùng để cung cấp cho quá trình chuẩn bị các nguyên
liệu, rửa các đầu nạp liệu và bổ sung trong quá trình phản ứng để giữ cho mức chất
lỏng trong thiết bị phản ứng không đổi.
 Nước được sử dụng với các vai trị sau:
Làm dung mơi và mơi trường phân tán VCM, dưới tác dụng của cánh khuấy và
chất ổn định VCM bị phá vỡ thành các giọt monomer có kích thước khoảng 150m,
tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng.
Một lượng nước lấp đầy khoảng trống giữa các giọt monomer và các hạt polymer

tạo thành làm cho khoảng cách giữa các giọt và các hạt rộng ra. Do đó làm cho độ nhớt


của hỗn hợp giảm xuống giảm trở lực khuấy, tăng mức độ đồng đều cho q trình
trùng hợp. Ngồi ra nó cịn hạn chế được hiện tượng kết dính nhau của các hạt PVC
tạo thành, nghĩa là nó ổn định trạng thái huyền phù.
Ngồi ra nước cịn được dùng để làm chất tải nhiệt cho phản ứng, hạn chế được
hiện tượng nhiệt cục bộ.
2.1.4. Chất ổn định huyền phù
Trong quá trình phản ứng, khi monomer được phân tán thành các giọt nhỏ, các giọt
này kém ổn định và có xu hướng kết tụ lại với nhau làm giảm hiệu quả trùng hợp, khó
kiểm sốt độ nhớt và kích thước sản phẩm. Do đó, chất ổn định huyền phù được sử
dụng để hấp thụ lên bề mặt phân chia pha giữa nước và các giọt monomer, bảo vệ và
giữ cho các giọt monomer lơ lững trong nước, tránh sự kết tụ giữa các giọt. Bên cạnh
đó, càng về cuối q trình phản ứng các giọt dần chuyển sang trạng thái nhầy sệt tạo
thành các hạt polymer và độ nhớt của hỗn hợp tăng cao. Lúc này nếu khơng có chất ổn
định huyền phù thì các hạt polymer có xu hướng kết tụ lại với nhau, nhất là vùng mà ít
chịu tác động của cánh khuấy. Sự kết tụ các hạt polymer tạo thành tảng làm cản trở
quá trình khuấy và giảm hiệu quả truyền nhiệt mất khả năng kiểm soát nhiệt độ của
hỗn hợp phản ứng.
Trong hỗn hợp phản ứng chất ổn định huyền phù tiến tới bề mặt ranh giới giữa hai
pha làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha. Một số chất ổn định huyền phù thường
được sử dụng như keo gelatin các loại polyvinyl ancol (PVA), polyvinyl axetat (PVAx)
… Trong đó PVA vẫn được sử dụng nhiều hơn cả.
Trong đề tài này em chọn loại phụ gia sơ cấp AG-1 và phụ gia thứ cấp AG-2 để làm
chất ổn định huyền phù. AG-1 là PVA và AG-2 là Copolymer của PVA và PVAx.
AG-1 có số nhóm −OH trong mạch đại phân tử cao hơn so với AG-2 (độ trùng hợp
n2000), AG-1 có độ hịa tan trong nước lớn, mục đích của nó là hấp phụ lên bề mặt
phân chia pha giữa các giọt monomer và nước để tạo hệ huyền phù đồng đều và do đó
sẽ tạo ra được nhựa có kích thước đồng nhất. AG-1 được sử dụng dưới dạng dung dịch

5%.
 Công thức phân tử:


 Tên gọi: Agent-1.
 Độ trùng hợp: n = 2000.
 Thông số vật lý:
Độ nhớt dung dịch 4%: =32,0  38,0 cP (ở 20oC).
Độ xà phịng hóa: 78,5  81,5% mol.
Thành phần dễ bay hơi: 5,0%.
Hàm lượng tro: 1,0%.
Điều kiện sử dụng: Nhiệt độ phịng.
AG-2 có số nhóm −OH trong mạch đại phân tử thấp hơn so với AG-1 (n  700), và
cịn có các nhóm –OCOCH3 để hạn chế khả năng tan trong nước và tăng khả năng
phân tán trong các giọt monomer, AG-2 đưa vào sẽ phân tán vào bên trong các giọt
monomer nhằm điều khiển cấu trúc xốp của các hạt PVC, điều này được rút ra từ
những nghiên cứu của nhà cung cấp. AG-2 được sử dụng ở dạng dung dịch 7%.
 Công thức cấu tạo:

 Tên gọi: Agent-2.
 Độ trùng hợp: n = 700.
 Thông số vật lý:
Độ nhớt dung dịch (4%): 5,4  0,4 cP (ở 20oC).
Độ xà phịng hóa: 71,0  1,5% mol.
Thành phần dễ bay hơi: 3,0%.
Hàm lượng tro: 1,0%.
Điểm nóng chảy: 150 – 2000C


Điểm cháy: 4400C

Nhiệt dung riêng: 0,4cal/g.0C
 Điều kiện sử dụng: Nhiệt độ phịng.
Bảng 2.3: Thành phần của AG-2
Thành phần

% khới lượng

Polyvinyl alcohol

Tối thiểu 94%

Natri acetate

Tối đa 1,5%

Methanol

Dưới 3%

Methyl acetate

Tối đa 2%

Nước

Tối đa 5%

 Mục đích chất ổn định huyền phù được dùng là:
Chức năng chính của AG-1 là điều khiển kích thước hạt, nhưng cũng ảnh hưởng đến
độ xốp và tính chất morphology.

Chức năng chính của AG-2 là giảm tối đa lượng VCM và hấp thụ tốt hơn chất hóa
dẻo cho nên độ xốp phải đồng nhất trên các hạt.
2.1.5. Dung dịch đệm
Q trình trùng hợp khơng thể tránh khỏi sự hình thành HCl, ngồi ra một số chất
khơi mào khi phân huỷ tạo ra một số axit. Quá trình này xảy ra ngồi sự kiểm sốt, khi
pH thay đổi thì xảy ra hiện tượng vận tốc phản ứng giảm do HCl sinh ra tác dụng với
gốc tự do trong hệ phản ứng, thậm chí làm tắt phản ứng. Vì vậy mà trong hệ phản ứng
người ta cho thêm vào một số muối vô cơ NaHCO3, Na2CO3 hoặc dung dịch kiềm
lỗng. Sự có mặt của các muối này sẽ duy trì pH của hỗn hợp ln lớn hơn 7.
2.1.6. Chất ổn định nhiệt (AD-5)
Tác dụng của AD-5 là tăng cường khả năng ổn định nhiệt của mạch PVC. Tác dụng
ổn định nhiệt của AD-5 chủ yếu là ở trong quá trình xử lý sản phẩm sau khi trùng hợp
như ở các giai đoạn thu hồi, tách nước, sấy tiến hành ở 100  110oC. Cịn trong q
trình trùng hợp, phản ứng chỉ xảy ra ở nhiệt độ 55  58oC nên ảnh hưởng không đáng
kể đến mạch phân tử PVC.


Tên gọi: Octadecyl 3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyl phenol propionate ).
Công thức phân tử:C35H50O3.
Công thức cấu tạo:[3]


-

Tính chất vật lý và hóa học của AD-5:
Không mùi, tồn tại ở dạng nhũ tương, màu trắng.
Điểm nóng chảy: 49 − 54oC.
Điểm sơi: 100oC.
Khơng tan trong nước.
Hàm lượng chất không bay hơi: 50,0  1,5% khối lượng.

Độ nhớt ở 25oC: 300 cP (lớn nhất).
Độ pH dung dịch AD-5 (10% với nước): 7 1,5.
Điều kiện sử dụng: Trạng thái nhũ tương.

2.1.7. Chất ngắt mạch phản ứng (AD-3)
Mục đích của nó cho vào nhằm làm ngừng phản ứng đang xảy ra ở áp suất tháo liệu
(6,0 kg/cm2) và ổn định pH của hỗn hợp huyền phù.
Tên gọi: 2,2-Diphenylol propane.
Công thức phân tử: HOC6H4 – C3H6 - C6H4OH.
Công thức cấu tạo:[3]


-

Tính chất vật lý và hịa học của AD-3:
AD-3 ở dạng bột màu trắng, có mùi phenol nhẹ
Điểm nóng chảy: 156,6oC,
Điểm sơi: 217oC.
Khả năng hồ tan trong nước rất kém, tan trong rượu và dung dịch kiềm pha
loãng 150,5 g/100g etanol. Loại này thường sử dụng dưới dạng dung dịch 10%

-

trong NaOH.
Điểm chớp cháy: 79.4oC (cốc kín), 212.78oC (cốc hở).


-

Có tác động xấu đến da, gây kích ứng mắt, phổi khi tiếp xúc hay hít phải. Có

thể gây độc cho máu, thận và tủy sống khi bị phơi nhiễm trong thời gian dài.

 Biện pháp phịng ngừa, ứng phó khi có sự cố xì tràn AD-5, AD-3 [4]
Phải chứa trong bồn kín, thơng gió, nơi tồn trữ cách xa nguồn nhiệt và các hợp chất
có khả năng oxi hóa. Trang bị trang phục và đồ bảo hộ phù hợp khi làm việc với hóa
chất, tránh tiếp xúc trực tiếp với mắt, đường thở hay đường tiêu hóa.
Khi xảy ra cháy, có thể sử dụng hóa chất khơ, bọt, nước hay CO2 để dập lửa.
Khi tràn đổ hoặc rò rỉ ở mức nhỏ: ùng các cơng cụ thích hợp để chuyển hóa chất
vào các bồn thải. Dùng nước phủ lên khu vực bị rò rỉ để làm sạch khu vực.
Khi tràn đổ, rị rỉ ở quy mơ rộng:
 Dùng xẻng để chuyển hóa chất vào các bồn thải. Dùng nước phủ lên khu vực bị
rò rỉ để làm sạch khu vực và cho phép thải ra kênh thoát nước.
 Sơ cứu: nếu tiếp xúc với mắt, rửa bằng nước trong 15 phút. Nếu tiếp xúc với da,
nên rửa bằng nước hoặc xà phòng diệt khuẩn. Hầu hết các trường hợp sau khi sơ cứu,
dù nặng hay nhẹ đều nên đưa đến cơ sở y tế để kiểm tra.
2.1.8. Chất bảo quản
Chất này được sử dụng với mục đích ngăn khơng cho phản ứng tự trùng hợp xảy ra
trong quá trình thu hồi, làm tinh VCM trong bồn chứa. Ở đây ta sử dụng hợp chất có
tên là thương mại là Inhibitor-1 (INH-1).
Cơng thức phân tử: (CH3)3C—C6H3(OH)2.
Cơng thức cấu tạo:[3]

 Tính chất vật lý và hóa học của INH-1:
Là dạng bột trắng hoặc nâu vàng có mùi như phenol, dễ cháy. Có khả năng hịa tan
trong methanol, clorinatic và hydrocarbon.
-

Tỷ trọng: d = 1,048

-

Điểm chớp cháy: 129oC.
Điểm đánh lửa: 160oC.
Nguy hiểm đến sức khỏe: hóa chất này là chất gây kích ứng và nhạy cảm với da

và gây ra một số phản ứng da nghiêm trọng. Đó là gây khó chịu cho mắt. Số lượng đủ
lớn có thể hấp thụ qua da và gây ngộ độc da.
2.1.9. Chất dập tắt phản ứng khẩn cấp
Chất này được sử dụng với mục đích ngăn khơng cho phản ứng tiếp tục xảy ra
trong trường hợp có sự cố cắt điện hoặc áp suất bên trong thiết bị tăng lên đột ngột mà
ta khơng thể kiểm sốt được quá trình, dễ xảy ra nguy cơ cháy nổ. Ở đây ta sử dụng
hợp chất có tên thương mại Inhibitor-3 (INH-3) hay -metyl styrene.
Công thức phân tử: C6H5—C(CH3)=CH2
Công thức cấu tạo:
CH3
C
CH2
Tính chất vật lý: trọng lượng riêng d = 0,906 g/cm3 ở 20oC, độ nhớt 94 cP ở 20oC,
điểm nóng chảy -23,21oC, điểm sơi là 162oC, điểm bắt cháy là 53,9oC, giới hạn nổ là
0,9% thể tích trong khơng khí.
Điều kiện sử dụng: được sử dụng ở dạng dung dịch khơng màu.
 Biện pháp phịng ngừa, ứng phó khi có sự cố xì tràn INH-1, INH-3 [4]
Các hóa chất này cần được lưu trữ, bảo quản cẩn thận. Khi bị xì tràn hoặc rị rỉ,
phải được thu gom, làm sạch kịp thời để tránh gây ô nhiễm môi trường.
 Quần áo bị ô nhiễm nên được loại bỏ kịp thời, triệt để và giặt trước khi sử
dụng lại.
 Nên đeo mặt nạ bảo hộ, kính, giày, và găng tay bảo vệ.
 Sơ cứu: Nếu tiếp xúc trên da nên được rửa sạch ngay với nước và xà phòng.
Trong trường hợp tiếp xúc với mắt rửa nhiều nước với ít nhất 15 phút và cần

được chăm sóc y tế.