Bài tập lớn công nghệ sản xuất polystyren

Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 1










Tiểu luận
Công nghệ sản xuất Polystyren
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYSTYREN
I, Tính Chất Của Polystyren (PS)
PS thuộc nhóm nhiệt dẻo tiêu chuẩn, gồm có PS và PVC (poly vinylclorua).
PS cứng, trong suốt với độ bóng cao, không mùi, không vị. Khi cháy có nhiều
khói, giá thành rẻ, dễ gia công bằng phương pháp ép và đúc dưới áp suất.
Dưới 100
o
C, nguyên liệu PS đóng rắn lại giống như thủy tinh với nồng độ
thích hợp. PS có tính điện môi tốt, bền với nhiều hóa chất khi sử dụng, chịu
nước tốt. PS không phân cực do đó bền với các hóa chất phân cực và phân cực
mạnh.
Vì có nguyên tử H ở C bậc 3 linh động nên H này dễ tham gia phản ứng oxi
hóa vì thế PS nhanh bị lão hóa trong không khí khi có ánh sáng trực tiếp.Vòng
benzen có thể tham gia phản ứng sunfo hóa, nitro hóa… dùng để sản xuất nhựa

trao đổi ion như cationit axit mạnh.
Khối lượng riêng d = 1,05  1,1 g/cm
3

Chỉ số chảy MI: 1 8 g/10 phút
Độ bền kéo đứt: 400  450 kg/cm
2

Tính chất PS huyền phù

Dung dịch

Khối

Nhũ tương

Giới hạn bền uốn, [kg/cm
2
] 816 875 800 900
Độ bền va đập, [kg/cm/cm
2
] 14,7 15 15 180
Độ bền nhiệt (Mactanh), [
o
C]

80 80 80 80
Độ thẩm điện môi  (điện thế

xuyên thủng), (10

6
hex)

2,6 2,6 2,6 2,6
PS có thể tái chế và sử dụng lại trong nhiều lĩnh vực. Nhiệt độ nhiệt dẻo của
PS khoảng 80 - 100
o
C nên trong việc tái chế trực tiếp, ta chỉ việc cắt và làm vụn
ra thành những mảnh nhỏ sau đó được nhiệt dẻo, đem xử lý đóng khuôn để hoàn
tất sản phẩm. Ngoài ra trong một số trường hợp ta còn sử dụng phương pháp
nhiệt phân hoặc phương pháp phân giải bởi Hydrocracking. Sản phẩm của quá
trình là monome được sử dụng như nguyên liệu đầu trong công nghiệp hóa chất
dầu mỏ. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường.
Một số yêu cầu sử dụng mang tính không thể thiếu như sự cân bằng quang
học tốt hơn, độ cứng, bền với hóa chất và nhiệt độ tốt, độ bền cao và xử lý linh
hoạt, màu sắc… rất phù hợp với PS. Vì vậy nó có ứng dụng rất rộng rãi trong
thực tế. Tuy nhiên PS có một nhược điểm rất lớn là chúng khá giòn, vì thế đã
làm giảm một phần phạm vi ứng dụng của nó.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 3

II, Cấu Tạo Của Polystyren (PS)
Qua nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau, đặc biệt là phương pháp nhiệt
phân PS thì thấy rằng PS có cấu trúc đầu nối đuôi.

PS ở nhiệt độ phản ứng không cao thì ít tạo nhánh và nhánh bé.
III, Phân Loại Và Ứng Dụng Của Polystyren (PS)
Theo cấu trúc, thông thường PS được chia thành 3 loại sau:
- PS tinh thể (GPPS)
- PS chịu va đập (HIPS)

- PS xốp (EPS)
1. PS tinh thể (GPPS)
PS tinh thể thường được sử dụng cho các mục đích thông dụng (GPPS), có
khối lượng phân tử lớn (Mw = 2 - 3 x10
5
), mang tính nhiệt dẻo rõ ràng đó là
cứng, bền, không mùi, không vị. Là chất dễ tác động bởi nhiệt, ổn định nhiệt,
trọng lượng riêng thấp, và có giá thành thấp là do chi phí rất thấp của phân
xưởng có sử dụng khuôn đúc, ép, màng mỏng. Ngoài ra vật liệu PS có tính chất
nhiệt và tính điện tốt, đây là lý do mà chúng được sử dụng như vật liệu cách
điện rẻ tiền.
Về phương diện thương mại thì PS tinh thể được gia công và chế biến bằng
một loạt công nghệ. Ứng dụng của PS tinh thể được trình bày dưới đây:
PS TINH THỂ (MỤC ĐÍCH THÔNG DỤNG)
Đúc khuôn kiểu phụt Ép khuôn Ứng dụng mới
- Làm vỏ bao bì - làm vỏ bao bì - lắp kính
- Hộp lọ đựng mỹ phẩm - thùng catton - chiếu sáng
- Đồ chơi mới lạ - khay đựng thịt gia cầm -vật trang trí nhà

- Trang sức giả - hộp đựng thực phẩm ăn nhanh
- Cánh quạt/tán đèn - PS định hướng
- Đồ nhựa rắn - hộp xốp
- Các mặt hàng văn phòng phẩm - bao bì thực phẩm
- Hộp đựng loa
- Dụng cụ văn phòng
- Dây quay dĩa máy tính
- Vật dụng y tế
- Chai lọ
- Pipet
- Bút bi

- Vòng hạt
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 4

2. PS chịu va đập (HIPS)
Chất đàn hồi được trộn vào polystyrene, chủ yếu để làm tăng tính bền cơ
học. Kết quả là tạo ra vật liệu thường được gọi là PS chịu va đập (HIPS) và có
giá trị cho nhiều thứ khác nhau. Chất đàn hồi Polybutadiene có cấu trúc lập thể
điều hòa được sử dụng để điều chỉnh tính chịu va đập. Độ bền, tính chịu va
đập, độ trong, và các công nghệ chế biến khác nhau có ảnh hưởng tới hình
dáng sợi và sự phân tán trong pha nền polymer.
Polystyrene chịu va đập có thể được xử lý một cách dễ dàng bởi các công
nghệ chế biến nhiệt dẻo thông thường gồm công nghệ màng, công nghệ tấm và
các công nghệ: ép biên, ép nóng, đúc phun, đúc phun áp lực, và đúc thổi cấu
trúc.
Các ứng dụng khác nhau của HIPS được liệt kê dưới đây:
* Bao bì dập nóng
- Đựng thức ăn nhanh
- Cốc và nắp đậy
- Hộp đựng nước ép trái cây
và các sản phẩm sữa
* Ứng dụng công nghiệp
- Đường ống cho tủ lạnh
- Các bộ phận của máy
điều hòa không khí
- Cáp nối TV/băng ghi âm
- Đồng hồ treo tường
- Phụ kiện đồ điện
- Đĩa video và băng catset
- Đồ chơi, gót giày…

3. PS xốp (EPS)
PS xốp là thuật ngữ chung để chỉ PS,và copolyme styrene được tạo ra như
một hợp chất với các chất tạo khí và các phụ gia khác, nó có thể được chế biến
thành các sản phẩm xốp có tỷ trọng thấp. Các loại vật liệu EPS có thể chế tạo
các sản phẩm như cốc cà phê, giảm sóc cho ô tô. Mục đích chính của EPS là
chế tạo ly dùng 1 lần, vỏ chống rung và vật liệu cách nhiệt.

Do có ứng dụng rộng rãi trong sinh hoạt cũng như trong công nghiệp,
polystyren đã trở thành vật liệu quan trọng và thiết yếu đối với cuộc sống con
người. Việc nghiên cứu các công nghệ mới nhằm đẩy mạnh sản xuất polystyren
để chế tạo ra các vật phẩm ngày càng được quan tâm và phát triển.
* Đồ gia dụng/ đồ dùng văn phòng
- Chỗ ngồi toilet và phụ kiện
phòng tắm
- Vỏ bọc gương
- Mái che
- Đồ dùng nhà bếp
- Cán chổi lông và các vật
dụng vệ sinh khác
- Các bộ phận của máy ảnh

Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 5

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYSTYREN
Phần 1: Nguyên Liệu Và Các Phương Pháp Sản Xuất PolyStyren
I. Nguyên Liệu
Nguyên liệu để sản xuất Polystyren (PS) là Styren.
- CTPT: C
8

H
8
- CTCT:

 Styren rất dễ trùng hợp vì có nối đôi và vòng thơm, trong quá trình bảo
quản nên hạn chế tiếp xúc với ánh sáng, oxy, nhiệt độ. Thông thường khi bảo
quản ta cho 0,5  1,5% khối lượng hydroquinon vào làm chất ức chế trùng hợp.
1, Tính chất vật lý của Styren
- Styren là một chất lỏng trong suốt, không màu đến hơi vàng có mùi hắc,
khúc xạ ánh sáng mạnh.
- Khối lượng riêng ở 25
o
C: d = 0,9045 g/cm
3
- Độ nhớt (25
o
C):  = 0,7 cP
- Nhiệt độ sôi: t
s
= 145,2
o
C
- Nhiệt độ nóng chảy: t
nc
= -30,63
o
C
- Nhiệt độ bùng cháy: t
bc
= 34

o
C
- Nhiệt hóa hơi: 86,9 kcal/mol
- Nhiệt trùng hợp: 16,5 kcal/mol
- Giới hạn cháy nổ trong không khí (%V): 1,1  6,1
- Độ co thể tích khi trùng hợp: 17%
2, Điều chế Styren
* Styren có thể được thu từ hai nguồn:
2.1 Từ sản phẩm Cracking và chưng cất dầu mỏ, khí hóa than cốc.
2.2 Bằng con đường tổng hợp.
2.2.1 Dehydro hóa trực tiếp Etylbenzen

Các điều kiện của PƯ:
T = 550  650
o
C, P = 0,1  0,3 Mpa

Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 6

Hệ xúc tác hiện đại gồm 5 cấu tử: cấu tử hoạt động (Fe
2
O
3
); chất ổn
định (Cr
2
O
3
, Al

2
O
3
, MgO); chất ức chế tạo cốc (K
2
O); chất khơi mào
(CuO, V
2
O
5
, AgO) và chất kết dính (Aluminat canxi).
 Tùy thuộc vào loại xúc tác sử dụng, quá trình có thể tiến hành trong
điều kiện đẳng nhiệt hoặc đoạn nhiệt.
Về mặt công nghệ, quá trình Dehydro hóa đẳng nhiệt khó thực hiện hơn
quá trình đoạn nhiệt, vì phải sử dụng thiết bị phản ứng loại ống chùm với
dòng trao đổi nhiệt tuần hoàn ở ngoài ống. Tuy nhiên quá trình này có ưu
điểm: nhiệt độ nguyên liệu đầu thấp hơn, tỉ số hơi nước/nguyên liệu đầu
thấp hơn so với quá trình đoạn nhiệt.
2.2.1.1 Dehydro hóa đoạn nhiệt

Hình 1: Sản xuất Styren bằng công nghệ Dehydro hóa đoạn nhiệt
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 7

Thuyết minh sơ đồ:
* Etylbenzenen mới và etylbenzen tuần hoàn được bốc hơi, trộn với 10%
hơi nước (vì trong lớp xúc tác, nhiệt độ phản ứng giảm 1
o
C khi độ chuyển
hóa tăng 1%, do vậy để thu được độ chuyển hóa cao phải thêm đáng kể một

lượng hơi nước ở nhiệt độ cao), gia nhiệt đến 530  550
o
C và đưa vào
TBPƯ. 90% lượng hơi nước còn lại được gia nhiệt lên 800
o
C và đưa vào
TBPƯ để nâng nhiệt độ lên 650
o
C, phản ứng Dehydro hóa bắt đầu xảy ra ở
nhiệt độ này. Khí sản phẩm ra khỏi TBPƯ có nhiệt độ 590  600
o
C được
làm lạnh nhanh chóng trong thiết bị làm lạnh bằng nước, nhiệt của khí sản
phẩm được dùng để sản xuất hơi nước áp suất trung bình, sau đó khí sản
phẩm tiếp tục làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí.
* Sản phẩm sau khi được làm lạnh và ngưng tụ, được đưa vào thiết bị lắng
tạo thành 3 pha:
- Pha khí giàu Hydro, CO, CO
2
, Hydrocacbon nhẹ (Metan, Etylen,…)
sau khi được nén, hóa lỏng phân đoạn nặng, được sử dụng làm nhiên
liệu.
- Pha nước giàu Hydrocacbon thơm được đưa vào tháp tách, benzen và
toluen được hồi lưu.
- Pha hữu cơ chủ yếu chứa Styren và Etylbenzen được đưa sang bộ phận
tách.
* Xử lý sản phẩm Dyhdro hóa
Sản phẩm dehydro hóa có chứa 50% styren được đưa vào bốn tháp chưng
cất lần lượt thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Thu styren thô ở đáy tháp thứ nhất (70 đĩa):

Do etylbenzen và styren có nhiệt độ sôi rất gần nhau và styren có
khuynh hướng dễ dàng trùng hợp (ngay cả trong điều kiện chân không),
nên quá trình tách styren thô khỏi etylbenzen phải được thực hiện trong
các điều kiện sau:
+ Số đĩa lớn (60 – 70 đĩa) và chỉ số hồi lưu cao (6).
+ Thực hiện trong điều kiện chân không (7 30kPa) để giảm nhiệt độ
đáy tháp xuống dưới 108
o
C và tăng độ bay hơi tương đối.
+ Có mặt chất ức chế trùng hợp (lưu huỳnh hoặc dinitrophenol)
+ Độ giảm áp trong thiết bị ngưng tụ và trong các đĩa thấp.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 8

- Tinh chế styren để thu styren thương phẩm: Tháp tinh chế styren khỏi
vết của etylbenzen và hydrocacbon nặng đòi hỏi điều kiện mềm hơn: 20 đĩa,
nhiệt độ đỉnh tháp 50
o
C, đáy tháp 105
o
C, tương ứng với áp suất 10 và 20kPa,
có sử dụng chất ức chế. Styren thu được có độ sạch 99,7 – 99,8%.
- Thu hồi etylbenzen chưa phản ứng, tuần hoàn lại thiết bị dehydro hóa
(60 đĩa): quá trình thực hiện trong tháp chưng ở áp suất khí quyển với nhiệt
độ đáy tháp 140
o
C.
- Xử lý phân đoạn nhẹ: tách benzen và toluen trong tháp chưng ở áp suất
khí quyển, nhiệt độ đáy tháp 115
o

C (20 đĩa), benzen được tuần hoàn lại thiết
bị ankyl hóa.
* Lưu huỳnh và nitrophenol được sử dụng làm chất ức chế trùng hợp trong
quá trình chưng cất styren, còn tert-butyl-4-catechol hoặc hydroquinon được
sử dụng làm chất ức chế trong quá trình bảo quản styren.
2.2.1.2 Dehydro hóa đẳng nhiệt

Hình 2: Công nghệ BASF sản xuất styren bằng quá trình
Dehydro hóa đẳng nhiệt
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 9

Quá trình sử dụng khí khói làm chất tải nhiệt. Hỗn hợp etylbenzen và hơi
nước được gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt với dòng khí sản phẩm và khí
khói. Khí khói sau khi trao đổi nhiệt có nhiệt độ 375
o
C được gia nhiệt trong lò
đốt. Thiết bị phản ứng có các ống chứa xúc tác có chiều dài 2,5  4 m, đường
kính 10  20 cm.
2.2.2 Đồng sản xuất Propylen oxyt và Styren
a, Lý thuyết
Quá trình bao gồm 4 giai đoạn:
(a) Oxy hóa pha lỏng Etylbenzen thành Hydroperoxyt với sản phẩm
phụ là Axetophenon và Phenyl-1-etanol:
C
6
H
5
– CH
2

– CH
3
+ O
2
 C
6
H
5
– CHOOH – CH
3
- Phản ứng tỏa nhiệt, không sử dụng xúc tác. Tuy nhiên, cần sử dụng
các hợp chất có tính kiềm (như CaCO
3
hoặc CaCO
3
) để trung hòa axit
tạo thành và ngăn cản sự phân hủy hydropeoxyt.
- T
pu
= 125  155
o
C; P = 1,5 MPa để duy trì môi trường phản ứng trong
pha lỏng.
(b) Epoxy hóa Propylen trong pha lỏng với sự có mặt có mặt của xúc tác
đồng thể (Molypden Naphtenat), hoặc xúc tác dị thể (các oxyt kim loại
như Mo, V, Ti mang trên SiO
2
).

(c) Hydro hóa hydropeoxyt còn lại và sản phẩm phụ axetophenon thành

phenyl -1- etanol.
C
6
H
5
– CO – CH
3
+ H
2
 C
6
H
5
– CHOH – CH
3
Quá trình xảy ra ở nhiệt độ 120  150
o
C, áp suất 1 Mpa, sử dụng xúc
tác oxyt Cu, Cr, Ni mang trên SiO
2
.
(d) Dehdrat hóa phenyl -1 etanol thành styren
C
6
H
5
– CHOH – CH
3

 C
6
H
5
– CH = CH
2
+ H
2
O


Quá trình xảy ra trong pha khí ở T = 250
o
C, P = 0,2  0,3 Mpa, với
xúc tác axit (10  15% trọng lượng mang trên TiO
2
hoặc Al
2
O
3
).
b, Công nghệ
Công nghệ sản xuất styren và propylen oxyt từ etylbenzen và propylen
bao gồm các giai đoạn sau: Oxy hóa, Epoxy hóa, Hydro hóa, Dehydrat hóa.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 10


Hình 3: Công nghệ Oxyran sản xuất Styren và Propylen oxyt từ
Etylbenzen và Propylen

- Oxy hóa: Etylbenzen được oxy hóa với không khí trong pha lỏng. Quá
trình được tiến hành trong các TBPƯ tháp sủi bọt rỗng đặt nối tiếp, nhiệt
độ trong các thiết bị giảm dần, thời gian lưu trong mỗi thiết bị khoảng 1
giờ. Nhiệt phản ứng được tách bằng cách bay hơi một phần pha lỏng, sau
đó được ngưng tụ và hồi lưu. Sản phẩm thu được chứa 10  12% trọng
lượng hydropeoxyt. Nồng độ hydroperoxyt có thể được tăng lên 17% trong
thiết bị bay hơi, etylbenzen thu hồi được tuần hoàn lại vùng phản ứng.
- Epoxy hóa: Quá trình được tiến hành trong các TBPƯ đặt nối tiếp,có
các thiết bị trao đổi nhiệt trung gian để tách nhiệt phản ứng. thời gian lưu
khoảng 1,25 giờ. Propylen dư được thu hồi trong 2 thiết bị tách propan và
được hồi lưu lại thiết bị epoxy hóa. Các sản phẩm oxygenat và etybenzen
chưa phản ứng được thu hồi trong tháp tách thứ hai được chưng cất chân
không để tách propylen oxyt và các cấu tử nhẹ ở đỉnh tháp. Các cấu tử nhẹ
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 11

như axetaldehit được tách bằng chưng cất đơn giản, metyl format được tách
bằng chưng cất trích ly với etylbenzen. Etylbenzen được làm sạch và tuần
hoàn. Propylen oxyt được tiếp tục làm sạch để thu được PO thương phẩm.
- Hydro hóa: Sản phẩm đáy của tháp chưng cất chân không được đưa
vào thiết bị hydro hóa để tách hydropeoxyt chưa phản ứng và chuyển hóa
axetophenon. Etylbenzen chưa phản ứng và phenyl -1- etanol được tách ra
khỏi sản phẩm hydro hóa trong 2 tháp chưng cất tiếp theo.
- Dehydrat hóa: Rượu thu được được dehyrat hóa trong các thiết bị
dehydrat hóa đặt song song. Nước tạo thành được ngưng tụ, lắng và tách
trong thiết bị lắng. Phenyl -1- etanol chưa phản ứng và axetophenon được
tách trong tháp chưng cất và tuần hoàn lại thiết bị hydro hóa. Styren được
tinh chế để thu được styren thương phẩm.
2.2.3 Giới thiệu quy trình sản xuất Styren của một số hãng sản xuất
a, Quy trình sản xuất Styren của công ty Lumus UOP

Đây là quy trình sản xuất monome styren (SM) dùng cho sản xuất
polyme, gồm có quy trình Lumus UOP “cổ điển” cho các nhà máy mới và
quy trình Lumus UOP “thông minh” cho các nhà máy cải tạo sửa chữa.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 12

Hiện nay, trên thế giới có 36 nhà máy đang vận hành với công nghệ
Lumus UOP “cổ điển” và 3 nhà máy áp dụng công nghệ Lumus UOP “thông
minh”.
Mô tả quy trình:
Ở quy trình cổ điển, etylbenzen (EB) được tách hydro với sự tham gia của
xúc tác và hơi nước để tạo thành styren. Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ
cao và trong chân không. EB (mới nạp liệu và hồi lưu) được kết hợp với hơi
nước quá nhiệt, tiếp đó hỗn hợp này được tách hydro trong một hệ phản ứng
nhiều bậc (1). Một thiết bị gia nhiệt trung gian sẽ tái gia nhiệt khí công nghệ
giữa các bước phản ứng. Các dòng phản ứng được làm lạnh để thu hồi nhiệt
thải, đồng thời ngưng tụ hydrocacbon và hơi nước. Khí thải không ngưng tụ
chứa chủ yếu hydro được nén lại và sử dụng làm nhiên liệu. Hydrocacbon từ
thiết bị tách dầu/nước (2) được đưa đến bộ phận cất. Phần ngưng tụ được
stripping để loại bỏ các hydrocacbon thơm tan lẫn vào.
Quá trình cất phân đoạn nối tiếp (3, 4) tách được styren sản phẩm có độ
tinh khiết cao, EB chưa chuyển hóa được tuần hoàn trở lại và sản phẩm phụ
với tỷ lệ tương đối nhỏ là hắc ín được dùng làm nhiên liệu.Toluen được sản
xuất ở thiết bị (5, 6) được đưa ra từ đáy (6) như một sản phẩm phụ thứ yếu
và benzen lấy ra ở đỉnh (6) thông thường được tuần hoàn trở lại phân xưởng
EB.
Thông thường, độ tinh khiết của sản phẩm momome styren đạt 99,85 –
99,95%. Quy trình này có hiệu suất thu hồi sản phẩm cao do có sự kết hợp
độc đáo chất xúc tác và các điều kiện vận hành trong các thiết bị phản ứng

và sử dụng chất ức chế polyme hóa có hiệu quả cao trong các tháp chưng
cất.
Quy trình Lumus UOP “thông minh” tương tự như trên, chỉ có sự khác
biệt là công nghệ oxy hóa tái gia nhiệt được sử dụng giữa các bậc tách
hydro của hệ phản ứng nhiều bậc (1). Các lò phản ứng được thiết kế đặc biệt
để thực hiện các phản ứng oxy hóa và dehydro hóa. Trong quá trình oxy hóa
tái gia nhiệt , oxy được đưa vào nhằm oxy hóa một phần hydro sinh ra trên
xúc tác để tái gia nhiệt cho khí công nghệ và để dịch chuyển cân bằng về
phía phản ứng dehydro hóa. Quy trình này đạt hiệu suất chuyển hóa đến
80% EB sau mỗi vòng chuyển hóa, tuy nhiên chi phí tái gia nhiệt giữa các
bậc phản ứng cao và làm giảm lượng hơi quá nhiệt cần thiết.

Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 13

b, Quy trình sản xuất Styren của trung tâm công nghệ Badger (Mỹ)

Đây là quy trình sản xuất monome styren (SM) bằng phương pháp tách
hydro của etylbenzen (EB). EB nguyên liệu được sản xuất bằng phương
pháp alkyl hóa benzen với etylen. Hiện công nghệ này đã được áp dụng tại
hơn 40 cơ sở sản xuất styren trên thế giới với công suất thiết kế từ 32  78
nghìn tấn/năm. Tổng cộng công suất các cơ sở này đạt 8 triệu tấn/năm.
Mô tả quy trình:
EB được tách hydro trên xúc tác sắt oxit hoạt hóa bằng kali, với sự có mặt
của hơi nước để tạo thành styren. Phản ứng thu nhiệt này được thực hiện
trong điều kiện chân không và nhiệt độ cao: ở tỷ lệ trọng lượng 1:1 giữa hơi
nước và EB ngyên liệu với mức chuyển hóa EB vừa phải, độ chọn lọc của
phản ứng đối với styren đạt trên 97%. Các sản phẩm phụ như benzen và
toluen được thu hồi bằng chưng cất, phần cất benzen được tuần hoàn trở lại
phân xưởng EB.

Dòng EB mới nạp liệu được bay hơi và dòng EB tuần hoàn được phối trộn
với hơi quá nhiệt (1) và nạp vào một hệ phản ứng đoạn nhiệt nhiều bậc (2).
Giữa các bậc tách hydro, nhiệt được bổ sung để điều khiển độ chuyển hóa
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 14

EB ở các mức có lợi, thông thường là giữa 60  70%. Nhiệt có thể được bổ
sung gián tiếp bằng các phương thức thông thường như một dòng hơi trao
đổi nhiệt hay bổ sung trực tiếp theo công nghệ gia nhiệt trực tiếp được phát
triển bởi Shell Oil.
Các dòng của TBPƯ được làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt (3) để thu
hồi nhiệt thải và tới thiết bị ngưng tụ (4) để ngưng tụ hydrocacbon và dòng
hơi. Khí thải không ngưng tụ - chủ yếu là hydro được nén ở (5) và sau đó
đưa thẳng đến hệ thống hấp thụ (6) để thu hồi các vết hydrocacbon thơm,
Sau khi thu hồi hydrocacbon thơm, khí thải giàu hydro được sử dụng làm
nhiên liệu cho các quá trình đun nóng. Hydrocacbon ngưng tụ và styren thô
được đưa đến bộ phận chưng cất, trong đó phần ngưng tụ được stripping ở
(7) để loại bỏ các hydrocacbon và khí hòa tan. Phần ngưng sạch của quá
trình được hồi lưu trở lại làm nước cấp cho nồi hơi để tạo ra các dòng hơi.
Ở thiết bị chưng cất (8) đầu tiên tách được sản phẩm phụ benzen/toluen từ
dòng giàu styren thô. EB chưa chuyển hóa được tách khỏi styren ở (9) và
được tuần hoàn trở lại bộ phận phản ứng. Các hệ thống thu hồi nhiệt khác
nhau được dùng để thu hồi năng lượng từ hệ thống tháp EB/SM. Bước tinh
chế cuối cùng ở (10), các thành phần C
9
dạng vết và các sản phẩm nặng được
tách khỏi sản phẩm SM cuối cùng. Để giảm tối đa phản ứng polyme hóa
trong thiết bị chưng cất người ta nạp một chất ức chế dạng dinitrophenolic
cùng với styren thô. Độ tinh khiết của sản phẩm SM thường đạt 99,90 
99,95%.

c, Quy trình sản xuất Styren của GTC
Đây là công nghệ của công ty CTC Technology Cord, được áp dung để
thu hồi Styren trực tiếp từ nguyên liệu xăng nhiệt phân thô – sản phẩm dẫn
xuất của quy trình cracking hơi nước đối với naphtha, gas oil và khí thiên
nhiên hóa lỏng.
Mô tả quy trình:
Xăng nhiệt phân nguyên liệu được chưng cất phân đoạn thành dòng C
8
.
Phần styren đặc được nạp liệu vào tháp cất – chiết và được phối trộn với một
dung môi chọn lọc, dung môi này chiết styren đi xuống đáy tháp. Hỗn hợp
dung môi giàu styren được đưa vào tháp thu hồi dung môi, từ đây dung môi
sạch được tuần hoàn lại tháp cất – chiết và phần styren cất ở đỉnh tháp được
thu hồi. Bước tinh chế cuối cùng tạo ra sản phẩm styren nồng độ 99,9% với
hàm lượng phenyl axetylen nhỏ hơn 50 ppm.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 15

Ở đỉnh tháp cất – chiết có thể được xử lý tiếp để thu hồi dòng xylen hỗn
hợp chất lượng cao. Một nhà máy cracking thông thường trên thế giới có thể
sản xuất khoảng 25.000 tấn styren/năm và 75.000 tấn xylen hỗn hợp/năm từ
nguyên liệu xăng nhiệt phân.

Ưu điểm của quy trình:
- Sản phẩm styren của quy trình có độ tinh khiết cao, thích hợp cho các
phản ứng polyme hóa và có giá cạnh tranh so với styren được sản xuất theo
các quy trình thông thường. Nếu muốn, người ta cũng có thể chiết xylen hỗn
hợp từ xăng nhiệt phân nhờ đó tăng chất lượng xylen làm nguyên liệu hóa
chất. Quy trình này có hiệu quả kinh tế cao đối với các xăng nhiệt phân
thông thường và các nguyên liệu bổ sung chứa 15000 tấn styren/năm hoặc

nhiều hơn.
- Ở các quy trình xử lý xăng nhiệt phân thông thường, styren thường bị
phân hủy ở phân xưởng hydro hóa bậc đầu tiên. Sau đó, xăng nhiệt phân đã
hydro hóa được cất phân đoạn để chiết benzen và toluen. Với quy trình của
GTC cho phép tiến hành cất phân đoạn đầu dòng ở các thiết bị xử lý với
hydro, nhờ đó giảm tiêu hao hydro và ngăn hiện tượng bám tạo cặn trên xúc
tác bởi các polyme của styren. Trong nhiều trường hợp, phần lớn các thiết bị
cất phân đoạn có thể tái sử dụng trong bộ phận thu hồi styren.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 16

II. Các phương pháp sản xuất Polystyren
1. Lý thuyết trùng hợp Styren
Trong sản xuất, Styren chỉ trùng hợp theo cơ chế trùng hợp gốc và thu được
polyme có cấu tạo chủ yếu là liên kết đầu – đuôi và ở dạng vô định hình. Trong
nghiên cứu, người ta có sử dụng trùng hợp ion tạo PS tinh thể hầu hết ở dạng
Izotactic, một phần ở dạng Syndiotactic, rất ít ở dạng Atactic.
Styren dễ trùng hợp khối, trùng hợp dung dịch, trùng hợp nhũ tương và trùng
hợp huyền phù. Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm của nó.
1.1 Trùng hợp khối
Trùng hợp Styren thành khối có thể tiến hành khi đun nóng có chất khởi đầu
hoặc không có chất khởi đầu.
Chất khởi đầu thường là các peroxit hữu cơ. Benzoyl peroxit là chất khởi
đầu rất phổ biến nhưng không thích hợp khi trùng hợp styren vì nó làm vàng
sản phẩm.
Tốc độ trùng hợp tăng theo nhiệt độ ở nhiệt độ dưới 50
o
C vận tốc trùng hợp
rất chậm (có khi đến hàng năm), ở 150
o

C phản ứng kết thúc trong vài giờ.
Nhưng khi chuyển hóa được khoảng 90% thì phản ứng hầu như không xảy ra
nữa. Điều đó có nghĩa là polyme có trọng lượng phân tử cao không thu được
với hiệu suất cao. Nếu còn lại nhiều monome thì nhiệt độ chảy mềm của PS sẽ
giảm xuống, vật phẩm trở nên đục do monome chuyển lên bề mặt và bốc hơi từ
từ đôi khi làm vàng sản phẩm.
Để thu được polyme có trọng lượng phân tử trung bình cao tương đối và
chứa monome còn lại ít nhất ta dùng chế độ trùng hợp hai giai đoạn:
+ Giai đoạn đầu: tạo ra xirop (PS có trọng lượng phân tử thấp tan trong
monome) với hiệu suất 30  40%
+ Giai đoạn hai: đổ vào khuôn (có thể tích nhỏ 5  10 lít) sau đó trùng hợp
tiếp tục cho đến khi kết thúc. Tháo sản phẩm ra khỏi khuôn đem đập, nghiền,
sàng hay tạo hạt.
1.2 Trùng hợp dung dịch
So với trùng hợp khối thì phản ứng trùng hợp trong dung dịch xảy ra với vận
tốc bé (ở điều kiện không có chất khởi đầu) và polyme tạo ra có trọng lượng
phân tử thấp hơn. Giá trị trọng lượng phân tử trung bình của PS phụ thuộc vào
điều kiện trùng hợp và loại dung môi. Qua thí nghiệm thấy benzen, xiclohexan,
toluen trùng hợp tốt hơn các dung môi khác.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 17

Điều chế polyme trong dung dịch thuận lợi để làm sơn, còn với mục đích
khác thì thêm chất lắng để kết tủa polyme.
* Hướng mở rộng trong trùng hợp dung dịch: “Polyme Hóa Styren Trong
Dung Dịch Với Khí Nén CO
2
Như Một Chất Kháng Dung Môi”
a. Giới Thiệu Chung
Polyme hóa Styren trong Tetrahydrofuran (THF) và Xyclohexan cùng với

CO
2
sử dụng như một chất kháng dung môi được thực hiện ở 335K và 10Mpa.
Kết quả chỉ ra rằng, cùng với chất kháng dung môi CO
2
, khối lượng phân tử và
sự phân bố khối lượng phân tử của sản phẩm có thể được điều khiển bởi sự
thay đổi áp suất của chất kháng dung môi.
CO
2
siêu tới hạn (SC CO
2
- Supercritical CO
2
) có khả năng tan chảy lớn vào
nhiều loại vật liệu không bay hơi và khả năng hòa tan của nhiều hợp chất vào
SC CO
2
là cực kỳ thấp.
Thành phần của dung môi khí – lỏng thay đổi cùng với áp suất của khí, tức
là các thuộc tính của dung môi có thể được điều chỉnh liên tục bằng áp suất.
Trong mục này, Styren được polyme hóa trong THF hoặc Xyclohexan cùng
với CO
2
sử dụng như một chất kháng dung môi. Chúng ta sẽ nghiên cứu ảnh
hưởng của chất kháng dung môi CO
2
lên các thuộc tính của sản phẩm và sự
thay thế một phần các dung môi hữu cơ sử dụng trong phạm vi hàm lượng CO
2

thay thế có thể chấp nhận được về phương diện môi trường.
b. Thực Nghiệm
b.1 Vật liệu
CO
2
với độ tinh khiết 99,9% được rửa hai lần với dung dịch NaOH 10% và
cuối cùng là với nước cho đến khi loại hết kiềm, được sấy trên CaCl
2
nóng
chảy khoảng 24h và được chưng cất dưới áp suất thấp. AIBN (2,2 – azobis
(isobutyronitrile)) được kết tinh lại 2 lần với metanol và được bảo quản ở chỗ
tối trong một máy lạnh.
b.2 Quá trình Polyme hóa
Các thiết bị được trình bày trong hình 1. Ở đây có sự phân mức trên tế bào
quang học bởi vì CO
2
bị hòa tan. Quá trình xảy ra cho đến khi thể tích chất
lỏng mong muốn đạt được, có thể biết được dễ dàng từ sự phân mức trên tế bào
quang học. Phản ứng diễn ra trong 16h. Kết thúc phản ứng, tế bào được làm
lạnh, CO
2
trong tế bào được thoát ra chậm và sản phẩm polyme được lấy ra từ
tế bào. Sau khi CO
2
thoát ra, hỗn hợp là đồng thể. Ở một số điều kiện, độ nhớt
của hỗn hợp rất cao, bởi vậy nó được rửa qua với THF. Polyme được lắng
trong metanol, được tách và sau đó được làm khô trong chân không.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 18

Hình 1: Sơ đồ thiết bị quá trình Polyme hóa
1 Bình nén khí; 2,4,6– Van; 3 Bơm phun cao áp; 5 Áp kế; 7 Điều khiển
nhiệt độ; 8 Tế bào quang học; 9 Bể nước; 10 Máy khuấy từ
b.3 Mô tả đặc điểm
M
w
– Khối lượng một phân tử khối trung bình
M
n
– Số lượng phân tử khối trung bình
PID = M
w
/ M
n
– Chỉ số mức độ phân tán của sự phân bố khối lượng phân tử.
c. Kết Quả
c.1 Cố định tỉ số monome/dung môi
Bảng 1: Mw, Mn, PDI và hiệu suất của polystyren trùng hợp trong THF
trương nở ở các áp suất khác nhau của CO
2
a

a

Điều kiện PƯ: 335 K, 16 h, nồng độ AIBN (sau khi trương nở với CO
2
) là
0.06 mol.l
−1

.
* PS được kết tủa hoàn toàn khi thời gian PƯ đủ dài.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 19

Bảng 2: Mw, Mn, PDI và hiệu suất của polystyren trùng hợp trong THF
a



Từ các kết quả thực nghiệm, ta có:
Hiệu suất, Mw, Mn, và PDI giảm với sự tăng áp suất của CO
2
và VER (The
volume expansion rate - Tốc độ giãn nở thể tích), tức là khối lượng phân tử và
sự phân bố khối lượng phân tử của sản phẩm có thể được điều khiển bởi áp
suất. Từ đây, hai kết quả có thể rút ra:
- Thứ nhất, thuộc tính của dung môi có thể thay đổi theo VER.
- Thứ hai, nồng độ monome khơi mào (nồng độ trước PƯ) trong dung môi bị
trương nở giảm khi VER tăng.
Mw, Mn, PDI và hiệu suất của polystyren trong THF sạch cũng giảm với sự
giảm nồng độ monome khơi mào.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 20

Tuy nhiên, Mw, Mn, PDI và hiệu suất của sản phẩm polyme hóa trong CO
2
–
THF thấp hơn khi tiến hành polyme hóa trong THF ở cùng một nồng độ
monome. Điều này chỉ ra rằng, sự giảm hiệu suất, khối lượng phân tử và sự

phân bố khối lượng phân tử của polystyren với sự có mặt của CO
2
không
những là do ảnh hưởng của sự pha loãng monome mà còn do sự thay đổi các
tính chất của môi trường polyme hóa.
c.2 Cố định nồng độ monome khơi mào
Bảng 3: Kết quả trùng hợp Styren trong CO
2
– THF (nồng độ thể tích chất khơi
mào của monome trong dung môi trương nở là 33%)
a


Bảng 4: Kết quả trùng hợp Styren trong CO
2
– xyclohexan (nồng độ thể tích
chất khơi mào của monome trong dung môi trương nở là 50%)
a


Nhận xét: Số liệu ở bảng 3 và bảng 4 chỉ ra rằng Mw, Mn, PDI và hiệu suất
cũng giảm với sự tăng VER hoặc áp suất của CO
2
ở nồng độ monome cố định.
Những kết quả này chứng minh điều cuối cùng là sự giảm Mw, Mn, PDI và
hiệu suất của polystyren với sự có mặt của CO
2
không chỉ do sự pha loãng
monome. Các tính chất của sản phẩm có thể được điều chỉnh bằng áp suất của
chất kháng dung môi CO

2
.
c.3 Ảnh hưởng của chất kháng dung môi CO
2

- CO
2
là một dung môi nghèo và nồng độ CO
2
trong dung dịch tăng theo áp
suất.
- Monome là một dung môi tốt cho polyme và nồng độ của nó giảm theo
thời gian phản ứng.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 21

- Với các dung môi hữu cơ, hiệu ứng gel có thể xuất hiện trong trùng hợp
dung dịch đó là do độ nhớt tăng lên. Tuy nhiên, hiệu ứng gel không xuất hiện
mặc dù lực liên kết trong dung môi bị giảm bởi CO
2
hòa tan. Nguyên nhân có
thể là do độ nhớt của dung dịch kèm theo sự trương nở với sự có mặt CO
2
là
thấp.
c.4 Ảnh hưởng của lực dung môi

Ảnh hưởng của VER lên hiệu suất, khối lượng phân tử và sự phân
bố khối lượng phân tử của PS trùng hợp trong THF – CO
2

và
Xyclohexan – CO
2
(CH – CO
2
)
 Từ hình trên ta thấy đối với cả hai dung môi thì khối lượng phân tử và sự
phân bố khối lượng phân tử giảm với sự tăng VER
d. Kết luận
Cùng với chất kháng dung môi CO
2
, hiệu suất, khối lượng phân tử, sự phân
bố khối lượng phân tử và chỉ số phân tán của polyme có thể được điều khiển
bởi sự thay đổi áp suất của CO
2
.
1.3 Trùng hợp nhũ tương
Nhũ tương gồm có: monome, nước, chất nhũ hóa, chất khởi đầu và chất
điều chỉnh sức căng bề mặt.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 22

Cơ chế trùng hợp nhũ tương: chất nhũ hóa khi tan trong nước tạo thành các
Mixen hình cầu mà ở đó các đầu không ưa nước của phân tử nhũ hóa sẽ hướng
vào trong và các đầu ưu nước hướng ra ngoài. Các phân tử chất khởi đầu tan
trong nước tạo thành các gốc tự do nhờ phần ưa nước của chất nhũ hóa đi vào
Mixen và tiếp tục với các phân tử monome để xảy ra các phản ứng trùng hợp.
+ Nước: là môi trường phân tán cũng là chất tải nhiệt để điều chỉnh nhiệt
phản ứng tỏa ra.
+ Chất nhũ hóa: để giữ monome và polyme mãi ở trạng thái phân tán trong

pha nước. Chất nhũ hóa thường dùng là các loại xà phòng như: ôlêat kali, natri,
stêarat hay các sunfoaxit của rượu cao béo, xà phòng nhựa thông, nêkan…
Nếu giảm nồng độ chất nhũ hóa thì vận tốc phản ứng giảm, nhưng thời gian
trùng hợp và trọng lượng phân tử trung bình polymer tăng. Vì vậy muốn điều
chỉnh trọng lượng phân tử trung bình polymer trước hết nên thay đổi nồng độ
chất khởi đầu chứ không nên thay đổi lượng chất nhũ hóa. Vì chất nhũ hóa chỉ
thay đổi trọng lượng phân tử trung bình của PS một ít nhưng lại tăng thời gian
trùng hợp lên rất nhiều.
+ Chất kích động: là các peroxit và hydroperoxit tan trong nước (H
2
O
2
,
pesulfat amôn và kali…) với hàm lượng 0,1  1% trọng lượng monome.
Khi thêm chất xúc tiến (các muối kim loại có tinh axit: Ag
+
) làm phân hủy
chất kích động vào hỗn hợp phản ứng thì thời gian trùng hợp giảm.
Nếu dùng hệ thống oxi hóa – khử: chất oxy hóa (Chất kích động) và chất
khử (muối kim loại) có hóa trị thay đổi thì vận tốc của quá trình trùng hợp có
thể tăng và giảm nhiệt độ phản ứng xuống.
+ Chất điều chỉnh: thường dùng rượu hay các chất làm giảm sức căng bề mặt
của hệ thống tức là có khả năng làm tăng độ khuếch tán của nhũ tương.
1.4 Trùng hợp huyền phù
Huyền phù gồm: Monome, nước, chất kích động, chất ổn định và chất hoạt
động bề mặt. Ở đây chất kích động peroxit hữu cơ không tan trong nước mà tan
trong monome.
+ Nước: dùng để tách monome ra thành từng hạt riêng đồng thời cũng là môi
trường trao đổi nhiệt.
+ Chất ổn định: là các polyme hữu cơ tan trong nước như rượu polyvinilic,

metylxenluylo… chúng phải hoàn toàn không tan trong monome. Vai trò của nó
là làm tăng độ nhớt của nước và do đó ngăn cản các hạt polyme dính vào nhau.
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 23

2. So sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp trùng hợp
PP Trùng hợp Ưu điểm Nhược điểm


Trùng hợp khối

- Phương pháp đơn giản
- Tạo sản phẩm tinh khiết
- Vận tốc phản ứng cao, năng suất
lớn
- Có thể trùng hợp ngay trong khuôn
mẫu tạo sản phẩm có hình thù phức
tạp
- Dễ bị nhiệt cục bộ do độ
nhớt cao
-Tính dẫn nhiệt kém
- Sản phẩm dạng khối nên
lấy sản phẩm và gia công
khó
- Tăng độ đa phân bố về
khối lượng phân tử (KLPT)


TH Dung dịch
- Không có hiện tượng nhiệt cục bộ

- Dễ khống chế nhiệt độ PƯ
- Dung môi làm giảm độ nhớt giúp
PƯ xảy ra êm dịu hơn
- Nhiệt tách ra phân tán nhanh
- Sản phẩm chứa ít bọt khí
- Dung môi hữu cơ độc, đắt
tiền, dễ cháy
- Khối lượng phân tử thấp
do lẫn dung môi hòa tan


TH Nhũ tương
- Sản phẩm cuối cùng là latex
polyme với nồng độ cao (70  80%)
- Thoát nhiệt PƯ dễ dàng hơn
- PƯ xảy ra ở độ nhớt thấp:
+ Tạo polyme có KLPT cao
+ Độ chuyển hóa monome cao
trong khoảng thời gian ngắn
- Polyme bị nhiễm bẩn bởi
chất nhũ tương hóa (là chất
điện ly) nên làm giảm tính
điện của polyme

TH Huyền phù
-Tính dẫn nhiệt tốt
- Độ đa phân tán nhỏ
- KLPT cao
- Có thể cắn màu luôn trong quá
trình trùng hợp

3. Phương pháp sản xuất Polystyren
3.1 Trùng hợp khối
Công nghệ quá trình khối không sử dụng nước hay dung môi hữu cơ và đó
là quá trình đơn giản nhất để sản xuất PS.
a, Phương pháp gián đoạn
Quá trình gồm 2 giai đoạn:
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 24

- Giai đoạn 1: trùng hợp sơ bộ Styren ở áp suất thường sau đó tạo chân
không 200  270 mmHg và đun nóng. Khi hiệu suất phản ứng đạt khoảng 30 
40% tiến hành làm lạnh đến 70  80
o
C và rót vào khuôn có dung tích từ 5  10
lít.
- Giai đoạn 2: trùng hợp xirôp trong khuôn nhỏ nhờ đun nóng. Sau đó tháo
sản phẩm ra rồi đem đi đập, nghiền, sàng và đóng bao.

Hình 4: Sơ đồ trùng hợp khối gián đoạn của Polystyren
Mô tả quy trình:
Monome Styren sạch (và comonome, nếu một sản phẩm copolyme được
mong muốn) được bơm từ bể chứa (1) đến thiết bị hòa tan nguyên liệu (2). Đối
với các sản phẩm của loại polystyren chịu va đập, cao su polybutadien vụn được
thêm vào thiết bị hòa tan nguyên liệu, ở đây cao su được tan chảy trong dòng
styren nóng. Hỗn hợp được khuấy trộn từ 4  8h để hòa tan hoàn toàn cao su. Từ
thiết bị hòa tan nguyên liệu hỗn hợp được đưa vào thùng khuấy trộn (3), thường
là một lò phản ứng tiền polyme hóa để trộn các chất phản ứng. Một lượng nhỏ
dầu khoáng (ví dụ như dầu nhờn và chất hóa dẻo), dime của alpha – metylstyren
(như một chất điều chỉnh polyme hóa), và một chất chống ôxy hóa được thêm

vào. Sau đó cả khối hoặc một phần ngyên liệu polyme hóa được bơm vào lò
phản ứng gián đoạn (4). Trong lúc lò phản ứng được làm đầy, styren bị bay hơi
Bài tập lớn Công nghệ sản xuất Polystyren
Nhóm 8 – Lọc hóa dầu K52 Page 25

và được thoát ra qua một lỗ thoát của thùng chảy tràn (5). Khi nạp liệu phản
ứng, lỗ thoát khí và lò phản ứng được đóng kín. Hỗn hợp trong lò phản ứng
được gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng polyme hóa. PƯ cũng có thể bắt đầu bằng
cách đưa vào một gốc tự do khơi mào để hòa tan nguyên liệu ở (2) cùng với các
tác nhân phản ứng khác. Sau khi quá trình polyme hóa hoàn thành, polyme nóng
chảy bao hàm một số monome styren chưa phản ứng, etylbenzen và các
monome styren có khối lượng phân tử thấp (dime, trime và các oligome khác),
được bơm đến thiết bị bay hơi chân không (6). Ở đây, monome styren dư,
etylbenzen và các monome styren có khối lượng phân tử thấp được thu hồi,
được ngưng tụ ở (7) và phần ngưng được đưa đến thùng ngưng tụ bay hơi (9),
sau đó được đưa đến phân xưởng thu hồi sản phẩm phụ. Hơi ở đỉnh từ thiết bị
ngưng tụ được dẫn đến hệ thống chân không (8). Polystyren nóng chảy từ đáy
của thiết bị bay hơi có thể được gia nhiệt đến 250  280
o
C, được ép ở (10) qua
một khuôn kéo dây và sau đó được ngâm trong bể nước lạnh. Các dải cao su
lạnh được tạo hạt ở (10) và đưa tới bể chứa sản phẩm (11).
b, Phương pháp liên tục

Hình 5: Sơ đồ trùng hợp khối liên tục của Polystyren
Mô tả quy trình:
Styren, polybutadien (nếu sản xuất loại sản phẩm chịu va đập), dầu khoáng
(ví dụ như dầu nhờn và chất hóa dẻo), chất chống oxy hóa, và một số phụ gia
khác được nạp từ bể chứa (1) vào thiết bị khuấy trộn hòa tan nguyên liệu (2)