Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa phenol focmandehyt dạng novolac theo phương pháp gián đoạn

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Mở đầu
Công nghệ vật liệu ngày càng đóng vai trò quan trọng trong khoa học và
trong đời sống xã hội. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học và kỹ thuật,
ngành công nghệ vật liệu nói chung và công nghệ vật liệu polyme nói riêng ngày
càng có nhiều tiến bộ vợt bậc, tạo ra nhiều loại vật liệu có tính chất u việt đợc ứng
dụng rộng rãi trong khoa học và trong đời sống.
Vật liệu polyme đợc sử dụng rất rộng rãi, các sản phẩm từ polyme gắn liền
với đời sống con ngời, chúng đem lại nhiều tính chất tốt và hiệu quả kinh tế cao.
Nhựa phenolic hay Phenol-Focmandehyt nói riêng là loại nhựa tổng hợp đầu tiên
đợc ứng dụng trong thơng mại. Mặc dù đợc tổng hợp muộn hơn nhiều loại nhựa
khác và chỉ đa vào sản xuất công nghiệp ở những năm đầu của thế kỷ 20 nhng cho
đên nay nhựa phenolic không ngừng phát triển cả về số lợng và chất lợng. Sản lợng
tiêu thụ nhựa phenolic hàng năm tăng lên đáng kể.
Trên cơ sở đó việc: ''Thit k dõy chuyn sn xut nha phenol-focmandehyt dng
novolac theo phng phỏp giỏn on với năng suất 360 tấn/năm'' mang tính thực
tế và cần thiết'.

3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
CHƯƠNG I: TổNG QUAN Về NHựA PHENOLIC

1.1.lịch sử phát triển
Nhựa phenolic là sản phẩm phản ứng trùng ngng giữa phenol và Andehyt,
đợc nhà hoá học ngời đức Bayer nghiên cứu đầu tiên vào năm 1872.
Vào những năm cuối thế kỷ 19 các nhà hoá học Klecberg, Tollens, Abel
nghiên cứu, tuy nhiên sản phẩm của họ chỉ là nhựa không nóng chảy và không hoà
tan. Trong thời gian này Leaderer và Manasse đã nhận thấy O-, P-, hydroxy
Benzyl acol có thể thu đợc từ phản ứng Phenol và Focmandehyt trong môi trờng
kiềm trung tính. Sự hình thành nhựa từ phenol va Andehyt tiếp tục đợc các nhà hoá
học nghiên cứu trong một thời gian dài. Cuối thế kỷ 19, Thus, Claus, Trainer đã

tổng hợp đợc nhựa Phenol và Andehyt trong môi trờng axit HCl.
Vào những năm đầu thế kỷ 20 có rất nhiều phát minh tạo ra nhựa Phenolic
với việc sử dụng các chất xúc tác khác nhau.
Bulumer đã ngng tụ phenol và Focmandehyt khi có mặt các loại axit, thu đ-
ợc loại nhựa hoà tan trong rợu, đợc dùng làm vecni.
Smith tạo nhựa phenolic từ phenol và Axetandehyt với HCl làm xúc tác cho
loại nhựa có tính chất cách điện tốt.
Story cho phản ứng phenol với dung dịch Focmandehyt trong một thời gian
dài mà không cần xúc tác, loại nhựa thu đợc có đặc điểm đóng rắn chậm thích hợp
cho sản phẩm khuôn đúc.
Vào những năm 1905-1909 các nhà khoa học trên thế giới lại nghiên cứu
quá trình trùng ngng của phenol với Focmandehyt. Tuy nhiên sản phẩm tạo thành
cha thể sử dụng trực tiếp nh các loại nhựa thông dụng lúc đó. Để cho nhựa có giá
trị thơng phẩm cần có một số cải tiến kỹ thuật. Tác giả đề xuất một số giải pháp
nhằm khắc phục những khó khăn trong quá trình gia công sản phẩm, dùng các chất
gia cờng nh bột gỗ để khắc phục tính dòn, dùng nhiệt và áp lực để giảm thời gian
gia công.
Leo Backeland đã công bố phát minh của mình tại hội nghị hoá học Mỹ
vào tháng 2 năm 1909 đang ký bản quyền và đặt cho sản phẩm thơng hiệu là
4
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Bakelit vào ngày 7/12/1909. Trong môi trờng axit tạo nhựa nhiệt dẻo Novolac khi
tỷ lệ phenol/Focmandehyt > 1, trong môi trờng kiềm tạo thành nhựa nhiệt rắn
rezolic khi tỷ lệ phenol/Focmandehyt < 1. Cũng thời điểm này hãng Bakelit lần
đầu tiên đa vào sản xuất nhựa phenolic đánh dấu sự phát triển của nhựa phenolic
các năm tiếp theo.
ở Nga phản ứng của phenol và Focmandehyt lần đầu tiên đợc giáo s Petrov
nghiên cứu vào năm 1914. Sau đó nhiều nhà nghiên cứu khác đã quan tâm đến
phản ứng giữa phenol và Focmandehyt nh A A.Vanshid I.P.Lovsev, Voa Sergev.
*Năm 1953 nhựa phenol Focmandehyt đợc sản xuất nhiều nhất so với

những loại nhựa khác.
* Năm 1954 nhựa phenolic đợc sản xuất là 20.000 tấn
* Năm 1965 sản phẩm đặt đến 65.000 tấn.
* Cho đến năm 1987 nhựa phenolic đợc sản xuất là 2,3 triệu tấn.
* Năm 1993 là 2,8 triệu tấn.
*Năm 1998 lợng phenolic đợc sản xuất là 3,4 triệu tấn.
Nh vậy tốc độ phát triển của nhựa phenolic không ngừng nâng cao.
ở Việt Nam nhựa phenolic đợc sử dụng muộn hơn chủ yếu ở dạng bán sản
phẩm và nguyên liệu cho một số loại vật liệu nh: bột ép, ván ép, sợi ép, keo dán,
sơn từ nhựa phenolic biến tính ...
- Năm 1958- 1960 Trung Tâm Nghiên Cứu Vật Liệu Polyme Trờng ĐHBK
Hà Nội đã xây lắp phân xởng sản xuất keo dán phenol Focmandehyt tại nhà máy
gỗ ép Cầu Đuống.
- Năm 1975 Nam T giúp đỡ xây dựng nhà máy ván dăm ở khu công nghiệp
Việt Trì.
- Sau đó Miền nam có các nhà máy gỗ ép, ván dăm Đồng Nai, Sài Gòn.
* Tình hình phát triển nhựa phenolic ở Việt Nam năm 2000-2003
- Giai đoạn 1: từ năm 2000-2002 xây dựng và lắp đặt 6 nhà máy sản xuất
ván ép nâng công xuất lên 22.000 tấn.
- Giai đoạn 2: xây dựng và đầu t chiều sâu cho 108 nhà máy chế biến lâm
nghiệp.
5
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
- Giai đoạn 3: xây dựng và hoàn thiện xong 108 nhà máy nâng công xuất
lên 85.000 tấn đáp ứng một phần nhu cầu trong nớc.
1.2. Nguyên liệu sản xuất.
Nhựa phenolic chủ yếu đợc sản xuất bởi phenol và andehyt.
1.2.1.Phenol
a. Cấu tạo:
Công thức cấu tạo:

b. Các phơng pháp tổng hợp phenol :
C phenol tự nhiên và phenol tổng hợp đều đợc sử dụng để sản xuất ra
phenol tinh khiết. Phenol tự nhiên thì thu đợc từ phân đoạn than đá và hắc ín bằng
phơng pháp tách giữa dầu bởi sô đa, sự axit hoá và chng cất. Phenol tổng hợp đợc
lấy từ benzen và một vài quá trình khác:
Phơng pháp Benzosulfonat:
- Gồm các giai đoạn: sulffo hoá benzen, đun sôi bay hơi Benzosulfoaxit,
đun nóng chảy với NaOH, phân giải phenol bằng axit H
2
SO
4
và chng cất Benzen
thô
- Nhợc điểm của phơng pháp này là có nhiều giai đoạn, tiêu tốn nhiều xút,
axit và hiệu suất phản ứng thấp.
- Phản ứng của các phơng pháp nh sau:

C
6
H
6
+ H
2
SO
4
C
6
H
5
SO

3
H + H
2
O

C
6
H
5
SO
3
H + NaOH C
6
H
5
SO
3
Na + H
2
C
6
H
5
O
3
Na + 2NaOH C
6
H
5
ONa + Na

2
SO
3
+ H
2
O
C
6
H
5
ONa + H
2
SO
4
C
6
H
5
OH + Na
2
SO
4
6
OH
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Phơng pháp Rasching:
- Phơng pháp này gồm hai giai đoạn.
Giai đoạn 1: cho benzen tác dụng với HCl và không khí ở nhiệt độ cao
200-230
o

C có mặt muối nhôm sắt và đồng sản phẩm thu đợc gồm có clobenzen và
polyclobenzen.
Giai đoan 2: tách rửa clobenzen và thuỷ phân trong lò tiếp xúc ở nhiệt độ
khoảng 350
o
C với xúc tác sử dụng là SiO
2
, Ca
3
(PO
4
)
2
rửa phenol nhận đợc bằng n-
ớc benzen, và cuối cùng đem chng cất lại.
Phản ứng xẩy ra nh sau:
C
6
H
6
+ HCl +1/2O
2
(kk) C
6
H
5
Cl + H
2
O

C
6
H
5
Cl + H
2
O C
6
H
5
OH + HCl
Phơng pháp này sản xuất theo sơ đồ liên tục nên chỉ có lợi trong trờng hợp
có những thiết bị lớn tác dụng liên tục.
Phơng pháp oxy hoá trực tiếp benzen.
Phơng pháp đợc tiến hành ở nhiệt độ khoảng 800
o
C, áp xuất 70 atm và
có xúc tác: HF.
Sản phẩm tạo thành là một hỗn hợp gồm có phenol và oxyt diphenyl, tách riêng
chúng bằng cách chng cất nhiều lần. Đến nay phơng pháp này vẫn cha đợc áp dụng
vào công nghiệp do hiệu suất thấp 30-60%.
Phơng pháp cumel:
- Akyl hoá benzen ở 85
o
C, p = 5 at, xúc tác AlCl
3
để tạo ra izo propylen benzen
( chiếm 76%).

CH

3
CH
CH
3
+ CH
2
=CH-CH
3

7
Fe-Cu
t
o
c
SiO
2
t
o
c
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
- Oxy hoá ở 110- 130
o
C, với xúc tác là muối kim loại để tạo ra
Hydropeoxitcumel.
Phân giải hydropeoxit bằng axit H
2
SO
4
10% thành 76% izopropylbenzen 14%
phenol 8% axeton 1% metylstyren 1% axetonphenol cùng một số sản phẩm phụ

khác:
- Tiến hành chng cất phân loại phenol.
Phơng pháp này đợc đề xuất ra đâu tiên ở Liên Xô và là phơng pháp tổng hợp kinh
tế nhất để điều chế phenol. Đặc điểm của phơng pháp này là thiết bị đơn giản,
dùng ít loại nguyên liệu và điều chế đợc đồng thời phenol và axeton, cả hai sản
phẩm này đều tổng hợp trực tiếp từ benzen và propylen mà không cần dùng nhiều
vật liệu hiếm nh xút, axít sunfuric và clo.
Hiện nay đây là phơng pháp tiên tiến nhất đợc nhiều nớc trên thế giới áp dụng.
Phơng pháp clobezen:
- Đem xử lý Clobezen bằng Na
2
CO
3
(phơng pháp cacbonat) hay xút (phơng
pháp caustic). Na
2
CO
3
10% tác dụng Clobenzen theo tỷ lệ 1,25 : 1 với sự có mặt
của oxit diphenyl. Để lắng tách phenol nhận đợc.
- Phơng pháp Caustic:
Phơng pháp Dow:
- Tiến hành oxy hoá toluen theo hai giai đoạn :
+Giai đoạn 1:

C
6
H
5
Cl + NaOH C

6
H
5
OH +NaCl
300
o
C, 300 atm
8


CH
3
C O OH
CH
3
OH
+ CH
3
COCH
3
CH
3
O
2
CH
CH
3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Oxy hoá toluen bằng không khí ở nhiệt độ 120-150
o

C có xúc tác Co tạo
axit benzoic. Phản ứng toả nhiệt mạnh và có nhiều sản phẩm phụ nh: HCOOH,
CH
3
COOH, C
6
H
5
CHO...
+Giai đoạn 2:
Decacboxy hoá axit benzoic với xúc tác của Cu
2+

Quá trình tiến hành ở áp xuất thờng, nhiệt độ 200-250
o
C, Cu
2+
sử dụng ở dạng
dung dịch 1-5%.
c. Một số phenol khác.
- Crezol: CH
3
C
6
H
4
OH có ba đồng phân.


Octo-Crezol Meta-Crezol Para-Crezol

+Trong công nghiệp, Crezol chủ yếu nhận từ sản phẩm sử lý của than đá, than
nâu và gỗ. Crezol tồn tại 3 đồng phân gọi là Tricrzol. Để sản xuất nhựa phenol
Andehyt tốt nhất là dùng m-crezol vì nó có khả năng tạo thành cấu trúc không gian
ba chiều.
d. Tính chất của các phenol.
CuO
COOH
+ Cu
2+

O O
C O Cu O C
O
O C
OH
O=C
+ H
2
O
HO C=O
OH
9
*
*
CH
3
OH
*
CH
3

OH
*
*
*
CH
3
OH
*
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
ở điều kiện thờng phenol là tinh thể màu hồng nhạt hoặc màu nâu sẫm. Khi
bảo quản phenol trong không khi màu sắc thòng thay đổi từ màu hồng sang màu
đỏ vì thế nhựa phenol focmandehyt vật liệu ép và sản phẩm chứa phenol tự do dới
tác dụng của không khí và ánh sáng sẽ có màu vàng hay màu da cam.
Nhiệt độ sôi của phenol nguyên chất t
s
=182,1
o
C.
Trọng lợng riêng của phenol d
4
40,6
=1,0596g/cm
3
.
Tạo thành các tinh thể không màu với nhiệt độ nóng chảy là 42,3
o
C, nhiệt độ hoá
rắn là 40,5-40,9
o
C. Tạp chất ảnh hởng rất lớn đến nhiệt độ nóng chảy của phenol

chỉ cần một ít nớc hay crezol cũng làm giảm nhiệt độ nóng chảy của phenol xuống
35-40,5
oC
.
Phenol có tính độc: một lợng phenol rất nhỏ trong không khí cũng gây ngộ độc
Phenol gây dị ứng da nên quá trình sử dụng cần phải lu ý không để phenol bay hơi
và tiếp xúc với da.
Phenol hoà tan trong các dung môi phân cục: nh rợu, axeton.
Crezol:
Gồm có ba đồng phân, sôi ở nhiệt độ 185-205
o
C, trọng lợng riêng d=1,044g/cm
3
(ở
15
o
C), dễ hoà tan trong rợu dung dịch kiềm, khó tan trong nớc.
Đồng phân Hàm lợng
trong tricrezol
(%)
Trọng lợng
riêng
(%)
Nhiệt độ
sôi
(%)
Nhiệt độ
nóng
chảy
(

o
C)
O-Crezol 30-40 1,0415 190,9 30,8
M-Crezol 35-40 1,0341 202,2 11,9
P-Crezol 25-30 1,034 202,1 34,8
10
*
*
*
OH
OH
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Xylenol:
Có 6 đồng phân, xylenol kỹ thuật ở dạng lỏng nhớt, màu nâu, trọng lợng riêng
1,035-1,040g/cm
3
(ở 150
0
c), hoà tan trong dung dịch kiềm 10%.
Trong 6 đồng phân chỉ có 3,5Xylenol có 3 vị trí hoạt động hoá học:
3,5 Xylenol
Nên có khả năng tham gia phản ứng đa tụ với Andehyt tạo cấu trúc không gian
Resosin:
(m-dioxy benzen) là chất ở dạng tinh thể có cấu tạo:
Có ba vị trí hoạt động.
Resosin nóng chảy ở nhiệt độ 110
o
C và sôi ở nhiệt độ 276
o
C,

d=1,285g/cm
3
. Dễ
dàng tham gia phản ứng mãnh liệt với halogen, H
2
SO
4
, HNO
3
, Resosin chủ yếu đợc
dùng làm nguyên liệu để sản xuất keo dán gỗ, dán kim loại ở nhiệt độ thờng ngoài
ra còn dùng để sản xuất thuốc nhuộm và thuốc y tế.
1.2.2. Adehyt.
a.Focmandehyt.
Tính chất:
+ Là khí không màu, mùi mạnh làm chảy nớc mắt, khi làm lạnh nó biến thành
chất lỏng có nhiệt độ sôi -21
o
C nóng chảy ở nhiệt độ -92
o
C và ở -93
oC
thì đóng lại
thành khối tinh thể trắng chắc, trọng lợng riêng 0,8153g/cm
3
(ở 20
o
C).
11
H

3
C
*
*
CH
3
OH
*
2CH
4 +
O
2
2CO
2
+ 4H
2
2CH
4
CH CH +3H
2
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
+ Focmandehyt thờng đợc sử dụng ở dạng dung dịch gọi là Focmanlin.
Focmanlin chứa 33-40% thể tích focmandehyt, hay 30-37% tính theo trọng lợng.
+Trong công nghiệp sản xuất chất dẻo thờng dùng para-Focmandehyt hay
parafoc là hỗn hợp Polyme phân tử thấp và cao của Focmandehyt có công thức
(CH
2
0)
n
để sản xuất nhựa phenol-Focmandehyt tinh khiết.

Các phơng pháp điều chế.
Ôxy hoá rợu metylic bằng ôxy không khí có bạc tham gia.

Đồng thời khử
hydro của rợu.
Hoặc phản ứng có thể tiến hành trong chân không hoặc dới áp xuất.
Điều chế Focmandehyt từ metan.
Nguyên liệu quan trọng nhất là metan và khí thiên nhiên chứa metan. Metan đơc
điều chế từ các sản phẩm chế biến dầu mỏ và khí thiên nhiên.
Các giai đoạn của quá trình.
Oxy hoá metan không hoàn toàn ở 1400-1500
o
C xẩy ra phản ứng:

Hàm lợng của khí metan có trong khi thiên nhiên cần phải đạt tới 90- 98%.
Metanol đợc tổng hợp từ hỗn hợp H
2
và CO ở trên và tiến hành oxy hoá metanol ở
nhiệt độ 500-600
o
C có mặt xúc tác thì nhận đợc Focmandehyt.
* Oxy hoá etylen: cho hỗn hợp khí chứa 85% etylen và 15% oxy về thể tích
qua các chất tiếp xúc trơ nh: Đất sét nung tẩm H
2
BO
3
hoặc H
3
PO
4

ở 375
o
C hoặc đi
12
CH
3
OH + O
2
CH
2
O + H
2
O
CH
3
OH +1/2O
2
HCHO +H
2
O +38Kcal
Ag
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
qua tháp chất đầy đá bọt tẩm KMnO
4
hay KClO
3
ở nhiệt độ lớn hơn 100
o
C. Hiệu
suất tạo thành Focmandehyt khá cao (70-80%).

b.Axetandehyt:
- Là chất lỏng có mùi khó chịu, nhiệt độ sôi là 20,8
o
C, nóng chẩy ở
123,5
o
C, trọng lợng riêng d=0,792g/cm
3
.
- Axetandehyt tan trong nớc, rợu ete. Muốn tách từ dung dịch nớc cần phải
thêm CaCl
2
.
- Từ Axetandehyt có thể nhận đợc polyxetandehyt, đó là Polyme chịu nhiệt
tốt có tính chất cơ lý cao.
a.Fufurol.
Công thức hoá học:
+ Là chất lỏng không màu mùi dễ chịu. Nhiệt độ sôi là 161,7
o
C, đóng rắn ở
36,5
o
C. Trọng lợng riêng là 1,1598g/cm
3
Fufurol tan trong rợu etylic, metylic, ete,
axeton.
+ Phong pháp chủ yếu để sản xuất Fufurol là thuỷ phân các chế phẩm trong
nông nghiệp: rạ rơm , lõi ngô ... tiến hành thuỷ phân dới áp suất và nhiệt độ lớn
hơn 100
o

c. Ngoài ra còn điều chế bằng cách thuỷ phân gỗ hoặc than nâu.
1.3.phản ứng tạo nhựa Novolac và Rezolic.
a. phản ứng tạo nhựa Rezolic.
Xảy ra trong môi trờng kiềm, cơ chế nh sau.
13
CH CH

CH CH CHO
O
OH
+ OH H
2
O +
O
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
- Ion phenolat có khả năng giải toả điện tích vào vòng benzen làm cho mật
độ điện tử tại các vị trí octo và para của vòng tăng lên. Các ion này sẽ phản ứng với
formandehyt theo phơng trình.
Trong môi trờng kiềm ion hydroxyl metylol phenol bền vững và các vị trí
hoạt động còn lại của phenol tiếp tục phản ứng với focmandehyt để tạo ra các
mono, di, tri hydroxyl phenol.
Sự tác dụng đó xẩy ra theo tốc độ giảm dần.
Định hớng giữa vị trí octo và para phụ thuộc vào xúc tác đem dùng:
Xúc Tác Tỷ lệ octo/para
Mg(OH)
2
4,32
Ca(OH)
2
3,08

LiOH 1,75
NaOH 1,56
KOH 1,33
(CH
3
)
4
N
+
OH
-
0,88
Hỗn hợp rợu phenolic này sẽ ngng tụ tạo nhựa rezolic:
14
O
H
CH
2
O
O

-

+
+ CH
2
=O
O
CH
2

OH
O
CH
2
O
+ CH
2
=O
O
O
H
CH
2
OH
O
CH
2
OH
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
b. phản ứng tạo nhựa Novolac:
- Nhựa Novolac là sản phẩm đa tụ giữa phenol và focmandehyt trong môi tr-
ờng axit. Tỷ lệ phenol/Focmandehyt>1.
Cơ chế phản ứng tạo nhựa Novolac nh sau:
Ion metynol sẽ tấn công vào vị trí giàu điện tử của phenol:
Trong môi trờng axit các metylol phenol không bền chúng tơng tác với ion
H
+
tạo ion metyl phenol:
OH
H

CH
2
OH
OH
H
CH
2
OH
+
OH
H
CH
2
OH
H
CH
2
OH
+ H
2
O
+
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
OH

CH
2
OH
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
+ H
2
O
15
OH
CH
+
2
- OH

-

+
CH
2
=O
+ H

+ CH
2
OH
+ H
+
CH
2
OH
H
OH
OH
CH
2
OH
+
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam

Hoặc chúng ngng tụ với nhau tạo thành cầu nối metylen.
Cấu trúc Novolac là những mạch thẳng có khối lợng phân tử không lớn
lắm. Phản ứng tổng quát nh sau:
(n+2)C
6
H
5
OH + (n+1)CH
2
O HOC
6
H
4

CH
2
C
6
H
5
(OH)CH
2
C
6
H
4
OH
với n=4-8
1.4.Điều kiện ngng tụ.
- Phản ứng giữa phenol và Focmandehyt là phản ứng đa tụ từng bậc, nhờ vậy
có thể tách và nghiên cứu sản phẩm ban đầu tơng đối ổn định. Ngời ta xác định
rằng cấu tạo hoá học của nguyên liệu, tỷ lệ phân tử giữa phenol andehyt, môi tr-
ờng có ảnh hởng quyết định đến quá trình tạo thành và tính chất của nhựa.
Các điều kiện cơ bản chung nhất để hình thành nhựa nh sau:
Điều kiện tạo nhựa Rezolic.
Nhựa Rezolic nhận đợc trong điều kiện:
Môi trờng phản ứng là môi trờng kiềm.
Phenol phai có ba vi trí hoạt động.
Tỷ lệ giữa phenol/Focmandehyt<1 hay gần tỷ lệ đơng lợng.
1.4.1. Điều kiện ngng tụ nhựa Rezolic.
a. Xúc tác.
16
CH
2

OH
+H
+
O
CH
2
OH
H
H
+
CH
2
+
OH OH
+
OH
CH
2
OH
+ H
2
O
OH
OH
CH
2
OH
OH
CH
2

OH
+
OH
OH
CH
2
-O-CH
2
H
2
O
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Những xúc tác thờng dùng là: NaOH, Ba(OH)
2
, NH
4
OH, và trong một số tr-
ờng hợp còn dùng Na
2
CO
3
, Na
2
SO
4
, vv...
NaOH:
+ Là xúc tác rất mạnh, chỉ dùng một lợng nhỏ (khoảng 0,1%). So với các xúc
tác khác thì NaOH làm cho sản phẩm đa tụ ban đầu rễ hoà tan trong môi trờng
phản ứng và NaOH đợc sử dụng trong trờng hợp cần phải hãm quá trình keo tụ

NaOH còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình điều chế nhựa Rezolic lỏng không
có nớc.
+ Nhợc điểm của xúc tác này là cần phải tiến hành trung hoà kiềm còn lại
trong nhựa. Nếu còn kiềm tự do sẽ làm giảm các tính chất kỹ thuật của nhựa nh:
(màu sắc, độ bền nớc, nhất là tính cách điện ).
Ba(OH)
2
.8H
2
O:
+ Là xúc tác yếu hơn xút lên dùng với lợng lớn hơn (1-1,5%). Ba(OH)
2
rất rễ
trung hoà, ví dụ có thể dùng CO
2
. Nếu nh còn muối Bari ở trong nhựa Rezol thì
không làm giảm đi độ ổn định hoá học cũng nh tính chất cách điện của nhựa.
NH
4
OH: (thờng ở dạng amoniac 25%).
Là xúc tác phổ biến nhất để điều chế nhựa Rezolic. Khuyết điểm của loại
xúc tác này là làm rộp sản phẩm trong quá trình ép nóng.
b. Tỷ lệ cấu tử :
Tỷ lệ cấu tử là yếu tố quan trọng hàm lợng các cấu tử đợc lấy gần với đơng
lợng phân tử. Khi tăng hàm lợng focmandehyt thi tính chất của nhựa cũng thay
đổi: tăng nhiệt độ nhỏ giọt, tăng tốc độ đóng rắn và giảm hàm lợng phenol tự do
trong nhựa.
Bảng B thể hiện đặc trng của nhựa Rezolic phụ thuộc vào tỷ lệ
Phenol/Focmandehyt.
Bảng B: ảnh hởng của tỷ lệ các cấu tử đến tính chất của nhựa.

17
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Tỷ lệ giữa
phenol so với
Focmandehyt
Hiệu suất
của nhựa so
với phenol
(%)
Nhiệt độ
nhỏ giọt
theo
Ubenlop
o
C
Tốc độ
đóng rắn ở
150
o
C
(giây)
Độ nhớt
của dung
dịch rợu
50% epoiz
Hàm lợng
phenol tự
do (%)
5:4 112 42 160 23,0 24,3
5:5 118 50 98 39,5 16,8

5:6 112 65 100 42,0 15,5
5:7 126 66 96 42,5 14,8
c. Thành phần hoá học của các cấu tử:
- Nồng độ các cấu tử có 3 vị trí hoạt động trong phenol nguyên liệu có ý
nghĩa rất lớn:
- Phenol có ba vị trí hoạt động, tham gia phản ứng với focmaldehyt rất mạnh
trong quá trình ngng tụ và tạo thành nhựa rezolic có nhiệt độ đóng rắn cao hơn cả.
+ m-crezol cũng giống nh phenol, nghĩa là tạo thành nhựa có nhiệt độ đóng
rắn cao.
- Tốc độ tạo thành nhựa rezolic của crezol cao hơn so với phenol vì nhóm
-CH
3
có tác dụng hoạt hoá những nguyên tử hydro bên cạnh của vòng Benzen.
Điều kiện tạo nhựa Novolac.
- Để tạo đợc nhựa Novolac thì phản ứng ngng tụ phải đợc tiến hành ở trong
môi trờng axit, phenol có từ 2 đến 3 vị trí hoạt động. Tỉ lệ các cấu tử ở tỷ lệ gần đ-
ơng lợng hoặc d phenol, thờng tỷ lệ phenol/focmaldehyt = 7/6 (hoặc 6/5) để đảm
bảo nhựa thu đợc có những đặc tính tốt.
1.4.2. Điều kiện ngng tụ nhựa novolac.
a. Xúc tác:
Phản ứng đa tụ và tạo thành Novolac đợc xúc tác nhờ ion H
+
. Trong những
trờng hợp không có xúc tác, axit focmic có trong focmalin kỹ thuật đóng vai trò là
xúc tác.
18
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Axit HCl:
Nồng độ HCl trong môi trờng phản ứng từ 0,1 đến 0,3% (so với phenol) vì
còn chú ý đến lợng axit focmic có trong focmalin kỹ thuật. PH của môi trờng phản

ứng thờng từ 1,8-2,2. Phản ứng đa tụ tạo nhựa Novolac toả nhiệt có thể sôi mạnh
làm bắn hỗn hợp ra khỏi nồi phản ứng. Do đó nên cho lợng axit HCl làm 2 -3 lần.
Ưu điểm của xúc tác này là trong quá trình xấy hầu hết axit HCl đợc tách
ra khỏi hỗn hợp cùng với hơi nớc. Tuy nhiên có nhợc điểm là HCl ăn mòn thiết bị
mạnh.
Axit H
2
SO
4
.
Chỉ áp dụng cho những trờng hợp đặc biệt. Tác dụng của H
2
SO
4
kém hơn
HCl. Axit H
2
SO
4

ở lại trong nhựa nên sau đó phải trung hoà bằng Ba(OH)
2
và
Ca(OH)
2
.
Nhựa nhận đợc có màu sẫm hơn so với khi dùng HCl. H
2
SO
4

cũng ăn mon
thiết bị, thờng lấy từ 0,4-0,6%.
Axit oxalic:
Là một axit hữu cơ phân ly yếu, hoạt tính xúc tác kém nên dùng một lợng
nhiều (1,5-2,5%).
Quá trình phản ứng xẩy ra dễ điều chỉnh hơn nhng thời gian kéo dài hơn so
với khi dùng các chất xúc tác nói trên.
Axit focmic:
Luôn có mặt trong focmalin kỹ thuật nhng hàm lợng ít (~0,1%) không đủ
để đảm bảo tốc độ phản ứng cần thiết. Vì vậy khi tiến hành đa tụ cần phải thêm
axit để giảm PH môi trờng (hỗn hợp phenol và focmalin) từ 3,5- 4,5 xuống 1,8-2,2.
Tóm lại axit HCl là xúc tác chủ yếu dùng để sản xuất nhựa Novolac dùng
làm bột ép, còn axit oxalic thờng dùng để sản xuất nhựa Novolac dùng cho công
nghiệp sơn.
b. Tỷ lệ các cấu tử:
Tỷ lệ các cấu tử ban đầu có ảnh hởng đến quá trình tạo thành nhựa
novolac hay rezolic.
19
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Bảng C thể hiện tính chất của novolac phụ thuộc vào tỷ lệ focmaldehit/phenol.
Trên bảng : ảnh hởng của tỷ lệ focmaldehyt/phenol đến tính chất của nhựa.
Lợng
focmaldehit
ứng với 100g
phenol (g)
Hiệu suất
(%)
Nhiệt độ
nhỏ giọt
theo

Ubenlop
(
o
C)
Tốc độ keo
hoá (giây)
Độ nhớt
của dung
dịch 50%
trong cồn
epoiz
Hàm lợng
tự do (%)
24 108,9 97,5 160 83 8,7
26 109,6 103 80 136 5,9
28 112 112 65 370 4,7
29 Nhựa chuyển sang giai đoạn B
c. Các điều kiện đa tụ và sấy.
Quá trình điều chế nhựa novolac gồm các giai đoạn: đa tụ nhựa, tạo thành
nhựa và sấy nhựa.
Nếu thời gian ngng tụ kéo dài hơn thì phenol kết hợp với fomandehyt hoàn
toàn hơn, trọng lợng phân tử trung bình và hiệu suất cao hơn.
Bảng D: ảnh hởng của thời gian đa tụ đến tính chất của nhựa.
Thời gian đa
tụ (phút)
Hiệu suất so
với phenol
(%)
Hàm lợng
phenol tự do

độ nhớt của dung
dịch 50 trong cồn
epoiz
Nhiệt độ nhỏ
giọt theo
Ubenlop (
0
C)
55 107,6 6,7 106 102
60 107,8 6,4 107 103
90 107,9 6,0 126 110
150 108,0 5,8 129 111
270 108,2 5,25 163 117
-Tiến hành xấy nhựa nhằm mục đích tách hết nớc và các cấu tử không tham
gia phản ứng (phenol, fomandehyt, axit HCl ) và đồng thời để hoàn thiện quá
trình đa tụ sâu hơn ở nhiệt độ cao để nhận đợc nhựa có tính chất thích ứng, vì vậy
quá trình xấy gồm các bớc sau:
+ Đun nóng hỗn hợp cho đến khi bắt đầu sôi.
+ Cho nớc bay hơi ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp.
20
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
+ Xử lý nhiệt: nâng nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của hỗn hợp.
Thời gian sử lý nhiệt và nhiệt độ cuối cùng ảnh hởng đến độ nhớt, nhiệt độ chảy
mềm, nhiệt độ nhỏ giọt và hàm lợng phenol tự do.
1.5. ứng dụng.
Tùy thuộc vào phơng pháp tổng hợp sản phẩm từ nhựa phenolic có tính chất
khác nhau nên đợc ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
1.5.1. Bột ép.
Sản phẩm bột ép là hỗn hợp giữa nhựa Novolac hoặc rezolic với một số phụ
gia nh: bột gỗ, bông thủy tinh, mica, bột giấy bột ép sử dụng nhựa Novolac sản

xuất phần lớn các vật phẩm thông dụng, nhựa rezolic thờng sử dụng trong trờng
hợp sản xuất chất dẻo chuyên dụng.
1.5.2. Chất dẻo lớp.
Vật liệu ép lớp của nhựa phenolic đợc sử dụng khá rộng rãi trong các
nghành kỹ thuật, đặc biệt trong công nghiệp điện tử, giao thông, cơ khí
Chất dẻo lớp với phụ gia giấy không bền axit, kiềm mạnh, chịu tác dụng
của dầu mỡ, dễ gia công, tính cách điện của vật liệu phụ thuộc vào hàm ẩm.
Chất dẻo lớp gia cờng bằng vải thủy tinh có thể sản xuất đợc chi tiết làm
việc trong các điều kiện va đập, độ bền hóa không cao.
Chất dẻo lớp với phụ gia gỗ ép cho sản phẩm có tính chịu mài mòn và ma
sát cao nhng độ bền hóa không cao.
1.5.3. Vật liệu sợi ép.
Sợi ép hay dùng nh sợi thủy tinh, xenlulo vật liệu ép cho sản phẩm có tính
chất cơ lý cao. Khi sản xuất chủ yếu dùng dạng rezolic, dạng Novolac sử dụng rất
ít.
Sản phẩm sợi ép có các thông số cơ lý tốt, bền axit, kiềm yếu, không bền với
axit và kiềm mạnh. Sợi ép dùng gia công các chi tiết kết cấu chịu lực, chịu nhiệt,
cách điện ở điện áp thấp. ứng dụng trong các nghành công nghiệp chế tạo cơ khí và
dụng cụ máy móc.
1.5.4. ứng dụng làm phaolit.
21
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Phaolit là loại chất dẻo chịu axit tốt sản xuất từ nhựa rezolic và các phụ gia.
Phối liệu của hỗn hợp phaolit phụ thuộc rất nhiều vào loại nhựa rezolic và phụ gia
đem dùng.
ứng dụng chủ yếu của phaolit là để làm thân tròn cỡ lớn của thiết bị, dùng
lót vào thiết bị bằng gang, thép các chi tiết sản phẩm làm từ phaolit có thể đơn
giản hoặc phức tạp. Phaolit đợc ứng dụng nhiều trong công nghệ hóa chất.
1.5.5. Keo dán.
Cũng nh ure-focmandehyt nhựa phenol focmandehyt có ứng dụng rất quan

trọng là dùng để dán các vật liệu nh: gỗ, kim loại, thủy tinh, sứ, gốm
Keo phenol có tính kết dính cao, chịu đợc ẩm và các loại nấm. Song có nhợc
điểm là màng sơn dòn, độ bền của mối dán kết cấu gỗ thấp do tác dụng thủy phân
của xúc tác axit lên xenlulo. Vì vậy nên dùng keo phenol có phối trộn với các
polyme nhiệt dẻo.
1.5.6. Một vài ứng dụng khác.
Những ứng dụng kể trên chiếm phần lớn sản lợng nhựa phenolic đợc tổng
hợp, ngoài ra còn ứng dụng trong một số trờng hợp khác nh:
Dùng làm chất dẻo bọt, sản phẩm có tỷ trọng thấp 0,015-0,32 g/cm
3
có
nhiều đặc tính tốt so với một số loại nhựa khác, đợc sử dụng trong xây dựng.
Dùng làm màng sơn và vecni.
Ngoài ra nhựa Novolac có thể đợc dùng để chế tạo một số sản phẩm nh sau:
Chi tiết cho động cơ, hỏa tiễn, pháo bông.
Phanh, lớp đệm mối nối (compling bining) chịu nhiệt >500
o
C.
Dụng cụ điện dùng cho gia đình (lò nớng) dùng đến 280
o
C.
Van bơm nớc.
Chi tiết kéo chuyển động nớc.
Đầu chế hòa khí.
Lắp đầu xilanh của động cơ xe.
Đầu nút máy chữ mạ kim loại.
Độn bột đồng dẫn điện cao.
Độn bột sắt, banium femte dẫn từ.
22
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam

Độn bột chì mài lọc tia X.
Độn graphit bán dẫn.
Độn bột gỗ + cao su tăng độ bền va đập nhng giảm độ bền nhiệt dùng trong
phic điện.
Chọn phơng pháp sản xuất.
+ Nhựa Novolac có thể đợc sản xuất theo hai phơng pháp sản xuất gián đoạn và
liên tục. Phơng pháp gián đoạn có đặc điểm thành phần phản ứng thay đổi theo
thời gian tiến hành và giữ nguyên trong không gian mà quá trình xảy ra, độ đồng
đều sản phẩm không cao vì còn tùy thuộc vào các mẻ phản ứng hơn nữa phơng
pháp gián đoạn còn cho năng suất thấp. Trong đồ án này chọn phơng án sản xuất
nhựa Novolac theo phơng pháp gián đoạn.
*Sản xuất nhựa Novolac theo phơng pháp liên tục.
+ Sản xuất nhựa Novolac theo phơng pháp này thì nguyên liệu và nhựa đợc
đa vào và lấy ra liên tục, thông qua một hệ thiết bị nối tiếp nhau. Trong thời gian
phản ứng nồng độ các cấu tử trong một thể tích nao đó không thay đổi theo thời
gian: bao gôm quá trình liên tục từng bâc và quá trình liên tục từng dòng.
+ Quá trình liên tục từng bậc: là quá trình xảy ra từng bậc trong một dẫy
thiết bị đặt nối tiếp nhau thành một hệ tác dụng liên tục. Quá trình này có đặc điểm
là nồng độ của các cấu tử không thay đổi trong toàn bộ thể tích của thiết bị phản
ứng sau khi đạt đến giá trị ổn định. Sự thay đổi nồng độ của các cấu tử ban đầu và
các sản phẩm cuối cùng, khi đó ở mỗi thiết bị phản ứng hỗn hợp phản ứng và chất
lỏng chảy ra từ thiết bị đó có thành phần đồng nhất.
+ Quá trình dòng liên tục: là quá trình trong đó nồng độ của các cấu tử thay
đổi trong toàn bộ không gian phản ứng cũng giống nh quá trình liên tục từng bậc,
đối với quá trình dòng liên tục thành phần hỗn hợp phản ứng không thay đổi trong
suốt thời gian tiến hành quá trình. Chế độ ổn định thiết lập chỉ có thể thay đổi bằng
cách thay đổi thành phần hỗn hợp cung cấp, tốc độ dòng, nhiệt độ và áp suất. Quá
trình liên tục thờng tiến hành trong thiết bị hình ống.
*Sản xuất nhựa Novolac theo phơng pháp gián đoạn.
23

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Theo phơng pháp này nguyên liệu từ thùng chứa đợc bơm ly tâm bơm vào
thùng cao vị và chẩy vào thiết bị phản ứng chính, xúc tác cũng đợc đa trực tiếp vào
thùng cao vị và chẩy vào thiết bị phản ứng chính. Phơng pháp này có u điểm hệ
thống thiết bị sản xuất đơn giản hơn, chi phí kinh tế thấp hơn phơng pháp liên tục
và cho hiệu suất cao. Nhng có nhợc điểm là năng suất không cao không tân dụng
đợc nguồn nhân lực.


24
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
THUYếT Minh dây chuyền sản xuất
Quy trình sản xuất nhựa Pheno-Focmandehyt dạng Novolac theo phơng
pháp gián đoạn gồm các công đoạn chủ yếu sau:
ở sơ đồ này ta dùng phơng pháp lờng trọng trên các thùng lờng này có van
xả áp.
Phenol và Focmalin từ các thùng chứa 14 và 16 đợc bơm ly tâm 17 bơm lên
các thùng cao vị tơng ứng là 1 và 2, từ đó chẩy vào thiết bị phản ứng chính. Xúc
tác đợc đa trực tiếp vào thùng cao vị, từ đó chẩy vào thiết bị phản ứng chính. Khi
các nguyên liệu đầu đợc đa vào thiết bị phản ứng chính dùng máy khuấy khuấy
đều thêm xúc tác đến PH yêu cầu khoảng(1,6-2,3).
Đun nóng hỗn hợp phản ứng đến 55-60
o
C sau đó ngừng cấp nhiệt vì nhiệt độ
hỗn hợp phản ứng tự tăng do phản ứng toả nhiệt. Khi nhiệt độ hỗn hợp đạt 98-
110
o
C thì hỗn hợp bắt đầu sôi và ngừng khuấy.
Thời gian phản ứng trong tháp là 4 giờ.
Hỗn hợp đơc sấy bằng bơm chân không.

Sau đó hỗn hợp đợc đa xuông thiết bị trống làm nguội 13 và đợc băng tải
chuyển vao kho sản phẩm.


25
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
CHƯƠNG II TíNH toán kỹ thuật
2.1.tính phối liệu và cân bằng vật chất.
2.1.1. Đơn phối liệu.
Nhựa Novolac đợc sản xuất theo phơng pháp gian đoạn đơn phối liệu nh sau :
Phenol 96% 100 phần trọng lợng.
Focmandehyt 37% 70 phần trọng lợng.
HCl 6N 1 phần trọng lợng.
2.1.2. Cân bằng vật chất.
- Sơ đồ sản xuất nhựa Novolac:
Giả thiết tổn hao qua các công đoạn nh sau:
Nạp liệu: 0,5% .
Đa tụ: 1%.
Lọc, Tách: 0,5%.
Sấy: 0,5%.
Đóng gói sản phẩm: 0,5%.
Thời gian làm việc:
Tổng số ngày trong năm: 365 ngày.
nghỉ chủ nhật: 54 ngày.
nghỉ lễ, tết: 7 ngày.
Nghỉ bảo dỡng: 14 ngày.
26
Sản phẩmSấy
Lọc
Đa tụNguyên liệu

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Tổng số ngày làm việc trong năm: ( 365-54-7-14)= 290 ngày
Năng suất thiết bị trong một ngày là: 1,241(tấn/ngày).
2.1.2.1. Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm.
Từ số lợng một tấn sản phẩm tính ngợc lại để biết nguyên liệu đầu cần dùng.
Công đoạn đóng gói sản phẩm.
Công đoạn này tổn hao 0,5% nên sản lợng cần sản xuất trớc khi đa vào công
đoạn này là:
1000.100
99,5
= 1005 (kg)
Lợng tổn hao là: 1005 -1000 = 5 (kg).
Công đoạn sấy:
Công đoạn này tổn hao 0,5% nên sản lợng trớc khi sấy là:
1010 ( kg)
Lợng tổn hao là: 1010-1005 = 5 (kg)
Công đoan lọc, tách nớc:
Công đoạn này tổn hao 0,5% nên sản lợng càn thiết trớc khi vào công đoạn
nay là:
1015
5,99
100.1010
=
(kg)
Lợng tổn hao là: 1015-1010 = 5 (kg)
Công đoạn đa tụ:
Công đoạn này tổn hao 1% nên sản lợng trớc khi vào công đoạn này là:

26,1025
99

100.1015
=
(kg)
Lợng tổn hao là: 1025,26-1015 = 10,26(kg)
Công đoan nạp liệu:
Công đoạn này tổn hao 0,5% nên sản lơng cần thiết trớc khi vào công đoạn
này là:
4,1030
5,99
100.26,1025
=
(kg).
Lợng tổn hao là: 1030,4-1025,26 = 5,14 (kg).
27
360
290
1005.100
99,5