Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC năng suất 45.000 tấn/năm

Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA HỌC & CNTP

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
1. GVHD
Lớp
SVTH

2.
3.
4.
5.
-

: Th.S Tống Thị Minh Thu
: DH10H2
: Nguyễn Thanh Tùng
Đào Duy Tùng
Lê Thanh Vàng
Ngành
: Công nghệ Hóa học
Đề tài : Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC năng suất 45.000 tấn/năm
Nội dung tính toán
Cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt
Thiết bị chính

Nội dung thuyết minh
Lời nói đầu
Mục lục
Nội dung tính toán
Quy trình công nghệ
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Bản vẽ phải hoàn chỉnh
Sơ đồ, quy trình công nghệ sản xuất PVC
Bản vẽ thiết bị phản ứng chính

Xác nhận của GVHD đồ án

Vũng Tàu, ngày 2 tháng 12 năm 2013

1


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.. ............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................

..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................

Phần đánh giá:
 Ý thức thực hiện: ...............................................................................
 Nội dung thực hiện: ...........................................................................
 Hình thức trình bày: ...........................................................................
 Tổng hợp kết quả: ..............................................................................
 Điểm bằng số: .............. Điểm bằng chữ:
Tp. Vũng Tàu, ngày ..... tháng ..... năm 2013
Giáo viên hướng dẫn

2


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn của thầy
cô trong Khoa Hóa học & công nghệ thực phẩm và đặc biệt là sự giúp đỡ tận
tình của giảng viên hướng dẫn : Thạc sĩ Tống Thị Minh Thu, nhóm chúng em đã
hoàn thành nhiệm vụ được giao đúng thời hạn quy định.
Đồ án thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp
huyền phù được hoàn thành dựa vào kiến thức tổng hợp thu được trong những
năm học vừa qua ở trường, qua các tài liệu tham khảo trong nước cũng như một
số tài liệu của các nước công nghiệp phát triển trên thế giới.
Qua quá trình thiết kế, chúng em càng hiểu thêm về các dầy chuyền công

nghệ sản xuất hiện đại, đồng thời trang bị thêm cho mình kiến thức về thiết kế
nhà máy công nghiệp hóa chất. Tuy nhiên, việc thiết kế phân xưởng sản xuất đòi
hỏi người thiết kế phải có một kiến thức tổng hợp về mặt lý thuyết cũng như quá
trình công nghệ, kỹ năng tính toán, những kiến thức về xây dựng, đặc biệt là
nguyên tắc vận hành dây chuyền công nghệ và am hiểu thực tế. Bản thân chúng
em là sinh viên việc tiếp cận thực tế chưa nhiều, kinh nghiệm thực tế hạn hẹp
nên bản thiết kế của em không tránh khỏi những thiếu sót và tính khả thi của nó
chưa cao, rất mong sự đóng góp của quý thầy cô để bản đồ án của chúng em
được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, một lần nữa nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn sự tận tình
giúp đỡ của Th.S Tống Thị Minh Thu cùng quý thầy cô trong khoa đã giúp em
hoàn thành bản đồ án này.

3


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

LỜI MỞ ĐẦU
Trong thập niên 1930  1940 bắt đầu phát triển nhiều loại nhựa dẻo
quan trọng trong đó có nhựa polyvinyl clorua (PVC). Sau Chiến tranh thế giới
thứ hai polyme tổng hợp đã làm cuộc cách mạng trong lĩnh vực vật liệu.
Những polyme này có giá thành tương đối rẻ, tính chất có thể điều chỉnh trong
một giới hạn rộng và trong nhiều mục đích sử dụng ưu việt hơn những loại vật
liệu cổ truyền.
PVC là một polyme tổng hợp từ vinyl clorua monome (VCM) theo
phản ứng trùng hợp. Số mắt xích trong phân tử PVC khoảng 700  1500
monome. Các monome này liên kết tạo thành một mạch duy nhất. Những

mạch này rất mềm dẻo. Ngày nay, PVC được sử dụng rất rộng rãi do nó có rất
nhiều công dụng. PVC có thể được sử dụng làm màng, tấm chất dẻo, chất dẻo
đúc bằng áp lực, keo dán, sơn…Tuy nhiên PVC cũng có một số điểm hạn chế
như kém bền nhiệt, chỉ sử dụng tốt trong phạm vi nhiệt độ khoảng 60700C,
khả năng hoà tan trong các dung môi kém, khi gia công có khí HCl thoát ra
gây ra ăn mòn thiết bị và ô nhiễm môi trường.
Trước như cầu về PVC của thế giới và Việt Nam đang tăng mạnh thì
việc nghiên cứu để có những ứng dụng công nghệ mới trong ngành sản xuất
PVC có một ý nghĩa hết sức quan trọng. Đồ án công nghệ: Thiết kế phân
xưởng sản xuất PVC công suất 45.000 tấn/năm góp phần cho chúng em
hiểu rõ về ngành sản xuất còn rất mới này.
Đồ án này sẽ đưa ra những khái niệm cơ bản nhất về polyme nói chung
và PVC nói riêng. Giới thiệu một số quá trình sản xuất khác nhau và lựa chọn
một quá trình sản xuất phù hợp với điều kiện của Việt Nam đồng thời cũng
đưa ra một số thông tin mới cập nhật và một số tiến bộ công nghệ trong lĩnh
vực sản xuất.
4


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN ............................................................................................... 3
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................... 4
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .............................................. 8
1.1.

Giới thiệu chung về PVC ............................................................................. 9

1.1.1.

Lịch sử phát triển ................................................................................ 9

1.1.2.

Tình hình sản xuất và phát triển .......................................................... 10

1.1.3.

Cấu tạo ................................................................................................ 20

1.1.4.

Tính chất của PVC .............................................................................. 22

1.1.5.

Ứng dụng............................................................................................. 27

1.2.

Nguyên liệu tổng hợp PVC .......................................................................... 28

1.2.1.

Vinyl clorua (VCM) ............................................................................ 28

1.2.2.

Chất ổn định huyền phù ( Polyvinyl ancol – PVA) ............................ 31

1.2.3.

Chất khơi màu ..................................................................................... 32

1.2.4.

Chất kìm hãm ( AD – 3) ..................................................................... 35

1.2.5.

Chất ổn định nhiệt độ ( AD – 5) ......................................................... 35

1.2.6.

Chất bảo quản...................................................................................... 37

1.3.

Phản ứng tạo nhựa PVC ............................................................................... 38

1.3.1.

Đặc điểm của phản ứng trùng hợp ...................................................... 38

1.3.2.

Cơ chế ................................................................................................. 40

1.3.3.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp ................................... 41

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG
NGHỆ SẢN XUẤT PVC .............................................................................. 44
2.1.

Phân tích và lựa chọn dây chuyền công nghệ ............................................... 44

2.2.

Công nghệ sản xuất PVC bằng phương pháp trùng hợp huyền phù ............ 46
5


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

2.2.1.

Thành phần nguyên liệu ...................................................................... 46

2.2.2.

Sơ đồ khối quy trình sản xuát ............................................................. 47

2.2.3.

Các giai đoạn sản xuất ........................................................................ 48

2.2.3.1.

Nạp pha liên tục......................................................................... 48

2.2.3.2.

Hút chân không thiết bị phản ứng ............................................. 48

2.2.3.3.

Tiến hành nạp monomer VC ..................................................... 49

2.2.3.4.

Đun nóng thiết bị phản ứng ....................................................... 49

2.2.3.5.

Ổn định nhiệt độ và áp suất ....................................................... 50

2.2.3.6.

Tháo sản phẩm .......................................................................... 50

2.2.3.7.

Làm sạch nồi phản ứng ............................................................. 50

2.2.4.

Quy trình công nghệ............................................................................ 52

2.2.4.1.

Thiết kế cụm sản xuất................................................................ 52

2.2.4.2.

Thiết kế sơ đồ công nghệ .......................................................... 56

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH ........................................ 60
3.1.

Cân bằng vật chất.......................................................................................... 61

3.1.1.

Thông số ban đầu ................................................................................ 61

3.1.2.

Tính cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm .................................... 63

3.2.

Cân bằng nhiệt .............................................................................................. 72

3.2.1.

Giai đoạn nung nóng hỗn hợp 25 ÷ 45oC............................................ 72

3.2.2.

Giai đoạn duy trì phản ứng ở 58oC ..................................................... 89
6


Đồ án công nghệ

3.3.

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Tính toán thiết bị chính ................................................................................. 99

3.3.1.

Quy cách thiết bị ................................................................................. 99

3.3.2.

Tính thể tích của nguyên liệu trong một chu kỳ sản xuất ................... 99

3.3.3.

Tính thể tích của thiết bị phản ứng (Vtb) ............................................. 100

3.3.4.

Tính chiều cao và đường kính thiết bị phản ứng ................................ 101

3.3.5.

Tính chiều dày thiết bị phản ứng ........................................................ 102

3.3.6.

Tính chiều dày vỏ áo thiết bị............................................................... 108

3.3.7.

Tính bích cho thiết bị chính ................................................................ 110

3.3.8.

Tính cánh khuấy của thiết bị phản ứng ............................................... 111

3.3.9.

Tính trọng lượng của thiết bị phản ứng .............................................. 116

3.3.10.

Chọn chân đỡ và tai treo ..................................................................... 120

3.3.11.

Kích thước hình học của tấm chắn và vị trí lắp đặt ............................ 121

3.3.12.

Tính đường kính thiết bị ngưng tụ ...................................................... 122

3.3.13.

Xác định kích thước nắp và chiều dày thiết bị ngưng tụ .................... 123

3.3.14.

Chọn bích và bulong cho thiết bị ngưng tụ ......................................... 126

KẾT LUẬN ............................................................................................................. 127
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 128

7


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Chương 1: TỔNG QUAN LÝ
THUYẾT

8

Đồ án công nghệ

1.1.
1.1.1.

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Giới Thiệu Chung Về PVC
Lịch sử phát triển
Trong công nghiệp chất dẻo, Polyvinyl clorua (PVC) là một trong ba

chất dẻo chủ lực gồm Polyolefin (PO), PVC và Polystyren (PS). Nó đứng
hàng thứ hai sau Polyolefin với tổng công suất toàn thế giới năm 1997 là trên
25 triệu tấn, tiêu thụ khoảng 22 triệu tấn.
Vinyl clorua được tìm ra lần đầu tiên bởi Regnault năm 1835, polyme
Polyvinyl clorua (PVC) được quan sát thấy lần đầu tiên năm 1938. Năm 1912,
Baumann trình bày phản ứng trùng hợp monome vinilic gồm vinyl clorua sử
dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra sản phẩm PVC ở dạng bột trắng. Từ đó, công
nghệ trùng hợp PVC đã có những bước phát triển mạnh mẽ chủ yếu ở Mỹ và
Đức. Sản phẩm thương mại của PVC ra đời lần đầu tiên ở Đức vào đầu những
năm 30 sử dụng quá trình trùng hợp nhũ tương. Năm 1932, bước đột phá đầu
tiên để giải quyết vấn đề quá trình và sự ổn định nhiệt diễn ra khi Semon phát
minh ra chất hoá dẻo cho PVC, quá trình sử dụng chất ổn định được phát triển
vào những năm 30 của thế kỉ 20.
Hiện nay PVC là một trong những polyme chính của thế giới. Do tính
chất cơ lý tốt nên PVC được sản xuất với sản lượng lớn. Tuy nhiên tính ổn
định nhiệt và tính mềm dẻo của PVC kém hơn một số nhựa thương phẩm khác
như Polyetylen (PE) và PS. PVC được sản xuất chủ yếu bằng trùng hợp gốc.
Tuy nhiên, trùng hợp gốc của PVC cho ra nhiều các đồng phân và các khuyết
tật cấu trúc. Những nhân tố này là quan trọng sống còn đối với người sử dụng

PVC, vì chúng tạo ra những vấn đề về màu sắc, độ ổn định nhiệt, độ tinh thể,
ứng xử gia công và tính chất cơ học của thành phẩm. Nghiên cứu về khuyết tật
cũng đem lại sự hiểu biết sâu sắc về bản chất của phản ứng phụ xảy ra trong
quá trình trùng hợp.
9


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Ngoài các chất phụ gia như chất hoá dẻo, chất ổn định nhiệt, chất bôi
trơn,chất độn và các polyme khác, đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm cải
thiện những tính chất yếu kém của PVC, ví dụ như đồng trùng hợp với các
monomer khác và thay đổi hình thái của hạt để tăng cường tính dễ gia công.
Polyme ghép đồng trùng hợp của PVC với monome acrylic và vinyl axetat,
blend với MBS và acrylonitryl butadien styren (ABS) đã được thử nghiệm để
tăng sức chịu va đập. Copolyme của PVC với monome imit và PVC clo hoá
đã được nghiên cứu để tăng tính chống cháy của PVC. Tổng hợp polyme khối
lượng phân tử cao và một liên kết ngang PVC để tăng modun. Tổng hợp PVC
hoá dẻo nội là một giải pháp cho vấn đề của chất hoá dẻo (DOP) di chuyển từ
bên trong ra bên ngoài vật liệu.
1.1.2.

Tình hình sản xuất và phát triển

1.1.2.1. Trên thế giới
Trong phần lớn thời gian của thập niên 1990, sản xuất PVC là một lĩnh
vực sản xuất không đạt lợi nhuận cao. Điều này đã khiến nhiều công ty đóng
cửa nhà máy, rút khỏi sản xuất PVC hoặc sáp nhập với nhau. Rất ít nhà máy

mới được dự kiến xây dựng.
Tuy nhiên, nhu cầu PVC đã tăng mạnh vào cuối thập niên, bất chấp
những
vấn đề môi trường. Kết quả là, sau khi ảnh hưởng của cuộc khủng
hoảng tài chính châu á giảm dần, nhu cầu PVC đã tăng lên sít sao với mức
cung và lợi nhuận đã tăng trở lại trong năm l 999.
Sản lượng PVC của thế giới năm 2006 đạt tới hơn 32 triệu tấn và mức
tăng trưởng trong giai đoạn 2001 – 2006 là hơn 5 %/năm. Dự kiến đến năm
2012, công suất PVC của thế giới sẽ đạt 50 triệu tấn/năm. Khu vực châu Á

10


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

được dự báo dẫn đầu thế giới với mức tăng trưởng nhu cầu bình quân hàng
năm là khoảng 7 %/năm trong giai đoạn từ nay đến những năm 2010 và đến
năm 2012 sẽ chiếm 50% tổng công suất của thế giới, trong đó cao nhất là
Trung Quốc, tiếp đến Malaysia, Việt Nam và Ấn Độ.
Bảng 1.1 là sản lượng PVC của thế giới trong các năm1991, 2001, 2006
và dự báo cho 2011. Bảng 1.2 là công suất PVC của Châu Á – Thái Bình
Dương giai đoạn 2000-2007, trong đó Trung Quốc với sự nhảy vọt đột biến đã
vươn lên vị trí dẫn đầu thế giới.
Bảng 1.1 Sản lượng PVC trên thế giới
Đơn vị: 1.000 tấn
TT

Khu vực

1991

2001

2006

2011

1

Tây Âu

6.030

5.500

5.800

6.100

2

Trung Âu

2.440

500

700

1.000

3

CIS

300

800

1.700

4

NAFTA

6.090

6.500

7.300

7.800

5

Nam Mỹ

940

1.100

1.500

1.600

6

Châu Phi- Trung Đông

830

1.400

2.100

2.700

7

Châu Á-Châu Đại Dương

5.860

10.600

14.600

19.800

Cộng:

22.190

25.900

32.800

40.700

Theo: TPC Vina, CMAI và Vinolit

11


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Bảng 1.2 Công suất nhựa PVC của Châu Á-Thái Bình Dương giai đoạn
2000-2007
Đơn vị tính: 1.000
tấn
Nước

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

1

Nhật Bản

2.685

2.613

2.540

2.523

2.448

2.448

2.448

2.448

2

Hàn Quốc

1.180

1.180

1.240

1.240

1.240

1.240

1.240

1.240

3

Đài Loan

1.535

1.566

1.679

1.679

1.698

1.717

1.717

1.717

4 Trung Quốc 2.665

2.892

3.265

4.623

6.000

8.000 10.000 11.200

5

Thái Lan

760

795

795

795

795

795

795

795

6

Malaysia

97

260

260

260

271

280

280

280

7

Indonesia

621

621

621

621

621

621

621

621

8

Philippines

102

100

100

100

106

110

110

110

9

Việt Nam

80

80

115

200

200

200

200

200

10

Ấn Độ

791

811

775

775

775

800

1.035

1.035

11

Pakistan

100

100

100

100

100

100

100

100

12 Ả rập Xê ut

324

324

324

324

394

394

394

394

13

240

240

140

140

140

140

140

140

Australia
Tổng cộng:

11.180 11.582 11.954 13.380 14.788 16.845 19.080 20.280
Theo: Harriman Report

Ngành xây dựng là lĩnh vực sử dụng chủ yếu đối với các sản phẩm
PVC. Trong lĩnh vực hàng tiêu dùng và bao bì đóng gói, các sản phẩm PVC
đang mất dần thị phần vì nó được thay thế bởi các sản phẩm khác thân môi
trường hơn.

Những yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất PVC toàn cầu là:
- Sự tăng trưởng kinh tế sẽ kéo theo sự tăng nhu cầu PVC.
12


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

- Giá năng lượng cao có thể làm giảm tốc độ tăng trưởng kinh tế.
- Các vấn đề về môi trường có thể không kìm hãm sự tăng trưởng sản
xuất
PVC, nhưng có thế hạn chế việc xây dựng các nhà máy PVC mới.
Cơ cấu sử dụng 5,3 triệu tấn PVC tại các nước Tây Âu như sau:
Bảng 1.3 Cơ cấu sử dụng PVC ở các nước Tây Âu
Cơ cấu sử dụng PVC tại các nước Tây Âu :
Ống dẫn

27%

Kết cấu xây dựng

18%

Tấm màng cứng

10%

Bọc cáp

9%

Chai lọ

9%

Màng mềm

7%

Lát sàn

6%

Các ứng dụng khác

6%

Lớp sơn lót

3%

Ống mềm 3%

3%

Sản phẩm xốp

2%

Cộng

100%

1.1.2.2. Tại Việt Nam
Từ nhưng năm đầu của thập kỷ 60 Việt Nam đã "sản xuất được" PVC
do Nhà máy hóa chất Việt Trì sản xuất. Trong phương án sản phẩm của nhà
máy có 150 tấn/năm PVC chủ yếu để giải quyết cân bằng do việc tạo ra HCL,
cho kết hợp với axetylen từ đất đèn nhập ngoại, thành VCM và trùng hợp.
13


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Những tấn bột trắng ngả hồng đầu tiên ấy đã được Nhà máy Cao su Sao vàng
cán thành tấm "nilông" che mưa, nhà máy ăcquy Hải Phòng làm những tấm lá
cách điện...Song vừa không kinh tế, lại sản lượng quá nhỏ, chẳng giải quyết
được vấn đề gì nên ngành sản xuất này sớm chấm dứt, đặc biệt khi bước vào
chiến tranh phá
hoại của Mỹ.
Trong những năm của thập kỉ 90 công nghiệp gia công chất dẻo trong
nước phát triển mạnh với tốc độ tăng bình quân tới 28%/năm. Năm 1990 tiêu
thụ chất dẻo trong nước là 0,5 kg/người đến năm 1996 đã lên tới 5,7 kg/người.
Toàn bộ nhựa nguyên liệu là nhập khẩu; trong số đó PVC chiếm trung bình
1/3. PVC nhập dưới 2 dạng: Bột PVC (PVC resin) và hạt PVC (PVC
compound) chứa sẵn chất hóa dẻo, chất ổn định, chất màu.
Năm 2000 cả nước tiêu thụ khoảng 150.000 tấn bột PVC, trong nước
sản xuất đáp ứng được khoảng 40% nhu cầu và phải nhập khẩu 60% từ nhiều

nước trên thế giới.
Năm 2002, toàn ngành nhựa Việt Nam đã sử dụng 1.260.000 tấn
nguyên liệu nhựa, trong đó PP, PE, PVC là các nguyên liệu được sử dụng
nhiều nhất chiếm khoảng 71,3% tổng nhu cầu nguyên liệu.
Mức tiêu thụ theo từng loại nguyên liệu nhựa năm 2002 như sau:
PP: 380.000 tấn
PVC: 180.000 tấn
PE: 340.000 tấn
Nguồn cung cấp PVC bột và hạt, cũng như một số bán thành phẩm PVC
(tấm trải nhà, và giả da) và phụ gia chủ yếu là chất hóa dẻo DOP là các nước
Đông Á và Đông Nam Á (Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc, Đài Loan, Thái
Lan...).

14


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Bảng 1.4 Thống kê nhập khẩu PVC: đvt triệu USD
Tên nước

Năm 1998

Năm 1999

Năm 2000

Hàn Quốc

11.7

7.4

16.5

6.1

Singapo

8.8

4.9

16.5

4.0

Thái Lan

12.5

12.1

21

11.3

Nhật Bản

7.7

4.8

7.9

10tháng/2001

Arập xê út

0.4

0.2

Ấn Độ

2.2

0.4

Hồng Kông

2.7

Malaixia

0.2

Tổng số

53.5

0.1

41

73

36

Lượng PVC nhập tăng hàng năm: năm 1997 , riêng PVC nhập trên
72.000 tấn. Theo kế hoạch dự kiến của Tổng công ty nhựa Việt Nam nhu cầu
bột PVC và chất hóa dẻo trong thời gian tới như sau :
Năm

2000

2005

2010

PVC

100.000

200.000

400.000

DOP

28.000

28.000

67.000

Các dự án sản xuất PVC theo danh mục các dự án nguyên liệu và bán
thành phẩm nghành nhựa giai đoạn 2001–2010. (Ban hành kèm theo Quyết
định số 11/2004/QĐ-BCN ngày 17 tháng 02 năm 2004 của Bộ trưởng Bộ
Công nghiệp).

15


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Bảng 1.5 Thống kê các dự án sản xuất PVC
2005
Công suất Tổng vốn
Tên dự án

Địa điểm

(tấn/n)

(triệu USD)

2010
Công suất Tổng
(tấn/n)

vốn
(triệu

Nhà máy sản xuất Đồng Nai

120.000

45

PVC1 mở rộng

Vũng Tàu 100.000

80

Nhà máy sản

Vũng Tàu

USD)

200.000

147

Bộ Công nghiệp đã vạch ra một chiến lược của ngành hóa dầu để đón
đầu các bước đi tiếp sau của sự phát triển PVC: tạo ra etylen từ cracking nafta
(hoặc khí thiên nhiên), clo hóa rồi gặp nhau ở VCM, đồng thời cung cấp 2-etyl
hexanol và axit terephtalic. Theo dự kiến vào khoảng năm 2010 chúng ta sẽ có
khả năng sản xuất từ đầu đến cuối 500.000 tấn nhựa PVC và 75.000 tấn DOP.
Tương lai của nghành sản xuất nhựa PVC tại Việt Nam là khả quan.[6]
Ở Việt Nam, cũng như tất cả các nước Đông Nam Á khác (kể cả Đài
Loan), công ngiệp sản xuất nguyên liệu cho ngành nhựa đều khởi đầu từ PVC.
Sơ đồ sau cho ta khái quát các bước phát triển của quá trình sản xuất PVC từ
dầu mỏ và sự phát triển của ngành hóa dầu Việt Nam:

16


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

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). Cuối năm
2002, nhà máy sản xuất PVC thứ hai (Liên doanh giữa Petronas Malaysia với
Bà Rịa – Vũng Tàu) có công suất 100.000 tấn/năm cũng bắt đầu tham gia vào
thị trường.
Bảng 1.6 Lượng tiêu thụ các loại nhựa và PVC ở Việt Nam trong những
năm qua và dự đoán đến năm 2011
Nhựa nói chung

Năm

PVC

Tổng cầu Bình quân Sản xuất Nhập

Tổng

(tấn)

cầu (tấn) quân tiêu

tiêu

thụ trong

khẩu

(kg/đầu

nước

(tấn)

người)

(tấn)

17

Bình
thụ

(kg/đầu


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

người)
1995

280000

3,78

58500

58500

0,81

1996

420000

5,60

65000

65000

0,89

1997

500000

6,06

74000

74000

1,00

1998

625000

8,00

12100

92000

104100

1,83

1999

780000

9,80

47600

61800

109400

1,41

2000

950000

12,20

24930

85700

110000

1,42

2001

1010000

13,00

78800

52800

131600

1,67

2002

1260000

15,60

102100

52900

155000

1,94

2003

1450000

18,70

119700

47200

166900

2,06

2004

1550000

20,10

127730

51200

178930

2,18

2005

1650000

21,00

145200

64300

209500

2,52

2006

1967000

22,00

176200

69800

246000

2,90

2007

2297000

26,80

195000

65000

260000

3,04

2008

2710000

31,50

215000

66000

281000

3,25

2009

3200000

36,40

250000

54000

304000

3,48

2010

3850000

42,00

290000

40000

330000

3,74

18


Đồ án công nghệ

2011

-

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

-

290000

64400

356400

4,00

Tuy nhiên, hiện nay giá sản phẩm PVC trong nước cao hơn rất nhiều so
với giá mặt bằng chung trên thế giới. Nguyên nhân của tình trạng trên là do sự
hụt giá của đồng tiền các nước cung cấp nguyên liệu cho ngành nhựa Việt
Nam. Hơn nữa, các nhà máy mới đi vào hoạt động giá thành sản phẩm vẫn
mang giá trị khấu hao ban đầu nên giá thành vẫn cao hơn mức bình thường.
Khả năng cung-cầu nhựa PVC ở Việt Nam được thể hiện trong biểu đồ hình
1.1:

Hình 1.1 Khả năng cung – cầu PVC của Việt Nam
Như vậy, cho đến năm 2010 – 2011 và cả các năm sau đó Việt Nam vẫn
còn phải nhập khẩu PVC nếu như ngay từ bây giờ không có nhà đầu tư nào
quan tâm đến lĩnh vực này.

19


Đồ án công nghệ

1.1.3.

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Cấu tạo

Công thức cấu tạo dạng tổng quát của nhựa PVC:
H

Cl

H

Cl

C

C

C

C

H

H

H

H

n

Nó luôn tồn tại ở hai dạng cấu tạo là đầu nối đuôi và đầu nối đầu.
 Đầu nối đuôi:
H

Cl

H

Cl

H

Cl

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

 Đầu nối đầu:
Cl

H

H

Cl

Cl

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

Qua sự nghiên cứu các tính chất hoá học của PVC và qua khảo sát bằng
quang học thì thấy rằng cấu tạo chủ yếu theo lối kết hợp đầu nối đuôi, vào
năm 1939 Marrel, Sample và Raj làm thí nghiệm tách loại Clo trong PVC
bằng cách đun nóng dung dịch PVC trong dioxan với bột kẽm đã khẳng định
sự xác định cấu tạo trên là đúng.
CH2

CH

CH2

Zn

CH

CH

CH

CH2

Cl

Cl
20

 ZnCl2


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

- Nhóm Cycloprôpan tạo thành, chứng tỏ PVC có cấu tạo theo nối kết
hợp đầu nối đuôi.
- Do trong PVC có Clo nên cấu trúc rất điều hoà. Polyme thu được là
hỗn hợp của cả ba loại.
- Syndiotactic:
Cl
CH

CH2

CH2

CH

CH2

CH

Cl

Cl

- Izotactic:
CH

CH2

CH

CH2

CH

CH2

Cl

Cl

Cl

- Atactic:
Cl
CH2

CH

Cl

CH2

CH

CH2

CH

CH2

CH
Cl

Cl

Vào năm 1956, Natto và Carradini kiểm tra vùng kết tinh và thấy rằng
cứ khoảng 5,1 A0 thì chứa một cấu trúc Syndiotactic phổ NMR đã chỉ ra rằng
PVC theo quy ước có khoảng 5,5% Syndiotactic và phần còn lại là một lượng
lớn Atactic trong cấu trúc ngoài ra còn một số mạch nhánh như:

21


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

H

H

Cl

H

H

Cl

H

C

C

C

C

C

C

C

H

H

hoặc
H
H

C

H

C

H
Cl

H

H

H

C

H

H

C

Cl

Cấu tạo ở dạng nhánh này rất ít từ 50- 100 mắt xích cơ sở mới có một
nhánh. Năm 1940 Fuller nghiên cứu tia X và thấy rằng PVC thương mại
thường là những chất vô định hình mặc dù vẫn có một lượng nhỏ kết tinh.
1.1.4.

Tính chất của PVC

1.1.4.1. Tính chất vật lí
PVC là một polyme vô định hình ở dạng bột trắng hay vàng nhạt, có
trọng lượng riêng là 1,41,45. Chỉ số khúc xạ 1,544. PVC là một loại nhựa
dẻo chịu nhiệt trong khoảng 801600C. Trọng lượng phân tử không đồng đều,
độ trùng hợp từ 1002000. Để có vật liệu bền và co giãn thì 70% các phần của
polyme phải có độ trùng hợp từ 1000 trở lên. PVC lão hoá rất nhanh, dẫn đến
giảm tính co giãn và tính chất cơ học.
Tính chất điện của sản phẩm PVC phụ thuộc vào quá trình hình thành:
-

Hằng số điện môi tại 60 Hz và 30 0C là 3,54.

-

Hằng số điện môi tại 1000 Hz và 30 0C là 3,41.

-

Hệ số công suất tại thời điểm trên là3,51% và 2,51%.

-

Cường độ điện môi: 1080 V/ml.

22


Đồ án công nghệ

-

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Điện trở suất là 1015.

Từ những số liệu trên cho ta thấy tính chất cách điện của PVC khá tốt,
tuy nhiên phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và áp suất. [1]
PVC là một loại nhựa nhiệt dẻo có Tg ≈ 800C và Tm ≈ 1600C nghĩa là
dưới 800C PVC ở trạng thái thuỷ tinh , từ 800C đến 1600C ở trạng thái co dãn
nhiều và trên 1600C ở trạng thái dẻo. Nhưng có một đặc điểm là trên 1400C
PVC đã bắt đầu bị phân huỷ toả ra HCl trước khi chảy dẻo ( đốt nóng lâu ở
trên 1000C cũng bị phân huỷ ) , HCl thoát ra cũng như muối sắt, muối kẽm có
tác dụng xúc tác làm tăng nhanh quá trình phân huỷ . ở nhiệt độ cao hơn và
khi chưng khô PVC bị phân huỷ hoàn toàn tạo thành HCl và hỗn hợp các sản
phẩm phân tử thấp chứ không trở lại monome cloruavinyl ban đầu.Nhiệt độ
phân huỷ của PVC là một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng.
1.1.4.2. Tính chất hóa học
PVC có tính ổn định hoá học tốt ở nhiệt độ thường. Còn khi nhiệt độ
tăng thì PVC có tính chất hoạt động hoá học và trong các quá trình biến đổi
hoá học đều có các nguyên tử Clo tham gia phản ứng và kéo theo cả nguyên tử
Hidro ở bên cạnh Cacbon. Phản ứng được chú ý nhất của PVC đó là sự Clo
hoá cuối. Quá trình có thể thực hiện trong môi trường hữu cơ như CCl4 tại
nhiệt độ vừa phải dưới tác dụng của sự chiếu xạ tử ngoại.

Phản ứng cũng có thể thực hiện trong huyền phù dạng nước với sự
cộng hợp của tác nhân gây trương như clorofom, cacbon têtracloxit xúc tác
bởi tia tử ngoại.
PVC có tính hoạt động hoá học khá lớn: trong các quá trình biến đổi
hoá học đều có các nguyên tử Clo tham gia phản ứng và thường kéo theo cả
nguyên tử Hidro ở Cacbon bên cạnh.
23


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Các loại phản ứng chính gồm:
Phản ứng phân huỷ

a.

Khi đốt nóng PVC có toả ra HCl và xuất hiện hoá trị tự do. Chính nhờ
có hoá trị tự do nên trong mạch sẽ xuất hiện nối đôi ở phản ứng (1), sẽ có liên
kết nối các mạch cao phân tử ở phản ứng (2) và nếu có oxy sẽ tạo thành một
số nhóm có chứa oxy ở phản ứng (3)
CH2

CH

CH2

CH

CH2

CH

CH

CH

CH

 HCl

(1)

- HCl
Cl

Cl

Cl
Cl

CH2

CH

CH2

CH

CH2

CH

CH

CH2

CH

CH2

(2)

- HCl
Cl

Cl

CH
Cl

CH2

CH

CH2

CH

+ O2

CH2

CH

CH

CH

 HCl

- HCl
O

Cl

Cl

Cl

Nhiệt độ càng cao HCl toả ra càng mạnh và càng có nhiều liên kết
nối các mạch làm giảm tính chất hoà tan của polyme. PVC ở trong dung
môi và ngay ở nhiệt độ thường cũng có HCl thoát ra và ở đây chủ yếu
xảy ra quá trình oxy hoá. Ngược lại PVC trong khí N2 khi đun nóng
không bị oxy hoá mà sẽ có cấu tạo lưới.
b. Khử HCl
Muốn đuổi hết nguyên tử Clo ra khỏi PVC người ta cho tác dụng
dung dịch polyme trong tetrahydro- furan một thời gian lâu với dung
dịch kiềm trong rượu và sẽ tạo thành polyen có cấu tạo như sau:

CH

CH

CH

CH

24

CH

CH

CH

CH

(3)


Đồ án công nghệ

GVHD : Th.S Tống Thị Minh Thu

Dung dịch polyme như trên đun nóng với Lytiafumi hydrat ở 100 0C
sẽ biến hoàn toàn thành polyetylen (chảy mềm ở nhiệt độ 1201300C).
c. Thế các nguyên tử Clo.
Mức độ thay thế không cao lắm và thường trọng lượng phân tử bị
giảm, thay Clo bằng nhóm axêtát. Khi đun nóng lâu ở 65 0C dung dịch

PVC với hỗn hợp axit axetic và axetat bạc
CH2

CH

CH2

n CH3COOAg

CH
Cl

Cl

CH2

CH

CH

CH2

+

n AgCl

OCOCH3

OCOCH3

Thay Clo bằng nhóm amin

-

Khi tác dụng dung dịch PVC với amôniac trong bình có áp suất và ở
nhiệt độ cao sẽ tạo thành một số nhóm amin và các liên kết amin nối các
mạch, mức độ thay thế không quá 1520%
CH2

CH

CH2

CH
Cl

Cl

CH2

CH

CH2

n NH3

CH
Cl

NH

+ n HCl

Cl
CH2

CH

CH2

CH

CH2

CH

CH2

Cl

-

CH
Cl

Thế Clo bởi nhân thơm

Khi cho tác dụng dung dịch PVC trong têtra hydro furan hay dicloetan
với benzen (hay Alkyl benzen) ở 00C hay ở nhiệt độ thường với xúc tác
Clorua nhôm (AlCl3) sẽ tạo thành một số nhóm Aryl

25