Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (614.34 KB, 102 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
lời cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Đào Quốc Tuỳ đã tận tình giúp đỡ em trong
suốt quá trình học tập và hớng dẫn em hoàn thành đồ án.
Đồng thời em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô tất cả các thày cô giáo
trong bộ môn Hữu cơ - Hoá dầu đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án đúng
thời gian qui định.
Hà nội, ngày 4 tháng 6 năm 2004
Sinh viên
Đỗ Văn Niên
MụC LụC
Sinh Viên Thực Hiện
-1-
Trang
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
Lời mở đầu ........................................................................................................
Phần I : Tổng quan lý thuyết ............................................................................
Chơng I : Tính chất nguyên liệu........................................................................
I. Lịch sử phát triển của VC......................................................................
II. Tính chất vật lý và ứng dụng của VC...................................................
III. Tính chất hoá học của VC...................................................................
III.1.Phản ứng của nối đôi.........................................................................
III.2. Phản ứng trùng hợp...........................................................................
III.3.Phản ứng của nguyên tử Clo.............................................................
Chơng II : Giới thiệu về quá trình phát triển của PVC.....................................
I. Quá trình phát triển nhựa PVC trên thế giới.........................................
II. Sự phát triển ngành công nghiệp nhựa PVC ở việt nam......................
Chơng III: Cấu tạo và tính chất của PVC..........................................................
I. Cấu tạo của PVC ...................................................................................
II. Tính chất của PVC ...............................................................................
III. Tính chất hoá học của PVC ................................................................
Chơng IV: Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất PVC ..................................
I. Các phản ứng hoá học ...........................................................................
II. Động học của quá trình trùng hợp .......................................................
III. Độ trùng hợp và chiều dài mạch phân tử ...........................................
IV. Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình trùng hợp ...................................
IV.1. Vai trò của oxy- tạp chất .................................................................
IV.2. ảnh hởng của nhiệt độ .....................................................................
IV.3. ảnh hởng của áp suất .......................................................................
IV.4. ảnh hởng của chất khởi đầu ............................................................
IV.5. ảnh hởng của nồng độ monome ......................................................
Chơng V : Các phơng pháp sản xuất nhựa PVC ..............................................
I. Các phơng pháp sản xuất ......................................................................
I.1. Trùng hợp khối ...................................................................................
I.2. Trùng hợp dung dịch ..........................................................................
I.3. Trùng hợp huyền phù .........................................................................
I.4. Trùng hợp nhũ tơng ............................................................................
I.5. So sánh các phơng pháp .....................................................................
Sinh Viên Thực Hiện
-2-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
II. Quá trình sản xuất nhựa PVC ..............................................................
II.1. Sản xuất PVC theo phơng pháp huyền phù ......................................
II.2. Sản xuất PVC theo phơng pháp nhũ tơng ........................................
III. Giới thiệu một số sơ đồ công nghệ sản xuất ......................................
III.1. Sơ đồ sản xuất PVC liên tục theo phơng pháp nhũ tơng ................
III.2.Sơ đồ sản xuất PVC theo phơng pháp nhũ tơng ..............................
III.3.Sơ đồ sản xuất PVC theo phơng pháp huyền phù ............................
III.4. Sơ đồ sản xuất PVC theo pheo phơng pháp huyền phù ..................
Phần II: Tính toán .............................................................................................
A. Tính cân bằng vật chất .................................................................................
I. Tính năng suất trong một ngày làm việc ..............................................
II. Tính cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm ....................................
II.1. Công đoạn trùng hợp ........................................................................
II.2. Công đoạn ly tâm rửa nhựa .........................................................
II.3. Công đoạn sấy - đóng bao ................................................................
III. Cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm ..........................................
III.1. Công đoạn trùng hợp .......................................................................
III.2. Công đoạn ly tâm rửa nhựa ........................................................
III.3. Công đoạn sấy - đóng bao ...............................................................
IV. Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất ..........................................
IV.1 .Công đoạn trùng hợp .......................................................................
IV.2. Công đoạn ly tâm rửa nhựa ........................................................
IV.3. Công đoạn sấy - đóng bao ...............................................................
B. Tính cân bằng nhiệt lợng .............................................................................
I. Cân bằng nhiệt lợng ..............................................................................
I.1. Giai đoạn 1 .........................................................................................
I.2. Giai đoạn 2 .........................................................................................
II. Tính lu lợng nớc làm mát ....................................................................
II.1. Giai đoạn 1 ........................................................................................
II.2. Giai đoạn 2 ........................................................................................
III. Tính bề mặt truyền nhiệt ....................................................................
III.1. Diện tích bề mặt truyền nhiệt giai đoạn 1 ......................................
III.2. Diện tích bề mặt truyền nhiệt giai đoạn 2 ......................................
Sinh Viên Thực Hiện
-3-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
IV. Tính lợng nhiệt cấp vào để tăng nhiệt độ đến nhiệt độ trùng hợp ...
IV.1. Khối lợng riêng của nhũ tơng .........................................................
IV.2. Nhiệt dung riêng của nhũ tơng .......................................................
V. Tính lu lợng nớc cần đun nóng ...........................................................
C. Tính toán thiết bị chính ................................................................................
I. Tính thiết bị trùng hợp ..........................................................................
I.1. Chọn thiết bị phản ứng .......................................................................
I.2. Xác định kích thớc hình học ..............................................................
I.2.1. Các thông số ban đầu ......................................................................
I.2.2. Xác định thể tích vùng phản ứng ....................................................
II. Tính kết cấu của thiết bị phản ứng ......................................................
II.1. Cơ cấu khuấy .....................................................................................
II.1.1. Chọn cơ cấu khuấy ........................................................................
II.1.2. Tính chọn các kích thớc của cánh khuấy ......................................
II.1.3. Tính số vòng quay của cánh khuấy ...............................................
II.2. Tính toán công nghệ trong thiết bị khuấy ........................................
II.2.1. Tính thời gian đồng đều hoá ..........................................................
II.2.2. Tạo và duy trì hệ nhũ tơng .............................................................
II.3. Tính công suất cơ cấu khuấy ............................................................
II.3.1.Công suất khuấy duy trì hệ nhũ tơng .............................................
II.3.2.Công suất cơ cấu khuấy ..................................................................
Phần III : Tính toán cơ khí ...............................................................................
I. Chọn vật liệu làm thiết bị ......................................................................
I.1. Tính bền thân thiết bị .........................................................................
I.2. Tính đáy và nắp ..................................................................................
I.3. Tính chọn bích và bu lông .................................................................
II. Tính chiều dày áo gia nhiệt .................................................................
II.1. Chọn vật liệu làm vỏ .........................................................................
II.2. Chiều dày vỏ .....................................................................................
III. Tính chọn các kích thớc phụ và thiết bị phụ ......................................
Phần IV: Thiết kế xây dựng .............................................................................
I. Giới thiệu chung ....................................................................................
II. Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng ..............................................
Sinh Viên Thực Hiện
-4-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
II.1. Yêu cầu chung về chọn địa điểm xây dựng ....................................
II.2. Các yêu cầu về khu đất xây dựng .....................................................
II.3. Các yêu cầu về bảo vệ môi trờng .....................................................
III. Phân tích tổng mặt bằng nhà máy ......................................................
III.1. Nguyên tắc phân vùng .....................................................................
III.2. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản ...............................................
Phần V: An toàn lao động ................................................................................
I. Tổ chức đảm bảo an toàn lao động ở nhà máy .....................................
II. Những nguyên tắc gây ra mất an toàn lao động và bệnh nghề nghiệp
III.Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động ...........................................
Kết luận
Tài liệu tham khảo ...............................................................................................
lời Mở đầu
Từ xa đến nay, các sản phẩm hoá học có một vị trí quan trọng trong
cuộc sống của con ngời. Đặc biệt là các sản phẩm của ngành công nghệ tổng
hợp hữu cơ hoá dầu. Các sản phẩm này đợc sản xuất chủ yếu từ nguyên liệu
ban đầu là than đá và dầu mỏ. Poly vinyl clorua (PVC) là một trong những sản
phẩm quan trọng đó, và đợc sản xuất với năng suất rất lớn.
PVC là một sản phẩm có nhiều ứng dụng rất quan trọng nh: thay thế một
số kết cấu bằng sắt bằng nhựa, chén bát bằng gốm thay bằng nhựa,... PVC
đợc sản xuất bằng cách trùng hợp từ vinyl clorua (VC). Việc sản xuất có
thể tiến hành bằng nhiều phơng pháp khác nhau nh: phơng pháp trùng hợp
khối, phơng pháp trùng hợp dung dịch, phơng pháp trùng hợp nhũ tơng,
phơng pháp trùng hợp huyền phù.
Hiện nay, PVC chủ yếu đợc sản xuất chủ yếu bằng hai phơng pháp
chính là trùng hợp theo phơng pháp trùng hợp huyền phù và phơng pháp nhũ tơng. Hai phơng pháp này tổng sản lợng chiếm đến 92% tổng lợng PVC sản
xuất đợc.
Sinh Viên Thực Hiện
-5-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
ở nớc ta, việc tìm thấy các mỏ dầu có trữ lợng lớn đã mở ra khả năng
cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất nhựa rất lớn do vậy trong thời
gian không xa chúng ta sẽ có một ngành sản xuất nhựa mang lại hiệu quả kinh
tế cao góp phần vào sự phát triển chung của đất nớc.
Mặc dù, có nhiều phơng pháp để sản xuất PVC nhng do giới hạn của đề
tài nên em chỉ nghiên cứu phơng pháp sản xuất PVC theo phơng pháp trùng
hợp nhũ tơng.
Phần I:
Chơng I:
TổNG QUAN Lý THUYếT
tính chất của nguyên liệu
I. Lịch Sử Phát Triển Của Vinylclorua: [7]
Vinylclorua là một trong những sản phẩm thông dụng quan trọng trong
công nghệ hoá học. Ngời ta sử dụng vinyl clorua (VC) làm chất trung gian để
trùng hợp thành polyvinyl clorua (PVC) hay đồng trùng hợp với các monome
khác để tạo ra các sản phẩm polyme khác nhau.
Qúa trình điêù chế VC đầu tiên vào năm 18301834 khi mà V.regnault
tiến hành thực hiện phản ứng khử HCl của đicloetan trong môi trờng kiềm rợu
và khả năng trùng hợp của vinylclorua dới tác dụng của ánh sáng đợc phát
hiện vào năm 1872 bởi Baumann. Vào năm 1911 hai nhà bác học F.klatte và
Rollet nghiên cứu phản ứng giữa C2H2 và HCl sau đó 2 năm chính nhờ phản
ứng này đã điều chế ra xúc tác HgCl 2 do Griesheim Elektron, nhng sản
phẩm PVC đầu tiên trong công nghiệp là vào năm 1930 theo phơng pháp của
F.klatte sử dụng phản ứng C2H2 và HCl để tạo ra VC.
Thời gian gần đây, do nguồn cung cấp cao su tự nhiên sẵn có và giá
thành rẻ nhng khoa học cha phát triển nên VC có những ứng dụng rất hạn chế.
Trong chiến tranh thế giới thứ hai, nguồn cung cấp cao su tự nhiên giảm nhng
VC cần để tổng hợp thành PVC đã phát triển thành qui mô lớn ở Anh và Mỹ.
Quá trình sản xuất VC đi từ C2H2 đòi hỏi cung cấp nhiều năng lợng để
sản xuất ra nguyên liệu axetylen. Do đó các nhà hoá học đã nghiên cứu ra ph-
Sinh Viên Thực Hiện
-6-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
ơng pháp sản xuất VC mới đi từ nguyên liệu rẻ tiền hơn, đó là nguyên liệu
Etylen vào những năm 1940-1945 .
Ngày nay, hơn 90% quá trình sản xuất VC đi từ etylen sử dụng quá
trình liên hợp: etylen-điclo etan- oxy-điclo etan - Vinyl clorua. Vì quá trình
này thuận lợi về điêù tiến hành và điêù kiện kinh tế.
II.TíNH CHấT VậT Lý Và ứng dụng của VC : [7]
Vinyl clorua (VC) ở nhiệt độ thờng và áp suất thờng là chất khí có mùi
ete nhẹ. Vinyl clorua tan rất tốt trong nớc, ở 25 0C thì 0.11g VC tan trong
100g nớc còn ở - 150C thì 0,03g nớc tan trong 100g VC .
VC chỉ tan tốt trong các dung môi hữu cơ nh: axeton, rợu etylic,
hydrocacbon thơm và hydrocacbon mạch thẳng.
VC độc, có khả năng gây mê qua hệ hô hấp của con ngời, khi con nguời
tiếp xúc với hơi VC chỉ 3 phút với nồng độ 2,5% là bắt đầu choáng váng sau
đó mất định hớng. Nếu nồng độ VC trong không khí dới 0,5% khi con ngòi
tiếp xúc vài giờ vẫn không có tác động sinh lý nào đáng kể .
Khoảng 95% lợng VC sản xuất ra đợc dùng để tổng hợp PVC và các
polyme khác sử dụng nguyên liệu là VC. Chẳng hạn : đồng trùng hợp VC với
Vinylyden clorit (CH2 = CCl2); Vinyl axetat (CH2=CHOCOCH3);
acrynitril
(CH2 = CHCN) tạo thành các polyme có giá trị.
VC còn đợc dùng để sản xuất sợi hoá học clorin, sơn chịu ăn mòn cao.
Bảng 1: Một số tính chất vật lý của VC đợc trình bày dới bảng sau đây:
Tên Đại Lợng
Hằng Số
Khối lợng phân tử
62,5 kg/kmol
Nhiệt độ ngng tụ
13,9 0C
Nhiệt độ đóng rắn
159,7 0C
Nhiệt độ tới hạn
142 0C
Nhiệt bốc cháy
415 kcal/kg
Nhiệt nóng chảy
18,4 kcal/kg
0
Nhiệt bốc hơi ở 25 C
85,7 kcal/kg
Trọng lợng riêng
0,969 g/cm3
Nhiệt tạo thành
83 8 kcal/kg
Nhiệt trùng hợp
366 5 kcal/kg
Nhiệt dung riêng của VC hơi (250C)
0,207 kcal/kg độ
0
Nhiệt dung riêng của VC lỏng (25 C)
0,83 kcal/kg độ
Hệ số khúc xạ của VC lỏng
1,83
Sinh Viên Thực Hiện
-7-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
III.TíNH CHấT HOá HọC: [ 7]
Công thức hoá học của VC: CH2=CHCl
Công thức cấu tạo của VC:
H H
|
|
CC
|
|
H Cl
Do có chứa liên kết đôi và nguyên tử clo linh động nên VC là hợp chất
phân cực, với momen lỡng cực 1,44. Nên các phản ứng hoá học của VC là
phản ứng cuả liên kết đôi và phản ứng của nguyên tử clo linh động. Trong
phân tử VC có chứa một liên kết đôi và một nguyên tử clo linh động nên các
phản ứng hoá học mà VC có khả năng tham gia là:
III.1.Phản ứng của nối đôi:
Vì chứa nối đôi nên VC dễ dàng tham gia phản ứng cộng:
+ với hydro (H2):
CH2=CHCl + H2 CH3CH2Cl
+ Với Halogen (clo) đợc 1,1,2- tricloetan ở điều kiện môi trờng khô
nhiệt độ 1401500C hay ở 800C và có chiếu sáng, Xúc tác là SbCl3.
CH2=CHCl + Cl2 2CH2Cl1CHCl2
+Với HCl khi có xúc tác AlCl3 , FeCl3
CH2=CHCl + HCl CH3CHCl2
+ Trong phản ứng oxy hoá VC ở nhiệt độ 50150oC có mặt Cl2 tạo
thành mono axetandehyt:
CH2=CHCl + 1/2O2 ClCH2CHO
+ Do chứa nối đôi nên VC còn có thể tham gia phản trùng hợp tạo PVC
là một sản phẩm quan trọng cho công nghiệp chất dẻo.
III.2.Phản ứng trùng hợp:
nCH2=CHCl
CH2CHn
|
Cl
Sinh Viên Thực Hiện
-8-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
III.3.Phản ứng của nguyên tử Clo:
+ Phản ứng thuỷ phân : Khi đun nóng VC với kiềm thu đợc axetylen .
Phản ứng xảy ra:
CH2=CHCl + NaOH
đun nóng
CHCH + NaCl+ H2O
+ VC tác dụng với alkolat hay phenolat cho ta este vinylic:
Phản ứng xảy ra nh sau:
CH2=CHCl +RONa CH2=CHOR +NaCl
+ Tác dụng với kim loại tạo thành hợp chất cơ kim:
CH2=CHCl + Mg CH2=CHMgCl
VC trong điêù kiện không có không khí ở 450 0C có thể phân huỷ tạo
thành axetylen và HCl, ...
Bảo quản VC: Trớc đây, VC đợc bảo quản và vận chuyển với sự có
mặt của một lợng nhỏ phenol để ức chế phản ứng polyme hoá. Ngày nay,
vinyl clorua đợc sản xuất với độ tinh khiết cao và không cần chất ức chế trong
bảo quản và đồng thời do đợc làm sạch nên nớc vinyl clorua không gây ăn
mòn có thể đợc bảo quản trong các thùng thép cacbon thờng.
CHƯƠNG II:
GiớI THIệU Về QUá TRìNH PHáT TRIểN
CủA PVC
I. Qúa trình phát triển nhựa PVC trên thế giới:[8]
Công nghiệp về các hợp chất cao phân tử, đặc biệt là chất dẻo tuy còn
non trẻ nhng đã phát triển nhanh chóng. Đó là nhờ chất dẻo có nhiều tính chất
rất đặc biệt đáp ứng đợc yêu cầu ngày càng cao của khoa học kỹ thuật và đời
sống hằng ngày. Nền công nghiệp chất dẻo ra đời dựa trên nguồn nguyên liệu
dồi dào nh: than dá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và cả những phế phẩm nông lâm
nghiệp.
Trong tất cả các loại chất dẻo, nhựa PVC là loại phổ biến nhất đợc sử
dụng rộng rãi nhất nên nó luôn đứng đâù về tổng sản lợng và luôn đứng đầu
trong tất cả các loại chất dẻo. Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu về
PVC, chủ yếu là để nâng cao phẩm chất của nhựa và các sản phẩm gia công đợc. Do PVC có đặc điểm gia công dễ dàng và nhanh chóng hơn kim loại nên
máy móc thiết bị đơn giản và tiết kiệm.
Sinh Viên Thực Hiện
-9-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
Năm 1835 lần đầu tiên Regnault điêù chế đợc vinyl clorua bằng phơng
pháp xử lý đicloetan với dung dịch kalihydroxyt.
Năm 1872 Baumn lần đầu tiên trùng hợp vinyl clorua trong ống nghiệm
kín dới tác dụng của ánh sáng. Thí nghiệm này tiếp tục đợc Ostrislensky
nghiên cứu và công bố đầy đủ vào năm 1912. Tuy nhiên, polyme mới này vẫn
cha đợc đa vào sản xuất công nghiệp do rất khó gia công thành sản phẩm.
Đến khi W.L Semon phát hiện ra khi đun nóng PVC với trilyl phosphate
0
ở 150 C thu đợc một khối đồng nhất giống cao su ở nhiệt độ thờng, sau này
đợc gọi là PVC hoá dẻo. Lúc này, PVC mới trở thành một chất dẻo đợc quan
tâm hàng đầu trong lĩnh vực công nghiệp.
PVC hoá dẻo đợc quan tâm và sử dụng khá rộng rãi trong những năm
trớc và sau chiến tranh thế giới lần thứ hai. Vào những năm 60 của thế kỷ XX,
PVC (PVC không trộn chất hoá dẻo) bắt đầu đợc nghiên cứu và sử dụng ở
Đức, Anh, Mỹ. Những năm tiếp theo PVC đợc nghiên cứu chủ yếu cấu trúc
ngoại vi phân tử đợc tạo ra trong quá trình trùng hợp nh: Kích thớc hạt, hình
dáng độ xốp, sự phân bố kích thớc hạt,... do các yếu tố này ảnh hởng đến các
đặc tính gia công chế tạo của polyme. Khi nghiên cứu các yếu tố ảnh hởng
này đã mở rộng lĩnh vực sử dụng của PVC.
Đầu năm 1970, PVC đợc sản xuất với một lợng lớn ở nhiều quốc gia
trên thế giới và ở thời điểm này PVC cạnh tranh với PE (poly etylen) để giành
vị trí hàng đầu về vật liệu chất dẻo.
Từ năm 1986, mức tiêu thụ PVC trên thế giới tăng hàng năm 4%, đặc
biệt tại khu vực Đông Nam á mức tăng trởng 7% và tiếp tục phát triển trong
tơng lai, đợc cho bởi bảng sau.
Bảng 2: Mức tăng trởng sản lợng PVC trên toàn thế giới trong những năm gần
đây: [6]
Năm
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 1997
Triệu tấn 3,0
6,0
8,1
12,0 15,0 20,7 23,5 > 25
Sở dĩ PVC có mức tăng trởng lớn nh vậy và sẽ phát triển rất mạnh là do
nhựa PVC có nhiều đặc điểm tốt nh: ổn định hoá học, bền cơ học, dễ gia công
ra nhiều loại sản phẩm thông dụng và nguồn nguyên liệu tơng đối dồi dào. ở
Sinh Viên Thực Hiện
-10-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
các nớc công nghiệp hoá học phát triển PVC đợc gia công ra nhiều loại sản
phẩm với giá thành tơng đối cao.
Bên cạnh, những đặc điểm tốt đó PVC còn có nhợc điểm nh: chịu nhiệt
kém (<800C ), độ hoà tan trong dung môi kém, trong khi gia công có khí HCl
thoát ra.
Mức tiêu thụ và phân phối PVC theo khu vực không giống nhau
Bảng 3: Thống kê phân phối PVC theo khu vực địa lý (năm 1997):[9]
Khu Vực
%
Bắc Mỹ (Mỹ và Canađa)
33
Nhật Bản
18
Châu Âu
32.6
Nam Mỹ
2.2
Các nơi khác
14.2
Tổng
100%
Trên thế giới 2/3 sản lợng PVC dùng dới dạng sản phẩm cứng ( PVC
cha hoá dẻo) nh: ống dẫn nớc, tấm lợp, bàn ghế, khung cửa sổ, còn lại PVC
hoá dẻo đợc gia công thành những sản phẩm mềm nh : màng mỏng, bao bì,
giầy dép, vỏ bọc dây cáp điện, ... Sự phân phối theo lĩnh vực sử dụng nhựa
PVC.
Bảng 4: phân phối theo lĩnh vực sử dụng nhựa PVC: [6]
Lĩnh Vực
%
Xây dung
50.1
Nội thất
10.4
Điện
7.3
Bao bì
6.7
Giải trí
5.9
Giao thông
5.3
May Mặc
4.7
Các lĩnh vực khác
9.6
Tổng
100%
Cùng với ngày càng tăng về chất lợng và sản lợng PVC thì nguồn
nguyên liệu cần cho quá trình tổng hợp ra PVC chủ yếu hiện nay đi từ dầu mỏ
Sinh Viên Thực Hiện
-11-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
cũng chịu những biến đổi lớn trên thị trờng thế giới. Song song với sự phát
triển về ngành nhựa PVC trên thế giới thì ở nớc ta cũng ngày càng phát triển
theo.
II.sự Phát Triển Ngành Công Nghiệp Nhựa PVC ở Việt Nam:
[8]
Sự phát triển ngành nhựa (chất dẻo) có liên quan mật thiết đến định hớng phát triển của ngành dầu khí, lĩnh vực công nghiệp hoá chất là mũi nhọn
hàng đầu cho sự phát triển đất nớc.
Vào đầu thập kỷ 60, các sản phẩm chất dẻo từ nhựa PVC đã sản suất ở
Việt Trì, Với năng suất khiêm tốn 150 tấn/năm. Nhng việc sản xuất không
mang lại kinh tế và đặc biệt đất nớc đang bị sự phá hoại của Mỹ nên quá trình
sản xuất phải sớm tạm dừng. Nh vậy, ở thời điểm này trong nớc chỉ sản xuất
đợc loại nhựa đầu tiên là PVC và gia công một số chất dẻo từ nhựa tổng hợp
khác (poly stiren, phenol-formal đehyt,..) nhng tơng lai công nghiệp chất dẻo
của chúng ta phát triển lớn vì nguồn nguyên liệu than đá và phế phẩm nông
lâm nghiệp. Bên cạnh đó còn có hạn chế do cha tìm ra đợc nguồn dầu mỏ để
khai thác và nớc ta cần phải có sự giúp đỡ nhiều từ nguồn vốn nớc ngoài.
Hiện nay các liên doanh hoặc công ty có vốn nớc ngoài đặt tại việt nam
để sản xuất nhựa nhng cha đạt sản lợng cao. Cho đến nay đã có 6 dự án sản
xuất nhựa nguyên liệu PVC, chiếm trong số 7 dự án về sản xuất nguyên liệu
và 30 dự án của cả ngành nhựa. Về bột PVC, công ty Mitsuivina trớc đây bây
giờ là TPC VINA tổng vốn đầu t 90 triệu USD nguyên liệu là VCM nhập
khẩu trùng hợp thành PVC với công suất 80000 tấn/năm đang hoạt động ở
Đồng Nai. Công ty Nochem, công ty liên doanh Việt Thái đang hoạt động chủ
yếu tại phía nam và công ty Lotus chemical Technology đang hoạt động ở
phía bắc. Công suất các nhà máy của các công ty chỉ chiếm 15ữ20% nhu cầu.
Công ty liên doanh nhựa và hoá chất Phú Mỹ (PMPC) hoạt động với công suất
100.000 tấn/năm ra đời nguyên liệu PVC resin (bột). Vì hạn chế về nguyên
liệu nên nó đã tác động mạnh đến sự sống còn của các nhà máy sản xuất. [16]
Trong thời gian gần đây, công nghiệp về chất dẻo đã phát triển mạnh mẽ
với tốc độ tăng trởng bình quân 28% trên năm. Năm 19902002 tốc độ tăng trởng bình quân hàng năm của ngành nhựa 2530%. Nh vậy chỉ trong 10 năm sản
Sinh Viên Thực Hiện
-12-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
xuất của ngành nhựa công nghiệp tăng nghiệp tăng 20 lần nhng cơ cấu sản phẩm
nhựa còn bất cập, ngành nhựa chỉ mới tự túc đợc khoảng 10% nguyên liệu còn
lại chúng ta phải nhập từ nớc ngoài. Nguyên liệu dùng trong gia công chúng ta
đều phải nhập khẩu, trong đó PVC nhập vào ở hai dạng: PVC bột và PVC hạt.
Trong thành phần của PVC hạt có chứa sẵn chất hoá dẻo, chất ổn định, chất
mầu,... Cơ cấu nguyên liệu ở nớc ta vào năm 1993.
Bảng 5: Cơ cấu nguyên liệu nớc ta vào năm 1993:
Dạng Sản Phẩm
Tấn
PVC bột
31.000
PVC hạt
6.800
Các bán sản phẩm PVC
3.500
Chất hoá dẻo DOP
10.000
Tổng
51.300
Hàm lợng PVC nhập vào đáng kể năm 1997 nhập 72000 tấn, về cơ cấu
nguyên liệu nhựa sử dụng qua các năm và dự đoán nhu cầu tiêu thụ nguyên
liệu trong những năm tới nh sau: [11]
Giai đoạn 2001 2005 đáp ứng 600000 tấn nhựa nguyên liệu, trong
đó PVC chiếm 370000 tấn (có thể đáp ứng đủ 2 liên doanh hiện tại).
Giai đoạn 2005 2010 nhu cầu 2100000 tấn, nhng chỉ đáp ứng đợc
1500000 tấn trên cơ sở 600000 tấn đã có thì PVC có thể mở rộng công suất
cho hai nhà máy đã có (320000 tấn) hoặc đầu t xây dung một nhà máy sản
xuất mới.
Về sản phẩm, so với thế giới và các nớc trong khu vực thì ngành nhựa
Việt Nam còn ở mức thấp sản phẩm nhựa gia dụng trong nớc sản xuất đã đáp
ứng đợc nhu cầu trong nớc, hàng hoá phong phú về mẫu mã... Các sản phẩm
nhựa ra đời với u thế vợt trội đã thay thế nhiều sản phẩm truyền thống khác và
chiếm lĩnh thị trờng của chúng nh bao dệt PP (poly propylen) thay bao đay,
ống nhựa thay ống kim loại, ly chén nhựa thay chén thuỷ tinh, ... Các sản
phẩm nhựa phục vụ đắc lực cho các ngành kinh tế khác, xuất khẩu trực tiếp
hay gián tiếp, tham gia tích cực vào công trình nội địa hoá các sản phẩm công
nghệ cao nh: phụ tùng cho ôtô, xe máy, may mặc, chất tẩy rửa,...
Nh vậy, qua cơ cấu nguyên liệu ta thấy nhu cầu về PVC ngày càng tăng,
vì thế mà chúng ta phải tính đến việc xây dung và hình thành ngành công nghệ
Sinh Viên Thực Hiện
-13-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
sản xuất PVC để đáp ứng nhu cầu của thị trờng và đồng thời tiết kiệm chi phí
khi phải dùng vốn mua sản phẩm hay nguyên liệu từ bên ngoài.
Hiện nay, giá sản phẩm PVC trong nớc cao hơn rất nhiều so với giá mặt
bằng chung của thế giới. Vì thế, các cở sở sản xuất các sản phẩm PVC trong
nớc đang hoạt động cầm chừng khoảng 3035% công suất. Hơn nữa, các nhà
máy mới đi vào hoạt động, gía thành sản phẩm vẫn mang giá trị khấu hao ban
đầu, nên giá thành vốn đã cao hơn mức trung bình... Những thành tựu mà tổng
công ty nhựa đã đạt đợc trong thời gian qua đợc nêu dới đây: [11]
Bảng 6: Những thành tựa của tổng công ty nhựa đạt đợc
Chỉ tiêu
1990
1995
1999
2000
Mức tăng bình
quân %
Giá trị tổng sản lợng(triệu đồng)
103751 437000 748000 855000 23
Tổng doanh thu
(triệu đồng)
68218 730000 1080000 1362000 40
Lao động
( ngời)
3300
4000
5000
5130
4.5
Có thể nói rằng, việc tìm ra các mỏ dầu và khi các nhà máy lọc dầu ở
Dung Quất (Quảng Ngãi) và Nghi Sơn (Thanh Hoá) đi vào hoạt động trong
thời gian không xa thì bài toán về nguyên liệu cho ngành công nghiệp chất
dẻo ở nớc ta sẽ đợc giải quyết thuận lợi. Đến khi đó thì ngành công nghiệp
chất dẻo nói chung ở nớc ta sẽ phát triển mạnh đặc biệt là ngành sản xuất
nhựa PVC nói riêng. Với thuận lợi nh vậy chúng ta hãy hy vọng vào một tơng
lai mà ngành sản xuất chất dẻo mang lại cùng với sự phát triển chung đất nớc.
Chơng iii:
cấu tạo và tính chất của PVC
I.Cấu tạo của PVC: [9]
Nói chung PVC có thể có hai dạng cấu tạo sau: đầu nói đầu và đầu nối
đuôi.
Dạng đầu nối đuôi:
H Cl H Cl H Cl
Sinh Viên Thực Hiện
-14-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
| |
|
|
| |
CCCCCC
| |
|
|
| |
H H H H H H
Dạng đầu nối đầu:
Cl H H Cl Cl H
| |
|
|
| |
CCCCCC
| |
|
|
| |
H H H H H H
Nhng qua nghiên cứu, các tính chất hoá học của PVC, qua các khảo sát
bằng quang học thì thấy rằng nó cấu tạo chủ yếu theo dạng kết hợp đầu vào
đuôi và dới đây là sơ đồ cấu tạo các phân tử PVC:
Cl
Cl
Cl
Hình 1: Sơ đồ cấu tạo các phân tử PVC
Trong đó :
: Nguyên tử cacbon.
: Nguyên tử hidro.
Khoảng cách giữa 2 nguyên tử Cacbon là 1,54 A0.
Khoảng cách giữa nguyên tử cacbon và hydro là 1,12 A0.
Khoảng cách giữa cacbon và clo là 1,79 A0.
Góc liên kết H-C-H là 1200, góc liên kết giữa H-C-Cl là 111030.
Vào năm 1939, để chứng minh cấu tạo trên là đúng C.S.Marvel còn làm
thí nghiệm tách loại clo trong PVC bằng cách đun nóng dung dịch PVC trong
dioxan với bột kẽm.
Phản ứng xảy ra nh sau :
CH CH2 CH CH2
|
|
Cl
Cl
Sinh Viên Thực Hiện
Zn
-15-
CH CH + ZnCl2
\
CH2
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
Nhóm Cyclopropan tạo thành, chứng tỏ PVC có cấu tạo theo dạng kết
hợp đầu nối đuôi.
Do trong PVC có Cl nên cấu trúc rất điêù hoà. Polyme thu là đợc là
một hỗn hợp của cả 3 loại cấu trúc:
-Suydiotactic:
Cl
|
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
|
|
Cl
Cl
Izo lactic:
Atactic:
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
|
|
|
Cl
Cl
Cl
Cl
|
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
|
|
|
Cl
Cl
Cl
Tuỳ theo điêù kiện khử clo thế nào cũng còn lại trong polyme 1316%
clo ở dạng từng nguyên tử clo riêng biệt trong phân tử polyme.
Cao phân tử PVC cũng có cấu tạo nhánh nhng rất ít từ 50100 mắc xích
cơ sở mới có một nhánh. Năm 1940, Fuller nghiên cứu tia X và thấy rằng
PVC thơng mại thờng là những chất vô định hình mặc dù vẫn có một lợng nhỏ
kết tinh.
II. Tính chất của PVC:[8]
PVC là một polyme vô định hình ở dạng bột màu trắng hay vàng nhạt.
Trọng lợng riêng 1,41,45 và chỉ số khúc xạ 1,544.
PVC hoà tan trong cyclohexanol, đioxan, nitro benzen, pyridin, hỗn hợp
axeton với các bon sulfua, ...
Sinh Viên Thực Hiện
-16-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
PVC là một loại nhựa nhiệt dẻo có Tc =80 0C và Tt=1600C. Dới 800C
PVC ở trạng thái thuỷ tinh và trên 160 0C ở trạng thái dẻo, còn trong khoảng từ
801600C ở trạng thái co dãn nhiều. Nhng khi nhiệt độ trên 1400C thì PVC đã
bắt đầu phân huỷ toả ra HCl trớc khi chảy dẻo. Nhiệt độ phân huỷ PVC là một
chỉ tiêu kỹ thuật quan trong, sự phân huỷ này đợc nhận biết qua sự biến đổi
màu sắc và màu thâm của nhựa. Trọng lợng phân tử không đồng đều do khi
trùng hợp thì độ trùng hợp từ 1002000. Để có vật liệu bền và co dãn thì 70%
các phần của polyme phải có độ trùng hợp từ 1000 trở lên.
PVC là vật liệu rất nhanh bị lão hoá do đó làm giảm tính co dãn và tính
cơ học kém đi. Lão hoá thờng là do tác dụng của các tia tử ngoại làm biến đổi
cấu tạo của polyme, làm cho polyme có cấu tạo lới, kém co dãn, khó hoà tan.
Mức độ lão hoá phụ thuộc vào điều kiện từng vùng chủ yếu là ánh sáng. ở
điều kiện thờng PVC có tính chất ổn định hoá học khá tốt. Nó bền với tác
dụng của các axit nh: H2SO4, HCl, HNO3 loãng và dung dịch kiềm với nồng
độ khoảng 20%; và nhiều loại muối khác.
PVC có nhiều tính chất cơ lý tốt, các tính chất này phụ thuộc vào trọng
lợng phân tử của polyme và phơng pháp gia công.
Tính chất điện của sản phẩm PVC phụ thuộc vào quá trình hình thành :
Hằng số điện môi tại 60Hz và 300C là 3,54.
Hằng số điện môi tại 1000 và 600 C là 3,41.
Cờng độ điện môi : 1080 V/mil .
Điện trở suất: 1015 .
Với những số liệu trên ta thấy tính chất cách điện của PVC khá tốt nhng
phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất nhiều.
Bảng 7: Một số chỉ tiêu về tính chất cơ lý quan trọng của PVC cứng:[10]
Khối lợng riêng
Giới hạn bền kéo
Giới hạn bền uốn
Giới hạn bền nén
Môđun đàn hồi
Độ giãn dài
Sinh Viên Thực Hiện
1,38ữ1,4 g/cm3
500ữ700 kg/cm2
800ữ1200 kg/cm2
800ữ1600 kg/cm2
4000ữ10.000 kg/cm2
10ữ25%
-17-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
Hệ số giãn dài
Độ dẫn nhiệt
Điện thế đánh thủng
0,00006ữ0,00007
3,8ữ4.10-4 cal/cm.s.0C
15ữ35 KV/mm
III.tính chất hoá học: [8]
PVC có tính hoạt động hoá học mạnh, trong các qúa trình biến đổi hoá
học đều có các nguyên tử clo tham gia phản ứng và thờng kéo theo cả nguyên
tử hydro ở cacbon bên cạnh. Phản ứng chú ý nhất của PVC là ở nguyên tử clo
cuối cùng. Quá trình có thể thực hiện trong môi trờng hữu cơ nh CCl4 tại nhiệt
độ vừa phải dới tác dụng chiếu sáng của tia tử ngoại. Ngợc lại PVC trong khí
N2 khi đun nóng không bị oxy hoá mà sẽ có cấu tạo lới.
Các phản ứng hoá học chính xảy ra đối với PVC là:
Nhiệt phân huỷ: khi đốt nóng PVC có toả ra HCl và dẫn đến xuất hiện
các hoá trị tự do trong mạch phân tử. Nhờ các hoá trị tự do này nên trong
mạch xảy ra các trờng hợp sau:
+ Xuất hiện nối đôi:
- HCl
CH2 CH CH2 CH
Cl
Cl
CH2 CH CH CH
Cl
+ Có sự liên kết giữa hai mạch phân tử:
Cl
|
CH2 CH CH2 CH
CH2 C CH = CH
|
Cl
- HCl
CH2 CH CH2 CH
Cl
Cl
CH2 CH CH2 CH
Cl
Cl
+ Khi có oxy sẽ tạo thành một số nhóm có chứa oxy:
CH2 CH CH2 CH +O2
Sinh Viên Thực Hiện
- HCl
-18- HCl
CH2 CH CH CH
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Cl
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
\
O
Cl
|
Cl
* Khử HCl: Muốn đuổi hết nguyên tử clo ra khỏi PVC ngời ta cho tác
dụng polyme trong dung dịch tetrahydro-furan một thời gian lâu với dung dịch
kiềm trong rợu sẽ tạo thành polyen có cấu tạo nh sau:
CH = CH CH = CH CH = CH CH = CH
* Thay thế các nguyên tử Cl: Mức độ thay thế không cao và phần lớn
làm cho trọng lợng phân tử của polyme giảm. Các phản ứng xảy ra khi thay
nguyên tử Cl khi cho polyme tiếp xúc với các chất sau:
+ Thay Cl bằng nhóm axetac: xảy ra khi đun nóng lâu PVC với hỗn
hợp axit axetic và axetat bạc ở 650C thu đợc Polyvinyl axetac:
_nAgCl
CH CH2 CH CH2
CH CH2 CH CH2
|
|
|
|
+nCH3COOAg
Cl
Cl
OCOCH3 OCOCH3
+ Thay Cl bằng nhóm amin: Khi dung dịch PVC tác dụng amoniac
trong bình có áp suất cao và nhiệt độ cao sẽ tạo polyme chứa một số nhóm
amin và cả liên kết imin nôí các mạch. Mức độ thay thế khoảng 15ữ20%.
Sinh Viên Thực Hiện
-19-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
Thế nhóm amin
+ NH3
CH CH2 CH CH2
|
|
Cl
Cl
HCl
CH CH2 CH CH2
|
|
NH2
Cl
Tạo liên kết imin
CH CH2 CH CH2
|
|
Cl
Cl
Cl
|
CH CH2 CH CH2
|
Cl
+ n NH3
nHCl
CH CH2 CH CH2
|
|
NH
Cl
|
CH CH2 CH CH2
|
Cl
+ Thay Clo bằng các nhóm thơm: Khi PVC ở trong dicloetan hay
tetrafuran với Benzen (hay alkylbenzen) ở 00C hay ở nhiệt độ thờng với sự
xúc tác của AlCl3 tạo thành một số nhóm aryl.
CH CH2 CH CH2 +
Cl
Cl
n
CH CH2 CH CH2
nHCl
* Thế Clo bởi nhóm sulfonamid: Phản ứng xảy ra trong nhựa huyền phù
dạng nớc với amoni.
CH CH2 CH CH2
Cl
Cl
+ n(NH4)2SO3
CH CH2 CH CH2
SO2NH2
SO2NH2
(NH4Cl + H2O)
Sinh Viên Thực Hiện
-20-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
Chơng iv : cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất pvc
I.CáC PHản ứng hoá học: [9]
Quá trình sản xuất PVC từ VC bằng cách tiến hành phản ứng trùng hợp.
Clorua vinyl trùng hợp theo cơ cấu gốc nghĩa là phải có chất khởi đầu và quá
trình trùng hợp xảy ra qua 3 giai đoạn. Gọi là chất khởi đầu vì gốc của nó là
đoạn đầu của mạch phân tử và có thể là chất kích thích vì chính nó có tác
dụng kích động phản ứng trùng hợp. Có 2 chất khởi đầu thờng dùng là:
- Peroxyt benzoil công thức là (C6H5COO)2, khi bị tác dụng của nhiệt nó
bị phân giải :
(C6H5COO)2
Peroxyt benzoil
C6H5COO
BenZoat
t0
C6H5COO
BenZoat
t0
C6H5 + CO2
Phenyl
Chính các gốc benzoat và gốc phenyl trên kích động phản ứng trùng hợp.
- Axit diizobutylnitric có công thức phức tạp hơn và cũng bị nhiệt phân
huỷ thành gốc tự do để kích động phản ứng trùng hợp.
CH3
CH3
\
/
CN=NC
|
|
CH3 CN
CN CH3
Axit diizobytylnitric
CH3
t0
\
2 C + N2
|
CH3 CN
azodinitril
Khoảng 60 ữ 80% gốc trên tham gia kích động trùng hợp, còn lại
chúng kết hợp với nhau thành phân tử thấp.
Các gốc Benzoat, phenyl, azodinitril gọi là gốc hoạt động và đợc ký
hiệu là R. Ba giai đoạn của quá trình trùng hợp xảy ra nh sau:
Giai đoạn 1: Giai đoạn kích động trùng hợp, gốc hoạt động R của
chất khởi đầu kích thích monome VC thành gốc đầu tiên:
Sinh Viên Thực Hiện
-21-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
R
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
CH2 = CH
R CH2 CH
Cl
Cl
+ Giai đoạn 2: Giai đoạn phát triển mạch, gốc đầu tiên đợc tạo ra ở giai
đoạn 1 tiếp tục tác dụng với monome khác và cứ thế mạch kéo dài:
+
R CH2 CH + CH2 = CH
Cl
Cl
một cách tổng quát:
R CH2 CH CH2 CH
Cl
Cl
R CH2 CH CH2CH + CH2 = CH
Cl
n
Cl
Cl
R CH2 CH CH2 CH
Cl n+1
Cl
+ Giai đoạn 3: Giai đoạn làm đứt mạch tạo thành mạch cao phân tử, có
hai kiểu đứt mạch: kiểu đứt mạch phân ly và đứt mạch kiểu kết hợp.
đứt mạch kết hợp: hai gốc kết hợp vào nhau thành một mạch cao
phân tử.
R CH2 CH CH2 CH + R CH2 CH CH2 CH
Cl n
Cl
Cl m
Cl
R CH2 CH CH CH2 R
Cl n+1 Cl
m+1
++ Đứt mạch phân ly: hai gốc tác dụng với nhau tạo thành 2 mạch cao
phân tử do có sự chuyển dịch nguyên tử hyđro.
R CH2 CH CH2 CH + R CH2 CH CH2 CH
Sinh Viên Thực Hiện
-22-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Cl
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
n
Cl
Cl
m
Cl
R CH2 CH CH2 CH2 + R CH2 CH CH2 = CH
Cl n
Cl
Cl m
Cl
Ngoài ra còn có phản ứng chuyển mạch cũng tạo thành mạch cao phân
tử. Các trờng hợp chuyển mạch xảy ra nh sau:
Chuyển mạch lên monome:
R CH2 CH CH2 CH +
Cl n
Cl
CH2 = CH
Cl
R CH2 CH CH2 CH2 +
Cl
n
Cl
R CH2 CH CH2 = CH +
Cl n
Cl
CH2 = C
Cl
CH3 C
Cl
++ Chuyển mạch lên Polymer:
R CH2 CH + R CH2 CH R
Cl
Cl
R CH2 CH CH2 CH R + R
Cl
Cl
++ Chuyển mạch lên chất khơi mào: khi sử dụng chất khơi mào là
peroxit thì xảy ra phản ứng chuyển mạch, còn nếu sử dụng chất khơi mào là
axit diizobytylnitric thì không xảy ra phản ứng chuyển mạch.
R CH2 CH + C6H5 C OO C H5C6
Sinh Viên Thực Hiện
-23-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
Cl
O
O
R CH2 CHO C H5C6 + C6H5COO
Cl
O
II. Động học của quá trình trùng hợp: [9]
Để tính toán tốc độ trùng hợp ngời ta sử dụng nguyên lý trạng thái của
Bodenstein. Quá trình trùng hợp tiến hành qua các giai đoạn sau:
Giai đoạn phân huỷ nhiệt chất khơi mào:
M
Ki
2 R
Tốc độ phân huỷ chất khởi đầu:
Vd = Ki[M]
Trong đó :
Ki: Hằng số tốc độ phân huỷ chất khởi đầu.
M : Nồng độ chất khởi đầu.
Giai đoạn kích động phản ứng trùng hợp:
Vì Các chất khởi đầu khi bị phân huỷ tạo thành 2 gốc tự do, vì vậy vận
tốc khơi mào lớn hơn hai lần so với vận tốc phân huỷ chất khởi đầu. Khi đó
tốc độ phản ứng phản khơi mào sẽ đợc quyết định bởi đợc quyết định bởi giai
đoạn phân huỷ nhiệt nhng không phải tất cả các gốc tự do tạo thành ở trên đều
tham gia khởi đầu phản ứng mà một số gốc kết hợp lại với nhau.
Tốc độ phản ứng khơi mào :
VKM = 2Vd = 2fKi[M] = KKM[M]
Với f: hệ số hiệu điêù chỉnh, KKM : hằng số vận tốc khơi mào
Giai đoạn phát triển mạch: đây là giai đoạn gốc đầu tiên kết hợp với
các monome khác và kéo dài tạo thành các gốc tự do khác nhau. Vận tốc phất
triển mạch (Vpt) bằng vận tốc tiêu hao monome.
Khi đó ta có:
dN
= V pt = K pt R [ N ]
dt
[ ]
Sinh Viên Thực Hiện
-24-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo
phơng
phơng pháp trùng hợp nhũ tơng
tơng
Trong đó: [N] nồng độ monome.
[R ] nồng độ gốc tự do.
Kpt - hằng số vận tốc phát triển mạch.
Giai đoạn đứt mạch: đây là giai đoạn các gốc tạo ra trong quá trình
phát triển mạch sẽ mất điện tử và chuyển thành các phân tử trung hoà điện.
Khi độ chuyển hoá cha sâu thì tốc độ tạo thành gốc tự do bằng tốc độ tiêu hao
nó hay vận tốc đứt mạch bằng vận tốc tiêu hao nó.
Khi đó ta có:
2
dR
= Vd = K d R
dt
[ ]
Với Kd -hằng số đứt mạch, Kd=106 108 lớn hơn nhiều lần so với hằng
số tốc độ phát triển mạch Kpt= 102 104 , tuy vậy phản ứng phát triển mạch
vẫn xảy ra do phản ứng đứt mạch bị hạn chế bởi nồng độ gốc tự do thấp và do
sự cản trở không gian .
III. độ trùng hợp và chiều dài mạch phân tử: [9]
chiều dài động học của mạch sẽ bằng tốc độ phát triển mạch chia tốc
độ đứt mạch:
V pt
=l
Vd
trong đó: l: chiều dài động học
ở một thời điểm khi độ chuyển hoá cha cao thì tốc độ tạo
thành các gốc tự do bằng tốc độ tiêu hao nó, khi đó ta có: Vd =
VKM
Với Vd = Kd[R]2 , VKM = 2fKi[M] , Vpt = Kpt [R ][N]
Vì Vd = VKM nên ta có:
1
1
2 fK i [ M ] 2 K i 2 [ M ] 2
=
R =
K
Kd
d
Thay [R] vào biểu thức l và đặt K=(Kpt.ki 1/2 )/Kd 1/2
[ ]
l=
Sinh Viên Thực Hiện
1
K[ N ]
K i [ M ]1 2
-25-
Đỗ Văn Niên Hoá Dầu QN _ K44
