Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa PHENOLFOMANDEHIT dạng NOVOLAC theo P.pháp gián đoạn với năng suất 300 tấn

Mục lục

Trang
Mở đầu....................................................................................................................3
Chơng 1. Tổng quan về nhựa phenolic..................................................................4
1.Lịch sử phát triển...................................................4
2.Nguyên liệu............................6
2.1.Phenol.......................6
2.2.Andehyt..........................................9
3. Phản ứng tổng hợp............................................................................................11
3.1. Phản ứng tạo nhựa rerolic.............................................................................11
3.2.Phản ứng tạo nhựa novolac............................................................................12
1.3.3. Điều kiện ngng tụ nhựa.............................................................................13
4.ứng dụng...........................................................................................................17
5.Sản xuất nhựa novolac......................................................................................19
Chơng 2. Tính toán kĩ thuật.................................................................................23
2.1.Tính phối liệu và cân bằng vật chất...............................................................23
2.2.Tính toán thiết bị............................................................................................25
2.2.1.Tính toán thiết bị chính..............................................................................26
2.2.2.Tính cánh khuấy..........................................................................................30
2.2.3.Tính bảo ôn thiết bị phản ứng....................................................................33
2.2.4. Tính thiết bị đỡ...........................................................................................36
2.3.Tính thiết bị phụ.............................................................................................38
2.3.1.Tính thiết bị ngng tụ...................................................................................38
2.3.2.Thùng chứa và thùng lờng..........................................................................41
2.3.3.Tính bơm chất lỏng.....................................................................................45
2.3.4.Tính cân bằng nhiệt lợng............................................................................48
Chơng 3 Xây dựng..............................................................................................56
3.1.Yêu cầu về lựa chọn địa điểm xây dựng.......................................................57
3.2.Thiết kế tổng mặt bằng..................................................................................58
3.3.Giải pháp cấu tạo nhà....................................................................................63

3.4.Giải pháp thông gió.......................................................................................63
Chơng 4 Tính toán điện nớc...............................................................................65
4.1.Điện dùng trong sản xuất..............................................................................65
4.2. Nớc dùng trong sản xuất...............................................................................66
Chơng 5 Tính toán kinh tế..................................................................................68
1


5.1.Tóm tắt dự án.................................................................................................68
5.2.Thị trờng và kế hoạch sản xuất......................................................................68
5.3.Tính toán kinh tế............................................................................................69
Chơng 6 An toàn lao động..................................................................................76
6.1.An toàn lao động trong nhà máy...................................................................76
6.2.Nguyên nhân gây mất an toàn lao động........................................................77
6.3.Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động.....................................................77

2


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 kĩ
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 phenolfomandehit 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 đến nay nhựa phenolic không ngừng phất triển cả về số lựơng 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 PHENOLFOMANDEHIT dng
NOVOLAC theo P.phỏp giỏn on vi nng sut 300 tn mang tính thực tế
và cần thiết.

3


Chơng 1 tổng quan về nhựa phenolic
1. Lịch sử phát triển.
Phenol là nhựa tông hợp, sản phẩm của quá trình trùng ngng giữa phenol và
fomandehit. Nhựa phenolic là loại nhựa tổng hợp đàu tiên đợc sản xuất thơng
mại.
Năm 1872 Bayer là ngời đầu tiên phát hiện phản ứng giữa phenol và
aldehit. Sau đó vào cuối thế kỉ 19 đợc các nhà khoa học Klecbegr, Tollens, Abel
nghiên cứu, tuy nhiên sản phẩm của họ chỉ là nhựa không nóng chảy, không hoà
tan ít thu hút đợc sự quan tâm. Cùng thời gian đó hai nhà hoá học Leaderer và
Manasse đã chỉ ra rằng O-, P- hydro benzyl alcol (phenol alcol) có thể nhận đợc
từ phenol và fomadehit trong môi trờng kiềm.Quá trình tổng hợp nhựa phenolic
tiếp tục đợc nhiều nhà hoá học nghiên cứu trong những năm cuối của thế kỉ 19
và Thus, Claus, Trainer đã tổng hợp đợc nhựa phenolictừ phenol và axetandehit
trong môi trờng axit (HCl)
Vào những năm đầu của thế kỉ 20 rất nhiều nhà hoá học nghiên cứu về quá
trình tạo nhựa phenolic bằng việc sử dụng các loại xúc tác khác nhau. Blumer đã
ngng tụ phenol và fomandehit khi có mặt hỗn hợp các axít, thu đợc nhựa hoà tan
trong rợu và chúng đợc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất vecni.
Smith tổng hợp phenolic từ phenol và axetandehit với sự có mặt của axít
HCl. Sản phẩm thu đợc có tính cách điện tốt.[1]
Story lại cho phenol phản ứng với aldehit trong thời gian dài mà không sử
dụng xúc tác, nhựa thu đợc có đặc điểm là đóng rắn chậm, thích ứng với các sản

phẩm khuôn đúc.
Năm 1907 ữ1909 Leo Backeland công bố những nghiên cứu của mình về
loại nhựa phenolfomandehit với xúc tác kiềm có tên thơng mại là Bakelite và
trong môi trờng axit tạo nhựa nhiệt dẻo Novolac với tỷ lệ cấu tử
phenol/fomandehit >1.Tuy nhiên nhựa tạo thành cha đợc sử dụng trực tiếp nh
nhiều loại nhựa khác. Backerland đã nghiên cứu cấu trúc nhựa và đa ra giải pháp
khắc phục khó khăn trong quá trình gia công sản phẩm. Ngay sau đó hãng
Bakelite lần đầu tiên đa vào sản xuất nhựa phenolic đẫ đánh dấu bớc phát triển
của nhựa phenolic.
Các năm sau đó nhựa phenolic không ngừng đợc phát triển cả về số lợng và
chất lợng:[11]
Năm 1935 nhựa phenolic đợc sản xuất nhiều nhất so với các loại nhựa
khác.
Năm 1954 nhựa phenolic đợc sản xuất 20.000 tấn.
4


Năm 1965 nhựa phenolic đợc sản xuất 65.000 tấn.
Năm 1987 nhựa phenolic lên tới 2,3 triệu tấn
Năm 1993 là 2,8 triệu tấn.
Năm 1998 lợng nhựa phenolic đợc sản xuất là 3,4 triệu tấn.
ở Việt Nam nhựa phenolic đợc sử dụng muộn hơn chủ yếu ở dạng bán
thành 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 1958ữ1960 Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme trờng đại học Bách
Khoa Hà Nội ( ngày đó là bộ môn cao phân tử ) đã giúp đỡ xây dựng phân xởng
sản xuất keo dán tại nhà máy gỗ Cầu Đuống.
Năm 1975 Nam T giúp xây dựng nhà máy ván dăm ở khu công nghiệp Việt
trì.
Sau đó miền Nam xây dựng các nhà máy ván dăm, gỗ ép Đồng Nai,Sài

Gòn.
Tình hình phát triển nhựa phenolic ở Việt Nam 2000ữ2003:[
Giai đoan 1: Xây dựng và lắp đặt 6 nhà máy ván ép nâng công suất
lên22.000 tấn.
Giai đoạn 2: Xây dựng và đầu t chiều sâu cho 108 nhà máy chế biến lâm
nghiệp.
Giai đoạn 3: Xây dựng và hoàn thiện xong 108 nhà máy nâng công suất lên
85.000 tấn đáp ứng một phần nhu cầu trong nớc.

5


2. Nguyên liệu.
Nguyên liệu chính để sản xuất nhựa phenolic là phenol và aldehit.
2.1.Phenol.
Công thức cấu tạo của phenol:
Công thức hoá học của phenol OH C6H5OH, do cấu tạo hoá học của
phenol tại các vị trí ortho và para
nguyên tử hydro rất linh động nên
nhựa từ phenol có khả năng
chuyển sang trạng thái không gian ba
chiều.
2.1.1.Tính chất lý học của phenol.[4]
ở điều kiện thờng phenol có màu hồng nhạt hoặc nâu sẫm. Các sản phẩm
chứa phenol tự do trong quá trình bảo quản có mầu thay đổi từ hồng nhạt sang
nâu sẫm.
Nhiệt độ sôi của phenol ts=182,10C.
Trọng lợng riêng của phenol d = 1,0596 g/cm3.
ở điều kiện thờng phenol là tinh thể có nhiệt độ nóng chảy là 42,3oC, nhiệt
độ hoá rắn là 40,5 ữ 40,9oC.

Phenol rất độc, với hàm lợng phenol rất nhỏ trong không khí cũng gây ngộ
độc. Phenol hoà tan trong các dung môi phân cực: rợu, axeton,Tính tan trong
nớc của phenol phụ thuộc nhiệt độ.
2.1.2.Các phơng pháp điều chế phenol.
[5]
Phenol tự nhiên đợc tách ra từ các sản phẩm chế biến nhiên liệu rắn ở nhiệt
độ cao. Ngoài ra phenol tổng hợp có thể điều chế bằng các phơng pháp sau:


Phơng pháp sunfua hoá: bao gồm các giai đoạn sau:

Sunfua hoá benzen tạo axit benzoic.
Đun nóng chảy kiềm với axit ở thể hơi.
Phân giải phenol bằng axit sunfuric và tiến hành chng benzen thô.
Nhợc điểm của phơng pháp này là có nhiều giai đoạn, tốn nhiều xút, axit và
hiệu suất phản ứng không cao.
Các phản ứng xảy ra trong quá trình trùng hợp:
C6H6
+ H2SO4
C6H5SO3H + H2O.
C6H5SO3H + NaOH
C6H5SO3Na + H2O.
C6H5SO3Na + NaOH
C6H5ONa + Na2SO3 + H2O.
C6H5ONa + H2SO4
C6H5OH + Na2SO4


Phơng pháp clo hoá:

6


Xử lý clobenzen bằng Na2CO310% theo tỷ lệ 1:1,25 có mặt oxit diphenyl.
Để lắng, tách phenol đem chng theo hơi nớc hoặc xử lý clobenzen bằng
NaOH10% theo tỷ lệ 1:1,25 tơng tự nh với Na2CO3.


Phơng pháp Ra-sic: phơng pháp này gồm hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Cho benzen tác dụng với HCl và không khí ở nhiệt độ 200230oC có mặt muối nhôm, sắt. Sản phẩm thu đợc chứa clobenzen.
Giai đoạn 2: Tách rửa clobenzen và thuỷ phân trong lò tiếp xúc ở nhiệt độ
350oC với xúc tác SiO2 hoặc Ca3(PO4)2. Rửa phenol nhận đợc và đem chng cất.
Các phản ứng xảy ra nh sau:
C6H6 + HCl + 1/2 O2
C6H5Cl + H2O.
C6H5Cl
+ H2O
C6H5OH + HCl .


Phơng pháp oxy hoá trực tiếp benzen:

Tiến hành oxy hoá benzen ở nhiệt độ 800 oC, áp suất 70at, có mặt xúc tác
HF. Hỗn hợp sản phẩm đem chng cất nhiều lần thu phenol. Phơng pháp này ít đợc sử dụng do hiệu suất thấp(30-60%).
Phơng pháp Cu-men:
Tiến hành alkyl hoá benzenở 850C, áp suất 70at và xúc tác AlCl3 tạo
izopropylbenzen:
C6H6
+ CH2=CH CH3

C6H5CH(CH3)2.
Oxy hoá izopropylbenzen ở nhiệt độ 600-650oC có mặt không khí tạo
hydropeoxit:
C6H5CHCH(CH3)2 O2
C6H5C(CH3)2OOH.
Phân giải hydropeoxit bằng axit H2SO410% thành phenol và axeton cùng một
số sản phẩm phụ khác.
C6H5C(CH3)2OOH.
C6H5OH + CH3COCH3
Tiến hành chng cất phân đoạn thu phenol. Phơng pháp đợc đề xuất ở Liên Xô
và là phơng pháp kinh tế nhất hiện nay đợc ứng dụng ở nhiều nớc trên thế giới.


Phơng pháp Dow (Dow Chemiscal):

Tiến hành oxy hoá toluen theo hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: oxy hoá toluen bằng không khí ở nhiẹt độ 120-150 oC có xúc
tác Co tạo axit benzoic. Phản ứng toả nhiệt mạnh và có nhiều sản phẩm phụ.:
HCOOH, CH3COOH, C6H5CHO,..
Giai đoạn 2: Decacboxy hoá axit benzoic với xúc tác Cu2+:

7


COOH
O
C
- CUO

O O

C O Cu
C

OH
O

O

C
+ H2O

+ Cu2+

O

O

OH
C

HO

OH
- CO2

Quá trình
tiến hành ở
áp suất thờng, nhiệt độ
200-250oC,

Cu2+ sử dụng ở dạng dung dịch 1-5%.
2.1.3.Một số phenol khác:[3]
Crezol: CH3C6H4OH.
Crezol có ba đồng phân:
OHOH

o-Crerol.
mCrerol.
p-Crerol.
CH3
Crezol thờng tồn tại dới
CH3
dạng hỗn hợp ba đồng phân. nhiệt
độ sôi của hỗn hợp là 185-205 oC, trọng lợng riêng 1,044g/cm3. Crezol hoà tan
trong rợu, ete, kiềm, khó hoà tan trong nớc. Crezol nhận đợc chủ yếu từ sản phẩm
xử nhiệt của than đá, than nâu, gỗ.
Xylenol: (CH3)2C6H3OH.
Xylenol có sáu đồng phân, xylenol kĩ thuật ở dạng lỏng nhớt, mầu nâu,,
trọng lọng riệng 1,035-1,040 g/cm3. Xylenol tan trong dung dịch kiềm 10%.
Xylenol cũng nhận đợc chủ yếu từ xử lý nhiên liệu rắn.
Resocsin (m-dioxy benzen): C6H4(OH)2.
Resocsin ở dạng tinh thể rắn, nhiệt độ nóng chảy là 110 oC và nhiệt độ sôi là
276,5oC, trọng lợng riêng là 1,285 g/cm3.
2.2.Aldehyt.
2.2.1.Fomandehyt.
CH3

Tính chất lý học của fomandehyt

[6]

Fomandehyt là chất khí không màu, mùi mạnh. Khi làm lạnh fomandehyt sẽ
8


hoá lỏng, nhiệt độ sôi là -21oC, nhiệt độ nóng chảy là
-92 oC, ở nhiệt độ
93oC sẽ đóng thành một chất tinh thể rắn trọng lợng riêng là 0,815 g/cm3.
Fomanhehyt thờng đợc sử dụng ở dạng dung dịch với nớc gọi là focmalin.
Focmalin chứa 33- 40% thể tích fomandehyt. Khi để lâu thấy kết tủa trắng tách
ra từ dung dịch focmalin đó là polyme của fomandehyt (parafooc ). Để tránh
hiện tợng trên thờng sử dụng rợu metylic 7-12% trong focmalin. Hàm lợng rợu
trong focmalin có thể thay đổi tuỳ thuộc nhiệt độ môi trờng


Các phơng pháp điều chế fomandehyt:

+ Oxy hoá rợu metylic bằng oxy không khí có bạc tham gia. Phản ứng xảy ra
nh sau:
CH3OH + 1/2 O2
HCHO +
H2O
Hoặc phản ứng khử hydro của rợu:
CH3OH
HCHO +
H2O
Phản ứng oxy hoá có thể tiến hành trong chân không hoặc dới áp suất.
+ Điều chế fomandehyt từ metan:
Mêtan đợc điều chế từ các sản phẩm chế biến dầu mỏ và khí thiên nhiên.
Oxy hoá khí metan không hoàn toàn ở 1400-1500oC xảy ra phản ứng:

CH4
+
O2
CO + 4 H2
CH4
CH CH + 3 H2
Metanol đợc tổng hợp từ hỗn hợp H2 và CO ở trên và tiến hành oxy hoá
metanol ở nhiệt độ 500-600oC có mặt xúc tác thì nhận đợc fomandehyt.
+ 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 H2BO3 hoặc H3PO4 ở 375oC hoặc đi
qua tháp chất đầy đá bọt tẩm KMnO4 hay KClO3 ở nhiệt độ lớn hơn 100oC. Hiệu
suất tạo fomandehyt khá cao (70-80%).
2.2.2.Axetandehyt: CH3CHO.
Là chất lỏng có mùi khó chịu, nhiệt độ sôi là 20,8oC, nóng chảy ở

123,5oC, trọng lợng riêng là 0,792g/cm3. Axetandehyt hoà tan trong nớc rợu, ete.
Axetandehyt rất rễ tự trùng hợp.
2.2.3.Fufurol.
Công thức hoá học của fufurol:
HC

CH

HC

CH
O

9

Là chất lỏng không màu,
CHO mùi dễ chịu. Nhiệt độ sôi là


161,7oC, đóng rắn ở 36,5oC, trọng lợng riêng là1,1598 g/cm3. Fufurol tan
trong rợu etylic, metylic, ete, axeton. Trong quá trình bảo quản nếu có mặt
không khí thì fufurol sẽ có màu tối dần và rợu hoá. Để bảo quản ngời ta thờng
cho thêm hydroquynol hoặc parafooc.
Phơng pháp chủ yếu để sản xuất fufurol là thuỷ phân các phế phẩm trong
nông nghiệp: rơm, dạ, lõi ngô,tiến hành thuỷ phân dới áp suất và nhiệt độ lớn
hơn 100oC. Ngoài ra có thể nhận đợc fufurol bằng cách thuỷ phân gỗ hoặc than
nâu.
3.Phản ứng tổng hợp.
3.1.Phản ứng tổng hợp nhựa rezolic.
Nhựa phenolic dạng rezolic nhận đợc trong môi trờng kiềm. Cơ chế xảy ra
trong môi trờng kiềm xảy ra nh sau:
OH

O

Ion
phenolat có
+ H 2O
+ OH
khả năng giải
toả điện tích
vào vòng benzen làm cho mật độ điện tử tại các vị trí ortho và para của vòng
tăng lên.
Các ion này sẽ phản ứng với fomandehyt theo phơng trình:
O

O
O

-

+

+

-


CH
2
O
CH2OH

OH

CH2OH
CH2O

O
O
Trong môi
O
trờng kiềm ion
hydroxy
+ CH2 O

metynol
phenol
bền
CH2OH
H
CH2OH
vững và các vị
trí hoạt động còn lại của phenol tiếp tục phản ứng với fomandehyt để tạo ra các
mono, di, tri hydroxy phenol.

10


OH

OH

OH

OH
CH2

CH2OH

+

H 2O

+
CH2OH

CH2OH

Hỗn hợp rợu phenolic này sẽ ngng tụ tạo nhựa rezolic:

OH

OH

OH

OH

OH
CH2

CH2

+

+
CH2OH

CH2OH

H 2O

CH2OH

CH2

OH

3.2.Phản ứng tạo nhựa novolac.
Nhựa novolac tạo thành trong điều kiện môi trờng phản ứng là axit. Cơ chế
phản ứng nh sau:
-

CH2

+

O

+

+

+

CH2

H

OH

Ion metylol sẽ

tấn công vào vị trí giàu điện tử của phenol.

OH

OH

OH

CH2OH

H
+

+ CH2

OH

CH2

OH

+

H

+

+

Trong môi trờng axit các metylol phenol không bền chúng tơng tác với ion
11

H+ tạo ion metylolphenol.
OH

OH
CH2OH

CH2

+

OH

H

+

O
H

- H2O

+

OH

OH

OH

+

H

CH2

CH2

+

Hoặc chúng ngng tụ với nhau tạo cầu nối metylen.
OH

OH

OH
CH2OH

OH
CH2

CH2OH

O

CH 2

+

3.3. Điều kiện ngng tụ nhựa.

Phản ứng ngng tụ nhựa của phenol và fomandehit là phản ứng từng bậc vì
vậy ta có thể tách các sản phẩm và nghiên cứu các sản phẩm ban đầu tơng đối
ổn định. Qua nhiều thí nghiệm thấy rằng các điều kiện nh : cấu tạo hoá học của
nguyên liệu, tỷ lệ cấu tử, môi trờng phản ứng ảnh hởng quyết định đến quá trình
tạo thành và các tính chất của nhựa.
3.3.1. Điều kiện ngng tụ nhựa rezolic.
Nhựa rezolic tạo thành trong điều kiện :
Môi trờng phản ứng là môi trờng kiềm.
Tỷ lệ Phenol / fomandehit > 1 (d phenol).
Phenol phản ứng có ba vị trí hoạt động.
Xúc tác cho phản ứng:
Các xúc tác thờng dùng là : NaOH, Ba(OH)2, NH4OH,..
12


o NaOH: Là xúc tác mạnh , dùng với lợng nhỏ (0,1%), NaOH còn có tác
dụng làm cho các sản phẩm đa tụ ban đầu dễ hoà tan trong môi trờng phản ứng.
Nhợc điển của loại xúc tác này là cần phải tiến hành trung hoà kiềm còn lại
trong nhựa.Vì còn kiềm d trong nhựa làm giảm các tính chất kĩ thuật của nhựa:
mầu sắc, độ bền nớc, tính chất cách điện,..
o Ba(OH)2: là xúc tác yếu hơn NaOH nên dùng với lợng nhiều hơn (1-1,5%),
Ba(OH)2 dễ trung hoà bằng CO2, muối trơ còn lại trong nhựa không ảnh hởng
đến các tính chất kĩ thuật của nhựa. Do tác dụng xúc tác yếu hơn nên dễ khống
chế tốc độ phản ứng ngng tụ .
o NH4OH: Thờng sử dụng ở dạng dung dịch amoniac 25%. Là xúc tác phổ
biến đợc sử dụng để tổng hợp nhựa rezolic ứng dụng trong các lĩnh vực khác
nhau. NH4OH kết hợp với fomandehit tạo thành urotropin vì vậy ta có thể sử
dụng trực tiếp urotropin làm xúc tác. Hàm lợng thờng lấy từ 0,5 - 3% so với
phenol. Sử dụng dung dịch amoniac để dễ khống chế tốc độ phản ứng nhng có
nhợc điểm là sản phẩm dễ bị rộp trong quá trình ép nóng do tạo khí NH3.

Tỷ lệ cấu tử:

Trong môi trờng kiềm nếu d phenol vẫn tạo thành nhựa rezolic. ở đây tỷ lệ
cấu tử không không ảnh hởng quyết định nh với nhựa novolac. Hàm lợng các
cấu tử đợc lấy gần với đơng lợng phân tử. Khi tăng hàm lợng fomandehit thì 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.


Thành phần hoá học của các cấu tử :

Đặc trng hoá học của phenol tham gia phản ứng ngng tụ thành rezolic ảnh hởng lớn đến quá trình đa tụ : tốc độ đa tụ , tốc độ đóng rắn,..
Các phenol có ba vị trí hoạt động hoá học tham gia phản ứng rất mãnh liệt
với fomandehit và tạo nhựa rezolic có độ nhiệt rắn cao. Nhựa đi từ phenol, mcrerol có tốc độ đóng rắn cao. Fomandehit thờng sử dụng ở dạng dung dịch với
nớc gọi là focmalin, nồng độ fomandehit 37- 40%, trong focmalin chứa 7- 12%
metanol đóng vai trò chất bảo quản. Sự có mặt của metanol làm giảm hiệu suất
ngng tụ, nồng độ fomandehit tỷ lệ với tốc độ phản ứng.Vì vậy hàm lợng metanol
trong focmalin càng thấp, hàm lợng fomandehit càng cao thì tốc độ phản ứng
càng mạnh.
3.3.2.Điều kiện tạo nhựa novolac:
Nhựa novolac tạo thành trong điều kiện:
Phenol có 2 hoặc 3 vị trí hoạt động.
13


Tỷ lệ phenol / fomandehit >1 (d phenol).
Môi trờng phản ứng là môi trờng axit .
Xúc tác :[3]

Các loại xúc tác hay dùng là : HCl, H2SO4, axit osalic,..
HCl : Nồng độ HCl trong môi trờng phản ứng là 0,1- 0,3%, PH môi trờng
phản ứng từ : 2,2 1,8. Phản ứng đa tụ toả nhiệt lớn nên HCl cần đa vào thành
nhiều lần. HCl có u điểm là khi sấy sẽ tách khỏi hỗn hợp cùng với hơi nớc nhng
nhợc điểm của nó là ăn mòn thiêt bị.
H2SO4 : Axit này chỉ đợc sử dụng trong thờng hợp đặc biệt. Tác dụng xúc
tác của axit sunfuric kém hơn axit HCl và khi sấy axit H 2SO4 còn lại trong nhựa
vì vậy phải tiến hành trung hoà axit , các muối trơ còn lại trong nhựa làm ảnh hởng đến mầu sắc của nhựa. Axit H2SO4 gây ăn mòn thiêt bị rất lớn.
Axit osalic: Là axit hữu cơ phân ly yếu, hoạt tính xúc tác kém nên đợc sử
dụng với lợng lớn. Quá trình phản ứng xảy ra êm dụi, dễ điều chỉnh hơn nhng
thời gian phản ứng lại lớn hơn rất nhiều so với axit vô cơ. Nhựa tạo thành có
mầu sáng và bền ánh sáng hơn.
Axit focmic: Axit focmic luôn có trong fomalin nhng hàm lợng thấp không
đủ để đảm bảo tốc độ phả ứng cần thiết. Vì vậy khi tiến hành đa tụ ở áp suất thờng và nhiệt độ sôi của hỗn hợp cần phải thêm axit để đảm bảo PH môi trờng
xuống 2,2-1,8. Nếu tiến hành phản ứng ở áp suất và nhiệt độ cao thì quá trình
xảy ra khá nhanh và không cần thêm axit xúc tác.
Trong thực tế axit HCl đợc sử dụng chủ yếu để sản xuất bột ép và axit osalic
thờng dùng để sản xuất novolac cho công nghiệp sơn.
Tỷ lệ cấu tử:
Nhựa novolac chỉ nhận đợc trong điều kiện thừa phenol. Trong sản xuất tỷ lệ
phenol:fomandehit thờng lấy là 6:5 hoặc 7:6. Lợng fomandehit càng gần với
phenol thì nhiệt độ chảy mềm, trọng lợng phân tử trung bình, độ hoá rắn nhiệt
của nhựa novolac tạo thành càng cao, lợng phenol tự do trong nhựa càng giảm
( lợng phenol tự do trong nhựa càng nhỏ nhựa càng dễ chuyển thành nhựa
rezolic).
Điều kiện sấy và đa tụ:
Quá trình đa tụ nhựa tạo thành không tan trong hỗn hợp phản ứng, có thể kết
thúc quá trình đa tụ khi có sự phân lớp. Nhiều kết quả thực nghiệm cho thấy nếu
kéo dài thời gian đa tụ thì phản ứng giữa phenol và fomandehit triệt để hơn,
14

trọng lợng phân tử trung bình và hiệu suất tạo nhựa cao hơn ( phản ứng đa tụ
tiến hành từng bậc).
Quá trình sấy ngoài mục đích tách nớc và các cấu tử không tham gia phản
ứng : phenol, fomandehit, axit,..còn có tác dụng làm cho phản ứng tiến hành sâu
hơn ở nhiệt độ cao. Quá trình sấy gồm các giai đoạn sau:
Đun nóng hỗn hợp đến nhiệt độ sôi.
Cho bay hơi ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp.
Xử lý nhiệt : nâng nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của hỗn hợp.
Thời gian xử lý nhiệt và nhiệt độ ảnh hởng rất lớn đến độ nhớt, nhiệt độ chảy
mềm, hàm lợng phenol tự do.[5]
4.ứng dụng.
[11]
Nhựa phenolic đợc ứng dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, đặc
biệt là sản xuất chất dẻo từ nhựa phenolic để làm các loại vật phẩm .
4.1.Chất dẻo.
Thành phần chính của chất dẻo là nhựa phenolic có thể ở dạng novolac hoặc
rerolic ngoài ra còn có các chất phụ gia : chất màu, chất hoá dẻo,Căn cứ vào
phụ gia và mức độ nghiền nhỏ phân thành các loại sau: dạng bột, dạng sợi,
mảnh vụn và dạng lớp. Phơng pháp gia công thờng sử dụng là phơng pháp ép.
Bột ép: thờng sử dụng để sản xuất các vật phẩm thông dụng hay công dụng
đặc biệt. Bột ép có thể sản xuất bằng phơng pháp trục vít, trục cán thông thờng.
Phụ gia thờng dùng là mạt ca (đa phần), sợi amian nhỏ, bột mica, thạch anh.
Theo công dụng phân thành các loại bột ép sau:
- Bột ép làm các sản phẩm kĩ thuật và dân dụng thờng từ nhựa novolac có độ
chịu lực, chịu nhiệt, cách điện, kém.
- Bột ép làm các sản phẩm cách điện: hầu hết là từ zerolic. Sản phẩm cách
điện chịu đợc điện áp và nhiệt tơng đối cao (20Kv , 200oC).
- Bột ép làm các sản phẩm đặc biệt có độ bền nớc và độ chịu nhiệt cao.

Vật liệu ép lớp: Chủ yếu để sản xuất vật liệu dạng tấm và dạng ống.Tuỳ
thuộc phụ gia mà chất dẻo ở các dạng khác nhau: testolit ( phụ gia là vải, sợi
bông ), thuỷ tinh testolit ( phụ gia là vải thuỷ tinh).
Vật liệu sợi ép: Chủ yếu đi từ rerolic và phụ gia sợi làm tăng một số tính
chất cơ học: độ dẻo, độ chịu va đập,sợi làm phụ gia có thể là sợi bông, sợi
thuỷ tinh.
Vật liệu ép với phụ gia thô ( mảnh vụn ): đi từ rerolic và phụ gia là mảnh
vụn: vải, giấy,Sản phẩn có độ dẻo và chịu va đập.
15


Vật liệu ép từ nhựa phenolic có nhợc điểm là chịu axit kém, dòn, các tính
chất cách điện phụ thuộc nhiệt độ. Để tăng cờng các tính chất này ngời ta thờng
sử dụng phối hợp với các nhựa khác polyvinylclozit, cao su thiên nhiên.
4.2.Phao-lit.
Phao-lit là loại vật liệu chịu axit tốt, sản xuất từ nhựa phenolfomandehit dạng
rerzolic có mặt chất phụ gia. Các phụ gia chủ yếu để sản xuất phao-lit là : cát,
grafit, amian antoxilit.
Phao-lit đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để lót và chế tạo các thiêt bị
hoá học: thùng chứa, nồi phản ứng, tháp hấp phụ,..
4.3.Keo dán.
Nhựa phenolfomandehit đợc ứng dụng để sản xuất keo dán cho các loại vật
liêu nh : gỗ, kim loại, chất dẻo, gốm, sứ, thuỷ tinh,..Nhựa rerolic thờng sử dụng
ở dạng tan trong rợu họăc nhũ tơng trong nớc.
Keo phenolic có tính kết dính cao, chụi đợc ẩm và các loại nấm mốc song có
nhợc điểm là màng keo dán dòn, độ bền mối dán kết cấu thấp. Hiện nay chủ yếu
sử dụng keo phenolfomandehit kết hợp với các loại polyme khác :
urefomandehit, epoxy, polyvinylaxetan, cao su, nilon,..
4.4. Một số ứng dụng khác.
Phần lớn các sản phẩm từ nhựa phenolic đợc ứng dụng vào các lĩnh vực kể

trên, ngoài ra còn một số ứng dụng khác nh :
Sử dụng làm chất dẻo bọt, sản phẩm có tỷ trọng thấp 0,015 0,32g/cm 3, có
nhiều đặc tính tốt sử dụng trong công nghiệp xây dựng.
Dùng làm nguyên liệu sản xuât màng sơn, vecni.
Bên cạnh đó nhựa novolac cũng đợc sử dụng cho các sản phẩm :
Chi tiết cho động cơ, hoả tiễn.
Phanh, lớp đệm mối nối chịu nhiệt > 500oC.
Thiết bị điện dùng trong gia đình chịu nhiệt độ cao.
Đầu chế hoà khí.
Nắp đầu xilanh của động cơ xe.
Sử dụng phối trộn với các chất phụ gia để tạo ra nhiều loại vật liệu có tính
chất tốt: dẫn nhiệt cao, vật liệu dẫn từ, vật liệu bán dẫn,.. [5]
5. Sản xuất nhựa novolac.
Nhựa novolac có thể đợc xuất theo hai phơng pháp là liên tục và gián đoạn đi
từ các nguyên liệu đầu là focmalin, phenol, phenol hỗn hợp với các phenol khác.
Các đơn phối liệu để sản xuất nhựa novolac có thể khác nhau nhiều tuỳ từng
nhãn hiệu nhựa nhng quá trình sản xuất đều tuân theo qui trình ngng tụ.
16


Qui trình sản xuất nhựa novolac có thể phân thành các giai đoạn sau:


Đa nguyên liệu vào thiết bị phản ứng.



Trộn hợp phenol và fomalin thành hỗn hợp đồng nhất.

Cho xúc tác vào hỗn hợp phản ứng.



Ngng tụ phenol và focmalin ở nhiệt độ 98-100oC.



Khử nớc trong chân không và xử lý nhiệt.


Thêm các chất bổ trợ và tiến hành rót nhựa.
Trong công nghiệp có thể sản xuất novolac theo phơng pháp không xúc tác
và dới áp suất cao. Khi đó axit focmic trong focmalin đóng vai trò chất khởi
đầu, tốc độ phản ứng ở áp suất cao lớn hơn so với áp suất thờng nhng trong thực
tế sản xuất năng suất thiết bị ở áp suất thờng cao hơn ở áp suất cao. Khi tiến
hành trùng ngng ở áp suất cao thì phenol phải sử dụng d nhiều (phenol :
fomandehyt là 100:26 theo trọng lợng ). Hiệu suất khi đó đạt 85-92% nhng hàm
lợng phenol tự do trong nhựa vẫn cao. Để khắc phục cho thêm vào axit osalic thì
hiệu suất đạt 107% và nhiệt độ phản ứng 180oC.

17


5.1. Sản xuất nhựa novolac theo phơng pháp liên tục.
Quá trình sản xuất mà hỗn hợp nguyên liệu đợc đa vào liên tục sẩn phẩm
phản ứng cũng đợc 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 nào đó không thay đổi
theo thời gian. Quá trình sản xuất liên tục có thể phân thành: quá trình liên tục

từng bậc và quá trình dòng liên tục.
Quá trình liên tục từng bậc: Là quá trình liên tục xảy ra từng bậc trong
một dãy thiết bị nối tiếp nhau thành một hệ tác dụng liên tục. Đặc điểm của quá
trình là nồng độ các cấu tử không thay đổi trong toàn bộ thể tích của thiêt bị sau
khi đạt đến trạng thái ổn định. Sự thay đổi nồng độ của các cấu tử ban đầu và
sản phẩm cuối cùng xảy ra từng bậc trong cả dãy thiết bị, ở mỗi thiêt bị hỗn hợp
phản ứng và chất lỏng chảy ra có thành phần đồng nhất.
Phơng pháp liên tục đòi hỏi tính toán thiết bị rất phức tạp, trong nhiều trờng
hợp có thể tiến hành phản ứng trong các tháp có ngăn phân chia, mỗi ngăn tơng
ứng với một thiết bị riêng biệt. Hỗn hợp nguyên liệu liên tục đi vào ngăn đầu
tiên và liên tục đi ra ở ngăn cuối cùng. Xúc tác thờng đa vào từ ngăn đầu tiên,
một số trờng hợp nhiệt độ phản ứng toả ra mạnh để phân phối nhiệt đều trong
thiết bị phản ứng thì xúc tác đợc đa vào từng ngăn.
Phơng pháp dòng liên tục: Quá trình trong đó nồng độ các cấu tử thay đổi
trong toàn bộ không gian phản ứng cũng giống nh trong quá trình liên tục từng
bậc, đối với quá trình này nồng độ hỗn hợp phản ứng không thay đổi trong suốt
thời gian phản ứng. Quá trình dòng liên tục thờng tiến hành trong thiết bị dạng
ống.
5.2. Sản xuất novolac theo phơng pháp gián đoạn.
Nguyên tắc làm việc của phơng pháp gián đoạn:
Nguyên liệu từ các thùng chứa trong phân xởng nhờ bơm bơm lên các thùng
lờng trọng lợng rồi từ đó đi vào thiết bị phản ứng.
Axit từ thùng cao vị đa vào thùng lờng trọng lợng hoặc thể tích. Hỗn hợp
phản ứng đợc khuấy đều, thêm xúc tác đến PH yêu cầu (1,6-2,5).
Đun nóng hỗn hợp phản ứng đến 55-60oC sau đó ngừng cấp hơi vì nhiệt độ
hỗn hợp phản ứng tự tăng do phản ứng toả nhiệt. Khi nhiệt độ hỗn hợp đạt 98100oC thì hỗn hợp bắt đầu sôi và ngừng khuấy, cho nớc vào vỏ bọc ngoài của
thiết bị để làm lạnh nhng phải đảm bảo hỗn hợp phản ứng sôi nhẹ.Sau một thời
gian ( khoảng 20 phút ) tiếp tục cho khuấy và thêm xúc tác. Duy trì phản ứng và
tiến hành lấy mẫu kiểm tra tỷ trọng của nhựa tới khi đạt yêu cầu.

18


Trong quá trình phản ứng từ khi đun nóng đến lúc sôi, tỷ trọng, độ nhớt của
hỗn hợp phản ứng thay đổi không đáng kể, do trọng lợng phân tử trung bình
thấp tan đợc trong fomalin. Cùng với thời gian phản ứng nhựa tạo thành có khối
lợng phân tử tăng dần, khó hoà tan trong nớc, phenol, fomalin không thâm gia
phản ứng. Sau khi sôi khoảng một giờ lợng phenol và fomandehyt không tham
gia phản ứng giảm không đáng kể, độ nhớt của nhựa tăng lên là do cácc sản
phẩm thấp phân tử ngng tụ với nhau.Giai đoạn sấy nhựa nhằm mục đích khử nớc, metanol, xúc tác dễ bay hơi, phenol, fomalin và các sản phẩm phụ.
Nhựa đợc xử lý nhiệt bằng hơi nớc có áp suất vào vỏ bọc ngoài của thiết bị.
Hiệu suất nhựa đạt đợc105-110% so với trọng lợng nhựa.
Tóm lại đối với đỗi phơng pháp sản xuất đều có những u điểm và nhợc
điểm khác nhau. Do vậy việc lựa chọn phơng pháp sản xuất nào tuỳ thuộc vào
mục đích, yêu cầu về sản phẩm, yêu cầu về tri phí đầu t , ..
Đối với phơng pháp liên tục đòi hỏi hệ thống thiết bị rất phức tạp, tính toán
rất chính xác, năng lợng tiêu tốn nhiều, hiệu suất không cao.Tuy nhiên phơng
pháp này cho năng suất cao.
Đối với phơng pháp gián đoạn hệ thống thiết bị đơn giản hơn, cho hiệu suất
cao, chi phí kinh tế ít hơn phơng pháp liên tục nhng cho năng suất không cao, độ
đồng đều của sản phẩm kém.Thực tế sản xuất phơng pháp gián đoạn thờng đợc
ứng dụng nhiều vì tính kinh tế cao, dây chuyền sản xuất đơn giản và đặc biệt là
an toàn về môi trờng ( hàm lợng metanol và phenol tự do có trong nớc thải).
Sơ đồ dây chuyền sản xuất nhựa phenolfomandehit dạng novolac theo phơng
pháp gián đoạn (trang bên).

19


Sơ đồ dây chuyền sản xuất nhựa Phenolic dạng Novolac theo ph ơng

pháp gián đoạn

Phân đoạn
phenol

phenol

Crerol

Fomalin

Xylenol

Đến bơm chân
không
14

1

2

4

3

HCl

5

Axit oxalic

15

N ớc

N ớc lẫn
nhựa

6
12

8

10

Axit oleic

Hơi n ớc

13

9

11

Hơi
n ớc

16
Không khí lạnh

1,2,3,4,5,9,13 - Các thùng l ờng nguyên liệu.
6-Máy lọc
7- Nồi phản ứng trùng ng ng và sấy.
8- Thùng cao vị.
10- Thiết bị hoà tan axit oxalic
11- Thiết bị làm nóng chảy axit oleic.
12-Thùng cao vị của axit oleic.
14- Thiết bị sinh hàn ống chùm.
15- Thùng chứa n ớc ng ng tụ.
16- Trống làm nguội.

Chơng 2 Tính Toán kĩ thuật
2.1. Tớnh phi liu v cõn bng vt cht.
20

7

Nhựa Novolac


2.1.1.Đơn phối liệu
Nhựa novolac đợc sản xuất theo phơng pháp gián 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.Cõn bng vt cht

Sơ đồ dây chuyền sản xuất nhựa novlac:
Nguyên liệu

Đa tụ

Lọc

Sấy

Sản phẩm

Giả thiết tổn hoa 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.
Nghỉ thứ bảy, chủ nhật: 104.
Nghỉ lễ, tết: 7.
Nghỉ bảo dỡng: 14.
Tổng số ngày làm việc trong năm: 365-125 =240 (ngày).
Năng suất thiết bị trong một ngày
300
= 1,25
240

là: (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 ngói sản phẩm:
Công đoạn này tổn hao
1000.100
= 1005
99,5
0,5% nên sản lợng cần sản xuất
trớc khi đa vào công đoạn này là: (kg).
Lợng tổn hao là: 1005 1000 = 5 (kg).
Công đoạn sấy:
Công đoạn này tổn hao
1005.100
= 1010
99,5
0,5% nên sản lợng trớc khi sấy
là: (kg).
Lợng tổn hao là: 1010 1005 = 5 (kg).
Công đoạn lọc và tách nớc:
21


Công đoạn này tổn hao 0,5% nên sản lợc cần thiết là:
(kg).
1010.100
= 1015
99,5
Lợng tổn hao là: 1015
1010 = 5 (kg).

Công đoạn đa tụ:
Công đoạn này tổn hao 1% nên sản lợc cần thiết là:
(kg)
1015.100
= 1025,26
99
Lợng tổn hao là: 1025,26
1015 = 10,26 (kg).
Công đoạn nạp liệu:
Công đoạn này tổn hao
1025,26.100
= 1030,4
99,5
0,5% nên sản lợc cần thiết là:
(kg).
Lợng tổn hao là: 1030,4 1025,26 = 5,14 (kg).
Vậy tổng tổn hao cả quá trình là 3%.
Từ đơn phối liệu:
100 kg phenol phản ứng với 27 kg focmalin và 1 kg HCl thu đợc 113 kg
nhựa Novolac.
Lợng phenol 100% cần thiết để tạo ra 1030,4 kg nhựa Novolac là:
(kg)
1030,4.100
= 911,86
113
Lợng
phenol 911,86.100
= 949,85
96
96% cần thiết để tạo ra 1030,4 kg nhựa Novolac là: (kg).

Lợng Focmalin 100% cần
1030,4.27
= 246,2
113
để tạo ra 1030,4 kg nhựa
Novolac là: (kg).
Lợng Focmalin 37% cần
246,2.100
= 665,4
37
để tạo ra 1030,4 nhựa Novolac
là: (kg).
Lợng xúc tác cần thiết là:
1.1030,4
= 9,12
113
(kg).
Cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm.
Nguyên liệu
Lợng vào(kg)
Lợng ra (kg)
Tổn hao (kg)
Phenol 96%
Focmalin 37%
HCl 6N

949,85
665,4
9,12

1000

22

28,49
19,96
0,27


Bảng cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất
Nguyên liệu
Lợng vào (kg)
Phenol 96%
1187,31
Focmalin37%
831,75
HCl 6N
11,4
Bảng cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất.
Nguyên liệu
Lợng vào (kg)
Phenol 96%
284955
Focmalin 37%
199620
HCl 6N
2736

Lợng ra (kg)
1250 nhựa Novolac

Lợng ra (kg)
300.000 nhựa Novolac

2.2.Tính toán thiết bị
2.2.1.Tính toán thiết bị chính.
2.2.1.1.Tính các kích thớc của tháp.
Tính thể tích làm việc của tháp:
Hỗn hợp phản ứng gồm ba cấu tử: phenol, dung dịch focmalin, axít xúc
tác. Thể tích của thấp tính theo công thức sau:
Vhh=Vhh
Ghh
Trong đó Ghh: khối lợng hỗn hh hợp phản ứng.
Vhh: thể tích hỗn hợp phản ứng.
hh : khối lợn riêng của hỗn hợp phản ứng.
hh =0,01(1a1+2a2 +3a3 +.).

[7,Tr.14]

Trong đó : 1 ,2 ,3: khối lợng riêng của từng cấu tử: phenol, Focmalin,
HCl.
a1, a2, a3 :nồng độ phần trăm khối lợng của từng cấu tử.
Thiết bị làm việc ở nhiệt độ 98 oC, tra khối lợng riêng của các cấu tử ở
nhiệt độ này là:
p=1005 (kg/m3)
f=1078 (kg/m3)
HCl=970 (kg/m3)
Tơng tự ta tính đợc a1=58,48%, a2=40,93%, a3=0,58%.
Vậy: hh =0,01(58,48.1005+ 40,93.1078 + 0,58.970)=1034.3(kg/m3).
Quá trình sản xuất theo phơng pháp gián đoạn sản phẩm có tính chất tốt

trong thời gian phản ứng là 4 giờ. Vì vậy để thích hợp với thời gian làm việc một
23


ngày ta thiết kế thiết bị phẩn ứng để sản xuất hai mẻ một ngày.
Khối lợng nguyên liệu
2030,9
1015,45
2
trong một mẻ là: (kg)
Thể tích hỗn hợp phản ứng
1015,45
= 0,98
1034,4
là: (m3).
Thể tích làm việc của tháp:
0,98
= 1,4
0,7
Vlv=(m3).
Lấy thể tích làm việc của tháp là 1,4m3
Lấy đờng kính tháp là: 1,2m.
Chiều cao của tháp là :
1,4
= 1,238
1,1304
H=(m3)
Lấy H=1,3 m.
2.2.1.2.Tính toán cơ khí cho thiết bị phản ứng.
Môi trờng làm việc của tháp là môi trờng axít, nồng độ axít <1% và nhiệt

độ là 98oC.Chọn loại vật liệu làm thiết bị phản ứng có tính chịu axít là thép
không gỉ X17H13M2T.Thiết bị làm việc ở áp suất thờng nên chọn phơng pháp
hàn thân hình trụ.
Chiều dày thân hình trụ đợc xác định theo công thức sau:
S
=
Dt P
+C
[10,Tr.360 371]
2[ ] P
Trong đó : : hệ số bền của thiết bị phản ứng theo phơng pháp hàn
Hệ số tra theo đờng kính thiết bị phản ứng và phơng pháp gia công đợc
= 0,95.
P: áp suất làm việc của tháp.
P= P1 +Pmt
P1: áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng
Pmt: áp suất môi trờng
P1=.g.h
h: Chiều cao cột chất lỏng trong thiết bị phản ứng.
P1= 1034,4.9,81.0,87 = 8819,29 (N/m2)
P = 105 + 8819,29 = 108819,29 (N/m2)
[] : độ bền của vật liệu.
Độ bền kéo [k] =
Độ bền chảy [c] =

k .
n
c k.
nc

24


nk, nc : Hệ số an toàn giới hạn bền
: Hệ số diều chỉnh, chọn =0,9
k , c : Giới hạn bền khi kéo và khi chảy.
Với thép không gỉ: nk =2,6

nc =1,5

k =540.106

c = 220.106

540.10 6
.0,9 = 186,92.10 6
2,6

[k] = (N/m2)
[c]

= 220.10 6 0,9 = 132.10 6
1,5

(N/m2)
Chọn [] theo giá trị độ bền nhỏ [] =132.106
C : Hệ số bổ sung
C=C1 +C2 +C3
C1: Bổ sung do ăn mòn, nồng độ HCl<1%, C1 =0,001.
C2: Bổ sung do hao mòn, C2= 0

C3: Bổ sung do dung sai của chiều dày C3 = 0,4.10-3
C= 0,001+0,4.10-3 =1,4.10-3 (m).
[ ]. 132.10 6.0,95
=
= 1152 > 50
P
108819,29

Mặt khác có:
Bỏ P ở mẫu của

biểu thức tính s.
Dt .P
1,2.108819,29
=C =
+ 1,4.10 3 = 1,93.10 3
6
2.[ ].
2.132.10 .0,95

S=
Lấy

S

=5mm.
Kiểm tra ứng suất của thành theo ứng suất thử:
áp suất thử : Po =Pth+ P1
Pth: áp suất thử thuỷ lực. Với P <0,5.106 thì
Pth =1,5P =1,5.108819,29 =163228,93(N/m2)

P1: áp suất thuỷ tĩnh của nớc.
P1 =.g.h =970.9,81.0,87 = 8278,66(N/m2)
Po =162772,77 + 7993,19 =171507,6 (N/m2)
[ Dt + ( S C )]Po c
=
<
2.( S C ).
1,2
[1,2 + 3,6.10 3 ].171507,6
132.10 6
6
=
36
,
215
.
10
<
= 110.10 6.
3
1,2
2.3,6.10 .0,95

Vậy S =5 mm thoả mãn điều
kiện bền của vật liệu.
25