Đề tài 4 nhựa pe

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
MÔN HỌC: QUÁ TRÌNH VÀ KỸ THUẬT PHẢN ỨNG
CÁC CHẤT CAO PHÂN TỬ
-----*-----

ĐỀ TÀI 4: NHỰA PE
GVHD: Huỳnh Đại Phú

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2015

1


Mục Lục
I.
II.

Lịch Sử………………………………………………………………………...3
Tổng quan về nhựa PE……………………………………………………….4
1. Tính chất của nhựa………………………………………………………..4
1.1
Tính chất vật lí……………………………………………………..4
1.2
Tính chất hóa học………………………………………………….5
1.3
Phân loại…………………………………………………………....5
2. Nguyên liệu………………………………………………………………...6
3. Tính chất nhựa PE sau khi đóng rắn…………………………………….8

III.
Cơ chế phản ứng……………………………………………………………..10
1. Trùng hợp gốc……………………………………………………………10
2. Trùng hợp ion…………………………………………………………....11
IV.
Qui trình công nghệ…………………………………………………………12
1. Sản xuất Polyethylene liên tục dưới áp suất cao………………………13
1.1 Sơ đồ sản xuất………………………………………………….....13
1.2 Quy trình tổng hợp……………………………………………….14
2. Sản xuất Polyethylene liên tục dưới áp suất thấp……………………...16
2.1 Sơ đồ sản xuất…………………………………………………….16
2.2 Quy trình tổng hợp……………………………………………….16
3. Thiết bị sản xuất………………………………………………………….18
3.1
Lò phản ứng………………………………………………………18
3.2 Cánh khuấy…….………………………………………………….20
3.3 Máy ly tâm…………………………………………………………21
3.4 Máy sấy…..………………………………………………………...23
V.
Ứng dụng…………………………………………………………………......26
1. Dây cách điện………………………………………………………….....27
2. Đường ống……………………………………………………………......27
3. Màng và tấm…………………………………………………………......28
4. Sản phẩm tạo hình………………………………………………………28
5. Sản phẩm đúc……………………………………………………………29
VI.
Tài liệu tham khảo…………………………………………………………..30

I.

Lịch Sử
Polyethylene được tổng hợp lần đầu tiên bởi nhà hóa học người Đức Hans von

Pechmann vào năm 1898, một cách tình cờ trong quá trình ông nghiên cứu diazomethane.
Khi các đồng nghiệp của ông khảo sát hợp chất màu trắng, nhờn như mỡ sáp mà ông đã
2


tổng hợp, họ nhận thấy nó chứa mạch dài –CH2- và đặt tên nó là polymethylene. Trong thời
gian đầu Polyethylene chưa thể sản xuất ở dạng rắn, còn ở dạng mỡ sáp không có ứng
dụng.
Cho đến năm 1933, 2 nhà hóa học E. W. Fawcett và R. O. Gibson, làm việc tại
Imperial Chemical Company (ICI), đã tìm ra được phương pháp tổng hợp polyethylene ở
dạng rắn khi thí nghiệm với hơi ethylene ở áp suất và nhiệt độ cực cao ( khoảng vài trăm
atm). Ngay sau đó ICI xin bằng sáng chế cho vật liệu mới và bắt đầu thương mại hóa nó.
Ứng dụng đầu tiên của PE là dùng làm vật liệu màng. Với tính chất thất thoát năng
lượng thấp ở tần số dẫn truyền cao, ICI cho sản xuất PE làm chất phủ cách điện cho các sợi
cáp dẫn điện và cáp radar. Khi nhận ra tính ưu việt của PE, quân đội Anh đã dùng PE để
phủ toàn bộ sợi cáp và sợi dẫn cao tần của họ. Chính nhờ điều này đã đưa nước Anh tiến
bộ công nghệ vượt bậc trong lĩnh vực radar. Lịch sử đã ghi nhận nhờ vào PE mà nước Anh
đã sở hữu hệ thống radar tối ưu nhất thế giới vào Chiến Tranh Thế Giới thứ 2.
Sự tiến bộ quân sự của Anh quốc đã nhận được quan tâm của nhiều lực lượng khác
trên thế giới vào bấy giờ, trong đó có nước Mỹ. Chính quyền Mỹ sau đó đã tạo cơ hội,
khuyến khích 2 công ty vốn tại Mỹ (Dupont Corp và Union Carbide Corp) thỏa thuận
chuyển nhượng bản quyền với ICI để có thế sản xuất polyethylene trong nước. Trước khi
chiến tranh Thế Giới thứ 2 kết thức, sản lượng polyethylene của Mỹ đã vượt xa nước Anh.
Cho đến khi CTTG thứ 2 kết thúc, các nghiên cứu tính chất hóa học về polyethylene
mới được tiến hành, và càng được sử dụng dân dụng rộng rãi khi lần lượtc các tính chất
mới được phát hiện. Đi kèm theo đó là phương pháp gia công polyethylene mới được phát
hiện trong quá trình nghiên cứu tính chất vật lý. Kéo màn phim và ép phun là 2 phương

pháp gia công mới được phát hiện sau CTTG thứ 2.
Một phát hiện quan trọng khác về PE xảy ra trong những năm 1940, khi công nghệ
phổ IR đã bắt đầu phát triển. Lúc này khi chụp phổ IR của PE, kết quả cho thấy rằng có
nhiều hơn 2 nhóm methyl trong một mạch PE. Điều này dẫn tới kết luận rằng PE không
phải mạch thẳng hoàn toàn, mà có chứ các nhánh dọc theo mạch carbon chính.

3


Đó cũng là thời gian các nghiên cứu tập trung vào cách làm giảm điều kiện phản
ứng trong quá trình sản xuất PE. Một cơ chế tổng hợp PE trong điều kiện thấp hơn đã được
phát minh trong năm 1951 bởi Karl Ziegler. Ziegler đã tổng hợp được PE rắn trong áp suất
và nhiệt độ thấp bằng cách sử dụng chất xúc tác. Thử nghiệm trên PE của Ziegler cho thấy
nó có độ đa phân tán thấp, độ đậm đặc cao hơn nhiều so với PE áp suất cao truyền thống.
Kể từ đó, khái niệm phân biệt tính chất PE dựa vào độ đậm đặc ra đời. PE được tổng hợp
theo phương pháp Ziegler là HDPE ( High Density Polyethylene), với lượng mạch nhánh
thấp hơn và mạch chính dài hơn LDPE ( Low Density Polyethylene) được tổng hợp trong
áp suất cao.
Vào năm 1977, Union Carbide Corp phát hiện phương pháp mới để tổng hợp PE.
Phương pháp này sử dụng monomer thay cho khí ethylene, dẫn đến mạch chính có nhiều
nhánh nhỏ.PE này được gọi là LLDPE ( Linear Low-Density Polyethylene).
II.

Tổng quan về nhựa PE
1. Tính chất của nhựa
Polyethylene ( hay polyethene; viết tắt: PE) là một nhựa nhiệt dẻo ở dạng nguyên

sinh có hình dạng là các hạt nhỏ như hạt gạo (thermoplastic) được sử dụng rất phổ biến
trên thế giới (hàng năm tiêu thụ trên 60 triệu tấn). Polyethylene là một hợp chất hữu cơ
(poly) công thức hóa học gồm nhiều nhóm etylen CH2-CH2 liên kết với nhau bằng các liên

kết hydro no. Polyethylene được điều chế bằng phản ứng trùng hợp các monomer ethylene
(C2H4), triết xuất chủ yếu từ dầu mỏ.
1.1 Tính chất vật lí

Polyethylene màu trắng, hơi trong có ánh mờ, mặt bóng láng, mềm dẻo, không dẫn
điện và không dẫn nhiệt, không cho nước và khí thấm qua, chống thấm khí O 2, CO2, N2 và
dầu mỡ đều kém, ở dạng nguyên liệu có hình dạng hạt nhỏ như hạt gạo. Tùy thuộc vào loại
PE mà chúng có nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg ≈ -100 °C và nhiệt độ nóng chảy Tm≈120 °C.
1.2 Tính chất hóa học

Polyethylene có tính chất hóa học như hydrocacbon no như không tác dụng với các
dung dịch axít, kiềm, thuốc tím và nước brome. Ở nhiệt độ cao hơn 70oC PE hòa tan kém
4


trong các dung môi như toluen, xylen, amilacetat, tricloethylene, dầu thông. dầu khoáng…
Dù ở nhiệt độ cao, PE cũng không thể hòa tan trong nước, trong các loại rượu béo, acetone,
diethyl ether, glycerine và các loại dầu thảo mộc hoặc các chất tẩy như Alcool, Acetone,
H2O2… Có thể cho khí, hương thẩm thấu xuyên qua, do đó PE cũng có thể hấp thu giữ mùi
trong bản thân bao bì, và cũng chính mùi này có thể đưộc hấp thu bởi thực phẩm được
chứa đựng, gây mất giá trị cảm quan của sản phẩm.
1.3 Phân loại

Dựa vào khối lượng phân tử, tỷ trọng, độ kết tinh và mức độ khâu mạch mà PE
được chia thành 8 loại:
+ VLDPE (PE tỷ trọng rất thấp): Là một polymer chủ yếu là mạch thẳng, còn các
mạch nhánh rất ngắn. Tỷ trọng: 0,880 – 0,915 g/cm³. Được chế tạo nhờ quá trình trùng hợp
triệt để dưới áp suất cao. Là chất vô định hình có độ mềm dẻo tuyệt đối, độ dai rất tốt, căng
và tăng khả năng bảo vệ môi trường, mở rộng khả năng hỗn hợp với nguyên liệu chất dẻo
mềm khác như PVC, EVA để thay đổi tính năng của nó. Dùng để sản xuất màng co PE,

màng căng PE, găng tay bảo hộ, tham gia quá trình biến đổi các loại chất dẻo khác, màng
PE công nghiệp, màng PE nhiều lớp.
+ LDPE (PE tỷ trọng thấp): Tỷ trọng: 0,910 – 0,925 g/cm³. Nhiệt độ hóa thủy tinh
Tg ≈ -110 °C
+ LLDPE (PE tỷ trọng thấp mạch thẳng): Tỷ trọng: 0,915 – 0,925 g/cm³
+ MDPE (PE tỷ trọng trung bình): Tỷ trọng: 0,926 – 0,940 g/cm³
+ HDPE (PE tỷ trọng cao): Ngược với LDPE, HDPE được sản xuất đưới áp suất
thấp với các hệ xúc tác như crom/silic catalysts, Ziegler-Natta hay metanloxen
(metallocene). Tỷ trọng: 0.941 – 0,965 g/cm³
+ UHMWPE (PE có khối lượng phân tử cực cao): Là loại PE có khối lượng phân
tử trung bình số cỡ hàng triệu (từ 3,1 đến 5,67 triệu). UHMWPE rất cứng nên được ứng

5


dụng làm sợi và lớp lót thùng đạn. Tỷ trọng: 0,935 – 0,930 g/cm³. Nhiệt độ nóng chảy T m ≈
130 °C
+ PEX hay XLPE (PE khâu mạch): Được chế tạo bằng cách cho thêm các
peroxide hữu cơ (ví dụ: dicumyl peroxide,…) vào PE trong quá trình gia công. Các phương
pháp khâu mạch PE tốt nhất là phương pháp đúc quay (rotational molding) và bức xạ hồng
ngoại (irradiation).
+ HDXPEX (PE khâu mạch tỷ trọng cao): Được ứng dụng làm màng nhựa, ống,
dây và cáp điện. [1]
2. Nguyên liệu

Ethylene có công thức hóa học là CH2=CH2

Ethene
C2H4
C=C

28,05 g/mol
khí không màu
[74-85-1]

1,178 g/l ở 15 °C, gas

25 mL/100 mL (0 °C)
12 mL/100 mL (25 °C)[1
-169,1 °C
-103,7 °C

6


phẳng
không
D2h

•

Tính chất vật lí: Ethylene là chất khí không màu, không mùi, ít tan trong nước, nhẹ hơn
không khí D=0.5674; TS=-103.010C; nhiệt độ tự bốc cháy 540°C (trong không khí). Ít tan
trong nước và ethanol; tan nhiều trong ether. Có trong khí đốt (3 - 5%), trong khí chế
biến dầu mỏ (đến 20%). Có khả năng phản ứng cao. Ở một số loài cây ethylene được sinh
ra khi cây rụng lá, ngập úng hay cây gặp một số điều kiện bất lợi khác. Ethylene có tác
dụng thúc quả chín và rụng. [2]

•

Tính chất hóa học: Trong phân tử ethylene có một liên kết đôi kém bền, dễ bị đứt ra trong

các phản ứng hóa học, vì vậy các phân tử etilen có thể tham gia nhiều phản ứng cộng và
liên kết với nhau tạo ra phân tử có kích thước và khối lượng rất lớn. Liên kết π ở nối đôi
của anken kém bền vững, nên trong phản ứng dễ bị đứt ra để tạo thành kiên kết σ với các
nguyên tử khác. Vì thế, liên kết đôi C=C là trung tâm phản ứng gây ra những phản ứng hoá
học đặc trưng cho anken như phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp và phản ứng oxy hoá.
+ Phản ứng cháy
CH2=CH2 + 3O2  2CO2 + 2H2O
+ Phản ứng hydro hoá

+ Phản ứng halogene hoá
CH2=CH2 + Cl2  ClCH2-CH2Cl (1,2-dicloetan, ts = 83,50C)
CH3CH=CHCH2CH2CH3 + Br2  CH3CHBr-CHBrCH2CH2CH3
(2,3-dibromhexan)
+ Phản ứng cộng acid và cộng nước
CH2=CH2 + H-Cl  CH3CH2Cl
7

(etyl clorua)


CH2=CH2 + H-OSO3H  CH3CH2OSO3H

(etyl hydrosunfat)

(ethanol)
+ Phản ứng trùng hợp

(PE, n=3000-40000)
3. Tính chất nhựa PE sau khi đóng rắn

Sản phẩm:
•

Chỉ số chảy; 0.2-0.5g/10mins

•

Chịu lạnh: -700C

•

Biến dạng 600%, D= 0.92-0.94

•

η=f(d,M,t)

•

Độ phân nhánh lớn, hiệu suất càng cao

•

Bền kéo 140kg/cm2: giới hạn chảy 100 kg/cm2 [3]
Tính chất cơ bản:

•
•

Mờ và màu trắng, tỉ trọng nhỏ hơn 1.

Là Polymer kết tinh, mức độ kết tinh phụ thuộc mật độ mạch nhánh, mạch nhánh

nhiều thì độ kết tinh thấp.
• Độ hòa tan: + Ở nhiệt độ thường, PE không tan trong bất cứ dung môi nào, nhưng
để tiếp xúc lâu với khí Hydrocarbon thơm đã Clo hóa thì bị trương.
+ Ở nhiệt độ 700C, PE tan yếu trong toluene, xylen, amin acetat, dầu
thông, paraffin…
+ Ở nhiệt độ cao, PE không tan trong nước, rượu béo, acid acetic,
acetone, diethyl ether, glycerine, dầu lanh và một số dầu thảo mộc
khác...
• Khi đốt với ngọn lửa có thể cháy và có mùi paraffin.
• Cách điện tốt.
• Độ kháng nước cao, không hút ẩm.
8


•

PE không phân cực nên có độ chống thấm cao đối với hơi của những chất lỏng

phân cực.
• Kháng hóa chất tốt.
• Kháng thời tiết kém, bị lão hóa dưới tác dụng của oxy không khí, tia cực tím, nhiệt.
Trong quá trình lão hóa độ dãn dài tương đối và độ chịu lạnh của polymer giảm,
xuất hiện tính giòn và nứt.
Tính chất khác:
PE có thể nhuộm màu trắng bằng các thuốc nhuộm và các bột màu khác nhau trong
hỗn họp nóng chảy trong thiết bị trộn. Lượng chất màu hữu cơ có thể dùng là từ
0,005÷0,2% theo tỉ lệ trọng lượng. Vật liệu nhuộm bột màu vô cơ TiO 2, CrO3 vàng da cam
và đỏ dùng 0,2÷1%.

PE trộn hợp rất kém với đa số polymer, hỗn hợp polymer có độ ổn định tốt nếu cho
vào PE các tính chất sau:
• Paraffin trọng lượng phân tử cao, Polyizobutylen, cao su, polystyrol, ethyl cellulose.
• Nếu trộn Paraffin có nhiệt độ nóng chảy trên 52oC với PE thì tăng độ bền cơ học, độ

cứng, giảm độ thấm khí, nhưng đồng thời cũng giảm độ dãn dài, hỗn hợp hai chất
•

này có thể sản xuất bình đựng hóa chất.
PE với polyizobutylen (có trọng lượng phân tử 100000-200000) có tính cách nhiệt
tốt và bền hóa học. Nếu polyizobutylen thêm vào khoảng 50% trọng lượng
polyethylene thì làm tăng tính đàn hồi và chịu lạnh của màng.

III.

Cơ chế phản ứng
Phản ứng trùng hợp ethylene thành PE có thể thực hiện theo cơ chế gốc hoặc ion.
1. Trùng hợp gốc

Peroxide, persulfate, hợp chất azo và các dẫn xuất alkyl của các kim loại khi đun
nóng tạo ra gốc tự do. Các gốc tự do mới này dễ dàng phản ứng với ethylene:

9


Gốc này tiếp tục phát triển :
Giai đoạn này nhiệt phản ứng toả ra rất lớn do đó cần phải lấy nhiệt ra khỏi hỗn
hợp phản ứng. Nếu không do sự tăng cao nhiệt độ ethylene không phản ứng bị phân huỷ
và thường kèm theo tiếng nổ. Phản ứng phát triển mạch ngưng là do kết quả khử hoạt tính
gốc polymer.

Trong quá trình phản ứng, do sự kết hợp của các phân tử ethylene hoặc giữa
monomer với đại phân tử polymer tạo ra nhánh.

2. Trùng hợp ion

Đáng chú ý là trùng hợp ethylene theo cơ chế trùng hợp ion có xúc tác Zigler-Natta
TiCl3 + Al(R1)3

R 1 : C 2 H5

10


•

Ưu điểm:

Trùng hợp ethylene có xúc tác Zigler-Natta có nhiều ưu điểm như polymer ít nhánh,
tính cơ lý cao.
•

Nhược điểm:

Xúc tác đắt, dễ cháy nổ. Sau khi kết thúc quá trình phải tách xúc tác ra khỏi polymer phức
tạp
IV.

Qui trình công nghệ

11

Sơ đồ qui trình sản xuất PE

Ethylene

Xúc tác

Phản ứng
12


Olygomer
Ethylene

Tách lớp

Làm nguội

Sấy, lọc

Nén viên

Hạt PE

Sơ đồ khối qui trình sản xuất PE dạng hạt

1. Sản xuất Polyethylene liên tục dưới áp suất cao
1.1 Sơ đồ sản xuất

H20

H20

3

1
1

H20

ethylene

4

5

6

8

18

16

11

9

17

2
14

1

15

7

13

H20

13


Sơ đồ sản xuất Polyethylene liên tục dưới áp suất cao
Chú thích:

1, 6, 9, 16,18: Thiết bị lọc

10: Thiết bị phản ứng

2: Máy nén ở 350 at

11: Thiết bị tách khí

3: Thiết bị bơm làm lạnh nước

12: Thùng chứa kiểu trục vít

4, 8: Thiết bị phân ly dầu

13: Màng Polyethylene

5: Thiết bị đệm

14: Bộ phận lọc

7: Máy nén ở 1500 at

15: Cyclon
17: Máy rửa khí

1.2 Quy trình tổng hợp

Quá trình gồm các giai đoạn sau: nén ethylene đến 350 at rồi đến 1500 at, trùng hợp,
tháo polymer và làm sạch ethylene chưa phản ứng.
Ethylene vào thiết bị thường là hỗn hợp khí ethylene mới và khí hồi lưu. Để loại trừ
những hợp chất cơ học như sắt, cát,… cho hỗn hợp khí đi qua thiết bị lọc (1) (vải bọc lên
lưới kim loại). Oxy lấy từ hai ống có thể trộn lẫn với ethylene ở các giai đoạn như lọc, vận
chuyển, nén.
Giai đoạn nén khí đầu tiên tiến hành đến 350 at ở máy nén đứng 4 bậc (2), sau mỗi
bậc, khí sẽ được làm lạnh ở thiết bị làm lạnh (3).
Sau khi ra khỏi máy nén những vết dầu mang theo từ máy nén phải được tách ra ở
thiết bị (4), (5) và lại được lọc sạch ở thiết bị (6) trước khi đưa vào máy nén lần thứ 2 ở
máy nén bậc (7) để nén đến 1500 at.
Khi nén xong phải được tách dầu ở thiết bị (8) và lọc ở (9) rồi vào thiết bị trùng hợp
(10). Thiết bị trùng hợp là những ống uốn, có vỏ bọc ngoài để đun nóng hoặc làm lạnh,
đường kính ống lớn dần từ 10 mm, đến 16 mm, rồi 24 mm.

Ở những ống đường kính 10 mm, khí được đun nóng và quá trình trùng hợp bắt đầu.
Ống 16 mm quá trình tiếp tục, lượng polymer chủ yếu được tạo ra ở đây, còn đến ống 24
mm là kết thúc quá trình trùng hợp. Nhiệt độ ở những ống đầu tiên vào khoảng 185 oC đến
200oC. Chất tải nhiệt thường là nước quá nhiệt.
14


Phản ứng trùng hợp ethylene (có chứa 0,008% O 2) tiến hành liên tục ở áp suất 1500
at, polymer tạo ra cùng với ethylene chưa phản ứng đi qua van giảm áp được đưa vào thiết
bị phân khí (11) và thùng chứa (12) , ở đây áp suất giảm xuống tới 5 at.
Polyethylene ở dạng thanh nhỏ đem làm lạnh trực tiếp với nước (13).
Ethylene chưa phản ứng được tách trực tiếp từ thiết bị (11), (12) sẽ đi qua lọc (14)
và cyclon (15). Sau đó lọc lần cuối cùng ở (16) rồi đưa vào thùng chứa (17). Trước khi sử
dụng lại, cần cho khí đi qua lọc (18).
Sản xuất Polyethylene theo phương pháp áp suất cao có những đặc điểm:
- Năng lượng tiêu hao nhiều do quá trình nén khí
- Các thiết bị sử dụng đắt, làm từ thép đặc biệt.
- Vấn đề làm kín thiết bị, vận chuyển ethylene ở áp suất cao còn gặp nhiều khó

khăn.
- Ethylene là chất độc hại, dễ cháy và tạo với không khí hỗn hợp nổ trong giới

hạn rộng.
Do những hạn chế trên, nên quá trình sản xuất ethylene theo phương pháp áp suất
cao cần tự động hóa tối đa, cần nhiều máy móc kiểm tra và thiết bị bảo vệ.
Để tiết kiệm năng lượng, ethylene chưa phản ứng thường cho hồi lưu dưới áp suất
350 at. Ethylene tách ra khỏi các thiết bị phân ly, đem đi làm sạch ở áp suất cao, sao đó
trộn ethylene mới và cho vào máy nén lần thứ 2.
2. Sản xuất polyethylene liên tục dưới áp suất thấp
2.1 Sơ đồ sản xuất

Ethylene hồi lưu

12

6

13

15


3

2

5

7
1
1

1

8

Xúc tác

9

10

4

Ethylene
Polymer

Sơ đồ sản xuất polyethylene liên tục dưới áp suất thấp
Chú thích:

1: Nồi trùng hợp

6, 11, 12: làm lạnh

2, 3, 5, 7, 13: Thiết bị phân ly

8, 9, 10: Bơm chất lỏng

4: Bộ phận thổi khí
2.2 Quy trình tổng hợp

Sản xuất polyethylene dưới tác dụng của xúc tác Zigler có thể tiến hành theo giai
đoạn hoặc liên tục. Năng suất hiện nay lên đến 2,5 – 4 ngàn tấn/năm.
Cho liên tục ethylene mới và ethylene hồi lưu vào thiết bị phản ứng (1) có thể tích là
10 m3 đồng thời cho xúc tác đã chuẩn bị sẵn trong benzene có nhiệt độ sôi thấp vào.
Ethylene cho vào phần dưới của thiết bị để khuấy, trộn hỗn hợp phản ứng. Quá trình
tiến hành ở áp suất từ 3 đến 4 at ở nhiệt độ 80oC.
Nhiệt độ phản ứng sẽ được thải ra ngoài do hỗn hợp khí hơi mang đi qua các thiết bị
phân ly (2), (3), (5), (7) và thiết bị làm lạnh (6). Nhờ quạt (4) vận chuyển luồng khí hơi đó.
Ethylene chưa phản ứng sau khi đi qua thiết bị làm lạnh (12) và thiết bị phân ly (13)

được đưa đi làm sạch để hồi lưu.
Dung môi từ các thiết bị phân ly được hồi lưu về trùng hợp nhờ bơm (8), (9), (10).
Polymer thì được đem đi gia công tiếp tục.
Tách benzene từ dung dịch huyền phù polyethylene ra sau đó dùng methanol hay npropylliodid để rữa polymer, xong đem sấy (thùng quay dưới chân không hoặc sấy tầng
sôi) đạt đến độ ẩm dưới 0,15% .
16


Cuối cùng mới cho bột sang máy tạo hạt. (dùng dao cắt dây thành hạt)
•

Phương pháp sản xuất polyethylene áp suất thấp có những đặc điểm.
- Quá trình tiến hành ở áp suất thông thường hay cao hơn một ít, qua đó tiết
-

kiệm được chi phí năng lượng và thiết bị.
Trọng lượng phân tử polime cao hơn do đó bền nhiệt và độ bền cơ học cao hơn

so với polyethylene sản xuất ở áp suất cao.
• Nhược điểm:
- Phải dùng dung môi và phải hoàn nguyên dung môi vì thể dễ xãy ra những
-

phản ứng phức tạp.
Cần phải tách hết xúc tác trong sản phẩm, do đó có thêm công đoạn rữa.
Gia công sản phẩm khó khăn hơn vì độ nhớt của polime nóng chảy ở nhiệt độ

-

cao hơn.

Xúc tác dễ bắt cháy khi gặp không khí và nước, do đó, phải nâng cao đề phòng
cháy nổ.

3. Thiết bị sản xuất

3.1 Lò phản ứng [4]

17


Sơ đồ minh họa một bể khuấy lò phản ứng liên tục.

Lò gồm một bồn chứa (thường là khối lượng không đổi) và một hệ thống khuấy trộn
chất phản ứng với nhau và đường ống cấp và thoát để loại bỏ nhiệt hoặc thu hồi sản phẩm.
Lò có dạng hình ống đứng, cấu tạo 2 lớp, các lớp được chế tạo bằng thép kim loại
hoặc titan, gia công theo phương pháp cuộn kim loại.
Đun nóng lò bằng dầu/nước/điện/hơi, phạm vi nhiệt độ: 0 – 500oC
Điều kiện phản ứng (nhiệt độ, áp suất và hàm lượng chất tham gia phản ứng) được
đặt sẵn.
Hoá chất được cho liên tục vào lò phản ứng thông qua các van ở nắp lò. Lò được
trang bị hệ thống khuấy trộn liên tục và sản phẩm được lấy ra liên tục.
18


Phản ứng trùng hơp PE mang tính chất tỏa nhiệt nên lò phản ứng có thiết bị trao đổi
nhiệt và có lớp vỏ làm lạnh cho dòng tải nhiệt đi vào và ra (nước)
Lò được trang bị một hệ thống bể khuấy gồm 2 tới 4 cánh khấy, nối với trục phía
trên là bánh công tác, lay động các chất phản ứng mạnh mẽ để đảm bảo trộn tốt đạt được
thành phần thống nhất trong hỗn hợp. Một trạng thái ổn định phải đạt được mà tốc độ dòng
chảy vào lò phản ứng bằng với tốc độ dòng chảy ra, nếu không, các bể sẽ không có sản

phẩm nào hoặc tràn (sản phẩm lấy ra liên tục)

19


Một lò phản ứng khuấy trộn liên tục được sử dụng với năng suất lớn.

3.2 Cánh khuấy [5]
Cánh khuấy, cũng gọi là lưỡi khuấy, được sử dụng để pha trộn các chất phản ứng.
Dưới đây là hình ảnh của máy khuấy khác nhau mà có thể được sử dụng bên trong một lò
phản ứng khấy trộn liên tục.

Trong đó các loại cánh khấy gồm:
1. Cánh khuấy xoắn dạng chân vịt
Cũng tùy theo công suất máy khuấy trộn sử dụng mà tương thích là các loại hình dạng cánh
khuấy khác nhau.
Khi khuấy ở tốc độ vừa và nhỏ, thì cánh khuấy chân vịt dạng 3 cánh là lựa chọn phổ biến
nhất.
Cánh khuấy chân vịt (cánh khuấy dạng chong chóng 3 cánh): dùng khuấy trộn các chất
lỏng không ở dạng dung dịch đặc sệt hoặc độ nhớt cao, và được dùng trộn ở tốc độ trung
bình. Cánh khuấy xoắn dạng chân vịt tạo luồng khuấy xuống đáy thùng, chiều khuấy chất
lỏng từ đáy vào thành thùng.
20


2. Cánh khuấy dạng cánh nghiêng
Dùng cho dòng chảy chuyển động nhanh, hiệu quả cao trong việc khuấy trộn giữa chất
lỏng và chất rắn nổi trên bề mặt.
3.,4. Cánh khuấy dạng đĩa tròn: là loại cánh khuấy được thiết kế dùng riêng cho các chuyển
động nhanh, thích hợp cho các ứng dụng cần khuấy dung dịch đậm đặc hoặc có độ nhớt

cao
5.6. Cánh khuấy dạng mái chèo: Do mái chèo phát sinh ra dòng phản xạ nên có thể khuấy ở
cả thể lỏng và thể rắn ở tốc độ khuấy thích hợp (thấp).
Cánh khuấy từ 2 cái trở lên (xoắn trái hoặc xoắn phải), có thể lắp vào trục đơn để khuấy
trộn những chất lỏng (dung dịch) có độ nhớt và độ sệt cao.
7. Cánh khuấy tua-bin: cũng thường được sử dụng. Cánh tua-bin được sử dụng chủ yếu
khuấy ở tốc độ trung bình và cao, để khuấy trộn các loại dung dịch (chất lỏng) có độ nhớt
cao, hoà tan các chất rắn nhanh, khuấy động các hạt rắn đã lắng cặn
8.9. Cánh khuấy dạng mỏ neo: Có thể tạo ra dòng chảy tuần hoàn mạnh mẽ, quay từ tốc độ
thấp đến trung bình, thích hợp với việc phân tán, đồng nhất, phản ứng.
3.3 Máy li tâm
Ly tâm là quá trình sử dụng lực ly tâm để phân riêng các cấu tử có khối lượng riêng
khác nhau. Khối lượng riêng càng lớn thì thì càng dễ tách riêng.
Công dụng trong qui trình sản xuất nhũ tương: tách các hỗn hợp chất lỏng không
đồng nhất nhờ vào lực ly tâm.
Máy ly tâm được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất với các mục đích như:
tách nhũ tương của hỗn hợp các chất lỏng không hòa tan vào nhau, tách huyền phù thành 2
pha: lỏng và rắn, tách pha lỏng ra khỏi các vật liệu rời.
a) Máy ly tâm lắng
21


Cấu tạo máy ly tâm lắng
Trong máy ly tâm lắng thì cấu tử rắn có tỉ trọng lớn hơn cấu tử lỏng sẽ lắng xuống
(dưới tác dụng của lực ly tâm trong đoạn ống roto) tạo thành lớp vành khuyên, cấu tử lỏng
cũng tạo thành lớp vành khuyên nhưng là lớp gần trục quay hơn. Chất lỏng được đi ra
ngoài qua mép tràn hay nhờ ống hút còn cấu tử rắn thì được ra theo quá trình xả.
b) Máy phân ly siêu tốc loại dĩa

22

Cấu tạo máy phân ly siêu tốc loại dĩa
Loại máy này dùng để phân ly huyền phù có hàm lượng pha rắn nhỏ hoặc phân ly
các loại nhũ tương khó phân ly. Có thể làm việc liên tục hoặc gián đoạn.
Đối với phân ly nhũ tương thì trên các dĩa hình nón có khoan lỗ, các lỗ của các dĩa
xếp lên nhau phải nằm trên đường thông thẳng đứng, qua đó sản phẩm ban đầu đi vào khe
hở giữa các dĩa. Độ nghiêng của các dĩa cần đảm bảo để các hạt rắn có thể trượt xuống tự
do.
 Ưu điểm: mức độ phân ly cao, thể tích roto lớn
 Nhược điểm: có cấu tạo phức tạp nên lắp ráp khó, đặc biệt trong môi trường ăn

mòn.
3.4 Máy sấy [6]
Sau khi tách dung môi benzene từ dung dich huyền phù polyethylene ra sau đó dùng
metanol để rửa polime, xong đem sấy đẻ tách nước thành dang bột PE với hai thiết bị sấy
thường dùng là:
 Sấy thùng quay
 Sấy tầng sôi

a) Sấy thùng quay
Hệ thống sấy thùng quay là một hê thống hình trụ với một góc nghiêng xác định.
Trong thùng các cánh xáo trộn, khi quay thì thùng vật liệu sấy chuyển động từ đầu nay
sang đầu kia và tác nhân sấy cũng vào đầu này ra đầu kia. Hệ thống sấy thùng quay chuyên
dùng sấy vật liệu dang hạt, bột, độ ẩm lấy đi là độ ẩm bề mặt
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cánh khuấy:

23

Nhiệm vụ là đảm bảo trộn các vật liệu sấy cho đều và để làm cho các vật liệu sấy tăng
khả năng trao đổi nhiệt và làm cho vật liệu sấy thoát hơi ẩm nhanh hơn và làm giảm bớt
thời gian sấy, có nhiều kiểu cánh khuấy khac nhau: cánh khuấy kep, cánh khuấy đơn làm từ
những vật liệu cứng và chịu va đập như thép

Cấu tạo thùng sấy

24


Sơ đồ máy sấy
1. Thùng quay

9. Con lăn chặn

2. Vành đi đỡ

10. Mô tơ quạt chuyển đông

3. Con lăn đỡ

11. Bê tông

4. Bánh răng

12. Băng tải

5. Phễu hứng sản phẩm

13. Phế tiếp liêu

6. Quạt hut

14. Van điều chỉnh

7. Thiết bị lọc bụi

15. Quạt thổi

8. Lò đốt

25