Tìm hiểu công nghệ sản xuất PVC và tính toán một số thông số kỹ thuật cho thiết bị phản ứng với năng suất 150 000 tấnnăm

Đồ án mơn học

LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với lọc dầu, hóa dầu ngày càng có vai trị quan trọng khơng chỉ đối với kinh tế
mà cịn với cả chính trị và xã hội của đất nước. Các sản phẩm của ngành cơng nghiệp hóa
dầu ngày càng có những đóng góp to lớn đối với sự ổn định của quốc gia. Trong đó,
khơng thể khơng kể đến vị trí của cơng nghiệp chế biến polyme, sản xuất chất dẻo. Nhờ
có nhiều tính chất rất đặc biệt, chất dẻo đã đáp ứng được nhiều yêu cầu ngày càng cao
của khoa học kỹ thuật và đời sống hàng ngày. Không những thế nguồn nguyên liệu để sán
xuất ra chất dẻo tương đối đa dạng đó là than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và cả những
phế phẩm trong nơng, lâm nghiệp.
Chất dẻo lại có ưu điểm là dễ gia công hơn so với kim loại, gia cơng nhanh chóng và
tiết kiệm hơn. PVC – một trong những loại chất dẻo phổ biến, được sử dụng rộng rãi.
Công nghệ sản xuất PVC hiện nay đang phát triển rất mạnh là do nhựa này có nhiều đặc
điểm tốt như sự ổn định hoá học, bền cơ học, dễ gia công ra nhiều loại sản phẩm thông
dụng và hơn thế nữa nguồn nguyên liệu cũng tương đối sẵn.
Với những vai trị và ưu điểm nổi bật đó của PVC thì việc tìm hiểu, nghiên cứu những
phương pháp, cơng nghệ sản xuất và cách tính tốn một thiết bị, dây chuyền sản xuất
PVC là không thể thiếu đối với một kỹ sư cơng nghệ hóa học. Cũng với những mục đích
trên, đề tài đồ án “Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất PVC và tính tốn một số thơng số kỹ
thuật cho thiết bị phản ứng với năng suất 150.000 tấn/năm” sẽ đưa ra những hiểu biết
cơ bản về PVC, các cơng nghệ sản xuất hiện nay và tính tốn một số thơng số kỹ thuật
cho thiết bị phản ứng.
Với những kĩ năng, kinh nghiệm và kiến thức còn ít ỏi của mình thì việc thiếu sót
trong khi thực hiện đồ án là không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được được sự đóng
góp các ý kiến từ phía các thầy cơ và các bạn để bài đố án thêm hoàn thiện.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Thị Linh trong bộ môn Lọc Hóa
Dầu trường Đại Học Mỏ-Địa Chất cùng các bạn trong Nhóm 5 nói riêng và các bạn trong
lớp nói chung đã nhiệt tình giúp đỡ trong quá trình em thực hiện đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Văn Lực


Đồ án môn học

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................................................... 1
MỤC LỤC.......................................................................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1: CỞ SỞ LÝ THUYẾT......................................................................................................... 3
1.1. Cấu trúc và tính chất của PVC.............................................................................................. 3
1.1.1.

Cấu trúc của PVC................................................................................................................ 3

1.1.2.

Tính chất của PVC.............................................................................................................. 4

1.1.2.1.

Tính chất vật lí của PVC.......................................................................................... 4

1.2.2.2. Tính chất hóa học của PVC............................................................................................ 5
1.2. Ứng dụng của PVC...................................................................................................................... 8
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC.................................................................................. 9
2.1. Nguyên liệu........................................................................................................................................... 9
2.1.1. Tính chất lý học........................................................................................................................... 9
2.1.2. Tính chất hố học..................................................................................................................... 10
2.2. Các phương pháp và công nghệ sản xuất PVC..................................................................... 12
2.2.1. Phương pháp trùng hợp khối................................................................................................ 12

2.2.2. Phương pháp trùng hợp dung dịch..................................................................................... 13
2.2.3. Phương pháp trùng hợp nhũ tương.................................................................................... 13
2.2.4. Phương pháp trùng hợp huyền phù.................................................................................... 15
2.3. So sánh các phương pháp.......................................................................................................... 17
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
20
3.1. Tính cân bằng vật chất.................................................................................................................... 20
3.1.1.Cân bằng vật chất cho một tháng sản xuất....................................................................... 20
3.1.2. Tính năng suất cho 1 mẻ phản ứng.................................................................................... 22
3.2. Tính cân bằng nhiệt lượng............................................................................................................ 26
KẾT LUẬN..................................................................................................................................................... 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................................... 32

Nguyễn Văn Lực

2

Lọc Hóa Dầu A-K53


Đồ án môn học

CHƯƠNG 1: CỞ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Cấu trúc và tính chất của PVC
1.1.1. Cấu trúc của PVC
Cơng thức cấu tạo dạng tổng qt của nhựa PVC:
H

C
H

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

C

H

* Đầu nối đầu:
Cl

C

H

Do trong PVC có Clo nên cấu trúc rất điều hoà. Polyme thu được là hỗn hợp của
cả ba loại.
- Syndiotactic:


- Izotactic:

Nguyễn Văn Lực


Đồ án môn học
- Atactic:

CH2

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

H

C

C

H
H
H

C
C

Cấu tạo ở dạng nhánh này rất ít từ 50- 100 mắt xích cơ sở mới có một nhánh. Năm
1940 Fuller nghiên cứu tia X và thấy rằng PVC thương mại thường là những chất vơ định
hình mặc dù vẫn có một lượng nhỏ kết tinh [1].
1.1.2. Tính chất của PVC
1.1.2.1. Tính chất vật lí của PVC
PVC là một polyme vơ định hình ở dạng bột trắng hay vàng nhạt, có trọng lượng
riêng là 1,4 1,45. Chỉ số khúc xạ 1,544. PVC là một loại nhựa dẻo chịu nhiệt trong
khoảng 80 1600C. Trọng lượng phân tử không đồng đều, độ trùng hợp từ 100 2000. Để có
vật liệu bền và co giãn thì 70% các phần của polyme phải có độ trùng hợp từ 1000 trở
lên. PVC lão hoá rất nhanh, dẫn đến giảm tính co giãn và tính chất cơ học.

Tính chất điện của sản phẩm PVC phụ thuộc vào quá trình hình thành:
-

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

-

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


-

Hệ số công suất tại thời điểm trên là3,51% và 2,51%.
Cường độ điện mơi: 1080 V/ml.

Nguyễn Văn Lực

4

Lọc Hóa Dầu A-K53


Đồ án môn học
- Điện trở suất là 1015 .
Từ những số liệu trên cho ta thấy tính chất cách điện của PVC khá tốt, tuy nhiên
phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và áp suất. [1]
1.2.2.2. Tính chất hóa học của PVC
PVC có tính ổn định hố học tốt ở nhiệt độ thường. Cịn khi nhiệt độ tăng thì PVC có
tính chất hoạt động hố học và trong các q trình biến đổi hố học đều có các ngun tử
Clo tham gia phản ứng và kéo theo cả nguyên tử Hidro ở bên cạnh Cacbon. Phản ứng

được chú ý nhất của PVC đó là sự Clo hố cuối. Q trình có thể thực hiện trong mơi
trường hữu cơ như CCl4 tại nhiệt độ vừa phải dưới tác dụng của sự chiếu xạ tử ngoại.
Phản ứng cũng có thể thực hiện trong huyền phù dạng nước với sự cộng hợp của tác
nhân gây trương như clorofom, cacbon têtracloxit xúc tác bởi tia tử ngoại.
PVC có tính hoạt động hố học khá lớn: trong các q trình biến đổi hố học đều
có các nguyên tử Clo tham gia phản ứng và thường kéo theo cả nguyên tử Hidro ở
Cacbon bên cạnh.
Các loại phản ứng chính gồm:
a. Phản ứng phân huỷ
Khi đốt nóng PVC có toả ra HCl và xuất hiện hố trị tự do. Chính nhờ có hố trị tự do
nên trong mạch sẽ xuất hiện nối đôi ở phản ứng (1), sẽ có liên kết nối các mạch cao phân
tử ở phản ứng (2) và nếu có oxy sẽ tạo thành một số nhóm có chứa oxy ở phản ứng (3)

CH2

CH

Cl
Cl
CH2

CH
Cl

CH2

CH


Cl

Nguyễn Văn Lực

5

Lọc Hóa Dầu A-K53


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

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

Dung dịch polyme như trên đun nóng với Lytiafumi hydrat ở 100 0C sẽ biến hoàn
toàn thành polyetylen (chảy mềm ở nhiệt độ 120 1300C).
c.

Thế các nguyên tử Clo.

Mức độ thay thế không cao lắm và thường trọng lượng phân tử bị giảm, thay Clo
bằng nhóm axêtát. Khi đun nóng lâu ở 65 0C dung dịch PVC với hỗn hợp axit axetic và
axetat bạc
n CH COOAg
CH2

CH

CH2

CH

3

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

CH
Cl

Cl
CH2

CH


Nguyễn Văn Lực


Đồ án môn học
- Thế Clo bởi nhân thơm
Khi cho tác dụng dung dịch PVC trong têtra hydro furan hay dicloetan với benzen
(hay Alkyl benzen) ở 00C hay ở nhiệt độ thường với xúc tác Clorua nhôm (AlCl 3) sẽ tạo
thành một số nhóm Aryl
CH2

CH
Cl

Bên cạnh phản ứng chính trên cịn có 2 loại phản ứng phụ sau:
+ Tạo thành vịng ở một số mắt xích

CH2

CH2

CH

CH2

CH

CH2

CH

+ n HCl

+ Tạo thành một số liên kết ngang nối các mạch
CH2

CH
Cl

Cl

CH2

CH


- Thế bởi nhóm sunfua amin bởi phản ứng nhựa trong huyền phù dạng nước với
amoni.
Cl + (NH4)2SO4

Nguyễn Văn Lực

- SO2NH2 + NH4Cl + H2O

7

Lọc Hóa Dầu A-K53


Đồ án môn học
1.2. Ứng dụng của PVC
Do nhựa PVC có nhiều tính chất q như: ổn định hố học, bền thời tiết, bền ơxy
hố, cách điện, dễ gia cơng, giá thành thấp,…vì vậy nó được sử dụng rất rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực. Sản phẩm được tạo ra từ PVC rất đa dạng trên 2/3 lượng PVC được dùng
làm các sản phẩm lâu bền như ống dẫn nước, khung cửa sổ, bàn ghế…cịn lại PVC được
gia cơng thành những sản phẩm khác như màng mỏng, bao bì, giày dép giả da, dây bọc
cách điện,…
Trong thời gian gần đây, người ta đặc biệt chú ý đến loại PVC cứng và xốp, có thể
làm vật liệu thay thế gỗ, sự thay thế này có ảnh hưởng đến giá thành và sự ổn định, dẫn
đến sự thuận lợi cho quá trình tổng hợp vật liệu. Tuy nhiên các sản phẩm làm bằng vật
liệu PVC rất khó phân huỷ và trong q trình sản xuất có tách ra các chất ảnh hưởng xấu
tới mơi trường và đã có những lời chỉ trích từ cơ quan bảo vệ môi trường, nhưng các nhà
kinh tế cho rằng mức độ tăng trưởng PVC trên quy mô tồn cầu vẫn được duy trì trong
thời gian tới và bước vào thế kỷ XXI địa vị của PVC vẫn vững vàng trên thị trường.
Nền cơng nghiệp chất dẻo nói chung và nhựa PVC nói riêng vơ cùng quan trọng
trong nền kinh tế quốc dân là lĩnh vực không thể thiếu được và luôn gắn liền với sự phát
triển cuả khoa học kỹ thuật [1]

Nguyễn Văn Lực

8

Lọc Hóa Dầu A-K53

Đồ án mơn học

CHƯƠNG 2: CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC
2.1. Ngun liệu
Vinyl clorua gọi tắt là VC, có cơng thức phân tử C2H3Cl, cơng thức cấu tạo:

CH2

2.1.1. Tính chất lý học
Ở nhiệt độ và áp suất thường là chất khí có mùi ete.
+ Nhiệt độ đóng rắn
+ Nhiệt độ ngưng tụ
+ Nhiệt độ tới hạn
+ Nhiệt độ bốc cháy
+ Nhiệt độ nóng chảy
+ Nhiệt độ bốc hơi ở 250C
+ Trọng lượng riêng
+ Nhiệt tạo thành
+ Nhiệt trùng hợp
+ Nhiệt dung riêng dạng lỏng ở 250C
+ Nhiệt dung riêng dạng hơi ở 250C
+ Hệ số khúc xạ của VC lỏng
+ Tỷ lệ của VC phụ thuộc vào nhiệt độ
Nhiệt độ (0C)
Tỷ trọng

+ Áp suất hơi của VC
Nhiệt độ (0C)
Áp suất (mmHg)

+ Độ tan trong nước ở 1at là 0,5 % trọng lượng


+ Giới hạn nồng độ của hỗn hợp với không khí từ 3,62 26,6% thể tích
Nguyễn Văn Lực


Đồ án mơn học
+

Tính chất độc của VC:
VC độc hơn so với etylclorua và ít độc hơn clorofom và tetra clorua cacbon. Có

khả năng gây mê qua hệ thống hơ hấp của con người và cơ thể động vật. Con người khi
tiếp xúc hơi VC ở mức 25% thì chỉ trong 3 phút đã bắt đầu bị choáng váng và mất thăng
bằng định hướng. Nếu hàm lượng VC trong không khí là 0,5% thì con người có thể làm
việc trong một vài giờ mà khơng có tác động sinh lý nào đáng kể cả. [2]
2.1.2. Tính chất hố học
Cơng thức cấu tạo:

CH2 CH
Cl
Do có chứa liên kết đơi và ngun tử Clo linh động nên các phản ứng hoá học của VC
là phản ứng của nguyên tử Clo linh động. VC không tan trong nước, tan trong các dung
môi hữu cơ như axeton, rượu etylic, cacbon hydro thơm, cacbon hydro mạch thẳng.
Trong phân tử VC có liên kết nối đơi và một nguyên tử Clo linh động, do đó phản ứng
hoá học chủ yếu là phản ứng kết hợp hoặc phản ứng của nguyên tử Clo trong phân tử VC.
-

Phản ứng nối đôi

+ Phản ứng cộng hợp: tác dụng với halogen cho ta 1,2 diclo etan ở điều kiện môi
trường
khô ở 140 1500C hoặc ở 800C và có chiếu sáng xúc tác SbCl3.

CH2

Với H2
CH2

Trong phản ứng oxi hoá VC ở nhiệt độ 50 1500C có mặt HCl dễ dàng tạo ra monome
axetat dehit


Nguyễn Văn Lực

10

Lọc Hóa Dầu A-K53


Đồ án mơn học

CH2

CH

+

1/2O

CH2

2

Cl

CHO

Cl

Do phân tử có chứa nối đơi VC có thể tham gia phản ứng trùng hợp tạo PVC.

CH2

-

Phản ứng của nguyên tử Clo.
+

Thuỷ phân.

Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen
CH2

CH

+

NaOH

CH

CH

+ NaCl

+

H2O

Cl

Tác dụng với acolat hay fenolat cho ta este VC:

CH2

CH
Cl

-

Tạo hợp chất cơ kim

CH2

+ VC trong điều kiện khơng có khơng khí ở 450 0C có thể bị phân huỷ tạo thành
axetylen và HCl do phản ứng polyme hoá axetylen và có thể phản ứng tiếp tục tạo
ra một lượng nhỏ 2- clo- 1,3- butadien.
Cịn trong điều kiện có khơng khí VC bị oxi hố hồn tồn.

+ RONa


CH2

CH

CH

+

CH

HCl

Cl

-

Bảo quản: Trước đây VC được bảo quản và vận chuyển với sự có mặt của một
lượng nhỏ phenol để ức chế phản ứng polyme hoá. Ngày nay VC được sản xuất
với độ tinh

Nguyễn Văn Lực

11

Lọc Hóa Dầu A-K53

Đồ án môn học
khiết cao và không cần chất ức chế trong bảo quản đồng thời do được làm sạch nước nên
VC khơng gây ăn mịn có thể được bảo quản trong các thùng thép cacbon thường.
2.2. Các phương pháp và cơng nghệ sản xuất PVC
PVC có thể sản suất bằng bốn phương pháp:
-

Phương pháp trùng hợp khối.

-

Phương pháp trùng hợp dung dịch.

-

Phương pháp trùng hợp nhũ tương.

-

Phương pháp trùng hợp huyền phù.

Mỗi phương pháp đều có đặc điểm riêng của nó tuy nhiên có nét chung là trọng
lượng phân tử của PVC được xác định chủ yếu bởi nhiệt độ của quá trình trùng hợp
(khoảng từ 40-80oC)
Bảng 1: Tổng sản lượng PVC của các phương pháp (Đơn vị: Triệu tấn)
Năm
1960
1965
1970

1975
1980
Tổng%

2.2.1. Phương pháp trùng hợp khối
Là phương pháp đơn giản tuy nhiên ít được sử dụng do sản phẩm polyme tạo
thành ở dạng khối, khó gia cơng và tháo sản phẩm.
Hệ phản ứng bao gồm: monome+ chất khởi đầu:
Thông thường trùng hợp khối ở áp suất cao và nhiệt độ cao, cũng có thể trùng hợp
khí Vinylclorua mà khơng cần áp suất, cho hỗn hợp monome với một ít CCl4.

Nguyễn Văn Lực

12

Lọc Hóa Dầu A-K53


Đồ án môn học
Và peroxit benzoil trùng hợp.ở 60- 77oC sẽ tạo thành polyme lỏng phân tử thấp. Ở nhiệt
độ thấp hơn tốc độ chuyển mạnh qua dung môi CCl 4 giảm xuống nên có được polyme
rắn.
2.2.2. Phương pháp trùng hợp dung dịch
Ở phương pháp này có thể khắc phục được hiện tượng quá nhiệt cục bộ, trường
hợp này dung mơi có thể hồ tan được polyme hoặc khơng hồ tan được polyme.
Nếu dung mơi khơng hồ tan được polyme thì polyme được tách ra ở dạng bột.
Nếu dung mơi hồ tan được polyme thì polyme tách ra ở dạng dung dịch. Nhiệt độ phản
ứng 35- 45oC.
Thời gian trùng hợp tương đối dài, dung môi tiêu tốn nhiều mà cần với nồng độ
tinh khiết cao vì vậy trong thực tế ít được sử dụng. Hiện nay trùng hợp dung dịch chỉ để

sử dụng đồng trùng hợp các monome khác với VC.
2.2.3. Phương pháp trùng hợp nhũ tương
Thành phần chính trong trùng hợp nhũ tương bao gồm: monome, chất khởi đầu, môi
trường phân tán (thường là nước), dung dịch muối đậm và chất nhũ hố.
Vinylclorua hồ tan trong nước kém nên nó có thể tham gia phản ứng trùng hợp
nhũ tương.
Do chất khởi đầu tan trong nứơc phản ứng trùng hợp xảy ra trong khu vực tiếp xúc
giữa Vinylclorua và nước, polyme tạo thành ở dạng nhũ tương trong nước.
Để ổn định và để monome phân tán tốt trong nước cần bổ sung chất nhũ hoá. Chất
nhũ hoá làm giảm sức căng bề mặt giữa VC và nước tạo ra các giọt monome phân tán
trong nước tạo ra và các giọt nhỏ hơn rất nhiều so với trùng hợp huyền phù. Chất nhũ hoá
thường dùng là Ankyl Sunphat bậc hai hoặc muối kiềm của Ankyl Sunphat. Chất nhũ hố
khơng tan trong nước hoặc tan rất ít trong nước và tạo ra các mixel dạng hình tấm hoặc
hình cầu với hệ thống chất khởi mào oxi hố khử , có thể thực hiện phản ứng nhanh hơn
tại nhiệt độ thấp khoảng 20oC (NH4)2S2O8, K2S2O8 và hyđropeoxit là những chất khơi
mào điển hình trong khi biunphit và muối sắt là những tác nhân khử có ích. Những tác
nhân biến tính thường sử dụng để điều chỉnh khối lượng phân tử.
Nguyễn Văn Lực

13

Lọc Hóa Dầu A-K53


Đồ án môn học
Chất ổn định PH để đảm bảo cho phản ứng trùng hợp nhũ tương có thể xảy ra. Sản phẩm
tạo thành trong quá trình trùng hợp nhũ tương ở dạng Latex, kích thước hạt bé 0,01.10 -6
1.10-6, khối lượng phân tử lớn, độ đồng đều cao, nhiệt độ phản ứng thấp. Vì vậy được sử
dụng nhiều, tuy nhiên có nhược điểm là sản phẩm bị nhiễm bẩn ở chất nhũ hố, nên tính
chất cách điện của polyme kém.

Sơ đồ khối của quá trình sản xuất PVC bằng phương pháp trùng hợp nhũ
tương
Chất khơi mào+nước Hạt nhựa

VCM thu hồi

Khơng khí nóng Khơng khí+hơi nước

VCM
H2O

VCM
H2O

PVC loại

Monomer hịa tan
Chất khơi mào
CHUẨN BỊ
NGUN LIỆU

POLYME HĨA

VẬN CHUYỂN TỒN TRỮ LÀM KHƠ
VCM LATEX

NGHIỀN
TẠO HẠT

ĐĨNG GĨI

TỒN TRỮ

Hình 1: Sơ đồ khối của q trình sản xuất PVC bằng phương pháp trùng hợp nhũ
tương
Quá trình sản xuất PVC bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương VCM bao gồm các
giai đoạn chính là: chuẩn bị nguyên liệu  polymer hóa  vận chuyển VCM  tồn trữ
latex  làm khơ  nghiền tạo hạt  đóng gói tồn trữ

Nguyễn Văn Lực

14

Lọc Hóa Dầu A-K53


Đồ án môn học
2.2.4. Phương pháp trùng hợp huyền phù
Hệ phản ứng bao gồm: monome, chất khơi mào, môi trường phân tán và chất ổn
định huyền phù. Trong trường hợp huyền phù monome được chuyển thành các giọt phân
tán trong môi trường đồng nhất dưới tác dụng của chất ổn định.
Do chất khơi mào tan trong monome, nên quá trình kích thích và trùng hợp đều sảy
ra trong các hạt monome lơ lửng trong môi trường nước nhờ sự khuấy trộn mạnh mẽ,
monome không tan trong nước được phân bố trong mơi trường nước thành các giọt nhỏ
có kích thước từ 10.10-6 5.10-6m. Mỗi giọt monome trong hệ huyền phù có thể được xem
như là thiết bị phản ứng trùng hợp khối cực nhỏ có bề mặt thốt nhiệt với môi trường
nước lớn, tránh hiện tượng quá tải nhiệt cục bộ. Cùng với sự tiến triển của qúa trình trùng
hợp độ nhớt bên trong các giọt tăng lên nên phân chia nhỏ các giọt đã keo tụ rất khó, để
tránh xảy ra hiện tượng này cần bổ xung các chất ổn định như: gelatin, PVA, …các chất
này tạo màng xung quanh giọt và ngăn cản các giọt keo tụ lại với nhau.
Ở giai đoạn đầu của quá trình trùng hợp huyền phù độ chuyển hoá chưa đáng kể

(1- 2%) các hạt PVC rất nhỏ xuất hiện bên trong các giọt monome, các hạt PVC này sẽ di
chuyển đến bề mặt phân cách của VC và nước dẫn đến sự ghép của chất keo bảo vệ trên
PVC, kết quả tạo ra các màng bao bọc xung quanh các giọt màng này có tính chất của
một polyme liên kết ngang, vì thế nó khơng tan trong chất hố dẻo ở nhiệt độ cao. Cấu
trúc của hạt PVC rất quan trọng vì nó quyết định hai đặc tính của PVC đó là: PVC là vật
liệu nhạy nhiệt, nên phải có khả năng chuyển thành sản phẩm cuối cùng mà không bị
phân huỷ trong khi gia công và khả năng hấp thụ các chất phụ gia đặc biệt là hố dẻo.
Q trình phản ứng xảy ra trong thời gian dài, nhiệt độ phản ứng khoảng 60 0C và
được duy trì trong suốt giai đoạn phản ứng, đến khi áp suất bắt đầu giảm do monome đã
tham gia phản ứng thì lúc này mức độ chuyển hố khoảng 80% khơng cịn VC tự do nữa.
Sản phẩm polyme tạo thành ở dạng huyền phù trong nước, dễ keo tụ tạo thành
dạng bột xốp kích thước khoảng 0,01 0,3 mm.
Sơ đồ công nghệ sản xuất PVC bằng phương pháp trùng hợp huyền phù
Sơ đồ sản xuất PVC theo phương pháp trùng hợp huyền phù được cho trong Hình 2

Nguyễn Văn Lực

15

Lọc Hóa Dầu A-K53


Đồ án môn học
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Nước qua thiết bị lường nước (5),thiết bị hòa tan (6) và thiết bị phân lớp (7) được
bơm lên thùng lường dung dịch Gelatin và nước ở thùng (2) được đưa cùng lúc vào nồi
phản ứng (1). VC được đưa từ thùng chứa (4) vào nồi phản ứng. Tại đây, xảy ra phản ứng
trùng hợp VC để tạo sản phẩm PVC. Sản phẩm PVC đi ra được bơm vào thiết bị lắng,
lượng VC chưa phản ứng được đưa vào thùng (4). Ở thiết bị lắng người ta cho thêm
NaOH vào để xử lý hệ huyền phù sau khi đã trùng hợp xong. PVC sau khi lắng được đưa

vào máy ly tâm để tách PVC và phần lớn được đem đi sấy còn một ít PVC có lẫn trong
nước được đưa vào thiết bị lắng (13) và tuần hoàn lại để được vào thiết bị lắng (9) còn
phần nước và chất thải được đưa vào cống thải.
NƯỚC
NƯỚC

NƯỚC

SẤY PVC

1. NỒI PHẢN ỨNG
2,5,11. THÙNG LƯỜNG NƯỚC
3. THÙNG LƯỜNG DUNG DỊCH
GELATIN
4. THÙNG CHỨA VC
6. THÙNG HÒA TAN
7. BỂ PHÂN LỚP

Hình 2: Sơ đồ cơng nghệ sản xuất PVC bằng phương pháp trùng hợp huyền phù


Nguyễn Văn Lực