Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC bằng phương pháp huyền phù năng suất 1.200 tấn/năm

PhÇn më ®Çu I. LÞch sö ph¸t triÓn . Trong c«ng nghiÖp chÊt dÎo, Polyvinyl dorua (PVC) lµ mét trong ba chÊt dÎo th«ng dông gåm: Polyolefin (PO), Polyvinlclorua (PVC) vµ Polystyren (PS). Nã ®øng hµng thø hai sau Polyolefin víi tæng c«ng suÊt toµn thÕ giíi n¨m 1997 lµ 25 triÖu tÊn n¨m. Vinyl clorua ®­îc t×m ra lÇn ®Çutiªn bëi Regnalt n¨m 1835. Polyme Polyvinyclorua (PVC) ®­îc biÕt ®Õn lÇn ®Çu tiªn 1938. N¨m 1912, Bauman tr×nh bµy ph¶n øng trïng hîp monome vinylic gåm Vinyclorua sö dông ¸nh s¸ng mÆt trêi ®Ó t¹o ra s¶n phÈm PVC ë d¹ng bét tr¾ng. Tõ ®ã, c«ng nghÖ trïng hîp PVC ®· cã nh÷ng b­íc ph¸t triÓn m¹nh mÏ chñ yÕu ë Mü vµ §øc. S¶n phÈm th­¬ng m¹i cña PVC lÇn ®Çu tiªn ra ®êi ë §øc vµo ®Çu nh÷ng n¨m 30 s¶n phÈm qu¸ tr×nh trïng hîp nhò t­¬ng. N¨m 1932, b­íc ®ét ph¸ ®Çu tiªn ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò qu¸ tr×nh vµ sù æn ®Þnh nhiÖt diÔn ra khi Semon ph¸t minh ra chÊt ho¸ dÎo cho PVC, qu¸ tr×nh sö dông chÊt æn ®Þnh ®­îc ph¸t triÓn vµo nh÷ng n¨m 30 cña thÕ kû 20. HiÖn nay PVC lµ mét trong nh÷ng Polyme chÝnh cña thÕ giíi. Do tÝnh chÊt c¬ lý tèt nªn PVC ®­îc s¶n xuÊt víi s¶n l­îng lín. Tuy nhiªn tÝnh æn ®Þnh nhiÖt vµ tÝnh mÒm dÎo cña PVC kÐm h¬n mét sè nhùa th­¬ng phÈm kh¸c nh­ Polyetylen (PE) vµ PS. PVC ®­îc s¶n xuÊt chñ yÕu b»ng ph­¬ng ph¸p trïng hîp gèc. Tuy nhiªn, trïng hîp gèc cña PVC cho ra nhiÒu ®ång ph©n vµ c¸c khuyÕt tËt cÊu tróc. Nh÷ng nh©n tè nµy quan träng sèng cßn ®èi víi ng­êi sö dông PVC, v× chóng t¹o ra nh÷ng vÊn ®Ò vÒ mµu s¾c, ®é æn ®Þnh nhiÖt, ®é tinh thÓ, øng sö gia c«ng vµ tÝnh chÊt c¬ häc cña thµnh phÈm. Nghiªn cøu vÒ khuyÕt tËt còng ®em l¹i nh÷ng hiÓu biÕt s©u s¾c vÒ b¶n chÊt cña ph¶n øng phô x¶y ra trong qu¸ tr×nh trïng hîp. Ngoµi c¸c chÊt phô gia nh­ chÊt ho¸ dÎo, chÊt æn ®Þnh nhiÖt chÊt b«i tr¬n, chÊt ®én vµ Polyme kh¸c, ®· cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu nh»m c¶i thiÖn nh÷ng tÝnh chÊt yÕu kÐm cña PVC vÝ dô ®ång trïng hîp víi c¸c monome kh¸c vµ thay ®æi h×nh th¸i cña h¹t ®Ó t¨ng c­êng tÝnh dÔ gia c«ng. Polyme ®ång trïng hîp ghÐp cña PVC víi monome acrylic vµ vinylaxetat blend víi MBS vµ acrylonitryl butadien styren (ABS) ®· lµm t¨ng ®é bÒn va ®Ëp cña PVC. C«plyme cña PVC víi monomeimit vµ PVC clo ho¸ ®· ®­îc nghiªn cø ®Ó t¨ng tÝnh chèng ch¸y cña PVC. PVC ho¸ dÎo néi lµ mét gi¶i ph¸p cho vÊn ®Ò cña chÊt ho¸ dÎo (DOP) di chuyÓn tõ bªn trong ra bªn ngoµi vËt liÖu. II. T×nh h×nh s¶n xuÊt vµ tiªu thô PVC. 1. Trªn thÕ giíi. Theo dù b¸o cña c¸c chuyªn gia Marketing vÒ lÜnh vùc c«ng nghiÖp ho¸ chÊt, thÞ tr­êng dùa trªn thÕ giíi ngµy cµng t¨ng. Nhu cÇu nhùa PVC cña c¸c khu vùc Ch©u ¸ - Th¸i B×nh D­¬ng ®Æc biÖt lµ Trung Quèc, Ên §é sÏ lµ yÕu tè chñ yÕu lµm t¨ng nhu cÇu thÞ tr­êng nhùa PVC. Møc t¨ng nhu cÇu PVC cña c¸c n­íc t­ b¶n gÊp kho¶ng 2 lÇn møc t¨ng tæng s¶n phÈm quèc d©n cña n­íc ®ã. ë c¸c n­íc §«ng ¢u, Ch©u Phi, Trung cËn ®«ng, nhu cÇu tiªu thô PVC còng t¨ng do møc ®é ®Çu t­ vµo c¸c n­íc nµy t¨ng lªn. Nhu cÇu vÒ nhùa PVC theo b×nh qu©n ®Çu ng­êi ë c¸c n­íc ph¸t triÓn l¹i thÊp h¬n so víi c¸c n­íc ®ang ph¸t triÓn (chiÕm 2/3 d©n sè thÕ giíi). Tõ n¨m 1991 – 1997 møc t¨ng b×nh qu©n vÒ PVC hµng n¨m cña c¸c n­íc Ch©u ¸ - Th¸i B×nh D­¬ng lµ 6,2%, trong khi møc t¨ng b×nh qu©n trªn thÕ giíi lµ 5,3%. Nhu cÇu t¨ng lín nhÊt vÒ PVC ë c¸c n­íc Ch©u ¸ - Th¸i B×nh D­¬ng lµ NhËt: chiÕm 34%, Indonexia: 14,6%, Th¸i Lan: 14,1%, Malaixia: 13,9%, Trung Quèc: 12,3%. 2. T¹i ViÖt Nam. Do nhu cÇu PVC tÝnh theo ®Çu ng­êi hiÖn nay ë ViÖt Nam so víi nhiÒu n­íc cßn thÊp, nªn trong c¸c n¨m tíi tèc ®é t¨ng tr­ëng trung b×nh hµng n¨m sÏ lµ 40%, sau ®ã gi¶m xuèng kho¶ng 17%, vµo c¸c n¨m tiÕp theo. HiÖn nay n­íc ta ®· cã 2 Liªn doanh s¶n xuÊt bét PVC mét lµ: C«ng ty Liªn doanh gi÷a Tæng c«ng ty Nhùa ViÖt Nam víi Tæng c«ng ty Ho¸ chÊt ViÖt Nam vµ C«ng ty Th¸i Plastic – Chemical Public Ltd víi c«ng suÊt 80.000tÊn/n¨m. N¨m 2001 nhµ m¸y ho¹t ®éng víi c«ng suÊt 100% n¨m 2002 c«ng suÊt Nhµ m¸y t¨ng len 100.000 tÊn/n¨m [1]. Hai lµ: C«ng ty TNHH nhùa vµ ho¸ chÊt Phó Mü t¹i khu c«ng nghiÖp C¸i MÐp lµ liªn doanh gi÷a c«ng ty xuÊt nhËp khÈu tØnh Bµ Rþa- Vòng Tµu víi tæng c«ng ty dÇu khÝ Petronas cña Malaysia cã c«ng suÊt lµ 100.000 tÊn bét PVC/n¨m. Trong n¨m 2000 c¶ n­íc ta tiªu thô kho¶ng 150.000 tÊn bét PVC, nh­ng chØ ®¸p øng ®­îc kho¶ng 40% nhu cÇu cßn ph¶i nhËp khÈu kho¶ng 60% tõ c¸c n­íc trªn thÕ giíi. Ngoµi viÖc s¶n xuÊt bét PVC hai C«ng ty Liªn doanh trªn cßn s¶n xuÊt PVC Compound víi c«ng suÊt 6000 tÊn/n¨m, hai C«ng ty nµy ®· sö dông hÕt c«ng suÊt thiÕt kÕ, nh­ng vÉn ch­a ®¸p øng hÕt nhu cÇu c¸c chñng lo¹i PVC Compound trong n­íc mµ chØ s¶n xuÊt chñ yÕu c¸c lo¹i PVC lµm phô kiÖn cßn c¸c lo¹i PVC dïng cho c¸c chi tiÕt ®Æc chñng vÉn ph¶i nhËp khÈu . [1] III. C¸c dù ¸n s¶n xuÊt s¾p tíi. ë n­íc ta theo tÝnh to¸n trong vßng 1 n¨m n÷a, th× nhu cÇu nguyªn liÖu cÇn tíi 1,2 – 1,5 triÖu tÊn n¨m [1] trÞ gi¸ h¬n 1 tû ®« la. HiÖn nay ®· cã mét vµi dù ¸n cña c¸c c«ng ty NhËt, Nam TriÒu Tiªn, Ph¸p, Th¸i Lan, trao ®æi víi ngµnh chÊt dÎo ViÖt Nam vÒ viÖc x©y dùng Nhµ m¸y PVC víi c«ng suÊt 100.000 tÊn/n¨m [2]. PhÇn thø hai Lý thuyÕt chung Ch­¬ng I. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt nhùa PVC 1.1. Ph¶n øng t¹o nhùa PVC. 1.1.1. C¬ cÊu ph¶n øng. CH2 = CH | CH C¬ cÊu ph¶n øng t¹o nhùa PVC lµ ph¶n øng trïng hîp Vinylclorua (VC) VC chøa nèi ®«i vµ cã momen l­ìng cùc b»ng 1,44. Ph¶n øng trïng hîp x¶y ra d­íi t¸c dông cña chÊt kh¬i mµo (hoÆc nhiÖt ®é, n¨ng l­îng hoÆc tia phãng x¹). Trung t©m ho¹t ®éng nhËn ®­îc cã d¹ng gèc tù do, ph¶n øng trïng hîp theo c¬ chÕ trïng hîp gèc. - C¬ cÊu ph¶n øng gåm 4 giai ®o¹n: Giai ®o¹n kh¬i mµo. Giai ®o¹n ph¸t triÓn m¹ch. Giai ®o¹n ®øt m¹ch. Giai ®oan chuyÓn m¹ch. + Giai ®o¹n kh¬i mµo: Gi¶ sö chÊt kh¬i mµo lµ Peoxit benzoil. 1. Ph©n huû chÊt kh¬i mµo. Ký hiÖu gèc ho¹t ®éng lµ R· Tuy nhiªn c¸c gèc nµy kh«ng ph¶i ®Òu tham gia kh¬i mµo qu¸ tr×nh trung hîp, mµ cã mét sè kh¸c kÕt hîp víi nhau t¹o thµnh ph©n tö trung hoµ (kho¶ng 20-40%). VÝ dô: 2. Kh¬i mµo. R× + CH2 = CH ® R – CH2 – C×H | | Cl Cl R – CH2 – C × H + CH2 = CH ® R – CH2 – CH – CH2 – C×H | | | | Cl Cl Cl Cl R – CH2 – C H - CH2 – C × H + nCH2 = CH2 ® | | Cl Cl ® R – CH2 – C H - CH2 – C H - CH2 - CH … | | | Cl Cl Cl + Giai ®o¹n ph¸t triÓn m¹ch. + Giai ®o¹n chuyÓn m¹ch. - ChuyÓn m¹ch lªn Monome. CH2 = CH + ~ CH2 – CH | | Cl Cl CH2 = C × + ~ CH2 – CH2 | | Cl Cl CH3 = CH × + ~ CH – CH | | Cl Cl - CH2 – C × H + ~ - CH2 – CH ~ ® CH2 – CH2 + ~ CH2 – C × ~ | | | | Cl Cl Cl Cl ChuyÓn m¹ch lªn Polyme. ChuyÓn m¹ch lªn chÊt kh¬i mµo. ~ O || ® ~ CH2 – CH – O – C – C6H5 + C6H5 – COO × | Cl + Giai ®o¹n ®øt m¹ch. Ph¶n øng ®øt m¹ch cã thÓ x¶y ra theo hai c¸ch: KÕt hîp. - CH2 – C × H + ~ CH2 – C×H ® ~ CH2 – CH - CH - CH2 ~ | | | | Cl Cl Cl Cl ~ CH2 – CH + ~ CH2 – C×H ® ~ CH2 – CH2 + ~ CH = CH | | | | Cl Cl Cl Cl Ph©n ly. 1.1.2. §éng häc qu¸ tr×nh trïng hîp. Trong tr­êng hîp sö dông chÊt kh¬i mµo giai ®o¹n kh¬i mµo gåm 2 ph¶n øng. - Ph¶n øng ph©n huû chÊt kh¬i mµo. I ® 2. Trong ®ã: : gèc tù do. Vd = kd [I] = VI : I: ChÊt kh¬i mµo. kd: h»ng sè vËn tèc ph©n huû. - Ph¶n øng t¹o gèc tù do ban dÇu. R× + CH2 = CH ® R – CH2 – CH | | Cl Cl vËn tèc cña ph¶n øng nµy lµ V2. V× V2>> Vd do ®ã Vd sÏ quyÕt ®Þnh vËn tèc qu¸ tr×nh kh¬i mµo. Þ VKM = 2Vd = 2f . kd [I] = KKM [I]. KKM = 2fkd. f: lµ hÖ sè ®Æc tr­ng cho hiÖu qu¶ kh¬i mµo cña chÊt kh¬i mµo. + Giai ®o¹n ph¸t triÓn m¹ch. (Giai ®o¹n nµy lµ ph¶n øng to¶ nhiÖt) ®©y lµ giai ®o¹n quyÕt ®Þnh vËn tèc trïng hîp, cÊu t¹o vµ kÝch th­íc, khèi l­îng cña Polyme. VËn tèc ph¸t triÓn m¹ch b»ng vËn tèc tiªu hao Monome trong mét ®¬n vÞ thêi gian. [M]: Nång ®é Monome. ]: Nång ®é gèc tù do. Kpt: H»ng sè ph¸t triÓn m¹ch. Vpt: VËn tèc ph¸t triÓn m¹ch, Vd: VËn tèc ®øt m¹ch. + Giai ®o¹n ®øt m¹ch. H»ng sè vËn tèc ®øt m¹ch (106 ¸108. L/mol. S) lín h¬n rÊt nhiÒu h»ng sè vËn tèc ph¸t triÓn m¹ch (102 - 104 L/mol.s). Tuy nhiªn ph¶n øng ph¸t triÓn m¹ch vÉn x¶y ra do ph¶n øng ®øt m¹ch bÞ h¹n chÕ bëi nång ®é gèc tù do thÊp, sù khuyÕch t¸n vµ c¶n trë kh«ng gian. 1.1.3. §é trïng hîp vµ chiÒu dµi ®éng häc cña m¹ch. - ChiÒu dµi ®éng häc cña m¹ch lµ tØ lÖ gi÷a 2 ®¹i l­îng. Do ë mét sè thêi ®iÓm khi ®é chuyÓn ho¸ ch­a s©u l¾m th× tèc ®é t¹o thµnh c¸c gèc tù do b»ng tèc ®é tiªu hao nã. Vd = VKM. Thay gi¸ trÞ VKM = Vd = Kd [M.]2 Thay gi¸ trÞ Vp = Kp [M] [R.] Víi ChiÒu dµi ®éng häc cña m¹ch tØ lÖ thuËn víi nång ®é Monome vµ tØ lÖ nghÞch víi c¨n bËc hai cña nång ®é chÊt kh¬i mµo. Víi tr­êng hîp khi ®øt m¹ch theo c¬ chÕ ph©n ly, ®é trïng hîp P b»ng chiÒu dµi ®éng häc cña m¹ch. Víi tr­êng hîp khi ®øt m¹ch, theo c¬ chÕ kÕt hîp, ®é trïng hîp b»ng 2 lÇn chiÒu dµi ®éng häc cña m¹ch. 2.2. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh trung hîp [3 ¸4]. 2.2.1. NhiÖt ®é. Khi nhiÖt ®é t¨ng, vËn tèc cña tÊt c¶ c¸c giai ®o¹n ph¶n øng trïng hîp ®Òu t¨ng. N¨ng l­îng ho¹t ho¸ cña c¸c giai ®o¹n kh¸c nhau. N¨ng l­îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng kh¬i mµo (112 ¸170kJ/mol) lín h¬n h¼n so víi n¨ng l­îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng ph¸t triÓn m¹ch 928 ¸40kJ/mol) vµ ph¶n øng ®øt m¹ch. Do ®ã, khi nhiÖt ®é t¨ng møc ®é t¨ng vËn tèc kh¬i mµo lµ lín nhÊt. VËn tèc kh¬i mµo t¨ng kÐo theo vËn tèc trïng hîp t¨ng vµ vËn tèc ®øt m¹ch còng t¨ng theo. V× VKM t¨ng nång ®é gèc tù do còng t¨ng nªn ta cã. Vp = kp [ Vd = kp Do ®ã Vd t¨ng nhiÒu h¬n Vp. 2.2.2. ¸p suÊt. Khi ¸p suÊt thÊp vµ ¸p suÊt trung b×nh t¨ng lªn ®Õn vµi chôc vµi tr¨m atm thùc tÕ kh«ng ¶nh h­ëng g× ®Õn qu¸ tr×nh trïng hîp. Nh­ng khi ¸p suÊt t¨ng cao 1000 atm trë lªn vËn tèc trïng hîp vµ khèi l­îng ph©n tö cña Polyme ®Òu t¨ng. 2.2.3. Oxy. Oxy t¸c dông víi Monome t¹o Peroxit. CH2 = CH + O2 ® CH2 – CH – Cl | | | Cl O O Peroxit nµy ph©n huû t¹o gèc tù do. NÕu gèc ®ã ho¹t tÝnh thÊp th× 02 cã t¸c dông lµm h·m qu¸ tr×nh trïng hîp, nÕu gèc ho¹t ®éng th× oxy sÏ lµm t¨ng vËn tèc trïng hîp. 2.2.4. Nång ®é chÊt kh¬i mµo. Khi nång ®é chÊt kh¬i mµo t¨ng, vËn tèc trïng hîp t¨ng nh­ng khèi l­îng ph©n tö Polyme gi¶m [4]. 2.2.5. Nång ®é Monome. Khi t¨ng nång ®é Monome trong ph­¬ng ph¸p trïng hîp dung dÞch, vËn tèc trïng hîp vµ khèi l­îng ph©n tö ®Òu t¨ng. Nh­ng nÕu dung m«i tham gia vµo ph¶n øng chuyÓn m¹ch, th× mèi liªn quan ®Õn vËn tèc trung fhîp vµ khèi l­îng ph©n tö phøc t¹p h¬n nhiÒu. 3.3. C¸c ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt nhùa PVC. 3.3.1. s¶n xuÊt Vinylclorua (VC). Vinylclorua lµ mét chÊt khÝ kh«ng mµu, cã mïi ete ë nhiÖt ®é phßng vµ ¸p suÊt khÝ quyÓn. * TÝnh chÊt. Khèi l­îng riªng ë 150C: p = 0,793 g/cm3 NhiÖt dung riªng láng ë 250C: 0,38 Cal/g ®é. NhiÖt dung riªng h¬i ë 250C: 0,207 Cal/g ®é. NhiÖt ®é s«i: t03 = - 13,90 ± 0,1. NhiÖt ®é nãng ch¶y T0nc = -159,7 ± 0,1. §é nguyªn chÊt cña Vinylclorua cã thÓ ®¹t tíi 98,5 – 99,5% vÒ t¹p chÊt cã thÓ cã mét Ýt axetylen nh­ng kh«ng ®­îc ãc NaOH v× lµm cho axetylen dÔ næ. VC cã thÓ b¶o qu¶n vµ vËn chuyÓn trong c¸c b×nh b»ng thÐp chÞu ¸p suÊt, van, vµ c¸c bé phËn tiÕp xóc víi VC kh«ng ®­îc chÕ t¹o tõ hîp kim cã ®ång. Th«ng th­êng nªn thªm vµo VC mét l­îng chÊt h·m nh­ Hydroquinon víi tØ lÖ 0,00001 phÇn träng l­îng. Vinyclorua cã thÓ s¶n xuÊt bëi 3 ph­¬ng ph¸p chÝnh [5]. * Ph­¬ng ph¸p tæng hîp trong phßng thÝ nghiÖm: Etylen chuyÓn ho¸ thµnh dicloetan, sau ®ã dicloetan t¸c dông víi kiÒm trong r­îu. C2H4 + Cl2 CH2 – CH2 | | Cl Cl hv CH2 – CH2 + NaOH ® CH2 = CH2 + NaCl + H2O | | | Cl Cl Cl Thµnh phÇn: 1 phÇn dicloetan, 0,5 phÇn NaOH hoÆc KOH vµ 0,5 phÇn r­îu. Nªn dïng d­ r­îu v× nÕu d­ kiÒm sÏ t¹o axetylen s¶n phÈm phô cña ph¶n øng lµ etylenglicol. Hçn hîp s¶n phÈm ®­îc lµm s¹ch vµ kh« bëi qu¸ tr×nh ch­ng cÊt. * Ph­¬ng ph¸p Oxy – Clo ho¸ Etylen. - Giai ®o¹n 1: Xayra ë pha láng cã nhiÖt ®é ph¶n øng lµ 30 – 500C xóc t¸c FeCl2. C2H4 + Cl2 ® CH2 – CH2 | | Cl Cl - Giai ®o¹n 2: Qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n ë nhiÖt ®é cao vµ cã xóc t¸c ®­îc thùc hiÖn trong thiÕt bÞ b»ng s¾t hay sö dông cã chøa ®Çy than ho¹t tÝnh. Cl Cl | | CH2 – CH2 CH2 = CH + HCl | Cl 300 – 6000C S¶n phÈm t¹o thµnh qua thiÕt bÞ ng­ng tô cßn dicloetan d­ sÏ quay trë l¹i nhiÖt ph©n. NÐt ®Æc tr­ng cña qu¸ tr×nh c©n b»ng ®o slµ: HCl ®­îc t¹o ra trong suèt giai ®o¹n t¸ch lo¹i vµ ®­îc thu håi trong qu¸ tr×nh lµm s¹ch, sau ®ã ®­îc sö dông t¹o ra 1,2 dicloetan bëi ph¶n øng oxy ho¸. 2CH2 = CH2 + 4HCl + O2 ® 2CH2 – CH2 + 2H2O | | Cl Cl * Ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt VC tõ HCl vµ C2H2. §©y lµ ph­¬ng ph¸p ®­îc quan t©m nhÊt, dïng ®Ó s¶n xuÊt trong nhiÒu n¨m qua. Qu¸ tr×nh cã thÓ x¶y ra ë pha láng hoÆc pha khÝ. C2H2 + HCL ® CH2 = CH + 477 Cal | Cl Qu¸ tr×nh x¶y ra trong pha láng: Axetylen ®­îc ®­a vµo dung dÞch axit HCl ®Ëm ®Æc víi xóc t¸c (Cu2CL2 vµ NH4Cl2). §Ó t¨ng ho¹t tÝnh cña chÊt xóc t¸c cho thªm CuCl2 d¹ng bét. NhiÖt ®é ph¶n øng thÊm 20-250C m«i tr­êng khÝ tr¬ VC t¹o thµnh tho¸t ra khái hÖ thèng ph¶n øng cïng víi Axetylen vµ h¬i n­íc. Cã thÓ t¸ch lo¹i b»ng c¸ch: Ban ®Çu lµm l¹nh, ®Ó ng­ng tô h¬i n­íc råi sang m¸y lµm l¹nh s©u h¬n ë 600C ®Ó ng­ng VC cßn C2H2 quay l¹i thiÕt bÞ ph¶n øng [9]. §©y lµ qu¸ tr×nh gi¸n ®o¹n ph¶i bæ xung HCl vµ Axetylen vµo. §Ó cã VC nguyªn chÊt sö dông cho qu¸ tr×nh trïng hîp huyÒn phï th× cÇn ph¶i sö dông th¸p tinh luyÖn ®Ó t¸ch C2H2 hoµ tan trong VC. Qu¸ tr×nh x¶y ra ë pha khÝ (qu¸ tr×nh liªn tôc). HCl ®­îc dïng ë d¹ng khÝ, nhiÖt ®é ph¶n øng cao tõ 140 – 2000C xóc t¸c lµ thanh ho¹t tÝnh tÈm dung dÞch Cluarua thuû ng©n hay Clorua bari trong n­íc råi sÊy. Tû lÖ gi÷a thanh ho¹t tÝnh vµ Clorua thuû ng©n lµ 12:1. Hçn hîp khÝ C2H2 vµ HCl (d­ 10-15% HCl) sÊy s¬ bé ®i qua èng ®èt nãng råi chuyÓn vµo thiÕt bÞ tæng hîp cã chøa ®Çy than ho¹t tÝnh Èm xóc t¸c. HiÖu suÊt VC phô thuéc vµo tèc ®é hçn hîp khÝ, l­îng xóc t¸c vµ nhiÖt ®é (tèc ®é chËm, nhiÖt ®é coa th× hiÖu suÊt lín). Ngoµi ph¶n øng chÝnh t¹o VC cßn x¶y ra c¸c ph¶n øng phô sau: CH º CH + H2O ® CH3CHO CH2 = CH + HCl ® CH3CHCl2 V× vËy s¶n phÈm sau ph¶n øng lµ hçn hîp khÝ, ®­îc qua lµm l¹nh vµ xö lý b»ng kiÒm ®Ó lo¹i bá HCl kh«ng ph¶n øng. Sau ®ã xö lsy b»ng metanol ®Ó lo¹i bá H2O t¹o ra trong qu¸ tr×nh xö lý kiÒm. Cuèi cïng ph¶i tiÕn hµnh lo¹i bá andehit vµ dicloetan (®­îc h×nh thµnh do x¶y ra ph¶n øng phô) kÕt qu¶ thu ®­îc VC tinh khiÕt [5]. 4.4. S¶n xuÊt PVC. PVC ®­îc s¶n xuÊt tõ 4 ph­¬ng ph¸p: - Ph­¬ng ph¸p trïng hîp khèi. - Ph­¬ng ph¸p trïng hîp dung dÞch. - Ph­¬ng ph¸p trïng hîp nhò t­¬ng. - Ph­¬ng ph¸p trïng hîp huyÒn phï. Mçi ph­¬ng ph¸p ®Òu cã nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng nh­ng cã nÐt chung lµ khèi l­îng ph©n tö cña PVC ®­îc x¸c ®Þnh chñ yÕu bëi nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh trïng hîp (kho¶ng 50 – 700C). 4.4.1. Ph­¬ng ph¸p trïng hîp khèi. §©y lµ ph­¬ng ph¸p ®¬n gi¶n tuy nhiªn Ýt ®­îc sö dông dãp Polyme t¹o thµnh ë d¹ng khèi khã gia c«ng. HÖ ph¶n øng. Monome vµ chÊt kh¬i mµo. NÕu kh«ng cã chÊt kh¬i mµo dïng ®Ó bøc x¹ n¨ng l­îng cao, thay cho chÊt kh¬i mµo do ®ã s¶n phÈm cã ®é tinh khiÕt cao, kh«ng cÇn qua c«ng ®o¹n söa vµ sÊy, d©y chuyÒn s¶n xuÊt ®¬n gi¶n. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt mét giai ®o¹n ®­îc ph¸t minh vµo kho¶ng gi÷a n¨m 1960 bëi Dechiney – Sotogobain. §©y lµ qu¸ tr×nh dÞ thÓ do Polyme kh«ng tan trong Monome, ph¶n øng ®­îc kÝch ®éng khi cã mÆt chÊt kh¬i mµo [5]. Qu¸ tr×nh cã nh­îc ®iÓm lµ g©y ra hiÖn t­îng qu¸ nhiÖt côc bé do ph¶n øng to¶ nhiÖt lín mµ m«i tr­êng ph¶n øng dÉn nhiÖt kÐm. §Ó kh¾c phôc hiÖn t­îng nµy ng­êi ta ®­a ra qu¸ tr×nh lµm 2 giai ®o¹n. Giai ®o¹n ®Çu ®­îc tiÕn hµnh ®Õn møc ®é chuyÓn ho¸ 15% s¶n phÈm thu ®­îc ë tr¹ng th¸i láng. Giai ®o¹n sau ®­îc tiÕn hµnh ®Õn møc ®é chuÓyn ho¸ 80 – 85%. S¶n phÈm thu ®­îc ë d¹ng bét. 4.4.2. Ph­¬ng ph¸p trïng hîp dung dÞch. Víi ph­¬ng ph¸p nµy cã thÓ kh¾c phôc ®­îc hiÖn t­îng qu¸ nhiÖt côc bé, do nhiÖt ph¶n øng lµm bay h¬i mét phÇn dung m«i. Tr­êng hîp nµy dung m«i cã thÓ kh«ng hoµ tan Polyme. NÕu dung dÞch kh«ng hoµ tan Polyme nh­ r­îu th× Polyme t¸ch ra ë d¹ng bét. NÕu dung m«i hoµ tan Polyme, vÝ dô nh­ dicloetan benzen colbenzen Polyem ë d¹ng dung dÞch, sau ®ã kÕt tña hoÆc ch­ng cÊt ®Ó t¸ch dung m«i. Thêi gian trïng hîp t­¬ng ®èi dµi, dung m«i tiªu tèn nhiÒu víi ®é tinh khiÕt cao. V× vËy trong thùc tÕ Ýt ®­îc sö dông, th­êng dïng trong phßng thÝ nghiÖm ®Ó nghiªn cøu nh÷ng quy luËt ph¶n øng do vËn tèc trïng hîp kh«ng lín l¾m.[4] 4.4.3. Ph­¬ng ph¸p trïng hîp nhò t­¬ng. - HÖ ph¶n øng: Monome, chÊt kh¬i mµo, dung m«i, chÊt nhò ho¸, dung dÞch muèi ®Ñm. - Do kh¶ n¨ng hoµ tan trong n­íc kÐm (0,009% t¹i 200) nªn Vynylcorua cã thÓ tham gia ph¶n øng trïng nhò t­¬ng [5]. - Do chÊt kh¬i mµo tan trong n­íc, ph¶n øng trïng hîp x¶y ra bªn trong c¸c mixel. Polyme t¹o thµnh ë d¹ng nhò t­¬ng trong n­íc. [4] - §Ó æn ®Þnh vµ ®Ó monome ph©n t¸n tèt trong n­íc cÇn bæ sung chÊt nhò ho¸. - ChÊt nhò ho¸ th­êng dïng lµ ankyl sunphonat bËc hai hoÆc muèi kim lo¹i kiÒm víi axit bÐo (xµ phßng). ChÊt nhò ho¸ cã mét phÇn ­a n­íc vµ mét phÇn kþ n­íc. phÇn ­a n­íc phÇn kÞ n­íc Khi nång ®é chÊt nhu ho¸ v­ît nång ®é tíi h¹n, c¸c ph©n tö chÊt nhò ho¸ tËp hîp tõ 50 – 100 ph©n tö ®Ó t¹o thµnh c¸c mixel. Mixel cã hai d¹ng: h×nh cÇu vµ h×nh tÊm. PhÇn ­a n­íc h­íng ra ngoµi, phÇn kÞ n­íc h­íng vµo trong. Mét phÇn nhá monome hoµ tan vµo phÇn kÞ n­íc cña mixel, cßn phÇn lín t¹o thµnh c¸c giät monome ®­îc b¶o vÖ bëi c¸c phÇn tö chÊt nhò ho¸. Nång ®é c¸c giät trong hçn hîp ph¶n øng lµ 1010 - 1011 giät/1ml. Trong khi ®ã nång ®é mixel 1016 - 1018 mixel/1ml. ChÊt khëi ®Çu tan trong m«i tr­êng ph©n t¸n – n­íc. - Víi hÖ thèng chÊt kh¬i mµo oxi ho¸ khö cã thÓ thùc hiÖn ph¶n øng nhanh h¬n t¹i nhiÖt®é thÊp kho¶ng 200C gÇn ®©y trong c¸c thÝ nghiÖm ng­êi ta cßn cã thÓ thùc hiÖn ë nhiÖt ®é xÊp xØ 00C [5]. Pesunfat amoni (NH4)2S2o8, Pesunfatkuli (K2S2O8 ) vµ Hydropeoxit lµ nh÷ng chÊt kh¬i mµo ®iÓn h×nh. Ngoµi ra trong hçn hîp ph¶n øng cßn sö dông chÊt ®iÒu chØnh khèi l­îng ph©n tö cña Polyme vµ dung dÞch muèi ®Öm ®Ó æn ®Þnh ®é pH cña m«i tr­êng. S¬ ®å ph¶n øng trïng hîp nhò t­¬ng ®­îc tr×nh bµy nh­ sau: ChÊt kh¬i mµo ph©n huû thµnh c¸c gèc tù do, c¸c gèc tù do: khuyÕch t¸n vµo trong c¸c mixel kÝch ®éng qu¸ tr×nh trïng hîp bªn trong mixel. Khi qu¸ tr×nh trïng hîp x¶y ra thÓ tÝch bªn trong mixel gi¶m lµm gi¶m ¸p suÊt bªn trong mixel, c¸c ph©n tö monome tõ m«i tr­êng n­íc khuyÕcht¸n vµo mixel tham gia qu¸ tr×nh trïng hîp lµm hÖ thèng mÊt c©n b»ng vµ monome tõ c¸c giät khuyÕch t¸n ra m«i tr­êng ®Ó ®¶m b¶o c©n b»ng toµn hÖ thèng. Nh­ vËy giät monome (møc ®é chuyÓn ho¸ ®¹t 15%) lµ l­îng d÷ tr÷ cho qu¸ tr×nh trïng hîp. Giai ®o¹n ®Çu 915%) sè h¹t trong hÖ thèng t¨ng lªn, lµm vËn tèc trïng hîp t¨ng. Giai ®o¹n møc ®é chuyÓn ho¸ 15 – 60%: vËn tèc trïng hîp æn ®Þnh. Giai ®o¹n cuèi lµ giai ®o¹n c¹n kiÖt monom, vËn tèc trïng hîp gi¶m. S¶n phÈm t¹o thµnh ë d¹ng latex víi kÝch th­íc h¹t rÊt bÐ 0,01 – 1.10-6m cã khèi l­îng ph©n tö lín, ®é ®ång ®Òu cao, tuy nhiªn cã nh­îc ®iÓm lµ bÞ nhiÔm bÈn bëi chÊt nhò ho¸, do ®ã tÝnh c¸ch ®iÖn cña Polyme kÐm h¬n Polyme nhËn ®­îc b»ng ph­¬ng ph¸p huyÒn phï. 4.4.4. Ph­¬ng ph¸p trïng hîp huyÒn phï. - HÖ ph¶n øng bao gåm monome, chÊt kh¬i mµo, dung m«i, chÊt æn ®Þnh. Ph­¬ng ph¸p nµy nãi chung dÔ ®iÒu khiÓn. - Do chÊt kh¬i mµo tan trong monome nªn qu¸ tr×nh kÝch ®éng vµ trïng hîp x¶y ra trong c¸c hat monome huyÒn phï l¬ löng trong m«i tr­êng n­íc [7]. - Nhê sù khuÊy trén m¹nh mÏ, monome kh«ng tan trong n­íc ®­îc ph©n bæ trong m«i tr­êng n­íc thµnh c¸c h¹t nhá cã kÝch th­íc 0,01 – 0,03 CM. - Mçi giät monome trong hÖ huyÒn phï cã thÓ ®­îc coi lµ nh÷ng thiÕt bÞ ph¶n øng trïng hîp khèi cùc nhá cã bÒ mÆt tho¸t nhiÖt víi m«i tr­êng n­íc lín, tr¸nh ®­îc hiÖn t­îng qu¸ nhiÖt côc bé. - Cïng víi sù tiÕn triÓncña qu¸ tr×nh trïng hîp, ®é nhít bªn trong c¸c giät t¨ng lªn, nªn ph©n chia nhá c¸c giät keo tô rÊt khã. §Ó tr¸nh x¶y ra hiÖn t­îng nµy cÇn sung c¸c chÊt æn ®Þnh nh­ gelatin, PVC. C¸c chÊt æn ®Þnh t¹o mµng xung quanh giät [4] vµ ng¨n c¶n c¸c giät keo tô l¹i víi nhau, ë giai ®o¹n ®Çu qu¸ tr×nh trïng hîp huyÒn phï ®é chuyÓn ho¸ kh«ng ®¸ng kÓ (nhá h¬n 1 – 2%) c¸c ho¹t PVC rÊt nhá xuÊt hiÖn bªn trong c¸c giät monome VC. Do lùc ly t©m c¸c h¹t PVC sÏ di chuyÓn ®Õn bÒ mÆt ph©n chia cña VC vµ n­íc dÉn ®Õn sù ghÐp cña chÊt b¶o vÖ trªn PVC kÕt qu¶ t¹o ra mµng bao bäc chung quanh giät. [4] - Qu¸ tr×nh ph¶n øng x¶y ra trong thêi gian dµi (18 22h) nhiÖt ®é ph¶n øng 800C vµ ®­îc duy tr× trong suèt giai ®o¹n ph¶n øng ®Õn khi ¸p suÊt bÊt ®Çu gi¶m do monome ®· tham gia ph¶n øng. - S¶n phÈm Polyme t¹o thµnh ë d¹ng huyÒn phï trong n­íc [7] dÔ keo tô t¹o thµnh d¹ng bét, kÝch th­íc 0,01 – 0,3 mm. - §Ó n©ng cao tÝnh æn ®Þnh nhiÖt cña Polyme kh«ng dïng nhiÒu chÊt khëi ®Çu vµ kh«ng t¨ng nhiÖt ®é cao qu¸. Ch­¬ng II. Ph¶n øng ph©n huû, æn ®Þnh cña nhùa PVC. - Nhùa PVC cã nhiÖt ®é ph©n huû chØ nhá h¬n mét Ýt so víi nhiÖtd dé ch¶y mÒm cña nã, dÉn ®Õn PVC cã kh¶ n¨ng ph©n huû trong qu¸ tr×nh gia c«ng. 2.1. Ph¶n øng ph©n huû. Sù ph©n huû PVC khi ®un nãng theo ph¶n øng chuçi, trung t©m b¾t ®Çu ph©n huû lµ ë nh÷ng phÇn m¹ch mµ ë ®ã liªn kÕt C – H vµ C – Cl yÕu. Ban ®Çu lµ qu¸ tr×nh t¸ch lo¹i HCl. - CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH - ~ | | | Cl Cl Cl - HCl CH = CH – CH = CH ~. KÌm theo sù t¸ch HCl lµ sù h×nh thµnh mét liªn kÐt ®«i trªn m¹ch PVC. HCl l¹i lµm xóc t¸c cho qu¸ tr×nh t¸ch HCl ë m¾t xÝch c¬ b¶n tiÕp theo, kÕt qu¶ lµ t¹o ra m¹ch Polyen. M¹ch Polyen cã thÓ bÞ oxy ho¸, t¹o thµnh c¸c liªn kÕt ngang hoÆc Hydropeoxit. Sù cã mÆt cña oxy lµm xóc tiÕn qu¸ tr×nh t¹o mµu vµ tÝnh hoµ tan cña Polyme gi¶m. Qu¸ tr×nh ph©n huûlµm ¶nh h­ëng ®Õn mµu s¾c PVC, PVC ban ®Çu cã mµu tr¾ng sau khi ®un nãng sÏ bÞ thay ®æi theo thø tù, vµng nh¹t da cam, n©u vµ ®en. H¬n n÷a qu¸ tr×nh ph©n hñy cßn thay ®æi c¸c tÝnh chÊt co lý vµ ®iÖn [5]. ë trong kh«ng khÝ ph©n huû nhiÖt PVC nhanh h¬n, trong N2. Mét sè kim lo¹i nh­ Zn vµ Fe (ngay c¶ khi chØ cã vÕt) còng cã xóc tiÕn cho qu¸ tr×nh ph©n huû PVC [7]. HCL ®­îc gi¶i phãng sÏ kÕt hîp ®­îc víi nh÷ng kim lo¹i cña qu¸ tr×nh, t¹o thµnh FeCl3 vµ c¸c muèi kim lo¹i kh¸c. Nh÷ng muèi nµy rÊt m¹nh cã chøc n¨ng gièng nh­ xóc t¸c allkyl ho¸ cña m¹ch Polyme víi mét ph©n tö PVC kh¸c. Sau khi t¹o FeCl3 th× ngay sau ®ã qu¸ tr×nh xóc t¸c trë nªn rÊt nhanh. KÕt qu¶ lµ HCl ®­îc t¸ch ra nhanh vµ t¹o nªn nhiÒu liªn kÕt ngang. ChÊt nhò ho¸ cã trong Polyme còng ¶nh h­ëng kh«ng tèt ®Õn ®é æn ®Þnh cña PVC. ë nhiÖt ®é cao qu¸ tr×nh ph©n huû PVC t¹o ra HCl vµ c¸c s¶n phÈm ph©n tö thÊp kh¸c. Ngoµi kh¶ n¨ng ph©n huû nhiÖt PVC cßn cã thÓ ph©n huû quang ho¸. C¸c liªn kÕt ho¸ häc trong m¹ch PVC hoµn h¶o (kh«ng cã nh­îc ®iÓm nµo trong cÊu tróc) ®­îc b·o hoµ bëi liªn kÕt céng ho¸ trÞ cña 3 lo¹i sau: C – Cl, C – CH, C- C. N¨ng l­îng ph©n ly cña c¸c liªn kÕt ®ã t­¬ng øng lµ 78, 81, 98 Kcul/mol. Qu¸ tr×nh ph©n huû quang cña PVC ®­îc tiÕn hµnh qua c¬ chÕ gèc tù do. Qu¸ tr×nh ph©n huû quang oxy ho¸ t¹o ra c¸c nhãm Hydroperoxit vµ Cacbonnyl. - §Ó t¨ng c­êng kh¶ n¨ng æn ®Þnh cña PVC, cÇn bæ sung chÊt æn ®Þnh trong thµnh phÇn Polyme. ChÊt æn ®Þnh lµ chÊt cã t¸c dông hiÖp ®ång vµ cã kh¶ n¨ng t¹o mµu cña PVC. §Ó lùa chän chÊt æn ®Þnh cã thÓ dùa vµo thùc nghiÖm b»ng c¸ch lùa chän c¸c nh©n tè nh­: tÝnh chÊt cña c¸c thµnh phÇn trong Polyme. Gi¸ thµnh chÊt æn ®Þnh t­¬ng xøng víi sù æn ®Þnh cho qu¸ tr×nh vµ thêi gian sö dông. §é s¹ch cña hîp chÊt. §é ®éc h¹i. HiÖu lùc trªn sù b«i tr¬n, in, d¸n. 2.2. C¬ chÕ cña sù æn ®Þnh. Tuú vµo chøc n¨ng cña mçi chÊt æn ®Þnh mµ thÓ ph©n lo¹i kh¸c nhau. a. Ph¶n øng trung hoµ HCl. b. §a sè chÊt æn ®Þnh PVC vµ c¸c hÖ thèng nhùa Halogenat ®Òu chøa mét hoÆc nhiÒu muèi kim lo¹i cña axit h÷u c¬ yÕu. Mét sè muèi baz¬ cña axit v« c¬ còng ®­îc sö dông. Trong mäi tr­êng hîp muèi baz¬ yÕu hoÆc xµ phßng nµy ®Òu ph¶n øng víi HCl vµ ®ã lµ sù chuyÓn ®æi ®Ó t¹o Clorua kim lo¹i t­¬ng øng. Ký hiÖu: M – Kim lo¹i, X gèc axit. M (X)n + HCl ® M (Cl)n + nHX. Qu¸ tr×nh céng hîp cña c¸c t¸c nh©n æn ®Þnh x¶y ra ngay lËp tøc, ngay sau qu¸ tr×nh trïng hîp. T¸c nh©n æn ®Þnh phô thuécvµo d¹ng cña nã, cã thÓ còng cã chøc n¨ng ng¾t m¹ch. C¸c chÊt nh­ epoxy, amin, ankoxit kim lo¹i, phenolxit, mecaptil kim lo¹i cã thÓ ph¶n øng víi HCl víi biÕn ®æi cña cÊu tróc [9]. RNH2 ® HCl ® RNH3Cl R – O – M + HCl ® R – O – H + MCl. R – S – M + HCl ® R – S – H + MCl. 2.3. Sù thay thÕ cña Cl kh«ng bÒn. HiÖu lùc chñ yÕu cña chÊt æn ®Þnh ®ã lµ sù tÊn c«ng vµo c¸c nguyªn tö Cl kh«ng bÒn trªn PVC vµ thÕ chóng bëi c¸c nhãm kh¸c cña chÊt æn ®Þnh vèn cã. Xµ phßng cña Camiun (cd), zine (zn) va dialkyltin, cacbonxylat vµ mercaptil lµ nh÷ng chÊt æn ®Þnh PVC bëi trao ®æi phèi tö cña chóng víi Cl kh«ng bÒn cña ph©n tö PVC. - Ph¶n øng víi xµ phßng Laurat cña Cd vµ (bari). 2.4. Ph¶n øng t¹i c¸c vÞ trÝ ch­a b·o hoµ. §Ó x¸c ®Þnh hiÖu lùc cña sù æn ®Þnh ®ã lµ ph¶n øng cña chÊt æn ®Þnh víi nh÷ng vÞ trÝ ch­a b·o hoµ cã mÆt trong PVC. VÝ dô: Mercaptan céng hîp trùc tiÕp víi liªn kÕt ®«i ®Ó t¹o nhãm thioetru. RSH + ~ CH = CH ~ ® - CH2 – CH – | SR Khi mét chuçi nèi tiÕp Polyen bÞ ph¸ vì th× mµu cña Polyme sÏ bÞ biÕn ®æi. ChÊt æn ®Þnh kim lo¹i h÷u c¬ vµ muèi kim lo¹i cã kh¶ n¨ng lµm c¶n trë sù ph©n huû oxy ho¸ cña hydropeoxit. Sù t¹o vßng cµng cua vµ sù chèng oxy ho¸ cña photphit bËc 3 ®· ®­îc sö dông lµ t¸c nh©n æn ®Þnh PVC. Phèt phÝt este sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn mµu, vµ ®em l¹i sù trong suèt trong qu¸ tr×nh t¹o nhùa, mµ vÉn cßn chøa mét Ýt nhÊt chÊt æn ®Þnh muèi kim lo¹i. HiÖu lùc mµ phot phÝt cã ®­îc lµ nhê kh¶ n¨ng t¹o vßng cµng cua (chelat) clorti kim lo¹i. 1. T¹o mµng ch¾n tia bøc x¹ tö ngo¹i. Chøc n¨ng cña chÊt æn ®Þnh lµ t¹o ra líp ngoµi cã kh¶ n¨ng hÊp thô c¸c tia tr ngo¹i. 2. C¸c chÊt æn ®Þnh phæ biÕn. C¸c hîp chÊt ch× lµ c¸c chÊt æn ®Þnh quan träng nhÊt.. + Baz¬ chØ cacbonnat (ch× tr¾ng) gi¸ rÎ. + Tribaz¬ch× sunph¸t lµ chÊt æn ®Þnh nhiÖt tèt. Ngoµi ra cßn cã c¸c lo¹i kh¸c ®­îc sö dông trong lÜnh vùc ®Æc biÖt, Dibaz¬ ch× photph¸t lµ hîp chÊt æn ®Þnh nhiÖt tèt. Dibaz¬ ch× phèt ph¸t cãthÓ øng dông ë c¸c d¹ng kh¸c nhau Dibaz¬ ch× Silicat, ch× sarisylat. Tuy nhiªn, khi sö dông c¸c hîp chÊt ch× cÇn l­u ý vÒ ®é ®éc hai cña chóng. Ngoµi c¸c hîp chÊt ch× ra cßn cã c¸c lo¹i hîp chÊt kh¸c nh­ hîp chÊt cña Cd, Ba, Zn ®Æc biÖt lµ hÖ thèng Cd – Ba, chèng oxy ho¸ nh­ Trynonyl, Phenylphotphit cã kh¶ n¨ng lµm t¨ng møc ®é æn ®Þnh nhiÖt cña nhùa. * Hîp chÊt cña thiÕc h÷u c¬ nh­ dibutyltin laurat, hîp chÊt cña thiÕc h÷u c¬ cã chøa l­u huúnh nh­ dibutyl diisooctylthio glycolate cã ®é bÒn nhiÖt rÊt tèt. C¸c hîp chÊt butyltin nãi chung Ýt ®éc h¹i do ®ã th­êng ®­îc øng dông trong c¸c lo¹i nhùa sö dông trong viÖc chøa ®ùng thùc phÈm. * Hîp chÊt epoxy ph©n tö thÊp ngoµi t¸c dông æn ®Þnh PVC cßn cã t¸c dông ho¸ dÎo. + ChÊt æn ®inh hä amin. + Hîp chÊt hÊp thô ti tö ngo¹i [5]. Ch­¬ng 3. TÝnh chÊt øng dông cña PVC. 3.1. TÝnh ch¸t c¬ lý ho¸ cña nhùa PVC. a. CÊu tróc. D¹ng tæng qu¸t PVC cã thÓ tån t¹i ë d¹ng “®Çu nèi ®u«i”. “§Çu nèi ®u«i” Qua nghiªn cøu tÝnh chÊt ho¸ häc cña PVC qua c¸c kh¶o s¸t b»ng quang häc, cho thÊy cÊu t¹o chñ yÕu theo lèi kÕt hîp ®Çu nèi ®u«i.[7] §Ó x¸c ®Þnh cÊu t¹o trªn lµ ®óng. N¨m 1939 Marvel Sample vµ Raj lµ thÝ nghiÖm t¸ch lo¹i Cl trong PVC, b»ng c¸ch ®un nãng dung dÞch PVC víi bét kÏm. Nhãm Cyclopropan t¹o thµnh, chøng tá PVC cã cÊu t¹o theo lèi kÕt hîp “®Çu nèi ®Çu” [9]. V× trong PVC cã Cl nªn cÊu tróc thu ®­îc lµ hçn hîp c¶ 3 lo¹i: Syndiotactic. ~CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 = CH ~ Cl | | Cl Isotactic ~CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 - CH ~ | Cl | Cl | Cl ~CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH2 - CH ~ | Cl | Cl | Cl Cl | vµ atactic Ngoµi ra cßn cã mét sè m¹ch nh¸nh. Kho¶ng tõ 50 –100 m¾t xÝch c¬ b¶n cã mét nh¸nh. Phæ nhiÔu x¹ cña Fuller n¨m 1940 cho thÊy r»ng PVC th­¬ng m¹i th­êng lµ nh÷ng chÊt v« ®Þnh h×nh vµ cã mét l­îng nhá ë d¹ng tinh thÓ. 3.2. TÝnh chÊt c¬ lý. PVC lµ mét Polyme v« ®Þnh h×nh ë d¹ng bét cã mµu tr¾ng ®ôc tØ träng 1,4 ¸ 1,45 g/mc3 víi chØ sè khóc x¹ 1,544. PVC lµ nhùa nhiÖt dÎo cã tc = 800C kÐm bÒn nhiÖt, kÐm ®ång ®Òu vÒ träng l­îng ph©n tö, ®é trïng hîp cã thÓ tõ 100 ¸ 2000. §Ó cã vËt liÖu bÒn vµ co gi·n th× 70% c¸c phÇn tö Polyme ph¶i cã ®é trïng hîp 1000 trë lªn [7]. PVC bÞ l·o ho¸ nhanh chãng, do ®o slµm gi¶m tÝnh co gi·n vµ tÝnh chÊt c¬ häc. TÝnh chÊt ®iÖn cña s¶n phÈm PVC phô thuéc vµo qu¸ tr×nh tæng hîp. + H»ng sè ®iÖn m«i t¹i 100Hz vµ 300C lµ 3,41. + H»ng sè ®iÖn m«i t¹i 60Hz vµ 300C lµ 3,54. + HÖ sè c«ng suÊt t¹i hai thêi ®iÓm trªn lµ 3,51% vµ 2,5%. + C­êng ®é ®iÖn m«i 1080 V/mil + §iÖn trë suÊt 1015 W [8]. Víi c¸c gi¸ trÞ trªn cho thÊy tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn cña PVC kh¸ tèt. Tuy nhiªn cßn tuú thuéc nhiÒu vµo nhiÖt ®é ¸p suÊt . 3.3. TÝnh chÊt ho¸ häc. ë nhiÖt ®é th­êng PVC cã tÝnh æn ®Þnh ho¸ häc tèt, khi nhiÖt ®é t¨ng PVC kh«ng gi· ®­îc tÝnh æn ®Þnh ho¸ häc, vµ trong qu¸ tr×nh biÕn ®æi ho¸ häc ®Òu cã nguyªn tö Cl tham gia ph¶n øng vµ th­êng kÐo theo c¶ nguyªn tö Hydro ë C bªn c¹nh. - Ph¶n øng quan träng nhÊt cña PVC lµ ph¶n øng Clo ho¸ qu¸ tr×nh nµy cã thÓ thùc hiÖn trong m«i tr­êng h÷u c¬ nh­ CCl4 t¹i nhiÖt ®é võa ph¶i d­íi t¸c dông cña tia tö ngo¹i ph¶n øng còng cã thÓ thùc hiÖn trong huyÒn phï víi m«i tr­êng ph©n t¸ lµ d¹ng n­íc [5]. + Ph¶n øng khö HCl.. Cho dung dÞch PVC trong Tetsu hydrophusan t¸c dông víi kiÒm t¹o thµnh Polyen: - CH = CH – CH = CH. + Ph¶n øng ph©n huû nhiÖt. Khi ®un nãng PVC , HCl ®­îc t¸ch ra vµ xuÊt hiÖn nèi ®«i. ~ CH2 – CH – H2 – CH - - CH2 – CH – CH = CH – | | | Cl Cl Cl - HCl §é cøng cña PVC kh«ng biÕn d¹ng lµ do lùc gi÷a c¸c ph©n tö. ë nhiÖt ®é th­êng chÊt ho¸ dÎo hoµ tan cã h¹n, nh­ng ë nhiÖt ®é cao chóng dÏ trén hîp víi Polyme. V× khi ë nhiÖt ®é cao c¸c chÊt ho¸ dÎo míi dÔ dµng ®i s©u vµo gi÷a c¸c m¹ch khi va ch¹m cä x¸t chóng lµm yÕu lùc t­¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö v× vËy khi gia c«ng ng­êi ta dïng chÊt ho¸ dÎo vµ trén. Khi ®un nãng chuyÓn ®éng ph©n tö t¨ng, do ®ã lµm yÕu lùc c¸c ph©n tö vµ lµm mÒm Polyme [9]. + Nh÷ng chÊt ho¸ dÎo: - ChÊt Phtalat chiÕm 75% l­îng chÊt dÎo, ®ã lµ c¸c hîp chÊt nh­ DIOP, DEHP, DOP vµ este phatlat cña C7 Cyclo – alcohol. - Ngoµi ra cßn sö dông c¸c lo¹i ditridecylphtalat. - Este cña axit v« c¬ lauratphotphat ankylphotphat vµ arylankylphotphat. - C¸c chÊt selacate nh­ dibutylseclacate (DBS) vµ dioctyl sebacate (DOS) ®­îc sö dông ë nh÷ng n¬i cã nhiÖt ®é thÊp. - Este dùa trªn Trimellitic anhydrit nh­ trimellitales lµ chÊt ho¸ dÎo th«ng dông cã thÓ sö dông ë n¬i cã nhiÖt ®é cao, bÒn n­íc. 3.4. øng dông. Do nhùa PVC cã nhiÒu tÝnh chÊt quý gi¸ nh­ æn ®Þnh ho¸ häc ë nhiÖt ®é th­êng, bÒn thêi tiÕt, c¸ch ®iÖn, bÒn oxy ho¸ dÔ gia c«ng, gi¸ thµnh thÊp nªn ®­îc sö dông réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc. C¸c s¶n phÈm d©n dông ®­îc s¶n xuÊt tõ PVC nh­ dÐp nhùa, quÇn ¸p ®i m­a, vµi gi¶ da, th¶m tr¶i sµn nhµ, v¶i tr¸ng nhùa, ®å ch¬i trÎ em. øng dông trong x©y dùng, cÊp tho¸t n­íc: èng cÊp tho¸t n­íc khung cöa ra vµo, cöa sæ, m¸i nhµ, trÇn t­êng, èng b¶o vÖ c¸p th«ng tin vµ c¸c quang. øng dông trong giao th«ng vËn t¶i: Th¶m gi¶i sµn, trÇn v¸ch ng¨n vµ k._.hung cöa sæ. Ngoµi ra ng­êi ta cßn dïng PVC cøng vµ xèp cã thÓ dïng lµm vËt liÖu thay thÕ gç. - MÆc dï ®· cã nhiÒu chØ trÝch cña c¬ quan b¶o vÖ m«i tr­êng cho r»ng PVC khã ph©n huû vµ trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cã t¸ch c¸c chÊt kh«ng th©n thiÖn víi m«i tr­êng. Tuy nhiªn c¸c nhµ kinh tÕ cho r»ng møc ®é t¨ng tr­ëng PVC trªn quy m« toµn cÇu vÉn ®­îc duy tr× trong thêi gian tíi. Ch­¬ng 4. D©y chuyÒn s¶n xuÊt PVC b»ng ph­¬ng ph¸p huyÒn phï. 4.1. Quy c¸ch nguyªn liÖu vµ thµnh phÇn. 1. Monome vinyclorua dïng ®Ó trïng hîp ph¶i ë thÓ láng, b¶o «n ë nhiÖt ®é thÊp (nhá h¬n nhiÖt ®é s«i cña vinyclorua – 13,90 ± 1). 2. M«i tr­êng n­íc dïng ®Ó trén hîp víi VC vµ hoµ tan chÊt nhò ho¸ thuéc lo¹i n­íc ng­ng, hÕt søc tinh khiÕt. 3. ChÊt kh¬i mµo th­êng dïng: Peoxit benzoil (POB, chÊt r¾n mµu tr¾ng hay mµu vµng nh¹t, dÔ b¾t löa cã thÓ næ khi va ch¹m m¹nh, cä s¸t hay h¬ nãng, cã thÓ bèc ch¸y khi lÉn H2SO4, do ®ã cÇn b¶o qu¶n cÈn thËn. 4. ChÊt æn ®Þnh (keo b¶o vÖ) PVA thuéc hä Polyme v« ®Þnh h×nh, ®­îc chøa ®ùng trong c¸c bao v¶i hay bao gai. ChÊt æn ®Þnh ®­îc ®øa vµo 5% trong n­íc (dïng n­íc nãng 60 – 700C ®Ó pha chÕ). 5. NaOH dïng ®Ó xö lý kiÒm sau khi ®· trïng hîp xong. Xót cã thÓ dïng ë d¹ng r¾n hoÆc láng. Ngoµi c¸c thµnh phÇn trªn cßn sö dông: dung dÞch ®Öm, t¸c nh©n chèng t¹o bät, t¸c nh©n ®iÒu chØnh khèi l­îng ph©n tr… Sau khi ®· chuÈn bÞ xong nguyªn liÖu, tiÕn hµnh cho nguyªn liÖu vµo thiÕt bÞ ph¶n øng theo thø tù sau. N­íc cÊt, dung dÞch chÊt nhò ho¸, chÊt kh¬i mµo, chÊt ®Öm, vinylclorua. Ph¶n øng trïng hîp thùc hiÖn trong m«i tr­êng khÝ tr¬ v× vËy cÇn dïng khÝ N2 ®Ó ®uæi hÕt kh«ng khÝ ra. Qu¸ tr×nh trïng hîp huyÒn phï ®­îc tiÕn hµnh t­¬ng tù nh­ qu¸ tr×nh trïng hîp khèi. Tuy nhiªn mçi giät monome trong hÖ huyÒn phï ®­îc coi lµ nh÷ng thiÕt bÞ trïng hîp khèi cùc nhá. Sau khi vµo thiÕt bÞ ph¶n øng vinyclorua ë d¹ng láng ph©n t¸n trong n­íc nhê sù khuÊy trén m·nh liÖt t¹o ra c¸c giät kÝch th­íc nhá kho¶ng 30 - 40mm ®­îc æn ®Þnh bëi chÊt keo b¶o vÖ. Sau qu¸ tr×nh trïng hîp, dïng khÝ nÐn chuyÓn c¶ khèi ph¶n øng sang thiÕt bÞ xö lý kiÒm. Môc ®Ých cña giai ®o¹n xö lý kiÒm lµ ph©n huû c¸c gèc cña chÊt khëi ®Çu vµ chÊt nhò ho¸ (t¹o thµnh c¸c muèi natri dÔ hoµ tan trong n­íc) theo ph­¬ng tr×nh ph¶n øng sau: 2(C6H5COO)2 + 4 NaOH ® 4C6H5COONa + 2H2O + O2 [7] Sau khÝ lo¹i bá monome ch­a tham gia ph¶n øng cho qua thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, tiÕp tôc qua m¸y li t©m ®Ó röa cho ®Õn khi ph¶n øng trung hoµ. Bét PVC víi hµm Èm » 20% cho qua thiÕt bÞ sÊy tÇng s«i tíi khi hµm Èm nhá h¬n 0,3%. PVC thu ®­îc d­íi d¹ng bét ®­îc thu håi qua xiclon vµ qua thiÕt bÞ r© ®Ó lo¹i bá c¸c h¹tqu¸ to vµ sau ®ã ®­îc ®ãng bao. 4.2. ThiÕt bÞ chÝnh trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt. Nåi ph¶n øng víi dung tÝch 40 – 80mm3. Bªn trong nèi tr¸ng men ®Ó gi¶m l­îng Polyme b¸m vµo thµnh cña thiÕt bÞ, bªn ngoµi nåi cã mét líp vá ®Ó gia nhiÖt vµ lµm l¹nh, trong nåi ph¶n øng cã l¾p c¸nh khuÊy (th­êng c¸nh khuÊy ch©n vÞt) ®Ó ph©n t¸n monome trong m«i tr­êng ph©n t¸n. Ngoµi ra cßn c¸o c¸c van ®Ó cho nguyªn liÖu vµ th¸o s¶n phÈm. Sau khi ®· cho nguyªn liÖu vµo nåi ®­îc hµn kÝn l¹i vµ t¹o ch©n kh«ng 28in Hg. Khi ¸p suÊt trong nåi 0,7 Mpa qu¸ tr×nh ph¶n øng ph¸t triÓn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt duy tr× suèt qu¸ tr×nh ph¶n øng ph¸t triÓn m¹ch. Khi ¸p suÊt gi¶m th× nhiÖt ®é t¨ng [5]. Chó ý: Trong khi trïng hîp VC nÕu nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt trong nåi ph¶n øng t¨ng ®Ó h¹ ¸p suÊt xuèng, hoÆc cho VC tho¸t ra ë m¸y tô bät hay cho tho¸t ra ngoµi kh«ng khÝ [7]. 4.3. Thµnh phÇn nguyªn liÖu. a. M«i tr­êng ph©n t¸n. Víi tØ lÖ n­íc: monome b»ng 1.5 : 1 – 1.75 : 1 Khi tû lÖ lµ 1.75 : 1 th× cho ®é nhít cña hçn hîp thÊp. Th­êng sö dông tØ lÖ 1.5 : 1. N­íc cã vai trß nh­ pha liªn tôc ®Ó c¸c monome ph©n t¸n thµnh c¸c giät nhá cã kÝch th­ínc 5.10-6 – 10 . 10-6mm. Ngoµi ra nã cßn cã vai trß lµm m«i tr­êng truyÒn nhiÖt ®Ó tr¸nh x¶ ra hiÖn t­îng qu¸ nhiÖt côc bé. §ång thêi n­íc cßn cã vai trß hoµ tan keo b¶o vÖ. [8]. b. Keo b¶o vÖ. Trong qu¸ tr×nh trïng hîp huyÒn phï c¸c giät VC chuyÓn dÇn sang mét hÖ giät PVC/VCM cuèi cïng lµ h¹t PVC víi mét sè VC tù do. Theo nhiÒu t¸c gi¶ trong ®ã cã Snderson th× qu¸ tr×nh nµy cã thÓ ®­îc tr×nh b¶y s¬ l­îc nh­ sau: KÝch th­íc (mm) Møc ®é chuyÓn ho¸ % Giät VC 0 0 Monome ph©n t¸n 0,1 - 0,3 1 – 5 TËp hîp 1 – 3 3 – 10 H¹t Polyme 2 – 10 80 – 90 ChÊt keo b¶o vÖ bao bäc c¸c giät ®Ó ng¨n c¶n c¸c giät keo tô l¹i víi nhau. c. Dung dÞch ®Öm. Trïng hîp VC bao giê còng t¹o nªn mét l­îng nhá HCl ch­a kÓ mét sè chÊt khëi ®Çu ph©n huû ra c¸c s¶n phÈm phô cã tÝnh axit, ®iÒu nµy ¶nh h­ëng ®Õn tÝnh chÊt cña h¹t PVC t¹o thµnh víi mét l­îng nhá dung dÞch ®Ôm chòng cã thÓ ®iÒu chØnh ®é pH cña dung dÞch. Th­êng lµ c¸ muèi v« c¬ c¸c lo¹i NaOH Mg(OH)2, cacbonat, icacbonat, phèt ph¸t vµ axetat [5] d. ChÊt kh¬i mµo.sù lÆ chän ch¸t kh¬i mµo trong qu¸ tr×nh huyÒn phï VC rÊt quan träng do cã ¶nh h­ëng ®Õn gi¸ c¶ cña qu¸ tr×nh. ChÊt kh¬i cã vai trß t¹o ra c¸c gèc tù do ho¹t déng ®Ó kh¬i mµo qu¸ tr×nh trïng hîp. Mét nh©n tè kh¸c trong sù chän lùa chÊt kh¬i mµo ®ã lµ kh¶ n¨ng æn ®Þnh b¶o qu¶n. ChÊt kh¬i mµo kh«ng bÒn sÏ ph©n huû d­íi t¸c dông cña nhiÖt ®é. VÝ dô: Dibytyl peroxit dicacbonat cã thÓ b¶o qu¶n t¹i nhiÖt ®é m«i tr­êng trong khi ®ã lauryl peoxit chØ cã thÓ b¶o qu¶n ë nhiÖt ®é 300C. [8] Qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt lµ mét vÊn ®Ò mang tÝnh kinh tÕ trong s¶n xuÊt PVC sao cho thêi gian ph¶i ng¾n nhÊt. V× vËy chän lùa chÊt kh¬i mµo ®Ó thêi gian vµ nhiÖt ®é ph©n huû kh«ng qu¸ lín dÉn ®Õn tiÕt kiÖm n¨ng l­îng cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Sö dông hçn hîp cña mét sè chÊt kh¬i mµo th× tèc ®é ph©n huû sÏ nhanh h¬n s¬ víi khÝd mét sè chÊt kh¬i mµo t¹i mét nhiÖt ®é trïng hîp [8]. Do ®ã cã thÓ t¨ng tèc ®é cña ph¶n øng trïng hîp t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu, mµ t¹i thêi ®iÓm nµy tèc ®é ph¶n øng thÊp. 4.4. So s¸nh gi÷a c¸c ph­¬ng ph¸p. Ph­¬ng ph¸p trïng hîp dung dÞch ®Ó s¶n xuÊt PVC Ýt ®­îc sö dông do ®ßi hái mét l­îng dung m«i lín vµ cã ®é tinh khiÕt cao víi ph­¬ng ph¸p trïng hîp khèi th× s¶n l­îng kho¶ng 8% so víi tæng s¶n l­îng PVC. Thep ph­¬ng ph¸p nµy s¶n phÈm cã ®é s¹ch cao, d©y chuyÒn s¶n xuÊt ®¬n gi¶n. kh«ng cÇn bé ph©n läc röa, do ®ã kinh tÕ h¬n. Tuy nhiªn s¶n phÈm t¹o ë d¹ng khèi khã gia c«ng, ngoµi ra nã cßn ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng s¶n phÈm. Nªn Ýt ®­îc sö dông. Hai ph­¬ng ph¸p trïng hîp nhu t­¬ng vµ trïng hîp huyÒn phï vÉn ®­îc x©y dùng réng r·i (nh­ng ph­¬ng ph¸p huyÒn phï vÉn ®­îc sö dông nhiÒu h¬n) do cã ­u ®iÓm ®¸ng kÓ nh­ s¶n phÈm t¹o ra ë d¹ng h¹t, ®Ó gia c«ng, vËn tèc trïng hîp cao, nhiÖt ®é ph¶n øng thÊp vµ ®Æc biÖt kh«ng x¶y ra hiÖn t­îng qu¸ nhiÖt côc bé. Tuy nhiªn nh­îc ®iÓm lµ s¶n phÈm dÔ bÞ nhiÔm bÈn bëi chÊt æn ®Þnh vµ chÊt nhò ho¸ do ®ã cã c«ng ®o¹n röa vµ sÊy trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt. 4.5. D©y chuyÒn s¶n xuÊt PVC trong dung dÞch huyÒn phï. PHẦN THỨ BA: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1. Năng suất trong một ngày làm việc: Thời gian làm việc được xác định: Tổng số ngày trong năm: 365 ngày Trong đó những ngày thiết bị ngừng sản xuất là: - Số ngày nghỉ sửa chữa lớn: 15 ngày - Số ngày chủ nhật: 52 ngày - Số ngày lễ tết: 8 ngày - Tổng: 75 ngày Vậy số ngày làm việc trong một năm là: 365 – 75 = 290 ngày Năng suất của một ngày làm việc là: 1200 : 290 = 4,138 tấn/ngày Thời gian bố trí cho một mẻ sản xuất gồm: - Thời gian nạp liệu và hút chân không: 30 phút - Thời gian gia nhiệt cho nồi phản ứng (tõ 400C ®Õn 700C):30 phút ®Õn 1 giê - Phản ứng chính diễn ra trong thời gian: 18 giờ - Xử lý sản phẩm sau trùng hợp: 5 giờ Tổng: 24 giờ Bố trí một ngày làm việc 3 ca, mỗi ca 24 : 3 = 8 giờ 3.2. Tính cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm: Căn cứ theo đơn phối liệu sử dụng: VC 99,9% 100 phần khối lượng Nước 130 phần khối lượng Keo PVA 95% 0,15 phần khối lượng Chất khơi mào POB 96% 0,08 phần khối lượng Chất đệm H3PO4 89% 0,04 phần khối lượng A. Công đoạn trùng hợp 1. Tính lượng VC và chất khơi mào: Do độ ẩm trong nhựa là 0,3%, lượng PVC khô trong 1 tấn sản phẩm: Giả thiết rằng hiệu suất quá trình trùng hợp là 97%, do đó hao hụt sản phẩm trong toàn bộ quá trình 3% gồm: Giai đoạn sấy – đóng bao: 0,5% Giai đoạn ly tâm – rửa nhựa: 1% Hao hụt cña qu¸ tr×nh xö lý kiÒm 1% Giai đoạn chuẩn bị – lường: 0,5% Hao hụt của quá trình sấy – đóng bao: 0,5%, vậy lượng PVC trước khi sấy: Lượng PVC hao hụt do sấy: 1002 – 997 = 5 kg Hao hụt của quá trình ly tâm – rửa nhựa là 1%, lượng PVC trước khi ly tâm – rửa nhựa: 1002.101 = 1012 kg 100 Lượng PVC hao hụt do quá trình ly tâm – rửa nhựa là: 1012 – 1002 = 10 kg Hao hụt cña qu¸ tr×nh xö lý kiÒm 1% do ®ã l­îng PVC tr­íc khi xö lý kiÒm lµ: 1012.101 =1022,12 kg 100 Hao hụt cña qu¸ tr×nh xö lý kiÒm: 1022,12 – 1012 = 10,12 kg Coi từ giai đoạn trùng hợp sang giai đoạn xö lý kiÒm không xảy ra sự mất mát, lượng PVC trªn do VC vµ chÊt khëi ®Çu trïng hîp t¹o thµnh. Lượng PVC sau khi trùng hợp là: 1022,12 kg + Tính lượng VC cần dùng: Thành phần PVC do các tạp chất tham gia sau phản ứng là: 0,05% Lượng VC tham gia vào quá trình chuyển hoá: 1022,12.100 = 1022,07 kg 100,005 Lượng VC 99,9% tham gia vào quá trình chuyển hoá: 1022,07 . 100 = 1023,092 kg 99,9 Với hiệu suất trùng hợp 97%. Lượng VC ban đầu: 1023,092 . 100 = 1054,734 kg 97 Lượng VC 99,9% ch­a tham gia phản ứng: 1054,734 – 1023,092 = 31,642 Hao hụt do quá trình lường 0,5%. Lượng VC thực tế: 1054,734 . 100,5 = 1060.008 kg 100 Vậy lượng VC tổn hao: 1060.008 – 1054,734 = 5.274 kg + Tính lượng chất khởi đầu: Lượng chất khởi đầu POB 96% cần dùng theo đơn phối liệu là: 1054,734 . 0,08 = 0,844 kg 100 Với độ nguyên chất 96% thì lượng POB nguyên chất được đưa vào: 0,844 . 100 = 0,879 kg 96 Hao hụt do quá trình lường là 0,5%, vậy lượng POB cần dùng: 0,879 . 100 = 0,883 kg 99,5 Tổn hao POB 96%: 0,883 – 0,879 = 0,004 kg 2. Tính lượng chất ổn định huyền phù PVA: Lượng chất ổn định bằng 0,15% khối lượng VC: 1054,734 . 0,15 = 1,582 kg 100 Với độ nguyên chất 95%, lượng PVA được đưa vào: 1,582 . 100 = 1,665 kg 95 Hao hụt là 0,5%. Lượng PVA 95% cần dùng: 1,665 . 100,5 = 1,673 kg 100 Lượng PVA 95% tổn hao: 1,665 – 1,665 = 0,008 kg 3. Tính lượng chất điều chỉnh pH môi trường: Lượng chất điều chỉnh pH môi trường bằng 0,04% khối lượng VC: 1054,734 . 0,04 = 0,422 kg 100 Độ nguyên chất 89% thì lượng H3PO4 được đưa vào: 0,422 . 100 = 0,474 kg 89 Hao hụt của quá trình lường là 0,5%. Lượng H3PO4 cần dùng: 0,474 . 100,5 = 0,479 kg 99,5 Lượng H3PO4 89% tổn hao do quá trình lường: 0,479 – 0,474 = 0,005 kg 4. Tính lượng nước cất đã phản ứng: Lượng nước cất đã dùng để phản ứng theo tỷ lệ: VC/H2O = 1/1,3 Vậy lượng nước cất cần dùng là: 1054,734.1,3 = 1371,154 kg Hao hụt trong chuẩn bị và lường 0,5%. Lượng nước cất đã dùng là: 1371.154 . 99,5 = 1364,298 kg 100 Lượng nước tổn hao: 1371,154 – 1364.298 = 6,856 kg Lượng nước này bao gồm: - Nước cho trực tiếp vào nồi trùng hợp - Nước pha dung dịch chất khởi đầu - Nước pha dung dịch chất ổn định huyền phù Lượng nước pha chất khởi đầu để tạo dung dịch chất khởi đầu 30%: 0,873 . 70 = 2,037 kg 30 Lượng nước pha chất ổn định huyền phù để tạo dung dịch 5%: 1,673 . 95 = 31,787 kg 5 Lượng nước cất cho trực tiếp vào nồi là: 1364.298 – (2,037 + 31,787) = 1330.474 kg Từ các số liệu đã tính toán ở trên ta lập bảng cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm: Bảng 1: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm trong công đoạn trùng hợp (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao VC 99,9% 1060.008 31,642 5,274 POB 96% 0,883 0,879 0,004 PVA 95% 1,673 1,665 0,008 H3PO4 89% 0,479 0,474 0,005 Nước cất 1371,154 1364,298 6,856 PVC 0,000 1023,092 0,000 Tổng 2434.197 2422.05 12,147 B. Công đoạn xö lý kiÒm Môc ®Ých cña c«ng ®o¹n xö lý kiÒm lµ lµm ph©n hñy c¸c gèc cña chÊt kh¬i mµo vµ chÊt æn ®Þnh (t¹o thµnh lo¹i muèi natri ®Ó hßa tan vµo trong n­íc) ®Ó keo tô nhùa vµ t¨ng tÝnh chÊt æn ®Þnh ®èi víi nhiÖt cña nhùa. Qu¸ tr×nh xö lý kiÒm dïng dung dÞch NaOH 15% theo tû lÖ 600 lÝt/100 kg hçn hîp. §èi víi 1 tÊn s¶n phÈm cÇn ph¶i dïng lµ: 2422.05 . 600 = 14532.3 lÝt 100 Khèi l­îng riªng cña dung dÞch NaOH 15%: 1164 kg/cm3 = 1,164 kg/dm3 VËy khèi l­îng dung dÞch NaOH: 14532.3 . 1,164 = 16915.6 (kg) L­îng NaOH cÇn dïng ®Ó xö lý kiÒm lµ: 16915,6 . 15 = 2537,34 kg 100 L­îng n­íc cÇn dïng ®Ó pha dung dÞch NaOH 15%: 16915,6 – 2537,34 = 14378,26 kg Bảng 2: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm trong công đoạn xö lý kiÒm (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1364,298 1350.798 13,5 PVC 1023,092 1012,862 10,23 NaOH 2537,34 0 2537,34 N­íc pha dung dÞch 14378,26 0 14378,26 Tổng 19302.99 2363,66 16939,33 C. Công đoạn ly t©m vµ röa nhùa: TiÕn hµnh röa hèn hîp b»ng n­íc cÊt nãng 600C – 700C, ly t©m thËt s¹ch cho ®Õn khi ph¶n øng trung hßa. Röa 5 lÇn, mçi lÇn 250 l/400 kg hçn hîp. L­îng n­íc cÇn dïng cho 1 lÇn röa: 2363,66 . 250 = 1477.287 lÝt 400 L­îng n­íc cÇn ®Ó röa hçn hîp t­¬ng øng víi 1 tÊn s¶n phÈm lµ: 1477.287 . 5 = 7386,438 lÝt Sau khi ly t©m vµ röa nhùa, ®é Èm cña s¶n phÈm cßn 16%. L­îng n­íc cßn l¹i trong nhùa sau khi ly t©m – röa nhùa lµ: 1012,862 . 16 = 162,058 lÝt 100 Bảng 3: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm trong công đoạn ly t©m, röa nhùa (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1350.798 162,058 1188.74 Nước rửa nhựa 7386,438 0,000 7386,438 PVC 1012,862 1002,733 10,129 Tổng 9750.098 1164.791 8585.307 D. Công đoạn sấy và đóng bao: Sau qu¸ tr×nh sÊy, ®é Èm s¶n phÈm lµ 0,3%. Bảng 4: Cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm trong công đoạn sấy và đóng bao (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 162,058 2,300 159.758 PVC 1002,733 997,719 5,014 Tổng 1164.791 1000,19 164.772 3.3. Tính cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm: Sử dụng hệ thống 3 nồi trùng hợp nấu song song, thời gian của mỗi mẻ sản phẩm là 24 giờ. Năng suất 1 mẻ sản phẩm của một nồi: 1200 = 1,379 tÊn 290 . 3 A. Công đoạn trùng hợp: Bảng 5:Cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm trong công đoạn trùng hợp (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao VC 99,96% 1461,751 43,634 7,272 POB 96% 1,217 1,212 0,0055 PVA 95% 2,307 2,296 0,011 H3PO4 89% 0,660 0,654 0,006 Nước cất 1891,353 1881,354 9,999 PVC 0,000 1410,843 0,000 Tổng 3357,288 3339,993 17,295 B. Công đoạn xö lý kiÒm: Bảng 6: Cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm trong công đoạn xö lý kiÒm (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1881,366 1862,750 18,62 PVC 1410,843 1396,736 14,11 NaOH 3498,99 0,000 3498,99 N­íc pha dung dÞch 19827,620 0,000 19827,620 Tổng 26618,819 3259,486 23359,340 C. Công đoạn ly tâm – rửa nhựa: Bảng 7: Cân bằng vật chất cho 1 mÎ sản phÈm trong công đoạn ly tâm – rửa nhựa (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1862,750 223,478 1639,272 Nước rửa nhựa 10185,898 0,000 10185,898 PVC 1396,736 1382,768 13,967 Tổng 13445,384 1606,246 11839,138 D. Công đoạn sấy và đóng bao: Bảng 8: Cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm trong công đoạn sấy và đóng bao (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 223,477 3,172 220,306 PVC 1382,768 1375,854 6,914 Tổng 1606,246 1379,026 227,220 3.4. Tính cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất: Sö dông hÖ thèng 3 nåi trung hîp nÊu song song, thêi gian cña mçi mÎ s¶n phÈm lµ 24 giê. VËy n¨ng suÊt 1 ngµy b»ng 3 lÇn n¨ng suÊt 1 mÎ. L­îng tieu hao nguyªn liÖu trong ngµy b»ng 3 lÇn l­îng tiªu hao nguyªn liÖu 1 mÎ s¶n phÈm. A. Công đoạn trùng hợp: Bảng 9:Cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất trong công đoạn trùng hợp (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao VC 99,9% 4385,253 130,902 21,816 POB 96% 3,651 3,636 0,015 PVA 95% 6,921 6,888 0,033 H3PO4 89 % 1,980 1,962 0,018 Nước cất 5674,056 5644,062 29,997 PVC 0,000 4232,529 0,000 Tổng 10071,864 10019,979 51,558 B. Công đoạn xö lý kiÒm: Bảng 10: Cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất trong công đoạn xö lý kiÒm (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 5644,098 5588,250 55,86 PVC 4232,529 4190,208 42,33 NaOH 10496,97 0,000 10496,97 N­íc pha dung dÞch 59482,86 0,000 59482,86 Tổng 79856,457 9778,458 70078,02 C. Công đoạn ly t©m vµ röa nhùa: Bảng 11: Cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất trong công đoạn ly t©m – röa nhùa (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 5588,25 670,434 4917,816 Nước rửa nhựa 30557,694 0,000 30557,694 PVC 4190,208 4148,304 41,901 Tổng 40366,155 4818,738 35517,411 D. Công đoạn sấy và đóng bao: Bảng 12: Cân bằng vật chất cho 1 ngày sản xuất trong công đoạn sấy và đóng bao (kg): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 670,431 9,516 660,918 PVC 4148,304 4127,562 20,742 Tổng 4818,738 4137,078 681,66 3.5. Tính cân bằng vật chất cho một năm sản xuất: Năng suất làm việc trong 1 năm của hệ thống là 1200 tấn. Vậy ta có các bảng cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất trong các công đoạn khác nhau là: A. Công đoạn trùng hợp: Bảng 13: Cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất trong công đoạn trùng hợp (tấn): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao VC 99,9% 1272,010 37,97 6,328 POB 96% 1,056 1,055 0,0048 PVA 95% 2,008 1,998 0,108 H3PO4 89% 0,574 0,568 0,006 Nước cất 1645,384 1637,157 8,227 PVC 0,000 1227,710 0,000 Tổng 2921,036 2906,460 14,576 B. Công đoạn xö lý kiÒm: Bảng 14: Cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất trong công đoạn xö lý kiÒm (tấn): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1637,157 1620,957 16,2 PVC 1227,710 1215,434 12,28 NaOH 3044,808 0,000 3044,808 N­íc pha dung dÞch NaOH 17253,912 0,000 17253,912 Tổng 23163,588 2836,39 20327,196 C. Công đoạn ly tâm – rửa nhựa: Bảng 15: Cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất trong công đoạn ly tâm – rửa nhựa (tấn): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 1620,957 194,469 1426,488 Nước rửa nhựa 8863,725 0,000 8863,725 PVC 1215,391 1203,279 12,154 Tổng 11708,117 1397,749 10302,368 D. Công đoạn sấy và đóng bao: Bảng 16: Cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất trong công đoạn sấy và đóng bao (tấn): Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nước cất 194,469 2,768 191,709 PVC 1203,279 1197,262 6,016 Tổng 1397,749 1200,228 197,726 Bảng 17: Tiêu hao nguyên liệu với năng suất 1200 tấn/năm: Tên nguyên liệu 1 tấn (kg) 1 mẻ (kg) 1 ngày (kg) 1 năm (tấn) VC 99,9% 1060,008 1461,751 4385,253 1272,010 POB 96% 0,883 1,217 3,612 1,056 PVA 95% 1,673 2,307 6,921 2,008 H3PO4 89% 0,479 0,660 1,980 0,574 Nước cất 1371,154 1891,353 5674,056 1645,384 PVC 0,000 0,000 0,000 0,000 Tổng 2434,197 5791,485 10071,864 2921,036 PHẦN THỨ TƯ: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 1. Thiết bị chính Thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất PVC là thiết bị trùng hợp. Cấu tạo từ thân hình trụ, đáy và nắp hình elip, có vỏ bọc để gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa hoặc làm lạnh bằng nước lạnh. Nồi được trang bị cánh khuấy chân vịt để khuấy trộn hỗn hợp phản ứng với vận tốc 500 vòng/phút. Trên nắp có cửa làm vệ sinh, các đầu ống dẫn, kính quan sát, đầu ống lắp nhiệt kế và áp kế. Dưới đáy nồi có lắp van tháo sản phẩm. Bền ngoài cùng của nồi có lớp vỏ bọc cách nhiệt (bảo ôn) bằng bông thủy tinh. Nồi được đỡ bằng 4 tai hàn vào thân nồi. Vật liệu chế tạo thân nồi và các chi tiết bằng thép không gỉ loại 0X21H6M2T. Thể tích nguyên liệu vào nồi trong 1 mẻ: Trong đó: : Khối lượng của các cấu tử (kg) : Khối lượng riêng của các cấu tử (kg/m3) ρi (kg/m3) Gi (kg)  VC 970 1461,75  H2O 1000 1891,353  POB 973 1,217  PVA 973 2,307  H3PO4 1836 0,66 = 1,51 + 1,89 + 0,00122 + 0,00237 + 0,00053 = 3,404 m3 Dùng nồi với hệ số đầy η = 0,7 thì thể tích nồi cần thiết kế là: Chọn Quy chuẩn theo TOCT13372-67 Các kích thước nồi phản ứng Dt = 1800mm Hhình trụ = 1400mm htoàn bộ = 2380mm a. Đường kính thiết bị Thể tích thiết bị gồm các phần: Trong đó: Thể tích nắp Thể tích đáy Thể tích thân hình trụ Đáy và nắp để đơn giản có thể coi như 2 chỏm cầu, xem thể tích của chúng bằng nhau: Thân nồi là hình trụ: [15] R: Bán kính đáy: [16] Thể tích đáy (thể tích chỏm cầu): Thay vào ta có: Với thiết bị thẳng đứng chọn . Vậy ta chọn c. Chiều dày thiết bị Sử dụng loại thép không gỉ loại 0X21H6M2T với [10 – 310] để làm vật liệu gia công nồi. Chiều dày thân hình trụ chịu áp suất làm việc bên trong là 8 at (~ 8.105 N/m2)(áp suất làm việc lớn nhất trong quá trình trùng hợp PVC) Áp dụng công thức: , m [10 – 360] Trong đó: Dt: Đường kính trong của nồi (m) φ : Hệ số bền của thành hình trụ heo phương dọc φ = 0,95 [10 - 362] P : Áp suất tính toán trong thiết bị (N/m2) [σ]: Ứng suất cho phép theo giới hạn bền (hay giới hạn chảy) + Tính ứng suất cho phép: Ứng suất cho phép theo giới hạn bền được xác định theo công thức: [10 – 355] Với Hệ số an toàn bền nk = 2,6 [10 – 356] Hệ số điều chỉnh η = 1 [10 – 356] Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy xác định theo công thức: [10 – 355] Với nt = 1,5 Suy ra [σc] = 200.106 N/m2 Trong hai giá trị, lấy giá trị nhỏ hơn để tính toán [σ] = [σc] = 200.106 N/m2 + Tính P: Vì môi trường làm việc trong thiết bị là hỗn hợp hơi – lỏng nên áp suất làm việc bằng tổng áp suất Pm và áp suất thủy tĩnh (PH = ) của cột chất lỏng: N/m2 [10 – 360] Trong đó: Pm : Áp suất môi trường làm việc lớn nhất trong quá trình làm việc, N/m2 Pm = 8 at = 8.105 N/m2 g : Gia tốc trọng trường H : Chiều cao lớn nhất của cột chất lỏng, H = 1 m ρ : Khối lượng riêng của hỗn hợp, kg/m3, được tính theo công thức: [11 – 5] với ai : Nồng độ phần khối lượng của các cấu tử trong hỗn hợp; ρi : Khối lượng riêng của các cấu tử trong hỗn hợp. Ta tính được: Vậy: = 987,25 kg/m3 P = Pm + gH = 8,097.105 N/m2 Do Nên bỏ qua P ở mẫu số, ta có chiều dày thân hình trụ: C : Hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai âm về chiều dày. Lấy C1 = 0,001 m C2 = 0 C3 = 0,001 m S = 3,84.10-3 + 2.10-3 = 5,84.10-3 m Quy chuẩn S = 6 mm [10 – 364] Kiểm tra lại khả năng chịu áp suất ta kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bởi công thức: , N/m2 [10 – 365] Áp suất thử tính toán Po được xác định theo công thức: Pth : Áp suất thử thủy lực tính theo [10 – 358]  Pth = 1,5P = 12,146.105 N/m2 P1 : Áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thiết bị ρ : Khối lượng riêng của nước ρ = 1000 kg/m3 H : Chiều cao cực đại của cột chất lỏng H = h = 2,25 m P1 = 0,218.105 N/m2 Po = 12,146.105 + 0,225.105 = 12,37.105 N/m2 Cùng với Dt = 1,8 m; S – C = 0,006 m; φ = 0,95; σc = 300.106 N/m2 Thay vào biểu thức ta có: σ = 195,96.106 N/m2 Vì nên điều kiện không thỏa mãn. Ta chọn lại chiều dày thân thiết bị lấy S = 6 + 2 = 8 mm. Sau đó lại kiểm tra lại khả năng chịu áp suất theo công thức trên: , N/m2 [10 – 365] Trong đó: Các số liệu khác vẫn giữ nguyên, chỉ có: S – C = 0,006 mm Thay vào công thức trên ta tính được: σ = 192,41.106 N/m2 < Vậy ta chọn chiều dày thân thiết bị là 8 mm. + Chiều dày đáy thiết bị: Chiều dày đáy lấy bằng chiều dày thân nếu điều kiện thử sau được thỏa mãn: Trong đó: hb : Chiều cao phần lồi của đáy, m; φh : Hệ số bền của mối hàn hướng tâm; k : Hệ số không thứ nguyên; Với Dt = 1,8 m; hb = 0,45; φh = 0,95; S – C = 0,006 m; Po = 12,37.105 N/m2; k = 1. Do đó: σ = 205,6.105 N/m2 < Vậy điều kiện thử thoả mãn nên: Sd = S = 8 mm Căn cứ vào các số liệu: Dt = 1800 mm hb = 450 mm h = 25 mm Tra bảng XIII.10 trong [10 – 382] ta có: Bề mặt trong của đáy: F = 3,65 m2 Thể tích: V = 827.10-3 m3 Tra bảng XIII.11 trong [10 – 384] ta được: Khối lượng của đáy elip: m = 283 kg d. Vỏ bọc nồi phản ứng Vỏ bọc nồi phản ứng được chế tạo bằng thép CT3 bằng cách hàn dọc thân. Tra bảng 17.1 tại [12 – 486] ta có các thông số sau về vỏ bọc: T5 e. Chiều dày lớp bảo ôn Lớp bảo ôn có tác dụng làm giảm bớt sự truyền nhiệt ra ngoài môi trường từ bề mặt thiết bị phản ứng. Do vậy, nó có tác dụng làm giảm nhiệt mất mát ra ngoài và làm giảm lượng hơi nước cần thiết để đun nóng thiết bị. Ở đây, ta sử dụng bông thủy tinh làm lớp vỏ bảo ôn với thông số ρ = 200 kg/m3; λc = 0,125 W/m.độ [11 – 148] Trong đó: t1 : Nhiệt độ của chất tải nhiệt. : Nhiệt độ bề mặt lớp bảo ôn giáp với không khí. St : Chiều dày của tấm thép. Sbo : Chiều dày lớp bảo ôn. : Hệ số truyền nhiệt của thép. : Hệ số truyền nhiệt của lớp bảo ôn. Ta coi quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt ra môi trường là truyền nhiệt đẳng nhiệt và ổn định. Như vậy nhiệt tải riêng đến thành thiết bị (q1), nhiệt tải riêng do dẫn nhiệt qua thành (q3), và nhiệt tải riêng do bức xạ từ thành thiết bị vào không khí (q3) sẽ bằng nhau: q1 = q2 = q3 [13 – 214] Quèc TuÊn – T¹p chÝ Ta có: q1 = α1.Δt1 [13 – 214] Với α1 : Hệ số cấp nhiệt của hơi nước đun nóng (W/m2.độ). Δt1: Hiệu số giữa nhiệt độ của hơi nước và thành trong thiết bị (°C). Δt2: Chênh lệch nhiệt giữa thành trong và thành ngoài. Σr : Tổng nhiệt trở thành. Ta có: (W/m2) [13 – 212] Trong đó: rc: Nhiệt trở cặn. Sbo, St : Chiều dày lớp bảo ôn, lớp thép. Nhiệt tải riêng về phía không khí: Trong đó: αk: Hệ số cấp nhiệt về phía không khí. [10] Do Vậy chiều dày lớp bảo ôn: Chọn vật liệu bảo ôn là bông thuỷ tinh bên ngoài bọc lớp vải thuỷ tinh có: W/m.độ Hệ số dẫn nhiệt của thép làm vỏ áo CT3 là: λt = 50,2 W/m.độ Ở đây, ta dùng hơi nước bão hoà ở 2 at. Do đó = 119,6°C [11– 378] Nhiệt độ môi trường: t2 = 25 °C. Giả thiết nhiệt độ mặt ngoài của lớp bảo ôn là: °C Bề dày của vỏ áo: Tính α1 : Tra các thông số của hơi nước bão hoà: Khối lượng riêng: ρ = 1,107 kg/m3 [11 – 377] Hệ số dẫn nhiệt: λ = 2,59.10-2W/m.độ [11 – 133] Nhiệt dung riêng: Cp = 2,1.103 kJ/kg.độ [11 – 196] Độ nhớt: μ = 133.10-7 Ns/m2 [11 – 140] Khi ®un nãng h¬i n­íc chuyÓn ®éng trong kho¶ng kh«ng gian gi÷a vá ¸o vµ th©n thiÕt bÞ (thiÕt diÖn cña kho¶ng kh«ng gian h×nh vµnh kh¨n) ChuÈn sè Nu ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc Nu = 0,23 Re0,8Pr0,4(dtn/dnt)0,45 [14 – 223] dtn: ®­êng kÝnh trong cña èng ngoµi. dtn: ®­êng kÝnh ngoµi cña èng trong. dtn = 1,861 m; dnt = 2,0m [14 – 35] : vËn tèc h¬i n­íc ( lÊy = 25 m/s) Re = 3,512.105 [14 – 218] Thay sè (W/m2.®é) ChiÒu dÇy líp b¶o «n g. Mặt bích, bu lông và chọn đệm Bích liền được chế tạo bằng thép CT3 có khối lượng riêng ρ = 7850 kg/m3 Từ đường kính ngoài nồi tra bảng số liệu tại [10 – 424] ta có bảng sau: Dt Kích thước nối Kiểu bích D Db D1 D0 Bu lông 1 db Z h mm cái mm 1800 2010 1940 1890 1845 M36 48 43 Trong đó: D: Đường kính ngoài của bích. Db: Đường kính đến tâm bulông. Dn: Đường kính ngoài thiết bị. Dt: Đường kính trong thiết bị. Dl: Đường kính tính đến giữa mép gờ. M30: Đường kính bulông. Z: Số bulông. + Chọn đệm: Đệm được chọn theo bảng XIII.31 [10 – 433] dựa theo đường kính trong của thiết bị. Dy D1 D2 D3 D4 D5 h Mm 1800 2010 1854 1856 1830 1828 43 h. Công suất của mô tơ - cánh khuấy Chọn cánh khuấy chân vịt số vòng quay 500 v/p, đường kính cánh khuấy bằng 0,25 đường kính thiết bị. Khi mở máy cần có công suất để thắng lực ma sát của cánh khuấy với chất lỏng, lực quán tính (lực ỳ của chất lỏng từ trạng thái đứng yên sang trạng thái chuyển động). Do đó công suất của động cơ để mở máy là: NM = NY + NS [11 – 198] Trong đó: NM – công suất mở máy, W NY – công suất tiêu tốn để khắc phục lực ỳ, W NS – công suất tiêu tốn để khắc phục lực ma sát, W NY = K.ρ.n3.d5 Ns = Np = K.ξ.ρ.n3.d5 [11 – 198] Trong đó: K = 3,87.a a – tỉ số của chiều cao và đường kính mái chèo. n – số vòng quay của cánh khuấy, vòng/phút d – đường kính cánh khuấy, m Np – công suất làm việc, W ρ – khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3 μ – độ nhớt của chất lỏng, Ns/m2) Từ hai công thức trên ta rút ra được: NM = Np.(K + ξM )/ξM , W ξM – là hằng số tìm bằng thực nghiệm, phụ thuộc vào hình dáng cánh khuấy, thùng khuấy và chuẩn số ReM. Trong đó chuẩn số ReM trong trường hợp khuấy tính bằng: ReM = ρ.n.d2/μ Tính Np: Np = K.ξ.ρ.n3.d5 , W n = 500 v/p = 8,33 v/s d = 0,566 m ρ = 984,20 kg/m3 K.ξ = ξM = f(ReM) Tính μ: Áp dụng công thức: lg(μ) = ∑xi.lgμi [11 – 93] Trong đó: μi – Độ nhớt động lực của các cấu tử thành phần, xi – Nồng độ phần mol của các cấu tử trong hỗn hợp, xi = ai – Nồng độ phần khối lượng của từng cấu tử, Mi – Khối lượng phân tử của từng cấu tử, Do khối lượng chất nhũ hoá, chất khởi đầu có khối lượng không đáng kể có thể bỏ qua. Do đó: xVC = xH2O = 1 – 0,181 = 0,82 lg(μ) = 0,18.lg(0,432.10-3) + 0,84.lg(1,005.10-3) = – 3,064 μ = 0,860.10-3 Ns/m Tính ReM: ReM = ρ.n.d2/μ = 984,20.8,33.0,62/0,8611.10-3 = 3,424.106 > 104 Do đó chế độ chảy của chất lỏng trong thiết bị khuấy là chế độ chảy xoáy, khi ReM > 50 thì ξM = 0,845.ReM-0,05 = 0,398. Vậy EU = f(ReM) = 0,403 Nm = 17,87 kW. C«ng suÊt tiªu tèn cho qu¸ tr×nh lµm viÖc (c«ng suÊt m« t¬ c¸nh khuÊy: 17,87 kW). C«ng suÊt më m¸y Nc = Ng + Nm = 3 Nm = 51,61 kW. C«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn N®c = Nc / : hiÖu suÊt (kh¶ n¨ng truyÒn lùc tõ ®éng c¬ sang c¸nh khuÊy) chän = 0,65 N®c = 82,5 kW i. Chọn cánh khuấy Ta chọn cánh khuấy chân vịt có d = 0,25¸0,33D Chọn d = 0,33D, tra bảng 31.12 trong [14 – 719] ta có các thông số của cánh khuấy như sau: dm d dc h bx d + t1 s0 s10 m mm kg 600 100 155 130 28 110,4 13,5 5,5 25 k. Chọn tai treo Tai treo được chọn theo khối lượng của thiết bị chính do đó để chọn được tai treo ta cần phải tính được khối lượng của thiết bị chính. Tải trọng cực đại là tải trọng khi thử thuỷ lực (tải trọng khi đổ đầy nước). Gtbcmax = Gthân + Gđáy + Gnắp + Gbích + Gvỏ + Gbảo ôn + GH2O + Gkhác + Tính khối lượng thân thiết bị: Gthân = Vthân.ρthân = π.h.(Rn2 – Rt2).ρ = 3,14.1,8.( 1,0082 – 1,02 ).7700 = 699 kg + Tính khối lượng đáy và nắp. Gđáy + Gnắp = 2.283= 566 kg + Tính khối lượn._.