Đồ án Thiết kế một phân xưởng sản xuất Polystyren với sản lượng 1000 tấn / năm

MỤC LỤC

PHẦN I : MỞ ĐẦU

PHẦN II : LÝ THUYẾT CHUNG

2.1.TỔNG HỢP MONOME

· NGUYÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT POLYSTYREN

· XÚC TÁC TỔNG HỢP MONOME

· Tớnh chất vật lý của Polystyren

2.2.Lý thuyết trùng hợp nhựa PolyStyren.

2.2.1.Trùng hợp gốc.

Cơ chế của quá trình trùng hợp gốc.

Các yếu tố ảnh hưởng đến trùng hợp gốc.

2.2.2.Trùng hợp ion.

Trùng hợp cation.

TRùng hợp anion.

Các yếu tố ảnh hưởng đến trùng hợp ion.

2.3.Các phương pháp trùng hợp nhựa PS.

Trùng hợp khối.

Trùng hợp dung dịch .

Trùng hợp huyền phù.

Trùng hợp nhũ tương.

Đơn phối liệu cho công nghệ trùng hợp nhũ tương.

Cơ chế của quá trình trùng hợp.

Các yếu tố ảnh hưởng đến trùng hợp nhũ tương.

Ưu nhược điểm của phương pháp.

Tính chất và ứng dụng của của sản phẩm.

2.3.SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

2.4.TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA NHỰA POLYSTYREN

2.5.ỨNG DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG SẢN PHẨM

SẢN PHẨM ĐÚC ÉP DƯỚI ÁP SUẤT

SẢN PHẨM ÉP ĐÙN

SẢN XUẤT PS BỌT

 

PHẦN III:TÍNH TOÁN KỸ THUẬT.

3.1.Tính toán kích thước thiết bị chính.

Tính cân bằng vật chất.

Tính kích thước thiết bị phản ứng.

Tính các ống dẫn nguyên liệu vào nồi phản ứng.

Cánh khuấy.

Tính tai treo.

Tính cân bằng nhiệt lượng.

3.2.Tính bơm vận chuyển.

3.3.Tính toán thiết bị sấy.

3.4.Tính toán thiết bị lọc ly tâm.

3.5.Tính các thùng lường nước, chất nhũ hoá, xà phòng dầu ve.

PHẦN IV: PHẦN XÂY DỰNG

4.1: Lời nói đầu.

4.2.Xác định địa điểm xây dựng.

Yêu cầu chung.

Yêu cầu khu đất

4.3.Thiết kế tổng mặt bằng.

Yêu cầu chung

Nguyên tắc phân vùng.

Ưu nhược điểm của phương pháp.

4.4.Căn cứ để thiết kế phân xưởng.

 

 

 

doc71 trang | Chia sẻ: netpro | Lượt xem: 2671 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế một phân xưởng sản xuất Polystyren với sản lượng 1000 tấn / năm, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hi mức độ chuyển hoá cao thì dung dịch càng nhớt do đó nhiệt khó thoát khỏi khối phản ứng do đó để tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ gây gãy mạch, chuyển mạch … Người ta dùng phương pháp trùng hợp qua 2 giai đoạn Trùng hợp dung dịch Thành phần dung dịch Monome Dung môi Chất khởi đầu Dung môi có vai trò giải toả năng lượng nhiệt sinh ra trong quá trình phản ứng trùng hợp làm giảm hiện tượng quá nhiệt gây đứt mạch, chuyển mạch. Đặc điểm của trùng hợp dung dịch Tốc độ phản ứng chậm hơn so với trùng hợp khối, Polyme tạo thành có trọng lượng phân tử thấp hơn. Trọng lượng phân tử của polyme phụ thuộc vào loạI dung môi, nhiệt độ hay nói cách khác phụ thuộc vào điều kiện trùng hợp. Với các loại dung môi khác nhau như benzen,xylen,toluen … hằng số chuyển mạch khác nhau rõ rệt mặc dù tốc độ phát triển mạch gần bằng nhau. Polyme được lấy ra bằng cách thêm chất kết tụ polyme ( chỉ hoà tan monome không hoà tan polyme ) chúng là cacbua hydro của dầu mỏ, rượu metylic, etylic. Tách P.S ra khỏi dung dịch còn áp dụng phương pháp chưng cất dung môi dưới chân không hay chưng bằng hơi nước trực tiếp. Trùng hợp huyền phù Hỗn hợp phản ứng : Styren Chất khởi đầu Môi trường phân tán là nước - Trong nồi phản ứng có lắp cánh khuấy, vỏ bọc ngoài để đun nóng hoặc làm lạnh và thiết bị làm lạnh kèm theo. -Cần khống chế nhiệt độ trong nồi phản ứng chặt chẽ để giảm hiện tượng đứt mạch, chuyển mạch ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm. -Lọc sản phẩm, rửa nước và chuyển đến máy quay ly tâm để tách hết nước đi -Sấy polyme trên băng chuyền chấn động gặp dòng không khí nóng hay sấy trong thiết bị kiểu thùng quay. -Sản phẩm sấy xong trộn với chất màu trong thiết bị làm bằng thép không gỉ rồi đóng vào bao bì. Các giai đoạn của quá trình trùng hợp -Hiệu suất chuyển hoá trên 99,5%. -Giai đoạn đầu độ nhớt không cao nhờ sự khuyâý trộn monome không tan trong môi trường nước được phân bố thành những giọt nhỏ kích thước 5-10mm. -Chất khởi đầu tan trong monome. -Phản ứng trùng hợp xảy ra trong các giọt monome . Môi trường phân tán là nước để giải toả năng lượng nhiệt sinh ra trong quá trình trùng hợp. SL hạt tốc độ lớn nhỏ d(mm) - Tuỳ thuộc vào tốc độ khuấy mà kích thước các hạt cũng khác nhau. -Sản phẩm phản ứng dưới dạng hạt nhỏ do đó để thu được polyme tạo thành người ta phải loại nước và rửa chất khởi đầu. Khi đó các giọt dễ có khả năng keo tụ với nhau do đó người ta phải bổ xung thêm chất ổn định vào chúng là rượu polyvinylic. - Các phân tử polvinylic sẽ bao phủ bên ngoài các giọt polyme không cho chúng keo tụ với nhau. polyme PVR H2O Đặc điểm của trùng hợp huyền phù -Dễ điều chỉnh nhiệt độ -Khoảng nhiệt độ trùng hẹp, cho polyme có khối lượng phân tử phân bố đồng đều. -Dễ điều khiển hàm lượng monome dư bằng hệ xúc tác và nhiệt độ thấp . -Cho sản phẩm chịu được nhiệt độ cao. Trùng hợp nhũ tương Hỗn hợp phản ứng gồm có : Styren 30-60% so với nước Chất khởi đầu pesunphat kali. Môi trường phân tán là nước. Chất nhũ hoá 1-5 % so với khối lượng monome Muối đệm ổn định pH. Phương pháp tổng hợp Liên tục hay gián đoạn nhưng phương pháp gián đoạn phổ biển rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Quá trình trùng hợp qua các giai đoạn sau: +Khử chất hãm khỏi Styren +Trùng hợp Styren +Kết tụ polyme +Tách nước bẩn và rửa polyme +Chưng ly tâm +Sấy +Nghiền nhỏ, sấy khô và đóng bao Chất nhũ hoá là muối của axit béo : xà phòng hoặc các sulfoaxit . Chất nhũ hoá có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha làm cho monome dễ dàng phân tán trong môi trường nước. Xµ phßng dÇu ve cã c«ng thøc nh­ sau: Chất nhũ hoá có hai phần : phần ưa nước và phần kỵ nước. Ưa nước kỵ nước Chất nhũ hoá được hấp phụ trên bề mặt nhũ tương , một phần nhỏ hoà tan trong nước còn lại kết hợp với nhau tạo thành các Mixel. Các Mixel dạng tấm hoặc cầu. dạng tấm dạng cầu Phần lớn các Mixel tồn tại ở dạng giọt có kích thước 1-10m , nồng độ 1010-1011 /ml. ChÊt khëi ®Çu pesunphatkali cã c«ng thøc nh­ sau: ChÊt khëi ®Çu ph©n ly thµnh c¸c gèc tù do nh­ sau: Quá trình phản ứng như sau : -Monome ít tan trong nước , nó tan trong phần hữu cơ của Mixel -Chất khởi đầu tan trong n­íc phân ly thành các gốc tự do khuyếch tán vào bên trong các Mixel gọi là các Mixel hoạt động. -Vì kích thước của mixel nhỏ, nồng độ lớn do đó bề mặt riêng của Mixel rất lớn do đó nó khuyếch tán monome vào bên trong bắt đầu quá trình trùng hợp. M M M M Pha liªn tôc th­êng lµ n­íc vµ nh÷ng giät con lµ nh÷ng h¹t keo cã kÝch th­íc rÊt nhá h¬n 1mm. C¸c h¹t huyÒn phï ®Æc gäi lµ Latex.§èi lËp víi ph­¬ng ph¸p trïng hîp huyÒn phï hÖ nhò t­¬ng cã xu h­íng tù æn ®Þnh nhiÖt ®éng häc vµ cã kh¶ n¨ng kh«ng ®«ng tô khi khuy©ý trén. C¸c s¶n phÈm th­¬ng m¹i lµ c¬ së cña hÖ nhò t­¬ng dÇu trong n­íc nh­ng hÖ nhò t­¬ng n­íc trong dÇu còng cã thÓ t¹o thµnh monome hydrophtalic nh­ axit acrlic vµ acrylamin. HÖ nhò t­¬ng yªu cÇu sè l­îng cña phô gia trong pha n­íc vµ pha monome,chÊt ®iÒu chØnh pH,chÊt nhò ho¸ chóng cã thÓ ®­îc gäi lµ nh÷ng Latex tr­¬ng trong phô gia hoÆc dung m«i kh¸c. HÖ nhò t­¬ng chÊt khëi ®Çu tan trong n­íc nhiªï h¬n monome.HÖ thèng th­êng sö dông c¸nh khuÊy ®Ó ph©n t¸n lµ tèt nhÊt, thay ®æi thµnh phÇn trong suèt qu¸ tr×nh ph¶n øng(thªm monome lµ mét vÝ dô) vµ qu¸ tr×nh trïng hîp sÏ ¶nh h­ëng ®Õn tÝnh chÊt vµ ®Æc ®iÓm cña Latex. KÝch th­íc cña giät monome th­êng trong kho¶ng 1000-10000 nm,trong khi ®ã giät polyme ®­îc h×nh thµnh cã kÝch th­íc 100-400 nm.KÝch th­íc nµy thay ®æi kh¸ réng nã m« t¶ sù thay ®æi tØ träng cña monome vµ polyme.Sù t­¬ng ph¶n víi trïng hîp huyÒn phï,nhò t­¬ng lµ sù kh«ng ®¬n gi¶n cña trïng bªn trong giät monome. Harkin(1947,1950) ph¸t triÓn thuyÕt trïng hîp nhò t­¬ng hiÖn ®¹i cña Styren vµ Butadien trong c¬ chÕ cña chóng cña chóng gåm 3 bËc sau. BËc thø nhÊt lµ sù t¹o thµnh mÇm kÕt tinh polyme. BËc thø hai lµ giät monome c¹n kiÖt. BËc thø ba lµ sù chuyÓn ho¸ ë møc cao. BËc 1:Monome ®­îc thªm vµo n­íc chøa chÊt ho¹t ®éng,dung dÞch ®Öm,chÊt khëi ®Çu.Sù khuÊy trén th­êng ®­îc sö dông ®Ó lµm t¨ng diÖn tÝch bÒ mÆt cho phÐp hÖ thèng chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt lµm giät monome ph©n bè nh÷ng giät cã kÝch th­íc 1-10mm. HÖ thèng chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt th­êng tù nã ph¶i giíi h¹n trong Mixel ®Ó æn tõng bËc trong giät monome. ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt xuÊt hiÖn trong n­íc trong Mixel vµ ë bªn trong bÒ mÆt cña monome trong n­íc.Sù trïng hîp b¾t ®Çu khi chÊt khëi ®Çu khuyÕch t¸n ra bÒ mÆt Mixel vµ nhiÒu monome khuyÕch t¸n vµo trong Mixel tõ m«i tr­êng xung quanh cña pha n­íc.dung dÞch n­íc monome ®­îc thay thÕ bëi m«i tr­êng khuyÕch t¸n tõ giät monome.C¬ chÕ nµy gîi ý r»ng sù thay ®æi chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt lµ lý do dÉn ®Õn sù kh¸c nhau gi÷a kÝch th­íc Mixel vµ sè l­îng Mixel còng ¶nh h­ëng ®Õn trïng hîp. Giät polyme lín lªn rÊt nhanh lµm cho monome vµ chÊt ho¹t ®éng tõ pha n­íc khuyÕch t¸n vµo ®ång thêi chóng gi÷ mÇm kÕt tinh cho ®Õn khi hÇu nh­ tÊt c¶ c¸c chÊt nhò ho¸ bao phñ lªn bÒ mÆt cña giät monome. Giai ®o¹n nµy møc ®é chuyÓn ho¸ ®­îc 15% sè h¹t trong hÖ thèng t¨ng. B­íc 2: æn ®Þnh sè h¹t c¸c ph©n tö monome khuyÕch t¸n vµo bªn trong c¸c Mixel vËn tèc cña qu¸ tr×nh trïng hîp kh«ng ®æi.§Õn mét lóc nµo ®ã c¸c ph©n tö chÊt nhò ho¸ kh«ng ®ñ bao phñ c¸c polyme hoµ tan.C¸c h¹t sÏ cã xu h­íng kÕt hîp l¹i víi nhau.V× vËy sè h¹t trong hÖ thèng gi¶m,vËn tèc cña qu¸ tr×nh gi¶m. Khi møc ®é chuyÓn ho¸ 85% sè h¹t trong hÖ thèng kh«ng ®æi vËn tèc qu¸ tr×nh æn ®Þnh kÝch th­íc 150 nm. B­íc 3: Monome trong h¹t tiÕp tôc trïng hîp cho ®Õn khi ph¶n øng kÕt thóc.Nång ®é monome tiÕp tôc gi¶m trong suèt bËc nµy. C¹n kiÖt monome sinh ra c¸c ph¶n øng ®øt m¹ch,chuyÓn m¹ch v× lóc ®ã ph¶n øng x¶y ra trong m«i tr­êng ®Ëm ®Æc polyme.§èi víi mét sè monome ph¶n øng chuyÓn m¹ch lªn polyme lµ ®¸ng kÓ khi ®ã ng­êi ta ph¶i ®­a thªm chÊt ®iÒu chØnh khèi l­îng ph©n tö. Tãm l¹i: Sù trïng hîp Styren trong nhò t­¬ng cã thÓ tãm t¾t nh­ sau: Qu¸ tr×nh trïng hîp tiÕn hµnh trong nh÷ng Mixel xµ phßng vµ sau ®ã thùc hiÖn trong nh÷ng ph©n tö polyme-monome t¹o thµnh.§Çu tiªn trïng hîp monome hoµ tan trong c¸c Mixel xµ phßng sau ®ã monome tõ nh÷ng giät nhò t­¬ng ®i ra hoµ tan vµo polyme t¹o thµnh.Nhê sù xuÊt hiÖn c¸c ph©n tö polyme-monome nªn c¸c Mixel cña xµ phßng chuyÓn vµo ®ã vµ ph¶n øng tiÕp theo còng chñ yÕu x¶y ra ë ®ã.Sau khi chuyÓn ho¸ ®­îc 10-20% xµ phßng tiªu tèn hÕt ®Ó t¹o thµnh c¸c líp hÊp vµ qu¸ tr×nh trïng hîp hoµn toµn x¶y ra trong c¸c ph©n tö polyme. §Æc ®iÓm cña trïng hîp polyme nhò t­¬ng. Th«ng th­êng Latex th­¬ng m¹i cã tõ 30-150% thÓ tÝch r¾n,thÓ tÝch r¾n nµy hiÕm khi thÊp h¬n vµ nã l¹i cho kinh tÕ cao. Khèi l­îng ph©n tö ph©n bè kh«ng ®Òu. Tèc ®é ph¶n øng nhanh h¬n trong m«i tr­êng ®ång thÓ vµ dung m«i,dÔ dµng kiÓm tra vµ ®iÒu chØnh. MÆc dï tèc ®é trïng hîp kh¸ nhanh nh­ng Polystyren nhËn ®­îc cã träng l­îng ph©n tö (100000-200000) dÔ dµng gia c«ng theo ph­¬ng ph¸p ®óc Ðp d­íi ¸p suÊt. S¶n phÈm chøa hµm l­îng monome nhá vµ s¶n phÈm ë d¹ng bét thuËn lîi c¸n hay ®ãng b¸nh. Ph­¬ng ph¸p trïng hîp n­íc-nhò t­¬ng ®­îc ¸p dông réng r·i v× ph­¬ng ph¸p nµy cho phÐp tiÕn hµnh qu¸ tr×nh ë nhiÖt ®é võa ph¶i víi tèc ®é ph¶n øng línvµ polyme nhËn ®­îc cã träng l­îng ph©n tö cao. Ph­¬ng ph¸p nµy rÊt kinh tÕ khi kÕt tô nhò t­¬ng b»ng c¸ch ®un n­íc bay h¬i.DÜ nhiªn lóc ®ã kh«ng thÓ th¶i chÊt nhò ho¸ vµ c¸c chÊt thªm kh¸c v× vËy mµng polyme nhËn ®­îc kÐm bÒn víi t¸c dông cña n­íc vµ c¸c chÊt hãa häc h¬n víi mµng polyme nhËn ®­îc tõ dung dÞch polyme trong dung m«i h÷u c¬. Trong nh÷ng tr­êng hîp cÇn t¸ch nhò t­¬ng th× t¸ch polyme b»ng c¸ch thªm chÊt ®iÖn gi¶i,läc,röa råi sÊy kh«. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn trïng hîp: Khi trïng hîp Styren trong nhò t­¬ng æn ®Þnh nhê c¸c xµ phßng qu¸ tr×nh tiÕn hµnh víi tèc ®é kh«ng ®æi cho ®Õn khi trong hÖ thèng kh«ng cßn chøa c¸c h¹t nhò t­¬ng.Do monome chuyÓn vµo c¸c ph©n tö polyme nång ®é monome gi¶m nªn tèc ®é trïng hîp gi¶m. Tèc ®é ph¶n øng trong c¸c giät nhò t­¬ng còng gÇn víi tèc ®é ph¶n øng trong khèi monome nh­ng nh­ng bÐ h¬n 2-3 lÇn bÐ h¬n tèc ®é ph¶n øng trong c¸c ph©n tö Mixel vµ polyme. B¶n chÊt vµ l­îng chÊt nhò ho¸ cã ¶nh h­ëng quyÕt ®Þnh ®Õn trïng hîp vµ tÝnh chÊt polyme. Khi nång ®é chÊt nhò ho¸ gi¶m th× tèc ®é ph¶n øng gi¶m nh­ng thêi gian trïng hîp vµ träng l­îng ph©n tö polyme t¨ng. 3. S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ. Trong ®å ¸n nµy cña em ®­îc giao nhiÖm vô lµ “ ThiÕt kÕ ph©n x­ëng s¶n xuÊt PS theo ph­¬ng ph¸p nhò t­¬ng gi¸n ®o¹n”. Chó thÝch: 1.Thïng l­êng Styren. 2, 8, 9 .Thïng l­êng n­íc. 3.Thïng l­êng chÊt nhò ho¸. 4.Nåi trïng hîp. 5.ThiÕt bÞ lµm l¹nh. 6.Thïng chøa trung gian. 7.ThiÕt bÞ kÕt tô. 10.ThiÕt bÞ röa. 11.M¸y ly t©m. 12.ThiÕt bÞ sÊy ch©n kh«ng. 13.ThiÕt bÞ nghiÒn. 14.Sµng. 15.Bao b×. Monome s¹ch cho vµo thïng l­êng 1, n­íc cÊt cho vµo thïng l­êng 2, chÊt nhò ho¸ cho vµo thïng l­êng 3. §Ó tiÕn hµnh ph¶n øng, ®Çu tiªn cho n­íc vµ xµ phßng dÇu ve vµo nåi ph¶n øng.Sau 50 – 60 phót khuÊy trén, cho tiÕp Styren vµ chÊt khëi ®Çu.Sau ®ã ®un nãng hçn hîp lªn 65 – 70oC trong 2 giê.NhiÖt ®é tiÕp tôc n©ng lªn 85 – 900C, chñ yÕu nhê vµo nhiÖt ph¶n øng to¶ ra.Khi hµm l­îng tù do cßn nhá h¬n 0,3% th× cho kÕt thóc trïng hîp, cho hçn hîp ph¶n øng vµo thiÕt bÞ trung gian 6. Giai ®o¹n kÕt thóc tiÕn hµnh trong thiÕt bÞ kÕt tô 7 nh­ sau: Cho n­íc tõ thïng l­êng 8 ch¶y vµo thiÕt bÞ ch¶y vµo thiÕt bÞ kÕt tô råi cho thªm phÌn ( 3 kg phÌn cho thªm 250 lÝt n­íc ). KhuÊy trén 5 – 10 phót, phun dung dÞch nhò t­¬ng tõ thݪt bÞ kÕt tô 6 vµo thµnh tõng tia nhá.Sau khi cho hÕt nhò t­¬ng cßn tiÕp tôc khuÊy 15 – 20 phót råi sôc h¬i n­íc qua èng ph©n phèi trong 45 – 80 phót.Qu¸ tr×nh kÕt thóc nÕu mÉu kiÓm tra ph©n thµnh hai líp râ rÖt.TiÕp theo chuyÓn hçn hîp lªn thiÕt bÞ röa 10.ë ®©y gia nhiÖt lªn 70 - 800C.Sau khi polyme l¾ng xuèng, cho n­íc bÈn ch¶y vµo ®­êng th¶i.TiÕn hµnh röa 5 lÇn b»ng n­íc nãng nh­ vËy, ®Õn lÇn röa thø 5, n­íc cïng polyme cho tõng ®ît vµo m¸y khuÊy ly t©m 11 ®Ó t¸ch n­íc khái polyme. Sấy polyme trong thiÕt bÞ khuÊy ch©n kh«ng 12 ®Õn ®é Èm cña s¶n phÈm kh«ng qu¸ 0,5%.Sau khi sÊy, nghiÒn b»ng thiÕt bÞ 13.NhiÖt ®é nghiÒn kh«ng qu¸ 50 – 600C.NghiÒn xong cho qua sµng råi ®ãng gãi s¶n phÈm. 2.6.2.TÝnh chÊt cña polystyren trïng hîp theo ph­¬ng ph¸p nhò t­¬ng.[3] B¶ng 11: TÝnh chÊt cña polystyren trïng hîp theo ph­¬ng ph¸p nhò t­¬ng. TÝnh chÊt Nh·n hiÖu A B C §é nhít t­¬ng ®èi cña dung dÞch 1% trong benzen, kh«ng nhá h¬n 3,0 3,0 3,0 –6,0 Giíi h¹n bÒn khi uèn,kg/cm2, kh«ng nhá h¬n 900 900 - §é bÒn va ®Ëp,kg/cm2, kh«ng nhá h¬n 15 15 3,5 §é bÒn nhiÖt Mactanh,0C, kh«ng nhá h¬n 80 80 80 §é hót n­íc,g/dm2,kh«ng nhá h¬n 0,03 0,03 0,03 H»ng sè ®IÖn m«i ë ®é Èm t­¬ng ®èi 65% vµ tÇn sè 60Hz, kh«ng lín h¬n - 2,7 2,7 Tang cña gãc tæn hao ë ®é Èm t­¬ng ®èi 65% vµ tÇn sè 60Hz, kh«ng lín h¬n - 0,002 0,002 A Dïng ®Ó lµm c¸c s¶n phÈm th«ng dông. B – Dïng ®Ó lµm c¸c s¶n phÈm kü thuËt. 4. Tính chất và ứng dụng 4.1.Tính chất P.S là loại vật liệu cứng , giòn , trong suốt , không có mùi vị , cháy cho ngọn lửa không ổn định . Tính chất kỹ thuật của Polystyren chủ yếu do điều kiện và phương pháp trùng hợp quyết định . Theo các phương pháp trùng hợp khác nhau khối lượng phân tử của polyme cũng khác nhau : +Trùng hợp khối MTB=20 000 –800 000 .Sản phẩm kỹ thuật nhận được có khối lượng phân tử M = 200 000- 300 000 chủ yếu dùng để tẩm và đúc dưới áp suất. +Trùng hợp nhũ tương MTB=70 000 –200 000 , cũng có thể thu được M cao hơn nhưng sản phẩm khó gia công theo phương pháp ép ,ép đúc dưới áp suất . 4.2.Cấu tạo P.S có cấu tạo vô định hình,khi kéo các phân tử có xu hướng định hướng theo chiều tác dụng lực và làm tăng độ bền lên đáng kể theo hướng kéo . Đại phân tử P.S có nhánh và nhánh nhiều hay ít phụ thuộc vào phương pháp gia công,điếu kiện và mức độ trùng hợp. 1,3 ®Çu nèi ®u«i: 1,3difenylpropan: 1,3,5 trifenylpentan: 4.3. Độ hoà tan và trọng lượng phân tử Styren không hoà tan trong nước , hoà tan theo bất cứ tỉ lệ nào trong rượu,nước,keton,este,ete,cacbuahydrothơm,cacbua hydro clohoá,nitro paraphin Trọng lượng phân tử của Polystyren được xác định thông qua độ nhớt theo công thức sau: = K* Ma Trong đó M là khối lượng phân tử của polyme là độ nhớt của dung dịch 4.4. Độ bền hoá học P.S chịu hoá chất rất tốt . Kiềm,axit,sulfuric,axit photphoric,axit boric với bất cứ nồng độ nào. P.S bền với nước,rượu,xăng,dầu thảo mộc,và các dung dịch muối,axit nitric đậm đặc và các chất oxi hoá . Nhóm fenyl hoạt hoá nguyên tử C thứ ba không đối xứng ký hiệu (*) Nguyên tử H ở đó có thể tham gia một số phản ứng oxi hoá.Nhóm phenyl có thể tham gia phản ứng clo hoá,nitro hoá,sunfo hoá,hydro hoá….Những điều kiện cho các phản ứng cần thiết đó làm phân huỷ một phần và tăng độ giòn của P.S và làm cho Poly styren có màu. 4.5. Tính chất chịu nhiệt. - Độ chịu nhiệt của P.S theo Mactanh là 800C còn theo Vic là 105-1100C,nhiệt độ hoá thuỷ tinh 80-820C.Vượt qua nhiệt độ hoá thuỷ tinh P.S chuyển sang trạng thái mềm cao và trạng thái đó bảo tồn trong một giới hạn nhiệt độ rộng 70-1500C. - Tăng độ chịu nhiệt của P.S bằng cách đồng trùng hợp stryren với monome chứa nhân thơm:b-vynylnapaphtalin,vynylcacbafol. 4.6. Tính chất cách điện. Do cấu tạo của PS chỉ có cacbon,hydro và độ phân cực yếu momen lưỡng cực 0,37.10-18 do đó PS cách điện hoàn hảo nhất. P.S dùng bọc dây cáp cao tần,các sản phẩm kỹ thuật vô tuyến điện.Màng P.S dùng để sản các đồ điện cao tần ổn định, chính xác với tính cách điện cao, tg của góc tồn hao điện môi bé trong phạm vi tần số thay đổi khá rộng. P.S dùng để làm khung cho các vòng dây điện cuộn, chân cho các tụ điện có điện dung cố định hay thay đổi, dùng làm máy tính điện tử. 4.7.Ứng dụng và phương pháp gia công sản phẩm Sản phẩm đúc ép dưới áp suất: Chu kỳ đúc ép của sản phẩm không lớn lắm 30- 60s, thời gian lưu lại trong khuôn vài giây, khuôn được làm lạnh bằng nước. để đảm bảo năng xuất của sản phẩm người ta tiến hành làm nguội nhanh sau đó xử lí nhiệt của sản phẩm. PS trùng hợp khối đi vào máy đúc ép ở dạng hạt lớn không phải chế biến sơ bộ. PS nhũ tương dùng ở dạng bánh nhỏ d=5mm và nặng 0,5g nhận được bằng cách ép nguội, thành phần bột ép còn thêm chất bôi trơn, chất màu, chất nhũ hoá, chất hoá dẻo. P.S trộn với chất hoá dẻo hàm lượng 1% làm tăng độ chảy của polyme ở nhiệt độ cao còn giữ nguyên các tính chất của polyme. P.S trộn với chất hoá dẻo với hàm lượng 2% làm giảm độ chịu nhiệt và độ bền khi kéo. Sản phẩm ép đùn: P.S trùng hợp khối có thể gia công thành sản phẩm theo phương pháp ép đùn trên máy trục vít tạo thành các sản phẩm dạng ống, thanh, băng, sợi, màng. Ống: -Ống P.S dùng để bọc dây điện. ống gia công cần đáp ứng được những tính chất: độ co đồng đều, bề mặt sản phẩm nhẵn. -P.S bột đi vào máy trục vít đun nóng chảy ra nhớ máy trục vít đẩy ra khỏi đẩu khuôn sau đó làm lạnh sản phẩm bằng không khí, nước. tuỳ theo đầu khuôn mà sản phẩm có hình dạng khác nhau: ống, thanh, bản mỏng, sợi. Màng và sợi: * Sản xuất màng bột P.S cho vào phễu nạp liệu rồi nhờ vít xoắn chuyển vào máy ép đùn trục vít. P.S được đun nóng đến 150- 160oc trong máy trục vít rồi đi qua khuôn tạo hình thành ống sau đó được kéo giãn trên khung căng hình parabol. Dưới tác dụng của không khí có áp và nhờ các con quay định hướng ống biến thành túi dẹt. rồi cắt đứt hai bên biên tạo thành màng. *Sản xuất sợi Cho vật kiệu nóng chảy qua đầu khuôn có nhiều lỗ tròn 40 lỗ. sợi sau khi ra khỏi đầu khuôn léo căng vài lần rồi cho cuộn lại. PhÇn III: TÝnh to¸n kü thuËt §¬n phèi liÖu trïng hîp PS theo ph­¬ng ph¸p nhò t­¬ng: Styren:100 phÇn träng l­îng . N­íc: 250 phÇn träng l­îng. Xµ phßng dÇu ve: 3 phÇn träng l­îng. Pesunphat kali: 0,25 phÇn träng l­îng. CÊu tö I II III IV V Styren 100 100 100 N­íc 250 175 200 Xµ phßng dÇu ve 3 0,4-1,2 0,4-1,2 0,4-1,2 0,4-1,2 R­îu vinylic 0,2 Muèi Natricña axit (C10-C15) 2 Pesunphat Kali 0,25 0,3 0,2 Hydroperoxyt(30%) 2,5 0,23 Peroxyt benzoil 0,83 3.1C©n b»ng vËt chÊt: S¬ ®å kh«i d©y chuyÒn c«ng nghÖ trïng hîp PS theo ph­¬ng ph¸p nhò t­¬ng gi¸n ®o¹n Nguyªn liÖu Trïng hîp KÕt tô SÊy Röa §ãng bao Tæn hao qua c¸c c«ng ®o¹n: N¹p liÖu: tæn hao 0,2%. Trïng hîp: tæn hao 0,2%. KÕt tô: tæn hao 1%. Röa: tæn hao 1%. SÊy vµ ®ãng bao: tæn hao 0,5% Thêi gian lµm viÖc: Tæng sè ngµy trong n¨m: 365 ngµy NghØ chñ nhËt: 52 ngµy NghØ lÔ tÕt: 7 ngµy NghØ b¶o d­ìng: 14 ngµy Tæng sè ngµy nghØ : 73 ngµy. Sè ngµy lµm viÖc trong 1 n¨m lµ: 365-83=292( ngµy) h : N¨ng suÊt thiÕt bÞ trong 1 ngµy (tÊn/ngµy) §Ó thuËn tiÖn ta tÝnh c©n b»ng vËt chÊt cho 1 tÊn s¶n phÈm. C«ng ®o¹n ®ãng gãi s¶n phÈm tæn hao 0,5% nªn l­îng s¶n phÈm tr­íc khi ®­a vµo c«ng ®o¹n nµy lµ: C«ng ®o¹n röa tæn hao 1% nªn s¶n l­îng tr­íc khi ®­a vµo c«ng ®o¹n nµy lµ: C«ng ®o¹n kÕt tô tæn hao 1% nªn s¶n l­îng tr­íc khi ®­a vµo giai ®o¹n nµy lµ: C«ng ®o¹n trïng hîp tæn hao 0,2% nªn s¶n l­îng tr­íc khi ®­a vµo c«ng ®o¹n nµy lµ: C«ng ®o¹n n¹p liÖu tæn hao 0,2% nªn s¶n l­îng tr­íc khi ®­a vµo c«ng ®o¹n nµy lµ: VËy ®Ó tæng hîp ra 1000 kg s¶n phÈm cÇn:1029,47(kg) Styren. §Ó s¶n xuÊt ®­îc 1000 kg nhùa PS cÇn 1029,47 kg Styren 2573,67 kg n­íc 30,884 kg xµ phßng dÇu ve 2,573 kg pesunphat kali. Tõ ®ã ta tÝnh ®­îc c©n b»ng vËt chÊt cho 1000 tÊn s¶n phÈm: Nguyªn liÖu Khèi l­îng riªng (kg/m3) Khèi l­îng ph©n tö (kg/kmol) Khèi l­îng (kg) Sè (kmol) S¶n phÈm (tÊn/n¨m) Styren 1040 104 102947 898,75 1000 N­íc 1000 18 257367 2573,67 Xµ phßng dÇu ve 950 291 30884 106,13 Pesunphat kali 1000 242 2573 10,63 C©n b»ng vËt chÊt cho 1 ngµy s¶n xuÊt: Nguyªn liÖu Khèi l­îng riªng (kg/m3) Khèi l­îng ph©n tö (kg/kmol) Khèi l­îng (kg) Sè (kmol) S¶n phÈm (tÊn/ngµy) Styren 1040 104 3525,6 33,89 3,425 N­íc 1000 18 8814 8,814 Xµ phßng dÇu ve 950 291 105,76 0,3634 Pesunphat kali 1000 242 8,81 0,0364 3.2 TÝnh to¸n kÝch th­íc thiÕt bÞ ph¶n øng: ThÓ tÝch lµm viÖc cña nåi ph¶n øng: Thêi gian lµm viÖc cña tõng mÎ: 30 phót n¹p liÖu. 60 phót khuÊy trén 150 phót trïng hîp. 15 phót ®un nãng ®Õn 900C 120 phót ®«ng tô 30 phót th¸o s¶n phÈm tõ thiÕt bÞ ph¶n øng sang thïng chøa trung gian. 60 phót röa, sÊy, nghiÒn. Thêi gian tæng céng :30+ 60 + 135 +15 +120 + 30 + 60 = 450 (phót). Mét ngµy cã 24 giê tøc lµ cã: 24.60 = 1440 phót. Nh­ vËy mçi ngµy cã thÓ nÊu ®­îc 3 mÎ, v× 450 x 3 = 1350 phót. Do ®ã mçi mÎ ph¶i s¶n xuÊt ®­îc (tÊn/mÎ). Theo c«ng thøc: r1, r2,r3,r4 :lÇn l­ît lµ khèi l­îng riªng cña Styren, n­íc, dÇu ve, pesunphat Kali ,(kg/m3). rhh lµ khèi l­îng riªng cña hçn hîp,(kg/m3). x1,x2,x3,x4: lÇn l­ît lµ nång ®é phÇn khèi l­îng cña tõng cÊu tö trong hçn hîp. x1=xs= x2=xn= x3=xdv= V× hµm l­îng cña pesunphat kali nhá nªn ta cã thÓ bá qua. VËy ® rhh = 971,32(kg/m3) Tõ c«ng thøc Vhh = Ghh: Khèi l­îng hçn hîp ph¶n øng. Vhh: ThÓ tÝch cña hçn hîp ph¶n øng. Ghh=3525+8814+105,76+8,81=12453,57(kg) Vhh= Nh­ vËy mçi mÎVhh= Vlv= lµ hÖ sè ®iÒn ®Çy.Chän a=0,8 ThÓ tÝch lµm viÖc cña th¸p lµ: TÝnh chiÒu cao cña th¸p: Tõ c«ng thøc tÝnh thÓ tÝch th¸p V= H:lµ chiÒu cao cét chÊt láng trong nåi ph¶n øng(m). Dt: §­êng kÝnh trong cña thiÕt bÞ ph¶n øng (m). Theo b¶ng [2 Tr 382] ta ®­îc: Dt(m) Vt(m3) H(m) 1,5 5,33 3,02 1,6 2,65 1,8 2,1 Nh­ vËy chän kÝch th­íc thÝch hîp lµ: Dt=1,8 m H=2,1 m. TÝnh to¸n c¬ khÝ: Th©n h×nh trô lµ bé phËn chñ yÕu do lµm viÖc ¬ ¸p suÊt th­êng nªn ta chÕ t¹o th©n h×nh trô theo ph­¬ng ph¸p hµn TÝnh chiÒu dµy th©n th¸p: ChiÒu dµy cña th©n h×nh trô ®­îc tÝnh theo c«ng thøc [(XIII.8)Tr360] C : hÖ sè bæ xung ¨n mßn hay dung sai vÒ chiÒu dµy (m). P: ¸p suÊt thiÕt bÞ (N/m2) j:HÖ sè bÒn cña thµnh h×nh trô theo ph­¬ng däc TÝnh j : P=Pkq+P1 P1: Lµ ¸p suÊt cét chÊt láng x¸c ®Þnh nh­ sau. P1=r.g.H H chiÒu cao cét chÊt láng (m). P2= 105(N/m2) vËy P=105+20009,85=120009,85(N/m2) TÝnh [d]: Chän vËt liÖu lµm th¸p lµ lo¹i thÐp CT3. (XIII.1 Tr355 T2). (XIII.2 Tr356 T2). nk, nc: HÖ sè an toµn theo giíi h¹n bÒn vµ giíi h¹n ch¶y. dk, dc: Giíi h¹n bÒn khi kÐo vµ khi ch¶y. h: HÖ sè hiÖu chØnh(chän h=0.9). Tra ë b¶ng [XIII.3 Tr356] ta ®­îc: nk=2,6 nc=1,5 Tra ë[ XIII.3 Tr356] ta ®­îc: dk =380.106(N/m2) dc= 240.106(N/m2) [s] ®­îc chän theo gi¸ trÞ nhá h¬n do ®ã [s]=131,54.106(N/m2). TÝnh j: Chän ph­¬ng ph¸p hµn b»ng tay vµ hå quang ®iÖn hµn kiÓu gi¸p mèi hai bªn. Theo b¶ng XIII.8 Tr362 ta ®­îc j= 0,95 TÝnh C: [XIII.17 Tr363] Trong ®ã : C1 lµ chiÒu dµy bæ xung do ¨n mßn, xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn ¨n mßn vËt liÖu cña m«i tr­êng vµ thêi gian lµm viÖc cña thiÕt bÞ C1=1mm. C2 chiÒu dµy bæ xung do hao mßn (C2=0). C3 : Bæ xung do dung sai cña chiÒu dµy theo b¶ng [XIII.9Tr364] ta cã C3=0,22(mm). Do ®ã : C=0,01+0,0022=1,22.10-3(m). V× nªn ta cã thÓ bá qua P ë mÉu sè. Do ®ã VËy chiÒu dµy cña th¸p lµ S= 5(mm). KiÓm tra øng suÊt thö: Theo [XIII.26 Tr365] øng suÊt tÝnh theo ¸p suÊt thö ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: Trong ®ã : P0 lµ ¸p suÊt thö tÝnh to¸n. P0=Pth+P1(N/m2). Pthlµ ¸p suÊt thö thuû lùc. Pth=1,5.P= 1,5.120009,85=180014,78(N/m2). P1¸p suÊt thuû tÜnh cña n­íc ë t=800C. P1=r1.g.HL=971,32.9,81.2,1=20010,16 (N/m2). P0=180014,78+20010,16=200024,94 (N/m2) do ®ã chiÒu dµy cña th¸p tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn. TÝnh ®¸y vµ n¾p: Chän ®¸y vµ n¾p lo¹i elip cã gê. VËt liÖu ®ång nhÊt víi th©n lµ thÐp CT3 . ë t©m ®¸y cã èng th¸o s¶n phÈm ®¸y . ë t©m n¾p cã lç trôc moto cho c¸nh khu©ý vµ bªn c¹nh cã cöa n¹p liÖu. Ngoµi ra ë n¾p vµ ®¸y cßn cã gê h×nh trô ®­êng kÝnh 1,8(m). Tra ë b¶ng [XIII.10Tr382 T2] ta cã: ht=375(mm). BÒ mÆt trong F=2,56(m2). ChiÒu dµy cña ®¸y vµ n¾p ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: [XIII.47 Tr 386 T2]. hb:chiÒu cao phÇn låi cña ®¸y. jh: HÖ sè bÒn hµn cña mèi hµn.jh=0,95. k: HÖ sè bÒn hµn cña mèi hµn®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau d: §­êng kÝnh lín nhÊt hay kÝch th­íc lín nhÊt cña lç kh«ng ph¶i h×nh trßn cña lç kh«ng t¨ng cøng.Do ®­êng kÝnh èng ë ®¸y vµ n¾p lµ kh¸c nhau nªn ta ph¶i tÝnh hÖ sè k cña ®¸y vµ n¾p. ë n¾p, ®¸y cã èng dÉn nguyªn liÖu vµ th¸o s¶n phÈm ®­êng kÝnh d=200 mm nªn . V× do ®ã ®¹i l­îng P ë mÉu sè cã thÓ bá qua nªn: V× S-C=2,2<10 nªn ta chän chiÒu dµy S=5(mm). Thö øng suÊt thuû lùc n¾p thiÕt bÞ theo ¸p suÊt thuû lùc ta thÊy tho¶ m·n nh­ vËy. Nh­ vËy n¾p vµ ®¸y thiÕt bÞ cã: hb=375 mm. F=2,56 m2. ChiÒu cao gê 25 mm. Theo b¶ng [XIII.11Tr384 T2] ta cã khèi l­îng n¾p vµ ®¸y lµ m=142(kg). TÝnh b¶o «n thiÕt bÞ: B¶o «n cã t¸c dông lµm gi¶m nhiÖt mÊt m¸t ra ngoµi bÒ mÆt ph¶n øng. Do vËy nã cã t¸c dông lµm gi¶m nhiÖt mÊt m¸t ra ngoµi ®Ó gi¶m bít n¨ng l­îng ®un nãng thiÕt bÞ. t1: NhiÖt ®é chÊt t¶i nhiÖt (0C). tT1: NhiÖt ®é cña bÒ mÆt trong cña thµnh thiÕt bÞ,(0C). tT2: NhiÖt ®é cña bÒ mÆt b¶o «n tiÕp gi¸p víi kh«ng khÝ,(0C). t2: NhiÖt ®é cña kh«ng khÝ,(0C). st:ChiÒu dµy tÊm thÐp,(0C). sbo: ChiÒu dµy líp b¶o «n,(m). lt: HÖ sè truyÒn nhiÖt cña thÐp, (W/m.®é). lbo: HÖ sè truyÒn nhiÖt cña líp b¶o «n,(W/m.®é). Coi qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt tõ chÊt t¶i nhiÖt ra m«i tr­êng lµ truyÒn nhiÖt ®¼ng nhiÖt vµ æn ®Þnh. Nh­ vËy q1=q2=q3. Trong ®ã: q1nhiÖt t¶i riªng t ®Õn thµnh thiÕt bÞ ,(W/m2). q2: NhiÖt t¶i riªng do dÉn nhiÖt qua thµnh, (W/m2). q3: NhiÖt t¶i riªng do bøc x¹ tõ thµnh thiÕ

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docThiết kế dây truyền sản xuất nhựa PS.DOC
Tài liệu liên quan