Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC công suất 40.000 tấn/năm

H2 = CH - Cl + HCl a/ Quá trình trong pha lỏng. Trong pha lỏng, khi điều chế VC phản ứng được thực hiện trong thiết bị hình trụ kiểu đồng trục thiết bị gián đoạn. Đầu tiên cho dung dịch NaOH sau đó cho rượu và cuối cùng rót từ từ diclo etan vào. VC được tạo thành theo phản ứng. CH2 CH2 Cl + NaOH CH2 CHCl NaCl + + H2O Cl Phản ứng tiến hành trong môi trường đồng thể, áp suất nhiệt độ phản ứng 60- 700C, thời gian 4-5 giờ, áp suất trong thiết bị 0,2¸0,4 at. Không nên cho dư kiềm vì: CH2 CH2 Cl + NaOH CH CH NaCl + + H2O 2 2 2 Khi có dư nước diclo etan dễ bị thuỷ phân trong môi trường kiềm tạo thành etylen glycol: Cl CH2 CH2 Cl + H2O CH2 CH2 + 2 2HCl OH OH Sản phẩm tạo thành gồm có VC, diclo etan, rượu, nước ta tiến hành ngưng tụ để tách riêng. Hiệu suất VC tính theo diclo etan là 75¸85 %. b/ Quá trình trong pha khí Thổi diclo etan hoạt tính 50 mm, cao 6m. Khí sản phẩm gồm có 37,5%VC, 40,8% HCl, 20,5% diclo etan không phản ứng hết và 1,2% sản phẩm phụ. Hỗn hợp sản phầm đem làm lạnh đến O0C trong thiết bị ống trùm để diclo etan ngưng tụ. Dùng nước rửa diclo etan để tách HCl và dùng nước Clo để tách sản phẩm phụ. Sau đó dùng kiềm trung hoà và dùng H2SO4 để sấy. Làm lạnh khí đến –150C và tiến hành tinh luyện. Vì phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao nên rất dễ xảy ra phản ứng phụ. Cl - CH2 - CH2 - Cl ® CH2 = CH2 + Cl2 Để tránh phản ứng tiến hành ở nhịêt độ cao người ta thường dùng xúc tác cho phản ứng là Clo và oxi. Cl2 ® 2Cl2* Cl* + ClCH2 - CH2Cl ® ClCH2 - C* + HCl ClCH2 - C* + HCl ® CH2= CHCl+ Cl* Cl*+ Cl* ® Cl2 Hiệu suất của phương pháp này là 85% nhưng không được dùng rộng rãi trong công nghiệp vì quá trình tách và làm sạch các chất nằm trong khí sản phẩm thu đựơc gây ảnh hưởng xấu cho quá trình trùng hợp VC để tạo thành PVC. 2/ Công nghệ tổng hợp Vinyl clorua từ etylen a/ Cơ chế phản ứng: phương pháp này là sự kết hợp của ba quá trình: + Cộng hợp trực tiếp Clo và Etylen tạo thành 1,2- dicloetan + Dehydroclo hoá nhiệt 1,2- dicloetan thành vinylclorua + Cho oxi hoá etylen thành 1,2- dicloetan với sự tham gia của HCl tạo ra khí dehydro hoá: 2ClCH2 CH2Cl ClCH CH2 CH2 + Cl2 ClCH2 CH2Cl 2CH2 HCl + CH2 CH2 2HCl + + 1/2O2 ClCH2 ClCH2 + H2O 2CH2 CH2 Cl2 + 1/2O2 + 2CH2 CHCl H2O + Đây là phương pháp kinh tế nhất để tổng hợp VC vì không cần sử dụng axetylen đắt tiền. Để đảm bảo năng suất tạo thành VC từ quá trình tổng hợp trực tiếp VC từ etylen ta phải tiến hành với lượng dư etylen ở mức thấp và nhiệt độ của quá trình không được quá cao chỉ khoảng 300- 6000C và hiệu suất VC cao nhất ở khoảng 350- 4500C. Với quá trình này xúc tác thường được sử dụng là xúc tác muối kim loại chuyển tiếp nếu phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao sẽ khử mất hoạt tính của xúc tác và bản thân của etylen sẽ bị oxi hoá sâu tạo nên CO và CO2 làm giảm năng suất của quá trình. Đối với phần nguyên liệu dư, etylen sẽ được đưa sang thiết bị oxi hoá ở nhiệt độ cao và biến đổi thành 1,2- dicloetan đưa trở về phản ứng. Quá trình tiến hành tổng hợp VC từ etylen sẽ rất khó kiểm soát và khống chế do đó trong quá trình tiến hành người ta thường tách trung gian 1,2- diclotan tạo ra và đưa trở lại phản ứng. 3/ Phương pháp liên hợp sản suất VC. Người ta oxi Clo hoá thành dicloetan và nhiệt phân dicloetan. 2HCl + 1/2O2 ® H2O +Cl2 CH2 = CH2 ClCH2 - CH2Cl CH2 = CH Cl Ở đây nhiệt phân dicloetan tinh khiết 99,9% tiến hành ở 300- 1000oC. Xúc tác là than hoạt tính hay đá bọt thì lượng VC tạo thành là 90%. CH2 = CH2 + Cl2 ® ClCH2 - CH2Cl ClCH2 - CH2Cl ® CH2= CH + HCl Cl CH º CH + HCl ® CH2 = CHCl CH2 = CH2 +CH º CH +Cl ® 2CH2 = CHCl Phương pháp này sử dụng nguyên liệu dễ kiếm như etylen và axetylen, trong quá trình điều chế VC theo phương pháp liên hợp axetylen và etylen có thể thu bằng phương pháp riêng biệt hoặc có thể cùng chung một quá trình hay cracking dầu mỏ thu được hỗn hợp khí axetylen và etylen từ đó có thể hấp thụ và tách riêng chúng ra. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. 4/ Phương pháp clo hoá etan: Etan là nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có góp phần làm giảm giá thànhsản phẩm VC. Chuyển hoá etan thành VC có thể theo các phương pháp sau: Clo hoá nhiệt độ cao. C2H6 + 2Cl2 ® C2H3Cl + 3HCl - Oxi hiđroclo hoá ở nhiệt độ cao. C2H6 + HCl +O2 ® C2H3Cl + 2H2O Oxi Clo hoá. 2C2H6 + Cl2 +3/2O2 ® 2C2H3Cl+3H2O Với xúc tác phù hợp độ chuyển hoá có thể đạt 96%nhưng hiệu suất thu VC thấp 20-50% các sản phẩm thu được chủ yếu gồm etylen, clorua, etan, phương pháp này chỉ nằm trong lĩnh vực nghiên cứu chưa được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất VC. III/ CÁC PHƯƠNG PHÁP 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: Tổng sản lượng PVC của các phương pháp (Đơn vị: Triệu tấn) Năm Huyền phù Nhũ hương Khối 1960 1,43 0,36 0,012 1965 2,9 0,66 0,14 1970 6,2 1,66 0,34 1975 10 1,45 1 1980 13,2 1,64 1,2 Tổng% 82,3% 10,25% 7,5% 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 công 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 không cần áp suất, cho hỗn hợp monome với một ít CCl4. 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 CCl4 giảm xuống nên có được polyme rắn. 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 môi có thể hoà tan được polyme hoặc không hoà tan được polyme. Nếu dung môi không hoà tan được polyme thì polyme được tách ra ở dạng bột. Nếu dung môi hoà 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. 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 hoá. Vinylclorua hoà 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 giữaVC 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 hoá không 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 hoá 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. 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 hoá, nên tính chất cách điện của polyme kém. 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 môi 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 thoát 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 không tan trong chất hoá 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 hoá dẻo. Quá trình phản ứng xảy ra trong thời gian dài, nhiệt độ phản ứng khoảng 600C 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 hoá khoảng 80% không còn 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. * So sánh các phương pháp: Phương pháp trùng hợp dung dịch để sản xuất PVC ít được sử dụng do đòi hỏi một lượng dung môi lớn có độ tinh khiết cao với phương pháp trùng hợp khối thì sản phẩm chiếm khoảng 8% so với tổng sản lượng nhựa PVC. Phương pháp này có độ sạch cao, dây chuyền sản xuất đơn giản. Tuy nhiên do sản phẩm tạo ra ở dạng khối, khó gia công, khó tháo khuôn và xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ, làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm vì thế cũng ít được dùng. Hai phương pháp trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền phù được sử dụng rộng rãi (tuy nhiên phương pháp trung hợp huyền phù vẫn được sử dụng nhiều hơn) do có nhiều ưu điểm đáng kể sau: Sản phẩm tạo ra ở dạng hạt, bột dễ gia công, vận tốc trùng hợp cao, độ trùng hợp cao, nhiệt độ phản ứng thấp và đặc biệt không xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ như trùng hợp khối. Nhưng có một nhược điểm là dây chuyền sản xuất phức tạp hơn so với các phương pháp trùng hợp khác vì phải có thêm các bộ phận như lọc, rửa. IV. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT PVC THEO PHƯƠNG PHÁP HUYỀN PHÙ TRONG NƯỚC. Thiết bị trùng hợp có loại bé dung tích 5m3 và cũng có loại lớn dung tích đến 15¸20m3 làm việc dưới áp suất 15¸18 atm, có máy khuấy quay 180¸250 vòng/phút và có vỏ bọc ngoài để đun nóng và làm lạnh. Quá trình trùng hợp tiến hành ở khoảng nhiệt độ 40¸700C và áp suất 5¸8 atm. Phản ứng trùng hợp cũng tiến hành qua 3 giai đoạn: + Nâng cao nhiệt độ lên khoảng 400C để kích động trùng hợp. + Giữ nguyên nhiệt độ và áp suất để phản ứng tiếp tục kéo dài mạch trùng hợp và nâng cao nhiệt độ khi áp suất tụt xuống. + Làm đứt mạch hoàn thành phản ứng trùng hợp. Sơ đồ quá trình sản xuất PVC. Than đá Đá vôi Đất đèn + nước Khí axetylen Điện phân muối ăn Khí Clo Khí HCl Khí hydrô Khí Vinyl clorua (VC) Làm lạnh để hoá lỏng Trùng hợp Ly tâm, rửa Sấy khô PVC dạng bột 1/ Qui cách nguyên liệu trùng hợp huyền phù - Momome vinyl clorua dùng để trùng hợp phải ở thể lỏng nên cần được bảo ôn giữ ở nhiệt độ rất thấp -400C hoặc có thể bảo quản VC ở nhiệt độ thường dưới áp suất khí trơ (35,1¸52,9% Psi) Độ nguyên chất của vinylclorua trên 99,9% hàm lượng axetylen nhỏ hơn 0,02% (trọng lượng). Giới hạn của vinyl clorua trong không khí là 4¸22% giới hạn này khá rộng nên thiết bị chứa, đường ống dẫn phải kín các thiết bị và ống dẫn không được làm bằng đồng hoặc các hợp kim có chứa đồng vì đồng axetilua dễ gây cháy nổ. - Nước: là môi trường phân tán cho VC và hoà tan chất ổn định. Ngoài ra còn đóng vai trò là môi trường truyền nhiệt cho phản ứng trùng hợp. Vì vậy chất lượng và hàm lượng nước phải được chú ý, nước dùng cho phản ứng phải là nước cất, nước tinh khiết. Tỷ lệ của nước/VC = 1,5/1 hay 1,75/1. - Chất khơi mào: sự lựa chọn chất khơi mào cho quá trình trùng hợp huyền phù VC rất quan trọng do ảnh hưởng đến giá cả sản phẩm. - Thường dùng hai chất sau peroxit benzoil (POB) là chất rắn màu vàng nhạt, dễ bắt lửa và có thể nổ khi va chạm mạnh, cọ sát hay hơ nóng, có thể bắt cháy khi lẫn H2SO4, do đó cần bảo quản cẩn thận + Azoizo butylnitri (AIBN): là chất rắn màu trắng hay vàng nhạt có tính chất gần giống (POB). - Chất ổn định (keo bảo vệ) PVA thuộc họ polyme vô định hình có tính kị nước cao chứa đựng trong bao gai. Chất ổn định được đưa vào dạng dung dịch 5% trong nước, dùng nước nóng 700C để pha chế dung dịch (gelatin 5%) và phải dùng ngay, không để lâu quá 4¸5 giờ sẽ bị hỏng. - NaOH: dùng để xử lý hệ huyền phù sau khi đã trùng hợp xong, NaOH có thể dùng ở dạng rắn hay lỏng mục đích là làm phân huỷ các gốc của chất khởi đầu và chất nhũ hóa, tạo thành các loại muối natri dễ hoà tan vào nứơc để keo tụ nhựa và tăng tính ổn định nhiệt của nhựa. Ngoài các thành phần chính trên còn sử dụng: dung dịch đệm, lượng tác nhân chống bọt, lượng tác nhân điều chỉnh khối lượng phân tử. 2/ Quá trình tiến hành trùng hợp. Phản ứng trùng hợp VC theo phương pháp huyền phù thực hiện gián đoạn trong nồi cao áp (nồi hấp) làm bằng thép chống rỉ, bên trong nồi có bọc một lớp vỏ gia nhiệt và làm nguội bằng nước tuần hoàn được trang bị cánh khuấy loại mái chèo, phản ứng được tiến hành theo trình tự sau: a. Nạp pha liên tục: pha liên tục ở đây là môi trường phân tán của các giọt monome, trong đó có chứa chất khởi đầu, keo bảo vệ, muối đệm, chất điều chỉnh và chất chống tạo bọt nếu cần, đầu tiên cho nước từ thùng chứa nước vào lò phản ứng. Nước trong hỗn hợp phản ứng để ở nhiệt độ thường hoặc đã được đun nóng nếu quá trình hút chân không, không dùng nitơ. Lượng nước chiếm khoảng 1/2 thể tích nồi phản ứng. Keo bảo vệ được hoà tan trong nước nóng ở 600C tại thiết bị. Sau đó đi qua bộ phận lọc gelatin được dùng dưới dạng dung dịch 5% trong nước. Lượng nước này khá đáng kể nên ta phải tính tổng lượng nước dùng trong nồi phản ứng. Thời gian nạp keo bảo vệ càng nhanh càng tốt vì nếu chậm thì keo bị lão hoá mất tác dụng. Chất khởi đầu cho vào thiết bị phản ứng dưới dạng trộn lẫn trong nước sau đó đậy kín thiết bị lại. b. Hút chân không thiết bị phản ứng: Trước khi nạp VC phải tạo môi trường trơ (không có oxy) trong hỗn hợp phản ứng vì oxy là chất cản trở quá trình trùng hợp VC. Oxy phản ứng mãnh liệt với VC tạo thành vinyl clorua polyperoxit. CH2 Cl CH O2 O + CH n CH2 O n Cl hợp chất tạo thành tương đối linh động và dễ dàng phân huỷ trong khi trùng hợp VC tạo ra HCl hoặc các phân tử PVC chứa nhóm không no hoặc nhóm cacbonyl và một lượng nhỏ cacbon monoxit, fomandehit . Các sản phẩm này làm giảm PH của môi trường và là nguyên nhân chính gây ăn mòn thiết bị. Các sản phẩm phụ chứa nhóm cacbonyl làm đổi màu sản phẩm giảm độ ổn định nhiệt cũng như các tính chất điện quang. Để tạo độ chân không đúng với yêu cầu ta phải dùng một số lượng rất lớn bơm chân không do vậy nên người ta thường sử dụng các bước hút chân không liên tiếp và giữa các bước đó có quá trình nạp nitơ hoăc cách khác là hút chân không thiết bị phản ứng có chứa nước nóng đến áp suất hơi của nước nhằm tạo ra một môi trường phản ứng hoàn toàn trơ. c. Tiến hành nạp monome VC. Sau khi vào thiết bị phản ứng vinyl clorua ở dạng lỏng phân tán trong nước do sự khuấy trộn. Tiến hành trùng hợp VC trong khoảng nhiệt độ 40- 480C. Tuỳ theo yêu cầu về tính chất của sản phẩm. Tuy nhiên với thể tích 100m3 trở lên ta chọn nhiệt độ trùng hợp khoảng 600C là thích hợp nhất cho tất cả vấn đề truyền nhiệt, trọng lượng phân tử, năng suất thiết bị. d. Đun nóng thiết bị phản ứng. Đun nóng thiết bị phản ứng trùng hợp đến 600C bằng hỗn hợp nước và hơi trong vỏ áo nồi phản ứng và giữ nguyên nhiệt độ đó cho đến hết quá trình phản ứng, nếu có sự điều chỉnh lên xuống ta dùng nước tuần hoàn ở ngoài vỏ thiết bị, tránh hiện tượng nhiệt quá cao hay quá thấp trong qúa trình phản ứng. Do vậy trước khi phản ứng xảy ra ta phải khuấy mạnh để đạt được cân bằng cho hệ huyền phù. e. Ổn định nhiệt độ và áp suất. Khi quá trình phản ứng xảy ra thì nhiệt độ trong thiết bị sẽ tăng, do đó ta phải duy trì nhiệt độ bằng nước lạnh tuần hoàn ở ngoài vỏ áo nồi phản ứng. Áp suất nồi phản ứng duy trì trong khoảng 6,3 atm (ở 400C) đến 15 atm (ở 800C) cho đến khi áp suất trong thiết bị giảm xuống bằng áp suất hơi cân bằng VC/PVC. Lúc này độ chuyển hoá đã đạt đến 80% không còn VC tự do, trong một số trường hợp ngay sau khi kết thúc polyme hoá, tức là áp suất bắt đầu giảm thì người ta đưa vào một lượng nhỏ chất hãm để ngừng polyme hoá trong các giai đoạn tiếp theo. f. Tháo sản phẩm. Loại bỏ VC còn lại trong thiết bị bằng cách giảm áp suất trong nồi phản ứng, VC được tách ngay trong nồi phản ứng hoặc đưa sang thiết bị tách. Tháo sản phẩm: phản ứng kết thúc PVC ở trạng thái bột nhão sau khi đã loại bỏ monome VC cho qua thiết bị trao đổi nhiệt để tiếp liệu và tiếp tục qua máy ly tâm khoảng 20%, sau đó qua thiết bị sấy để loại bỏ các hạt quá to sau đó được đóng bao. g. Làm sạch nồi phản ứng Vấn đề làm sạch nồi phản ứng rất quan trọng vì trong quá trình phản ứng các polyme tạo thành bám vào bề mặt trong của thiết bị phản ứng gây cản trở sự truyền nhiệt, làm giảm chất lượng polyme, làm tắc van…điều đó bắt buộc phải được làm sạch các thiết bị theo định kỳ giữa các mẻ. Hiện nay trong các dây chuyền sản xuất được tự động hoá cao người ta sử dụng vòi phun nước cao áp (khoảng 300 atm) để làm sạch đầu vòi phun được đặt bên trong thiết bị phản ứng, có thể di chuyên lên xuống hoặc quay thay thế cho công nhân khỏi chui vào thiết bị phản ứng để cọ sạch. * Giai đoạn làm sạch nhựa PVC: Sản phẩm PVC sau khi trùng hợp có rất nhiều chất bẩn dính lẫn vào như keo bảo vệ, VC không phản ứng và nước do đó cần được làm sạch. - Xử lý kiềm: với sự có mặt của NaOH sẽ làm phân huỷ các gốc của chất khởi đầu và chất ổn định tạo thành các loại muối natri để hoà tan vào nước để keo tụ nhựa và tăng tính ổn định nhiệt của nhựa. Nếu keo bảo vệ là gelatin ta xử lý bằng kiềm khoảng 10% kiềm tác dụng với keo bảo vệ tạo thành các muối tan trong nước. NH2 - R - COOH + NaOH ® NH2 - R - COONa + H2O Chất khởi đầu là peoxit benzoil thì: 2(C6H5COO)2 + 4NaOH 4C6H5COONa + 2H2O + O2 Quá trình xử lý kiềm thực hiện ở nhiệt độ nhỏ hơn 950C trong 3 giờ. - Tách VC: có thể tách VC ngay trong thiết bị phản ứng hoặc đưa sang thiết bị tách để rút ngắn chu kỳ một mẻ phản ứng. VC tách ngay trong thiết bị phản ứng: Đun nóng hơi nước lên 80¸1000C, VC khuyếch tán sang hơi nước, hỗn hợp này được hút ra nhờ chân không và phân ly sau khi ngưng tụ. Phương pháp này tốn kém nên ít được sử dụng, hơn nữa làm tăng thời gian cho quá trình phản ứng. VC đưa sang thiết bị tách: tách qua cột liên tục PVC/VC và nước đi từ trên xuống, hơi nước đi từ dưới lên. Hỗn hợp hơi và VC tách ra, được hút lên bằng bơm, PVC và nước đi xuống phía dưới, hàm lượng VC còn lại khoảng 3%. Nếu tăng nhiệt độ của quá trình thì hàm lượng có thể giảm xuống đến 1%. - Ly tâm và rửa nhựa: dùng nước 60¸700C để rửa nhựa trong thiết bị thân hình trụ, đáy nón làm bằng thép không rỉ phía trong có lắp cánh khuấy. Polyme lẫn trong nước được rửa bằng nước nóng 600C từ thùng lường, sau khi polyme lắng xuống cho nước bẩn chảy vào đường thải. Thực hiện quá trình rửa nhựa như vậy từ 5¸6 lần theo tỉ lệ 0,6¸0,7 hỗn hợp polyme /nước. Đến lần cuối cùng của quá trình rửa ta không phải tách nước nữa mà cho từng phần nhỏ vào máy ly tâm để tách nước. Hàm ẩm của bột PVC sau khi ly tâm khoảng 16¸22%. - Quá trình sấy khô: sấy nhựa PVC trên băng chuyền hay dùng thiết bị kiểu tầng sôi, thiết bị sấy phun, thiết bị sấy thùng quay nhiệt độ không khí sấy 120¸1400C. Hàm ẩm sau khi sấy khô nhỏ hơn 0,3%, PVC sau khi sấy qua hệ thống xyclon thu hồi, tuỳ thuộc vào yêu cầu, kích thước và phân bố kích thước bột PVC ta tiến hành theo các bước như sàng nghiền…rồi sau đó đóng bao và lưu kho. CHƯƠNG V: SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC I/ GIỚI THIỆU DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC MỚI ĐANG ĐƯỢC XÂY DỰNG. 1/ Thuyết minh dây chuyền công nghệ sản xuất PVC theo phương pháp huyền phù. Sơ đồ sản xuất PVC theo phương pháp trùng hợp huyền phù Nước qua thiết bị (5),(6),(7) được bơm lên thùng lường dung dịch Gelatin và nước ở thùng (2) được đưa cùng lúc vào nồi phản ứng. VC được đưa từ thùng chứa (4) vào nồi phản ứng. Sản phẩm PVC đi ra được bơm vào thiết bị lắng, 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. 2/ Thuyết minh dây chuyền công nghệ của hãng Chisso Corp. Quá trình sản xuất gián đoạn, theo phương pháp là trùng hợp huyền phù vinyl clorua. Các thiết bị phản ứng tiêu chuẩn có kích thước là 60, 80, 100 hoặc 130 m2. Thiết bị phản ứng có cánh khuấy (1) chứa nước và chứa các chất phụ gia vàVC. Trong suốt quá trình phản ứng nhiệt độ được điều khiển giữ ở một nhiệt độ nhất định phụ thuộc quá trình làm lạnh bằng nước. Khi phản ứng kết thúc toàn bộ sản phẩm được chuyển xuống thiết bị thổi bay (2). Tại đây VC không phản ứng được tách ra. Thiết bị phản ứng được rửa và phun tác nhân chống tạo cặn bám để chuẩn bị cho quá trình làm việc tiếp theo. Bột nhão PVC chứa VC tiếp tục được cho qua cột rửa (3). Cột rửa có hiệu quả thu hồi VC từ PVC rất lớn mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng của VC sản phẩm. Sau quá trình rửa bột nhão đưa sang quá trình tách nước và sấy khô sau đó bột đựơc chuyển qua các thiết bị xiclo chứa VC thu hồi, sau đó cho qua thiết bị nén và làm lạnh ngưng tụ để tái sử dụng cho chu trình trùng hợp tiếp theo Tổng năng suất của hãng Chisso Cor trên thế giới một triệu tấn/ năm. Ngoài ra công nghệ tách VC cũng được cấp phát cho nhiều nhà sản xuất PVC. 3. Thuyết minh dây chuyền của hãng Inovy B.V. Quá trình sản xuất PVC theo phương pháp trùng hợp huyền phù trong nứơc. Hỗn hợp nước và phụ gia được đưa vào thiết bị phản ứng có kích thước là 140 m3 sau đó đến VC. Trong suốt qúa trình phản ứng nhiệt độ được điều khiển giữ ở nhiệt độ nhất định và phụ thuộc vào quá trình làm lạnh bằng nước. Phản ứng kết thúc toàn bộ sản phẩm được đưa vào thiết bị thổi bay (3). VC không phản ứng được đưa lên thùng thu hồi (4) còn một phần còn lẫn đi trong sản phẩm được đưa vào tháp rửa (5) để tách triệt để VC chưa phản ứng. PVC có lẫn trong nước cho qua thiết bị ly tâm và sấy để tách nước và khí thải. Sản phẩm cuối cùng là PVC dạng bột khô được đưa vào thiết bị (10) để phân loại. Dây chuyền công nghệ của hãng Chisso Corp PHẦN II CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG A. CÂN BẰNG VẬT CHẤT. I. TÍNH NĂNG SUẤT TRONG MỘT NGÀY LÀM VIỆC. Thời gian làm việc được xác định dựa trên số ngày trong năm trừ đi số ngày được nghỉ. Số ngày nghỉ lễ tết: 8 ngày Số ngày nghỉ sửa chữa nhỏ: 5 ngày Số ngày nghỉ sửa chữa lớn: 10 ngày Tổng số 23 ngày Vậy số ngày làm việc trong 1 năm là 365 - 23 = 342 ngày Năng suất làm việc trong một ngày là (tấn/ngày) II.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO 1 TẤN SẢN PHẨM Căn cứ vào đơn phối liệu sử dụng ta có tỷ lệ các chất là. Nước/VC = 1,5 Keo PVA 95%/VC = 0,0015 Khơi mào POB 96%/VC = 0,008 Chất đệm H3PO4 89%/VC = 0,004 1. Công đoạn trùng hợp a. Tính lượng VC và chất khơi mào Do độ ẩm trong nhựa là 0,3% nên lượng PVC khô trong một tấn sản phẩm . Với hiệu suất quá trình trùng hợp 95% do đó hao hụt trong toàn bộ quá trình bao gồm: Công đoạn sấy - đóng bao: 0,1% Giai đoạn ly tâm và rửa nhựa: 0,1% Giai đoạn xử lý kiềm: 0,5% Giai đoạn chuẩn bị - lường: 0,1%. - Hao hụt của quá trình sấy - đóng bao. Lượng PVC trước khi sấy là: Vậy lượng PVC hao hụt do sấy là 1001 - 1000 = 1 (kg) - Hao hụt của quá trình ly tâm - rửa nhựa. Lượng PVC trước khi ly tâm là: Lượng PVC hao hụt do ly tâm và rửa nhựa 1002 - 1001 = 1 (kg) - Hao hụt do xử lý kiềm Lượng PVC trước khi xử lý kiềm là: Lượng PVC hao hụt do xử lý kiềm 1007 - 1002 = 5 (kg) Từ giai đoạn trùng hợp sang giai đoạn xử lý kiềm không xảy ra sự mất mát, lượng PVC trên là do VC và chất khởi đầu trùng hợp tạo thành. Với hiệu suất trùng hợp 95%, do đó lượng VC ban đầu là: Lượng VC không phản ứn