Thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC theo phương pháp trùng hợp Nhũ Tương

t. Đầu tiên cho nước vào thiết bị phản ứng khoảng 1/2 thể tích thiết bị phản ứng, nước trong hỗn hợp phản ứng để ở nhiệt độ thường hoặc được đun nóng nếu hút chân không. Keo bảo vệ được hoà tan trong nước nóng ở 600C tại thiết bị, thời gian nạp keo bảo vệ càng nhanh càng tốt vì nếu chậm thì keo bảo vệ bị lão hoá mất tác dụng. Chất khởi đầu cho vào thiết bị phản ứng dưới dạng trộn lẫn trong nước sau đó đậy nắp thiết bị. + Hút chân không thiết bị phản ứng: trước khi nạp VC phải tạo môi trường trơ (không có oxy) trong hỗn hợp phản ứng nếu có oxy sẽ cản trở quá trình trùng hợp. Để tạo độ chân không đúng yêu cầu ta phải dùng một số lượng lớn bơm chân không, do vậy nên người thường sử dụng các bước hút chân không liên tiếp. + Tiến hành nạp monome VC: Sau khi vào thiết bị phản ứng VC ở dạng lỏng phân tán trong nước do sự khuấy trộn. Tiến hành trùng hợp VC trong khoảng nhiệt độ 40 á 480C tuỳ theo yêu cầu về tính chất sản phẩm. Thiết bị phản ứng có thể tích 20 – 50 m3 ngoại trừ hãng Huls 200 m3. + Đun nóng thiết bị phản ứng trùng hợp đến 600C bằng hỗn hợp nước và hơi trong vỏ nồi phản ứng và giữ nguyên nhiệt độ cho đến hết phản ứng. Trước khi phản ứng xảy ra phải khuấy mạnh để đạt cân bằng cho hệ huyền phù. Khi quá trình phản ứng xảy ra thì nhiệt độ trong thiết bị sẽ tăng, do đó phải duy trì nhiệt độ phản ứng bằng nước lạnh tuần hoàn ở ngoài vỏ thiết bị phản ứng. áp suất nồi phản ứng duy trì trong khoảng 6.3 atm (400C) đến 15 atm (800C) cho đến khi áp suất trong thiết bị trong thiết bị giảm xuống bằng áp suất hơi cân bằng của VC/PVC. Khi đó độ chuyển hoá đạt 80% không còn VC tự do, khi áp suất bắt đầu giảm thì người ta cho thêm một lượng nhỏ chất hãm để ngừng polyme hoá trong các giai đoạn tiếp theo. + Loại bỏ vinyl clorua còn trong thiết bị phản ứng bằng cách giảm áp trong nồi pảhn ứng, vinyl clorua 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 vinyl clorua 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 khô tới khi hàm ẩm nhỏ hơn 0.3% thì dừng sấy để loại bỏ các hạt to sau đó được đóng bao. + Làm sạch nồi phản ứng: là rất quan trọng vì trong quá trình phản ứng các polyme tạo thành bám trên bề mặt trong thiết bị phản ứng gây cản trở sự truyền nhiệt, làm tắc van,... Hiện nay trong các dây chuyền sản xuất tự động hoá, nên người ta sử dụng vòi cao áp ( hoảng 300 atm) để làm sạch, đầu vòi phun được đặt trong thiết bị phản ứng, có thể di chuyển lên xuống hay quay thay thế cho nhân công. * Giai đoạn làm sạch nhựa: sản phẩm PVC sau khi trùng hợp có rất nhiều chất bẩn dính trộn 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 dễ hoà tan vào nước, dễ 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 Nếu chất khởi đầu là peroxyt benzoil thì: 2(C6H5COO)2 + 4 NaOH 4 C6H5COONa + 2 H2O + O2 + Tách VC. + Ly tâm và rửa nhựa: dùng nước cất 60 á700C để rửa nhựa trong thiết bị thân hình trụ, đáy nón làm bằng thép không rỉ phía trong có lắp cánh khuấy. Cuối cùng của quá trình rửa ta không tách nước mà cho qua thiết bị ly tâm để tách nước. Hàm ẩm của bột PVC sau khi ly tâm khoảng 16 á22%. + Quá trình sấy khô: sấy nhựa PVC có thể dùng thiết bị kiểu tầng sôi, thiết bị sấy phun, nhiệt độ không khí sấy, từ 1200 á 1400C. Hàm ẩm sau khi sấy khô nhỏ hơn 0,3%. PVC sau khi sấy khô qua hệ thống cyclon thu hồi, tuỳ theo yêu cầu mà có thể tiến hành các bước sàn-nghiền,... rồi sau đó đóng bao và lưu kho. II.2. Sản xuất PVC theo phương pháp nhũ tương: [8];[1] Phương pháp này có thể tiến hành liên tục hay gián đoạn. Với trường hợp gián đoạn dùng thiết bị phản ứng loại dung tích vài m3 có lót chì, có thể làm việc ở áp suất dưới 10 atm, có cánh khuấy, có vỏ bọc ngoài để bảo vệ và có thể chiụ được áp suất 15 atm. Cánh khuấy được quay tròn với vận tốc 10á20 vòng phút để trộn đều hỗn hợp phản ứng. Hỗn Hợp phản ứng gồm có nước cất, clorua vinyl lỏng, chất khởi đầu (tan trong nước như H2O2), chất nhũ hoá, chất điều chỉnh pH của môi trường, chất điều chỉnh sức căn bề mặt. Chất nhũ hoá chiếm khoảng 0,1 á 0,5% trọng lượng clorua vinyl. Chất điều chỉnh pH của môi trường là các muối đệm như axetac natri, axit photphoric,...pH càng cao chất khởi đầu loại peroxyt bị phân huỷ càng mạnh và phản ứng xảy ra nhanh hơn, thường giữ pH ở khoảng 6,5 á 7,0. Cần giảm sức căng bề mặt của môi trường để tăng độ phân tán của Polyme, các chất thường dùng poly vinylic,...với số lượng khoảng 0,1á 0,5% lượng monome. Quá trình tiến hành trùng hợp tóm tắt như sau : đầu tiên dùng nước nóng đưa nhiệt độ hỗn hợp phản ứng lên 40 á 50oC, áp suất trong thiết bị phản ứng lên đến 5 á 7 atm. Thời gian kích động trùng hợp kéo dài vài giờ, sau đó là thời gian phản ứng trùng hợp toả nhiệt làm tăng nhanh áp suất nên cần phải cho nước lạnh vào để điều chỉnh nhiệt độ, giữ nguyên áp suất . Tốt nhất là nhiệt độ không lệch quá ± 20C và áp suất ± 0,2atm. Khi phản ứng phản ứng trùng hợp kết thúc áp suất sẽ giảm xuống. Cuối cùng muốn tách polyme ra khỏi nhũ tương có thể dùng các biện pháp sau: + Cho chất nhũ tương liên tục qua tủ sấy kiểu thùng quay. + Cho chất nhũ tương liên tục phun qua hệ thống sấy khô. + Kết tủa nhũ tương bằng cách ly tâm rồi sáy khô polyme trong thùng sấy chân không. Trong thời gian gần đây đã tiến hành trùng hợp nhũ tương liên tục trong nước. Thiết bị gồm một hay hai nồi trùng hợp đặt liền nhau, kiểu thẳng đứng đườmg kính 1,5 ữ1,8 mét và cao 7 ữ8 mét có thể làm việc dưới áp suất 10atm, có vỏ ngoài để đun nóng hay làm lạnh, có cánh khuấy. Quá trình tiến hành như sau: Đầu tiên đổ đầy đến 70% dung dịch chất nhũ hoá và chất khởi đầu (theo tỷ lệ 17:1) rồi đun nóng hỗn hợp lên 45 ữ550C. Khi nhiệt độ tăng chứng tỏ phản ứng trùng hợp đã bắt đầu thì cần phải làm lạnh. Điều chỉnh quá trình bằng tỉ trọng của hỗn hợp phản ứng : khi tỉ trọng của hỗn hợp phản ứng đạt 1,07 thì bắt đầu cho nguyên liệu vào và lấy sản phẩm nhựa ra với những lượng bằng nhau. Khi quá trình dần sang giai đoạn liên tục. Khi tỷ trọng của hỗn hợp phản ứng 1,10 thì liên tục cho nguyên liệu vào và lấy nhựa ra. Thiết bị làm việc như vậy từ 10 ữ12 ngày, sau đó ngừng sản xuất để rửa sạch polyme dính ở thành thiết bị. Ngày nay, việc tự động hoá đã dùng hệ thống rửa bằng vòi cao áp đặt bên trong thiết bị phản ứng nên đã hạn chế được nhân công làm việc. Polyme thu được ở dạng latex chuyển sang lọc tách các hạt to, sau đó chuyển latex đi keo tụ, rửa lọc và sấy khô. Năng suất của thiết bị khoảng 25 kg polyme tính với 1m3 dung tích trong giờ. Dùng phương pháp này có thể điều chỉnh độ trùng hợp bằng cách thay đổi nhiệt độ hoặc là tính chất và số lượng chất khởi đầu. Do những tính chất ưu việc của phương pháp nhũ tương và yêu cầu của đề tài nên em chọn quá trình trùng hợp nhũ tương để sản xuất PVC từ VC. III.Giới Thiệu Một Số Sơ Đồ Công Nghệ Sản Xuất: III.1 .Sơ đồ sản xuất PVC liên tục theo phương pháp nhũ tương:[8] Thuyết minh sơ đồ: Dung dịch chất nhũ hoá, dung dịch xúc tác, nước với thành phần đã biết trước cho vào thiết bị trộn (1) và được bơm (2) đưa vào thiết bị phản ứng (3) với nhiệt độ khoảng 400C cùng với vinyl clorua được đưa vào trên đỉnh tháp. Phản ứng trùng hợp xảy ra và kết quả ta thu được ở đáy thiết bị phản ứng (3), Sản phẩm từ đáy thiết bị (3) được đưa sang thiết bị (4) nhiệt độ phản ứng 600C để thực hiện phản ứng sâu hơn đồng thời làm tăng tính chất của dung dịch. Kết thúc phản ứng trùng hợp sản phẩm chuyển vào các thiết bị chứa (5) và (6). Tại đây hơi còn lại của quá trình phản ứng được xử lý tách được vinyl clorua và cho vinyl clorua hồi lưu trở lại. Sản phẩm còn lại ở đáy thiết bị (5) và (6) ở dạng Latex. Sản phẩm được lấy ra bằng 3 con đường: bằng con đường qua thiết bị thùng quay (7), qua thiết bị sấy phun (8) , bằng cách keo tụ rồi qua mấy ly tâm đến thiết bị sấy chân không (9) và (10). Sản phẩm PVC thu được chuyển vào kho chứa và sử dụng. III.2. Sơ đồ sản xuất PVC theo phương pháp nhũ tương: [4] Thuyết minh dây chuyền công nghệ: Quá trình sản xuất liên tục, theo phương pháp trùng hợp nhũ tương. Vinyl clorua từ thùng chứa (1) được bơm đưa vào phần trên đỉnh tháp thiết bị phản ứng (2) cùng với chất nhũ hoá, chất nhũ tương và nước được cho vào. Thiết bị phản ứng (2) có cánh khuấy và nhiệt độ trong thiết bị khoảng 600C phản trùng hợp xảy ra và sản phẩm ở đáy được bơm vận chuyển vào thùng chứa PVC dạng latex (3), sản phẩm từ thùng chứa (3) được bơm đưa vào phần trên của tháp tách VCM (4). Tại thiết bị (4), dung dịch chia làm 2 phần: Phần nặng lấy ra từ đáy được bơm vận chuyển vào phần trên thiết bị sấy phun cùng với khí nóng vào thiết bị sấy phun. Sản phẩm ở thiết bị sấy phun (5) được lấy ra bằng hai đường, một phần vào thiết bị lọc có vải xốp làm việc ở chế độ chân không (6) và một phần lấy ra từ đáy thiết bị (5). Sản phẩm được đẩy đi rất chậm vào thiết bị nghiền (10) những hạt kích thước lớn được nghiền nhỏ và tiếp tục được đưa vào thiết bị lọc có vải xốp làm việc ở chế độ chân không (6) và tiếp tục đưa qua lưới sàn (7), những phân tử kích thước lớn bị loại ra còn những phân tử kích thước bé sẽ được đưa vào kho chứa sản phẩm (8) và sản phẩm PVC (9) được lấy ra sử dụng. Phần nhẹ lấy ra từ thiết bị (4) qua trao đổi nhiệt và lấy ra kết hợp cùng với khí tạo ra ở thiết bị (2), thiết bị (3) được đưa vào thiết bị giữ khí (11) và tiếp tục được đưa vào tháp tách khí (13) vào thiết bị thu hồi VC (12) và được hồi lưu trở lại. Đây là sơ đồ sản xuất cho năng suất cao và làm việc liên tục nên thích hợp với quá trình thiết kế nên em lựa chọn công nghệ này để sản xuất. III.3. Sơ đồ sản xuất PVC theo phương pháp huyền phù: [5] Thuyết minh dây chuyền công nghệ của hãng chisocorp: Quá trình sản xuất gián đoạn, trùng hợp vinyl clorua theo phương pháp huyền phù. Thiết bị phản ứng chuẩn có các kích thước là 60, 80, 100 hay 130 m3. Thiết bị phản ứng có cánh khuấy (1) chứa nước, chất phụ gia và vinyl clorua. Trong suốt quá trình phản ứng nhiệt độ được điều khiển giữ ở nhiệt độ nhất định quá trình làm lạnh bằng nước hoặc bằng nước lạnh. Khi phản ứng kết thúc sản phẩm được chuyển xuống thiết bị thổi bay (2), tại đây vinyl clorua chưa phản ứng được tách ra. Thiết bị phản ứng được rửa sạch và phun tác nhân chống tạo cặn để chuẩn bị cho quá trình sản xuất tiếp theo. Bột nhão PVC còn chứa vinyl clorua tiếp tục được cho qua cột rửa (3) có khả năng thu hồi vinyl clorua rất lớn mà không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm PVC. Sau quá trình rửa bột nhão đưa sang quá trình tách nước tại thiêt bị (4) và sấy khô (5). Sau đó bột được chuyển qua các thiết bị xyclon chứa. VC thu hồi được chứa trong thiết bị chứa khí (6) sau đó qua thiết bị nén và làm lạnh ngưng tụ để tái sinh cho quá trình trùng hợp tiếp theo. III.4. Sơ đồ sản xuất PVC theo phương pháp huyền phù: [5] Thuyết minh dây chuyền công nghệ của hãng Inovyl B.V: Quá trình sản xuất PVC gián đoạn theo phương pháp trùng hợp huyền phù trong nước. Thiết bị phản ứng chuẩn 140 m3, thiết bị phản ứng có cánh khuấy (1), thùng chứa phụ gia (2). Thiết bị phản ứng thực hiện sự chuyển hoá trên 94%. Nước, phụ gia và VC cho vào thiết bị phản ứng (1), trong suốt quá trình phản ứng nhiệt độ được giữ ở một nhiệt độ nhất định phụ thuộc vào quá trình làm lạnh bằng nước, thiết bị phản ứng có vỏ bọc ngoài và nước thải khi làm lạnh thải ra ngoài. Không dùng thiết bị làm lạnh bằng sinh hàn hơi nước ở thủ đô vì giá thành để xử lý nước thải. Khi phản ứng trùng hợp kết thúc PVC ở dạng huyền phù đặc được đưa qua thiết bị thổi bay (3), tại đây VC chưa phản ứng được tách ra. Còn bột nhão vẫn còn chứa VC tiếp tục chuyển vào tháp tách rửa VC (5) và hồi lưu, VC thoát ra từ (3) và (5) được thu vào tháp thu hồi (4) để xử lý và hồi lưu trở lại. Lượng VCM vẫn còn thừa tiếp tục vào tháp chưng cất bằng hơi nước dạng cột, cột này được thiết kế với kích thước nhỏ đặc biệt để làm sạch sản phẩm biến chất và sản phẩm thải. Khi qua cột này VCM được tách ra đến nhỏ hơn phần triệu. Sản phẩm ra khỏi thiết bị (5) và thiết bị chứa PVC bột nhão (6), sản phẩm tiếp tục được làm khô và ly tâm tại thiết bị (7) vào thiết bị sấy (9). Sản phẩm ra khỏi (9) được phân loại tại (10) và thu sản phẩm. Chất chống tạo nhựa bám của hãng Inovyl có tên thương mại là EVICAS 90 được sử dụng nhiều trên thế giới, 80% lượng PVC sản xuất được trên thế giới sử dụng chất EVICAS 90 này. PHầN II : TíNH TOáN a. Tính cân bằng vật chất: i. Tính năng suất trong một ngày làm việc: Thời gian làm việc được xác định: số ngày làm việc trong một năm là 365 ngày. Trong đó: số ngày nghỉ lễ tết : 6 ngày số ngày nghỉ sửa chửa nhỏ : 4 ngày số ngày nghỉ sửa chửa lớn : 15 ngày. Tổng số ngày nghỉ : 25 ngày. Vậy số ngày làm việc trong một năm là: - 25 = 340 ngày. Năng suất làm việc trong một ngày là: 40000 : 340 = 117,647 tấn/ngày. * Thời gian bố trí sản xuất: + Thời gian lưu của hỗn hợp phản ứng trong thiết bị phản ứng : ă Giai đoạn 1: Uvc Ê 0,72 Phương trình động học của phản ứng: Suy ra: Lấy tích phân 2 vế của phương trình, ta được: t = t1 = = t1 = = 4 (h) ă Giai đoạn 2: Uvc ³ 0,72 Theo đề tài yêu cầu ta có phương trình cân bằng vật chất của phản ứng: (1) Với Cvc được xác định theo công thức: Trong đó: ρ0 : khối lượng riêng của VC tại thời điểm, Uvc =0 ,72. ρ : khối lượng riêng của VC tại thời điểm bất kì. : Nồng độ của VC tại thời điểm Uvc = 0,72. ρ0 = ρ = const vì nhiệt dộ và áp suất không đổi . Biểu thức (2) có thể viết : Cvc = Û Cvc = (1- Uvc) (3) Lấy đạo hàm theo thời gian biểu thức (3) ta được: Thay (3) và (4) vào (1) ta được: Suy ra : Lấy tích phân hai vế của (5) ta được: t2 = t = Trong thực tế VC chuyển hoá không quá 90%, chọn Uvc= 0,9. Khi đó : t2 = = 1560(phút) = 26 (giờ). Thời gian lưu của hỗn hợp là: t3 =t2+ t1 = 26 + 4 = 30 (giờ). Thời gian gia nhiệt cho nồi phản ứng : 1 giờ. Thời gian nạp liệu : 30 phút. Thời gian xử lý sản phẩm sau khi trùng hợp và chuẩn bị cho lần sau là : 4 giờ 30 phút. Thời gian tổng cộng là : 36 giờ. Ngày bố trí làm việc 3 ca, mỗi ca 8 giờ. II. Tính cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm: Đơn phối liệu sử dụng: ă Tỉ lệ : nước/vinylclorua là 1,4. ă Chất khơi mào Peroxyt Benzoil (POB) : 0,1% lượng Vinylclorua. ă Chất nhũ hoá : 0,1% lượng Vinylclorua. ă Chất đệm H3PO4(90%) : 0,5% lượng Vinylclorua. II.1.Công đoạn trùng hợp: II.1.1. Tính lượng VC và lượng chất khơi mào : Sản phẩm nhựa PVC có độ ẩm là 0,3% nên lượng PVC có trong một tấn sản phẩm là: Hiệu suất chung toàn quá trình là 98%, hao hụt sản phẩm trong toàn bộ quá trình là 100% - 98% = 2%. Gồm: ã Giai đoạn sấy _ đóng bao : 0,5%. ã Giai đoạn ly tâm_ rửa nhựa : 1%. ã Giai đoạn chuẩn bị lường : 0,5%. *. Hao hụt của quá trình sấy _ đóng bao: 0,5%, ta có: Lượng nhựa PVC trước khi sấy đóng bao: Lượng PVC hao hụt trong quá trình sấy _ đóng bao là: 1001,985 – 997 = 4,985 (kg). *. Hao hụt giai đoạn ly tâm rửa nhựa là 1%, nên ta có: Lượng PVC trước khi ly tâm _ rửa nhựa: Lượng PVC hao hụt trong quá trình ly tâm rửa nhựa là: 1012,005 – 1001,985 = 10,02 (kg). *. Hao hụt trong quá trình lường là 0,5%, do đó: +. Lượng VC tham gia vào quá trình chuyển hoá là : - Vì chỉ chuyển hoá 90% nên lượng VC cần dùng cho trùng hợp là: - Hiệu suất chung là 98% nên lượng VC cần dùng là: - Độ nguyên chất của VC là 99,9%, do đó lượng VC cần dùng ban đầu là: - Lượng VC không phản ứng là: 1142,832 – 1006,97 = 135,862(kg). - Vì hao hụt do lường là 0,5%, nên lượng VC trước khi lường là: - Hao hụt do lường là: 1148,546 – 1142,832 = 1,816 (kg). +. Lượng chất khơi mào cần cho trùng hợp: - Lượng chất khơi mào tham gia vào quá trình chuyển hoá để tạo 1 tấn sản phẩm là: Vì hiệu suất chung là 98%, do đó lượng chất khởi đầu cần dùng là: - Lượng chất khơi mào không tham gia vào quá trình chuyển hoá: 1,166 – 1,143 = 0,023 (kg) Độ nguyên chất của chất khơi mào là 98%, lượng chất khơi mào cần dùng là: - Vì hao hụt do lường là 0,5% nên lượng chất khơi mào cần dùng là: - Lượng chất khơi mào hao hụt là: 1,196 – 1,190 = 0,006 (kg). II.1.1.2. Tính lượng chất điều chỉnh pH (H3PO4,90%) và chất nhũ hoá: *. Tính lượng H3PO4,90%: chiếm 0,5% lượng VC. Lượng H3PO4 cần dùng: Vì hao hụt do lường là 0,5% nên lượng H3PO4 cần dùng ban đầu là: Lượng H3PO4 90% hao hụt là: 5,771 – 5,743 = 0,028(kg). *. Tính lượng chất nhũ hoá: Lượng chất nhũ hoá chiếm 0,1% lượng VC nên lượng chất nhũ hoá cần dùng là: Hao hụt do lường là 0,5% nên lượng chất nhũ hoá ban đầu là: Lượng chất nhũ hoá hao hụt do lường là: 1,149 – 1,155 = 0,006 (kg). II.1.1.3.Tính lượng nước: - Lượng nước dùng chiếm gấp 1,4 ´ lượng VC, do đó lượng VC cần dùng là: 1148,546 ´ 1,4 = 1607,964 (kg) - Hao hụt trong chuẩn bị _ lường là 0,5% nên lượng nước cần dùng ban đầu là: - Lượng nước tổn hao do lường là: 1616,004 – 1607,964 = 8,04 (kg). - Lượng nước dùng cho quá trình gồm: +. Nước pha dung dịch chất nhũ hoá: Để tạo dung dịch chất nhũ hoá 5%, cần dùng: +. Nước pha chất khơi mào: Để tạo dung dịch 30% thì cần dùng: +. Nước cho trực tiếp vào nồi phản ứng: 1616,004 – (21,945 + 2,791) = 1591,268 (kg). Từ các số liệu tính toán trên ta có bảng cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm trong công đoạn trùng hợp . Bảng 1: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm trong công đoạn trùng hợp (kg) Nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao VC 99,9% 1148,546 135,862 1,816 Chất khơi mào 1,166 0,023 0,006 Chất đệm 5,771 5,743 0,028 Chất nhũ hoá 1,155 1,149 0,006 Nước 1616,004 1607,964 8,04 PVC 1012,005 Tổng 2772,642 2762,746 9,896 II.2.Công đoạn ly tâm và rửa nhựa: Tiến hành rửa nhựa bằng nước cất nóng 60á700C , ly tâm thật sạch đến phản ứng trung hoà. Tiến hành rửa 3 lần, mỗi lần 250 lit/400 kg hỗn hợp. Lượng nước cần dùng cho 1 lần rửa: Lượng nước cần dùng để rửa hỗn hợp tương ứng với 1 tấn sản phẩm: 1762,716 x 3 = 5180,149 (kg). Sau khi ly tâm và rửa nhựa, độ ẩm của sản phẩm còn lại là 16%. Lượng nước có trong nhựa là: Từ các số liệu tính được ta có bảng sau: Bảng 2: Cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm trong công đoạn ly tâm_ rửa nhựa: (kg) Nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao VC 99,9% 135,862 Lượng nhựa Chất không phản ứng 135,862 Chất khơi mào 0,023 0,023 Chất đệm 5,743 5,743 Chất nhũ hoá 1,149 1,149 Nước 1607,964 1607,964 PVC 1012,005 1001,985 10,02 Nước rửa nhựa 5180,149 160,320 5019,829 Tổng 7942,877 1162,305 6770,552 10,02 II.3. Công đoạn sấy _ đóng bao: Lượng nhựa ra với lượng ẩm 16%, thực hiện quá trình sấy và đóng bao và sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm 0,3%. Ta có bảng sau: Bảng 3: Cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm ở công đoạn sấy _đóng bao: (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao PVC 1001,985 997 4,985 Nước 160,320 3 157,320 Tổng 1162,305 1000 162,305 III. Tính cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm: Với năng suất 40.000 tấn / năm = 4.107 kg/năm. Chọn 4 thiết bị làm việc liên tiếp. Nên công suất mỗi thiết bị là: 4.107 kg/năm : 4 = 107 kg/năm = 10.000 tấn/năm. Các thiết bị làm việc cách nhau 9 giờ, như vậy cứ 9 giờ ta có một mẻ sản phẩm. Một năm thiết bị làm việc 340 ngày. Số mẻ sản phẩm trong một năm của một thiết bị là: (mẻ) ằ 907 mẻ Mỗi mẻ một thiết bị làm việc sẽ đạt năng suất: Qmẻ (tấn PVC/mẻ) III.1.Công đoạn trùng hợp: - VC cần cho một mẻ sản phẩm là: 1148,546 ´ 11,029 = 12667,314 (kg) - Chất khơi mào cần cho 1một mẻ sản phẩm là: 1,166 ´ 11,029 = 12,86 (kg) - Chất đệm cần cho một mẻ sản phẩm là: 5,771 ´ 11,029 = 63,648 (kg). - Chất nhũ hoá cần cho một mẻ sản phẩm là: 1,155 ´ 11,029 = 12,739 (kg). - Lượng nước cất cần cho một mẻ sản phẩm là: 1616,004 ´ 11,029 = 17882,908 (kg). - Lượng VC không tham gia chuyển hoá ở một mẻ sản phẩm là: 135,862 ´ 11,029 = 1498,422 (kg). - Lượng chất khơi mào không tham gia chuyển ở một mẻ sản phẩm là: 0,023 ´ 11,029 = 0,254 (kg). - Lượng PVC có trong một mẻ sản phẩm là: 1012,005 ´ 11,029 = 11161,403 (kg). Trong giai đoạn trùng hợp tổn hao do lường là 0,5% nên ta có: - Lượng VC tổn hao do lườnglà: 12667,314 ´ 0,5% = 63,337 (kg). - Lượng chất khơi mào tổn hao là: 12,86 ´ 0,5% = 0,064 (kg). - Lượng chất đệm tổn hao là: 63,648 ´ 0,5% = 0,318 (kg). - Lượng chất nhũ hoá tổn hao là: 12,739 ´ 0,5% = 0,064 (kg). - Lượng nước bị tổn hao là : 17822,908 ´ 0,5% = 89,115 (kg). Từ các số liệu tính được ta có bảng sau: Bảng 4: Cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm trong công đoạn trùng hợp (kg). Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao VC 99,9% 12667,314 1498,422 20,029 Chất khơi mào 12,860 0,254 0,066 Chất đệm 63,648 63,339 0,309 Chất nhũ hoá 12,739 12,673 0,066 Nước 17822,908 17734,245 88,663 PVC 11161,403 Tổng 30579,469 30470,336 109,143 III.2.Công đoạn ly tâm và rửa nhựa: - Lượng nước cất cần dùng cho một lần rửa một mẻ sản phẩm là: 1762,716 ´ 11,029 = 19440,995 (kg). Vì tiến hành rửa 3 lần nên lượng nước cần dùng là: 19440,995 ´ 3 = 58322,985 (kg). - Lượng nhựa ra sau công đoạn ly tâm_ rửa nhựa là: - Lượng nhựa bị tổn hao ở công đoạn này là: 11273,017 – 11161,403 = 111,614 (kg). - Sản phẩm nhựa sau khi ly tâm và rửa nhựa có độ ẩm 16%, lượng nước có trong nhựa là: Từ các số liệu tính toán, ta có : Bảng 5: Cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm trong công đoạn ly tâm_ rửa nhựa (kg). Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nhựa Chất không phản ứng VC 99,9% 1498,422 1498,422 Chất khơi mào 0,254 0,254 Chất đệm 63,339 63,339 Chất nhũ hoá 12,673 12,673 Nước 17734,245 17734,245 Nước rửa nhựa 57131,863 1785,825 55346,038 PVC 11161,403 11050,893 110,51 Tổng 87602,199 12836,718 74654,971 110,51 III.3. Công đoạn sấy _ đóng bao: - Lượng nhựa ra ở công đoạn ly tâm_rửa nhựa thực hiện quá trình sấy- đóng bao. Ở công đoạn này lượng nhựa bị tổn hao là 0,5%. - Lượng nhựa ra khỏi công đoạn sấy _ đóng bao là: (kg). - Lượng nhựa bị tổn hao: 11050,893 - 10995,913 = 54,98 (kg). - Lượng nước còn lại trong nhựa sau công đoạn này là 0,3%, nên ta có: Từ các số liệu ta có, bảng sau: Bảng 6: Cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm ở công đoạn sấy _ đóng bao (kg). Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao PVC 11050,893 10995,913 54,98 Nước 1785,825 33,358 1752,467 Tổng 12836,718 11029,271 1807,447 IV. Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất: Trong 1 năm sản xuất của một thiết bị phản ứng có 907 mẻ. Do đó: Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất của một thiết bị phản ứnglà: Cân bằng vật chất cho một mẻ ´ 907 Tính toán tương tự, ta có các bảng số liệu sau: IV.1.Công đoạn trùng hợp: Bảng 7: Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất ở công đoạn trùng hợp: (kg) Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao VC 99,9% 11489253,800 1359068,754 18166,303 Chất khơi mào 1166,020 230,378 59,862 Chất đệm 57728,736 57448,473 280,263 Chất nhũ hoá 11554,273 11494,411 59,864 Nước 16165377,560 16084960,220 80418,341 PVC 10123392,520 Tổng 27735578,389 27636593,756 98984,631 IV.2. Công đoạn ly tâm _ rửa nhựa: Bảng 8: Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất ở công đoạn ly tâm rửa nhựa (kg). Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao Nhựa Chất không phản ứng VC 99,9 % 1359068,754 1359068,754 Chất khơi mào 230,328 230,328 Chất đệm 57448,473 57448,473 Chất nhũ hoá 11494,411 11494,411 Nước 16084960,220 16084960,220 Nước rửa nhựa 51818599,71 1619743,275 419777386,435 PVC 10123392,520 10023159,950 100232,570 Tổng 79455193,496 11642903,325 67712057,601 100232,570 IV.3. Công đoạn sấy _ đóng bao: Bảng 9: Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất ở công đoạn này (kg). Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao PVC 10023159,950 9973293,091 49866,859 Nước 1619743,275 30255,706 1589487,569 Tổng 11742903,225 10003548,797 1639354,428 B.tính cân bằng nhiệt lượng: I.Cân bằng nhiệt lượng Ta có phương trình cân bằng nhiệt tổng quát: Các thông số của quá trình: - Nhiệt độ phản ứng không đổi: T = const. - Hệ dẳng nhiệt, ta có: -Hệ có một phản ứng hoá học. Gọi Q là nhiệt lượng cần phải trao đổi cho một đơn vị thể tích thiết bị. Trong đó: : Nhiệt độ trung bình của môi trường tải nhiệt. Vậy ta có phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị. Q: nhiệt lượng cần trao đổi cho cả thiết bị. I.1.Giai đoạn 1: Khi độ chuyển hoá Với hệ chỉ gồm một phản ứng hoá học ta có phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị khuấy lý tưởng làm việc gián đoạn. Trong đó: Q = QTĐ : lượng nhiệt trao đổi, KJ/m3.h m: số phương trình phản ứng, với hệ này ta có m = 1. ri : vận tốc phản ứng, kmol/m3.h. DR.H: nhiệt toả ra trong khi phản ứng. DR.H = 43,125.103 (KJ/Kmol). Ta có ở giai đoạn 1: Tro