Upload
phong-ngo
View
146
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 1 Lớp: Polyme K47
PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU ................................................................................ 1
1. Lịch sử phát triển ......................................................................................... 1
2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC ............................................................ 2
2.1. Trên thế giới ................................................................................... 2
2.2. Tại Việt Nam ................................................................................. 2
3. Các dự án sắp tới ......................................................................................... 3
PHẦN THỨ HAI.: LÝ THUYẾT CHUNG ................................................ 5
CHƯƠNG 1. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NHỰA PVC ............................... 5
1.1. Nguyên liệu .................................................................................... 5
1.1.1 Tính chất lý học ................................................................ 5
1.1.2 Tính chất hoá học .............................................................. 7
1.2. Phản ứng tạo nhựa ......................................................................... 9
1.2.1. Cơ cấu phản ứng .............................................................. 9
1.2.2. Động học quá trình trùng hợp .......................................... 11
1.2.3. Độ trùng hợp và chiều dài động học của mạch ................ 13
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp ............................. 14
1.3.1. Nhiệt độ............................................................................. 14
1.3.2. Áp suất .............................................................................. 14
1.3.3. Oxy .................................................................................... 14
1.3.4. Nồng độ chất khơi mào ..................................................... 14
1.3.5. Nồng độ monome .............................................................. 15
1.4. Các phương pháp sản xuất nhựa PVC ........................................... 15
1.4.1. Sản xuất Vinylclorua (vc) ................................................. 15
1.4.2. Sản xuất PVC ................................................................... 18
1.4.2.1. Phương pháp trùng hợp khối ............................... 18
1.4.2.2. Phương pháp trùng hợp dung dịch ...................... 19
1.4.2.3. Phương pháp trùng hợp nhũ tương ..................... 19
1.4.2.4. Phương pháp trùng hợp huyền phù ..................... 21
CHƯƠNG 2. PHẢN ỨNG PHÂN HUỶ, ỔN ĐỊNH CỦA NHỰA PVC .. 23
2.1. Phản ứng phân huỷ ....................................................................... 23
1.3. Cơ chế của sự ổn định .................................................................... 25
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 2 Lớp: Polyme K47
2.3. Sự thay thế của CL không bền ....................................................... 25
2.4. Phản ứng tại các vị trí chưa bão hoà .............................................. 27
CHƯƠNG 3. TÍNH CHẤT ỨNG DỤNG CỦA PVC ................................. 29
3.1. Tính chất cơ lý hoá của nhựa PVC ................................................ 29
3.2. Tính chất cơ lý .............................................................................. 30
3.3. Tính chất hóa học ........................................................................... 31
3.4. Ứng dụng ....................................................................................... 32
CHƯƠNG 4. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PVC BẰNG PHƯƠNG
PHÁP HUYỀN PHÙ ..................................................................................... 34
4.1. Quy cách nguyên liệu và thành phần ............................................. 34
4.2. Thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất ..................................... 35
4.3. Thành phần nguyên liệu ................................................................. 35
4.4. So sánh giữa các phương pháp ..................................................... 35
4.5. Dây chuyền sản xuất PVC trong dung dịch huyền phù ................. 37
PHẦN THỨ BA. CÂN BẰNG VẬT CHẤT................................................ 39
3.1. Năng suất một ngày làm việc ......................................................... 39
3.2. Tính cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm .............................. 39
3.3. Tính cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm .............................. 46
3.4. Tính cân bằng vật chất cho 500 tấn sản phẩm ............................... 48
PHẦN THỨ TƯ. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ .................................................... 50
1. Thiết bị chính .................................................................................... 50
2. Thiết bị phụ ....................................................................................... 60
2.1. Bơm ...................................................................................... 60
2.2. Thiết bị lường chứa ............................................................. 67
2.3. Thiết bị rửa –ly tâm ............................................................. 70
2.4. Thiết bị sấy .......................................................................... 71
2.5. Sàng ..................................................................................... 74
3. Cân bằng nhiệt .................................................................................. 74
3.1. Tính toán nhiệt cho giai đoạn đun nóng hỗn hợp từ nhiệt
độ đầu 250C lên nhiệt độ trùng hợp 70
0C .................................. 76
3.2. Giai đoạn giữ nhiệt phản ứng 700C .................................... 81
PHẦN THỨ NĂM. AN TOÀN LAO ĐỘNG .............................................. 91
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 3 Lớp: Polyme K47
PHẦN THỨ SÁU. ĐIỆN NƯỚC ................................................................. 94
1. Điện ................................................................................................... 94
2. Nước ................................................................................................. 99
PHẦN THỨ BẨY. KINH TẾ ....................................................................... 100
1. Mục đích ........................................................................................... 100
2. Nội dung phần kinh tế ....................................................................... 101
2.1. Chi phí mua nguyên liệu ...................................................... 101
2.2. Chi phí sản xuất chung ........................................................ 101
2.3. Chi phí công nhân ............................................................... 105
2.4. Chi phí tiêu thụ .................................................................... 108
PHẦN THỨ TÁM. XÂY DỰNG ................................................................. 109
1. Xác định địa điểm xây dựng nhà máy ............................................. 109
2. Thuyết minh thiết kế mặt bằng, mặt cắt phân xưởng ....................... 113
2.1. Chọn hướng nhà .................................................................. 113
2.2. Thiết kế nhà ......................................................................... 113
2.3. Bố trí thiết bị ........................................................................ 113
2.4. Các giải pháp kết cấu nhà ................................................... 114
2.5 Các công trình phụ ............................................................... 116
3. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật....................................117
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 119
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 4 Lớp: Polyme K47
PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU
1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN .
Trong công nghiệp chất dẻo, Polyvinyl dorua (PVC) là một trong ba
chất dẻo thông dụng gồm: Polyolefin (PO), Polyvinlclorua (PVC) và
Polystyren (PS). Nó đứng hàng thứ hai sau Polyolefin với tổng công suất
toàn thế giới năm 1997 là 25 triệu tấn năm.
Vinyl clorua được tìm ra lần đầutiên bởi Regnalt năm 1835. Polyme
Polyvinyclorua (PVC) được biết đến lần đầu tiên 1938. Năm 1912, Bauman
trình bày phản ứng trùng hợp monome vinylic gồm Vinyclorua sử dụng
ánh sáng mặt trời để tạo ra sản phẩm PVC ở dạng bột trắng. Từ đó, công
nghệ trùng hợp PVC đã có những bước phát triển mạnh mẽ chủ yếu ở Mỹ
và Đức. Sản phẩm thương mại của PVC lần đầu tiên ra đời ở Đức vào đầu
những năm 30 sản phẩm quá trình trùng hợp nhũ tương. Năm 1932, bước
đột phá đầu tiên để giải quyết vấn đề quá trình và sự ổn định nhiệt diễn ra
khi Semon phát minh ra chất hoá dẻo cho PVC, quá trình sử dụng chất ổn
định được phát triển vào những năm 30 của thế kỷ 20.
Hiện nay PVC là một trong những Polyme chính của thế giới. Do
tính chất cơ lý tốt nên PVC được sản xuất với sản lượng lớn. Tuy nhiên
tính ổn định nhiệt và tính mềm dẻo của PVC kém hơn một số nhựa thương
phẩm khác như Polyetylen (PE) và PS. PVC được sản xuất chủ yếu bằng
phương pháp trùng hợp gốc. Tuy nhiên, trùng hợp gốc của PVC cho ra
nhiều đồng phân và các khuyết tật cấu trúc. Những nhân tố này quan trọng
sống còn đối với người sử dụng PVC, vì chúng tạo ra những vấn đề về màu
sắc, độ ổn định nhiệt, độ tinh thể, ứng sử gia công và tính chất cơ học của
thành phẩm. Nghiên cứu về khuyết tật cũng đem lại những hiểu biết sâu sắc
về bản chất của phản ứng phụ xảy ra trong quá trình trùng hợp.
Ngoài các chất phụ gia như chất hoá dẻo, chất ổn định nhiệt chất bôi
trơn, chất độn và Polyme khác, đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm cải
thiện những tính chất yếu kém của PVC ví dụ đồng trùng hợp với các
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 5 Lớp: Polyme K47
monome khác và thay đổi hình thái của hạt để tăng cường tính dễ gia công.
Polyme đồng trùng hợp ghép của PVC với monome acrylic và vinylaxetat
blend với MBS và acrylonitryl butadien styren (ABS) đã làm tăng độ bền
va đập của PVC. Côplyme của PVC với monomeimit và PVC clo hoá đã
được nghiên cứ để tăng tính chống cháy của PVC. PVC hoá dẻo nội là một
giải pháp cho vấn đề của chất hoá dẻo (DOP) di chuyển từ bên trong ra bên
ngoài vật liệu.
2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ PVC.
2.1. Trên thế giới.
Theo dự báo của các chuyên gia Marketing về lĩnh vực công nghiệp
hoá chất, thị trường dựa trên thế giới ngày càng tăng. Nhu cầu nhựa PVC
của các khu vực Châu Á - Thái Bình Dương đặc biệt là Trung Quốc, Ấn Độ
sẽ là yếu tố chủ yếu làm tăng nhu cầu thị trường nhựa PVC.
Mức tăng nhu cầu PVC của các nước tư bản gấp khoảng 2 lần mức
tăng tổng sản phẩm quốc dân của nước đó.
Ở các nước Đông Âu, Châu Phi, Trung cận đông, nhu cầu tiêu thụ
PVC cũng tăng do mức độ đầu tư vào các nước này tăng lên.
Nhu cầu về nhựa PVC theo bình quân đầu người ở các nước phát
triển lại thấp hơn so với các nước đang phát triển (chiếm 2/3 dân số thế
giới).
Từ năm 1991 – 1997 mức tăng bình quân về PVC hàng năm của các
nước Châu Á - Thái Bình Dương là 6,2%, trong khi mức tăng bình quân
trên thế giới là 5,3%.
Nhu cầu tăng lớn nhất về PVC ở các nước Châu á - Thái Bình
Dương là Nhật: chiếm 34%, Indonexia: 14,6%, Thái Lan: 14,1%, Malaixia:
13,9%, Trung Quốc: 12,3%.
2.2. Tại Việt Nam.
Do nhu cầu PVC tính theo đầu người hiện nay ở Việt Nam so với
nhiều nước còn thấp, nên trong các năm tới tốc độ tăng trưởng trung bình
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 6 Lớp: Polyme K47
hàng năm sẽ là 40%, sau đó giảm xuống khoảng 17%, vào các năm tiếp
theo.
Hiện nay nước ta đã có 2 Liên doanh sản xuất bột PVC một là: Công
ty Liên doanh giữa Tổng công ty Nhựa Việt Nam với Tổng công ty Hoá
chất Việt Nam và Công ty Thái Plastic – Chemical Public Ltd với công suất
80.000tấn/năm. Năm 2001 nhà máy hoạt động với công suất 100% năm
2002 công suất Nhà máy tăng len 100.000 tấn/năm [1].
Hai là: Công ty TNHH nhựa và hoá chất Phú Mỹ tại khu công
nghiệp Cái Mép là liên doanh giữa công ty xuất nhập khẩu tỉnh Bà Rỵa-
Vũng Tàu với tổng công ty dầu khí Petronas của Malaysia có công suất là
100.000 tấn bột PVC/năm.
Trong năm 2000 cả nước ta tiêu thụ khoảng 150.000 tấn bột PVC,
nhưng chỉ đáp ứng được khoảng 40% nhu cầu còn phải nhập khẩu khoảng
60% từ các nước trên thế giới. Ngoài việc sản xuất bột PVC hai Công ty
Liên doanh trên còn sản xuất PVC Compound với công suất 6000 tấn/năm,
hai Công ty này đã sử dụng hết công suất thiết kế, nhưng vẫn chưa đáp ứng
hết nhu cầu các chủng loại PVC Compound trong nước mà chỉ sản xuất chủ
yếu các loại PVC làm phụ kiện còn các loại PVC dùng cho các chi tiết đặc
chủng vẫn phải nhập khẩu . [1]
3. CÁC DỰ ÁN SẢN XUẤT SẮP TỚI.
Ở nước ta theo tính toán trong vòng 1 năm nữa, thì nhu cầu nguyên
liệu cần tới 1,2 – 1,5 triệu tấn năm [1] trị giá hơn 1 tỷ đô la.
Hiện nay đã có một vài dự án của các công ty Nhật, Nam Triều Tiên,
Pháp, Thái Lan, trao đổi với ngành chất dẻo Việt Nam về việc xây dựng
Nhà máy PVC với công suất 100.000 tấn/năm [2].
Nền công nghiệp hoá chất đóng vai trò tiên phong trong công cuộc
đổi mới và phát triển, lĩnh vực công nghiệp hoá chất gắn liền với sự phát
triển của đất nước.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 7 Lớp: Polyme K47
Vào đầu thập kỷ 60, nhà máy hoá chất Việt Trì đã sản xuất được
PVC, với năng suất 150 tấn/năm. Tuy nhiên, do không kinh tế sản lượng
quá nhỏ nên quá trình sản xuất sớm dừng lại, đặc biệt khi bước vào chiến
tranh phá hoại của Mỹ. Trong thời gian gần đây, công nghiệp gia công chất
dẻo lại phát triển mạnh mẽ với tốc độ tăng trưởng bình quân 28%/năm. Để
minh hoạ điều đó ta có bảng mức tiêu thụ chất dẻo trong thập kỷ 90
Nguyên liệu dùng trong qúa trình gia công đều phải nhập khẩu, trong
đó PVC nhập dưới hai dạng: PVC bột (PVC resin) và PVC hạt (PVC
compound) có chứa sẵn chất hoá dẻo, chất ổn định, chất màu…cơ cấu
nguyên liệu được trình bày ở bảng sau.
Lượng PVC nhập vào mỗi năm vào khoảng 72000 tấn và theo kế
hoạch dự kiến của Tổng công ty nhựa Việt Nam, nhu cầu PVC và chất hoá
dẻo trong thời gian tới được mô tả ở bảng sau
Nhu cầu PVC ngày càng nhiều, do đó phải tính đến xây dựng ngành
sản xuất PVC để tiết kiệm được chi phí và để đáp ứng nhu cầu của thị
trường. Cho đến nay đã có 6 dự án sản xuất PVC, chiếm trong số 7 dự án
về sản xuất nguyên liệu và 30 dự án cả ngành nhựa.
- Công ty Mitsui- Vina và bây giờ là TPC- Vina tổng vốn đầu tư 90
triệu USD, nguyên liệu là VCM nhập khẩu trùng hợp thành PVC, công suất
80000 tân/năm.
- Công ty Elfatoche Việt Nam tại Đồng Nai, vốn đầu tư 3,55 triệu
USD công suất 30000 tấn/năm.
- Công ty liên doanh Việt- Thái Plastchem tại thành phố Hồ Chí
Minh có vốn đầu tư 2,99 triệu USD. Hai nhà máy này có sản phẩm là PVC
hạt và đang hoạt động, sản phẩm của hai nhà máy này đủ cung cấp cho thị
trường hiện nay.
- Công ty Oxy- Vina tổng vốn đầu tư 109,4 triệu USD đi từ nguyên
liệu VCM trùng hợp thành PVC.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 8 Lớp: Polyme K47
- Dự án TPC- Chem Quest Việt Nam, vốn đầu tư 12 triệu USD sản
xuất DOP công suất 30000 tấn/năm từ các nguyên liệu ngoại nhập.
- Dự án LG- Vina, vốn đầu tư 12,5 triệu USD, sản xuất DOP công
suất 30000 tấn/năm [8].
Tuy nhiên, hiện nay giá sản phẩm PVC trong nước cao hơn rất nhiều
so với giá mặt bằng chung trên thế giới. Do đó, các cơ sở sản xuất các sản
phẩm PVC trong nước đang phải hoạt động cầm chừng chi khoản 30- 35%
công suất. Nguyên nhân của tình trạng trên là do sự hụt giá của đồng tiền
các nước cung cấp nguyên liệu cho ngành nhựa Việt Nam. Hơn nữa, các
nhà máy mới đi vào hoạt động, giá thành sản phẩm vẫn mang giá trị khấu
hao ban đầu, nên giá thành vẫn cao hơn mức bình thường. Do vậy các dự
án trên trở thành hiện thực thì trong thời gian tới giá thành sản phẩm và sản
lượng PVC trong nước sẽ đáp ứng đủ cho thị trường trong nước và giá
thành sẽ hạ xuống dẫn đến không còn phải nhập khẩu nguyện liệu và nhựa
PVC nữa.
Khi các nhà máy lọc dầu ở Dung Quất (Quảng Ngãi) và Nghi Sơn
(Thanh Hoá) đi vào hoạt động sẽ là cơ hội thuận lợi cho sự phát triển công
nghiệp chất dẻo nói chung và PVC nói riêng.
Bước đi của ngành PVC như vậy đã rất rõ ràng, cụ thể do đó chúng
ta có quyền hy vọng vào một tương lai tốt đẹp.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 9 Lớp: Polyme K47
PHẦN THỨ HAI:
LÝ THUYẾT CHUNG
CHƯƠNG 1. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NHỰA PVC
1.1. NGUYÊN LIỆU
Vinyl clorua gọi tắt là VC, có công thức phân tử C2H3Cl, công thức cấu
tạo:
1.1.1 Tính chất lý học
Ở nhiệt độ và áp suất thường là chất khí có mùi ete.
+ Nhiệt độ đóng rắn -159,70C
+ Nhiệt độ ngưng tụ -13,90C
+ Nhiệt độ tới hạn 1420C
+ Nhiệt độ bốc cháy 415kcal/kg
+ Nhiệt độ nóng chảy 18,4kcal/kg
+ Nhiệt độ bốc hơi ở 250C 78,5kcal/kg
+ Trọng lượng riêng 0,969kcal/kg
+ Nhiệt tạo thành -838kcal/kg
+ Nhiệt trùng hợp -3665kcal/kg
+ Nhiệt dung riêng dạng lỏng ở 250C 0,83kcal/kgđộ
+ Nhiệt dung riêng dạng hơi ở 250C 0,207kcal/kgđộ
+ Hệ số khúc xạ của VC lỏng 1,83kcal/kgđộ
+ Tỷ lệ của VC phụ thuộc vào nhiệt độ
Nhiệt độ (0C) -15 -25
Tỷ trọng 0,9730 0,9014
+ áp suất hơi của VC phụ thuộc vào nhiệt độ
CH2 CH
Cl
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 10 Lớp: Polyme K47
Nhiệt độ (0C) -87,5 -55,8 -13,37 16,2 46,8
Áp suất (mmHg) 10 100 760 22,58 54,34
+ Độ tan trong nước ở 1at là 0,5 % trọng lượng
+ Giới hạn nồng độ của hỗn hợp với không khí từ 3,6226,6% thể tích
+ Tính chất độc của VC:
VC độc hơn so với etylclorua và ít độc hơn clorofom và tetra clorua
cacbon. Có khả năng gây mê qua hệ thống hô hấp của con người và cơ thể
động vật. Con người khi tiếp xúc hơi VC ở mức 25% thì chỉ trong 3 phút
đã bắt đầu bị choáng váng và mất thăng bằng định hướng. Nếu hàm lượng
VC trong không khí là 0,5% thì con người có thể làm việc trong một vài
giờ mà không có tác động sinh lý nào đáng kể cả. [2]
1.1.2 Tính chất hoá học
Công thức cấu tạo:
2CH CH
Cl
Do có chứa liên kết đôi và nguyên tử Clo linh động nên các phản ứng hoá
học của VC là phản ứng của nguyên tử Clo linh động. VC không tan trong
nước, tan trong các dung môi hữu cơ như axeton, rượu etylic, cacbon
hydro thơm, cacbon hydro mạch thẳng.
Trong phân tử VC có liên kết nối đôi và một nguyên tử Clo linh
động, do đó phản ứng hoá học chủ yếu là phản ứng kết hợp hoặc phản ứng
của nguyên tử Clo trong phân tử VC.
- Phản ứng nối đôi
+ Phản ứng cộng hợp: tác dụng với halogen cho ta 1,2 diclo etan ở điều
kiện môi trường khô ở 1401500C hoặc ở 80
0C và có chiếu sáng xúc tác
SbCl3.
Khi có xúc tác AlCl3, FeCl3 thì VC phản ứng với HCl.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 11 Lớp: Polyme K47
Với H2
Trong phản ứng oxi hoá VC ở nhiệt độ 501500C có mặt HCl dễ dàng tạo
ra monome axetat dehit
Do phân tử có chứa nối đôi VC có thể tham gia phản ứng trùng hợp tạo
PVC.
- Phản ứng của nguyên tử Clo.
+ Thuỷ phân.
Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen
Tác dụng với acolat hay fenolat cho ta este VC:
CH2 CH
Cl
+ NaOH CH CH NaCl + + H2O
CH2 CH
Cl
+ RONa CH2 CH NaCl +
OR
HCl CH2 CH
Cl
+ CH2 CH2
Cl Cl
H2 CH2 CH
Cl
+ CH3 CH2
Cl
1/2O2 + CHO CH2
Cl
CH2 CH
Cl
CH2 CH
Cl
CH2 CH
Cl n
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 12 Lớp: Polyme K47
- Tạo hợp chất cơ kim
+ VC trong điều kiện không có không khí ở 4500C có thể bị phân
huỷ tạo thành axetylen và HCl do phản ứng polyme hoá axetylen và có thể
phản ứng tiếp tục tạo ra một lượng nhỏ 2- clo- 1,3- butadien.
Còn trong điều kiện có không khí VC bị oxi hoá hoàn toàn.
- Bảo quản: Trước đây VC được bảo quản và vận chuyển với sự có
mặt của một lượng nhỏ phenol để ức chế phản ứng polyme hoá. Ngày nay
VC được sản xuất với độ tinh khiết cao và không cần chất ức chế trong bảo
quản đồng thời do được làm sạch nước nên VC không gây ăn mòn có thể
được bảo quản trong các thùng thép cacbon thường.
1.2. PHẢN ỨNG TẠO NHỰA PVC.
1.2.1. Cơ cấu phản ứng.
Cơ cấu phản ứng tạo nhựa PVC là phản ứng trùng hợp Vinylclorua
(VC)
VC chứa nối đôi và có momen lưỡng cực bằng 1,44.
Phản ứng trùng hợp xảy ra dưới tác dụng của chất khơi mào (hoặc
nhiệt độ, năng lượng hoặc tia phóng xạ). Trung tâm hoạt động nhận được
có dạng gốc tự do, phản ứng trùng hợp theo cơ chế trùng hợp gốc.
- Cơ cấu phản ứng gồm 4 giai đoạn:
Giai đoạn khơi mào.
Giai đoạn phát triển mạch.
CH2 = CH
|
Cl
CH2 CH
Cl
CH CH + HCl
Cl
CH2 CH + Mg CH2 CH
MgCl
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 13 Lớp: Polyme K47
Giai đoạn đứt mạch.
Giai đoan chuyển mạch.
+ Giai đoạn khơi mào:
Giả sử chất khơi mào là Peoxit benzoil.
1. Phân huỷ chất khơi mào.
2CO5H6CCOO5H6C
COO5H6C2t
5H6C
O
COO
O
C5H6C0||||
Ký hiệu gốc hoạt động là R
Tuy nhiên các gốc này không phải đều tham gia khơi mào quá trình
trung hợp, mà có một số khác kết hợp với nhau tạo thành phân tử trung hoà
(khoảng 20-40%).
Ví dụ:
5H6COOC5H6CCOO5H6C5H6C
5H6C5H6C5H6C5H6C
2. Khơi mào.
+ Giai đoạn phát triển mạch.
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
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 14 Lớp: Polyme K47
+ Giai đoạn chuyển mạch.
- Chuyển mạch lên Monome.
Chuyển mạch lên Polyme.
Chuyển mạch lên chất khơi mào.
5H6C
O
COO
O
C5H6CCH2CH||||
+ Giai đoạn đứt mạch.
Phản ứng đứt mạch có thể xảy ra theo hai cách:
Kết hợp.
- CH2 – C H + - CH2 – CH CH2 – CH2 + CH2 – C
| | | |
Cl Cl Cl Cl
CH2 = CH + CH2 – CH
| |
Cl Cl
CH2 = C + CH2 – CH2
| |
Cl Cl
CH3 = CH + CH – CH
| |
Cl Cl
O
||
CH2 – CH – O – C – C6H5 + C6H5 – COO
|
Cl
- CH2 – C H + CH2 – C
H CH2 – CH - CH - CH2
| | | |
Cl Cl Cl Cl
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 15 Lớp: Polyme K47
Phân ly.
1.2.2. Động học quá trình trùng hợp.
Trong trường hợp sử dụng chất khơi mào giai đoạn khơi mào gồm 2 phản
ứng.
- Phản ứng phân huỷ chất khơi mào.
I 2 R . Trong đó: R : gốc tự do.
Vd = kd [I] = VI : I: Chất khơi mào. kd: hằng số vận tốc phân huỷ.
- Phản ứng tạo gốc tự do ban dầu.
vận tốc của phản ứng này là V2.
Vì V2>> Vd do đó Vd sẽ quyết định vận tốc quá trình khơi mào.
VKM = 2Vd = 2f . kd [I] = KKM [I].
KKM = 2fkd.
f: là hệ số đặc trưng cho hiệu quả khơi mào của chất khơi mào.
+ Giai đoạn phát triển mạch.
(Giai đoạn này là phản ứng toả nhiệt) đây là giai đoạn quyết định vận
tốc trùng hợp, cấu tạo và kích thước, khối lượng của Polyme.
Vận tốc phát triển mạch bằng vận tốc tiêu hao Monome trong một
đơn vị thời gian.
]M].[R[KVd
dptpt
t
M
CH2 – CH + CH2 – CH CH2 – CH2 +
CH = CH
| |
| |
Cl Cl
Cl Cl
R + CH2 = CH R – CH2 – CH
| |
Cl Cl
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 16 Lớp: Polyme K47
[M]: Nồng độ Monome.
R[ ]: Nồng độ gốc tự do.
Kpt: Hằng số phát triển mạch.
Vpt: Vận tốc phát triển mạch, Vd: Vận tốc đứt mạch.
+ Giai đoạn đứt mạch.
2
dd
t
R ]R[KVd
d
Hằng số vận tốc đứt mạch (106 10
8. L/mol. S) lớn hơn rất nhiều
hằng số vận tốc phát triển mạch (102 - 10
4 L/mol.s). Tuy nhiên phản ứng
phát triển mạch vẫn xảy ra do phản ứng đứt mạch bị hạn chế bởi nồng độ
gốc tự do thấp, sự khuyếch tán và cản trở không gian.
1.2.3. Độ trùng hợp và chiều dài động học của mạch.
- Chiều dài động học của mạch là tỉ lệ giữa 2 đại lượng.
d
p
V
VL
Do ở một số thời điểm khi độ chuyển hoá chưa sâu lắm thì tốc độ tạo
thành các gốc tự do bằng tốc độ tiêu hao nó.
Vd = VKM.
Thay giá trị VKM = Vd = Kd [M.]
2
Thay giá trị Vp = Kp [M] [R.]
2/1
KMd
p
]I[K
]M[K
]R[K
]M[KL
Với 2/1
d
2/1
KMp
K
K.Kk
Chiều dài động học của mạch tỉ lệ thuận với nồng độ Monome và tỉ
lệ nghịch với căn bậc hai của nồng độ chất khơi mào. Với trường hợp khi
đứt mạch theo cơ chế phân ly, độ trùng hợp P bằng chiều dài động học của
mạch.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 17 Lớp: Polyme K47
2/1
KM ]I[K
]M[KP
Với trường hợp khi đứt mạch, theo cơ chế kết hợp, độ trùng hợp
bằng 2 lần chiều dài động học của mạch.
2/1]I[KMK
]M[K2P
1.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TRÙNG HỢP
1.3.1. Nhiệt độ.
Khi nhiệt độ tăng, vận tốc của tất cả các giai đoạn phản ứng trùng
hợp đều tăng. Năng lượng hoạt hoá của các giai đoạn khác nhau.
Năng lượng hoạt hoá của phản ứng khơi mào (112 170kJ/mol) lớn
hơn hẳn so với năng lượng hoạt hoá của phản ứng phát triển mạch 928
40kJ/mol) và phản ứng đứt mạch. Do đó, khi nhiệt độ tăng mức độ tăng
vận tốc khơi mào là lớn nhất. Vận tốc khơi mào tăng kéo theo vận tốc trùng
hợp tăng và vận tốc đứt mạch cũng tăng theo.
Vì VKM tăng nồng độ gốc tự do cũng tăng nên ta có.
Vp = kp [ ]M].[M
Vd = kp 2]M[
Do đó Vd tăng nhiều hơn Vp.
1.3.2. Áp suất.
Khi áp suất thấp và áp suất trung bình tăng lên đến vài chục vài trăm
atm thực tế không ảnh hưởng gì đến quá trình trùng hợp. Nhưng khi áp suất
tăng cao 1000 atm trở lên vận tốc trùng hợp và khối lượng phân tử của
Polyme đều tăng.
1.3.3. Oxy.
Oxy tác dụng với Monome tạo Peroxit.
CH2 = CH + O2 CH2 – CH – Cl
| | |
Cl O O
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 18 Lớp: Polyme K47
Peroxit này phân huỷ tạo gốc tự do.
Nếu gốc đó hoạt tính thấp thì 02 có tác dụng làm hãm quá trình trùng
hợp, nếu gốc hoạt động thì oxy sẽ làm tăng vận tốc trùng hợp.
1.3.4. Nồng độ chất khơi mào.
Khi nồng độ chất khơi mào tăng, vận tốc trùng hợp tăng nhưng khối
lượng phân tử Polyme giảm [4].
1.3.5. Nồng độ Monome.
Khi tăng nồng độ Monome trong phương pháp trùng hợp dung dịch,
vận tốc trùng hợp và khối lượng phân tử đều tăng. Nhưng nếu dung môi
tham gia vào phản ứng chuyển mạch, thì mối liên quan đến vận tốc trung
fhợp và khối lượng phân tử phức tạp hơn nhiều.
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT NHỰA PVC.
1.4.1. sản xuất Vinylclorua (VC).
Vinylclorua là một chất khí không màu, có mùi ete ở nhiệt độ phòng
và áp suất khí quyển.
* Tính chất.
Khối lượng riêng ở 150C: p = 0,793 g/cm
3
Nhiệt dung riêng lỏng ở 250C: 0,38 Cal/g độ.
Nhiệt dung riêng hơi ở 250C: 0,207 Cal/g độ.
Nhiệt độ sôi: t03 = - 13,9
0 0,1. Nhiệt độ nóng chảy T
0nc = -159,7
0,1.
Độ nguyên chất của Vinylclorua có thể đạt tới 98,5 – 99,5% về tạp
chất có thể có một ít axetylen nhưng không được óc NaOH vì làm cho
axetylen dễ nổ.
VC có thể bảo quản và vận chuyển trong các bình bằng thép chịu áp
suất, van, và các bộ phận tiếp xúc với VC không được chế tạo từ hợp kim
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 19 Lớp: Polyme K47
có đồng. Thông thường nên thêm vào VC một lượng chất hãm như
Hydroquinon với tỉ lệ 0,00001 phần trọng lượng.
Vinyclorua có thể sản xuất bởi 3 phương pháp chính [5].
Phương pháp tổng hợp trong phòng thí nghiệm: Etylen chuyển hoá
thành dicloetan, sau đó dicloetan tác dụng với kiềm trong rượu.
Thành phần: 1 phần dicloetan, 0,5 phần NaOH hoặc KOH và 0,5
phần rượu.
Nên dùng dư rượu vì nếu dư kiềm sẽ tạo axetylen sản phẩm phụ của
phản ứng là etylenglicol.
Hỗn hợp sản phẩm được làm sạch và khô bởi quá trình chưng cất.
* Phương pháp Oxy – Clo hoá Etylen.
- Giai đoạn 1: Xayra ở pha lỏng có nhiệt độ phản ứng là 30 – 500C
xúc tác FeCl2.
- Giai đoạn 2: Quá trình nhiệt phân ở nhiệt độ cao và có xúc tác được
thực hiện trong thiết bị bằng sắt hay sử dụng có chứa đầy than hoạt tính.
C2H4 + Cl2 CH2 – CH2
| |
Cl Cl
hv
CH2 – CH2 + NaOH CH2 = CH2 + NaCl + H2O
| | |
Cl Cl Cl
C2H4 + Cl2 CH2 – CH2
| |
Cl Cl
Cl Cl
| |
CH2 – CH2 CH2 = CH + HCl
|
Cl
300 – 6000C
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 20 Lớp: Polyme K47
Sản phẩm tạo thành qua thiết bị ngưng tụ còn dicloetan dư sẽ quay
trở lại nhiệt phân.
Nét đặc trưng của quá trình cân bằng đo slà: HCl được tạo ra trong
suốt giai đoạn tách loại và được thu hồi trong quá trình làm sạch, sau đó
được sử dụng tạo ra 1,2 dicloetan bởi phản ứng oxy hoá.
* Phương pháp sản xuất VC từ HCl và C2H2.
Đây là phương pháp được quan tâm nhất, dùng để sản xuất trong
nhiều năm qua.
Quá trình có thể xảy ra ở pha lỏng hoặc pha khí.
Quá trình xảy ra trong pha lỏng: Axetylen được đưa vào dung dịch
axit HCl đậm đặc với xúc tác (Cu2CL2 và NH4Cl2). Để tăng hoạt tính của
chất xúc tác cho thêm CuCl2 dạng bột.
Nhiệt độ phản ứng thấm 20-250C môi trường khí trơ VC tạo thành
thoát ra khỏi hệ thống phản ứng cùng với Axetylen và hơi nước.
Có thể tách loại bằng cách: Ban đầu làm lạnh, để ngưng tụ hơi nước
rồi sang máy làm lạnh sâu hơn ở 600C để ngưng VC còn C2H2 quay lại thiết
bị phản ứng [9].
Đây là quá trình gián đoạn phải bổ xung HCl và Axetylen vào. Để có
VC nguyên chất sử dụng cho quá trình trùng hợp huyền phù thì cần phải sử
dụng tháp tinh luyện để tách C2H2 hoà tan trong VC.
C2H2 + HCL CH2 = CH + 477
Cal
|
Cl
2CH2 = CH2 + 4HCl + O2 2CH2 – CH2 + 2H2O
| |
Cl Cl
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 21 Lớp: Polyme K47
Quá trình xảy ra ở pha khí (quá trình liên tục).
HCl được dùng ở dạng khí, nhiệt độ phản ứng cao từ 140 – 2000C
xúc tác là thanh hoạt tính tẩm dung dịch Cluarua thuỷ ngân hay Clorua bari
trong nước rồi sấy. Tỷ lệ giữa thanh hoạt tính và Clorua thuỷ ngân là 12:1.
Hỗn hợp khí C2H2 và HCl (dư 10-15% HCl) sấy sơ bộ đi qua ống đốt
nóng rồi chuyển vào thiết bị tổng hợp có chứa đầy than hoạt tính ẩm xúc
tác. Hiệu suất VC phụ thuộc vào tốc độ hỗn hợp khí, lượng xúc tác và nhiệt
độ (tốc độ chậm, nhiệt độ coa thì hiệu suất lớn).
Ngoài phản ứng chính tạo VC còn xảy ra các phản ứng phụ sau:
CH CH + H2O CH3CHO
CH2 = CH + HCl CH3CHCl2
Vì vậy sản phẩm sau phản ứng là hỗn hợp khí, được qua làm lạnh và
xử lý bằng kiềm để loại bỏ HCl không phản ứng.
Sau đó xử lsy bằng metanol để loại bỏ H2O tạo ra trong quá trình xử
lý kiềm. Cuối cùng phải tiến hành loại bỏ andehit và dicloetan (được hình
thành do xảy ra phản ứng phụ) kết quả thu được VC tinh khiết [5].
1.4.2. Sản xuất PVC.
PVC được sản xuất từ 4 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 những đặc điểm riêng nhưng có nét chung
là khối lượng phân tử của PVC được xác định chủ yếu bởi nhiệt độ của quá
trình trùng hợp (khoảng 50 – 700C).
1.4.2.1. Phương pháp trùng hợp khối.
Đây là phương pháp đơn giản tuy nhiên ít được sử dụng dóp Polyme
tạo thành ở dạng khối khó gia công.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 22 Lớp: Polyme K47
Hệ phản ứng.
Monome và chất khơi mào.
Nếu không có chất khơi mào dùng để bức xạ năng lượng cao, thay
cho chất khơi mào do đó sản phẩm có độ tinh khiết cao, không cần qua
công đoạn sửa và sấy, dây chuyền sản xuất đơn giản. Quá trình sản xuất
một giai đoạn được phát minh vào khoảng giữa năm 1960 bởi Dechiney –
Sotogobain. Đây là quá trình dị thể do Polyme không tan trong Monome,
phản ứng được kích động khi có mặt chất khơi mào [5].
Quá trình có nhược điểm là gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ do
phản ứng toả nhiệt lớn mà môi trường phản ứng dẫn nhiệt kém.
Để khắc phục hiện tượng này người ta đưa ra quá trình làm 2 giai
đoạn.
Giai đoạn đầu được tiến hành đến mức độ chuyển hoá 15% sản phẩm
thu được ở trạng thái lỏng.
Giai đoạn sau được tiến hành đến mức độ chuểyn hoá 80 – 85%. Sản
phẩm thu được ở dạng bột.
1.4.2.2. Phương pháp trùng hợp dung dịch.
Với phương pháp này có thể khắc phục được hiện tượng quá nhiệt
cục bộ, do nhiệt phản ứng làm bay hơi một phần dung môi. Trường hợp
này dung môi có thể không hoà tan Polyme.
Nếu dung dịch không hoà tan Polyme như rượu thì Polyme tách ra ở
dạng bột.
Nếu dung môi hoà tan Polyme, ví dụ như dicloetan benzen
colbenzen Polyem ở dạng dung dịch, sau đó kết tủa hoặc chưng cất để tách
dung môi.
Thời gian trùng hợp tương đối dài, dung môi tiêu tốn nhiều với độ
tinh khiết cao. Vì vậy trong thực tế ít được sử dụng, thường dùng trong
phòng thí nghiệm để nghiên cứu những quy luật phản ứng do vận tốc trùng
hợp không lớn lắm.[4]
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 23 Lớp: Polyme K47
1.4.2.3. Phương pháp trùng hợp nhũ tương.
- Hệ phản ứng: Monome, chất khơi mào, dung môi, chất nhũ hoá,
dung dịch muối đẹm.
- Do khả năng hoà tan trong nước kém (0,009% tại 200) nên
Vynylcorua có thể tham gia phản ứng trùng nhũ tương [5].
- Do chất khơi mào tan trong nước, phản ứng trùng hợp xảy ra bên
trong các mixel. Polyme tạo thành ở dạng nhũ tương trong nước. [4]
- Để ổn định và để monome phân tán tốt trong nước cần bổ sung chất
nhũ hoá.
- Chất nhũ hoá thường dùng là ankyl sunphonat bậc hai hoặc muối
kim loại kiềm với axit béo (xà phòng). Chất nhũ hoá có một phần ưa nước
và một phần kỵ nước.
Khi nồng độ chất nhu hoá vượt nồng độ tới hạn, các phân tử chất nhũ
hoá tập hợp từ 50 – 100 phân tử để tạo thành các mixel.
Mixel có hai dạng: hình cầu và hình tấm.
phần ưa nước
phần kị nước
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 24 Lớp: Polyme K47
Phần ưa nước hướng ra ngoài, phần kị nước hướng vào trong. Một
phần nhỏ monome hoà tan vào phần kị nước của mixel, còn phần lớn tạo
thành các giọt monome được bảo vệ bởi các phần tử chất nhũ hoá. Nồng độ
các giọt trong hỗn hợp phản ứng là 1010
- 1011
giọt/1ml. Trong khi đó nồng
độ mixel 1016
- 1018
mixel/1ml. Chất khởi đầu tan trong môi trường phân
tán – nước.
- Với hệ thống chất khơi mào oxi hoá khử có thể thực hiện phản ứng
nhanh hơn tại nhiệtđộ thấp khoảng 200C gần đây trong các thí nghiệm
người ta còn có thể thực hiện ở nhiệt độ xấp xỉ 00C [5].
Pesunfat amoni (NH4)2S2o8, Pesunfatkuli (K2S2O8 ) và Hydropeoxit
là những chất khơi mào điển hình.
Ngoài ra trong hỗn hợp phản ứng còn sử dụng chất điều chỉnh khối
lượng phân tử của Polyme và dung dịch muối đệm để ổn định độ pH của
môi trường.
Sơ đồ phản ứng trùng hợp nhũ tương được trình bày như sau:
Chất khơi mào phân huỷ thành các gốc tự do, các gốc tự do: khuyếch
tán vào trong các mixel kích động quá trình trùng hợp bên trong mixel. Khi
quá trình trùng hợp xảy ra thể tích bên trong mixel giảm làm giảm áp suất
bên trong mixel, các phân tử monome từ môi trường nước khuyếchtán vào
mixel tham gia quá trình trùng hợp làm hệ thống mất cân bằng và monome
từ các giọt khuyếch tán ra môi trường để đảm bảo cân bằng toàn hệ thống.
Như vậy giọt monome (mức độ chuyển hoá đạt 15%) là lượng dữ trữ cho
MM
R - R
M M
Giät monome
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 25 Lớp: Polyme K47
quá trình trùng hợp. Giai đoạn đầu 915%) số hạt trong hệ thống tăng lên,
làm vận tốc trùng hợp tăng.
Giai đoạn mức độ chuyển hoá 15 – 60%: vận tốc trùng hợp ổn định.
Giai đoạn cuối là giai đoạn cạn kiệt monom, vận tốc trùng hợp giảm.
Sản phẩm tạo thành ở dạng latex với kích thước hạt rất bé 0,01 –
1.10-6
m có khối lượng phân tử lớn, độ đồng đều cao, tuy nhiên có nhược
điểm là bị nhiễm bẩn bởi chất nhũ hoá, do đó tính cách điện của Polyme
kém hơn Polyme nhận được bằng phương pháp huyền phù.
1.4.2.4. Phương pháp trùng hợp huyền phù.
- Hệ phản ứng bao gồm monome, chất khơi mào, dung môi, chất ổn
định. Phương pháp này nói chung dễ điều khiển.
- Do chất khơi mào tan trong monome nên quá trình kích động và
trùng hợp xảy ra trong các hat monome huyền phù lơ lửng trong môi
trường nước [7].
- Nhờ sự khuấy trộn mạnh mẽ, monome không tan trong nước được
phân bổ trong môi trường nước thành các hạt nhỏ có kích thước 0,01 – 0,03
CM.
- Mỗi giọt monome trong hệ huyền phù có thể được coi là những
thiết bị phản ứng trùng hợp khối cực nhỏ có bề mặt thoát nhiệt với môi
trường nước lớn, tránh được hiện tượng quá nhiệt cục bộ.
- Cùng với sự tiến triểncủa quá trình trùng hợp, độ nhớt bên trong
các giọt tăng lên, nên phân chia nhỏ các giọt keo tụ rất khó. Để tránh xảy ra
hiện tượng này cần sung các chất ổn định như gelatin, PVC. Các chất ổn
định tạo màng xung quanh giọt [4] và ngăn cản các giọt keo tụ lại với nhau,
ở giai đoạn đầu quá trình trùng hợp huyền phù độ chuyển hoá không đáng
kể (nhỏ hơn 1 – 2%) các hoạt PVC rất nhỏ xuất hiện bên trong các giọt
monome VC.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 26 Lớp: Polyme K47
Do lực ly tâm các hạt PVC sẽ di chuyển đến bề mặt phân chia của
VC và nước dẫn đến sự ghép của chất bảo vệ trên PVC kết quả tạo ra màng
bao bọc chung quanh giọt. [4]
- Quá trình phản ứng xảy ra trong thời gian dài (18 22h) nhiệt độ
phản ứng 800C và được duy trì trong suốt giai đoạn phản ứng đến khi áp
suất bất đầu giảm do monome đã tham gia phản ứng.
- Sản phẩm Polyme tạo thành ở dạng huyền phù trong nước [7] dễ
keo tụ tạo thành dạng bột, kích thước 0,01 – 0,3 mm.
- Để nâng cao tính ổn định nhiệt của Polyme không dùng nhiều chất
khởi đầu và không tăng nhiệt độ cao quá.
CHƯƠNG 2. PHẢN ỨNG PHÂN HUỶ, ỔN ĐỊNH CỦA NHỰA PVC
- Nhựa PVC có nhiệt độ phân huỷ chỉ nhỏ hơn một ít so với nhiệtd
dộ chảy mềm của nó, dẫn đến PVC có khả năng phân huỷ trong quá trình
gia công.
2.1. PHẢN ỨNG PHÂN HUỶ.
Sự phân huỷ PVC khi đun nóng theo phản ứng chuỗi, trung tâm bắt
đầu phân huỷ là ở những phần mạch mà ở đó liên kết C – H và C – Cl yếu.
Ban đầu là quá trình tách loại HCl.
- CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH -
| | |
Cl Cl Cl
- HCl
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 27 Lớp: Polyme K47
CH = CH – CH = CH .
Kèm theo sự tách HCl là sự hình thành một liên két đôi trên mạch
PVC. HCl lại làm xúc tác cho quá trình tách HCl ở mắt xích cơ bản tiếp
theo, kết quả là tạo ra mạch Polyen.
Mạch Polyen có thể bị oxy hoá, tạo thành các liên kết ngang hoặc
Hydropeoxit.
Sự có mặt của oxy làm xúc tiến quá trình tạo màu và tính hoà tan của
Polyme giảm. Quá trình phân huỷlàm ảnh hưởng đến màu sắc PVC, PVC
ban đầu có màu trắng sau khi đun nóng sẽ bị thay đổi theo thứ tự, vàng nhạt
da cam, nâu và đen. Hơn nữa quá trình phân hủy còn thay đổi các tính chất
co lý và điện [5]. ở trong không khí phân huỷ nhiệt PVC nhanh hơn, trong
N2. Một số kim loại như Zn và Fe (ngay cả khi chỉ có vết) cũng có xúc tiến
cho quá trình phân huỷ PVC [7].
HCL được giải phóng sẽ kết hợp được với những kim loại của quá
trình, tạo thành FeCl3 và các muối kim loại khác. Những muối này rất
mạnh có chức năng giống như xúc tác allkyl hoá của mạch Polyme với một
phân tử PVC khác.
Sau khi tạo FeCl3 thì ngay sau đó quá trình xúc tác trở nên rất nhanh.
Kết quả là HCl được tách ra nhanh và tạo nên nhiều liên kết ngang.
Chất nhũ hoá có trong Polyme cũng ảnh hưởng không tốt đến độ ổn
định của PVC. ở nhiệt độ cao quá trình phân huỷ PVC tạo ra HCl và các
sản phẩm phân tử thấp khác. Ngoài khả năng phân huỷ nhiệt PVC còn có
thể phân huỷ quang hoá.
CH
CH CH
CH CH
CH
CH
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 28 Lớp: Polyme K47
Các liên kết hoá học trong mạch PVC hoàn hảo (không có nhược
điểm nào trong cấu trúc) được bão hoà bởi liên kết cộng hoá trị của 3 loại
sau: C – Cl, C – CH, C- C. Năng lượng phân ly của các liên kết đó tương
ứng là 78, 81, 98 Kcul/mol.
Quá trình phân huỷ quang của PVC được tiến hành qua cơ chế gốc
tự do.
Quá trình phân huỷ quang oxy hoá tạo ra các nhóm Hydroperoxit và
Cacbonnyl.
- Để tăng cường khả năng ổn định của PVC, cần bổ sung chất ổn
định trong thành phần Polyme. Chất ổn định là chất có tác dụng hiệp đồng
và có khả năng tạo màu của PVC.
Để lựa chọn chất ổn định có thể dựa vào thực nghiệm bằng cách lựa
chọn các nhân tố như:
tính chất của các thành phần trong Polyme.
Giá thành chất ổn định tương xứng với sự ổn định cho quá trình và
thời gian sử dụng.
Độ sạch của hợp chất.
Độ độc hại.
Hiệu lực trên sự bôi trơn, in, dán.
2.2. CƠ CHẾ CỦA SỰ ỔN ĐỊNH.
Tuỳ vào chức năng của mỗi chất ổn định mà thể phân loại khác nhau.
a. Phản ứng trung hoà HCl.
b. Đa số chất ổn định PVC và các hệ thống nhựa Halogenat đều chứa
một hoặc nhiều muối kim loại của axit hữu cơ yếu. Một số muối bazơ của
axit vô cơ cũng được sử dụng. Trong mọi trường hợp muối bazơ yếu hoặc
xà phòng này đều phản ứng với HCl và đó là sự chuyển đổi để tạo Clorua
kim loại tương ứng.
Ký hiệu: M – Kim loại, X gốc axit.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 29 Lớp: Polyme K47
M (X)n + HCl M (Cl)n + nHX.
Quá trình cộng hợp của các tác nhân ổn định xảy ra ngay lập tức,
ngay sau quá trình trùng hợp.
Tác nhân ổn định phụ thuộcvào dạng của nó, có thể cũng có chức
năng ngắt mạch. Các chất như epoxy, amin, ankoxit kim loại, phenolxit,
mecaptil kim loại có thể phản ứng với HCl với biến đổi của cấu trúc [9].
RNH2 HCl RNH3Cl
R – O – M + HCl R – O – H + MCl.
R – S – M + HCl R – S – H + MCl.
2.3. SỰ THAY THẾ CỦA CL KHÔNG BỀN.
Hiệu lực chủ yếu của chất ổn định đó là sự tấn công vào các nguyên
tử Cl không bền trên PVC và thế chúng bởi các nhóm khác của chất ổn
định vốn có.
Xà phòng của Camiun (cd), zine (zn) va dialkyltin, cacbonxylat và
mercaptil là những chất ổn định PVC bởi trao đổi phối tử của chúng với Cl
không bền của phân tử PVC.
- Phản ứng với xà phòng Laurat của Cd và (bari).
CH CH + HCl
O
CH -
OH Cl
CH2
SR
+CR
Cl
M CHCl - CH = CH - +M (SR)2 - CH - CH = CH -
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 30 Lớp: Polyme K47
Cd
OOCR
OOCR
+ CH
Cl
CH = CH
OOCR
CH CH = CH +
OOCR
Cd
Cl
+
Cl
OOCR
Cd Ba
OOCR
OOCR
Cd
OOCR
OOCR
+ Ba
OOCR
Cl
* *
* *
*
*
BaCl2+
OOCR
OOCR
Cd
Cd
OOCR
Ba Cd
OOCR
Cl
+
*
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 31 Lớp: Polyme K47
2.4. PHẢN ỨNG TẠI CÁC VỊ TRÍ CHƯA BÃO HOÀ.
Để xác định hiệu lực của sự ổn định đó là phản ứng của chất ổn định
với những vị trí chưa bão hoà có mặt trong PVC.
Ví dụ: Mercaptan cộng hợp trực tiếp với liên kết đôi để tạo nhóm
thioetru.
Khi một chuỗi nối tiếp Polyen bị phá vỡ thì màu của Polyme sẽ bị
biến đổi. Chất ổn định kim loại hữu cơ và muối kim loại có khả năng làm
cản trở sự phân huỷ oxy hoá của hydropeoxit. Sự tạo vòng càng cua và sự
chống oxy hoá của photphit bậc 3 đã được sử dụng là tác nhân ổn định
PVC.
Phốt phít este sử dụng để điều khiển màu, và đem lại sự trong suốt
trong quá trình tạo nhựa, mà vẫn còn chứa một ít nhất chất ổn định muối
kim loại. Hiệu lực mà phot phít có được là nhờ khả năng tạo vòng càng cua
(chelat) clorti kim loại.
1. Tạo màng chắn tia bức xạ tử ngoại.
Chức năng của chất ổn định là tạo ra lớp ngoài có khả năng hấp thụ
các tia tr ngoại.
2. Các chất ổn định phổ biến.
Các hợp chất chì là các chất ổn định quan trọng nhất..
+ Bazơ chỉ cacbonnat (chì trắng) giá rẻ.
+ Tribazơchì sunphát là chất ổn định nhiệt tốt.
Ngoài ra còn có các loại khác được sử dụng trong lĩnh vực đặc biệt,
Dibazơ chì photphát là hợp chất ổn định nhiệt tốt.
Dibazơ chì phốt phát cóthể ứng dụng ở các dạng khác nhau Dibazơ
chì Silicat, chì sarisylat.
RSH + CH = CH - CH2 – CH –
|
SR
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 32 Lớp: Polyme K47
Tuy nhiên, khi sử dụng các hợp chất chì cần lưu ý về độ độc hai của
chúng. Ngoài các hợp chất chì ra còn có các loại hợp chất khác như hợp
chất của Cd, Ba, Zn đặc biệt là hệ thống Cd – Ba, chống oxy hoá như
Trynonyl, Phenylphotphit có khả năng làm tăng mức độ ổn định nhiệt của
nhựa.
* Hợp chất của thiếc hữu cơ như dibutyltin laurat, hợp chất của thiếc
hữu cơ có chứa lưu huỳnh như dibutyl diisooctylthio glycolate có độ bền
nhiệt rất tốt. Các hợp chất butyltin nói chung ít độc hại do đó thường được
ứng dụng trong các loại nhựa sử dụng trong việc chứa đựng thực phẩm.
* Hợp chất epoxy phân tử thấp ngoài tác dụng ổn định PVC còn có
tác dụng hoá dẻo.
+ Chất ổn đinh họ amin.
+ Hợp chất hấp thụ ti tử ngoại [5].
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 33 Lớp: Polyme K47
CHƯƠNG 3. TÍNH CHẤT ỨNG DỤNG CỦA PVC.
3.1. TÍNH CHÁT CƠ LÝ HOÁ CỦA NHỰA PVC.
a. Cấu trúc.
Dạng tổng quát
PVC có thể tồn tại ở dạng “đầu nối đuôi”.
“Đầu nối đuôi”
Qua nghiên cứu tính chất hoá học của PVC qua các khảo sát bằng
quang học, cho thấy cấu tạo chủ yếu theo lối kết hợp đầu nối đuôi.[7]
Để xác định cấu tạo trên là đúng. Năm 1939 Marvel Sample và Raj
là thí nghiệm tách loại Cl trong PVC, bằng cách đun nóng dung dịch PVC
với bột kẽm.
C
H
H
C
Cl
HH
H
C
H
Cl
C
n
H
H
C C
Cl
H H
Cl
CC
H
H H
Cl
CC
H
H
Cl
H
C C
Cl
HH
H
C C
H
ClH
Cl
CC
H
Cl
Cl
H
C
CH2
C
H
Cl CH2
2nCH
CH2
CH 2nCl2
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 34 Lớp: Polyme K47
Nhóm Cyclopropan tạo thành, chứng tỏ PVC có cấu tạo theo lối kết
hợp “đầu nối đầu” [9].
Vì trong PVC có Cl nên cấu trúc thu được là hỗn hợp cả 3 loại:
Syndiotactic.
Isotactic
và atactic
Ngoài ra còn có một số mạch nhánh.
Khoảng từ 50 –100 mắt xích cơ bản có một nhánh. Phổ nhiễu xạ của
Fuller năm 1940 cho thấy rằng PVC thương mại thường là những chất vô
định hình và có một lượng nhỏ ở dạng tinh thể.
C
Cl
H
C
H
C C
Cl
H H
H
C
Cl Cl
C
HoÆc
HCCl
H
Cl
CC
H
HCH
H
Cl
C
CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 = CH
Cl
|
|
Cl
CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 - CH |
Cl
|
Cl
|
Cl
CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH2 - CH
| Cl
|
Cl
|
Cl
Cl
|
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 35 Lớp: Polyme K47
3.2. TÍNH CHẤT CƠ LÝ.
PVC là một Polyme vô định hình ở dạng bột có màu trắng đục tỉ
trọng 1,4 1,45 g/mc3 với chỉ số khúc xạ 1,544.
PVC là nhựa nhiệt dẻo có tc = 800C kém bền nhiệt, kém đồng đều về
trọng lượng phân tử, độ trùng hợp có thể từ 100 2000. Để có vật liệu bền
và co giãn thì 70% các phần tử Polyme phải có độ trùng hợp 1000 trở lên
[7].
PVC bị lão hoá nhanh chóng, do đó làm giảm tính co giãn và tính
chất cơ học.
Tính chất điện của sản phẩm PVC phụ thuộc vào quá trình tổng hợp.
+ Hằng số điện môi tại 100Hz và 300C là 3,41.
+ Hằng số điện môi tại 60Hz và 300C là 3,54.
+ Hệ số công suất tại hai thời điểm trên là 3,51% và 2,5%.
+ Cường độ điện môi 1080 V/mil
+ Điện trở suất 1015
[8].
Với các giá trị trên cho thấy tính chất cách điện của PVC khá tốt.
Tuy nhiên còn tuỳ thuộc nhiều vào nhiệt độ áp suất .
3.3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC.
Ở nhiệt độ thường PVC có tính ổn định hoá học tốt, khi nhiệt độ tăng
PVC không giã được tính ổn định hoá học, và trong quá trình biến đổi hoá
học đều có nguyên tử Cl tham gia phản ứng và thường kéo theo cả nguyên
tử Hydro ở C bên cạnh.
- Phản ứng quan trọng nhất của PVC là phản ứng Clo hoá quá trình
này có thể thực hiện trong môi trường hữu cơ như CCl4 tại nhiệt độ vừa
phải dưới tác dụng của tia tử ngoại phản ứng cũng có thể thực hiện trong
huyền phù với môi trường phân tá là dạng nước [5].
+ Phản ứng khử HCl..
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 36 Lớp: Polyme K47
Cho dung dịch PVC trong Tetsu hydrophusan tác dụng với kiềm tạo
thành Polyen: - CH = CH – CH = CH.
+ Phản ứng phân huỷ nhiệt.
Khi đun nóng PVC , HCl được tách ra và xuất hiện nối đôi.
Độ cứng của PVC không biến dạng là do lực giữa các phân tử.
Ở nhiệt độ thường chất hoá dẻo hoà tan có hạn, nhưng ở nhiệt độ cao
chúng dẽ trộn hợp với Polyme. Vì khi ở nhiệt độ cao các chất hoá dẻo mới
dễ dàng đi sâu vào giữa các mạch khi va chạm cọ xát chúng làm yếu lực
tương tác giữa các phân tử vì vậy khi gia công người ta dùng chất hoá dẻo
và trộn.
Khi đun nóng chuyển động phân tử tăng, do đó làm yếu lực các phân
tử và làm mềm Polyme [9].
+ Những chất hoá dẻo:
- Chất Phtalat chiếm 75% lượng chất dẻo, đó là các hợp chất như
DIOP, DEHP, DOP và este phatlat của C7 Cyclo – alcohol.
- Ngoài ra còn sử dụng các loại ditridecylphtalat.
- Este của axit vô cơ lauratphotphat ankylphotphat và
arylankylphotphat.
- Các chất selacate như dibutylseclacate (DBS) và dioctyl sebacate
(DOS) được sử dụng ở những nơi có nhiệt độ thấp.
- Este dựa trên Trimellitic anhydrit như trimellitales là chất hoá dẻo
thông dụng có thể sử dụng ở nơi có nhiệt độ cao, bền nước.
3.4. ỨNG DỤNG.
CH2 – CH – H2 – CH - - CH2 – CH – CH = CH –
| |
|
Cl Cl
Cl
- HCl
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 37 Lớp: Polyme K47
Do nhựa PVC có nhiều tính chất quý giá như ổn định hoá học ở nhiệt
độ thường, bền thời tiết, cách điện, bền oxy hoá dễ gia công, giá thành thấp
nên được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Các sản phẩm dân dụng được sản xuất từ PVC như dép nhựa, quần
áp đi mưa, vài giả da, thảm trải sàn nhà, vải tráng nhựa, đồ chơi trẻ em.
Ứng dụng trong xây dựng, cấp thoát nước: ống cấp thoát nước khung
cửa ra vào, cửa sổ, mái nhà, trần tường, ống bảo vệ cáp thông tin và các
quang.
Ứng dụng trong giao thông vận tải: Thảm giải sàn, trần vách ngăn và
khung cửa sổ.
Ngoài ra người ta còn dùng PVC cứng và xốp có thể dùng làm vật
liệu thay thế gỗ.
- Mặc dù đã có nhiều chỉ trích của cơ quan bảo vệ môi trường cho
rằng PVC khó phân huỷ và trong quá trình sản xuất có tách các chất không
thân thiện với môi trường. Tuy nhiên các nhà kinh tế cho rằng mức độ tăng
trưởng PVC trên quy mô toàn cầu vẫn được duy trì trong thời gian tới.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 38 Lớp: Polyme K47
CHƯƠNG 4. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PVC BẰNG PHƯƠNG
PHÁP HUYỀN PHÙ.
4.1. QUY CÁCH NGUYÊN LIỆU VÀ THÀNH PHẦN.
1. Monome vinyclorua dùng để trùng hợp phải ở thể lỏng, bảo ôn ở
nhiệt độ thấp (nhỏ hơn nhiệt độ sôi của vinyclorua – 13,90 1).
2. Môi trường nước dùng để trộn hợp với VC và hoà tan chất nhũ
hoá thuộc loại nước ngưng, hết sức tinh khiết.
3. Chất khơi mào thường dùng: Peoxit benzoil (POB, chất rắn màu
trắng hay màu vàng nhạt, dễ bắt lửa có thể nổ khi va chạm mạnh, cọ sát hay
hơ nóng, có thể bốc cháy khi lẫn H2SO4, do đó cần bảo quản cẩn thận.
4. Chất ổn định (keo bảo vệ) PVA thuộc họ Polyme vô định hình,
được chứa đựng trong các bao vải hay bao gai. Chất ổn định được đứa vào
5% trong nước (dùng nước nóng 60 – 700C để pha chế).
5. NaOH dùng để xử lý kiềm sau khi đã trùng hợp xong. Xút có thể
dùng ở dạng rắn hoặc lỏng.
Ngoài các thành phần trên còn sử dụng: dung dịch đệm, tác nhân
chống tạo bọt, tác nhân điều chỉnh khối lượng phân tr…
Sau khi đã chuẩn bị xong nguyên liệu, tiến hành cho nguyên liệu vào
thiết bị phản ứng theo thứ tự sau.
Nước cất, dung dịch chất nhũ hoá, chất khơi mào, chất đệm,
vinylclorua.
Phản ứng trùng hợp thực hiện trong môi trường khí trơ vì vậy cần
dùng khí N2 để đuổi hết không khí ra.
Quá trình trùng hợp huyền phù được tiến hành tương tự như quá
trình trùng hợp khối. Tuy nhiên mỗi giọt monome trong hệ huyền phù được
coi là những thiết bị trùng hợp khối cực nhỏ.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 39 Lớp: Polyme K47
Sau khi vào thiết bị phản ứng vinyclorua ở dạng lỏng phân tán trong
nước nhờ sự khuấy trộn mãnh liệt tạo ra các giọt kích thước nhỏ khoảng 30
- 40m được ổn định bởi chất keo bảo vệ.
Sau quá trình trùng hợp, dùng khí nén chuyển cả khối phản ứng sang
thiết bị xử lý kiềm.
Mục đích của giai đoạn xử lý kiềm là phân huỷ các gốc của chất khởi
đầu và chất nhũ hoá (tạo thành các muối natri dễ hoà tan trong nước) theo
phương trình phản ứng sau:
2(C6H5COO)2 + 4 NaOH 4C6H5COONa + 2H2O + O2 [7]
Sau khí loại bỏ monome chưa tham gia phản ứng cho qua thiết bị
trao đổi nhiệt, tiếp tục qua máy li tâm để rửa cho đến khi phản ứng trung
hoà.
Bột PVC với hàm ẩm 20% cho qua thiết bị sấy tầng sôi tới khi hàm
ẩm nhỏ hơn 0,3%. PVC thu được dưới dạng bột được thu hồi qua xiclon và
qua thiết bị râ để loại bỏ các hạtquá to và sau đó được đóng bao.
4.2. THIẾT BỊ CHÍNH TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT.
Nồi phản ứng với dung tích 40 – 80mm3. Bên trong nối tráng men để
giảm lượng Polyme bám vào thành của thiết bị, bên ngoài nồi có một lớp
vỏ để gia nhiệt và làm lạnh, trong nồi phản ứng có lắp cánh khuấy (thường
cánh khuấy chân vịt) để phân tán monome trong môi trường phân tán.
Ngoài ra còn cáo các van để cho nguyên liệu và tháo sản phẩm. Sau khi đã
cho nguyên liệu vào nồi được hàn kín lại và tạo chân không 28in Hg.
Khi áp suất trong nồi 0,7 Mpa quá trình phản ứng phát triển nhiệt độ
và áp suất duy trì suốt quá trình phản ứng phát triển mạch. Khi áp suất
giảm thì nhiệt độ tăng [5].
Chú ý: Trong khi trùng hợp VC nếu nhiệt độ và áp suất trong nồi
phản ứng tăng để hạ áp suất xuống, hoặc cho VC thoát ra ở máy tụ bọt hay
cho thoát ra ngoài không khí [7].
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 40 Lớp: Polyme K47
4.3. THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU.
a. Môi trường phân tán.
Với tỉ lệ nước: monome bằng 1.5 : 1 – 1.75 : 1
Khi tỷ lệ là 1.75 : 1 thì cho độ nhớt của hỗn hợp thấp. Thường sử
dụng tỉ lệ 1.5 : 1.
Nước có vai trò như pha liên tục để các monome phân tán thành các
giọt nhỏ có kích thướnc 5.10-6
– 10 . 10-6m.
Ngoài ra nó còn có vai trò làm môi trường truyền nhiệt để tránh xả ra
hiện tượng quá nhiệt cục bộ. Đồng thời nước còn có vai trò hoà tan keo bảo
vệ. [8].
b. Keo bảo vệ.
Trong quá trình trùng hợp huyền phù các giọt VC chuyển dần sang
một hệ giọt PVC/VCM cuối cùng là hạt PVC với một số VC tự do. Theo
nhiều tác giả trong đó có Snderson thì quá trình này có thể được trình bảy
sơ lược như sau:
Kích thước (m) Mức độ chuyển hoá %
Giọt VC 0 0
Monome phân tán 0,1 - 0,3 1 – 5
Tập hợp 1 – 3 3 – 10
Hạt Polyme 2 – 10 80 – 90
Chất keo bảo vệ bao bọc các giọt để ngăn cản các giọt keo tụ lại với
nhau.
c. Dung dịch đệm.
Trùng hợp VC bao giờ cũng tạo nên một lượng nhỏ HCl chưa kể một
số chất khởi đầu phân huỷ ra các sản phẩm phụ có tính axit, điều này ảnh
hưởng đến tính chất của hạt PVC tạo thành với một lượng nhỏ dung dịch
đễm chũng có thể điều chỉnh độ pH của dung dịch. Thường là cá muối vô
cơ các loại NaOH Mg(OH)2, cacbonat, icacbonat, phốt phát và axetat [5]
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 41 Lớp: Polyme K47
d. Chất khơi mào.sự lặ chọn chát khơi mào trong quá trình huyền
phù VC rất quan trọng do có ảnh hưởng đến giá cả của quá trình.
Chất khơi có vai trò tạo ra các gốc tự do hoạt dộng để khơi mào quá
trình trùng hợp. Một nhân tố khác trong sự chọn lựa chất khơi mào đó là
khả năng ổn định bảo quản. Chất khơi mào không bền sẽ phân huỷ dưới tác
dụng của nhiệt độ.
Ví dụ: Dibytyl peroxit dicacbonat có thể bảo quản tại nhiệt độ môi
trường trong khi đó lauryl peoxit chỉ có thể bảo quản ở nhiệt độ 300C. [8]
Quá trình trao đổi nhiệt là một vấn đề mang tính kinh tế trong sản
xuất PVC sao cho thời gian phải ngắn nhất. Vì vậy chọn lựa chất khơi mào
để thời gian và nhiệt độ phân huỷ không quá lớn dẫn đến tiết kiệm năng
lượng cho quá trình sản xuất.
Sử dụng hỗn hợp của một số chất khơi mào thì tốc độ phân huỷ sẽ
nhanh hơn sơ với khíd một số chất khơi mào tại một nhiệt độ trùng hợp [8].
Do đó có thể tăng tốc độ của phản ứng trùng hợp tại thời điểm ban đầu, mà
tại thời điểm này tốc độ phản ứng thấp.
4.4. SO SÁNH GIỮA 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 và có độ tinh khiết cao với phương
pháp trùng hợp khối thì sản lượng khoảng 8% so với tổng sản lượng PVC.
Thep phương pháp này sản phẩm có độ sạch cao, dây chuyền sản
xuất đơn giản. không cần bộ phân lọc rửa, do đó kinh tế hơn. Tuy nhiên sản
phẩm tạo ở dạng khối khó gia công, ngoài ra nó còn ảnh hưởng đến chất
lượng sản phẩm. Nên ít được sử dụng.
Hai phương pháp trùng hợp nhu tương và trùng hợp huyền phù vẫn
được xây dựng rộng rãi (nhưng phương pháp huyền phù vẫn được sử dụng
nhiều hơn) do có ưu điểm đáng kể như sản phẩm tạo ra ở dạng hạt, để gia
công, vận tốc trùng hợp cao, nhiệt độ phản ứng thấp và đặc biệt không xảy
ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 42 Lớp: Polyme K47
Tuy nhiên nhược điểm là sản phẩm dễ bị nhiễm bẩn bởi chất ổn định
và chất nhũ hoá do đó có công đoạn rửa và sấy trong dây chuyền sản xuất.
4.5. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PVC TRONG DUNG DỊCH HUYỀN
PHÙ.
Nguyên liệu được cho vào như sau: nước cất được bơm lên từ thùng
chứa (1) lên thùng lường (2) tai dây lượng nước được lường với khối lượng
đã định sẵn. Nước từ thùng lường (2) được đưa vào nồi phản ứng chính (4)
. chất nhũ hóa và chất khởi đầu sau khi định lượng cho vào thùng (3) . Chất
nhũ hóa và chất khởi đầu cho vào thiết phản ứng chính (4) . Chất ổn định
PH được đinh lượng sau đó cho vào thiết bị phản ứng chính (4). Bước tiếp
theo ta ding khí N2 đuổi hết không khí trong thiết bị phản ứng chính ra để
tạo môi trường khí trơ trong thiết bị. Sau đó VC được bơm từ thùng chứa
(5) lên thùng lường (6) với lương đã định va tiếp theo cho vào thiết bị phản
ứng chính (4). Tại thiết bị phản ứng chính phản ứng trùng hợp qua 3
bước: Trước hết dùng nước nóng 70 – 80 oC đun nóng dần hỗn hợp phản
ứng lên đến 40 – 70 o C và đưa áp suất trong nồi lên 5 – 8 at để kích động
phản ứng trùng hợp .Tùy theo từng loại nhựa theo yêu cầu sản xuất mà ta
cần quy định rõ về nhiệt độ và áp suất thích ứng.Tiếp theo dùng nước lạnh
duy trì thật đúng nhiệt độ và áp suất đã quy định để cho phản ứng trùng hợp
tiếp tục phát triển mạch cao phân tử. (Nhiệt độ không được sai quá 1 o C ,
áp suất không sai quá 0,1kg/cm2).Thời gian phát triển mạch 20 h . khi áp
suất giảm dưới mức quy định thì tăng dần nhiệt độ lên 60 – 70 o C để làm
đứt mạch . Đến khi áp suất còn 2 – 3 at thì coi như phản ứng trùng hợp đã
hoàn thành.
Trùng hợp xong dùng khí nén chuyển cả khối phản ứng sang thiết bị thổi
bay (6). Tại đây dung khí nén thổi tập trung VC không tham gia phản ứng
vào thiết bị thu hồi VC (7), phần còn lại được đưa vào thiết bị xử lý
kiềm(8). ở đây dùng dd kiềm loãng 15%. Sau khi xử lý kiềm xong chuyển
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 43 Lớp: Polyme K47
sang thiết bị ly tâm (9) , đây là giai đoạn ly tâm và rửa nhựa.Dùng nước
nóng 60 -70 oC để rửa , ly tâm thật sạch cho đến phản ứng trung hòa. Hàm
ẩm của PVC sau khi ly tâm rửa nhựa vào khoảng 16 – 22%. Bước tiếp theo
PVC được chuyển sang thiết bị sấy tầng sôi (10) . PVC được sấy đến độ ẩm
xác định thì được chuyển qua thiết bị đóng bao (11) và lưu kho.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 44 Lớp: Polyme K47
PHẦN THỨ BA: CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.1. Năng suất 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
Số ngày nghỉ chủ nhật: 52 ngày
Tổng số 75 ngày
Vậy số ngày làm việc trong 1 năm là
365 - 75 = 290 ngày
Năng suất làm việc trong một ngày là
500
1,7241290
(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 (từ 400C đến 70
0C):30 phút
- Phản ứng chính diễn ra trong thời gian: 18 giờ
- Xử lý sản phẩm sau trùng hợp: 5 giờ
Tổng: 24 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
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 45 Lớp: Polyme K47
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:
1000.99,7
997 kg100
Giả thiết rằng hiệu suất quá trình trùng hợp là 98,5%, do đó hao hụt
sản phẩm trong toàn bộ quá trình 1,5% gồm:
Giai đoạn sấy – đóng bao: 0,3%
Giai đoạn ly tâm – rửa nhựa: 0,5%
Hao hụt trong quá trình xử lý kiềm: 0,5%
Giai đoạn chuẩn bị – lường: 0,2%
Hao hụt của quá trình sấy – đóng bao: 0,3%, vậy lượng PVC trước
khi sấy: 997.100
1000kg99,7
Lượng PVC hao hụt do sấy:
1000– 997 = 3kg
Hao hụt của quá trình ly tâm – rửa nhựa là 0,5%, lượng PVC trước
khi ly tâm – rửa nhựa:
1000.100 = 1005,025 kg
99,5
Lượng PVC hao hụt do quá trình ly tâm – rửa nhựa là:
1005,025 – 1000 = 5,025 kg
Hao hụt của quá trình xử lý kiềm 0,5% do đó lượng PVC trước khi
xử lý kiềm là:
1005,025.100 =1010,075 kg
99,5
Hao hụt của quá trình xử lý kiềm:
1010,075–1005,025 = 5,05 kg
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 46 Lớp: Polyme K47
Tổng lượng PVC hao hụt:
3+5,025+5,05=13,075 kg
Coi từ giai đoạn trùng hợp sang giai đoạn xử lý kiềm không xảy ra
sự mất mát, lượng PVC trên do VC và chất khởi đầu trùng hợp tạo thành.
Lượng PVC sau khi trùng hợp là: 1010,075 kg
+ Tính lượng VC cần dùng:
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 chuyển hóa 90% do đó lượng VC ban đầu là:
1010,075.100
1122,30590
(kg)
Lượng VC không phản ứng (chưa tham gia vào quá trình chuyển hoá
là)
1122,305–1010,075= 112,23 (kg)
Độ nguyên chất của VC là 99,9% do đó lượng VC cần dùng là:
1122,305.100
1123,42899,9
(kg)
Hao hụt trong quá trình lường là 0,2%, do đó
Lượng VC thực tế dùng là:
1123,428.100
1125,67999,8
(kg)
Lượng VC hao hụt do quá trình lường là
1125,679 – 1123,428 =2,251 (kg)
Lượng VC thu hồi là 95%, lượng thu hồi sẽ là
112,23.95 = 106,618
100
Lượng VC dùng cho 1 tấn là
1125,679 – 106,618 = 1019,061
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 47 Lớp: Polyme K47
Tính lượng chất khởi đầu:
Lượng chất khởi đầu POB 96% cần dùng theo đơn phối liệu
là:
1125,679. 0,08 = 0,9 kg
100
Với độ nguyên chất 96% thì lượng POB nguyên chất được đưa
vào:
0,9 . 100 = 0,937 kg
96
Hao hụt do quá trình lường là 0,2%, vậy lượng POB cần dùng:
0,937. 100 = 0,939kg
99,8
Tổn hao POB 96%:
0,939–0,937= 0,002 kg
2. Tính lượng chất ổn định huyền phù PVA:
1125,679. 0,15 = 1,688 kg
100
Với độ nguyên chất 95%, lượng PVA được đưa vào:
1,688 . 100 = 1,776 kg
95
Hao hụt là 0,2 %. Lượng PVA 95% cần dùng:
1,776. 100 = 1,779 kg
99,8
Lượng PVA 95% tổn hao:
1,779–1,776= 0,003 kg
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 48 Lớp: Polyme K47
3. Tính lượng chất điều chỉnh pH môi trường:
1125,679. 0,04 = 0,450 kg
100
Độ nguyên chất 89% thì lượng H3PO4 được đưa vào:
0,450 . 100 = 0,505 kg
89
Hao hụt của quá trình lường là 0,2%. Lượng H3PO4 cần dùng:
0,505 . 100 = 0,506 kg
99,8
Lượng H3PO4 89% tổn hao do quá trình lường:
0,506 – 0,505 = 0,001 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:
1125,679.1,3 = 1463,382 kg
Hao hụt trong chuẩn bị và lường 0,2%. Lượng nước cất đã dùng là:
1463,382 . 100 = 1466,314 kg
99,8
Lượng nước tổn hao:
1466,314 –1463,382 = 2,932 kg
Từ các số liệu đã tính toán ở trên ta lập bảng cân bằng vật chất cho 1
tấn sản phẩm:
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 49 Lớp: Polyme K47
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% 1019,061 112,23 2,251
POB 96% 0,939 0,937 0,002
PVA 95% 1,779 1,776 0,003
H3PO4 89% 0,506 0,505 0,001
Nước cất 1466,314 1463,382 2,932
PVC 0,000 1010,075 0,000
Tổng 2595,217 2588,905 5,189
B. Công đoạn xử lý kiềm
Mục đích của công đoạn xử lý kiềm là làm phân hủy các gốc của
chất khơi mào và chất ổn định (tạo thành loại muối natri để hòa tan vào
trong nước) để keo tụ nhựa và tăng tính chất ổn định đối với nhiệt của
nhựa.
Quá trình xử lý kiềm dùng dung dịch NaOH 15% theo tỷ lệ 200
lít/100 kg hỗn hợp.
Đối với 1 tấn sản phẩm cần phải dùng là:
1010,075. 200 = 2020,15 lít
100
Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 15%: 1164 kg/m3 = 1,164
kg/dm3
Vậy khối lượng dung dịch NaOH:
2020,15. 1,164 = 2351,4546 (kg)
Lượng NaOH cần dùng để xử lý kiềm là:
2351,4546. 15 = 352,718 kg
100
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 50 Lớp: Polyme K47
Lượng nước cần dùng để pha dung dịch NaOH 15%:
2351,4546 - 352,718= 1998,736kg
Bảng 2: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm
trong công đoạn xử lý kiềm (kg):
Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao
Nước cất 1463,382 1456,066 7,316
PVC 1010,075 1005,025 5,050
NaOH 352,718 0,000 352,718
Nước pha dung dịch 1998,736 0,000 1998,736
Tổng 4824,911 2461,091 2363,820
C. Công đoạn ly tâm và rửa nhựa:
Tiến hành rửa hốn hợp bằng nước cất nóng 600C – 70
0C, ly tâm thật sạch
cho đến khi phản ứng trung hòa. Rửa 5 lần, mỗi lần 250 l/400 kg hỗn hợp.
Lượng nước cần dùng cho 1 lần rửa:
2461,091. 250 =1538,181 lít
400
Lượng nước cần để rửa hỗn hợp tương ứng với 1 tấn sản phẩm là:
1538,181. 5 = 7690,905 lít
Sau khi ly tâm và rửa nhựa, độ ẩm của sản phẩm là 20%. Lượng
nước còn lại trong nhựa sau khi ly tâm – rửa nhựa là:
1005,025.20 = 201,005 lít
100
Bảng 3: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm
trong công đoạn ly tâm, rửa nhựa (kg)
Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao
Nước cất 1456,066 201,005 1255,061
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 51 Lớp: Polyme K47
Nước rửa nhựa 7690,905 0,000 7690,905
PVC 1005,025 1000 5,025
Tổng 10151,996 1201,005 8950,991
D. Công đoạn sấy và đóng bao:
Sau quá trình sấy, độ ẩm sản phẩm là 0,3%. Hao hụt 0,3%
Bảng 4: Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm
trong công đoạn sấy và đóng bao (kg)
Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao
Nước cất 201,005 3 198,005
PVC 1000 997 3
Tổng 1201,005 1000 201,005
3.3. Tính cân bằng vật chất cho một nồi
Sử dụng hệ thống 1 nồi trùng hợp nấu
Với năng suất 500 tấn/năm. Chọn 1 thiết bị phản ứng làm việc.
Số giờ làm việc của một năm là: 24. 290 = 6960 (h)
Số mẻ sản phẩm của một thiết bị trong 1 năm là
6960 : 30 = 232 mẻ
Do vậy mỗi mẻ 1 thiết bị làm việc đạt năng suất là
500
2,1551232
(tấn)
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 99,9% 2425,951 241,8669 4,85113
POB 96% 2,023639 2,019329 0,00431
PVA 95% 3,833923 3,827458 0,006465
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 52 Lớp: Polyme K47
H3PO4 89% 1,090481 1,088326 0,002155
Nước cất 3160,053 3153,735 6,318753
PVC 0 2176,813 0
Tổng 5592,952043 5579,350013 11,182813
Bảng 6: Cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm
trong công đoạn xử lý kiềm (kg):
Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao
Nước cất 3153,735 3137,968 15,76671
PVC 2176,813 2165,929 10,88326
NaOH 760,1426 0 760,1426
Nước pha dung dịch 4307,476 0 4307,476
Tổng 10398,1666 5303,897 5094,26857
Bảng 7: Cân bằng vật chất cho 1 mẻ sản phẩm
trong công đoạn ly tâm, rửa nhựa (kg)
Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao
Nước cất 3138 433,19 2704,8
Nước rửa nhựa 16575 0 16575
PVC 2165,9 2155,1 10,829
Tổng 21878,9 2588,29 19290,629
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 433,19 6,4653 426,72
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 53 Lớp: Polyme K47
PVC 2155,1 2148,6 6,4653
Tổng 2588,29 2155,0653 433,1853
3.4. Tính cân bằng vật chất cho 500 tấn sản phẩm:
Bảng 9: Cân bằng vật chất cho 500 tấn sản phẩm
trong công đoạn trùng hợp (tấn):
Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao
VC 99,9% 509,53 56,115 1,1255
POB 96% 0,4695 0,4685 0,001
PVA 95% 0,8895 0,888 0,0015
H3PO4 89% 0,253 0,2525 0,0005
Nước cất 733,157 731,691 1,466
PVC 0 505,0375 0
Tổng 12442,99 1294,453 2,5945
Bảng 10: Cân bằng vật chất cho 500 tấn sản phẩm
trong công đoạn xử lý kiềm (tấn):
Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao
Nước cất 731,691 728,033 3,658
PVC 505,0375 502,5125 2,525
NaOH 176,359 0 176,359
Nước pha dung dịch 999,368 0 999,368
Tổng 2412,456 1230,546 1181,91
Bảng 11: Cân bằng vật chất cho 500 tấn sản phẩm
trong công đoạn ly tâm, rửa nhựa (kg)
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 54 Lớp: Polyme K47
Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao
Nước cất 728,033 100,5 627,53
Nước rửa nhựa 3845,4525 0 3845,5
PVC 502,5125 500 2,5125
Tổng 5075,998 600,5 4475,5
Bảng 12: Cân bằng vật chất cho 500 tấn sản phẩm
trong công đoạn sấy và đóng bao (tấn)
Tên nguyên liệu Lượng vào Lượng ra Tổn hao
Nước cất 100,5 1,5 99,003
PVC 500 498,5 1,5
Tổng 600,5 500 100,5
Bảng 13: Tiêu hao nguyên liệu với năng suất 500 tấn/năm:
Tên nguyên liệu 1 tấn (kg) 1 mẻ (kg) 1 năm (tấn)
VC 99,9% 1125,679 2425,951 509,53
POB 96% 0,939 2,023639 0,4695
PVA 95% 1,779 3,833923 0,8895
H3PO4 89% 0,506 1,090481 0,253
Nước cất 1466,314 3160,053 733,157
PVC 0,000 0 0
Tổng 2595,217 5592,952043 12442,99
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 55 Lớp: Polyme K47
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: i
i
GV
Trong đó: iG : Khối lượng của các cấu tử (kg)
i : Khối lượng riêng của các cấu tử (kg/m3)
Nguyên liệu ρi (kg/m3) Gi (kg)
VC 970 2425.951
H2O 1000 3160.053
POB 973 2.023639
PVA 973 3.833923
H3PO4 1836 1.090481
Tổng 5752 5592.952043
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 56 Lớp: Polyme K47
2425,951 3160,053 2,0236 3,833 1,09048
970 1000 973 973 1836V
= 2,5+3,16+0,002079+0,00393+0,000593
= 5,667 m3
Dùng nồi với hệ số đầy η = 0,7 thì thể tích nồi cần thiết kế là:
35,6678,1
0,7tbV m
a. Đường kính thiết bị
Thể tích nồi gồm các phần
Vtb = Vn + Vđ + Vth
Trong đó
Vn: thể tích nắp
Vđ: thể tích đáy
Vth: thể tích hình trụ
Đáy và nắp ta có thể tính như hai elíp xem thể tích của chúng bằng
nhau.
Vtb = Vth + 2 Vđ
+ Thân nồi là hình trụ nên Vth = 2R .h (Với R là bán kính, R = tD
2)
suy ra
2
tth
DV h.
4
Thể tích đáy Vđ = 2 h'h' R
3
Thay R = 2t td
D D h'V h'
2 2 3
Với thiết bị thẳng đứng t
d30
D ta chọn h = 2Dt, h’ = tD
4 nên ta có:
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 57 Lớp: Polyme K47
Vđ =2 3
t t t tD D D D 1 1
16 2 12 16 2 12
Do đó
Vtb = Vth + 2 Vđ = 3 3
t tD D.2 2 .0,58
4 16 = 1,8 3
tD
3t
8,1D 1,65 m
1,8
Quy chuẩn Dt = 1,8(m)
Thể tích nồi theo quy chuẩn
Vtb = 1,8. (1,8)3 = 10,497(m
3)
- Chiều cao phần thân thiết bị
h = 2Dt = 2.1,8 = 3,6 (m)
h' = 0,25. 1,8= 450(mm)
Vậy chiều cao thiết bị:
H= h + 2h' = 3,6 + 2. 0,45 = 4,5 (m)
c. Chiều dày thiết bị
Sử dụng loại thép không gỉ loại 0X21H6M2T với
a
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 58 Lớp: Polyme K47
6 2600.10 N/mk
6 2300.10 N/mc [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/m
2)(áp suất làm việc lớn nhất trong quá trình trùng hợp PVC)
Áp dụng công thức:
tD P
S C2[ ] - P
, 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:
kk
k
[ ] = n
[10 – 355]
Với Hệ số an toàn bền nk = 2,6 [10 – 356]
Hệ số điều chỉnh η = 1 [10 – 356]
266
/10.77,2301.6.2
10.600mNk
Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy xác định theo công thức:
cc
c
[ ] = n
[10 – 355]
Với nt = 1,5
Suy ra [σc] = 200.106 N/m
2
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 59 Lớp: Polyme K47
Trong hai giá trị, lấy giá trị nhỏ hơn để tính toán
[σ] = [σc] = 200.106 N/m
2
+ 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 = gH )
của cột chất lỏng:
mP P gH 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/m
2
g : Gia tốc trọng trường
H : Chiều cao lớn nhất của cột chất lỏng, H = 4,5 m
ρ : Khối lượng riêng của hỗn hợp, kg/m3, được tính theo công thức:
i
i
1 a
[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:
2425,9510,4337
5592,952043VCa
2
3160,0530,565
5592,952043H Oa
2,0236390,0003617
5592,952043POBa
3,8339230,000685
5592,952043PVAa
3 4
1,0904810,0001948
5592,952043H POa
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 60 Lớp: Polyme K47
410.129,101
Vậy: = 987,25 kg/m3
P = Pm + gH = 8,097.105 N/m
2
Do
5065,23495,0.10.097,8
10.2005
6
P
Nên bỏ qua P ở mẫu số, ta có chiều dày thân hình trụ:
3
6
5
10.84,395,0.10.200.2
10.097,8.8,1
2
CCPD
S t
+ C
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:
t o c[D (S C)]P
2(S C) 1,2
, N/m
2 [10 – 365]
Áp suất thử tính toán Po được xác định theo công thức:
o th 1P P P
Pth : Áp suất thử thủy lực tính theo [10 – 358]
Pth = 1,5P = 12,146.105 N/m
2
P1 : Áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thân thiết bị
1P gH
ρ : Khối lượng riêng của nước ρ = 1000 kg/m3
H : Chiều cao cực đại của cột chất lỏng
P1 = 0,218.105 N/m
2
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 61 Lớp: Polyme K47
Po = 12,146.105 + 0,225.10
5 = 12,37.10
5 N/m
2
Cùng với Dt = 1,8 m; S – C = 0,006 m; φ = 0,95; σc = 300.106 N/m
2
Thay vào biểu thức ta có:
σ = 195,96.106 N/m
2
66 2c 300.10
250.10 N/m1,2 1,2
Vì c
1,2
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:
t o c[D (S C)]P
2(S C) 1,2
, N/m
2 [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/m
2 <
2,1
c
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:
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 62 Lớp: Polyme K47
hh
b
Dt
s
2
t b o c
h b
[D + 2h (S C)]P
7,6k h (S C) 1,2
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/m
2; k = 1.
Do đó: σ = 205,6.105 N/m
2 <
2,1
c
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:
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 63 Lớp: Polyme K47
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.
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.
2Tt : Nhiệt độ bề mặt lớp bảo ôn giáp với không khí.
St : Chiều dày của tấm thép.
Sbo : Chiều dày lớp bảo ôn.
t : Hệ số truyền nhiệt của thép.
bo : 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.
tKK
tT3
tT2
tT1
both
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 64 Lớp: Polyme K47
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] Quốc Tuấn – Tạp chí
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:
22
tq
r
(W/m2) [13 – 212]
1 2 22 T T 1 1 Tt t t t t t
t boc
t bo
S Sr r
Trong đó: rc: Nhiệt trở cặn.
Sbo, St : Chiều dày lớp bảo ôn, lớp thép.
21 1 T2 21 2
1 1
t t tt tq q r
r q q
Nhiệt tải riêng về phía không khí:
k 3 k 3
q q t
Trong đó: αk: Hệ số cấp nhiệt về phía không khí.
2k T9,3 0,058.t [10]
23 T 2t t t
Do 1 2 3q q q 2
1 1 2 2 k 3
t. t . t . t
r
k 31
1
. tt
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 65 Lớp: Polyme K47
2
2
k 31 T
1 1 T 1
1 k 3
. tt t
t t tr
q . t
Vậy chiều dày lớp bảo ôn:
21 T 1 k 3 tbo bo c
1 k 3 t
(t t ). . t SS r
. . t
Chọn vật liệu bảo ôn là bông thuỷ tinh bên ngoài bọc lớp vải thuỷ
tinh có:
bo
0,125 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 1Tt = 119,6
°C [11–
378]
Nhiệt độ môi trường: t2 = 25 °C.
Giả thiết nhiệt độ mặt ngoài của lớp bảo ôn là: 2Tt 40 °C
Bề dày của vỏ áo: mmt 6
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 = 2,59.10-2
W/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 đun nóng hơi nước chuyển động trong khoảng không gian giữa
vỏ áo và thân thiết bị (thiết diện của khoảng không gian hình vành khăn)
Chuẩn số Nu được xác định theo công thức
Nu = 0,23 Re0,8
Pr0,4
(dtn/dnt)0,45
[14 – 223]
dtn: đường kính trong của ống ngoài. dtn: đường kính ngoài của ống
trong.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 66 Lớp: Polyme K47
dtn = 1,861 m; dnt = 2,0m
..Re tdd [14 – 35]
: vận tốc hơi nước ( lấy = 25 m/s)
Re = 3,512.105
07,1/. Pr CP [14 – 218]
Thay số 4,1001 (W/m2.độ)
Chiều dầy lớp bảo ôn mmbo 050,0
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 56
Trong đó:
D: Đường kính ngoài của bích.
Db: Đường kính đến tâm bulông.
Dn: Đường kính ngoài thiết bị.
db
h
D
Db
D1
D0
Dt
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 67 Lớp: Polyme K47
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.d
5
Ns = Np = K.ξ.ρ.n3.d
5 [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
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 68 Lớp: Polyme K47
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.d
5 , 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 = i i
n
i i
i 1
a / M
a / M
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 =0,433/ 62,5
0,1810,433/ 62,5 0,565/18
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 69 Lớp: Polyme K47
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 = 984,20.8,33.0,6
2/0,8611.10
-3 = 3,424.10
6 > 10
4
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.
Công suất tiêu tốn cho quá trình làm việc (công suất mô tơ cánh khuấy:
17,87 kW).
Công suất mở máy
Nc = Ng + Nm = 3 Nm = 51,61 kW.
Công suất động cơ điện
Nđc = Nc /
: hiệu suất (khả năng truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy)
chọn = 0,65
N®c = 82,5 kW
i. Chọn cánh khuấy
Ta chọn cánh khuấy chân vịt có d = 0,250,33D
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
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 70 Lớp: Polyme K47
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/4.(Dn2 – Dt
2).7850
= 3,14.4,5/4.( 1,8082 – 1,8
2 ). 7850 = 800 kg
+ Tính khối lượng đáy và nắp.
Gđáy + Gnắp = 2.283= 566 kg
+ Tính khối lượng bích.
Gbích = Vbích.ρbích
Trong đó
Vbích = h.π.(D2 – D0
2)/4 = 0,056.3,14.(2,010
2 – 1,845
2)/4 = 0,0028m
3
ρbích = 7850 kg/m3
Do đó
Gbích = 7850.0,028 = 220 kg
+ Tính khối lượng nước thử:
GH2O = Vtb.ρH2O =10,497.1000 = 10497 kg
+ Tính khối lượng bông thuỷ tinh.
Gbo = Vbo.ρbo = 21.0,057.200 = 239,4 kg
+ Tính khối lượng vỏ áo thiết bị.
Gv = Vv.ρv = 15.0.006.7850 = 706,5 kg
Khối lượng mô tơ cánh khuấy, khối lượng bulông, khối lượng tai
treo... lấy gần đúng là Gkhác = 100 kg
Vậy khối lượng của toàn thiết bị phản ứng là:
Gmax = 10413,7 kg = 13110,9 N
Dùng 4 tai treo chế tạo bằng thép CT3 khi đó tải trọng trên mỗi tai
treo: 3,277.104N
Dựa vào bảng XIII – 36, [12 – 438] ta có các thông số về tai treo như sau:
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 71 Lớp: Polyme K47
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 72 Lớp: Polyme K47
Tải
trọng
cho phép
trên một
tai treo
.104N
Bề
mặt
đỡ
10-4
m2
Tải
trọng
cho
phép
trên bề
mặt đỡ
106N/m2
L B B1 H S l a d Khối
lượng
một
tai
treo,
kg
mm
4,0 297 1,34 190 160 170 280 10 80 25 34 7,35
2. Thiết bị phụ
2.1. Bơm
a. Bơm nước cất
Dùng một bơm ly tâm để bơm nước cất từ bể chứa lên thùng lường
dùng vào việc pha dung dịch chất ổn định huyền phù, dung dịch chất khơi
mào và cho trực tiếp vào thiết bị phản ứng.
Lượng nước cần bơm trong một mẻ là: 3160,053 kg = 3,16 m3
Thời gian bơm tiến hành trong 30 phút.
Chiều cao hút của bơm: Hh = 0 m
Chiều dài ống hút của bơm: Lh = 5 m
Chiều cao ống đẩy: Hd = 16 m
B20
a
l
d
a
H
B1
s
s
L
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 73 Lớp: Polyme K47
Áp suất ở đầu ống hút bằng áp suất đầu ống đẩy và bằng áp suất
khí quyển, 1at. Đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy, bằng 0,1 m.
Ống được thiết kế gồm: 2 van tiêu chuẩn, 4 khuỷu 90°.
Ta có khối lượng riêng của nước và độ nhớt của nước lấy ở 250C
là:
ρ = 1000 kg
μ = 0,76.10-3
Ns/m2
Lưu lượng chất lỏng chảy trong ống:
Q = V/τ
V – Thể tích cần bơm, m3
τ – Thời gian bơm, s
Q = 3,16/30.60 = 1,756.10-3
m3/s
Tốc độ chảy trong ống:
ω = Q/S , m/s
S – Thiết diện ống, m2
3
2 2
4.Q 4.1,756.100,224
.d 3,14.0,1
m/s
Công suất của bơm được tính theo công thức:
N = V. P
1000.
kW [11 – 17]
Trong đó:
V – Lưu lượng thể tích, m3/s
∆P – Áp suất do bơm tạo ra, N/m2
η – Hiệu suất bơm
g – Gia tốc trọng trường, m/s2
Áp suất ∆P được tính theo công thức:
ΔP = ∆Pw + ∆Pm + ∆Ptr + ∆Ph + ∆Pp N/m2
Trong đó:
∆Pw – Áp suất tạo ra vận tốc dòng chảy.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 74 Lớp: Polyme K47
∆Pm – Áp suất để thắng trở lực ma sát.
∆Ptr – Áp suất để thắng trở lực cụ bộ.
∆Ph – Áp suất thắng chênh lệch chiều cao H.
∆Pp – Áp suất chênh lệch giữa đầu hút và đầu đẩy, trong
trường hợp này ∆Pp = 0
+ Tính ∆Pw:
2
w
.P
2
(N/m
2)
ρ – Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3
ω – Vận tốc của lưu thể, m/s
∆Pw = 0,2242.1000/2 = 25,088 N/m
2
+ Tính ∆Pm:
∆Pm = 2.l .
.d 2
N/m
2
λ – Hệ số ma sát
l – Chiều dài ống, m
d – Đường kính tương đương của ống, m
Hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chế độ chảy của chất lỏng và vào độ
nhám của thành ống. muốn xác định chế độ chảy ta phải xác định chuẩn số
Re:
.d.
Re
μ – Độ nhớt của chất lỏng, N.s/m2
4
3
0,224.0,1.1000Re 2,9.10
0,76.10 > 10
4 do đó chế độ chảy của
dòng thuộc khu vực 3 của khu vực chảy xoáy.
Theo công thức Ixaep:
(1/λ)1/2
= – 1,8.lg[6,8/Re + e] [11 – 68]
Trong đó:
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 75 Lớp: Polyme K47
e =(n/3,7.d)1,11
n = ε/r độ nhám tương đối
r – bán kính đường ống, lấy bằng 0,05 m
ε - chiều sâu rãnh, lấy bằng 0,1 mm
Thay vào công thức trên ta có:
(1/λ)1/2
= – 1,8.lg[6,8/2,9.104 + (0,1/7,4.50
2)
1,11]
= 6,554
Suy ra λ = 0,023
∆Pm = (0,023.21/0,1).(25,088) = 120,75 N/m2
+ Tính ∆Ptr:
Trở lực cục bộ gồm có 2 van tiêu chuẩn, 4 khuỷu 90°:
∆Ptr = ∑ξ.ω2.ρ/2 (N/m
2)
∑ξ – Tổng trở lực cục bộ
∑ξ = ξkhuỷu + ξvan + ξvào + ξra
Tra bảng :
ξkhuỷu = 1,26 [15 – 70]
ξvan = 4,5 [15 – 72]
ξvào = 0,06 , ξra = 1 [15 – 69]
∑ξ = 1,26 .4 + 4,5.2 + 0,06 + 1 = 15,1
Do đó ∆Ptr = 15,1.25,088 = 378,828 (N/m2)
+ Tính ∆Ph:
∆Ph = ρ.g.H = 1000.9,81.16 = 156960 N/m2
Vậy tổng trở lực mà bơm phải đạt được trên đường ống là:
∆P = 25,088 + 120,75 + 378,828+ 156960 = 157484,66 N/m2
η – Hiệu suất chung của bơm ly tâm
η = ηo.ηtl.ηck
Tra bảng II – 32 [11 – 536]
ηo – Hiệu suất thể tích của bơm, lấy ηo = 0,9
ηtl – Hiệu suất thuỷ lực của bơm, lấy ηtl = 0,85
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 76 Lớp: Polyme K47
ηck – Hiệu suất cơ khi của bơm, lấy ηck = 0,95
η = 0,9.0,95.0,85 = 0,727
Thay vào công thức tính công suất bơm ta được:
N = -3Q. P 1,756.10 .157484,66
0.4 kW1000. 1000.0,727
Công suất động cơ điện:
Ndc = N/ηtd.ηdc
ηtd – Hiệu suất truyền động khớp nối, lấy bằng 1
ηdc – hiệu suất động cơ điện, lấy bằng 0,75
Ndc = 0,4/0,75 = 0,53 kW
Thông thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so
với công suất tính toán (lượng dự trữ dựa vào khả năng quá tải).
Ndcc = β.Ndc
β – Hệ số dự trữ công suất tra bảng II – 33
Ta có β =2,89 [11 – 537]
Ndcc = 2,89.0,53 = 1,54 kW
b. Bơm vinyl clorua
VC là chất dễ cháy nổ, do đó ta dùng một bơm pittông để bơm VC
lên thùng lường và thêm một bơm dự trữ.
Lượng VC cần bơm là lượng VC cần cho một mẻ sản xuất.
MVC =2425,951kg
Khối lượng riêng của VC lỏng ở – 12,96 °C là 969,2 kg/m
3, độ nhớt
là
μ = 0,26.10-3
Ns/m2.
Thể tích VC là:
V = 2425,951/969,2 = 2,5 m3
Chiều cao hút hh = 0 m
Chiều cao đẩy hd = 16 m
Chiều dài ống hút lh = 5m
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 77 Lớp: Polyme K47
Áp suất cửa hút bằng áp suất cửa đẩy bằng 1at,
Đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy bằng 0,1 m,
Thời gian bơm VC được tiến hành trong 20 phút,
Lưu lượng chất lỏng trong ống
Q = V/τ = 2,5/60.20 = 0,00208 m3/s
Tốc độ chảy trong ống
ω = Q/S = 4.Q/π.d2 = 4. 0,00208 /3,14.0,1
2 = 0,265m/s
Tính áp suất toàn phần để khắc phục tất cả các trở lực trên đường
ống.
Tính tương tự như với bơm nước cất:
∆Pw = ω2.ρ/2 = 0,265
2.969,2/2=34,03 N/m
2
∆Pm = 2.l .
.d 2
N/m
2
= 184,56N/m2
∆Ptr = ∑ξ.ω2.ρ/2, N/m
2
= 1101 N/m2
∆Ph = ρ.g.H = 152125,6 N/m2
Vậy tổng trở lực trên đường ống mà bơm cần phải thắng là:
∆P = 152835,4N/m2
Công suất của bơm:
N = Q. P
1000.
, kW
=0,00208. 152835,4/1000.0,727 = 0,437kW
Công suất của động cơ điện.
Ndc = 0,437/0,75 = 0,83kW
Thực tế chọn:
Ndcc = 1,68 kW
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 78 Lớp: Polyme K47
c. Bơm nước làm mát
Nước làm mát được bơm lên trên một thùng chứa cao 16m và từ
đây nước sẽ chảy vào vỏ bọc để làm lạnh khi thiết bị phản ứng vượt quá
nhiệt độ cho phép. Lượng nước làm mát cần thiết dùng trong một mẻ
cđược lấy từ phần tính cân bằng nhiệt của giai đoạn giữ nhiệt độ phản ứng
ở 70 °C cho đến khi đạt độ trùng hợp yêu cầu.
Ta dùng một bơm ly tâm và một bơm dự trữ.
Lượng nước cần bơm: V = 45 m3
Thời gian bơm: t = 60 phút
Lưu lượng nước của bơm: Q = V/t = 0,0125 m3/s
Tốc độ chảy của nước trong đường ống đường kính d = 0,1 m là:
ω = Q/S = 1,592 m/s
+ Tính toán tương tự như với bơm nước cất ta có:
∆P = 182160,3 N/m2
Nb = 3,13 kW
Ndc = 4,18 kW
Lấy hệ số dự trữ β = 1,5
Vậy Ndcc = 6,3 kW
d. Bơm nước rửa nhựa
Ta dùng một bơm ly tâm và một bơm dự trữ để bơm nước rửa
nhựa.
Lượng nước rửa nhựa được bơm theo mẻ lên một thiết bị chứa phía
trên với độ cao h = 16 m với đường kính ống là 0,2 m.
Lượng nước cần bơm: V = 16575/1000 = 16,575 m3
Thời gian bơm là: t = 30 phút
Lưu lượng nước: Q = V/t =9,2.10-3
m3/s
Tốc độ nước chảy trong đường ống đường kính d = 0,2 m:
ω = Q/S = 4.9,2.10-3
/3,14.0,22 = 0,3 m/s
Tính toán tương tự như bơm nước cất ta có:
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 79 Lớp: Polyme K47
∆P = 159519,4 N/m2
N = 6,76.10-3
.159519,4/1000.0,727 = 0,678 kW
Ndc = 0,678/0,75 = 0,904 kW
Ndcc = 0,904.1,3 = 1,175 kW
2.2. Thiết bị lường chứa
a. Thùng chứa nước cất
Thùng chứa có dung tích sao cho lượng chất cần chứa dùng được
cho 1 mẻ.
Lượng nước cất dùng cho một mẻ:
Vmẻ = Vtrùng hợp + Vrửa nhựa = 3,16+ 16,575= 19,735 m3
Thể tích thùng chứa: V = 2Vmẻ =39,47m3
Thùng chứa nước cất dạng hình trụ có chiều dài L = 6 m.
Đường kính thùng chứa được tính theo công thức:
D = 4.V 4.39,47
2,89.L 3,14.6
m
Quy chuẩn D = 3 m.
b. Thùng chứa VC lỏng
Lượng VC lỏng dùng cho một mẻ là Vmẻ = 2425,91/970
= 2,5 m3
Thể tích thùng chứa là V = 2Vmẻ = 5 m3
Chiều dài thùng chứa chọn là L = 2 m
Đường kính thùng chứa:
D = 4.V 4.5
1,8.L 3,14.2
m
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 80 Lớp: Polyme K47
c. Thùng lường nước cất
Thùng lường nước cất có dạng hình trụ. Lượng nước cất cần thiết
mà thùng lường chứa là lượng nước cất dùng một mẻ.
Vnước cất = 3,16 m3
Thùng lường với hệ số làm đầy η = 0,7 do đó thể tích thùng lường
là:
Vlường = 3,16/0,7 = 4,51 m3
Nếu chọn H = 2.D (chiều cao thiết bị gấp hai lần đường kính)
Ta có Vlường = π.R2.H = π.D
3/2
Suy ra D = (2.V/π )1/3
= ( 2. 4,51 /3,14)1/3
= 1,4 m
H = 2.D = 2. 1,44 = 2,8 m
d. Thùng lường VC
Lượng VC cần cho một mẻ là VVC = 2,5 m3
Thùng lường với hệ số làm đầy là η = 0,7, tính tương tự như với
thùng lường nước cất ta có
Vlường = VVC/0,7 = 3,37 m3
Dlường = 1,6 m
H = 3,2 m
e. Thùng khuấy trộn
Dùng một thùng khuấy trộn để tạo một dung dịch gồm các chất
sau: chất ổn định huyền phù, chất khởi đầu, chất điều chỉnh pH. Hệ số làm
đầy η = 0,7.
Lượng chất khởi đầu, chất ổn định và chất điều chỉnh pH cần dùng
trong một mẻ là:
Vhh = 0,002079 + 0,00393 + 0,000593 = 0.006602
Do đó:
Vtb = Vhh/0,7 = 0,00943 m3
Dkt = 0,15 m
Hkt = 0,2 m
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 81 Lớp: Polyme K47
f. Thùng pha dung dịch xút 15%
Lượng dung dịch NaOH 15% cần cho 1 mẻ 760,1426 kg tương ứng với
lượng thể tích17,82 m3.
Hệ số đầy = 0,7
VTB 7,68 m3
Dkt = 1,2 m; Hkt = 2,4 m
Sử dụng cánh khuấy chân vịt tốc độ quay n = 200 – 270 vòng/phút.
g. Thiết bị xử lý kiềm
Lượng hỗn hợp vào thiết bị xử lý kiềm trong 1 mẻ
Thể tích nguyên liệu:
V = 2176,813/1400 + 760,1426 /1164 =6,5 m3
Tính tương tự như thiết bị chính
Dkt = 1 m; H = 2 m.
Cánh khuấy
Sử dụng loại cánh khuấy mái chèo có tốc độ quay 60 – 300
vòng/phút
Cánh khuấy có cấu tạo
dM = D/1,4 1,7
b = 0,1 dM
hM = (0,1 0,3)dM [17]
do đó
dM = 1200 mm
b = 0,1.1,2 = 120 mm
h. Thùng chứa bột nhão PVC sau khi trùng hợp
Lượng PVC huyền phù của một mẻ là:
Vhp = (GPVC/ρPVC + GPOB/ρPOB + GPVA/ρPVA + GH3PO4/ρ H3PO4 + GH2O/ρH2O) =
(2176,813/1400 + 2,0193 /973 + 3,827/973 + 1,0883/1836 +
3153,735/1000) =7,1 m3
Hệ số điền đầy của thùng là η = 0,7 do đó thể tích thùng chứa là:
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 82 Lớp: Polyme K47
Vtb = Vhp/0,7 = 10,1 m3
Đường kính thùng chứa là:
Vtb = 0,3175.π.Dtc3
Suy ra Dtc =1,14 m
Quy chuẩn Dtc = 1,2 m, H = 2,4 m
2.3. Thiết bị rửa – ly tâm
Năng suất của thiết bị ly tâm:
Vl = 3600.Vhh/∑τ , m3/h [11 – 703]
Trong đó:
V – Lượng huyền phù vào trong thời gian τ, m3
∑τ – Tổng thời gian (mở máy, hãm máy, lọc, tháo bã, rửa), s
Thời gian tiến hành ly tâm một mẻ:
+ Thời gian mở máy 5 phút
+ Thời gian hãm máy 5 phút
+ Thời giam lọc và rửa 150 phút
+ Thời gian tháo bã 30 phút
+ Tổng thời gian 190phút
Thể tích hỗn hợp vào thiết bị trong một mẻ
Vhh = (3138+16575)/1000 + 2165,9/1400 = 21,971 m3
Thay số liệu vào công thức trên ta tính được:
Vl = 3600. 21,971 /190.60 =6,81m3/h
Ta chọn máy ly tâm theo tiêu chuẩn của Liên Xô [11 – 712]:
Kí hiệu
Đường
kính
trong
của rôto,
mm
Dung
tích, lít
Tải
trọng
giới hạn,
kg
Số vòng
quay,
v/ph
Yếu tố
phân ly
lớn nhất
Công
suất
động cơ
điện, kW
Loại nằm ngang cạo bã tự động
AГ-
1800-3 1800 850 1000 720 520 55
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 83 Lớp: Polyme K47
2.4. Thiết bị sấy
Để sấy nhựa sử dụng một máy sấy tầng sôi nhiều bậc dạng hình trụ,
tác nhân sấy là không khí nóng nhiệt độ 115 °C để điều chỉnh nhiệt độ ở
mỗi tầng cho thích hợp ta sử dụng thiết bị gia nhiệt thêm dạng ruột gà, sao
cho nhiệt độ trong các tầng sôi 35 – 65 °C. Máy sấy tầng sôi nhiều bậc có
ưu điểm là có thể điều chỉnh nhiệt độ của tác nhân sấy ở các bậc, nên rất
thích hợp với các vật liệu dễ bị phân huỷ do nhiệt.
+ Tính cân bằng vật liệu của máy sấy.
Lượng ẩm W bay hơi trong quá trình sấy được tính theo công thức:
W = G1.(W1 – W2)/(100 – W2) [15 – 187]
Trong đó:
W - lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy, kg
G1 - lượng vật liệu ẩm đi vào máy sấy, kg
W1, W2 - độ ẩm ban đầu và độ ẩm ban cuối của vật liệu,%
Lượng PVC trước khi vào thiết bị sấy tầng sôi có độ ẩm W1 = 20%.
Lượng PVC ra khỏi thiết bị sấy có độ ẩm W2 = 0,3%.
Lượng vật liệu ẩm đi vào máy sấy G1 = 2588,29 kg
Thay vào công thức trên ta có:
W =2588,29.(20 – 0,3)/(100 – 0,3)
=511,427 kg =21,3 kg/h
Lượng không khí khô tiêu tốn chung.
L = W/(x2 – x0) [15 – 187]
Trong đó
L – Lượng không khí khô tiêu tốn chung, kg
x0, x2 – Hàm ẩm không khí vào và sau khi ra khỏi thiết
bị sấy, kg ẩm/kg KKK
+ Chọn các thông số trạng thái của khí sấy:
Nhiệt độ của không khí trước khi vào caloriphe t0 = 23,40C,
Tra bảng VII – 1 [12 – 97] được φ0 = 83%
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 84 Lớp: Polyme K47
Dựa vào đồ thị I – x ta tìm được x0 = 0,0143
+ Chọn các thông số trạng thái của không khí khi vào buồng sấy.
Nhiệt độ không khí khi vào buồng sấy t1 = 1150C
+ Chọn các thông số trạng thái của không khí sau khi ra khỏi thiết
bị sấy
Nhiệt độ không khí khi ra khỏi thiết bị sấy t2 = 450C
Dựa vào đồ thị I – x ta tìm các thông số của không khí trong trạng
thái này như sau:
Từ x0 kẻ đường thẳng vuông góc với trục x đường này cắt đường t1
= 1500C, từ giao điểm này kẻ theo I1 = const cắt đường t2 = 45
0C từ giao
điềm này hạ đương thẳng vuông góc với trục x ta xác định được x2 =
0,0567, φ2 = 90%.
Thay các số liệu đã tìm được vào phương trình tính L ta được:
L = W/(x2 – x0)
= 510,841/(0,0567 – 0,0143) = 12061,95 kg
Lưu lượng khí trong máy sấy là:
Qv = L/τ.ρkk
Trong đó:
τ – Thời gian khí đi trong máy sấy, 24 h
ρ – Khối lượng riêng của không khí khô ở nhiệt độ t = 23,4
°C,
ρ = 1,189 kg/m3 [11 – 16]
Thay số vào ta được:
Qv =12061,95/1,189.24 = 422,6 m3/h =0,1174 m
3/s
+ Tính đường kính ống sấy:
D = 1,13. v
k
Q
V
Trong đó:
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 85 Lớp: Polyme K47
Vk – tốc độ động lực sấy, m/s (Vk = 20 m/s).
Do đó D = 1,13.0,1174
0,08620
m
+ Tính chiều dài ống sấy:
L = 4V0/π.D2
V0 = W/gw
W – Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy,
gw – Cường độ bốc hơi thể tích, 36 kg/m3.h
Suy ra L = 4.21,3 /3,14.36.0,086 2 = 1,30 m
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 86 Lớp: Polyme K47
2.5. Sàng
Lượng PVC phải sàng trong ngày là 2155,0653, thời gian sàng là 5
giờ.
Năng suất sàng phải đạt:
QG =G/τ = 2155,0653/5 = 441 kg/h
hay QV = QG/ρ = 441/1400 = 0,307 m3/h
có QV = F.q.K1.K2.K3.K4 [17]
Trong đó:
F: Diện tích làm việc cảu sàng, m2
q: Khả năng vật liệu lọt qua 1 m2 sàng trong 1 giờ với sàng
No. 10 thì q = 0,5
K1: Hệ số chú ý hàm lượng phần trăm trọng lượng dưới sàng
trong vật liệu ban đầu, K1 = 1,5
K2: Hệ số chú ý đến độ ẩm vật liệu, với vật liệu khô K = 1
K3: Hệ số chú ý đến phương pháp sàng, với vật liệu khô
K3 = 1
K4: Hệ số chú ý đến hình dạng hạt, K4 = 0,8
Vậy: v
1 2 3 4
Q 0,307F 0,51
q.K .K .K .K 0,5.1,5.1.1.0,8 m
2
Lấy chiều rộng sàng 0,5 m; chiều dài sàng 1 m.
Chọn sàng lọc: No. 10
Góc nghiêng của khung: 2 – 4 độ;
Số dao động trong 1 phút: 450 lần
Năng suất: 0,4 m3/h
Công suất động cơ: 2 kW
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 87 Lớp: Polyme K47
3. Cân bằng nhiệt lượng
Sử dụng hơi nước bão hoà ở áp suất P = 2 at, t° = 119,6 °C để đun
nóng hỗn hợp phản ứng.
Nhiệt lượng riêng của hơi nước i = 2710 kJ/kg [11 – 377]
Nước ngưng tụ ra khỏi vỏ bọc có nhiệt độ t° =100 °C
Nhiệt dung riêng của nước ngưng: Cnn = 4,229 kJ/kg.độ [11 – 196]
Nhiệt độ hỗn hợp đầu t = 25 °C
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp dung dịch được xác định theo công
thức:
Chh = a1.C1 + a2.C2 + a3.C3 + ... [11 – 189]
Trong đó:
C1,C2 ,C3 – Nhiệt dung riêng của các cấu tử, kJ/kg.độ
a1, a2 ,a3 – Thành phần của các cấu tử, phần khối lượng,
Như đã tính từ phần trước ta có:
aVC = 0,4; aH2O = 0,56; aPOB = 0,00036;
aPVA = 0,000685; aNa4P3O7 = 0,0001948.
Nhiệt dung riêng của các cấu tử:
CVC = 1590 J/kg.độ
CH2O = 4180 J/kg.độ
CPOB = 1237,5 J/kg.độ
CPVA = 1166,6 J/kg.độ
CNa4P3O7 = 1355,9 J/kg.độ
Do đó:
Chh = 634,41 + 2508 + 0,495 + 0,233 + 0,231 = 3142,895
J/kg.độ
+ Các giả thiết về nhiệt độ của thiết bị như sau:
Nhiệt độ bề mặt trong của thiết bị phần không bảo ôn t = 32 °C
Nhiệt độ bệ mặt ngoài của thiết bị phần không bảo ôn t = 31 °C
+ Kiểm tra lại.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 88 Lớp: Polyme K47
Nhiệt độ trung bình của hỗn hợp phản ứng:
ttb = (25 + 70)/2 = 47,5 °C
Hệ số cấp nhiệt của hỗn hợp được tính theo công thức:
α = m. 41 2t t , kcal/m
2.h.độ
Trong đó:
m – Hệ số phụ thuộc sự sự đối lưu bề mặt ngoài so với thể tự
nhiên, m = 2,8
t1 , t2 – Nhiệt độ của bề mặt và môi trường, °C
Hệ số cấp nhiệt của hỗn hợp tới bề mặt thiết bị không có bảo ôn.
α1 = 2,8.(47,5 – 31)1/4
= 5,63 kcal/m2.h. độ = 6,46 W/m
2. độ
Hệ số cấp nhiệt của bề mặt thiết bị phần không bảo ôn về phía
không khí.
α2 = 9,3 + 0,058.tkbo = 9,3 + 0,058.32 = 11,16
Hệ số truyền nhiệt K.
t
1 t 2
1K
1 1
= 1/(1/6,46 + 0,008/12,5 + 1/11,16) = 4,082
Nhiệt độ thành trong của thiết bị phần không bảo ôn.
ttt = ttb – K.(ttb – tkk)/α1
= 47,5 - 4,082.(47,5 – 23,4)/6,46 = 32,27 °C
Sai số (0,27/32).100 = 0,8% < 5% do đó ta chấp nhận giả thiết trên.
Nhiệt độ thành ngoài của thiết bị phần không bảo ôn.
ttn = tkk + K.( ttb – tkk )/α2
= 23,4 + 4,082.(47,5 – 23,4)/11,16 = 32,22 °C
Sai số (1,22/31).100 = 3,9% < 5% do đó giả thiết được chấp nhận
3.1. Tính toán nhiệt cho giai đoạn đun nóng hỗn hợp từ nhiệt độ đầu 25
°C lên nhiệt độ trùng hợp 70 °C
Phương trình cân bằng nhiệt cho quá trình này là:
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 89 Lớp: Polyme K47
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6
Trong đó:
Q – Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào, Q = D.λ = D.(r + θ.C), J
Trong đó:
λ – Nhiệt lượng riêng của hơi, J/kg
D – Lượng hơi đốt, kg
r – Ẩn nhiệt hoá hơi, J/kg, r = 2208 kJ/kg [11 – 378]
θ – Nhiệt độ nước ngưng, °C, θ = 100 °C
C – Nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg.độ, C = 4220 J/kg.độ
Q1 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng hỗn hợp phản ứng đến 70 °C,
Q2 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng nồi phản ứng,
Q3 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng vỏ bọc thiết bị,
Q4 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng cánh khuấy,
Q5 – Nhiệt lượng tiêu hao để đun nóng lớp bảo ôn,
Q6 – Nhiệt lượng toả ra môi trường xung quanh.
Sơ đồ cân bằng nhiệt:
Tính Q1
Q1 = G1.Chh.(tc – td) , J
G – Khối lượng của hỗn hợp phản ứng (của một nồi trong một mẻ).
G = 8602,852 kg
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q TBPU
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 90 Lớp: Polyme K47
td, tc – Nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của hỗn hợp,
Chh – Nhiệt dung riêng của hỗn hợp, Chh = 3142,895, J/kg.độ
Từ đó ta có:
Q1 =5592,952.3142,895.(70 – 25) = 1215,7.103 kJ
Tính Q2
Q2 = Gt.Ct.(ttc – ttd)
Gt – Khối lượng nồi phản ứng, kg
Gt = 2.Gđáy + Gthân = 519.2 + 2,4.2,4.78,4 = 1489,584 kg
Ct – Nhiệt dung riêng của thép, Ct = 0,5 kJ/kg.độ [11 – 191]
ttc,ttd – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của vỏ thiết bị, °C
Q2 = 1489,584.0,5.(70 – 25) = 33515,64 kJ
Tính Q3
Q3 = Gv.Cv.(tvc – tvd)
Gv – Khối lượng của vỏ bọc, 2261 kg
Cv – Nhiệt dung riêng của thép, 0,5 kJ/kg.độ
tvc,tvd – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của vỏ bọc, °C.
Q3 = 2261.0,5.(119,6 – 25) = 106945,3 kJ
Tính Q4
Q4 = Gk.Ck.(tkc – tkd)
Gk – Khối lượng của cánh khuấy, 25 kg
Ck – Nhiệt dung riêng của thép, 0,5 kJ/kg.độ
tkc,tkd – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của cánh khuấy, °C.
Q4 = 25.0,5.(70 – 20) = 625 kJ
Tính Q5
Q5 = Gbo.Cbo.(tboc – tbod)
Gbo – Khối lượng của bảo ôn, 432 kg
Cbo – Nhiệt dung riêng của bông thuỷ tinh, 0,84 kJ/kg.độ
tboc,tbod – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của của bảo ôn, °C
Q5 = 432.0,84.(42 – 23,4) = 6749,568 kJ
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 91 Lớp: Polyme K47
Tính Q6
Q6 = Qbx + Qdl
Trong đó:
Qbx – Nhiệt mất mát do bức xạ,
Qdl – Nhiệt mất mát do đối lưu.
Ở đây chia làm hai phần để tính:
+ Mất nhiệt ở phần bảo ôn
+ Mất nhiệt ở phần không bảo ôn
a. Tính nhiệt lượng mất mát ở phần không có bảo ôn
Phần không bảo ôn gồm nắp phía trên và phần thân thiết bị không
có áo bọc. Diện tích của các phần được tính như sau:
Diện tích phần nắp phía trên đã được tính từ phần trước, F1 = 6,56
m2
Diện tích phần thân thiết bị không có áo bọc.
F2 = 2.π.R.h
Trong đó:
R – Bán kính trong của thiết bị (1,2 m)
h – Chiều cao tính từ áo đến mặt bích ( h = h1 = 0,8 m )
F2 = 2.3,14.1,2.0,8 = 6,03 m2
Do đó diện tích phần không bảo ôn là:
Fkbo = 6,56 + 6,03 = 12,59 m2
+ Nhiệt bức xạ ở phần không bảo ôn:
Nhiệt bức xạ được tính theo công thức:
Qbx = C0.F( T14 – T2
4 ).τ , J
Trong đó:
Co – Hệ số bức xạ đối với vật đen tuyệt đối Co = 20,72.10-5
J/m2. h
T1 – Nhiệt độ ở vỏ thiết bị, °K
τ – Thời gian, giờ
T2 – Nhiệt độ của môi trường xung quanh (23,4 +273 =296,4 °K)
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 92 Lớp: Polyme K47
Đối với các bề mặt không phải vật đen tuyệt đối thì C = Co.P
Với sắt thép: P = 0,9
Với nước: P = 0,7
Với bông thuỷ tinh: P = 0,9
Nhiệt độ ở nắp thiết bị là 32 °C tương đương với 305 °K. Vậy nhiệt
bức xạ ở phần không bảo ôn trong 1 giờ là:
Qbxobo = 20,72.10-5
.12,59.0,9.(3054 – 296,4
4).1 = 2016,37 kJ
+ Nhiệt đối lưu ở phần không bảo ôn được tính theo công thức cấp
nhiệt:
Qdlobo = αkbo.Fkbo.(tkbo – tkk).τ, W.h
Trong đó:
αkbo – Hệ số cấp nhiệt của vỏ thiết bị phần không bảo ôn về phía
không khí, αkbo = α2 = 11,16
tkbo – Nhiệt độ của phần không bảo ôn, tkbo = 32 °C
tkk – Nhiệt độ không khí, tkk = 23,4 °C
τ – Thời gian, giờ
Thay số tính được:
Qdlobo = 11,16.12,59.(32 – 23,4).1 = 1208,338 W.h = 4350,016 kJ
b. Tính nhiệt lượng mất mát ở phần có bảo ôn
Phần có bảo ôn bao gồm toàn bộ phần vỏ áo thiết bị (phần thân và
phần đáy). Diện tích phần này tính tương tự phần trên (Fbo = 18,624 m2).
+ Nhiệt bức xạ của phần bảo ôn tính tương tự như trên.
Nhiệt độ bề mặt ngoài của bảo ôn tiếp giáp với không khí là 42 °C,
3150K
Qbxbo = 20,72.10-5
.0,9.18,624.(3154 – 296,4
4).1 = 7388,669 kJ
+ Nhiệt đối lưu của phần bảo ôn:
Qdlbo = αbo.Fbo.(tbo – tkk).τ
= 11,74.18,624.(42 – 23,4).1 = 4066,811 W.h = 14640,52 kJ
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 93 Lớp: Polyme K47
Như vậy tổng nhiệt đối lưu và tổng nhiệt bức xạ của thiết bị phản
ứng chính là:
Qdl = Qdlobo + Qdlbo = 4350,016 + 14640,52 = 18990,536 kJ
Qbx = Qbxobo + Qbxbo = 2016,37 + 7388,669 = 9405,039 kJ
Tổng nhiệt mất mát là:
Q6 = Qdl + Qbx = 28395,575 kJ
Vậy Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 = 1392931,083 kJ
Mặt khác:
Q = D.(r + θ.C)
Suy ra
D = Q/(r + θ.C) = 1392931,083/(2208 + 100.4,220) = 515,519 kg
Tổng lượng hơi đốt cần dùng cho một mẻ ứng với 3 nồi phản ứng
là:
D = 3.515,519 = 1546,556 kg
3.2. Giai đoạn giữ nhiệt phản ứng 70 °C.
Gọi Q là nhiệt của phản ứng toả ra ta có:
Q = Qpu.GVC , J
Dựa vào [29] ta tra được nhiệt phản ứng tính cho một kg VC:
Qpu = 1466, kJ/kg
GVC – Lượng VC tham gia phản ứng trong một mẻ (GVC = 3438,354 kg)
Do đó
Q = 1466.3438,354 = 5040627 kJ
So sánh với nhiệt mất mát của giai đoạn trên ta thấy nhiệt của phản
ứng tạo ra lớn hơn rất nhiều. Vì vậy ở đây ta phải dùng nước làm mát để
duy trì nhiệt độ phản ứng ở 70 °C.
Gọi Qn – Là nhiệt do nước làm mát nhận được,
Qm – Nhiệt do mất mát ra môi trường xung quanh.
Ta có phương trình cân bằng nhiệt trong giai đoạn này như sau:
Q = Qn + Qm
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 94 Lớp: Polyme K47
Nhiệt mất mát ra môi trường được tính tương tự như giai đoạn gia
nhiệt:
Q = Qbx + Qdl
Nước làm lạnh vào có nhiệt độ lấy t1 = 20 °C
Nước ra có nhiệt độ t2 = 70 °C
Giả thiết nhiệt độ của bề mặt bảo ôn tiếp giáp với không khí tbo = 28 °C
Trong khi nhiệt độ của các bề mặt khác vẫn giống như phần trên do
nhiệt độ trong thiết bị phản ứng không đổi.
+ Kiểm tra lại nhiệt độ bề mặt bảo ôn.
Hệ số cấp nhiệt của bề mặt bảo ôn về phía không khí là:
α2 = 9,3 + 0,058.30 = 11,04
Hệ số cấp nhiệt từ nước làm mát tới bề mặt vỏ áo được tính theo
công thức:
0,45
0,8 0,4 tn1
td nt
d0,023.Re .Pr . .
d d
Nhiệt độ trung bình của nước làm mát là ttb = (20 + 70)/2 = 45 °C
Tra các thông số:
λ – Hệ số dẫn nhiệt của nước ở nhiệt độ trung bình
λ = 0,55 kcal/m.h.độ = 0,64 W/m.độ [11 – 155]
ω – Vận tốc của nước đi trong vỏ bọc ω = 0,2 m/s
ρ – Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ trung bình
ρ = 990,25 kg/m3 [11 – 14]
μ – Độ nhớt của nước ở nhiệt độ trung bình
μ = 0,5988.10-3
N.s/m2 [11 – 105]
Cp – Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình
Cp = 4,18 kJ/kg.độ [11 – 195]
3
0,2.990,25.0.18Re 59534,068
0,5988.10
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 95 Lớp: Polyme K47
3
pC . 4,18.0,5988.10Pr 3,91
0,64
Thay vào tính được:
α1 = 8903,335 W/m2.độ
Hệ số truyền nhiệt K.
bo
1 bo 2
1 1K 1,752
1 1 1 0,06 1
8903,335 0,125 11,04
Khi đó nhiệt độ thành bảo ôn là:
tbo = tkk + K.(ttb – tkk)/α2 = 26,83 °C
Sai số là (1,17/28).100 = 4,2% < 5%. Do đó giả thiết được chấp
nhận.
a. Tính cho phần bảo ôn
+ Nhiệt bức xạ:
Qbxbo = Co.Fbo(T14 – T2
4) , W
Trong đó T1 = 28 + 273 = 301 °K, T2 = 23,4 + 273 = 296,4 °K
Thay số vào ta được:
Qbxbo = 20,72.10-5
.0,9.18,624.(3014 – 296,4
4)
= 1703,156 kJ
+ Nhiệt đối lưu:
Qdlbo = αbo.Fbo.(tbo – tkk)
= 11,74.18,624.(28 – 23,4) = 1005,77 kJ
b. Tính cho phần không bảo ôn
Do nhiệt độ thành trong và thành ngoài của lớp không bảo ôn
không thay đổi so với trường hợp trên nên tông nhiệt mất mát trong trường
hợp này bằng với trường hợp trên.
Vậy tổng lượng nhiệt mất mát trong giai đoạn này là:
Qm = 1703,156 + 1005,77 + 2016,37 + 4350,016
= 9075,312 kJ
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 96 Lớp: Polyme K47
Thay vào phương trình cân bằng nhiệt ta có:
Qn = Q – Qm = 5040627 – 9075,312 = 5031551,688 kJ
Mà
Qn = Gn.Cn.(tnc – tnd)
Trong đó:
Gn – Lượng nước dùng trong một mẻ, kg
Cn – Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,18 kJ/kg.độ
tnc, tnd – Nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu của nước làm mát, °C
Lượng nước làm mát trong một mẻ là:
Gn = n
n nc nd
Q 5031551,688 26750 kg
C .(t t ) 4,180.(70 25)
Lượng nước cần dùng cho toàn bộ 3 nồi phản ứng là:
G = 3.26750 = 80250 kg (80,25 m3)
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 97 Lớp: Polyme K47
PHẦN THỨ NĂM. AN TOÀN LAO ĐỘNG
Dưới chế độ xã hội chủ nghĩa, con người là vốn quí do vậy việc
đảm bảo an toàn lao động cho con người trong sản xuất là một vấn đề quan
trọng. đảm bảo an toàn lao động là đảm bảo tính mạng sức khoẻ cho con
người sản xuất. Do đó, nó góp phần nâng cao năng suất lao động và chất
lượng sản phẩm. Đồng thời đảm bảo an toàn lao động còn hạn chế được
thiệt hại về người và tài sản của tập thể vào nhà nước.
Phân xưởng sản xuất PVC là một bộ phận trong xí nghiệp công
nghiệp hoá chất. Nó kết hợp đặc điểm của phân xưởng xí nghiệp và
nghành.
Nội dung an toàn lao động gồm những vấn đề chính sau:
1. Tổ chức đảm bảo an toàn lao động ở nhà máy:
Nhà máy cần có nội quy về an toàn lao động, trong đó phải nêu lên
được một cách đầy đủ và đầy đủ những nội dung cần phải thực hiện (sẽ
được nêu ở phần các biện pháp dảm bảo an toàn lao động).
Để đảm bảo an toàn lao động trong sản xuất, bất cứ ai, cán bộ hay
công nhân viên nhà máy cũng như khách đến công tác, khi vào nhà máy
cần được phổ biến một cách nghiêm túc về an toàn lao động.
- Ở các bộ phận sản xuất đều phải có những qui định cụ thể về an
toàn lao động để công nhân thao tác và làm việc ở đó tuân theo.
- Chính quyền phải tường xuyên theo dõi và kiểm tra việc thực hiện
an toàn lao động.
- Chính quyền và các đoàn thể phải thường xuyên giáo dục cán bộ
công nhân viên thực hiện an toàn lao động một cách nghiêm túc và triệt để,
tự giác.
- Có hình thức khen thưởng kịp thời những cá nhân, những bộ phận
thực hiện tốt an toàn lao động đồng thời có những kỉ luật thích đáng với
những cá nhân, bộ phận vi phạm cũng như gây ra mất an toàn lao động.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 98 Lớp: Polyme K47
2. Những nguyên nhân gây ra mất an toàn lao động và bệnh nghề
nghiệp:
Những đặc điểm của phân xưởng sản xuất PVC và đặc điểm chung
của xí nghiệp hoá chất có thể gây ra tai nạn và bệnh nghề nghiệp:
- Phân xưởng dùng nhiều loại thiết bị bố trí xen kẽ nhau trên mặt
bằng (thiết bị điện, thiết bị cơ khí, đường ống…). Do đó dễ gây nhầm lẫn,
va chạm trong thao tác gây tai nạn.
- Phân xưởng có nhiều hoá chất dễ gây cháy nổ, độc hại ảnh hưởng
đến người sản xuất. Trong quá trình sản xuất sản sinh ra nhiều bụi, nhiều
quá trình nhiệt ảnh hưởng tới sức khoẻ của công nhân. Những vấn đề chung
như: vệ sinh công cộng, nơi nghỉ ngơi, vấn đề cải tạo môi trường nếu
không thực hiện tốt đều có thể ảnh hưởng xấu đến người lao động.
3. Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động:
- Đối với thiết bị điện: Bố trí thiết bị điện tránh những nơi ẩm ướt,
các dây điện không được để hở, đóng ngắt cầu dao phải theo đúng qui định,
không sử dụng điện làm việc riêng. Khi sửa chữa các thiết bị điện, hệ thống
dây dẫn, đèn chiếu sáng phải do thợ điện của nhà máy và phải được bảo hộ
tốt.
- Đối với thiết bị cơ khí: Thường xuyên thực hiện chế độ kiểm tra,
bảo dưỡng, sửa chữa có vật che chắn, vận hành thiết bị đúng qui trình.
- Thực hiện tốt chế độ bàn giao giữa các ca về tiến độ sản xuất, tình
trạng máy móc, thiết bị và các vấn đề liên quan.
- Chiếu sáng: cần bố trí chiếu sáng đủ cho công nhân làm việc và đi
lại trong phân xưởng sản xuất.
- Chống nổ: Trong phân xưởng PVC, giai đoạn nguy hiểm có thể
gây nổ là giai đoạn phản ứng trùng hợp xảy ra, áp suất trong thiết bị phản
ứng trùng hợp tăng cao. Do đó việc làm sạch và duy trì nhiệt độ, áp suất
phải tiến hành đúng qui trình. Nếu áp suất vượt quá áp suất cho phép (lớn
hơn 10 at) thì phải tiến hành phóng không.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 99 Lớp: Polyme K47
- Chống cháy: Trong sản xuất dùng các chất khởi đầu, chất đệm,
chất ổn định là các hoá chất dễ phân huỷ, hoặc dễ bay hơi nên khi gặp tia
lửa điện hoặc tàn lửa thì dễ bắt cháy nên cần cấm hút thuốc lá ở phân
xưởng sản xuất, tránh không để phát sinh tia lửa điện. Các dụng cụ chứa
đựng và thiết bị phản ứng phải kín, mỗi một bộ phận sản xuất đều phai
trang bị bình chữa cháy.
- Chống độc: tại phân xưởng sản xuất thì VC là chất độc, hơi VC
có tác dụng gây mê, chóng mặt, rối loạn cảm giác, mất phương hướng. Do
đó nồng độ giới hạn cho phép của VC trong không khí ở phân xưởng sản
xuất là 0,03 mg/l. Cần phải bảo ôn cẩn thận và kiểm tra thường xuyên hệ
thống bảo ôn để có thể bảo quản VC ở trạnh thái lỏng. Các thiết bị chứa,
bơm, ống dẫn phải đảm bảo kín, nhất là ở thiết bị trùng hợp.
- Chống nóng: Do có những bộ phận sử dụng hơi đốt và khí nóng
nên cần có những biện pháp chống nóng như các lớp bảo ôn, hệ thống
thông gió đảm bảo yêu cầu.
- Chống bụi: Bụi trong phân xưởng chủ yếu là bụi PVC. Nồng độ
PVC giới hạn cho phép ở nơi làm việc phải nhở hơn 10 mg PVC/1 lít
không khí. Có biện pháp bao che kín thiết bị có chứa PVC như máy sấy,
sàng, đóng bao, có thể bố trí hệ thống hút bụi cho phân xưởng.
Ngoài những vấn đề trên cần bố trí hợp lý các công trình vệ sinh
công cộng, nơi nghỉ ngơi, nơi làm vệ sinh cá nhân cho công nhân.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 100 Lớp: Polyme K47
PHẦN THỨ SÁU: ĐIỆN NƯỚC
1. Điện
Điện trong phân xưởng được dùng vào hai mục đích chính:
- Dùng cho sản xuất.
- Dùng cho chiếu sáng
1. Tính điện chiếu sáng:
Phân xưởng làm việc được thiết kế để tận dụng tốt ánh sáng tự
nhiên ban ngày, ánh sáng tự nhiên nhận được từ mặt trời có ảnh hưởng tốt
đến sinh lý con người và đồng thời có tác dụng tiết kiệm điện năng. Trong
xây dựng công nghiệp thường chú trọng đến ánh sáng tự nhiên được tận
dụng bằng các cửa sổ.
Khi dùng đèn chiếu sáng cho phân xưởng, trong phân xưởng không
có chất dễ cháy nên bộ phận sản xuất cũng như các bộ phận khác chỉ dùng
đèn chiếu sáng bình thường.
a, Đèn cho khu vực sản xuất được tính theo công thức:
E.S.K.Z
NF.
[20]
Hình thức chiếu sáng: chiếu sáng trực tiếp. Đèn chiếu sáng là loại
đèn dây tóc có công suất 1000W điện thế 220V.
F – Quang thông mỗi bóng F = 1050 lumen.
hc – Chiều cao treo đèn trung bình hc = 4 m,
E – Độ chiếu sáng cần thiết E = 30,
η – Hệ số lợi dụng quang thông, η = 0,38.
Chỉ số hình phòng 123012
3012,
.
C.h
Si
pc
p
Trong đó:
Sp: Diện tích phân xưởng.
Cp: Chu vi phân xưởng.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 101 Lớp: Polyme K47
Ta có:
Hệ số phản xạ của trần: ρ = 70
Hệ số phản xạ của tường: ρ = 50
Hệ số dự trữ của phân xưởng có bụi: K = 1,3
Hệ số độ chiếu sáng cần thiết, chiếu sáng đều: z = 1,2
Diện tích cần chiếu sáng: s
- Tính diện tích nơi chiếu sáng tầng 1:
Diện tích chung: 30.12 = 360 m2
Diện tích cầu thang: 36 m2
Diện tích kho: 36 m2
Diện tích phòng: 36 m2
Diện tích sản xuất tầng 1:
360 – 3.36 = 252 m2
- Tính diện tích nơi chiếu sáng tầng 2:
Diện tích chung: 30.12 = 320 m2
Diện tích cầu thang: 36 m2
Diện tích phòng: 36 m2
Diện tích sản xuất tầng 2:
360 – 2.36 = 288 m2
- Diện tích sản xuất dàn phụ: 4.18 = 72 m2
Từ đó ta tính số đèn cần thiết:
- Số đèn nơi sản xuất tầng 1:
241003801050
80213125230
η
.,.
.,.,..
.F
Z.K.S.EN cái
(Diện tích chiếu sáng lấy bằng 80% diện tích phần còn lại)
- Số đèn nơi sản xuất tầng 2:
271003801050
80213128830
η
.,.
.,.,..
.F
Z.K.S.EN cái
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 102 Lớp: Polyme K47
- Số đèn nơi sản xuất dàn phụ:
71003801050
8021317230
η
.,.
.,.,..
.F
Z.K.S.EN cái
Vậy số đèn cần dùng cho khu vực sản xuất:
Bộ phận Số bóng đèn (cái) Công suất 1 đèn (W)
Nơi sản xuất tầng 1 24 1000
Nơi sản xuất tầng 2 27 1000
Nơi sản xuất dàn phụ 7 1000
b, Tính đèn cho các bộ phận khác:
Bộ phận Số bóng đèn (cái) Công suất 1 đèn (W)
Kho 2 75
Cầu thang 4 75
Phòng thí nghiệm 2 100
Phòng quản đốc 2 75
Phòng vệ sinh 4 75
Đèn bảo vệ 14 100
c, Tính điện năng chiếu sáng:
i i in .p tW=
1000
Trong đó:
ni: Số bóng đèn loại i,
pi: Công suất bóng đèn loại i,
ti: Thời gian chiếu sáng (12 giờ/ngày).
Thời gian chiếu sáng trong 1 năm:
290.12 = 3480 giờ
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 103 Lớp: Polyme K47
- Đèn sản xuất tầng 1:
83521000
348010024
1000
..t.p.nW iii kWh
- Đèn sản xuất tầng 2:
93961000
348010027
1000
..t.p.nW iii kWh
- Đèn sản xuất tầng dàn phụ:
24361000
34801007
1000
..t.p.nW iii kWh
- Đèn các bộ phận khác:
i i in .p t 12.75.3480 16.100.3480W= 8700
1000 1000 1000
kWh
Vậy tổng điện năng cho chiếu sáng trong 1 năm là:
SW = 8352 + 9396 + 2436 + 8700 = 28884 kWh
2. Tính điện năng tiêu tốn cho sản xuất:
Lượng điện được tính theo công thức:
n
1 2 i i
i 1
W K .K . n .t
Trong đó:
K1: Hệ số phụ tải (cosφ = 0,75)
K2: Hệ số tổn thất trên đường dây, K2 = 1,05
ni: Công suất động cơ điện thứ i,
ti: Thời gian sử dụng trong 1 năm, h.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 104 Lớp: Polyme K47
Bảng điện năng tiêu tốn cho sản xuất:
Tên thiết bị Số
lượng K1 K2
Thời gian
sử dụng, h
Công
suất,
kW
Tiêu thụ,
kWh 1
ngày 1 năm
Mô tơ trùng hợp
Mô tơ khuấy trộn
Mô tơ xử lý nước
Bơm nước cất
Bơm VC
Bơm nước lạnh
Bơm dd NaOH
Bơm nước rửa
Máy ly tâm
Quạt
Vít tải
Calorife
Sàng
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
0,7
0,7
0,7
0,17
0,27
0,17
0,17
0,17
0,7
0,8
0,7
0,9
0,7
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
18
0,4
12
1,75
0,17
18
1,5
3,0
18
18
18
15
15
5130
114
3420
498,7
45,6
5130
427,5
855
5130
5130
5130
4275
4275
17,8
4,74
1,82
8,5
7,5
4,5
4,5
20,5
25
1,7
1,5
29
2,7
67115,8
397,165
4575
756,7
97
4120,7
343,3
3128,6
94263,75
7325,64
5655,83
117156,38
8483,7
Tổng: 320638,3 kWh
Điện dùng cho phòng hoá nghiệm
Mô tơ hơi độc: 0,8 kW
Quạt hơi độc: 0,2 kW
Bếp điện: 2 kW
Lò nung: 1,8 kW
Tủ sấy: 1,2 kW
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 105 Lớp: Polyme K47
Các thiết bị khác: 0,5 kW
Tổng : 6,5 kW
Thời gian sử dụng trong một ngày là 8 giờ và một năm là: 15080
kWh
Vậy tổng lượng điện năng cần dùng trong một năm là:
W = Wchiếu sáng + Wsản xuất + Whóa nghiệm = 349528,8 kWh
2. Nước
Nước dùng cho sản xuất: đã được tính ở phần cân băng vật chất
và cân bằng nhiệt lượng.
Trong một ngày đêm lượng nước cần dùng như sau:
Lượng nước trùng hợp: 3160,053kg
Lượng nước xử lý kiềm: 4307,476kg
Lượng nước rửa nhựa: 16575kg
Tổng nước cất: 24042,526kg
Lượng nước làm mát: 5588,25 kg
Nước dùng cho sinh hoạt:
Tổng số cán bộ và công nhân viên của phân xưởng là: 64 người
Theo tiêu chuẩn vệ sinh công nghiệp mỗi người 1 ngày cần 75 lít
nước
Lượng nước dùng cho sinh hoạt là:
64.75 = 4800 kg
Vậy tổng lượng nước cần dùng cho một ngày đêm là:
G = Gsx + Gsh =24042,526+ 5588,25 + 4800 = 10610,77
kg
Nhu cầu nước cho một năm sản xuất là:
V = 106.290 = 30740 m3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 106 Lớp: Polyme K47
PHẦN THỨ BẨY: KINH TẾ
1. Mục đích.
Tính toán phần kinh tế cho dự án giúp ta biết được tính khả thi của
dự án từ đó mới đưa ra phương án đầu tư cho dự án mà ở đây là đầu tư cho
phân xưởng sản xuất PVC.
Qui trình tính toán một dự án bao gồm các bước sau:
1. Xác định nhu cầu đầu tư: nhu cầu sản phẩm trên thị trường, khả năng
cung của doanh nghiệp.Từ đó dự báo nhu cầu thị trường và xác định được
năng suất của nhà máy.
2. Lựa chọn phương án công nghệ: máy móc thiết bị, nơi cung cấp, giá. Từ
đó xác định được vốn đầu tư cho tài sản cố định.
3. Huy động vốn: vốn tự có, vốn vay, cổ phần...
4. Dự kiến chi phí sản xuất:
+ Giá thành sản xuất: nguyên vật liệu, nhân công, chi phí sản xuất
chung (khấu hao: do nhà nước qui định bao gồm khấu hao nhà xưởng, máy
móc thiết bị).
+ Chi phí quản lý (xác định theo phần trăm giá thành sản xuất: do doanh
nghiệp đề ra sao cho phù hợp nhưng ≤ 2,4%).
+ Chi phí tiêu thụ ≤ 7% giá thành sản xuất.
Từ đó tính được chi phí toàn bộ
Ztb = Zsx + Zql + Ztt
Suy ra giá thành đơn vị sản phầm z = Ztb/năng suất.
Dự kiến doanh thu: xác định giá bán dự kiến sao cho thích hợp với giá thị
trường (g)
Tính hiệu quả đầu tư.
LN = (g – z).SL
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 107 Lớp: Polyme K47
Nếu LN > 0 khi đó dự án gọi là khả thi.
2. Nội dung phần kinh tế.
2.1. Chi phí mua nguyên liệu.
Tên nguyên liệu Lượng dùng trong
năm (tấn)
Giá mua
một đơn vị
(tấn)
Chi phí (VNĐ)
VC
POB
PVA
NaOH
H3PO4
1272,0
1,056
2,0
3044,808
0,574
14.106
15.106
12.106
4,2.106
6.106
1780,8.106
15,84.106
24,0.106
1278,8.106
3,4.106
Tổng 4320,448 3102,84.106
a. Chi phí vận chuyển nguyên vật liệu:
Đường vận chuyển trung bình dài 20km, đơn giá vận chuyển
2500đ/km.tấn:
4320,448.2500.25 = 27.106
(đồng)
b. Chi phí bốc dỡ, bảo quản lấy bằng 2% chi phí nguyên vật liệu.
0,02.3102,84.106 = 62.10
6 (đồng)
Tổng chi phí cho nguyên liệu là:
(3102,84 + 27 + 62).106 = 319,184.10
6
Vậy chi phí cho nguyên vật liệu là:
Z1 = Zđiện + Znước + Znguyên liệu
= (174,0 + 212,9 + 319,2).106 = 706.10
6
2.2. Chi phí sản xuất chung.
a. Chi phí mua máy móc thiết bị.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 108 Lớp: Polyme K47
STT Tên thiết bị Đặc điểm Số
lượng
Đơn giá
(triệu
đồng)
Thành tiền
(triệu đồng)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Thiết bị trùng hợp
Bơm ly tâm
Bơm ly tâm
Bơm ly tâm
Bơm pitông
Quạt
Môtơ
Thùng khuấy
Thùng lường VC
Thùng lường nước
Thùng pha NaOH
Máy ly tâm
Cánh khuấy
Calorife
Thiết bị sấy tầng sôi
Xyclôn
Sàng
Môtơ
Bơm chân không
Lọc không khí
Cân bàn
Thùng chứa PVC
Thiết bị xử lý
Ф2400
4Hπ
AP - 60
AP - 100
Фr.2
Ф700
Ф700
Ф700
Ф700
AГ-1800-3
UKK5
No.14
17,87 kW
25 kW
1
2
2
2
2
3
6
1
1
1
1
1
2
3
1
1
1
3
2
1
1
1
1
14,2.106
5. 106
4.106
10.106
25.106
8.106
1,2.106
4,5.106
3,5. 106
5,8. 106
15,4. 106
5. 106
1,5. 106
2. 106
1,5. 106
4. 106
6. 106
7,5. 106
2,5. 106
4. 106
1. 106
1,5. 106
1,5. 106
14,2. 106
10. 106
8. 106
20. 106
50. 106
249. 106
7,2. 106
4,5 106
3,5. 106
5,8. 106
15,4. 106
5. 106
3. 106
6. 106
1,5. 106
4. 106
6. 106
22,5. 106
2,5. 106
4. 106
1. 106
5,6. 106
1,5. 106
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 109 Lớp: Polyme K47
Tổng 219,6. 106
Chi phí lắp đặt bằng 20% chi phí mua thiết bị.
219,6.0,2 = 43,92.106 (đồng)
+ Chi phí vận chuyển bằng 10% chi phí mua thiết bị.
219,6.0,1 = 21,96.106 (đồng)
+ Chi phí cho hệ thống ồng dẫn, dụng cụ đo lường 20% chi phí mua
thiết bị:
219,6.0,2 = 43,92.106 (đồng)
Tổng chi phí lắp đặt, vận chuyển, hệ thống ống dẫn =109,8.106 (đồng)
Vậy tổng số vốn đầu tư cho máy móc thiết bị:
VCĐ = (109,8 + 219,6).106 = 328,8.10
6 (đồng)
Giả sử khấu hao máy móc lấy bằng 10%, khi đó chi phí cho máy
móc trong một năm sẽ là:
328,8.106.0,1 = 32,88 .10
6 (đồng)
b. Chi phí xây dựng nhà xưởng.
1 Danh mục
Diện tích
(m2)
Đơn
giá(đ/m2) Thành tiền
2 Nhà sản xuất 216 2 432
3 Trạm biến thế 36 1,5 54
4 Trạm cấp nước 24 1,5 36
5 Kho nguyên liệu 32 1,5 48
6 Kho thành phẩm 32 1,5 48
7 Nhà năng lượng 24 1,5 36
8 Phòng thí nghiệm 24 1,5 36
9 Phòng hành chính 72 2 144
10 Phòng nghỉ 24 1,5 36
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 110 Lớp: Polyme K47
11 Phòng vệ sinh 24 1,5 36
12 Nhà thường trực 24 1,5 36
13 Nhà ăn ca 48 1,5 72
14 Nhà xử lí nước thải 24 1,5 36
15 Nhà để xe 48 1,5 72
16 Tổng 1122
Tông số vốn xây dựng là : 1122
Giả sử khấu hao nhà xưởng là xA = 5% khi đó chi phí cho nhà xưởng trong
một năm là:
1122.106.0,05 =56,1.10
6 (đồng)
c. Tổng vốn cố định là:
VCĐ = VTB + VXD + Vkhác (Vkhác = 0,1 VCĐ)
0,9 VCĐ =328,8.106 + 1122.10
6
VCĐ =1450,8.106 (đồng)
Vốn lưu động:
Bao gồm chi phí mua nguyên liệu, lương công nhân, các dịch vụ
mua ngoài...
Đối với mỗi doanh nghiệp sản xuất kinh doanh vốn lưu động chiếm
từ 10% đến 30% doanh thu. Đề thuận tiện ta coi vốn lưu động bằng 25%
doanh thu hàng năm của doanh nghiệp.
Doanh thu dự kiến là :
DT = Giá . Năng suất
Giá một tấn đã bao gồm thuế VAT: 29.000.000 đồng / tấn
Năng suất 500 tấn / năm
Vậy DT = 29.000.000x500 = 14500.106 đồng
Thuế thu nhập doanh nghiệp = 32% doanh thu = 4640.106 đồng
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 111 Lớp: Polyme K47
DT thuần = 14500.106 – 5%.14500.10
6 - 4640.10
6 = 9135.10
6 đồng
Do đó: Vốn lưu động của nhà máy là
VLĐ = 25% . DT = 25% . 9135.106 = 3654.10
6 đồng
Vốn đầu tư của công ty là :
V=VCĐ + VLĐ = 1450,8.106 + 3654.10
6 = 5104,8.10
6 đồng
Vốn vay từ ngân hàng công thường Việt Nam, vay tín dụng 1%
tháng.
2.3. Chi phí nhân công.
a. Xác định số nhân công cần có mặt hàng ngày.
b. Xác định số công nhân biên chế.
Các chỉ tiêu Công nhân sản
xuất chính
Công nhân sản xuất
phụ
1. Thời gian theo lịch
2. Thời gian không làm việc
+ Chủ nhật, ngày lễ
+ Nghỉ phép
+ Nghỉ ốm
+ Lý do khác
365
60
12
5
9
365
60
12
5
9
Tên thiết bị Số lượng người/máy Số công nhân một ngày
Nồi trùng hợp
Thiết bị xử lý
Rửa ly tâm
Sấy
Sàng
Đóng bao
1
1
3
2
2
2
4
2
2
2
2
3
Tổng 11 15
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 112 Lớp: Polyme K47
Thời gian làm việc bình quân
trong năm
279
279
c. Cán bộ công nhân viên gián tiếp.
Cán bộ kỹ sư 2
Cán bộ quản lý 2
Thống kê 1
Trưởng ca 3
Hóa nghiệm 1
Tổng 9
Tính quỹ lương trả cho công nhân:
o Lương cơ bản hiện nay: 350.000
o Quỹ lương bao gồm
o Hệ số cấp bậc
o Phụ cấp
o Ăn ca 360.000đ/người.tháng
o Độc hại 360.000đ/người.tháng
Vậy lương chi trả cho công nhân trong 1 tháng sản xuất:
6.934000+14.1151000+4.1256000=26742000 đồng
Số
lượng
Bậc
lương Hệ số
Quỹ lương
Cấp bậc Phụ cấp Ăn ca +
Độc hại Tổng
6 4 1,92 672.000 82.000 180.000 934.000
1151.000
1256.000
14 5 2,54 889.000 82.000 180.000
4 6 2,84 994.000 82.000 180.000
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 113 Lớp: Polyme K47
Tính quỹ lương trả cho công nhân gián tiếp:
o Lương cơ bản hiện nay: 350.000
o Quỹ lương bao gồm
o Hệ số cấp bậc
o Phụ cấp
o Phụ cấp
o Trách nhiệm
o Ăn ca 360.000đ/người.tháng
o Độc hại 360.000đ/người.tháng
Chức vụ Số
lượng
Bậc
lương
Trách
nhiệm
Phụ cấp Hệ số
lương
Tổng
Quản đốc 1 7 0,2 0,5 2,94 1536.000
Phó quản
đốc
2 6 0,2 0,4 2,84 1466.000
Kỹ sư 4 5 0,4 2,54 1291.000
Hành chính 4 4 0,2 2,44 1186.000
Bảo vệ 3 4 0,2 1,92 934.000
Tổng là 17.178.000
Vậy tổng số lương trả toàn phần xưởng trong 1 năm là:
(26742000+17178000)12=527,04.106 đồng
Chi phí khấu hao:
Chi phí khấu hao bao gồm: Khấu hao máy móc thiết bị, khấu hao tài
sản...áp dụng hình thức khấu hao đều hàng năm với mức khấu hao theo quy
định của Bộ Công Nghiệp.
Tổng vốn đầu tư xây dựng là: 1122.000.000 đồng
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 114 Lớp: Polyme K47
Khấu hao nhà xưởng là 5% khi đó chi phí cho nhà xưởng trong một
năm là:
KHNX = 1122.106.0,05 = 56,1.10
6 đồng
Tổng số vốn đầu tư cho máy móc thiết bị là:
(109,8 + 219,6).106 = 328,8.10
6 (đồng)
Giả sử khấu hao máy móc lấy bằng 10%, khi đó chi phí cho máy
móc trong một năm sẽ là:
328,8.106.0,1 = 32,88 .10
6 (đồng)
Tổng khấu hao vốn đầu tư:
KHVĐT = 32,88 .106 + 56,1.10
6 =88,98.10
6 đồng
2.4. Chi phí tiêu thụ
a. Chi phí cho nhu cầu điện năng.
349528.500 = 174,764.106 (đồng).
b. Chi phí cho nhu cầu nước.
Loại nước
Lượng dùng
trong một ngày
(kg)
Lượng
dùng trong
1 năm
(tấn)
Giá mua
một đơn vị
(đ/t)
Chi phí
(đồng)
Nước cất 95714,608 277570,60 0,8.106 2125.10
6
Nước làm mát 5588,25 16205,9 1500 1,358.106
Hơi nước 1100 319,0 26.103 27,4.10
6
Nước sinh hoạt 4800 1392,0 1500 10,0.106
Tổng 2129.106
Chi phí dịch vụ phải mua hoạc thuê ngoài như điện thoại, fax,... là
5% tổng khấu hao và bằng 4,45.106 đồng/năm
Tổng chi phí chung phân xưởng trong một năm bao gồm
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 115 Lớp: Polyme K47
1. Chi phí nguyên vật liệu sản xuất : 706.106 đồng/năm
2. Chi phí công nhân: 527,04.106 đồng/năm
3. Tổng khấu hao vốn đầu tư: 88,98.106 đồng/năm
4. Chi phí cho dịch vụ: 4,45.106 đồng/năm
5. Chi phí cho năng lượng và nhiên liệu: 2129.106 đồng/năm
Tổng chi phí là: 2261,47.106 đồng/năm
Tính lợi nhuận:
Lợi nhuận(trước thuế) = Doanh thu – chi phí.
LN = 14500.106 - 2512,26.10
6 = 11287,74.10
6 đồng/năm
LNthuần = LN – thuế = 11287,74.106 – (5%+32%) 11287,74.10
6 =
2551.106 đồng
Thời gian thu hồi vốn
TTH = Tổng vốn đầu tư/(Khấu hao + lợi nhuận)
= 5104,8.106 / (88,98.10
6 + 2551.10
6) =2,5 năm
Nếu nhà đàu tư đem tiền gửi ngân hàng thì lợi nhuận thu đựơc là
5104,8.106 .0.8%.12=489,8.10
6 đồng/năm
Vậy đầu tư tiền vào dự án sinh lợi nhuận cao hơn.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 116 Lớp: Polyme K47
PHẦN THỨ TÁM: XÂY DỰNG
1. Xác định địa điểm xây dựng nhà máy.
Ngày nay nhờ sự phát triển của khoa học kĩ thuật nói chung và
trong lĩnh vực công nghiệp nói riêng. Nó đòi hỏi các chuyên gia đặc biệt
quan tâm đến vấn đề chuyên môn hoá trong sản xuất, quan tâm đến mọi
mối quan hệ, hợp tác giữa các xí nghiệp nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất
của nền kinh tế quốc dân.
Đối với một nước mới phát triển cũng như đã có một nền công
nghiệp từ lâu thì vấn đề sắp xếp các khu công nghiệp, lựa chọn đất đai xây
dựng nhà máy có một ý nghĩa quan trọng. Vấn đề quy hoạch khu công
nghiệp có ý nghĩa lớn cả về mặt kinh tế, kĩ thuật cũng như ảnh hưởng của
nó đến các nghành khác (chính trị, văn hoá, xã hội, giao thông, thương
mại…)
Trong công cuộc xây dụng chủ nghĩa xã hội đòi hỏi sắp xếp hợp lý
các khu công nghiệp nhằm đảm bảo tiết kiệm về sức lao động, vốn đầu tư,
và tạo điều kiện cho sự quản lý chuyên môn hoá được tốt.
Việc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy là một công tác rất quan
trọng và phức tạp, nó là một vấn đề tổng hợp kiến thức của rất nhiều
nghành và nó nằm trong quy hoạch tổng thể công nghiệp của quốc gia, vì
vậy đòi hỏi phải có sự cộng tác của rất nhiều cán bộ các ngành như: kiến
trúc, địa chất, xây dựng, kinh tế, giao thông, công nghệ…
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 117 Lớp: Polyme K47
Khi lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy đầu tiên ta phải tiến hành
điều tra cơ bản mà trong giai đoạn đó lấy số liệu cảu tất cả các mặt: tài
nguyên, khoáng vật, đất đai, dân số, nguồn nguyên liệu, nhiên liệu, thuỷ
văn, giao thông… Về mặt xây dựng chúng ta cần chú ý các yêu cầu sau:
+ Yêu cầu chung:
a. Gần nguồn cung cấp nguyên vật liệu cho sản xuất, xem xét tài
nguyên có trữ lượng tốt, có đủ dung cấp cho nhà máy tồn tại lâu dài.
b. Gần các nguồn cung cấp năng lượng (than, điện, khí…).
c. Vấn đề cấp thoát nước: Chọn địa điểm cho nhà máy hoá chất.
Gần nơi có nhiều nước và thoát nước dễ dàng, không ảnh hưởng đến vệ
sinh công nghiệp.
d. Đảm bảo giao thông vận tải thuận tiện, đây là một vấn đề quan
trọng, nó đảm bảo hoạt động liên tục của nhà máy. Chọn nơi gần đường
giao thông chính của quốc gia như đường sông, đường biển, đường sắt,
đường bộ…
c. Đảm bảo nguồn cung cấp vật liệu xây dựng, để giảm vốn đầu tư
cho xây dựng cơ bản.
g. Đảm bảo điều kiện hợp tác giữa các xí nghiệp.
k. Đảm bảo yêu cầu quốc phòng, phòng không.
+ Yêu cầu về địa chất:
Các xí nghiệp hoá chất cũng như các xí nghiệp công nghiệp khác
yêu cầu phải xây dựng trên những lớp đất tốt có cường độ chịu lực từ 2,105
– 2,5.105 N/m
2 trở lên. Nên xây dựng trên những lớp đất sét, sét pha cát, đất
đá ong, đá đồi. Khi khảo sát phải thận trọng tránh nơi có khoáng sản ở
dưới.
+ Yêu cầu bề mặt địa hình:
Địa điểm xây dựng của nhà máy, phân xưởng phù hợp với quy
hoạch của nhà nước, của vùng. Nó đảm bảo cho sự phát triển của nhà máy,
tạo điều kiện hợp tác với các nhà máy xí nghiệp khác, địa điểm xây dựng
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 118 Lớp: Polyme K47
nhà máy cao ráo không ngập lụt vào mùa mưa, bằng phẳng, độ dốc của khu
đất không quá 1%.
+ Yêu cầu về mặt vệ sinh công nghiệp.
Do đa phần các nhà máy hoá chất thải các chất độc nên khi thiết kế
chọn địa điểm phải chú ý đảm bảo sức khoẻ của người lao động và các khu
dân cư khu vực xung quanh nhà máy và nên đặt ở gần sông vì các nhà máy
hoá chất cần rất nhiều nước, tuy nhiên nên đặt ở vùng hạ lưu của sông cách
vùng dân cư từ 500 m trở lên.
Nói tóm lại việc lựa chọn địa điểm xây dựng hợp lý là vấn đề rất
quan trọng, nó không những góp phần làm tăng hiệu quả kinh tế, hạ giá
thành sản phẩm mà còn đảm bảo an ninh quốc phòng và xã hội. Trong thực
tế không có địa điểm nào thoả mản được toàn bộ các yêu cầu trên nên phải
phân tích xem vấn đề nào là quan trọng chủ yếu, căn bản để chiếu cố một
cách thích đáng, vấn đề nào chủ yếu có thể khắc phục được. Để có thể lựa
chọn được một phương án tối ưu.
Trong khuôn khổ đồ án này ta chọn địa điểm xây dựng ở khu công
nghiệp Việt Trì tỉnh Phú Thọ.
Địa hình: khu vực phân xưởng nằm ở phía tả ngọn sông hồng trong
nhà máy hoá chất Việt Trì phía Bắc là vùng đồi núi, phía Tây là đường
quốc lộ 2, đường sắt Hà Nội – Lào Cai.
Độ cao của khu đất so với mặt biển là 25 m, cường độ chịu lực của
đất là 2,5 kg/cm2.
Phân xưởng quay về hướng Đông Nam đón gió mát nhiều nhất và
tránh gió mùa Đông Bắc.
Giao thông vận tải: Nhà máy rất thuận lợi về giao thông vận tải do
gần các trục đường sắt, đường bộ và đường sông.
Nhân công: Phú Thọ giáp giới trung du đồng bằng nằm trên triền
sông Hồng dân cư đông đúc, nhân lực dồi dào, cung cấp lương thực thực
phẩm thuận lợi.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 119 Lớp: Polyme K47
Đặc điểm khí hậu: Phú Thọ thuộc vùng khí hậu II có hướng gió
thổi nhiều nhất là hướng Đông Nam. Lượng mưa trung bình 1500 mm/năm.
Lượng mưa cực đại 1 ngày đêm 200 – 250 mm. Nhiệt độ trung bình mùa
đông 8 – 10 °C. Nhiệt độ trung bình mùa hè 34 °C.
Tốc độ gió rét tương đối lớn, đặc biệt là độ ẩm tương đối lớn, nhất
là tuần tháng 2 và tháng 3 thường ngưng tụ hơi nước, do đó cần chú ý đến
vật liệu khi thiết kế kết cấu bao che công trình.
2. Thuyết minh thiết kế mặt bằng, mặt cắt phân xưởng.
Phân xưởng sản xuất nhựa PVC là một phân xưởng có sử dụng các
hóa chất độc, dễ bay hơi, dễ cháy nổ…Do đó cần bảm bảo thông gió tốt,
cần loại trừ phát sinh tĩnh điện và tránh sử dụng ngọn lửa hở. Phân xưởng
có một số bộ phận nóng cần được thông gió tốt và làm mát.
2.1. Chọn hướng nhà.
Do đặc điểm kĩ thuật của phân xưởng và khí hậu mùa hè nóng mùa
đông tốc độ gió rét tương đối cao phải chọn hướng nhà đón được gió mát
nhiều nhất và tránh được gió rét, ở đây chọn hướng nhà Đông Nam, cửa sổ
nhiều tầng.
2.2. Thiết kế nhà.
Dựa theo đặc điểm của dây chuyền sản xuất và năng suất của phân
xưởng, chọn phương án thiết kế phân xưởng dùng khung thép lắp ghép
Zamil Steel gồm:
+ Một nhà 2 tầng.
+ Chiều cao nhà 16,8 m, trong đó tầng 1 cao 8,4 m, tầng 2 cao 8,4
m.
+ Chiều rộng nhà: 18 m.
+ Chiều dài nhà: 36 m.
+ Bước cột 6 m.
+ Lưới cột tầng 1: 6x6 m
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 120 Lớp: Polyme K47
+ Lưới cột tầng 2: 6x18 m
Tổng diện tích phân xưởng.
S = 30.18 = 540 m2.
2.3. Bố trí thiết bị.
a. Mặt bằng:
Tầng 1: Bố trí thiết bị và các phòng chức năng như sau:
Từ trái sang phải:
Bước cột thứ 1: Khu vực cầu thang 25 m2, kho nguyên liệu 36 m
2.
Bước cột thứ 2, 3, 4, 5: Thùng chứa PVC khô, thùng chứa nước,
thùng chứa sút, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị ly tâm, vít tải, caloriphe, quạt.
Bước cột thứ 6: Khu vực vệ sinh, cửa ra vào.
Tầng 2: Bố trí thiết bị và các phòng chức năng như sau:
Từ trái sang phải:
Bước cột thứ 1: Khu vực cầu thang 25 m2, phòng hoá nghiệm,
phòng quản đốc.
Bước cột thứ 2, 3, 4, 5: thùng chứa PVC khô, các thiết bị trùng
hợp, dàn phụ đặt các thùng lường và thùng cao vị, thùng chứa sút, thiết bị
khuấy trộn.
Bước cột thứ 6: Khu vực mở rộng.
Điều kiện làm việc trong phân xưởng tốt, chiếu sáng, thông gió tự
nhiên thải độc. Khu vực mở rộng lớn, rộng rãi, dễ dàng đi lại cho công
nhân, khi cần thiết có thể lắp thêm các thiết bị mới.
b. Mặt cắt:
Sử dụng thiết bị nâng chuyển cầu trục theo tiêu chuẩn của Zamil
Steel, đảm bảo thuận tiện trong nâng chuyển vật liệu nặng. Cửa sổ kính
xoay đảm bảo chiếu sáng và thông gió tự nhiên. Có lắp đầy đủ đèn để phục
vụ cho ca đêm.
Mái có rãnh thoát nước mưa bằng thép.
Chiều cao cửa sổ: 3 m, có cửa sổ phụ 0,9 m.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 121 Lớp: Polyme K47
2.4. Các giải pháp kết cấu nhà.
Nhà khung thép tường gạch dày 220mm.
+ Mái nhà: Lợp bằng tôn, xà gồ bằng thép, trên mái có hệ thống
thoát nước và có đặt hệ thống thu lôi.
+ Sàn nhà: Sàn tầng 2 làm bằng bê tông theo phương pháp đổ toàn
khối vì ở đây cần chịu lực, có lỗ trên sàn để treo thiết bị phản ứng có 4 tai
treo đặt trực tiếp lên sàn nhà, trên sàn có lớp vữa xi măng chịu axít dày 20
mm.
+ Cửa sổ: Làm bằng kính quay, cửa lớn làm bằng thép.
1500
I 400I 300
400
100
2000
= 100
Sàn bê tông mác 200
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 122 Lớp: Polyme K47
+ Cầu thang: Làm bằng sắt có 2 vế, chiều rộng bậc thang
250mm,chiều cao bậc thang 150mm, tay vịn và lan can làm bằng chắn song
thép.
+ Nền nhà: Chịu được axít và dễ rửa, được lót 1 lớp gạch chịu axít
dày 15 mm, lớp dưới là bê tông chịu axít dày 100 mm.
+ Tường: Bảo vệ khung nhà không chịu tác động trực tiếp của môi
trường bên ngoài, bảo vệ máy móc trong nhà không bị nắng mưa.
Tường bao: 220 mm
Tường ngăn: 110 mm
+ Thang thoát hiểm: ngoài trời, chạy dọc hiên nhà.
2.5 Các công trình phụ
a) Nhà cung cấp năng lượng
Trạm biến thế điện: L=B=6m, H = 4,8 m
b) Nhà cung cấp nước sản xuất L= 12m, B=6m, H = 4,8 m
c) Các nhà kho:
Kho nhiên liệu: L= 18m, B=12m, H = 4,8 m
Kho thành phẩm: L= 18m, B=12m, H = 4,8 m
d) Khu nhà hành chính: L= 30m, B=12m, H = 4,8 m
e) Khu nhà sinh hoạt:
+ Nhà nghỉ: L= 18m, B=6m, H = 4,8 m
+ Nhà xử lý nước thải: L= 12m, B=6m, H = 4,8 m
+ Nhà để xe: L= 18m, B=12m, H = 3,2 m
+ Nhà gửi và thay đồ của công nhân: L=12m, B=6m, H=4,8 m
f) Các công trình cấp thoát nước:
Cấp nước: Trạm bơm, bể lắng, bể lọc, dường ống.
Thoát nước: Trạm xử lý nước bẩn, xử lý nước thải, hệ thống
cống rãnh.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 123 Lớp: Polyme K47
g) Hệ thống giao thông vận tải: đảm bảo vận chuyển nghuyên liệu vào
cũng như sản phẩm ra.
3. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Diện tích toàn nhà máy: 5000m2
Diện tích chiếm đát của nhà và công trình: 994 m2
Diện tích kho, bãi lộ thiên: 958m2
Diện tích chiếm đất của đường sắt, bộ, mặt bằng hệ thống ống kỹ
thuật, hè rãnh thoát nước 1750m2
Hệ số xây dựng: Kxd = (934 + 918)/5000 = 37%
Hệ số sử dụng: Ksd = (934 + 918+ 1750)/5000= 60%
Theo tiêu chuẩn của ngành hoá chât thì hệ số Kxd, Ksd nằm trong khoảng
chấp nhận được.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 124 Lớp: Polyme K47
KẾT LUẬN
Trong suốt thơi gian nghiên cứu và tính toán được sự giúp đỡ tận tình
của thầy giáo hướng dẫn TS. Ngô Mạnh Long, nay đồ án tốt nghiệp của em
đã hoàn thành. Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn các thầy
cô trong Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme, bộ môn xây dựng công
nghiệp, khoa kinh tế quản trị trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt
là thầy giáo hướng dẫn TS. Ngô Mạnh Long,đã tận tình giúp đỡ em hoàn
thành đồ án tốt nghiệp này.
Hà Nội, ngày 24 tháng 5 năm 2007.
Sinh viên.
Nguyễn Hữu Hùng
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 125 Lớp: Polyme K47
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tổng luận – chất dẻo – tình hình và triển vọng phát triển (Hà Nội
– 1995)
2. Triển vọng ngành nhựa Việt Nam : Giải pháp và chính sách của
Viện nghiên cứu chiến lược năm 2001.
3. Minsker, Ks, Kolesov, SV zaikov, GE – Degradation and
stabilization of chloride Based Polymers – Oxford Rergamon press 1988.
4. A. Jimenez, J. Loper, J., M. Kenny – J. Appl. Polym. Sci. Kinetic
Analysis of the thermal Degradution of PVC platics V. 73 p. 1069 – 1079 ,
1999.
5. J. A Brydson – Plastis Materials – London, Boston, singapre
sydney toronto welling ton,1989
6. R. H. Burgess – Devolopments in PVC production and processing
Applied science publicshess’ LD, 1980.
7. NL. Thomas – Platics, Rubber and compositer processing and
Applications “calcium / zine stabilisers for PVC. pressure pipe” V. 119,
No5, p. 263 – 271, 1993.
8. R. H Burgess – Manufacture and processing of PVC. Applied,
science, publisbiers LTD 1982.
9. Nass, LI – Encyclopedia of PVC vol 1 – Marcelde – kkcr cine
New York and Basel, 1986.
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 126 Lớp: Polyme K47
10. Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Lê Nguyễn Đương, Long Thanh Hùng,
Đinh Văn Huỳnh, Nguyễn Trọng Khuông, Phan Văn Thơm, Phạm Xuân
Toản, Trần Xoa – Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – tập II.
Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội – 1992.
11. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản - Sổ tay quá
trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập I. Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ
thuật, Hà Nội – 1999.
12. А. А. Лащинский, А. Р. Толчиский Основы конструирования и
расчета химической аппаратуры. “Мащностроение” – 1963, 1970.
13. Quốc Tuán – Tạp chí công nghiệp hoá chất – “PVC – Vẫn là chất
dẻo của thế kỷ 21” trang 25 số 8/1997. Tổng công ty hoá chất Việt Nam
14. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Vũ Thị
Ngọc Tươi, Trần Xoa – Cơ sở các quá trình và thiết bị trong công nghệ hoá
học – Tập 2. Nhà xuất bản Đại học và Trung học Chuyên nghiệp, Hà Nội –
1982.
15. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Vũ Thị
Ngọc Tươi, Trần Xoa - Cơ sở các quá trình và thiết bị trong công nghệ hoá
học – Tập 1. Nhà xuất bản Đại học và Trung học Chuyên nghiệp, Hà Nội –
1982.
16. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Vũ Thị
Ngọc Tươi, Trần Xoa - Tính toán quá trình và thiết bị trong công nghệ hoá
học – Tập 1. Nhà xuất bản Đại học và Trung học Chuyên nghiệp, Hà Nội –
1982
17. Bộ môn Silicát – tính và chọn thiết bị Silicat – TRƯỜNG ĐẠI HỌC
BÁCH KHOA HÀ NỘI – 1970
18. Bộ môn quá trình thiết bị – Những ví dụ và bài tập môn học quá
trình và thiết bị công nghệ hoá học – Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội 1963
19. Bộ môn Silicat – giáo trình lò Silicat – Trường đại học Bách
Khoa Hà Nội – 1970
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Ngô Mạnh Long
Nguyễn Hữu Hùng 127 Lớp: Polyme K47
20. Bộ môn kỹ thuật hợp chất cao phân tử – Khoa hoá - cơ sở kỹ
thuật an toàn, kỹ thuật phòng chống cháy tron g công nghiệp hoá chất –
trường đại học Bách Khoa Hà Nội – 1968
21. Ngô Bình – Hướng dẫn tốt nghiệp phần xây dựng – trường đại
học Bách Khoa Hà Nội - 1972