Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
Tiểu luận
Quy trình sản xuất PVC trong nhà
máy nhựa Phú Mỹ
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 1
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, ngành công nghệ hoá học ngày càng phát triển đặc biệt là ngành công
nghiệp tổng hợp hữu cơ – lọc hoá dầu, chế biến khí. Từ nguồn nguyên liệu dồi dào sẵn có
như dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá…nhờ quá trình tổng hợp hữu cơ đã tạo ra nhiều sản
phẩm có giá trị ứng dụng trong thực tiễn như: cao su, sợi, nhựa. Một trong những polime
có nhiều ứng dụng trong thực tế là PVC.
PVC là sản phẩm trùng hợp từ monomer vinylclorua. Trong PVC có 60% khối
lượng là clo điều đó làm nên tính khác biệt giữa tính chất nhựa PVC và các polime tổng
hợp 100% từ dầu mỏ. đó là ít phụ thuộc vào sự biến đổi tính chất dầu mỏ và nó làm kìm
hãm sự cháy điều này rất có lợi trong công nghiệp xây dựng và vật liệu dân dụng. Nhưng
đó chưa đủ để PVC chiếm vị trí độc tôn trong các loại chất dẻo ứng dụng so với PE, PS ,
PP… sở dĩ PVC trở thành vật liệu lý tưởng mà hầu như ở đâu cũng bắt gặp PVC. Đó là
tính cạnh tranh về giá cả. Giá cả PVC thấp hơn từ 20%-30% so với các loại nhựa và chất
dẻo khác.
Chỉ cần 0.5% tổng sản lượng dầu tiêu thụ ta có thể sản suất đủ lượng PVC cho
nhu cầu thị trường. Khi mà vấn đề dầu mỏ càng ngày càng nóng bỏng tính chất này làm
nên một ưu việt của PVC và sản phẩm từ PVC.
Với mục đích là tìm hiểu về các công nghệ sản xuất PVC trên thế giới qua đó
giới thiệu tổng quan quy trình sản xuất PVC trong nhà máy nhựa Phú Mỹ, và bước đầu
tìm hiểu đánh giá công nghệ xúc tác cho quá trình tổng hợp PVC. Đề tài là bước khởi đầu
đưa lý thuyết được thầy cô truyền thụ gắn vào thực tế.
Chúng em xin chân thành cảm ơn cô TS. Nguyễn Thị Linh đã giúp đỡ chúng em
hoàn thành đề tài này!
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 2
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................................... 1
A. TỔNG QUAN VỀ PVC ........................................................................................................ 5
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN PVC...................................................................... 5
1.1.Monovinyl clorua (VCM) ................................................................................................ 5
1.1.1.Sơ lược về VCM ........................................................................................................ 5
1.1.2.Tổng hợp VCM ......................................................................................................... 6
1.2. Poly vinyl clorua (PVC)................................................................................................ 10
1.2.1. Lịch sử phát triển tổng hợp PVC .......................................................................... 10
1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC trên Thế giới ............................................... 10
1.2.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC ở VN ............................................................ 11
1.2.4. Cấu tạo tính chất và ứng dụng của PVC .............................................................. 12
1.2.5. Các phương pháp sản xuất PVC từ VCM ............................................................ 16
B. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC TRONG NHÀ MÁY NHỰA PHÚ MỸ ........................ 19
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HUYỀN PHÙ .... 19
2.1. Sơ đồ khối ..................................................................................................................... 19
2.2. Sơ đồ công nghệ ............................................................................................................ 20
2.3. Nguyên liệu - Monomer vinylclorua(VCM) ................................................................ 24
2.4. Cơ chế của quá trình .................................................................................................... 25
2.4.1. Phản ứng kích thích (khơi mào ) ........................................................................... 26
2.4.2. Phản ứng lớn mạch ................................................................................................ 26
2.4.3. Phản ứng tắt mạch ................................................................................................. 27
2.5. Động học của phản ứng ................................................................................................ 28
I→2I.
k1 ............................................................................................................. 28
2.6. Những nhân tố ảnh hưởng tới phản ứng trùng hợp PVC ........................................... 28
2.6.1. Nhiệt độ .................................................................................................................. 28
2.6.2. Nồng độ monome ................................................................................................... 29
2.6.3. Áp suất ................................................................................................................... 30
2.7. Thiết bị chính của Nhà máy ......................................................................................... 31
2.7.1. Lò phản ứng ........................................................................................................... 31
2.7.2. Bình ngưng lò phản ứng ........................................................................................ 31
2.7.3. Máy khuấy ............................................................................................................. 32
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG CHẤT XÚC TÁC VÀ CHẤT TẠO HẠT CHO QUÁ TRÌNH
TRÙNG HỢP PVC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HUYỀN ......................................................... 33
1.1. Vài nét về Cat C ............................................................................................................... 33
1.1.1. Chức năng .............................................................................................................. 33
1.2. Mô tả sơ đồ hệ thống Cat C.......................................................................................... 33
1.3. Quy trình ...................................................................................................................... 34
1.4. Rửa bình đựng xúc tác ................................................................................................ 34
1.5. Quy trình nạp xúc tác C ............................................................................................... 35
1.6. Thải xúc tác C .............................................................................................................. 35
2. Cat D – Hidro peroxit ( H2O2) ............................................................................................ 35
2.1. Vài nét về Cat D............................................................................................................ 35
2.2. Chức năng..................................................................................................................... 35
2.5. Mô tả quá trình nạp Cat D........................................................................................... 36
2.6. Quá trình vận chuyển................................................................................................... 36
2.7. Trọng tâm hoạt động .................................................................................................... 37
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 3
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
3.1. Vài nét về Cat E ............................................................................................................ 37
3.2. Chức năng..................................................................................................................... 37
3.3. Quá trình pha loãng Cat E ........................................................................................... 37
3.4. Quá trình nạp Cat E ..................................................................................................... 38
3.5. Quá trình định lượng Cat E ......................................................................................... 38
3.6. Trọng tâm hoạt động .................................................................................................... 39
4.Tác nhân tạo hạt................................................................................................................... 39
4.1. Gran A .......................................................................................................................... 39
4.1.1. Vài nét về chất tạo hạt A ....................................................................................... 39
4.1.2. Chức năng .............................................................................................................. 40
4.1.3. Mô tả hệ thống chất tạo hạt A. .............................................................................. 40
4.1.4. Sơ đồ vận chuyển Gran A...................................................................................... 41
4.1.5. Quá trình nạp Gran A ........................................................................................... 41
4.1.6. Trọng tâm hoạt động ............................................................................................. 42
4.1.7. Quá trình nạp ........................................................................................................ 42
4.1.8. Điểm chung ............................................................................................................ 42
4.2. GRAN B ........................................................................................................................ 43
4.2.1. Giới thiệu về Gran B.............................................................................................. 43
4.2.2. Chức năng của hệ thống ........................................................................................ 43
4.2.3. Mô tả sơ đồ hệ thống Gran B ................................................................................ 43
4.2.4 Trọng tâm hoạt động .............................................................................................. 44
KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 46
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 4
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
A. TỔNG QUAN VỀ PVC
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN PVC
1.1.Monovinyl clorua (VCM)
1.1.1.Sơ lược về VCM
VCM có công thức cấu tạo CH 2 CH Cl vì có lien kết Π nên mang đầy đủ tính chất
hoá học của 1 anken. Đặc biệt là phản ứng trùng hợp tạo PVC ,phản ứng này có ứng dụng
rất quan trọng trong đời sống .
xt
nCH 2 CHCl
( CH 2 CHCl ) n
Ngoài ra VCM cũng là một dẫn xuất halogen nên mang một số tính chất của dẫn
xuất . tuy nhiên tính chất này không có nhiều ứng dụng quan trọng.
Bảng 1. Một số tính chất vật lý của VCM
Monovinyl clorua
Khối lượng phân tử
62,501
Nhiệt độ sôi ở 760 mmHg, oC
-13,37
Nhiệt độ nóng chảy oC
-78
Tỷ trọng tại -20 oC, g/ml
0.98343
Độ nhớt tại -20oC, cP
0.274
Sức căng bề mặt tại -10oC, dyne/cm
20,88
Áp suất hơi tại 25 oC, mm
3000
Nhiệt dung riêng của lỏng, cal/g/oC
0.38
Nhiệt dung riêng của hơi, cal/g/mol/oC
10,8-12,83
Ẩn nhiệt hóa hơi tại 25oC, cal/g
71,26
Nhiệt độ tới hạn, oC
158,4
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 5
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
Áp suất tới hạn, atm
52,2
1.1.2.Tổng hợp VCM
a. Từ Axetilen và HCl
Những năm 60 thì người ta tổng hợp VCM trực tiếp từ axetilen và HCl chỉ qua một giai
đoạn
HC
CH
+
H2C
HCl
CH2Cl
Phản ứng trong pha khí với sự có mặt của Clorua thủy ngân làm xúc tác ở nhiệt độ
khoảng 150oC.
b. Từ Etylen và Cl2
Một số nước dùng phương pháp hai giai đoạn như sau:
H2C
H2C
CH2
Cl
Cl
Cl
c. Quy trình kết hợp etylen và axetylen
Cũng có thể thực hiện liên tiếp hai quy trình này trong cùng một nhà máy HCl
được lấy ra từ quy trình :
CH2=CH2 + Cl2 -> CH2Cl – CH2Cl
CH2Cl-CH2Cl -> CH2=CHCl + HCl
Với HCl thu được quay lại kết hợp với axetilen
C2H2 + HCl -> CH2=CHCl
d. Quy trình khí trộn từ Naphta
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 6
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
e. Quy trình oxyclo hóa
Từ năm 1965 thì hầu như các quốc gia trên thế giới đều tổng hợp VCM theo quy
trình khép kín sau: (với hiệu suất 99.8%)
Các bước quy trình:
(1) Clo hóa trực tiếp
(2) Tinh chế EDC
(3) Oxy- clo hóa
(4) Phân hủy nhiệt của EDC
(5) Thu hồi HCl từ lỏng và khí thải
Clo hóa Etylen
xt
CH 2 CH 2 Cl2
CHCl CHCl
Etylen điclorua (EDC) được làm sạch rồi cho phân hủy nhiệt
xt
CHCl CHCl
CH 2 CHCl HCl
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 7
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
HCl được kết hợp với oxi không khí tạo thành một hỗn hợp sau đó cho hỗn hợp này với
etylen ta lại thu được EDC
CH 2 CH 2 2 HCl 0.5O2
CH 2Cl CH 2 Cl H 2 O
Phương trình tổng quát quy trình oxy clo hóa cân bằng như sau:
2CH2=CH2 + Cl2 +0,5O2 -> 2CH2Cl-CH2Cl + H2O
Quy trình công nghệ như sau:
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 8
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 9
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
Hình 1.Sơ đồ công nghệ sản xuất VC bằng phương pháp liên hợp
1.2. Poly vinyl clorua (PVC)
1.2.1. Lịch sử phát triển tổng hợp PVC
Từ xa xưa người ta đã biết sử dụng vật liệu polyme tự nhiên như sợi, tơ, sợi len,
sợi gai làm quần áo, dày, giấy để viết ….
Năm 1833 Gay Lusac tổng hợp được polyme đầu tiên là polylactic, Braconnot điều
chế được trinitroxenlulozơ, J.Berzliusđưa ra khái niệm về hợp chất polymer.
Năm 1925 Saudinger đưa ra kết luận về cấu trúc của phân tử polyme, cho rằng
phân tử polyme dạng sợi và đầu tiên dùng danh từ “cao phân tử” được thừa nhận và dùng
làm cơ sở cho đến ngày nay.
Lịch sử của vật liệu PVC có từ thế kỉ XIX. Nó được tình cờ khám phá bởi Henri
Victor Regnault (1835), Eugen Baumann (1872). Polyme được điều chế ra là một dung
dịch màu trắng, đựng trong bình thót cổ chứa vinylclorua- một chất dễ bay hơi bởi ánh
sáng .
Đến năm 1912 nhà hóa học người Đức, Fritz Klatte đã thử tiến hành phản ứng: cho
etylen tác dụng với HCl và đã cố gắng đưa PVC thành sản phẩm thương mại.
Năm 1926, nhà hóa học người Mĩ, Waldo Semon làm việc cho B.F.Goodrich đã phát triển
phương pháp sản xuất hạt nhựa PVC bằng việc trộn lẫn PVC với những phụ gia khác
thêm vào. Hiện nay phương pháp sản suất PVC đã được cải tiến và nâng cao hiệu suất &
có nhiều phương pháp sản xuất nhựa PVC được sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi.
1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC trên Thế giới
Trong phần lớn thời gian của thập niên 1990, sản xuất PVC là một lĩnh vực sản
xuất không đạt lợi nhuận cao. Điều này đã khiến nhiều công ty đóng cửa nhà máy, rút
khỏi sản xuất PVC hoặc sáp nhập với nhau. Rất ít nhà máy mới được dự kiến xây dựng.
Tuy nhiên, nhu cầu PVC đã tăng mạnh vào cuối thập niên, bất chấp những vấn đề
môi trường. Kết quả là, sau khi ảnh hưởng của cuộc khủng hoảng tài chính châu á giảm
dần, nhu cầu PVC đã tăng lên sít sao với mức cung và lợi nhuận đã tăng trở lại trong năm
l 999. Trong 5 năm tới, thị trường PVC toàn cầu với tổng khối lượng 26 triệu tấn sẽ tăng
trưởng khoảng 4,1%/năm. Châu á là thị trường lớn nhất và cũng sẽ có tỷ lệ tăng trưởng
cao nhất (trừ Nhật Bản). Sản xuất PVC ở châu Mỹ Latinh và Trung Đông, châu Phi cũng
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 10
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
sẽ tăng nhanh nhưng với mức khởi điểm thấp, còn Bắc Mỹ có tiềm năng tăng trưởng khá
chắc chắn (khoảng 4%/năm). Ngành xây dựng là lĩnh vực sử dụng chủ yếu đối với các sản
phẩm PVC. Trong lĩnh vực hàng tiêu dùng và bao bì đóng gói, các sản phẩm PVC đang
mất dần thị phần vì nó được thay thế bởi các sản phẩm khác thân môi trường hơn.
Những yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất PVC toàn cầu là:
- Sự tăng trưởng kinh tế sẽ kéo theo sự tăng nhu cầu PVC.
- Giá năng lượng cao có thể làm giảm tốc độ tăng trưởng kinh tế.
- Các vấn đề về môi trường có thể không kìm hãm sự tăng trưởng sản xuất PVC, nhưng
có thế hạn chế việc xây dựng các nhà máy PVC mới.
Bảng 2:Cơ cấu sử dụng 5,3 triệu tấn PVC tại các nước Tây Âu
Ống dẫn
27%
Kết cấu xây dựng
18%
Tấm màng cứng
10%
Bọc cáp
9%
Màng Mềm
7%
Lát sàn
6%
Lớp sơn lót
3%
Ống mềm 3%
3%
Sản phẩm xốp
2%
Các ứng dụng khác
6%
Tổng cộng
100%
1.2.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ PVC ở VN
Ở Việt Nam cho đến những năm 60 của thế kỉ trước PVC hầu như vẫn còn xa lạ
với mọi ngưới, cùng với sự phát triển của ngành dầu khí và hoá chất thì năm 1998 ngành
công nghiệp sản xuất PVC đã bắt đầu xuất hiện tuy nhiên đến nay vẫn còn gặp rất nhiều
khó khăn. PVC (polivinylclorua) được biết đến qua các sản phẩm gia dụng quen thuộc
như: hệ thống ống nước trong ngôi nhà của bạn, các túi đựng, các bao bì chúng có mặt ở
mọi nơi, hay hiện nay xuất hiện trên thị trường các sản sẩm cửa nhựa của công ty Vet-sec,
công ty Đông Á … được làm bằng nhựa U-PVC có lõi thép gia cường,…PVC giống như
một vật liệu xây dựng, thay thế các vật liệu truyền thống như: gỗ, đất sét, bêtông. Nó rẻ và
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 11
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
dễ sử dụng hơn các vật liệu trên. Theo thống kê trên thế giới PVC chiếm khoảng 50% vật
liệu sử dụng trong xây dựng & là vật liệu nhựa đứng thứ 2 sau PE.
Điều căn bản nhất để sản xuất PVC là có một quy trình công nghệ phù hợp vừa
đảm bảo được hiệu suất phản ứng cao vừa đảm bảo chất lượng sản phẩm và giá trị kinh
tế.để đánh giá được quy trình công nghệ sản súât pvc thì ta phải hiểu bản chất phản ứng,
quy trình công nghệ và hệ thống chất xúc tác tạo sản phẩm.
Bảng 3: Bảng thống kê nhập khẩu PVC (triệu USD)
Tên nước
Năm 1998
Năm 1999
Năm 2000
10 tháng 2001
Hàn Quốc
11.7
7.4
16.5
6.1
Singapo
8.8
4.9
16.5
4.0
Thái Lan
12.5
12.1
21
11.3
Nhật Bản
7.7
4.8
7.9
3.1
Arap XeUt
0.2
Ấn Độ
0.4
Hồng Kông
2.7
Malaixia
0.2
Tổng số
53.5
0.1
41
73
36
1.2.4. Cấu tạo tính chất và ứng dụng của PVC
1.2.4.1. Cấu tạo
Gồm nhiều các mắt xích VCM cơ bản trùng hợp lại với nhau (n=1000 – 2000)
Cấu tạo
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 12
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
Mô hình
1.2.4.2. Tính chất
Có nhiều khả năng thay đổi kỹ thuật tổng hợp để tạo ra hàng loạt loại nhựa PVC có các
tính chất khác nhau. Cho đến nay, người ta đã thống kê được hơn 400 loại nhựa PVC lưu
thông trên thị trường.
Những tính chất và đặc điểm cơ bản của PVC bao gồm:
+ Khối lượng phân tử trung bình phân tử và sự phân bổ nó trong polyme
+ Kích cỡ và dạng các hạt polyme
+ Tỉ trọng
+ Nhiệt chảy mềm
+ Độ xốp
+ Độ bền cơ học
+ Độ bền hóa chất
+ Độ bền nhiệt
+ Độ cách điện.
Tất cả những tính chất trên phụ thuộc vào điều kiện kỹ thuật của quá trình tổng hợp.
Một trong số những tính chất quan trọng liên quan đến quá trình gia công cũng như sử
dụng sau này là tính bền nhiệt của PVC.Bột nhựa thu được từ quá trình trùng hợp được
gọi là PVC nguyên thuỷ. Từ 65oC trở lên nhựa PVC bắt đầu chảy mềm và từ 100oC, PVC
bắt đầu phân huỷ nhiệt. Quá trình phân hủy nhiệt diễn ra với sự tách axít clohydric (HCl)
từ nhựa dẫn đến sự chuyển màu (từ trắng qua vàng nhạt cho đến màu đen) và sự thay đổi
các tính chất hóa, lý và điện. Cuối cùng PVC sẽ bị biến chất, ta gọi nhựa bị lão hóa.
Không chỉ bị lão hóa do nhiệt mà PVC còn bị lão hóa dưới tác dụng của ánh sáng (tia tử
ngọai của ánh sáng mặt trời).
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 13
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
Chính vì vậy, trong thực tế PVC không bao giờ được sử dụng một mình mà phải
được phối hợp với các phụ gia khác nhau để cho sản phẩm cuối. Qua quá trình đó có thể
thay đổi có chọn lọc các đặc tính hóa lý của PVC nguyên thuỷ, tạo ra những sản phẩm
phù hợp yêu cầu sử dụng. Các phụ gia đó bao gồm: chất hóa dẻo, chất chống lão hóa, chất
ổn định nhiệt,chất ổn định ánh sáng, chất độn, chất màu, chất bôi trơn...
Các hỗn hợp (bao gồm PVC và các phụ gia) được gia công, bằng các phương pháp:
đúc áp lực (ép phun, ép đùn, thổi), cán tráng, dát, tách lớp, định hình chân không...
Bàng sau là những đặc tính kỹ thuật chính của một vài loại PVC phổ biến được tiêu
thụ trên thị trường Việt Nam.
Bảng4 :Đặc tính kỹ thuật chính của một số loại PVC phổ biến được
tiêu thụ trên thị trường Việt Nam
1.2.4.3. Ứng dụng
a. PVC trong ngành xây dựng
Lĩnh vực xây dựng là nơi mà PVC được sử dụng nhiều và rộng rãi nhất. Trong
đó, các loại ống dẫn và phụ kiện chiếm đến hơn một phần 3 tổng sản lượng PVC trên toàn
thế giới. Năm 2007, con số này là 39% trong tổng số 33,5 triệu tấn nhu cầu PVC trên thế
giới. Ở Việt Nam, các số liệu tương ứng là 47% của 240.000 tấn
Ống PVC không bị gỉ, bị ôxy hóa hay ăn mòn. Do đó chi phí bảo trì thấp, nước
trong ống không bị nhiễm bẩn. Ống PVC cũng không ảnh hưởng đến mùi vị của nước,
không có phản ứng hóa học ngay cả với những chất lỏng có hoạt tính mạnh.
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 14
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
Ống PVC dễ uốn, chịu được sự va chạm và các chấn động. Hội đồng nghiên cứu
quốc gia Canađa đã ước tính “độ gãy” của ống PVC trên 100km bằng 0,5 điểm, trong khi
của ống gang là 32,6 và của ống thép là 7,9. Khi được lắp đặt, tuổi thọ của ống có thể lên
tới hơn 100 năm.
Ống PVC cũng là sự lựa chọn tối ưu trên phương diện giá thành. Ống PVC nhẹ nên
chi phí vận chuyển thấp và công lắp đặt thấp (chỉ bằng 60-70% so với các loại ống khác).
Hình 2:Các lĩnh vực ứng dụng của PVC Tại Việt Nam
Ngoài những ứng dụng trên, PVC còn được dùng để làm mương, máng thủy lợi,
màng mỏng phục vụ nông nghiệp, hàng rào, mái che… Một ví dụ: Toàn bộ phần mái che
phía ngoài (khoảng 60.000 m2) của sân vận động hiện đại nhất nước Pháp (sân Stade de
France), với sức chứa lên tới 80.000 người, được phủ bằng màng PVC.
b. PVC trong kỹ thuật điện và điện tử:
Đây chính là lĩnh vực mà nhờ nó PVC đã phát triển một cách nhanh chóng và đột
phá. Như trên đã nói, cách đây hơn 50 năm, người ta đã phát hiện ra PVC có những tính
chất không những giống mà còn vượt trội cao su trong việc bọc dây cáp điện. Ngày nay,
PVC chiếm gần 50% thị phần ở lĩnh vực sản xuất đồ điện và điện tử.
c. PVC trong sản xuất ôtô, xe máy :
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 15
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
PVC đóng một vài trò to lớn trong chế tạo ôtô, môtô hiện đại. Nó được sử dụng
thay thế kim loại và vật liệu khác để chế tạo các bộ phận sườn xe, tấm chắn gió, tấm lót
sàn, tấm chắn bùn và nhiều chi tiết khác. Theo tài liệu của Hội đồng các nhà sản xuất
PVC châu Âu (ECVM), hiện nay một chiếc ôtô mới sản xuất cần 16 kg PVC. Như dùng
PVC thay thế một phần kim loại trong chế tạo ôtô mà hàng năm Tây Âu tiết kiệm được
khoảng 800 triệu Euro, còn cả thế giới tiết kiệm được tới 2,5 tỷ Euro.
d. PVC trong việc chăm sóc và bảo vệ sức khoẻ con người
Những thành tựu đạt được trong công tác chữa trị và dự phòng của ngành y tế
nhờ vào những sản phẩm PVC hơn 50 năm qua rất đáng ghi nhận: Từ găng tay y tế đến
túi đựng máu, từ ống truyền dịch, truyền máu và chạy thận nhân tạo,bơm kim tiêm dùng
một lần, van tim nhân tạo đến rất nhiều dụng cụ y tế khác nhau.
e. Những ứng dụng khác
Bao bì cho thực phẩm và hàng hóa tiêu dùng túi xách, áo mưa, đồ chơi trẻ em và
các mặt hàng tiêu dùng khác.
Những sản phẩm này được dùng phổ biến vì ngoài những tính ưu việt nêu trên,
chúng còn dể cho nhiều màu sắc hấp dẫn, dễ lắp đặt và lau chùi khi làm vệ sinh.
1.2.5. Các phương pháp sản xuất PVC từ VCM
Sản xuất PVC từ các monome VCM thường là dùng các phuong pháp trùng hợp
như trùng hợp khối, trùng hợp dung dich, trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền phù.
1.2.5.1. Trùng hợp khối
Trùng hợp khối là phản ứng được thực hiện bằng cách giữ nhiệt độ xác định khi
khuấy một dung dịch chất kích thích trong monomer và các chất khác
+ Ưu điểm: thu được polymer có khối lượng phân tử lớn và có độ tinh khiết cao
+ Nhược điểm: dễ gây quá nhiệt,nhiệt không đều do độ nhơt dung dịch lớn,độ đa phân tán
cao nên gây ảnh hưởng xấu đến tính chất cơ-lý,sản phẩm khó gia công do tạo thành khối
1.2.5.2. Trùng hợp dung dịch
Phản ứng xảy ra trong dung dịch.trong đó monome tan trong dung môi còn
polymer của nó có thể tan hay không tan .
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 16
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
+Ưu điểm: PP này giảm được hiện tượng quá nhiệt,vói polymer tan trong dung môi ta có
thể sử dụng luôn (làm keo, sơn, chất phủ…)
+Nhược điểm:Khối lượng polymer nhỏ do có chuyển mạch qua dung môi không tinh
khiết,dung môi thường độc
1.2.5.3.Trùng hợp nhũ tương
Là phản ứng trùng hợp gốc trong chất nhũ tương hóa,tiến hành ở nhiệt độ thấp tốc
độ lớn và cần tạo nhũ,monomer không tan trong dung môi nhưng tan trong hạt nhũ
+ Ưu điểm:khối lượng phân tử lớn,tính đồng đều phân tử cao
1.2.5.4. Trùng hợp huyền phù
Trùng hợp huyền phù là quá trình thường được sử dụng trong công nghiệp
sản xuất PVC. Phản ứng trùng hợp dị thể và động học của quá trình tương tự
như trong trường hợp trùng hợp khối. trong trùng hợp huyền phù của vinyl
clorua, sự khuấy trộn và trạng thái của hệ đều đóng vai trò quan trọng xác định
hình thái của polyme sản phẩm.
Sơ đồ mô tả sự tạo thành các phần tử PVC như hình sau:
Hình 3:Sơ đồ mô tả sự tạo thành các phân tử PVC
Khi sự trùng hợp vinyl clorua được khởi đầu, những gốc cuộn lớn chứa khoảng 10
monome được tạo thành. Những gốc đại phân tử với độ dài mạch khoảng 50 tập hợp lại
tạo thành vùng siêu nhỏ không ổn định, sau đó nhóm lại tạo thành hạt chính cơ bản chứa
khoảng 1000 hạt siêu nhỏ (vùng siêu nhỏ - microdomain) xảy ra ở độ chuyển hoá khoảng
1 – 2%. Kích thước của nhân chính xấp xỉ 0,1-0,2 μm. Khi quá trình trùng hợp diễn ra,
các phần tử cho hạt (130 μm) từ hạt chính cơ bản (0,6 – 0,8 μm, ở độ chuyển hoá 2 – 4%)
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 17
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
hạt thứ ba (1 – 2 μm, ở độ chuyển hoá 10 – 80%) và hạt nhỏ (40 μm). Cấu trúc hạt này
ảnh hưởng mạnh đến tính chất vật lý và tính chất cơ học của PVC. Ảnh hưởng của một số
điều kiện trùng hợp lên hạt PVC sản xuất bằng phương pháp huyền phù đã được nghiên
cứu ở quy mô phòng thí nghiệm. phương thức đưa chất khởi đầu vào ảnh hưởng mạnh
đến kích thước hạt PVC và sự phân bố kích thước. Khi sử dụng chất ổn định H80 (PVA)
với độ thuỷ phân 80% và khối lượng phân tử 259 000 thì độ cứng của PVC kém. Quá
trình kết hợp các giọt trong trùng hợp huyền phù của PVC được xác định bằng sử dụng kĩ
thuật nhuộm mạch để làm sáng tỏ ảnh hưởng của cường độ xoáy, thời gian khuấy, loại và
nồng độ của tác nhân tạo huyền phù như PVAc thuỷ phân trên tỷ lệ kết giọt của vinyl
clorua trong một khối lỏng bị xáo trộn - lỏng phân tán. Phương pháp trùng hợp huyền phù
là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp để sản xuất PVC vì nó có
nhiều ưu điểm như: sản phẩm tạo ra ở dạng hạt, bụi dễ gia công, vận tốc trùng hợp cao,
nhiệt độ phản ứng thấpvà không xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ như trùng hợp khối.
Tuy nhiên, nhược điểm là sản phẩm bị nhiễm bẩn bởi chất ổn định, chất nhũ hoá,…do đó
cần bộ phận lọc rửa nước thải. Tốn kém hơn trùng hợp khối.
1.2.5.5. So sánh các phương pháp trùng hợp gốc của VCM
Bảng5 : So sánh các phương pháp trùng hợp gốc của VCM
Yếu tố
Phương pháp trùng hợp Vinyl clorua
Khối
Dung dịch
Nhũ tương
Huyền phù
Khả năng hòa
tan của các chất
khởi đầu
Tan trong VC
Tan trong VC
Không tan trong
VC
Tan trong VC
Phụ gia
Không
Dung môi
Nước, chất tạo
nhũ tương
Nước, tác nhân
phân tán
Khuấy trộn
Không cần thiết
Không cần
Cần thiết
Cần thiết
Điều khiển
nhiệt độ
Khó
Có thể được
Dễ dàng
Dễ dàng
Sự cô lập PVC
Thu VC
Có thể được
Dễ dàng
Dễ dàng
Kích cỡ hạt
600-300
<0,1
0,1
20-300
(µm)
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 18
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
B. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC TRONG NHÀ MÁY NHỰA PHÚ MỸ
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC BẰNG PHƯƠNG PHÁP
HUYỀN PHÙ
Phú Mỹ là nhà máy sản xuất PVC có quy mô lớn nhất của Việt Nam với công nghệ hiện
đại trong khu vực và trên thế giới. Nhà máy dùng phương pháp trùng hợp huyền phù có
khá nhiều ưu việt.
2.1. Sơ đồ khối
Hình 4:Sơ đồ khối công nghệ sản xuất PVC bằng phương pháp huyền phù
Sau khi chất khơi mào được nạp vào hệ thống, Khi đưa VCM vào Sự khuấy trộn
cơ học làm phá vỡ VCM thành các giọt nhỏ (1-50µm).
Các giọt ổn định được là nhờ sự có mạt của tác nhân tạo hạt hòa tan trong nước đã
hấp phụ trên mặt phân chia pha nước – mônôme.
Nhân tố tạo hạt kết hợp với VCM tạo thành một lớp Màng bao quanh các giọt.
Các hạt VCM nhỏ tăng kích thước và dung dịch trở lên đục do PVC tạo thành bắt
đầu sa lắng đọng.
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 19
Tiểu Luận Môn Công Nghệ Hóa Dầu
Khi 10-15% giọt keo kết hợp với nhau thành khối keo tụ, chúng liên kết chặt chẽ
với nhau để đạt được kích thước cuối cùng là 100-200 µm.
quá trình Polyme hóa chia 3 giai đoạn
0 tới ~ 1 % chuyển hóa : quá trình Polyme hóa chỉ xảy ra trong pha Monome (khối
lượng của Polyme rất nhỏ và có thể bỏ qua)
~ 1 tới 70% chuyển hóa : Quá trình Polyme hóa xảy ra trên cả 2 pha: giàu Monome &
gel Polyme ( trong gel xảy ra nhanh hơn)
70% chuyển hóa : Monome tự do giảm và quá trình trùng hợp xảy ra ở pha gel nhanh
hơn đồng thời độ nhớt tăng bởi vì VCM thì phản ứng cạn , nồng độ polymer lại tăng .
Sau khi đẩy mạnh hệ số tốc độ phản ứng thì nồng độ monome giảm
2.2. Sơ đồ công nghệ
Nhóm 2 – L c Hóa D u K52
Page 20
- Xem thêm -