Tài liệu Tiểu luận tiểu luậnsản xuất pe

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU..........................................................................................................1 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PE...............................................................2 1.1 KHÁI NIỆM.....................................................................................................................................2 1.2 TÍNH CHẤT....................................................................................................................................2 1.2.1 Tính chất vật lý................................................................................................................2 1.2.2 Tính chất hóa học............................................................................................................2 1.3 PHÂN LOẠI.....................................................................................................................................3 1.4 ỨNG DỤNG.....................................................................................................................................3 1.4.1 LDPE (PE tỷ trọng thấp)................................................................................................3 1.4.2 HDPE (PE tỷ trọng cao)..................................................................................................4 1.4.3 LLDPE (PE tỷ trọng thấp mạch thẳng)...........................................................................5 PHẦN II: TỔNG HỢP PE......................................................................................6 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT PE.........................................................................................6 2.1.1 Phương pháp trùng hợp áp suất cao................................................................................6 2.1.2 Trùng hợp áp suất thấp....................................................................................................6 2.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ.....................................................................................................................7 3.3 THUYÊT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ:......................................................................................7 PHẦN III: KẾT LUẬN...........................................................................................8 PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................8 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1 LỜI MỞ ĐẦU Nhựa, chất dẻo là một lĩnh vực mà hiện nay ngành công nghệ hóa học khá quan tâm. Một khi chất dẻo và nhựa tổng hợp ra đời và phát triển, nhu cầu sản xuất và ứng dụng nó trở nên cực kỳ cần thiết. Từ chất dẻo và nhựa con người có thể chế tạo ra rất nhiều loại vật liệu hữu ích, bền và đẹp mà ít có vật liệu nào trước đó sánh bằng như nhẹ và bền, cách ẩm, không dẩn nhiệt, bền nhiệt, bền với các dung môi hữu cơ và các môi trường xâm thực, chúng có thể thoả mãn bất cứ các yêu cầu về thiết kế. Cũng chính vì điều đó mà GV: Dương Thị Thúy Hoa 1 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1 việc nghiên cứu và chế tạo ra các loại vật liệu nhựa và chất dẻo thời hiện đại là một yêu cầu không hề nhỏ. Nhóm tiểu luận chọn trình bày báo cáo về loại vật liệu PE, là một loại chất dẻo polymer có nhiều ưu điểm và được ứng dụng nhiều trong đời sống hiện nay. Nội dung bài báo cáo gồm có 5 phần: Phần 1: Giới thiệu chung về PE: Khái quát một số đặc điểm chính về cấu tạo, tính chất và phân loại và ứng dụng của PE Phần 2: Tổng hợp PE: Giới thiệu các phương pháp tổng hợp PE và sơ đồ công nghệ sản xuất PE, sơ lược nguyên lý làm việc và cấu tạo thiết bị. Phần 3: Kết luận: Tổng kết về PE và một số vấn đề bao quanh xử lý chất thải PE. Phần 4: Tài liệu tham khảo Vì thời gian tìm hiểu nghiên cứu không nhiều cũng như với kiến thức còn hạn hẹp nên bài tiểu luận còn có nhiều thiếu sót, mong cô thông cảm và góp ý để những bài làm sau được tốt hơn. Chân thành cám ơn cô Dương Thị Thúy Hoa đã nhiệt tình giảng dạy và giúp chúng em hoàn thành bài tiểu luận này. Quy Nhơn ngày 21 tháng 4 năm 2012 Nhóm tiểu luận GV: Dương Thị Thúy Hoa 2 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PE 1.1 KHÁI NIỆM  Polyetylen (viết tắt: PE), là một nhựa nhiệt dẻo (thermoplastic) được sử dụng rất phổ biến trên thế giới (hàng năm tiêu thụ toàn cầu đạt 78 triệu tấn).  Polyetylen là một hợp chất hữu cơ (poly) gồm nhiều nhóm etylen CH2-CH2 liên kết với nhau bằng các liên kết hydro no. Được điều chế bằng phản ứng trùng hợp monoetilen (C2H4)  Cấu trúc monomer C2H4 GV: Dương Thị Thúy Hoa 3 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1  Cấu trúc không gian của PE và Cấu trúc lập thể của PE.  Công thức cấu tạo đơn giản của PE: (-CH2-CH2-)n 1.2 TÍNH CHẤT 1.2.1 Tính chất vật lý  Polyetylen màu trắng, hơi trong, không dẫn điện và không dẫn nhiệt, không cho nước và khí thấm qua. Tùy thuộc vào loại PE mà chúng có nhiệt độ hóa thủy tinh Tg ≈ -100 °C và nhiệt độ nóng chảy Tm ≈ 120 °C.  Cơ tính của polyethylene phụ thuộc vào các yếu tố như kiểu phân nhánh, độ kết tinh và phân tử lượng. 1.2.2 Tính chất hóa học  Polyetylen có tính chất hóa học như hydrocacbon no như không tác dụng với các dung dịch axít, kiềm, thuốc tím và nước brôm.  Ở nhiệt độ cao hơn 70oC PE hòa tan kém trong các dung môi như toluene, xilen, amilacetat, tricloetylen, dầu thông, dầu khoáng… GV: Dương Thị Thúy Hoa 4 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1  Dù ở nhiệt độ cao, PE cũng không thể hòa tan trong nước, trong các loại rượu béo, aceton, ete etylic, glicerin và các loại dầu thảo mộc. 1.3 PHÂN LOẠI  Hiện nay PE trở thành quan trọng nhất trong tất cả các loại vật liệu nhựa.  Polyethylene được chia thành nhiều loại khác nhau chủ yếu dựa trên tỷ trọng và độ phân nhánh thong thường gồm có 10 loại như sau:  Ultra high molecular weight  Cross-linked polyethylene (PEX or polyethylene (UHMWPE)  Ultra low molecular weight XLPE)  Medium density polyethylene polyethylene (ULMWPE or PE- (MDPE) WAX)  High molecular weight  Linear low density polyethylene polyethylene (HMWPE)  High density polyethylene (HDPE)  High density cross-linked (LLDPE)  Low density polyethylene (LDPE)  Very low density polyethylene polyethylene (HDXLPE) (VLDPE) 1.4 ỨNG DỤNG Do các tính chất vật lý và hóa học nêu trên, polyetylen được dùng làm màng mỏng, làm vật liệu cách điện, làm màng bọc chống ăn mòn ở các xí nghiệp sản xuất hóa chất. Ngoài ra PE còn được ứng dụng gia công làm đồ gia dụng. GV: Dương Thị Thúy Hoa 5 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1 Trên thị trường, các polyethylene quan trọng và phổ biến nhất là LDPE, HDPE và LLDPE. 1.4.1 LDPE (PE tỷ trọng thấp)  Tỷ trọng: 0,910 - 0,925 g/cm³  Nhiệt độ hóa thủy tinh Tg ≈ -110 °C  Quan trọng nhất và thông dụng nhất dễ hàn nhiệt và là loại rẻ nhất, tổng hợp bằng phương pháp khơi mào gốc tự do.  LDPE có các mạch polymer có độ dài ngắn, phân nhánh cao và khác nhau, nên độ kết tinh thấp và có đặc tính chảy rất tốt, dễ dàng gia công.  LDPE có độ bền kéo thấp, độ bền va đập cao, có thể ứng dụng cho cả những đồ vật chứa đựng cứng và màng nhựa mềm như sọt đựng rác hay màng gói rau quả.  Năm 2009, doanh thu buôn bán LDPE trên toàn cầu là 22.2 tỉ USD (khoảng 15.9 tỉ Euro). Túi xốp làm từ LDPE GV: Dương Thị Thúy Hoa 6 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1 Màng thông dụng trong bao bì bằng PE 1.4.2 HDPE (PE tỷ trọng cao)  Tỷ trọng: 0.941 - 0,965 g/cm³  Mạch HDPE có độ phân nhánh thấp, độ kết tinh cao và độ bền kéo cao, có thể tổng hợp bằng cách sử dụng các hệ xúc tác chromium/silica, Ziegler-Natta hay xúc tác có kim loại là phối tử trung tâm (metallocene).  Cứng hơn MDPE và LDPE. HDPE có thể chịu được nhiệt độ lên tới 120 oC và vì vậy HDPE được dùng làm bao bì thanh trùng bằng hơi nước.  HDPE cũng có thể được cắt thành những dây hẹp để dệt thành bao dệt.  HDPE còn được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực đóng gói như làm chai đựng sữa, chai đựng hóa chất như thuốc tẩy, cồn, xe đựng rác và ống nước. 1/3 các loại đồ chơi trẻ em được sản xuất từ HDPE.  Năm 2007, lượng tiêu thụ HDPE toàn cầu đã lên đến hơn 30 triệu tấn. GV: Dương Thị Thúy Hoa 7 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1 Sản phẩm được làm bằng HDPE 1.4.3 LLDPE (PE tỷ trọng thấp mạch thẳng)  Có tỷ trọng trong khoảng 0.915-0.925 g/cm3.  Là polymer mạch thẳng có những mạch phân nhánh ngắn, thông thường là copolymer của ethylene với các alpha-olefin.  LLDPE có độ bền kéo, tính va đập, kháng đâm xuyên, ứng suất nứt cao hơn LDPE. Trong gia công thì có thể tạo được màng mỏng hơn LDPE với khả năng kháng lại những tác động phá hủy của môi trường tốt hơn nhưng lại không dễ khi gia công. LLDPE được ứng dụng nhiều trong đóng gói, bao bì, tấm, vỏ bọc dây điện, đồ chơi trẻ em, vật chứa đựng, ống dẫn nước.  Nhờ cơ tính tốt như dai, dẻo, độ trong cao nên ứng dụng nhiều nhất của nó là thổi tạo màng, ứng dụng trong màng phủ nông nghiệp, màng đa lớp hay composite film.  Trong năm 2009, doanh thu buôn bán LLDPE đạt tới 24 tỉ USD (17 tỉ Euro). GV: Dương Thị Thúy Hoa 8 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1 . Màng bọc thức ăn được làm từ LLDPE PHẦN II: TỔNG HỢP PE 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT PE  Phản ứng trùng hợp etylen thành PE có thể thực hiện theo cơ chế gốc hoặc ion. GV: Dương Thị Thúy Hoa 9 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1  PE được tổng hợp bằng hai phương pháp: phương pháp trùng hợp áp suất cao và phương pháp trùng hợp ionic ở áp suất cao, hoặc ở áp suất thấp. 2.1.1 Phương pháp trùng hợp áp suất cao  Phương trình tổng hợp PE áp suất cao P=1000at; t0=100-3000C n CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n O2 (0,05-0,1%)  Hình dạng PE tạo thành: 2.1.2 Trùng hợp áp suất thấp  Phương trình tổng hợp PE có sử dụng hệ xúc tác Ziegler-Natta: P=30-50at; t0=70-800C n CH2=CH2 GV: Dương Thị Thúy Hoa (-CH2-CH2-)n TiCl4 + Al(C2H5)3 10 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1  Hình dạng PE tạo thành: 2.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ GV: Dương Thị Thúy Hoa 11 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1 Sơ đồ công nghệ sản xuất PE 2.3 THUYÊT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ: Nguyên liệu được làm sạch rồi đưa vào thiết bị phản ứng, sau đó được polyme hóa tạo nhựa PE ở thiết bị phản ứng. Ở đây các khí chưa phản ứng (N 2, H2,C2,C4 ) được xả bớt để tránh cháy nổ. Sản phẩm PE của quá trình được đưa qua bộ phận tách và tinh chế sản phẩm. Nhựa PE đảm bảo yêu cầu được đưa đi sản xuất các vật dụng phù hợp. Các chất khí còn lẫn trong sản phẩm được tách ra và đưa vào máy nén, sau đó làm lạnh và thu hồi hydrocacbon . Sau khi qua thiết bị lọc, nitơ tinh khiết được quay trở lại thiết bị tách sản phẩm. GV: Dương Thị Thúy Hoa 12 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1 PHẦN III: KẾT LUẬN Hiện nay, ở nước ta chưa có nhà máy nào sản xuất ra hạt nhựa PE. Dự kiến trong tương lai khi khu công nghiệp dầu khí Long Sơn xây dựng và đi vào hoạt động sẽ xây dựng tổ hợp hóa dầu đầu tiên sản xuất các hạt nhựa ở đây, trong đó có hạt nhựa PE. Hình ảnh hạt nhựa PE Như trên đã trình bày, PE là một loại nhựa dẻo rất phổ biến và hữu ích trong cuộc sống thời nay với những đặc điểm và tính năng vượt trội của nó. Tuy nhiên vấn đề đặt ra ở đây là việc xử lý rác thải liên quan đến nhựa PE. Mặc dù polyethylene có thể tái chế được, nhưng các sản phẩm nhựa đã sử dụng xong đều thấy rải rác nhiều nơi, cả mặt đất lẫn trên biển. PE không bị phân hủy bởi vi sinh vật, phải mất đến vài thế kỷ thì PE mới có thể phân hủy được. Do vậy, hy vọng trong thời gian tới sẽ nghiên cứu được các phụ gia bổ sung vào các sản phẩm PE để rác thải PE có thể dễ dàng xử lý cũng như tăng khả năng tái chế hiệu quả để GV: Dương Thị Thúy Hoa 13 Bài tiểu luận hóa lý polymer Trình bày về polyetylen Tổ 1 phát huy hơn tính hữu dụng và kinh tế cũng như bảo vệ được ngôi nhà xanh của nhân loại. PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hóa lý Polymer. Tác giả Bùi Chương. Nhà xuất bản bách khoa Hà Nội. 2. Hóa học các hợp chất cao phân tử. GS.TS Ngô Duy Cường. Nhà xuất bản đại học quốc gia Hà Nội 3. Bài giảng môn hóa lý polimer. GV Dương Thị Thúy Hoa 4. Bài giảng môn kỹ thuật chất dẻo. GV Phan Thế Anh 5. GV: Dương Thị Thúy Hoa 14