003.Quy trình sản xuất Polyvinyl dorua (PVC)

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



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



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



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



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



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.



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.



- 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.



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



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.



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



- 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



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



+ 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



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



[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.



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



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



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



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



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.



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]



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



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



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.



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



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



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.



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 -



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

+

*



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



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].



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



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

|



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..



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



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.



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.



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].



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]



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.



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



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.



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



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



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



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



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:



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



Lượng nước cần dùng để pha dung dịch NaOH 15%:

2351,4546 - 352,718= 1998,736kg


trong công đoạn xử lý kiềm (kg):


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


trong công đoạn ly tâm, rửa nhựa (kg)


Nước cất 1456,066 201,005 1255,061



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%


trong công đoạn sấy và đóng bao (kg)


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):


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



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):


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




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


trong công đoạn sấy và đóng bao (kg)


Nước cất 433,19 6,4653 426,72



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:


trong công đoạn trùng hợp (tấn):


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


trong công đoạn xử lý kiềm (tấn):


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






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


trong công đoạn sấy và đóng bao (tấn)


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



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



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:



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



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



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



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



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:



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:



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



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



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.



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



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



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



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



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:





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



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.



∆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:



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



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



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



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:



∆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



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



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:



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



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%



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:



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



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



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.



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:



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



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



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)



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



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



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



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



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)



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.



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.



- 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.



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.



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



- 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



- 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.



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



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



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



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.



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



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



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



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



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



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



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



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.



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…



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



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.



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



+ 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.



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



+ 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.



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.



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



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.



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.


Ngọc Tươi, Trần Xoa - Cơ sở các quá trình và thiết bị trong công nghệ hoá


1982.


Ngọc Tươi, Trần Xoa - Tính toán quá trình và thiết bị trong công nghệ hoá


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



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

Documents

003.Quy trình sản xuất Polyvinyl dorua (PVC)