Đề tài Thiết kế dây truyền sản xuất nhựa PS

Thiết kế dây truyền sản xuất nhựa PS Môc lôc PhÇn I : Më ®Çu PhÇn II : lý thuyÕt chung 2.1.Tổng hợp monome Nguyên liệu để sản xuất Polystyren Xúc tác tổng hợp monome Tính chất vật lý của Polystyren 2.2.Lý thuyÕt trïng hîp nhùa PolyStyren. 2.2.1.Trïng hîp gèc. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh trïng hîp gèc. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn trïng hîp gèc. 2.2.2.Trïng hîp ion. Trïng hîp cation. Trïng hîp anion. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn trïng hîp ion. 2.3.C¸c ph­¬ng ph¸p trïng hîp nhùa PS. Trïng hîp khèi. Trïng hîp dung dÞch . Trïng hîp huyÒn phï. Trïng hîp nhò t­¬ng. §¬n phèi liÖu cho c«ng nghÖ trïng hîp nhò t­¬ng. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh trïng hîp. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn trïng hîp nhò t­¬ng. ¦u nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p. TÝnh chÊt vµ øng dông cña cña s¶n phÈm. 2.3.Sơ đồ dây chuyền sản xuất 2.4.Tính chất và ứng dụng của nhựa PolyStyren 2.5.Ứng dụng và phương pháp gia công sản phẩm Sản phẩm đúc ép dưới áp suất Sản phẩm ép đùn Sản xuất PS bọt PhÇn III:TÝnh to¸n kü thuËt. 3.1.TÝnh to¸n kÝch th­íc thiÕt bÞ chÝnh. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt. TÝnh kÝch th­íc thiÕt bÞ ph¶n øng. TÝnh c¸c èng dÉn nguyªn liÖu vµo nåi ph¶n øng. C¸nh khuÊy. TÝnh tai treo. TÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng. 3.2.TÝnh b¬m vËn chuyÓn. 3.3.TÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy. 3.4.TÝnh to¸n thiÕt bÞ läc ly t©m. 3.5.TÝnh c¸c thïng l­êng n­íc, chÊt nhò ho¸, xµ phßng dÇu ve. PhÇn iv: phÇn x©y dùng 4.1: Lêi nãi ®Çu. 4.2.X¸c ®Þnh ®Þa ®iÓm x©y dùng. Yªu cÇu chung. Yªu cÇu khu ®Êt 4.3.ThiÕt kÕ tæng mÆt b»ng. Yªu cÇu chung Nguyªn t¾c ph©n vïng. ¦u nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p. 4.4.C¨n cø ®Ó thiÕt kÕ ph©n x­ëng. PhÇn i: më ®Çu Polystyren (PS) thuộc nhóm nhựa nhiệt dẻo bao gồm PE, PP, PVC . Do có những tính năng đặc biệt của nó PS ngày càng được sử dụng rộng rãi trong đời sống cũng như trong kỹ thuật. Polystyren lần đầu tiên được tìm thấy qua các dấu vết trong nhựa hổ phách , khi chưng cất với nước thì tạo thành vật liệu dạng lỏng có mùi khó chịu và tỷ lệ thành phần nguyên tử C và H giống như trong benzen. Năm 1831 Bonastre đã chiết tách ra Styren lần đầu tiên. Năm 1839 E.Simon là người đầu tiên xác định được tính chất của Styren và ông đã đặt tên cho monome. Ông đã quan sát được sự chuyển hoá từ từ của Styren trong dung dịch lỏng nhớt ở trạng thái tĩnh. Năm 1845 hai nhà hoá học người Anh là Hoffman và Btyth đã nhiệt phân monome Styren trong một cái ống thuỷ tinh được bịt kín đầu ở 200oC và thu được một sản phẩm cứng gọi là meta-styren . Năm 1851 Bertherlot sản xuất ra Styren bằng cách nhiệt phân các hydrocacbon trong một cái ống nóng đỏ để khử hyđro . Phương pháp này là cách thông dụng nhất để sản xuất Polystyren thương phẩm. Năm 1911 F.E Matherws Filed British đã cho biết điều kiện nhiệt độ và xúc tác cho quá trình tổng hợp PolyStyren tạo thành loại nhựa cơ bản cho quá trình sản xuất các vật phẩm mà từ rất lâu đờI chúng được làm từ xenllulo,thuỷ tinh, cao su cứng,gỗ. Năm 1925 lần đầu tiên Polystyren thương phẩm được sản xuất ra bởi công ty Naugck Chemical sản xuất nhưng nó chỉ phát triển trong một thời gian ngắn . Năm 1930 Farbenindustry in Germany đã bắt đầu gặt hái được những thành công trong công việc kinh doanh cả mônme và polyme thương phẩm với sản lượng 6000 tấn/tháng bằng cách alkyl hoá với nhôm clorua tinh chế bằng phương pháp chưng cất nhiều lần . Năm 1937 công ty Dow Chemical cho ra mắt Polystyren dân dụng hay còn gọI là Styrol . Đây là một công ty lớn của Mỹ và năm 1938 đã sản xuất được 100.000 tấn . Theo những thống kê gần đây cho biết chất dẻo chiếm khoảng 1/8 các sản phẩm từ Fe , và kim loại với tỉ trọng lớn gấp 7 lần và chúng ngày càng được sử dụng rộng rãi và thay thế kim loại . Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngoài các loại nhựa truyền thống của polystyren người ta còn tạo được nhiều loại copolyme của nó như: +PS trong suốt có độ tinh khiết cao +PS dùng để sản xuất các vật phẩm dân dụng có tính chất kém hơn +PS xốp đi từ nguyên liệu tinh khiết chứa cacbua hydro nhiệt độ sôi thấp với hàm lượng 6% . +Các copolyme đi từ Styren và acrylonitryl, butadien tạo thành những loại vật liệu có tính năng kỹ thuật cao hơn hẳn PolyStyren về độ cách điện , bền nhiệt , độ bền va đập … Nhưng loại có ý nghĩa về mặt kỹ thuật nhất là copolyme Styren acrylonitryl sau đó là Styren butadien . Nhựa PS ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân cả trong đời sống cũng như trong kỹ thuật . Vì vậy trong đồ án môn học này em sẽ trình bày toàn bộ phương pháp tổng hợp ra nhựa này . PHẦN II : LÝ THUYẾT CHUNG 2.1.Tổng hợp monome Nguyên liệu để sản xuất Polystyren là styren có công thức C6H5CH=CH2 còn gọI là Vynylbenzen. Styren là chất lỏng không màu có mùi đặc biệt không hoà tan trong nước, hoà tan theo bất cứ tỉ lệ nào trong rượu, keton, ete, este,cacbuahydro thơm, Cacbonhydro clo ho¸ , nitro paraphin. Nguyên liệu Bã nhựa nhận được sau khi chưng khô than ta thu được một lượng styren trong đó. Sau đó tiếp tục chưng cất bã nhựa ta sẽ thu được luôn styren nguyên chất. nhưng ít có giá trị kinh tế nên ít được sử dụng. Cracking dầu mỏ và nhiệt phân một số chất hữu cơ khác. Đi từ benzen và cloetan - Trước tiên là phản ứng tạo thành clorua etan Xúc tác sử dụng AlCl3 dưới dạng bột hay phoi vụn Phản ứng tiến hành trong 3h về cuối nâng nhiệt độ lên 90oC và ngừng phản ứng khi không có HCl thoát ra nữa. - Chuyển etyl benzen thành styren . + Xà phòng hoá clo etyl benzen tạo thành fenyl etyl cacbinol rồI khử nước để chuyển thành styren Dưới tác dụng của xúc tác PCl5 clo đính vào đúng vị trí. + Xử lý Clo etyl benzen bằng dung dịch Na2CO3 ở 70¸100oC 4¸6h có chất nhũ hoá + Khử nước của fenylmetylcacbinol thêm chất tách nước mang tính axít Phản ứng ở 150o¸200o; 3% bisunfatkali. Dùng hơi nước trực tiếp chưng cất styren ra khỏi nồi phản ứng. Sấy khô styren thô rồi lại chưng cất lại. Lưu ý: Để quá trình khử nước tiến hành dễ hơn người ta thêm 1% axit tere clophalic. Đi từ benzen và etylen Nhiệt độ phản ứng ở 85oC, P=1atm AlCl3 làm xúc tác Sau khi tách hết xúc tác tiến hành chưng tách sau đó thu được etyl benzen khá tinh khiết. +) Phương pháp 1 Sau đó quá trình được lặp lại đối với phương pháp này như phương pháp 2.3 +) Phương pháp 2 Khử hydro của etyl benzen Phương pháp này hiệu quả nên đây là phương pháp chủ yếu để sản xuất Styren Phản ứng này toả nhiều nhiệt nên thường tiến hành ở nhiệt độ cao và áp suất riêng phần của etyl benzen nhá. Do vậy để giảm áp suất trong quá trình trùng hợp có thể dùng chân không hoặc pha loãng etyl benzen bằng khí trơ hay pha loãng bằng hơi nước Xúc tác tổng hợp monome Ở một số nước phát triển người ta sản xuất styren với các loại xúc tác khác nhau: Ở Nga : - Khử H2 của etyl benzen ở 650oC có xúc tác Cu, Cr, N2 hay CO2 làm chất pha loãng cho độ nhớt của dung dịch 50¸55% - Khử H2 ở 650oC xúc tác Zn: Al2O3= 1: 9, P= 13mmHg, độ nhớt của dung dịch 80%. - Hơi etyl benzen cho đi qua thiết bị đun nóng trước rồi vào thíêt bị phản ứng đun nóng đến 650-700oC. trong thiết bị phản ứng chất đầy Silicagen, than hoạt tính tầm chất xúc tác. Hơi đi ra khỏi thiết bị phản ứng qua máy làm lạnh để ngưng tụ lại. Độ nhớt của Styren, thời gian làm việc của xúc tác phụ thuộc vào thành phần, độ mịn của xúc tác, bản chất của chất mang, tỷ lệ giữa hơi nước và etyl benzen. Ở Đức Xúc tác oxyt Zn (77,4%) hoạt tính bằng kiềm Thiết bị phản ứng hình ống Hơi nước và etyl benzen lấy theo tỉ lệ phân tử. khi xúc tác còn mới người ta duy trì nhiệt độ phản ứng 380oC, về sau khi xúc tác gỉm hoạt hoá thì nhiệt độ 610oC Ở Mỹ Các oxyt kiềm của Fe hoá trị 3 (85%) vớI một ít oxyt crom người ta lấy theo tỉ lệ 1kg etyl benzen hỗn hợp vớI 2,8 kg hơi nước, duy trì nhiệt độ trong thiết bị phản ứng 630oC, nhiệt độ của hơi nước đi ra 365oC hơi đi ra H2, CO, CO2, CH4, C2H6 Tính chất vật lý của polystyren Tỉ trọng g/cm3 0,90458 Chiết suất Ù25 1,54389 Độ nhớt cP 0,75 Tosôi oC 145,2 Tonc oC -30,6 Tobùng cháy oC 31,0 Tobắt lửa oC 34,0 Tobay hơi oC 86,9 Nhiệt cháy cal/g 10,04 Nhiệt trùng hợp cal/g 168 Tỷ nhiệt ở 25oc cal/g.độ 0,407 Giới hạn nổ trong không khí %V 1,1¸6,1 Độ co sau khi trùng hợp %V 17,0 2.2. Tæng hîp polyme. CÊu t¹o vµ triÓn väng ph¸t triÓn cña nhùa trong t­¬ng lai. PS lµ lo¹i nhùa kh«ng ®¾t vµ nÆng chÝnh v× vËy nã kh«ng ®­îc sö dông réng r·i nh­ nhùa Polyetylen . Nhùa PS chñ yÕu ®­îc øng dông réng r·i trong c¸c nghµnh c«ng nghiÖp nh­ ®Ó s¶n xuÊt vá m¸y tÝnh , m¸y bay, bäc gãi s¶n phÈm, vËt liÖu c¸ch ®iÖn. PS thuéc lo¹i nhùa vinylpolyme. CÊu tróc nãi chung cña nã lµ m¹ch hy®rocacbon dµi víi sù cã mÆt cña nhãm phenyl ®­îc g¾n vµo mçi nguyªn tö cacbon kh¸c nhau mét c¸ch cã qui t¾c. Nhùa PS lµ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh trïng hîp gèc tù do nhãm vinyl. Nhùa PS cã nhiÒu ®ång ph©n lËp thÓ: PS syndiotactic lµ polyme cã nhãm phenyl cña m¹ch ®­îc ph©n bè xen kÏ vÒ hai phÝa cña mÆt ph¼ng m¹ch cacbon. PS atactic nhãm phennyl ph©n bè mét c¸ch lén xén kh«ng cã trËt tù vÒ hai phÝa cña mÆt ph¼ng m¹ch cacbon. PS izotactic nhãm phenyl ph©n bè mét c¸ch ®Òu ®Æn vÒ mét phÝa cña mÆt ph¼ng m¹ch cacbon. CÊu tróc syndiotactic cho vËt liÖu polyme cã cÊu tróc tinh thÓ h¬nvµ vËt liÖu polyme cã tÝnh n¨ng c¬ lý tèt h¬n v× vËy nã lµ cÊu tróc mong muèn cña s¶n phÈm. Nh­ng qu¸ tr×nh trïng hîp nµy rÊt khã vµ chi phÝ lín do ®ã ph­¬ng ph¸p nµy chñ yÕu ®­îc dïng ®Ó s¶n xuÊt PS dïng cho c¸c môc ®Ých yªu cÇu kü thuËt cao. C¸c copolyme cña Styren nh­ copolyme Butadien- Styren, copolyme Styren-Acrilonitryl lµ nh÷ng lo¹i cã gi¸ trÞ kinh tÕ cao. PhÇn lín nh÷ng s¶n phÈm nµy thu ®­îc ë d¹ng copolyme ghÐp ®©y lµ mét polyme mµ mét m¹ch chÝnh dµi cña mét lo¹i m¾t xÝch ®­îc ®Ýnh vµo nã mét m¹ch polyme cña mét lo¹i m¾t xÝch kh¸c. M¹ch chÝnh M¹ch nh¸nh M¹ch tùa nh­ cao su mang ®Õn cho cÊu tróc cña PS nhiÒu ­u ®iÓm. Polybutadien( PB) vµ PS ë tr¹ng th¸i ®ång thÓ kh«ng thÓ trén lÉn nh­ng PB m¹ch nh¸nh cã thÓ trén lÉn tuyÖt vêi víi pha PS v× vËy chóng sÏ kÕt hîp víi c¸c pha PS ®Ó hÊp thô n¨ng l­îng khi PS chÞu va ®Ëp vµ lµm cho copolyme nµy cã nh÷ng tÝnh chÊt c¬ lý tèt h¬n h¼n PS ®¬n thuÇn vÒ ®é bÒn kÐo ®øt. Lo¹i vËt liÖu nµy ®­îc gäi lµ vËt liÖu chÞu ®é va ®Ëp cao hay HIPS. Kh«ng ph¶i tÊt c¶ c¸c m¹ch cña HIPS ®Òu lµ m¹ch nh¸nh gièng nh­ vËy nã cã hai m¹ch râ rµng cña PS vµ PB còng trén lÉn trong ®ã. Khi ®ã HIPS nµy chóng ta gäi lµ hçn hîp kh«ng thÓ trén lÉn cña PS vµ PB. Nh­ng nã lµ polyme ghÐp cña ph©n tö PS-PB mµ chóng t¹o thµnh hÖ thèng bëi sù nèi kÕt PS Pha PB Pha PS gi÷a hai pha. HIPS cã thÓ trén lÉn víi polyme gäi lµ polyphenylenoxit hoÆc PPO. Hçn hîp cña HIPS vµ PPO ®­îc t¹o thµnh bëi GE vµ ®­îc b¸n ra víi tªn th­¬ng m¹i Noryl. 2.2.1.Trïng hîp gèc. Gi¶i thÝch kh¶ n¨ng trïng hîp cña Styren theo c¬ chÕ gèc Do cã nhãm vinyl trong ph©n tö nhãm nµy cã tÝnh chÊt ®Èy ®«i e trong liªn kÕt p cña liªn kÕt ®«i C=C nh­ trªn h×nh vÏ. Nh­ vËy mËt ®é ®iÖn tÝch trªn c¸c nguyªn tö cacbon cña nhãm vinyl còng thay ®æi nh­ ký hiÖu trªn h×nh vÏ. MÆt kh¸c nhãm phenyl cã tÝnh chÊt hót ®iÖn tö vÒ phÝa vßng benzen mµ mËt ®é ®iÖn tÝch ©m tËp trung ë vÞ trÝ octo vµ para. ChÝnh v× sù chªnh lÖch ®iÖn tÝch nh­ vËy mµ liªn kÕt p cña liªn kÕt C=C trë nªn kÐm bÒn h¬n vµ thÝch hîp cho qu¸ tr×nh trïng hîp gèc. Cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p trïng hîp cho PS nh­: Trïng hîp gèc tù do Trïng hîp ion Trïng hîp xóc t¸c Zittler- Natta Trïng hîp xóc t¸c metallocen Th«ng th­êng ph­¬ng ph¸p phæ biÕn vµ h÷u hiÖu nhÊt lµ qu¸ tr×nh trïng theo c¬ chÕ gèc . §Ó t¹o ra gèc tù do ng­êi ta sö dông chÊt khëi ®Çu th«ng th­êng ng­êi ta sö dông c¸c lo¹i chÊt kh¬i mµo sau. Peroxyt: Peoxyt Hydropoxyt: H2O2 HO – OH Hîp chÊt azo: Pesunphat Kali. C¬ chÕ chung cña qu¸ tr×nh trïng hîp gèc. Giai ®o¹n kh¬i mµo C¸c chÊt kh¬i mµo ph©n huû thµnh c¸c gèc tù do Gäi R.lµ gèc tù do nãi chung: Gèc nµy sÏ tÊn c«ng vµo ph©n tö vinyl nãi chung b¾t ®Çu qu¸ tr×nh t¹o gèc tù do míi gi÷a gèc khëi ®Çu vµ monome. Electron ch­a ghÐp ®«i cã xu h­íng ghÐp ®«i. NÕu nã cã thÓ t×m thÊy electron ®Ó ghÐp ®«i nã sÏ tÊn c«ng ngay v× vËy liªn kÕt ®«i cña nhãm vinyl nã dÔ dµng tÊn c«ng ®Ó t¹o thµnh trïng hîp gèc tù do. Electron ch­a ghÐp ®«i khi ®Õn gÇn cÆp electron p cña nhãm vinyl sÏ t¹o thµnh liªn kÕt ho¸ häc míi gi÷a chÊt khëi ®Çu vµ monome. Toµn bé qu¸ tr×nh ph¸t triÓn m¹ch lµ sù ph©n huû chÊt kh¬i mµo t¹o thµnh gèc tù do, theo sau lµ ph¶n øng gi÷a gèc vµ ph©n tö monome, qu¸ tr×nh nµy gäi lµ sù kh¬i mµo tõng bËc. Giai ®o¹n ph¸t triÓn m¹ch C¸c gèc tù do lÇn l­ît ®Ýnh liªn tiÕp c¸c ph©n tö monome vµo tiÕp tôc qu¸ tr×nh ph¸t triÓn m¹ch. Giai ®o¹n ®øt m¹ch §øt m¹ch theo c¬ chÕ kÕt hîp Giai ®o¹n chuyÓn m¹ch: X¶y ra do gèc ®ang ph¸t triÓn t¸c dông víi c¸c chÊt chøa c¸c liªn kÕt cã kh¶ n¨ng bÞ ph¸ vì vµ t¹o gèc tù do míi. Cã 3 lo¹i ph¶n øng chuyÓn m¹ch: ChuyÓn m¹ch lªn monome: ChuyÓn m¹ch lªn dung m«i. NÕu c¸c lo¹i peroxyt, hydroperoxyt t¹o thµnh æn ®Þnh trong ®iÒu kiÖn ph¶n øng th× sÏ lµm chËm qu¸ tr×nh trïng hîp, ng­îc l¹i nÕu chóng ®· bÞ ph©n huû thµnh gèc tù do th× sÏ t¨ng nhanh qu¸ tr×nh trïng hîp. Trong nhiÒu tr­êng hîp oxy kÐo dµi thêi gian ph¶n øng (vÝ dô clorua vinyl, metylmetacrylat, styren)... nh­ng sau ®ã l¹i xóc tiÕn qu¸ tr×nh trïng hîp do sù ph©n huû c¸c peroxyt t¹o thµnh trong giai ®o¹n h·m. C¸c t¹p chÊt trong monome cã t¸c dông t­¬ng tù cña oxi. T¸c dông ®éc cña chóng ®­îc x¸c ®Þnh bëi b¶n chÊt ho¸ häc, kh¶ n¨ng ph¶n øng víi nh©n ho¹t tÝnh trïng hîp. Tuy nhiªn dï hµm l­îng chØ cã rÊt Ýt nh­ng ®ãng vai trß quyÕt ®Þnh trong qu¸ tr×nh trïng hîp. Do nh÷ng ¶nh h­ëng phøc t¹p cña oxi vµ t¹p chÊt nh­ ®· nãi ë trªn nªn trong qu¸ tr×nh trïng hîp b¾t buéc ph¶i ®iÒu chÕ monome thËt tinh khiÕt vµ ph¶n øng cÇn tiÕn hµnh trong m«i tr­êng khÝ tr¬. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn trïng hîp gèc. ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é: NhiÖt ®é cao lµm t¨ng tèc ®é cña c¸c ph¶n øng ho¸ häc trong ®ã cã c¸c ph¶n øng cña qu¸ tr×nh trïng hîp.Tèc ®é ph¶n øng t¨ng nhanh nÕu n¨ng l­îng kÝch ®éng cµng cao. Tuy nhiªn ë nhiÖt ®é cao träng l­îng ph©n tö gi¶m kh«ng ph¶i chØ do ph¶n øng ®øt m¹ch mµ cßn do ph¶n øng chuyÓn m¹ch. V× ë nhÞªt ®é cao tèc ®é ph¶n øng chuyÓn m¹ch t¨ng do cã n¨ng l­îng kÝch ®éng ph¸t triÓn m¹ch. Do ®ã ë nhiÖt cao träng l­îng ph©n tö gi¶m ®ång thêi cã nhiÒu m¹ch nh¸nh . VÝ dô: Khi trïng hîp Styren ë 20oC d­íi t¸c dông cña peroxytbenzoyl ph¶n øng kÐo dµi hµng n¨m vµ träng l­îng ph©n tö trung b×nh 550 000. ë 120oC ph¶n øng kÕt thóc trong 2h nh­ng träng l­îng ph©n tö gi¶m xuèng 167 000. §iÒu nµy ®­îc thÓ hiÖn trong ®å thÞ sau: ¶nh h­ëng cña nång ®é vµ b¶n chÊt khëi ®Çu: Tõ ®éng häc cña trïng hîp gèc: vd lµ vËn tèc ph©n huû chÊt kh¬i mµo. vp lµ vËn tèc ph¸t triÓn m¹ch. vKM lµ vËn tèc kh¬i mµo. P lµ ®é trïng hîp trung b×nh. I, R., M lÇn l­ît lµ chÊt kh¬i mµo, gèc tù do, monome. Theo c«ng thøc tÝnh ®é trïng hîp trung b×nh ta thÊy ®é trïng hîp trung b×nh tû lÖ nghÞch víi c¨n bËc hai cña nång ®é chÊt khëi ®Çu. Nh­ vËy t¨ng nång ®é chÊt khëi ®Çu cã t¸c dông lµm t¨ng tèc ®é ph¶n øng nh­ng l¹i lµm gi¶m träng l­îng ph©n tö trung b×nh cña polyme. ¶nh h­ëng cña nång ®é monome. Khi tiÕn hµnh ph¶n øng trïng hîp trong dung m«i hay trong m«i tr­êng pha lo·ng tèc ®é trïng hîp vµ träng l­îng ph©n tö t¨ng theo nång ®é monome. NÕu monome bÞ pha lo·ng nhiÒu cã kh¶ n¨ng x¶y ra ph¶n øng chuyÓn m¹ch do ®ã còng lµm gi¶m träng l­îng ph©n tö. ¶nh h­ëng cña nång ®é monome: Khi tiÕn hµnh trïng hîp trong dung m«i hay trong m«i tr­êng pha lo·ng tèc ®é trïng hîp vµ träng l­îng ph©n tö t¨ng theo nång ®é monome. NÕu monome bÞ pha lo·ng nhiÒu cã kh¶ n¨ng x¶y ra ph¶n øng chuyÓn m¹ch do ®ã còng lµm gi¶m träng l­îng ph©n tö. NÕu dung m«i tr¬ tèc ®é ph¶n øng phô thuéc vµo nång ®é monome theo c«ng thøc sau: v=K.Mx x th­êng b»ng 1,5. Trong tr­êng hîp dung m«i ho¹t tÝnh sù phô thuéc gi÷a vËn tèc trïng hîp vµ nång ®é monome trë nªn phøc t¹p h¬n. 2.2.2.Trïng hîp ion. Trïng hîp cation: Xóc t¸c trïng hîp cation th­êng lµ nh÷ng lo¹i sau: Xóc t¸c Fridels-Crafts: BF3, AlCl3,SnCl4, TiCl4, SbCl5. C¸c axit: Axit sunfuric,clohydric,fotforic... §a sè c¸c ph¶n øng trïng hîp cation ng­êi ta cho r»ng cã sù tham gia cña chÊt ®ång xóc t¸c. Chóng lµ c¸c chÊt dÔ cho proton nãi chung,hoÆc hîp chÊt halogenua ankyl cã kh¶ n¨ng t¹o thµnh ioncacboni. T¸c dông cña chóng khi kÕt hîp víi xóc t¸c t¹o thµnh hîp chÊt trung gian dÔ cho proton. C¬ chÕ cña trïng hîp cation qua 3 giai ®o¹n sau: Giai ®o¹n kÝch ®éng: Giai ®o¹n ph¸t triÓn m¹ch: Nh©n ho¹t ®éng t¹o thµnh lÇn l­ît kÕt hîp víi c¸c ph©n tö monome. Ph¶n øng ph¸t triÓn m¹ch kÌm theo sù truyÒn theo m¹ch ®iÖn tÝch d­¬ng. Giai ®o¹n ®øt m¹ch: Lµ ph¶n øng bËc nhÊt kh«ng cã phÇn ®øt m¹ch kÕt hîp do 2 m¹ch ph¸t triÓn t¸c dông víi nhau nh­ trong trïng hîp gèc. Giai ®o¹n chuyÓn m¹ch : M¹ch ®ang ph¸t triÓn nh­êng proton cho ph©n tö monome hoÆc dung m«i trë thµnh ph©n tö polyme bÊt ®éng cã liªn kÕt ®«i ë cuèi m¹ch. NÕu dung m«i thuéc hydrocacbon th¬m th× ph¶n øng chuyÓn m¹ch qua giai ®o¹n trung gian tr­íc hÕt t¹o thµnh phøc chÊt víi ph©n tö dung m«i. Dung m«i lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh ®Õn tiÕn tr×nh ph¶n øng . CÊu t¹o dung m«i cã ¶nh h­ëng lín ®Õn tèc ®é vµ ®é trïng hîp . Nghiªn cøu ph¶n øng chuyÓn m¹ch ng­êi ta thÊy dung m«i tham gia trong giai ®o¹n trung gian cña ph¶n øng chuyÓn m¹ch do ®ã tèc ®é cña ph¶n øng trung gian cã ¶nh h­ëng ®Õn toµn bé tèc ®é ph¶n øng chuyÓn m¹ch nãi chung . §é ph©n cùc cña dung m«i cµng lín tèc ®é trïng hîp cµng cao . Do trong dung m«i ph©n cùc phøc chÊt cña chÊt xóc t¸c vµ ®ång xóc t¸c dÔ ph©n ly cho proton kÝch ®éng trïng hîp. §é ph©n cùc dung m«i lín lµm t¨ng träng l­îng ph©n tö cña nhùa PS . Nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña dung m«i ®Õn träng l­îng ph©n tö cña nhùa PS ta cã b¶ng sau: Dung m«i H»ng sè ®iÖn m«i cña dung m«i Träng l­îng ph©n tö cña PS Cyclohexan 1,9 2040 Benzen 2,3 2190 Brombenzen 5 - Dicloetan 10 4200 Nitroetan 28 4950 Nitrobenzen 36 8400 C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng kh¸c nh­ nhiÖt ®é, nång ®é monome còng nh­ trïng hîp gèc. Trïng hîp anion: Xóc t¸c cña qu¸ tr×nh anion th­êng lµ c¸c hîp chÊt mang tÝnh baz¬: C¸c baz¬: NaOH,KOH,KNH2. Hîp chÊt c¬ kim:C4H9Li. Trïng hîp PS trong m«i tr­êng amoniac láng d­íi KNH2thÓ hiÖn c¬ chÕ cña qu¸ tr×nh trïng hîp anion. Giai ®o¹n kÝch ®éng: Giai ®o¹n ph¸t triÓn m¹ch: Giai ®o¹n chuyÓn m¹ch: Còng nh­ trïng hîp cation dung m«i, nhiÖt ®é,b¶n chÊt cña monome ¶nh h­ëng lín ®Õn qu¸ tr×nh trïng hîp. Trong qu¸ tr×nh trïng hîp nhiÖt cña qu¸ tr×nh ph¶n øng tho¸t ra kh¸ m¹nh. V× vËy ®Ó gi¶m nhiÖt cña ph¶n øng tho¸t ra ng­êi ta sö dông thªm hÖ oxiho¸ khö : H2O2 +Fe2+ hoÆc peoxytdicumyl+ Fe2+. HO – OH + Fe2+ Fe3++ OH + OH HO +Fe2+ HO- + Fe3+ §Ó gi¶m ph¶n øng kh«ng mong muèn ng­êi ta khèng chÕ l­îng Fe2+cho vµo víi hµm l­îng 0,001%so víi monome. 2.3.C¸c ph­¬ng ph¸p trïng hîp. Khö chÊt h·m khái Styren tr­íc khi trïng hîp. V× Styren cã kh¶ n¨ng tù trïng hîp lµm gi¶m phÈm chÊt cña monome. §Ó b¶o qu¶n monome khái trïng hîp sím ng­êi ta ®­a thªm mét l­îng chÊt h·m vµo Styren vµ b¶o qu¶n chóng trong nh÷ng chai mµu tèi . Chóng lµ hydroquinol. Tr­íc khi trïng hîp ng­êi ta lo¹i bá chÊt h·m b»ng dung dÞch kiÒm lo·ng. ThiÕt bÞ khö chÊt h·m lµm b»ng gang tr¸ng men cã l¾p c¸nh khu©ý . Tr­íc hÕt cho n­íc vµo nåi ph¶n øng sau ®ã cho xót vµo råi khuÊy thªm nöa giê sau ®ã cho Styren vµo . TiÕp theo ch­ng cÊt trong ch©n kh«ng. 3.2 C¸c ph­¬ng ph¸p trïng hîp Trùng hợp trong khối Thành phần hỗn hợp đem trùng hợp khối Monome Chất khởi đầu (có thể có hoặc không ) Đặc điểm: .Thường người ta dùng chất khởi đầu là peroxyt benzoil, nhưng không thích hợp với Styren vì polystyren nhận được bị vàng. Hiện tượng này cũng xuất hiện khi có peroxyt tạo thàh do styren bị oxyt hoá. Khi không có chất khởi đầu thì sau một thời gian cảm ứng styren bắt đầu trùng hợp. Tốc độ của phản ứng trùng hợp trở nên không đáng kể khi mức độ chuyển hoá khoảng 90% như vậy ta không thêt nhận được polyme trọng lượng phân từ cao khi thời gian kéo dài. 10 20 30 50 40 60 70 131,5o 100,5 10 20 30 40 50 60 70 t(h) % ch.hoá 113,5 Khi mức độ chuyển hoá cao thì dung dịch càng nhớt do đó nhiệt khó thoát khỏi khối phản ứng do đó để tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ gây gãy mạch, chuyển mạch … Người ta dùng phương pháp trùng hợp qua 2 giai đoạn Trùng hợp dung dịch Thành phần dung dịch Monome Dung môi Chất khởi đầu Dung môi có vai trò giải toả năng lượng nhiệt sinh ra trong quá trình phản ứng trùng hợp làm giảm hiện tượng quá nhiệt gây đứt mạch, chuyển mạch. Đặc điểm của trùng hợp dung dịch Tốc độ phản ứng chậm hơn so với trùng hợp khối, Polyme tạo thành có trọng lượng phân tử thấp hơn. Trọng lượng phân tử của polyme phụ thuộc vào loạI dung môi, nhiệt độ hay nói cách khác phụ thuộc vào điều kiện trùng hợp. Với các loại dung môi khác nhau như benzen,xylen,toluen … hằng số chuyển mạch khác nhau rõ rệt mặc dù tốc độ phát triển mạch gần bằng nhau. Polyme được lấy ra bằng cách thêm chất kết tụ polyme ( chỉ hoà tan monome không hoà tan polyme ) chúng là cacbua hydro của dầu mỏ, rượu metylic, etylic. Tách P.S ra khỏi dung dịch còn áp dụng phương pháp chưng cất dung môi dưới chân không hay chưng bằng hơi nước trực tiếp. Trùng hợp huyền phù Hỗn hợp phản ứng : Styren Chất khởi đầu Môi trường phân tán là nước - Trong nồi phản ứng có lắp cánh khuấy, vỏ bọc ngoài để đun nóng hoặc làm lạnh và thiết bị làm lạnh kèm theo. -Cần khống chế nhiệt độ trong nồi phản ứng chặt chẽ để giảm hiện tượng đứt mạch, chuyển mạch ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm. -Lọc sản phẩm, rửa nước và chuyển đến máy quay ly tâm để tách hết nước đi -Sấy polyme trên băng chuyền chấn động gặp dòng không khí nóng hay sấy trong thiết bị kiểu thùng quay. -Sản phẩm sấy xong trộn với chất màu trong thiết bị làm bằng thép không gỉ rồi đóng vào bao bì. Các giai đoạn của quá trình trùng hợp -Hiệu suất chuyển hoá trên 99,5%. -Giai đoạn đầu độ nhớt không cao nhờ sự khuyâý trộn monome không tan trong môi trường nước được phân bố thành những giọt nhỏ kích thước 5-10mm. -Chất khởi đầu tan trong monome. -Phản ứng trùng hợp xảy ra trong các giọt monome . Môi trường phân tán là nước để giải toả năng lượng nhiệt sinh ra trong quá trình trùng hợp. SL hạt tốc độ lớn nhỏ d(mm) - Tuỳ thuộc vào tốc độ khuấy mà kích thước các hạt cũng khác nhau. -Sản phẩm phản ứng dưới dạng hạt nhỏ do đó để thu được polyme tạo thành người ta phải loại nước và rửa chất khởi đầu. Khi đó các giọt dễ có khả năng keo tụ với nhau do đó người ta phải bổ xung thêm chất ổn định vào chúng là rượu polyvinylic. - Các phân tử polvinylic sẽ bao phủ bên ngoài các giọt polyme không cho chúng keo tụ với nhau. polyme PVR H2O Đặc điểm của trùng hợp huyền phù -Dễ điều chỉnh nhiệt độ -Khoảng nhiệt độ trùng hẹp, cho polyme có khối lượng phân tử phân bố đồng đều. -Dễ điều khiển hàm lượng monome dư bằng hệ xúc tác và nhiệt độ thấp . -Cho sản phẩm chịu được nhiệt độ cao. Trùng hợp nhũ tương Hỗn hợp phản ứng gồm có : Styren 30-60% so với nước Chất khởi đầu pesunphat kali. Môi trường phân tán là nước. Chất nhũ hoá 1-5 % so với khối lượng monome Muối đệm ổn định pH. Phương pháp tổng hợp Liên tục hay gián đoạn nhưng phương pháp gián đoạn phổ biển rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Quá trình trùng hợp qua các giai đoạn sau: +Khử chất hãm khỏi Styren +Trùng hợp Styren +Kết tụ polyme +Tách nước bẩn và rửa polyme +Chưng ly tâm +Sấy +Nghiền nhỏ, sấy khô và đóng bao Chất nhũ hoá là muối của axit béo : xà phòng hoặc các sulfoaxit . Chất nhũ hoá có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha làm cho monome dễ dàng phân tán trong môi trường nước. Xµ phßng dÇu ve cã c«ng thøc nh­ sau: Chất nhũ hoá có hai phần : phần ưa nước và phần kỵ nước. Ưa nước kỵ nước Chất nhũ hoá được hấp phụ trên bề mặt nhũ tương , một phần nhỏ hoà tan trong nước còn lại kết hợp với nhau tạo thành các Mixel. Các Mixel dạng tấm hoặc cầu. dạng tấm dạng cầu Phần lớn các Mixel tồn tại ở dạng giọt có kích thước 1-10m , nồng độ 1010-1011 /ml. ChÊt khëi ®Çu pesunphatkali cã c«ng thøc nh­ sau: ChÊt khëi ®Çu ph©n ly thµnh c¸c gèc tù do nh­ sau: Quá trình phản ứng như sau : -Monome ít tan trong nước , nó tan trong phần hữu cơ của Mixel -Chất khởi đầu tan trong n­íc phân ly thành các gốc tự do khuyếch tán vào bên trong các Mixel gọi là các Mixel hoạt động. -Vì kích thước của mixel nhỏ, nồng độ lớn do đó bề mặt riêng của Mixel rất lớn do đó nó khuyếch tán monome vào bên trong bắt đầu quá trình trùng hợp. M M M M Pha liªn tôc th­êng lµ n­íc vµ nh÷ng giät con lµ nh÷ng h¹t keo cã kÝch th­íc rÊt nhá h¬n 1mm. C¸c h¹t huyÒn phï ®Æc gäi lµ Latex.§èi lËp víi ph­¬ng ph¸p trïng hîp huyÒn phï hÖ nhò t­¬ng cã xu h­íng tù æn ®Þnh nhiÖt ®éng häc vµ cã kh¶ n¨ng kh«ng ®«ng tô khi khuy©ý trén. C¸c s¶n phÈm th­¬ng m¹i lµ c¬ së cña hÖ nhò t­¬ng dÇu trong n­íc nh­ng hÖ nhò t­¬ng n­íc trong dÇu còng cã thÓ t¹o thµnh monome hydrophtalic nh­ axit acrlic vµ acrylamin. HÖ nhò t­¬ng yªu cÇu sè l­îng cña phô gia trong pha n­íc vµ pha monome,chÊt ®iÒu chØnh pH,chÊt nhò ho¸ chóng cã thÓ ®­îc gäi lµ nh÷ng Latex tr­¬ng trong phô gia hoÆc dung m«i kh¸c. HÖ nhò t­¬ng chÊt khëi ®Çu tan trong n­íc nhiªï h¬n monome.HÖ thèng th­êng sö dông c¸nh khuÊy ®Ó ph©n t¸n lµ tèt nhÊt, thay ®æi thµnh phÇn trong suèt qu¸ tr×nh ph¶n øng(thªm monome lµ mét vÝ dô) vµ qu¸ tr×nh trïng hîp sÏ ¶nh h­ëng ®Õn tÝnh chÊt vµ ®Æc ®iÓm cña Latex. KÝch th­íc cña giät monome th­êng trong kho¶ng 1000-10000 nm,trong khi ®ã giät polyme ®­îc h×nh thµnh cã kÝch th­íc 100-400 nm.KÝch th­íc nµy thay ®æi kh¸ réng nã m« t¶ sù thay ®æi tØ träng cña monome vµ polyme.Sù t­¬ng ph¶n víi trïng hîp huyÒn phï,nhò t­¬ng lµ sù kh«ng ®¬n gi¶n cña trïng bªn trong giät monome. Harkin(1947,1950) ph¸t triÓn thuyÕt trïng hîp nhò t­¬ng hiÖn ®¹i cña Styren vµ Butadien trong c¬ chÕ cña chóng cña chóng gåm 3 bËc sau. BËc thø nhÊt lµ sù t¹o thµnh mÇm kÕt tinh polyme. BËc thø hai lµ giät monome c¹n kiÖt. BËc thø ba lµ sù chuyÓn ho¸ ë møc cao. BËc 1:Monome ®­îc thªm vµo n­íc chøa chÊt ho¹t ®éng,dung dÞch ®Öm,chÊt khëi ®Çu.Sù khuÊy trén th­êng ®­îc sö dông ®Ó lµm t¨ng diÖn tÝch bÒ mÆt cho phÐp hÖ thèng chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt lµm giät monome ph©n bè nh÷ng giät cã kÝch th­íc 1-10mm. HÖ thèng chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt th­êng tù nã ph¶i giíi h¹n trong Mixel ®Ó æn tõng bËc trong giät monome. ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt xuÊt hiÖn trong n­íc trong Mixel vµ ë bªn trong bÒ mÆt cña monome trong n­íc.Sù trïng hîp b¾t ®Çu khi chÊt khëi ®Çu khuyÕch t¸n ra bÒ mÆt Mixel vµ nhiÒu monome khuyÕch t¸n vµo trong Mixel tõ m«i tr­êng xung quanh cña pha n­íc.dung dÞch n­íc monome ®­îc thay thÕ bëi m«i tr­êng khuyÕch t¸n tõ giät monome.C¬ chÕ nµy gîi ý r»ng sù thay ®æi chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt lµ lý do dÉn ®Õn sù kh¸c nhau gi÷a kÝch th­íc Mixel vµ sè l­îng Mixel còng ¶nh h­ëng ®Õn trïng hîp. Giät polyme lín lªn rÊt nhanh lµm cho monome vµ chÊt ho¹t ®éng tõ pha n­íc khuyÕch t¸n vµo ®ång thêi chóng gi÷ mÇm kÕt tinh cho ®Õn khi hÇu nh­ tÊt c¶ c¸c chÊt nhò ho¸ bao phñ lªn bÒ mÆt cña giät monome. Giai ®o¹n nµy møc ®é chuyÓn ho¸ ®­îc 15% sè h¹t trong hÖ thèng t¨ng. B­íc 2: æn ®Þnh sè h¹t c¸c ph©n tö monome khuyÕch t¸n vµo bªn trong c¸c Mixel vËn tèc cña qu¸ tr×nh trïng hîp kh«ng ®æi.§Õn mét lóc nµo ®ã c¸c ph©n tö chÊt nhò ho¸ kh«ng ®ñ bao phñ c¸c polyme hoµ tan.C¸c h¹t sÏ cã xu h­íng kÕt hîp l¹i víi nhau.V× vËy sè h¹t trong hÖ thèng gi¶m,vËn tèc cña qu¸ tr×nh gi¶m. Khi møc ®é chuyÓn ho¸ 85% sè h¹t trong hÖ thèng kh«ng ®æi vËn tèc qu¸ tr×nh æn ®Þnh kÝch th­íc 150 nm. B­íc 3: Monome trong h¹t tiÕp tôc trïng hîp cho ®Õn khi ph¶n øng kÕt thóc.Nång ®é monome tiÕp tôc gi¶m trong suèt bËc nµy. C¹n kiÖt monome sinh ra c¸c ph¶n øng ®øt m¹ch,chuyÓn m¹ch v× lóc ®ã ph¶n øng x¶y ra trong m«i tr­êng ®Ëm ®Æc polyme.§èi víi mét sè monome ph¶n øng chuyÓn m¹ch lªn polyme lµ ®¸ng kÓ khi ®ã ng­êi ta ph¶i ®­a thªm chÊt ®iÒu chØnh khèi l­îng ph©n tö. Tãm l¹i: Sù trïng hîp Styren trong nhò t­¬ng cã thÓ tãm t¾t nh­ sau: Qu¸ tr×nh trïng hîp tiÕn hµnh trong nh÷ng Mixel xµ phßng vµ sau ®ã thùc hiÖn trong nh÷ng ph©n tö polyme-monome t¹o thµnh.§Çu tiªn trïng hîp monome hoµ tan trong c¸c Mixel xµ phßng sau ®ã monome tõ nh÷ng giät nhò t­¬ng ®i ra hoµ tan vµo polyme t¹o thµnh.Nhê sù xuÊt hiÖn c¸c ph©n tö polyme-monome nªn c¸c Mixel cña xµ phßng chuyÓn vµo ®ã vµ ph¶n øng tiÕp theo còng chñ yÕu x¶y ra ë ®ã.Sau khi chuyÓn ho¸ ®­îc 10-20% xµ phßng tiªu tèn hÕt ®Ó t¹o thµnh c¸c líp hÊp vµ qu¸ tr×nh trïng hîp hoµn toµn x¶y ra trong c¸c ph©n tö polyme. §Æc ®iÓm cña trïng hîp polyme nhò t­¬ng. Th«ng th­êng Latex th­¬ng m¹i cã tõ 30-150% thÓ tÝch r¾n,thÓ tÝch r¾n nµy hiÕm khi thÊp h¬n vµ nã l¹i cho kinh tÕ cao. Khèi l­îng ph©n tö ph©n bè kh«ng ®Òu. Tèc ®é ph¶n øng nhanh h¬n trong m«i tr­êng ®ång thÓ vµ dung m«i,dÔ dµng kiÓm tra vµ ®iÒu chØnh. MÆc dï tèc ®é trïng hîp kh¸ nhanh nh­ng Polystyren nhËn ®­îc cã träng l­îng ph©n tö (100000-200000) dÔ dµng gia c«ng theo ph­¬ng ph¸p ®óc Ðp d­íi ¸p suÊt. S¶n phÈm chøa hµm l­îng monome nhá vµ s¶n phÈm ë d¹ng bét thuËn lîi c¸n hay ®ãng b¸nh. Ph­¬ng ph¸p trïng hîp n­íc-nhò t­¬ng ®­îc ¸p dông réng r·i v× ph­¬ng ph¸p nµy cho phÐp tiÕn hµnh qu¸ tr×nh ë nhiÖt ®é võa ph¶i víi tèc ®é ph¶n øng línvµ polyme nhËn ®­îc cã träng l­îng ph©n tö cao. Ph­¬ng ph¸p nµy rÊt kinh tÕ khi kÕt tô nhò t­¬ng b»ng c¸ch ®un n­íc bay h¬i.DÜ nhiªn lóc ®ã kh«ng thÓ th¶i chÊt nhò ho¸ vµ c¸c chÊt thªm kh¸c v× vËy mµng polyme nhËn ®­îc kÐm bÒn víi t¸c dông cña n­íc vµ c¸c chÊt hãa häc h¬n víi mµng polyme nhËn ®­îc tõ dung dÞch polyme trong dung m«i h÷u c¬. Trong nh÷ng tr­êng hîp cÇn t¸ch nhò t­¬ng th× t¸ch polyme b»ng c¸ch thªm chÊt ®iÖn gi¶i,läc,röa råi sÊy kh«. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn trïng hîp: Khi trïng hîp Styren trong nhò t­¬ng æn ®Þnh nhê c¸c xµ phßng qu¸ tr×nh tiÕn hµnh víi tèc ®é kh«ng ®æi cho ®Õn khi trong hÖ thèng kh«ng cßn chøa c¸c h¹t nhò t­¬ng.Do monome chuyÓn vµo c¸c ph©n tö polyme nång ®é monome gi¶m nªn tèc ®é trïng hîp gi¶m. Tèc ®é ph¶n øng trong c¸c giät nhò t­¬ng còng gÇn víi tèc ®é ph¶n øng trong khèi monome nh­ng nh­ng bÐ h¬n 2-3 lÇn bÐ h¬n tèc ®é ph¶n øng trong c¸c ph©n tö Mixel vµ polyme. B¶n chÊt vµ l­îng chÊt nhò ho¸ cã ¶nh h­ëng quyÕt ®Þnh ®Õn trïng hîp vµ tÝnh chÊt polyme. Khi nång ®é chÊt nhò ho¸ gi¶m th× tèc ®é ph¶n øng gi¶m nh­ng thêi gian trïng hîp vµ träng l­îng ph©n tö polyme t¨ng. 3. S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ. Trong ®å ¸n nµy cña em ®­îc giao nhiÖm vô lµ “ ThiÕt kÕ ph©n x­ëng s¶n xuÊt PS theo ph­¬ng ph¸p nhò t­¬ng gi¸n ®o¹n”. Chó thÝch: 1.Thïng l­êng Styren. 2, 8, 9 .Thïng l­êng n­íc. 3.Thïng l­êng chÊt nhò ho¸. 4.Nåi trïng hîp. 5.ThiÕt bÞ lµm l¹nh. 6.Thïng chøa trung gian. 7.ThiÕt bÞ kÕt tô. 10.ThiÕt bÞ röa. 11.M¸y ly t©m. 12.ThiÕt bÞ sÊy ch©n kh«ng. 13.ThiÕt bÞ nghiÒn. 14.Sµng. 15.Bao b×. Monome s¹ch cho vµo thïng l­êng 1, n­íc cÊt cho vµo thïng l­êng 2, chÊt nhò ho¸ cho vµo thïng l­êng 3. §Ó tiÕn hµnh ph¶n øng, ®Çu tiªn cho n­íc vµ xµ phßng dÇu ve vµo nåi ph¶n øng.Sau 50 – 60 phót khuÊy trén, cho tiÕp Styren vµ chÊt khëi ®Çu.Sau ®ã ®un nãng hçn hîp lªn 65 – 70oC trong 2 giê.NhiÖt ®é tiÕp tôc n©ng lªn 85 – 900C, chñ yÕu nhê vµo nhiÖt ph¶n øng to¶ ra.Khi hµm l­îng tù do cßn nhá h¬n 0,3% th× cho kÕt thóc trïng hîp, cho hçn hîp ph¶n øng vµo thiÕt bÞ trung gian 6. Giai ®o¹n kÕt thóc tiÕn hµnh trong thiÕt bÞ kÕt tô 7 nh­ sau: Cho n­íc tõ thïng l­êng 8 ch¶y vµo thiÕt bÞ ch¶y vµo thiÕt bÞ kÕt tô råi cho thªm phÌn ( 3 kg phÌn cho thªm 250 lÝt n­íc ). KhuÊy trén 5 – 10 phót, phun dung dÞch nhò t­¬ng tõ thݪt bÞ kÕt tô 6 vµo thµnh tõng tia nhá.Sau khi cho hÕt nhò t­¬ng cßn tiÕp tôc khuÊy 15 – 20 phót råi sôc h¬i n­íc qua èng ph©n phèi trong 45 – 80 phót.Qu¸ tr×nh kÕt thóc nÕu mÉu kiÓm tra ph©n thµnh hai líp râ rÖt.TiÕp theo chuyÓn hçn hîp lªn thiÕt bÞ röa 10.ë ®©y gia nhiÖt lªn 70 - 800C.Sau khi polyme l¾ng xuèng, cho n­íc bÈn ch¶y vµo ®­êng th¶i.TiÕn hµnh röa 5 lÇn b»ng n­íc nãng nh­ vËy, ®Õn lÇn röa thø 5, n­íc cïng polyme cho tõng ®ît vµo m¸y khuÊy ly t©m 11 ®Ó t¸ch n­íc khái polyme. Sấy polyme trong thiÕt bÞ khuÊy ch©n kh«ng 12 ®Õn ®é Èm cña s¶n phÈm kh«ng qu¸ 0,5%.Sau khi sÊy, nghiÒn b»ng thiÕt bÞ 13.NhiÖt ®é nghiÒn kh«ng qu¸ 50 – 600C.NghiÒn xong cho qua sµng råi ®ãng gãi s¶n phÈm. 2.6.2.TÝnh chÊt cña polystyren trïng hîp theo ph­¬ng ph¸p nhò t­¬ng.[3] B¶ng 11: TÝnh chÊt cña polystyren trïng hîp theo ph­¬ng ph¸p nhò t­¬ng. TÝnh chÊt Nh·n hiÖu A B C §é nhít t­¬ng ®èi cña dung dÞch 1% trong benzen, kh«ng nhá h¬n 3,0 3,0 3,0 –6,0 Giíi h¹n bÒn khi uèn,kg/cm2, kh«ng nhá h¬n 900 900 - §é bÒn va ®Ëp,kg/cm2, kh«ng nhá h¬n 15 15 3,5 §é bÒn nhiÖt Mactanh,0C, kh«ng nhá h¬n 80 80 80 §é hót n­íc,g/dm2,kh«ng nhá h¬n 0,03 0,03 0,03 H»ng sè ®IÖn m«i ë ®é Èm t­¬ng ®èi 65% vµ tÇn sè 60Hz, kh«ng lín h¬n - 2,7 2,7 Tang cña gãc tæn hao ë ®é Èm t­¬ng ®èi 65% vµ tÇn sè 60Hz, kh«ng lín h¬n - 0,002 0,002 A Dïng ®Ó lµm c¸c s¶n phÈm th«ng dông. B – Dïng ®Ó lµm c¸c s¶n phÈm kü thuËt. 4. Tính chất và ứng dụng 4.1.Tính chất P.S là loại vật liệu cứng , giòn , trong suốt , không có mùi vị , cháy cho ngọn lửa không ổn định . Tính chất kỹ thuật của Polystyren chủ yếu do điều kiện và phương pháp trùng hợp quyết định . Theo các phương pháp trùng hợp khác nhau khối lượng phân tử của polyme cũng khác nhau : +Trùng hợp khối MTB=20 000 –800 000 .Sản phẩm kỹ thuật nhận được có khối lượng phân tử M = 200 000- 300 000 chủ yếu dùng để tẩm và đúc dưới áp suất. +Trùng hợp nhũ tương MTB=70 000 –200 000 , cũng có thể thu được M cao hơn nhưng sản phẩm khó gia công theo phương pháp ép ,ép đúc dưới áp suất . 4.2.Cấu tạo P.S có cấu tạo vô định hình,khi kéo các phân tử có xu hướng định hướng theo chiều tác dụng lực và làm tăng độ bền lên đáng kể theo hướng kéo . Đại phân tử P.S có nhánh và nhánh nhiều hay ít phụ thuộc vào phương pháp gia công,điếu kiện và mức độ trùng hợp. 1,3 ®Çu nèi ®u«i: 1,3difenylpropan: 1,3,5 trifenylpentan: 4.3. Độ hoà tan và trọng lượng phân tử Styren không hoà tan trong nước , hoà tan theo bất cứ tỉ lệ nào trong rượu,nước,keton,este,ete,cacbuahydrothơm,cacbua hydro clohoá,nitro paraphin Trọng lượng phân tử của Polystyren được xác định thông qua độ nhớt theo công thức sau: = K* Ma Trong đó M là khối lượng phân tử của polyme là độ nhớt của dung dịch 4.4. Độ bền hoá học P.S chịu hoá chất rất tốt . Kiềm,axit,sulfuric,axit photphoric,axit boric với bất cứ nồng độ nào. P.S bền với nước,rượu,xăng,dầu thảo mộc,và các dung dịch muối,axit nitric đậm đặc và các chất oxi hoá . Nhóm fenyl hoạt hoá nguyên tử C thứ ba không đối xứng ký hiệu (*) Nguyên tử H ở đó có thể tham gia một số phản ứng oxi hoá.Nhóm phenyl có thể tham gia phản ứng clo hoá,nitro hoá,sunfo hoá,hydro hoá….Những điều kiện cho các phản ứng cần thiết đó làm phân huỷ một phần và tăng độ giòn của P.S và làm cho Poly styren có màu. 4.5. Tính chất chịu nhiệt. - Độ chịu nhiệt của P.S theo Mactanh là 800C còn theo Vic là 105-1100C,nhiệt độ hoá thuỷ tinh 80-820C.Vượt qua nhiệt độ hoá thuỷ tinh P.S chuyển sang trạng thái mềm cao và trạng thái đó bảo tồn trong một giới hạn nhiệt độ rộng 70-1500C. - Tăng độ chịu nhiệt của P.S bằng cách đồng trùng hợp stryren với monome chứa nhân thơm:b-vynylnapaphtalin,vynylcacbafol. 4.6. Tính chất cách điện. Do cấu tạo của PS chỉ có cacbon,hydro và độ phân cực yếu momen lưỡng cực 0,37.10-18 do đó PS cách điện hoàn hảo nhất. P.S dùng bọc dây cáp cao tần,các sản phẩm kỹ thuật vô tuyến điện.Màng P.S dùng để sản các đồ điện cao tần ổn định, chính xác với tính cách điện cao, tg của góc tồn hao điện môi bé trong phạm vi tần số thay đổi khá rộng. P.S dùng để làm khung cho các vòng dây điện cuộn, chân cho các tụ điện có điện dung cố định hay thay đổi, dùng làm máy tính điện tử. 4.7.Ứng dụng và phương pháp gia công sản phẩm Sản phẩm đúc ép dưới áp suất: Chu kỳ đúc ép của sản phẩm không lớn lắm 30- 60s, thời gian lưu lại trong khuôn vài giây, khuôn được làm lạnh bằng nước. để đảm bảo năng xuất của sản phẩm người ta tiến hành làm nguội nhanh sau đó xử lí nhiệt của sản phẩm. PS trùng hợp khối đi vào máy đúc ép ở dạng hạt lớn không phải chế biến sơ bộ. PS nhũ tương dùng ở dạng bánh nhỏ d=5mm và nặng 0,5g nhận được bằng cách ép nguội, thành phần bột ép còn thêm chất bôi trơn, chất màu, chất nhũ hoá, chất hoá dẻo. P.S trộn với chất hoá dẻo hàm lượng 1% làm tăng độ chảy của polyme ở nhiệt độ cao còn giữ nguyên các tính chất của polyme. P.S trộn với chất hoá dẻo với hàm lượng 2% làm giảm độ chịu nhiệt và độ bền khi kéo. Sản phẩm ép đùn: P.S trùng hợp khối có thể gia công thành sản phẩm theo phương pháp ép đùn trên máy trục vít tạo thành các sản phẩm dạng ống, thanh, băng, sợi, màng. Ống: -Ống P.S dùng để bọc dây điện. ống gia công cần đáp ứng được những tính chất: độ co đồng đều, bề mặt sản phẩm nhẵn. -P.S bột đi vào máy trục vít đun nóng chảy ra nhớ máy trục vít đẩy ra khỏi đẩu khuôn sau đó làm lạnh sản phẩm bằng không khí, nước. tuỳ theo đầu khuôn mà sản phẩm có hình dạng khác nhau: ống, thanh, bản mỏng, sợi. Màng và sợi: * Sản xuất màng bột P.S cho vào phễu nạp liệu rồi nhờ vít xoắn chuyển vào máy ép đùn trục vít. P.S được đun nóng đến 150- 160oc trong máy trục vít rồi đi qua khuôn tạo hình thành ống sau đó được kéo giãn trên khung căng hình parabol. Dưới tác dụng của không khí có áp và nhờ các con quay định hướng ống biến thành túi dẹt. rồi cắt đứt hai bên biên tạo thành màng. *Sản xuất sợi Cho vật kiệu nóng chảy qua đầu khuôn có nhiều lỗ tròn 40 lỗ. sợi sau khi ra khỏi đầu khuôn léo căng vài lần rồi cho cuộn lại. PhÇn III: TÝnh to¸n kü thuËt §¬n phèi liÖu trïng hîp PS theo ph­¬ng ph¸p nhò t­¬ng: Styren:100 phÇn träng l­îng . N­íc: 250 phÇn träng l­îng. Xµ phßng dÇu ve: 3 phÇn träng l­îng. Pesunphat kali: 0,25 phÇn träng l­îng. CÊu tö I II III IV V Styren 100 100 100 N­íc 250 175 200 Xµ phßng dÇu ve 3 0,4-1,2 0,4-1,2 0,4-1,2 0,4-1,2 R­îu vinylic 0,2 Muèi Natricña axit (C10-C15) 2 Pesunphat Kali 0,25 0,3 0,2 Hydroperoxyt(30%) 2,5 0,23 Peroxyt benzoil 0,83 3.1C©n b»ng vËt chÊt: S¬ ®å kh«i d©y chuyÒn c«ng nghÖ trïng hîp PS theo ph­¬ng ph¸p nhò t­¬ng gi¸n ®o¹n Nguyªn liÖu Trïng hîp KÕt tô SÊy Röa §ãng bao Tæn hao qua c¸c c«ng ®o¹n: N¹p liÖu: tæn hao 0,2%. Trïng hîp: tæn hao 0,2%. KÕt tô: tæn hao 1%. Röa: tæn hao 1%. SÊy vµ ®ãng bao: tæn hao 0,5% Thêi gian lµm viÖc: Tæng sè ngµy trong n¨m: 365 ngµy NghØ chñ nhËt: 52 ngµy NghØ lÔ tÕt: 7 ngµy NghØ b¶o d­ìng: 14 ngµy Tæng sè ngµy nghØ : 73 ngµy. Sè ngµy lµm viÖc trong 1 n¨m lµ: 365-83=292( ngµy) h : N¨ng suÊt thiÕt bÞ trong 1 ngµy (tÊn/ngµy) §Ó thuËn tiÖn ta tÝnh c©n b»ng vËt chÊt cho 1 tÊn s¶n phÈm. C«ng ®o¹n ®ãng gãi s¶n phÈm tæn hao 0,5% nªn l­îng s¶n phÈm tr­íc khi ®­a vµo c«ng ®o¹n nµy lµ: C«ng ®o¹n röa tæn hao 1% nªn s¶n l­îng tr­íc khi ®­a vµo c«ng ®o¹n nµy lµ: C«ng ®o¹n kÕt tô tæn hao 1% nªn s¶n l­îng tr­íc khi ®­a vµo giai ®o¹n nµy lµ: C«ng ®o¹n trïng hîp tæn hao 0,2% nªn s¶n l­îng tr­íc khi ®­a vµo c«ng ®o¹n nµy lµ: C«ng ®o¹n n¹p liÖu tæn hao 0,2% nªn s¶n l­îng tr­íc khi ®­a vµo c«ng ®o¹n nµy lµ: VËy ®Ó tæng hîp ra 1000 kg s¶n phÈm cÇn:1029,47(kg) Styren. §Ó s¶n xuÊt ®­îc 1000 kg nhùa PS cÇn 1029,47 kg Styren 2573,67 kg n­íc 30,884 kg xµ phßng dÇu ve 2,573 kg pesunphat kali. Tõ ®ã ta tÝnh ®­îc c©n b»ng vËt chÊt cho 1000 tÊn s¶n phÈm: Nguyªn liÖu Khèi l­îng riªng (kg/m3) Khèi l­îng ph©n tö (kg/kmol) Khèi l­îng (kg) Sè (kmol) S¶n phÈm (tÊn/n¨m) Styren 1040 104 102947 898,75 1000 N­íc 1000 18 257367 2573,67 Xµ phßng dÇu ve 950 291 30884 106,13 Pesunphat kali 1000 242 2573 10,63 C©n b»ng vËt chÊt cho 1 ngµy s¶n xuÊt: Nguyªn liÖu Khèi l­îng riªng (kg/m3) Khèi l­îng ph©n tö (kg/kmol) Khèi l­îng (kg) Sè (kmol) S¶n phÈm (tÊn/ngµy) Styren 1040 104 3525,6 33,89 3,425 N­íc 1000 18 8814 8,814 Xµ phßng dÇu ve 950 291 105,76 0,3634 Pesunphat kali 1000 242 8,81 0,0364 3.2 TÝnh to¸n kÝch th­íc thiÕt bÞ ph¶n øng: ThÓ tÝch lµm viÖc cña nåi ph¶n øng: Thêi gian lµm viÖc cña tõng mÎ: 30 phót n¹p liÖu. 60 phót khuÊy trén 150 phót trïng hîp. 15 phót ®un nãng ®Õn 900C 120 phót ®«ng tô 30 phót th¸o s¶n phÈm tõ thiÕt bÞ ph¶n øng sang thïng chøa trung gian. 60 phót röa, sÊy, nghiÒn. Thêi gian tæng céng :30+ 60 + 135 +15 +120 + 30 + 60 = 450 (phót). Mét ngµy cã 24 giê tøc lµ cã: 24.60 = 1440 phót. Nh­ vËy mçi ngµy cã thÓ nÊu ®­îc 3 mÎ, v× 450 x 3 = 1350 phót. Do ®ã mçi mÎ ph¶i s¶n xuÊt ®­îc (tÊn/mÎ). Theo c«ng thøc: r1, r2,r3,r4 :lÇn l­ît lµ khèi l­îng riªng cña Styren, n­íc, dÇu ve, pesunphat Kali ,(kg/m3). rhh lµ khèi l­îng riªng cña hçn hîp,(kg/m3). x1,x2,x3,x4: lÇn l­ît lµ nång ®é phÇn khèi l­îng cña tõng cÊu tö trong hçn hîp. x1=xs= x2=xn= x3=xdv= V× hµm l­îng cña pesunphat kali nhá nªn ta cã thÓ bá qua. VËy ® rhh = 971,32(kg/m3) Tõ c«ng thøc Vhh = Ghh: Khèi l­îng hçn hîp ph¶n øng. Vhh: ThÓ tÝch cña hçn hîp ph¶n øng. Ghh=3525+8814+105,76+8,81=12453,57(kg) Vhh= Nh­ vËy mçi mÎVhh= Vlv= lµ hÖ sè ®iÒn ®Çy.Chän a=0,8 ThÓ tÝch lµm viÖc cña th¸p lµ: TÝnh chiÒu cao cña th¸p: Tõ c«ng thøc tÝnh thÓ tÝch th¸p V= H:lµ chiÒu cao cét chÊt láng trong nåi ph¶n øng(m). Dt: §­êng kÝnh trong cña thiÕt bÞ ph¶n øng (m). Theo b¶ng [2 Tr 382] ta ®­îc: Dt(m) Vt(m3) H(m) 1,5 5,33 3,02 1,6 2,65 1,8 2,1 Nh­ vËy chän kÝch th­íc thÝch hîp lµ: Dt=1,8 m H=2,1 m. TÝnh to¸n c¬ khÝ: Th©n h×nh trô lµ bé phËn chñ yÕu do lµm viÖc ¬ ¸p suÊt th­êng nªn ta chÕ t¹o th©n h×nh trô theo ph­¬ng ph¸p hµn TÝnh chiÒu dµy th©n th¸p: ChiÒu dµy cña th©n h×nh trô ®­îc tÝnh theo c«ng thøc [(XIII.8)Tr360] C : hÖ sè bæ xung ¨n mßn hay dung sai vÒ chiÒu dµy (m). P: ¸p suÊt thiÕt bÞ (N/m2) j:HÖ sè bÒn cña thµnh h×nh trô theo ph­¬ng däc TÝnh j : P=Pkq+P1 P1: Lµ ¸p suÊt cét chÊt láng x¸c ®Þnh nh­ sau. P1=r.g.H H chiÒu cao cét chÊt láng (m). P2= 105(N/m2) vËy P=105+20009,85=120009,85(N/m2) TÝnh [d]: Chän vËt liÖu lµm th¸p lµ lo¹i thÐp CT3. (XIII.1 Tr355 T2). (XIII.2 Tr356 T2). nk, nc: HÖ sè an toµn theo giíi h¹n bÒn vµ giíi h¹n ch¶y. dk, dc: Giíi h¹n bÒn khi kÐo vµ khi ch¶y. h: HÖ sè hiÖu chØnh(chän h=0.9). Tra ë b¶ng [XIII.3 Tr356] ta ®­îc: nk=2,6 nc=1,5 Tra ë[ XIII.3 Tr356] ta ®­îc: dk =380.106(N/m2) dc= 240.106(N/m2) [s] ®­îc chän theo gi¸ trÞ nhá h¬n do ®ã [s]=131,54.106(N/m2). TÝnh j: Chän ph­¬ng ph¸p hµn b»ng tay vµ hå quang ®iÖn hµn kiÓu gi¸p mèi hai bªn. Theo b¶ng XIII.8 Tr362 ta ®­îc j= 0,95 TÝnh C: [XIII.17 Tr363] Trong ®ã : C1 lµ chiÒu dµy bæ xung do ¨n mßn, xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn ¨n mßn vËt liÖu cña m«i tr­êng vµ thêi gian lµm viÖc cña thiÕt bÞ C1=1mm. C2 chiÒu dµy bæ xung do hao mßn (C2=0). C3 : Bæ xung do dung sai cña chiÒu dµy theo b¶ng [XIII.9Tr364] ta cã C3=0,22(mm). Do ®ã : C=0,01+0,0022=1,22.10-3(m). V× nªn ta cã thÓ bá qua P ë mÉu sè. Do ®ã VËy chiÒu dµy cña th¸p lµ S= 5(mm). KiÓm tra øng suÊt thö: Theo [XIII.26 Tr365] øng suÊt tÝnh theo ¸p suÊt thö ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: Trong ®ã : P0 lµ ¸p suÊt thö tÝnh to¸n. P0=Pth+P1(N/m2). Pthlµ ¸p suÊt thö thuû lùc. Pth=1,5.P= 1,5.120009,85=180014,78(N/m2). P1¸p suÊt thuû tÜnh cña n­íc ë t=800C. P1=r1.g.HL=971,32.9,81.2,1=20010,16 (N/m2). P0=180014,78+20010,16=200024,94 (N/m2) do ®ã chiÒu dµy cña th¸p tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn. TÝnh ®¸y vµ n¾p: Chän ®¸y vµ n¾p lo¹i elip cã gê. VËt liÖu ®ång nhÊt víi th©n lµ thÐp CT3 . ë t©m ®¸y cã èng th¸o s¶n phÈm ®¸y . ë t©m n¾p cã lç trôc moto cho c¸nh khu©ý vµ bªn c¹nh cã cöa n¹p liÖu. Ngoµi ra ë n¾p vµ ®¸y cßn cã gê h×nh trô ®­êng kÝnh 1,8(m). Tra ë b¶ng [XIII.10Tr382 T2] ta cã: ht=375(mm). BÒ mÆt trong F=2,56(m2). ChiÒu dµy cña ®¸y vµ n¾p ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: [XIII.47 Tr 386 T2]. hb:chiÒu cao phÇn låi cña ®¸y. jh: HÖ sè bÒn hµn cña mèi hµn.jh=0,95. k: HÖ sè bÒn hµn cña mèi hµn®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau d: §­êng kÝnh lín nhÊt hay kÝch th­íc lín nhÊt cña lç kh«ng ph¶i h×nh trßn cña lç kh«ng t¨ng cøng.Do ®­êng kÝnh èng ë ®¸y vµ n¾p lµ kh¸c nhau nªn ta ph¶i tÝnh hÖ sè k cña ®¸y vµ n¾p. ë n¾p, ®¸y cã èng dÉn nguyªn liÖu vµ th¸o s¶n phÈm ®­êng kÝnh d=200 mm nªn . V× do ®ã ®¹i l­îng P ë mÉu sè cã thÓ bá qua nªn: V× S-C=2,2<10 nªn ta chän chiÒu dµy S=5(mm). Thö øng suÊt thuû lùc n¾p thiÕt bÞ theo ¸p suÊt thuû lùc ta thÊy tho¶ m·n nh­ vËy. Nh­ vËy n¾p vµ ®¸y thiÕt bÞ cã: hb=375 mm. F=2,56 m2. ChiÒu cao gê 25 mm. Theo b¶ng [XIII.11Tr384 T2] ta cã khèi l­îng n¾p vµ ®¸y lµ m=142(kg). TÝnh b¶o «n thiÕt bÞ: B¶o «n cã t¸c dông lµm gi¶m nhiÖt mÊt m¸t ra ngoµi bÒ mÆt ph¶n øng. Do vËy nã cã t¸c dông lµm gi¶m nhiÖt mÊt m¸t ra ngoµi ®Ó gi¶m bít n¨ng l­îng ®un nãng thiÕt bÞ. t1: NhiÖt ®é chÊt t¶i nhiÖt (0C). tT1: NhiÖt ®é cña bÒ mÆt trong cña thµnh thiÕt bÞ,(0C). tT2: NhiÖt ®é cña bÒ mÆt b¶o «n tiÕp gi¸p víi kh«ng khÝ,(0C). t2: NhiÖt ®é cña kh«ng khÝ,(0C). st:ChiÒu dµy tÊm thÐp,(0C). sbo: ChiÒu dµy líp b¶o «n,(m). lt: HÖ sè truyÒn nhiÖt cña thÐp, (W/m.®é). lbo: HÖ sè truyÒn nhiÖt cña líp b¶o «n,(W/m.®é). Coi qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt tõ chÊt t¶i nhiÖt ra m«i tr­êng lµ truyÒn nhiÖt ®¼ng nhiÖt vµ æn ®Þnh. Nh­ vËy q1=q2=q3. Trong ®ã: q1nhiÖt t¶i riªng t ®Õn thµnh thiÕt bÞ ,(W/m2). q2: NhiÖt t¶i riªng do dÉn nhiÖt qua thµnh, (W/m2). q3: NhiÖt t¶i riªng do bøc x¹ tõ thµnh thiÕt bÞ ra m«i tr­êng, (W/m2). q1=a1.Dt1 Dt1:HiÖu sè nhiÖt ®é gi÷a h¬i vµ thµnh trong thiÕt bÞ ,(0C). Dt1=t1-tT1 a1: HÖ sè cÊp nhiÖt cña h¬i ®un nãng,(W/m2.®é). NhiÖt t¶i riªng qua t­êng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Dt2:Chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a thµnh trong vµ thµnh ngoµi. Sr: Tæng nhiÖt trë cña thµnh,(m2.®é/W). Dt2=tT1-tT2=t1-tT2-Dt1 rc: NhiÖt trë cña cÆn, (m2.®é/W). st,sbo: LÇn l­ît lµ chiÒu dµy líp thÐp, líp b¶o «n,(m). ® NhiÖt t¶i riªng vÒ phÝa kh«ng khÝ x¸c ®Þnh nh­ sau: ak: HÖ sè cÊp nhiÖt vÒ phÝa kh«ng khÝ. Dt3: HiÖu sè nhiÖt ®é gi÷a thµnh b¶o «n vµ m«i tr­êng. Dt3=tT2-t2 ak=9,3+0,058.tT2 Do q1=q2 nªn Nªn ChiÒu dµy líp b¶o «n lµ: Chän vËt liÖu b¶o «n lµ b«ng thuû tinh lbo=0,692(W/m.®é). HÖ sè dÉn nhiÖt cu¶ thÐp lµm vá ¸o lµ thÐp CT3:lbt=50,2(W/m.®é). Sö dông h¬i n­íc b·o hoµ ë 2 atm ®Ó cung cÊp nhiÖt cho ph¶n øng . Theo b¶ng [I.250 Tr312 T2] ta cã t1=119,60C . NhiÖt ®é m«i tr­êng lµ 250C. Gi¶ thiÕt nhiÖt ®é mÆt ngoµi cña líp b¶o «n lµ tT2=300C. BÒ dµy cña vá ¸o lµ st=4 mm. C¸c th«ng sè cña h¬i b·o hoµ ë 2 atm vµ t=119,60C. Khèi l­îng riªng: r=1119,9(kg/m3). HÖ sè dÉn nhiÖt :l=2,7179.10-2(W/m.®é). NhiÖt dung riªng: Cp=0,505(kcal/kg.®é). §é nhít:m=138,85.10-7(Ns/m2). Khi ®un nãng h¬i n­íc chuyÓn ®éng trong kho¶ng kh«ng gian gi÷a vá ¸o vµ th©n thiÕt bÞ. ThiÕt diÖn lµ kho¶ng kh«ng gian h×nh vµnh kh¨n nªn chuÈn sè Nuxen x¸c ®Þnh nh­ sau. . Trong ®ã: w: VËn tèc h¬i n­íc,(m/s). dtd: §­êng kÝnh t­¬ng ®­¬ng víi thiÕt diÖn h×nh vµnh kh¨n,(m). dtd=D-d D: §­êng kÝnh vá ¸o,(m). d: §­êng kÝnh th©n thiÕt bÞ,(m). m: §é nhít cña h¬i,(N.s/m2). ChuÈn sè Pran x¸c ®Þnh nh­ sau: [V.35 Tr12 T2]. Ta cã : d=1500+2.5=1510(mm). D=1600(mm) Do ®ã : (W/m2.®é). (W/m2.®é). Tõ ®ã ta tÝnh ®­îc rc=0,464.10-3(m2.®é/W). ®sbo=0,053(m)=53(mm) KiÓm tra l¹i xem chiÒu dµy líp b¶o «n nh­ vËy cã b¶o ®¶m kh«ng: HÖ sè truyÒn nhiÖt cña h¬i n­íc ra ngoµi m«i tr­êng. KiÓm tra nhiÖt ®é b¶o «n: So víi 350C sai sè <5% nªn ta chÊp nhËn ®­îc. 3.3 C¸c èng dÉn nguyªn liÖu vµo nåi ph¶n øng:C¸c èng nèi dïng ®Ó nèi thiÕt bÞ víi ®­êng èng c«ng nghÖ. §ã lµ 1 ®o¹n èng cã bÝch chÕ t¹o b»ng vËt liÖu gièng vËt liÖu vá hoÆc ®óc liÒn víi th©n. §­êng kÝnh cña èng dÉn nguyªn liÖu ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Q: L­u l­îng cña l­u thÓ,(m3/s). v: VËn tèc cña l­u thÓ trong èng,(m). N­íc tù ch¶y trong èng th× v=0,08-0,15 m/s. N­íc ch¶y do ¸p lùc th× v=0,8-1,5 m/s. H¬i n­íc b·o hoµ th× v=20-30 m/s. Kh«ng khÝ vµ c¸c khÝ kh¸c v=8-12m/s. èng nèi cña Styren víi thiÕt bÞ ph¶n øng: Gi¶ thiÕt thêi gian n¹p liÖu lµ : 30 phót. Khèi l­îng Styren cho mçi mÎ lµ :m=1141,87(kg). Do ®ã Chän vËn tèc l­u thÓ trong èng: v=1,5 m/s. ®d=24 mm V× èng ng¾n nªn ta cã thÓ t¨ng ®­êng kÝnh lªn 2 lÇn do ®ã ta lÊy: d=76 mm. ChiÒu dµi èng nèi l=100 mm. èng dÉn n­íc vµo nåi ph¶n øng: Qn: L­u l­îng cña n­íc ch¶y trong èng dÉn (m3/s). mn: Khèi l­îng cña n­íc cÇn b¬m cho mçi mÎ s¶n xuÊt, (kg). rn: Khèi l­îng riªng cña n­íc , (kg/m3). dn: §­êng kÝnh èng nèi dÉn n­íc vµo thiÕt bÞ ph¶n øng(m). Qui chuÈn dn=219 mm ChiÒu dµi èng nèi l=115 mm. èng dÉn xµ phßng dÇu ve vµo nåi ph¶n øng: mdv=34,256(kg) ddv: §­êng kÝnh èng dÉn xµ phßng d©u ve vµo thiÕt bÞ ph¶n øng (m). Qui chuÈn : dn=25 mm. l=70 mm. 3.4TÝnh tai treo thiÕt bÞ: ThiÕt bÞ ph¶n øng lµ d¹ng nåi ph¶n øng cã träng l­îng lín vµ th­êng chÞu øng suÊt vµ rung ®éng khi lµm viÖc. §Ó gi÷ c¸c thiÕt bÞ nµy ta cã thÓ sö dông ch©n ®ì hoÆc tai treo . Trong ®ã tai treo cã nhiÒu ­u ®iÓm h¬n v× nã gän nhÑ vµ kh«ng lµm v­íng c¸c c¬ cÊu kh¸c ®ång thêi ph©n bè t¶i träng ®Òu vµ gi¸ rÎ. m=mth+m®+mn+mvo+m®c+mbo+mngl+mbx Trong ®ã: mth: Khèi l­îng th©n th¸p. m®: Khèi l­îng ®¸y. mn: Khèi l­îng ®¸y th¸p. mvo: Khèi l­îng vá thiÕt bÞ. m®c: Khèi l­îng c¸nh khuy©ývµ trôc quay. mngl: Khèi l­îng nguyªn liÖu. mbs: Khèi l­îng bæ xung. TÝnh mth: mth=rth.V rth=7,85.103(kg/m3). Khèi l­îng cña ®¸y, n¾p m®=mn=142(kg). TÝnh mbo: mbo=r.V [I.1 Tr9 T1]. h:ChiÒu cao cña toµn th¸p,(m). Dn: §­êng kÝnh ngoµi cña líp b¶o «n,(m). Dt: §­êng kÝnh trong cña líp b¶o «n,(m). h=3+2.(375+25).10-3=3,8(m). Dn=1810+106+10=1926(mm)=1,926(m). Dt=1,926-10 =1,916(mm)=1,916(m). Khèi l­îng cña nguyªn liÖu ®· tÝnh ë phÇn c©n b»ng vËt chÊt ta ®­îc mngl=4151,2(kg). LÊy mbs=250(kg). Khèi l­îng tæng céng: m=737,9+142+142+19,34+4151+250=5442,27(kg). Chän tai treo lo¹i 4 tai t¶i träng cña mçi tai lµ: Theo b¶ng [XIII.36 Tr438 T2] ta chän tai treo lo¹i 2,5.104(N). L=150 mm. S=8 mm.l=45 mm a=20 mm d=30 mm B=120 mm. B1=130 mm. H=215 mm. 3.5TÝnh bÝch: Do thiÕt bÞ ph¶n øng lµm viÖc ë ¸p suÊt th­êng nªn ta chän kiÓu mÆt bÝch liÒn. Chän bÝch liÒn lµm b»ng thÐp kiÓu I víi c¸c th«ng sè sau. Dt=1800 mm. db:M30 Db=1890 mm. D1=1860 mm. D0=1815 mm. D=1940 mm. Z=40 c¸i. h=48 mm. 3.6TÝnh to¸n b¬m: B¬m lµ m¸y thuû lùc dïng ®Ó vËn chuyÓn vµ truyÒn n¨ng l­îng cho chÊt láng. Dùa vµo nguyªn lý lµm viÖc cña b¬m ng­êi ta chia b¬m lµm 3 lo¹i: b¬m thÓ tÝch, b¬m ly t©m, b¬m kh«ng cã bé phËn dÉn ®éng. §Æc ®iÓm cña b¬m ly t©m lµ n¨ng l­îng vµ ¸p suÊt chÊt láng t¨ng lªn nhê lùc ly t©m t¹o ra trong chÊt láng khi guång quay. Trong c«ng nghiÖp hiÖn nay do yªu cÇu cña kü thuËt s¶n xuÊt ng­êi ta cã thÓ dïng c¸c lo¹i b¬m ly t©m kh¸c nhau vÒ c¸ch vËn hµnh. B¬m ly t©m cã nh÷ng ­u ®iÓm sau: Cung cÊp ®Òu . Quay nhanh. ThiÕt bÞ ®¬n gi¶n. Cã thÓ b¬m c¸c chÊt láng kh«ng s¹ch. Ýt bÞ t¾c vµ h­ háng. Trong khu«n khæ ®å ¸n nµy ng­êi ta dïng b¬m ly t©m ®Ó vËn chuyÓn chÊt láng. B¬m vËn chuyÓn Styren: Nguyªn liÖu ®­îc b¬m lªn thïng chøa trong mçi mÎ s¶n xuÊt. N¨ng suÊt cña b¬m lµ: V× tæn hao nªn ph¶i lÊy d­ 10% so víi l­îng cÇn sö dôngdo ®ã l­îng cÇn b¬m lµ: §Æt b¬m ë vÞ trÝ chÊt láng tù ch¶y vµo guång:Hh=0. ChiÒu cao ®Èy cña b¬m lµ :9 m. ChiÒu dµi ®­êng èng tæng céng lµ L=30 m. Cã 1 van vµ 5 khuû nèi vu«ng gãc. Gi¶ thiÕt chÊt láng ch¶y víi vËn tèc 1,5 m/s. ¸p suÊt toµn phÇn cña b¬m cÇn t¹o ra lµ:[II.185 Tr438 T1]. P1,P2: ¸p suÊt bÒ mÆt chÊt láng ë bÒ mÆt bÓ chøa vµ mÆt c¾t phÝa trªn cña èng ®Èy b»ng ¸p suÊt khÝ quyÓn,(N/m2). h0: ChiÒu cao n©ng chÊt láng, (m). hm: ChiÒu cao t­¬ng øng víi ¸p suÊt tiªu tèn ®Ó th¾ng toµn bé trë lùc ®­êng èng,(m). DP=DP®+DPc+DPH+DPTB+DPK[II.53 Tr376 T1]. DP: ¸p suÊt ®éng häc cÇn thiÕt ®Ó t¹o ra vËn tèc cho dßng ch¶y ra khái èng dÉn, (N/m2). DPTB: ¸p suÊt bæ xung ë cuèi ®­êng èng dÉn,(N/m2). Bá qua DPH , DPTB , DPK. Do ®ã: DP=DP®+DPc [II.54 Tr376 T1]. r: Khèi l­îng cña chÊt láng cÇn b¬m,(kg/m3). w: VËn tèc chÊt láng, (m/s). L: ChiÒu dµi èng dÉn, chän L=30 m. ChuÈn sè Reynol cho chÕ ®é dßng ch¶y trong èng. Re>104 nªn chÕ ®é ch¶y trong èng lµ chÕ ®é ch¶y xo¸y. TÝnh l: ® x: Lµ hÖ sè trë lùc côc bé. xvan: HÖ sè trë lùc øng víi van. øng víi ®­êng kÝnh d=0,05 m ta tra ®­îc:xvan=1,35 xkhuû=0,6. ®H=1,98+9=10,98(m). C«ng suÊt cña b¬m: h: HiÖu suÊt toµn phÇn cña b¬m. Q: N¨ng suÊt cña b¬m (m3/s). H: ¸p suÊt toµn phÇn cña b¬m (m). C«ng suÊt lý thuyÕt cña ®éng c¬: htr: HÖ sè truyÒn ®éng htr=0,8 hdc: HiÖu suÊt ®éng c¬. Chän ®éng c¬ ®iÖn cã c«ng suÊt lín h¬n c«ng suÊt tÝnh to¸n. Do ®ã c«ng suÊt cña ®éng c¬ lµ N®c=b.N®c b: HÖ sè dù tr÷, chän b=4 Chän b¬m ly t©m cÊp 1 n»m ngang ta cã b¶ng sau: Lo¹i b¬m N¨ng suÊt(m3/h) ChiÒu cao (m) Sè vßng quay(vßng/ phót) NhiÖt ®é(0C) ChiÒu cao hót(m) 3-288 10-43 1450-2900 -40-90 2,8 3.7TÝnh to¸n c¸nh khu©ý vµ ®éng c¬: C¸nh khuÊy cã t¸c dông t¨ng c­êng c¸c qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt, chuyÓn khèi vµ ph¶n øng ho¸ häc. §èi víi qu¸ tr×nh trïng hîp nhò t­¬ng khuÊy trén cã t¸c dông lµm t¨ng kh¶ n¨ng hoµ tan cña chÊt khëi ®Çu trong n­íc. Ta chän c¸nh khuÊy h×nh khung. C¸nh khuÊy lµm b»ng thÐp gãc vµ thÐp thanh . C¬ cÊu khuÊy trén gåm nh÷ng phÇn ®èi xøng. d: §­êng kÝnh c¸nh khuÊy d=D - 2.H hm: Kho¶ng c¸ch tõ ®¸y thiÕt bÞ ®Õn c¸nh khuÊy hm=25-140mm. Chän hm=100 mm. hM: ChiÒu cao chÊt láng cÇn khuÊy hM=0,56.H h: ChiÒu cao thanh ngang h=0,05(m) a: chiÒu réng c¸nh khuÊy a=0,05(m). Ta cã: d=1,8 - 2.0,1=1,6(m). hm=0,05.1,5=0,05(m) hM=0,56.2,1=1,18(m). H: ChiÒu cao thiÕt bÞ,(m). C¸nh khuÊy gåm nh÷ng phÇn ®èi xøng ®ã lµ: 4 c¸nh n»m ngang(I):KÝch th­íc 1000x50x5mm 2 c¸nh th¼ng ®øng(II): KÝch th­íc 1200x50x50 mm PhÇn h×nh cÇu (phÇn ®ì) cña c¸nh khuÊy:R2=1200 mm còng lµm b»ng thÐp gãc 50x50 nh­ c¸nh khuÊy th¼ng ®øng . C«ng suÊt cÇn thiÕt lµm cho toµn bé c¸nh khuÊy chuyÓn ®éng. N=Nng+N®+Nn(kW) Nng: C«ng suÊt lµm quay c¸c c¸nh n»m ngang,(kW). N®: C«ng suÊt lµm quay c¸c c¸nh th¼ng ®øng,(kW). Nn: C«ng suÊt lµm quayphÇn má neo,(kW). TÝnh c«ng suÊt Nng: BÒ mÆt chÝnh diÖn cña c¸nh khuÊy: Fch=b.h=(0,5-0,05).0,05=0,0225(m2) V× nªn j=1,18. TÝnh c«ng suÊt N®: C«ng suÊt ®Ó lµm quay c¸c c¸nh th¼ng ®øng (II). D2=1 m®D1=D2-2.0,05=1-0,1=0,9(m) do ®ã j=1,1; z=1 TÝnh Nn: C«ng suÊt ®Ó lµm quay phÇn má neo cña c¸nh khu©ý (III) h×nh cÇu: R2=1,2 m ; R1=R2-0,05=1,2-0,05=1,15(m) C«ng suÊt cÇn thiÕt dïng cho toµn bé c¸nh khuÊy chuyÓn ®éng lµ : N=0,24+0,517+3=3,74(kW) ChuÈn ho¸ c¸nh khuÊy cã nh÷ng th«ng sè sau: D1(m) Fch(m2) b1.h(m2) j n(vßng/phót) N(kW) 0,95 0,041 4,75 1,2 40 4 C«ng suÊt cña ®éng c¬: h: HiÖu suÊt truyÒn ®éng cña ®éng c¬.h=0,7 Chän ®éng c¬ nh·n hiÖu AO-32-2( thÝch hîp lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn Èm ­ít) n=1490 vßng/ phót; h=0,84; cosj=0,84. §­êng kÝnh cña trôc c¸nh khuÊy x¸c ®Þnh nh­ sau: trong ®ã Mxlµ momen xo¾n ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: N: C«ng suÊt tiªu tèn n: Sè vßng quay. 50 mm. C¨n cø vµo ®éng c¬ ta chän hÖ dÉn ®éng ''p-Pubog 3.II-10--- 39,7-MH 5860-66'' cã c¸c tiªu chuÈn phï hîp vµ cã c¸c chØ tiªu sau: d(mm) H(mm) H1(mm) Khèi l­îng(kg) P(N) 50 1150 400 150 6000 3.8.TÝnh to¸n thiÕt bÞ ng­ng tô: TÝnh to¸n l­îng nhiÖt trao ®æi theo ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt: Q=G2.C2.Dt=G1.(I1-i1) (1) G2: Khèi l­îng chÊt t¶i nhiÖt, (kg/s). G1: L­îng n­íc bay h¬i, (kg/s). C: nhiÖt dung riªng cña chÊt t¶i nhiÖt,(J/kg.®é). I1: NhiÖt l­îng riªng cña h¬I n­íc,(J/kg). i1: NhiÖt l­îng riªng cña n­íc, (J/kg). Chän G1=0,02(kg/s). I1: 2677.103(J/kg). i1:415,2.103(J/kg). Do ®ã: Q=0,02.(2677.103-415,2.103)=45236(J/kg). Tõ (1) ta cã: C: NhiÖt dung riªng cña n­íc ë nhiÖt ®é ph¶n øng 800C. C=4023,57(J/kg.®é). L­îng n­íc lµm l¹nh cÇn cho 1 ngµy lµ:G2’=G2.7,5.3600=0,75.7,5.3600=20250(kg). TÝnh hÖ sè cÊp nhiÖt vÒ phÝa h¬i ng­ng tô. (W/m2.®é) r: Èn nhiÖt ng­ng tô cña h¬i n­íc r=2333.103(J/kg.®é) A: HÖ sè hiÖu chØnh phô thuéc vµo nhiÖt ®é mµng n­íc ng­ng tô theo nhiÖt ®é mµng (tm). H: ChiÒu cao cña èng dÉn nhiÖt H=0,5m. Dt: hiÖu sè nhiÖt ®é gi÷a h¬I ng­ng tô vµ nhiÖt ®é thµnh èng. HÖ sè cÊp nhiÖt vÒ phÝa dung dÞch (a2). Chän chÕ ®é ch¶y cña n­íc trong èng lµ chÕ ®é ch¶y xo¸y Re=104. Nªn hÖ sè cÊp nhiÖt ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: (W/m2.®é). l: HÖ sè dÉn nhiÖt cña dung dÞch(W/m.®é). dt: §­êng kÝnh trong cña èng (m) dt=0,032-0,0025.2=0,027(m). TÝnh c¸c th«ng sè vËt lý: §é nhít cña dung dÞch ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: lgmhh=lgm1+lgm2+lgm3 mhh: §é nhít cña hçn hîp(N.s/m2). m1,m2,m3: LÇn l­ît lµ ®é nhít cña Styren, n­íc,xµ phßng dÇu ve,(N.s/m2). x1,x2,x3: LÇn l­ît lµ nång ®é phÇn mol cña Styren, n­íc,xµ phßng dÇu ve,(kmol/kmol). m1=0,73.10-3(N.s/m2) m2=0,801.10-3(N.s/m2) V× nång ®é phÇn mol cña xµ phßng dÇu ve nhá nªn ta cã thÓ bá qua. lgmhh=0,064.lg0,73.10-3+0,9347.lg0,801.10-3 lgmhh=-3,095 ®mhh=0,803.10-3(N.s/m2). NhiÖt dung riªng cña dung dÞch tÝnh theo c«ng thøc: Chh=a1.C1+a2.C2=0,283.2284,6+0,708.3394,4+0,0085.269,75 Chh=3072,38(J/kg.®é). Khèi l­îng ph©n tö trung b×nh cña hçn hîp ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: M=x1.M1+x2.M2 M=0,064.104+0,9347.18=23,48(kg/kmol) TÝnh hÖ sè dÉn nhiÖt cña dung dÞch: l ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: A:HÖ sè phô thuéc vµo møc ®é liªn kÕt cña chÊt láng ®èi víi chÊt láng kh«ng liªn kÕt th× A=4,22.10-8. C:NhiÖt dung riªng ®¼ng ¸p cña hçn hîp chÊt láng,(J/kg.®é) r:Khèi l­îng riªng cña chÊt láng,(kg/m3) (W/m.®é). TÝnh chuÈn sè Nu: V× chÕ ®é ch¶y xo¸y nªn e=1,Re=104, Do ®ã: (W/m2.®é) t1=800C, t2=400C. tT1=t1-Dt1=80-1,5=78,50C. Nh­ ë trªn ta cã tm=52,50C nªn ta cã A=149. NhiÖt t¶I vÒ phÝa h¬I ng­ng tô lµ:q1=a1.Dt1 HiÖu sè nhiÖt ®é ë bÒ mÆt thµnh èng DtT=tT1-tT2=q1.Sr. Sr=r1+r2+r3: Tæng nhiÖt trë (m2.®é/W). r1: NhiÖt trë do h¬I n­íc r1=0,232.10-3(m2.®é/W). r2:NhiÖt trë do cÆn bÈn r2=0,387.10-3(m2.®é/W). s:ChiÒu dµy cña èng s=0,0023m l:HÖ sè dÉn nhiÖt cña thÐp c=46,5(W/m.®é) Do ®ã:(m2.®é/W) Sr=0,232.10-3+0,387.10-3+0,0538.10-3=0,673.10-3(m2.®é/W) Chän Dt=1,5 0C: (W/m2.®é) q1=a1.Dt1=12765,26.1,5=19147,89(W/m2) DtT=q1.Sr=19147,89.0,673.10-3=10,840C tT2=tT1-DtT=78,5-10,84=67,660C Dt2=67,66-40=27,660C. q2=1131,5.27,66=31297,29(W/m2) V× q1<q2 nªn ta ph¶I t¨ng Dt lªn mét chót. Chän Dt=20C: (W/m2.®é) q1=a1.Dt1=11879,42.2=23758,83(W/m2) DtT=q1.Sr=23758,83.0,673.10-3=160C tT2=tT1-DtT=78-16=620C Dt2=62-40=220C. q2=1131,5.22=24893(W/m2) V× q1@q2 nªn ta chÊp nhËn ®­îc. ®(W/m2) BÒ mÆt truyÒn nhiÖt Sè èng truyÒn nhiÖt lµ: (èng) Qui chuÈn n=37 èng. Sè èng trªn ®­êng chÐo chÝnh lµ 7 èng. §­êng kÝnh thiÕt bÞ ng­ng tô: D=t(b-1)+4.dn t=1,3.dn®D=1,3.0,032.(7-1)+4.0,032=0,3776(m) Qui chuÈn: D=400 mm. 3.9.TÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng: Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l­îng: Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Qm. Q1:NhiÖt l­îng tiªu hao ®Ó ®un nãng th©n thiÕt bÞ(J). Q2:NhiÖt l­îng tiªu hao ®Ó ®un nãng vá gia nhiÖt(J). Q3:NhiÖt l­îng tiªu hao ®Ó ®un nãng c¸nh khuÊy(J). Q4:NhiÖt l­îng tiªu hao ®Ó ®un nãng hçn hîp ph¶n øng(J). Q5:NhiÖt l­îng tiªu hao ®Ó ®un nãng líp b¶o «n(J). Qm:NhiÖt l­îng mÊt m¸t(J). Q1=GTB.(tc-t®).Ctb Gtb: Khèi l­îng cña th©n thiÕt bÞ,(kg). Ctb:NhiÖt dung riªng cña thiÕt bÞ(J/kg.®é). t®,tc: NhiÖt ®é ®Çu vµ cuèi cña qu¸ tr×nh ®un nãng,(0C). t®=250C t2=800C GTB=737,9+284=1022(kg) NhiÖt dung riªng cña hîp kim: CTB=C1.x1+C2.x2 CTB=0,003.7500+0,997.1098=1117,2(J/kg.®é) Q1=1022.1117,2.(80-25)=62797812(J) Q2=Gv.Cv.(tc-t®) Gv=170(kg) Cv=CTB=1117,2(J/kg.®é) Q2=170.1117,2.(80-25)=10445820(J) Q3=GCK.CCK.(tc-t®) GCK=200(kg) CCK=1117,2(J/kg.®é) Q3=200.117,2.(80-25)=12289200(J) Q4=G.C.(tc-t®) G: Khèi l­îng hçn hîp ph¶n øng(kg) C: NhiÖt dung riªng cña hçn hîp ph¶n øng. C=aS.CS+an.Cn+adv.Cdv aS,an,adv: LÇn l­ît lµ nång ®é phÇn khèi l­îng cña Styren,n­íc,xµ phßng dÇu ve trong hçn hîp ph¶n øng. CS,Cn,Cdv: LÇn l­ît lµ nhiÖt dung riªng cña Styren,n­íc,xµ phßng dÇu ve trong hçn hîp ph¶n øng, (J/kg.®é). C=0,283.2284,6+0,708.4178+0,0085.2659,73(J/kg.®é) C=3627(J/kg.®é) Q4=4151,2.3627.(80-25)=828102132(J) Q5=Gb«.Cb«.(tc-t®) Gb«=311,5(kg) Cb«=200(kg) Q5=311,5.200.(80-25)=3426500(J) Qm=K1.F1.Dt.t(J) K1: HÖ sè truyÒn nhiÖt tõ n­íc nãng ra m«i tr­êng xung quanh(W/m2.®é) a1: HÖ sè cÊp nhiÖt vµo thiÕt bÞ(m2.®é/W) a2: HÖ sè cÊp nhiÖt ra kh«ng khÝ(m2.®é/W) a1=192,67(m2.®é/W) a2=11,62(m2.®é/W) l1=46,5(W/m.®é) l2=0,1395(W/m.®é) Tõ c«ng thøc: s1,s2: Lµ bÒ dµy cña th©n thiÕt bÞ,líp b¶o «n,(m). (W/m2.®é) F1=p.D.H=3,14.1,906.2,1=12,59(m) Dt=80-25=550C. TÝnh thêi gian ®un nãng thiÕt bÞ: Q=K2.F1.Dt.t K2:HÖ sè truyÒn nhiÖt tõ thµnh thiÕt bÞ vµo hçn hîp ph¶n øng,(W/m2.®é) a1:HÖ sè cÊp nhiÖt tõ n­íc nãng ra thµnh thiÕt bÞ,(m2.®é/W) a2: HÖ sè cÊp nhiÖt tõ thµnh thiÕt bÞ tíi hçn hîp ph¶n øng ë chÕ ®é khuy©ý trén,(m2.®é/W) D: §­êng kÝnh thiÕt bÞ,(m) l: HÖ sè dÉn nhiÖt cña hçn hîp chÊt láng,(W/m.®é) n: Sè vßng quay cña c¸nh khuy©ý m: §é nhít cña chÊt láng ë bÒ mÆt truyÒn nhiÖt,(N.s/m2) mi: §é nhít cña chÊt láng ë nhiÖt ®é trung b×nh,(N.s/m2) §èi víi thiÕt bÞ vá bäc ngoµi ta cã:C=0,36;n=0,67 NhiÖt ®é trung b×nh cña n­íc nãng lµ 800C NhiÖt ®é trung b×nh cña hçn hîp lµ: NhiÖt ®é trung gian tõ vá ¸o vµo trong thiÕt bÞ: Chän ttg=670C Ta cã: Cp=3627(J/kg.®é) M=23,48(g/mol) A=3,58.10-8 §é nhít cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt mi=0,5.10-3(N.s/m2) §é nhít cña nhiÖt ®é trung b×nh m=0,4.10-3(N.s/m2) (W/m.®é) Do ®ã: Ta cã: (m2.®é/W) Do ®ã:(W/m2.®é) Dt1=80-25=550C Dt2=80-35=450C MÆt kh¸c:Q4=K2.F1.Dttb.t®t= Thay sè vµo ta cã: Q=62797812+10445820+12289200+828102132+3426500+13211,94= 917074675,9(J). L­îng h¬i n­íc cÇn cung cÊp cho 1 mÎ s¶n xuÊt lµ: i1”: NhiÖt l­îng riªng cña h¬i n­íc ë thÓ láng(J/kg) i2”:NhiÖt l­îng riªng cu¶ h¬i n­íc,(J/kg) (kg h¬i) L­îng h¬i n­íc cÇn cung cÊp trong 1 ngµy lµ:D’=415,42.3=1246,25(kg h¬i). 3.10.TÝnh to¸n m¸y ly t©m: §Ó ph©n riªng hÖ r¾n vµ láng cña nhò t­¬ng ng­êi ta kh«ng nh÷ng chØ dïng ph­¬ng ph¸p l¾ng läc mµ cßn sö dông nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c. Víi c¶ hai ph­¬ng ph¸p l¾ng vµ läc th× qu¸ tr×nh x¶y ra chËm kh«ng thÝch hîp víi l­u l­îng lín vµ nh÷ng nhò t­¬ng mÞn. B»ng c¸ch ly t©m ng­êi ta cã thÓ ®¹t ®­îc ®é ph©n ly lín,läc ®­îc s¹ch,b· ®­îc röa tèt.Thêi gian l¾ng vµ läc ng¾n h¬n.V× vËy ë ®å ¸n nµy em dïng ph­¬ng ph¸p läc ly t©m ®Ó läc hÖ dung dÞch nhò t­¬ng trong n­íc. CÊu t¹o cña m¸y läc ly t©m: Thµnh thïng cã ®ôc lç bªn trong phñ líp v¶i.Khi lµm viÖc,h¹t r¾n(pha nÆng) ®­îc gi÷ l¹i trªn bÒ mÆt v¶i läc t¹o thµnh n­íc läc(pha nhÑ) chui qua v¸ch ng¨n ra ng¨n ngoµi thïng .Qu¸ tr×nh läc ly t©m ®­îc tiÕn hµnh qua 3 giai ®o¹n: T¹o thµnh b·. Ðp b·. NÐn chÊt láng cßn gi÷ l¹i trong c¸c khe cña b·. 3.11.TÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy: V× s¶n phÈm d¹ng bét nªn ta chän hÖ thèng sÊy kiÓu tñ sÊy b»ng kh«ng khÝ cã tuÇn hoµn. Chän thiÕt bÞ sÊy ng­îc chiÒu, v× lo¹i nµy øng dông trong nh÷ng tr­êng hîp sau: VËt liÖu cã ®é Èm lín nh­ng kh«ng ®­îc bèc h¬i nhanh. VËt liÖu chÞu nhiÖt ®é cao. §é hót Èm cña vËt liÖu lín. CÊu taä cña thiÕt bÞ sÊy: “Tñ sÊy b»ng kh«ng khÝ cã tuÇn hoµn” CÊu t¹o chñ yÕu cña hÖ thèng sÊy (HTS) lµ buång sÊy.Trong buång sÊybè trÝ c¸c thiÕt bÞ ®ì vËt liÖu sÊy(VLS) mµ ta gäi chung lµ thiÕt bÞ chuyÒn t¶i(TBCT) NÕu dung l­îng cña buång sÊy bÐ vµ (TBCT) lµ c¸c khay sÊy th× ng­êi ta th­êng gäi (HTS) buång nµy lµ tñ sÊy. NÕu dung l­îng buång sÊy lín vµ TBCT lµ c¸c xe goßng th× ng­êi ta gäi lµ HTS buång kiÓu xe goßng. §èi víi hÖ thèng sÊy nµy chñ yÕu dïng ®Ó sÊy tõng mÎ gi¸n ®o¹n do ®ã n¨ng suÊt kh«ng lín, tuy nhiªn cã thÓ sÊy nhiÒu lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau. Phần III: Kết luận Qua một thời gian làm việc khá nghiêm túc cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Ngô Mạnh Long cùng với các thầy cô ở trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme và Compozit em đã hoàn thành đồ án môn học này. Trong đồ án này em tính toán và thiết kế một phân xưởng sản xuất Polystyren với sản lượng 1000 tấn / năm . Các số liệu về các tính chất vầt lý và hoá học được tra theo những tài liệu mới nhất và đáng tin cậy nhất. Vì vậy em tin rằng với đồ án này có thể thực hiện ngoài thực tế được. Phương pháp trùng hợp Polystyren theo phương pháp nhũ tương gián đoạn là phương án tối ưu nhất để sản xuất loại nhựa này. Trong đồ án này do thời gian có hạn nên em chỉ có dịp khái quát những nét chung nhất về loại nhựa này. Do kiến thức có hạn nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu xót . Em mong các thầy cô nhiệt tình chỉ bảo để em sẽ có những kinh nghiệm cho đồ án tốt nghiệp sắp tới. Em xin chân trọng cảm ơn các thầy , các cô ! Tµi liÖu tham kh¶o 1.Kü thuËt s¶n xuÊt chÊt dÎo, bé m«n cao ph©n tö tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi, 1966. 2.VËt liÖu chÊt dÎo m¸y vµ thiÕt bÞ gia c«ng, Ph¹m Minh H¶i, tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi, 1991. 3.Ho¸ häc Polyme, bé m«n cao ph©n tö tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi, 1970. 4.Ho¸ lý Polyme , TrÇn VÜnh DiÖu , NguyÔn H÷u NiÕu, tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi, 1970. 5.Practical Polymerization for Polystyrene, Richard B.Shop,221 Columbus Avenue, Boston, Massachusetts cahners book, division of Cahners Publishing, England. 6.Ullmann”s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol.A21, VCH Publishers, Inc,1992. Tõ trang 616 ®Õn trang 625. 7.http:/ www. Cheresources.com http:/ www.ejnet.org/plastics/polystyren/ http:/ www.psrc.usm.edu/macrog/tact.htm. http:/ www.chem.rochester.edu/%7E chem421/finit. 8.Introduction to polymer, R.J,Young, P.A.Lovell, London Chapmar and Hall, 1994. 9.Polymer network Structure and mechanical properties, A.J. Chompff, S Newman, NewYork, Plenurpress,1971,Mü. 10.Polyme science an Teachnology, Joel R.Fried, NewYork Prenti-ce Hall, 1995, American.