ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay, với khoa học đại, cơng nghệ hóa học khơng ngừng phát triển chiếm vị trí vơ quan trọng nhiều lĩnh vực Công nghệ hợp chất cao phân tử công nghệ điển hình, tiêu biểu tốc độ phát triển phạm vi sử dụng Các ngành lớn công nghiệp cao su, chất dẻo, sợi hóa học, màng, sơn keo, vật liệu cách điện giấy, v.v… hoàn toàn dựa chế biến vật liệu cao phân tử Có thể nói vật liệu cao phân tử sử dụng ngành kinh tế quốc dân Sản phẩm polymer có tính chất đặc biệt so với vật liệu khác tỷ trọng thấp, tính cách điện, cách nhiệt, cách âm cao, khả chống ăn mòn, dễ gia cơng, dễ tạo hình nhuộm màu tốt, v.v… Tuy nhiên nhiều nhược điểm độ bền nhiệt thấp, hệ số giãn nở nhiệt cao, dễ chảy phân hủy theo thời gian, v.v… Polymer xâm nhập vào hầu hết lĩnh vực sống ngành khoa học kĩ thuật khác nhờ tính ưu việt hiệu kinh tế cao yếu tố giá thành Một sản phẩm ngành công nghiệp chất dẻo nhà sản xuất quan tâm Epoxy, đại diện cho số nhựa có tính tốt Nhựa epoxy ngồi việc sử dụng biến tính với nhiều nhựa khác ure fomaldehyde, phenol fomaldehyde, polyamin, polyeste đồng trùng hợp với vinylaxetat….Do phần nâng cao pham vi sử dụng loại nhựa Nhựa Epoxy sử dụng nhiều lĩnh vực như: keo dán, đúc, đổ khuôn, bao bọc (ngành điện điện tử), kỹ thuật dân dụng, composites, sơn xe hơi, sơn thùng phuy, dây cuộn, sơn tàu biển sơn bảo vệ, làm sản phẩm cho ngành Điện tử, điện công nghiệp, v.v Việc sản xuất nhựa epoxy với thiết bị không phức tạp nguyên liệu để sản xuất tương đối đắt nên giá thành sản phẩm cao Chính mà chưa sử dụng rông rãi Ở Việt Nam khó khăn việc sản xuất nhựa nói chung nhựa epoxy nói riêng nguồn nguyên liệu phải nhập từ nước ngoài, ngày với việc đời nhà máy lọc dầu giải phần lớn vấn đề này, từ mở hướng cho việc sản suất nhựa epoxy, việc xây dựng phân xưởng sản xuất nhựa epoxy thực cần thiết Được phân công hướng dẫn giảng viên Phan Thị Thúy Hằng, với nhiệm vụ thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất Nhựa Epoxy ED6 Dựa kiến thức học với hướng dẫn em hồn thành đồ án Mặc dù cố gắng song em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, đặc biệt kinh nghiệm Bên cạnh trình độ tự nghiên cứu, kiến thức chuyên môn khả tư duy, quan sát thực tiễn hạn hẹp, nên đồ án em nhiều vấp váp Qua lần làm đồ án em kính mong q thầy bảo, đóng góp ý SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG kiến để em hồn thiện tốt đồ án tập lớn giao vào lần sau Em xin gửi lời cám ơn chân thành tới Th.S Phan Thị Thúy Hằng giảng viên Bộ mơn Hóa Học Vật Liệu Polymer_Trường đại học bách khoa Đà Nẵng, bạn nhóm, bạn lớp nhiệt tình giúp đỡ trình em thực Đồ Án Công nghệ ngày Sinh viên thực Văn Thị Phương Dung SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG PHẦN 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Nhựa Epoxy (epoxy resins) loại polymer nhiệt rắn Giống Phenol Formaldehyde, Ure Formaldehyde, UPE,… khâu mạng chúng loại nhựa “nhiệt rắn”, có khả chuyển sang trạng thái khơng nóng chảy, khơng hồ tan điều kiện định có chất đóng rắn Trong nhựa có chứa nhóm “epoxy” cuối mạch nên gọi nhựa Epoxy I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Nhựa epoxy xuất sớm vào cuối năm 1890 Vào năm 1934 Schlack Farbenindustrie AG Đức tìm lĩnh vực ứng dụng cho sản phẩm phản ứng amin - epoxy, epoxy tổng hợp từ bisphenol A epiclohydrin Tuy nhiên nhựa epoxy dùng thương mại công nhận vài năm sau đó, cơng ty DeTrey Freres Thụy Sĩ, công ty DeVoe Raynols Mỹ [1] Năm 1936, Cơng ty Pierre Castan tập đồn DeTray Fréres sản xuất nhựa epoxy có nhiệt độ nóng chảy thấp từ bisphenol A epiclohydrin đóng rắn anhydric phtalic, kinh doanh nhựa thị trường không thành công năm 1946 lần keo dán epoxy số mẫu nhựa cung cấp cho ngành công nghiệp điện tử trưng bày Thụy Sĩ [1] Ngay sau chiến tranh giới thứ hai, công ty Sylvan Grcenle Of DeVoe and Raynolds tìm loạt nhựa epoxy tổng hợp có khối lượng phân tử lớn ứng dụng làm chất phủ bề mặt, nhựa tạo thành từ bisphenol A epichlorohydrin Chất phủ bề mặt ứng dụng thương mại nhựa epoxy mở hướng tiêu thụ nhựa epoxy ngày Đồng thời, oxy hóa polyolefin đưa Daniel Swern đường để tạo nhựa epoxy [1] Năm 1955, số nhà sản xuất nhựa epoxy Mỹ bắt đầu đến thỏa thuận liên kết với nhau, góp vốn lại bắt đầu xây dựng nhà máy sản xuất nhựa epoxy [1] Vào năm 1960 Mỹ, số nhựa epoxy đời phát triển nhựa epoxy phenol novolac, nhựa triglycidyl p-aminophenol Nhựa epoxy chống cháy từ tetrabromobisphenol A phát triển thương mại hóa Dow Chemical, ứng dụng cho thiết bị điện vật liệu composite [1] Năm 1963, thị trường xuất nhựa epoxy cycloaliphatic Vài năm sau đó, cải thiện để tăng khả chống thời tiết, việc cung caaos thị trường không thành công giá thành cao [1] SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG Năm 1970, đời nhựa epoxy vinyl ester có khả chống ăn mòn mơi trường axit, bazơ, dung môi hữu cơ, nhựa ứng dụng để chế tạo vật liệu composite dùng làm thùng chứa, đường ống thiết bị phụ khác nhà máy lọc dầu, nắp van ô tô Năm 1980, phát triển nhựa epoxy Nhật Bản với tính độ tinh khiết cao cho ngành công nghiệp điện tử điện thoại di động… đòi hỏi nhựa phải có số điện mơi thấp, nhiệt độ hóa thủy tinh cao, nhiệt phân hủy lớn [1] Năm 1990, Dow Chemical sản xuất nhựa epoxy sở nhựa nhiệt dẻo, ứng dụng dùng làm keo, chất phủ bề mặt [1] Nhựa Epoxy đưa vào thương mại hoá năm 1940 ngày đóng vai trò quan trọng cơng nghiệp polymer Theo số liệu thống kê Mỹ, lượng nhựa epoxy bán năm 1970 1980 ln có tốc độ tăng hàng năm > 10% [1] PHÂN LOẠI Cho đến ngày nhựa epoxy không ngừng phát triển để cải thiện tính chất tuyệt vời ứng dụng rộng rãi đời sống với ba loại chính: II Nhựa Diepoxy: loại có hai nhóm epoxy hai đầu mạch phân tử Được điều chế phản ứng đa tụ epyclohydrin bis - phenol A (tên gọi thương mại dian) với NaOH làm chất xúc tác Nhựa Diepoxy sở epyclohydrin bis - phenol A chất lỏng nhớt sản phẩm dạng rắn (ở dạng cục hạt) Nhựa polyepoxy: loại nhựa chứa nhiều nhóm epoxy (≥3) mạch phân tử, ví dụ điều chế nhưa từ phenol formandehit đa tụ với epyclohydrin Loại nhựa có độ nhớt khơng cao có khả đóng rắn cao có nhóm – OH mạch đại phân tử nên ngày trạng thái đóng rắn khơng chịu nhiệt nước tốt Do nên người ta thường dùng làm keo dán tốt mạch có chứa nhiều nhóm –OH nên có khả bám dính cao Loại thứ ba: nhựa thu phương pháp epoxy hóa hợp chất khơng no có chứa nhóm epoxy mạch Nói chung nhựa epoxy có tính lý, kháng mơi trường hẳn loại nhựa khác, loại nhựa sử dụng nhiều chi tiết máy bay Với tính kết dính khả kháng nước tuyệt vời mình, epoxy lý tưởng để sử dụng ngành đóng tàu, lớp lót cho tàu chất lượng cao lớp phủ bên vỏ tàu hay thay cho polyester dễ bị phân hủy nước gelcoat Nhựa epoxy tạo thành từ mạch phân tử dài, có cấu trúc tương tự vinylester, với nhóm epoxy phản ứng vị trí cuối mạch Nhựa epoxy khơng chứa nhóm ester, khả kháng nước epoxy tốt Ngồi ra, có hai vòng SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG thơm vị trí trung tâm nên nhựa epoxy chịu ứng suất nhiệt tốt mạch thẳng Do vậy, epoxy cứng, dai kháng nhiệt tốt Khi đưa nhựa epoxy vào sử dụng, ta dùng chất đóng rắn để tạo mạng khơng gian ba chiều Chất đóng rắn thường sử dụng amine, cho vào epoxy, lúc chúng xảy phản ứng hóa học Thường nhóm epoxy phản ứng với nhóm amine, tạo cấu trúc không gian ba chiều phức tạp Amine kết hợp với epoxy theo tỷ lệ định, yếu tố quan trọng việc trộn tỷ lệ đảm bảo cho phản ứng xảy hoàn toàn Nếu tỷ lệ trộn khơng nhựa chưa phản ứng đóng rắn dư hỗn hợp ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm sau đóng rắn Để đảm bảo tỷ lệ phối trộn xác, nhà sản xuất thường cơng thức hóa thành phần đưa tỷ lệ trộn đơn giản cách đo khối lượng hay thể tích chúng Cả nhựa epoxy lỏng tác nhân đóng rắn có độ nhớt thấp thuận lợi q trình gia cơng Epoxy đóng rắn dễ dàng nhanh chóng nhiệt độ phòng từ - 1500C, tùy cách lựa chọn chất đóng rắn Một ưu điểm bậc nhựa epoxy độ co ngót thấp đóng rắn Lực kết dính, tính chất lý epoxy tăng cường tính cách điện khả kháng hóa chất Trong loại nhựa epoxy vừa nêu nhựa Diepoxy loại điều chế, sản xuất ứng dụng nhiều cả, thơng dụng hai loại ED-5 ED6 Nhựa epoxy ED-5 có khối lượng phân tử từ 370 - 450 nhựa epoxy ED-6 có khối lượng phân tử cao hơn, khoảng 450 - 600 Hai loại có quy trình sản xuất giống nhau, khác yêu cầu sản phẩm hàm lượng chất bốc, hàm lượng nhóm epoxy, độ nhớt, tỷ trọng trọng lượng phân tử khác Nói chung u cầu thơng số nhựa ED-6 cao Quy trình tạo nhựa điều kiện phản ứng khác tỉ lệ chất phản ứng, tốc độ phản ứng, dung môi, nồng độ chất xúc tác, thời gian phản ứng, áp suất khác cho sản phẩm khác ED-5, ED-6 Do tính tuyệt vời nên nhựa epoxy ưa chuộng Việc sản xuất nhựa epoxy với thiết bị không phức tạp nguyên liệu để sản xuất đắt nên giá thành sản phẩm cao, mà nhựa epoxy chưa sử dụng rộng rãi Việt Nam Tuy nhiên, số lĩnh vực nước ta đòi hỏi tính sử dụng nhựa epoxy, đặc biệt nhựa epoxy ED-6 dùng phổ biến số lĩnh vực xây dựng (dùng để sửa chữa, dặm vá nhanh làm vĩnh viễn cấu trúc bêtông, liên kết với thành phần bê tông đúc sẵn, gối đỡ bệ cầu bê tông tất công việc sữa chữa bề mặt bê tơng hay xi măng nơi đòi hỏi có cường độ cao, khơng thấm nước kháng hóa chất, dùng để sửa chữa gấp cấu trúc bê tông, kè chắn biển nhà xưởng cơng nghiệp nơi tiếp xúc với hóa chất khu vực sản xuất), keo dán (nhất ngành hàng hải), sơn epoxy (sàn nhà xưởng dược phẩm, thực phẩm, điện tử, điện lạnh, may mặc, chống thấm sàn mái, tầng hầm, bể bơi, hồ nước, sơn sân tennis, sơn sân thể thao)…Nhựa epoxy ED-6 góp phần đáng kể vào việc tăng chất lượng cho ứng dụng Chính thế, ta cần phải tìm hiểu thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất nhựa epoxy ED-6 cho trình sản xuất đạt SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG suất cao nhất, tổn hao nguyên liệu nhất, tiết kiệm lượng nhiệt cung cấp…nhằm hạ giá thành sản phẩm đảm bảo chất lượng để mở rộng phạm vi sử dụng nước SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG CHƯƠNG 2: TỔNG QUANG LÝ THUYẾT Nhựa epoxy điều chế từ nguyên liệu epiclohydrin diphenylol propan có mặt dung dịch NaOH làm xúc tác I EPICLOHYDRIN 1.1 Công thức cấu tạo 1.2 Một số tính chất Epiclohydrin Epiclohydrin chất lỏng suốt, không màu, không tan nước tan benzen, axeton, rượu dung mơi khác, có mùi mạnh, đặc biệt độc, sôi nhiệt độ 1180C, khối lượng riêng 200C 1,175 - 1,18 g/cm3, tan nước nhiệt độ 200C hòa tan 6,58% trọng lượng, tạo hỗn hợp đẳng phí với nước nhiệt độ sôi 84,10C chiếm 81% trọng lượng hỗn hợp 1.3 An toàn sử dụng Do tính chất độc hại epiclohydrin nên yêu cầu thùng chứa, ống dẫn phải kín để đảm bảo an tồn cho công nhân Khi vận chuyển nên đựng epiclohydrin vào chai thủy tinh lớn hay sử dụng thùng thép đậy kín cẩn thận cơng nhân thao tác khỏi bị ngộ độc 1.4 Tổng hợp Có phương pháp tổng hợp epiclohydrin từ glixerin từ propylen  Đi từ Glyxerin Đầu tiên cho khí HCl khan tác dụng với glyxerin môi trường axit nhiệt độ từ 110 - 1150C để tạo thành diclohydrin glyxerin Đây phản ứng este hoá glyxerin axit vô : Để tăng hiệu suất phản ứng glyxerin phải thật khan chứa nước Ta thấy q trình phản ứng có tạo nước, dùng anhydric axetic axit axetic CaCl2 (khan) với hàm lượng khoảng 20% để hút nước nhằm tăng vận tốc hiệu suất cho phản ứng Giai đoạn hóa vòng, dùng kiềm khử HCL để tạo epiclohydrin SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG Phản ứng hóa vòng tiến hành nhiệt độ thường, nồng độ tốc độ tác dụng NaOH với diclohydrin glyxeryl có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất phản ứng ngồi phản ứng tạo thành epiclohydrin có phản ứng xà phòng hóa epiclohydrin thành glyxerin: CH2 Cl CH CH + NaOH + H2 O O CH CH CH2 OH OH OH + NaCl Có thể dùng loại kiềm yếu Ca(OH)2 , Na2CO3 để khử HCl Ở nước ta sản lượng dầu thảo mộc (Glyxerin tách xà phòng hóa dầu thảo mộc) lớn nên thuận lợi từ phương pháp  Đi từ propylen Clo hóa propylen áp suất 18 Kg/cm2 nhiệt độ 8000C để tạo thành clorua - alkyl, tiếp đến cho HClO tác dụng lên nối đôi cuối dùng kiềm để khử HCl diclohydrin tạo thành epiclohydrin Sản phẩm phụ triclopropan, diclohydrin chưa phản ứng Trong hai phương pháp phương pháp phù hợp nước ta phương pháp từ Glyxerin, phương pháp từ propylen phù hợp với nước có ngành cơng nghiệp chế biến dầu mỏ phát triển mạnh II DIPHENYLOL PROPAN 2.1 Công thức cấu tạo Diphenylol propan cấu tử thứ hai dùng để sản xuất nhựa epoxy ED-6, gọi 4,4-dihydroxyl diphenyl propan, gọi tắt Bis-phenol A (BPA) hay dian (D) SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG 2.2 Một số tính chất BPA Chất bột tinh thể màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 157 - 1580C, nhiệt độ sôi 2200C, khối lượng riêng 1,20 g/cm3 , áp suất bốc 0,2mmHg (ở 1700C) BPA không bền vững tiếp xúc với chất axeton, amoniac, benzen, cloroform, methanol, toluen, xylen, axit sunfuric đậm đặc coi bền vững axit axetic, NH4Cl, CO2, O2, Ure, C2H5OH, formaldehyt số chất khác Ở điều kiện thường chất rắn, cơng thức phân tử có nhóm OH giống phenol nên có tính ăn mòn hoạt tính yếu phenol 2.3 An tồn sử dụng Do có nhóm -OH cơng thức phân tử nên q trình bảo quản có khả hút ẩm, người ta thường bảo quản bao làm giấy khơng thấm nước hay thùng thép có nắp đậy kín Trong thực tế bis-phenol A dạng rắn nên trước sử dụng phải qua trình làm nhỏ học đập, nghiền, sàng… 2.4 Tổng hợp  Phenol tác dụng với axeton Phương pháp hay dùng phổ biến cho phenol tác dụng với axeton môi trường axit mạnh nhiệt độ 10 - 150C Để tạo môi trường axit mạnh dùng dung dịch H2SO4 HCl, thông thường người ta sử dụng H2SO4 Thực nghiệm chứng tỏ lượng H2SO4 ảnh hưởng đến phản ứng giới hạn định, nồng độ axit yếu tố quan trọng định đến hiệu suất phản ứng Hiện người ta dùng xúc tác dẫn xuất Mercaptan axit no mạch thẳng Tiodiaxetic (HOOC–CH2–S–CH2–COOH) điều chế từ Monocloaxetic Sunfohydro  Thủy phân polycacbonat phế thải Ngồi BPA thu sau phản ứng thủy phân polycacbonat phế thải môi trường kiềm, để đưa vào sản xuất nhựa epoxy bisphenol A thu phải qua giai đoạn tái chế Trong đề tài tái chế polycacbonat phế thải, sử dụng bisphenol A thu sau phản ứng thuỷ phân polycacbonat phế thải để sản xuất nhựa epoxy người ta sử dụng hóa chất Epiclohidrin loại PA Merck, độ SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG > 90%, NaOH, axit axetic loại P sản xuất Trung Quốc, toluen loại P Tiến hành cách cho bisphenol A vào epiclohydrin, giữ nhiệt độ 74 - 760C khuấy 2,5h, sau trung hòa hỗn hợp phản ứng dung dịch CH3COOH 25% đến trung tính hay oxit yếu Tiếp cho Toluen vào bình phản ứng, khuấy nhiệt độ 74 - 760C 30 phút sau ngừng khuấy, giữ nhiệt độ 60 - 650C đến lúc tách thành lớp Kết cho thấy, điều chế nhựa epoxy phản ứng ngưng tụ bisphenol A tổng hợp từ polycacbonat phế thải epiclohydrin có số 34,3 Phổ hồng ngoại nhựa epoxy thu so với phổ chuẩn đạt 98,09 % SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 10 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG Vậy chiều dày đáy nắp thiết bị là: S = 3,2910 + 3,8 = 7,0910 (mm) Vậy quy chuẩn chọn bề dày đáy nắp: S = (mm) - Kiểm tra ứng suất thành nắp theo công thức:   2,4 D   2hb  ( S  C ) P0   c 7,6  k   h  hb  ( S  C ) 1,2 t (N/m2)    0,6  (8  3,8) 103   317401 8591  156997 ,0336  c  183,33 *106 3 7,6  1 0,95  0,6  (8  3,8) 10 1,2 Vậy chiều dày đáy nắp S = 8mm thoả mãn điều kiện làm việc 1.6 Tính khối lượng thân, đáy, nắp thiết bị 1.6.1 Khối lượng phần hình trụ thân thiết bị Thân thiết bị có đường kính Dt = 2,1 (m) đường kính ngồi Dn = 2,1 + 2* 5*10-3 = 2,11 (m)  Dn 2  Dt 2  Gt =        H *       Với: H: chiều cao thân hình trụ, H = 3,2 (m)  khối lượng riêng thép X17H13M2T,   7900 kg/m3  2,11   2,4   Gt = 3,14 *      * 3,2 * 7900 = 954,5349 (kg)      1.7 Khối lượng đáy nắp Đáy nắp thiết bị có: Dt = 2,1(m) Dn = 2,1 + 2*0,008 = 2,1160 (m) Tính gần ta xem đáy nắp nồi đa tụ ½ bán cầu  *  ( Rn3  Rt3 )  ( Rn3  Rt3 ) Thể tích: Vđ = Vn = Khối lượng: Gđ = Gn = V*  3 3,14  2,4160   2,4   *      * 7900  287,6745 (kg) =      SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 64 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG II TÍNH KẾT CẤU VỎ BỌC GIA NHIỆT 2.1 Tính chiều dày vỏ bọc hình trụ Chiều cao cột chất lỏng thiết bị 2.0917 m Vậy trình gia nhiệt đạt hiệu chiều cao vỏ bọc gia nhiệt thường lấy cao chiều cao cột chất lỏng 0,2 (m) Do đó, chiều cao lớp vỏ tính từ đáy lên: Hv = 2.0917 + 0,2 = 2.2917 (m) Vì mơi trường làm việc vỏ bọc bị ăn mòn, chịu áp suất tương đối thấp nên chọn vật liệu làm vỏ bọc thép CT3 Chiều dày vỏ bọc tính theo cơng thức: S Dt * P  C , (m) 2 * k * h  P Dtv: đường kính lớp vỏ, ta thiết kế vỏ bọc cách thân thiết bị 0,1m Khi đó: Dtv = 2,1 + 2*0,05 + 0,1*2 = 2,31 (m) P: áp suất đốt, chọn P = 2atm = 2*101325 (N/m2) = 0,2027*106 (N/m2) Ta có:  k    k  , N / m nb  c    c , N / m nc  : Hệ số hiệu chỉnh, Với vật liệu khơng đốt nóng trực tiếp chọn   nb, nc: hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy  k ,  c : Ứng suất bền kéo, cắt Với vật liệu thép CT3, tra bảng [II-XII.4, tr309], ta có:  k = 380 *106 N / m2  c  240 *106 N / m2 Suy ra: 380 *106  k   *1  146,15 *106 ( N / m2 ) 2,6 SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 65 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ  c   240 *10 1,5 GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG *1  160 *10 ( N / m ) Vậy chọn giá trị ứng suất:  k   146,15 *10 ( N / m )  k  146,15 * 10 * k *h  * * 0,95  685,1525  50 , nên bỏ qua Tỷ số P 0,2027 * 10 đại lượng P mẫu Lúc này, chiều dày vỏ bọc: S 2,61 * 0,2027 *10 *10  C  1,9047  C , (mm) *146,15 *10 *1 * 0,95 Tương tự ta chọn C = 1,8 Suy S = 1,9047 + 1,8 = 3,7047 (mm) Quy chuẩn chọn S = (mm) - Kiểm tra ứng suất thuỷ lực theo công thức:  Dt  (S  C)P0 2(S  C ) * h  c 1,2 , (N/m2) P0 = Pth + P1 P0=1,5*P+ gH v =1,5*0,2027*106+1125.8448*9,81*2.2917 = 329360.7666 (N/m2) 2,61  5  1,8 *10 * 329360 7666  141.5601 *10  3 * (5  1,8) * 10 3 * 0,95 240 * 10   200 * 10 1,2 Giá trị S = mm thoả mãn điều kiện làm việc 2.2 Tính chiều dày đáy vỏ bọc Đáy làm loại vật liệu có dạng elip có gờ nên chiều dày đáy tính theo cơng thức: S Dt * P Dt *  C, (mm) 3,8 *  k  * k *  h  P * hb Ta có: Dt = 2,31, tra bảng XII.10-trang 382-STQTTB-II ta có: hb = 650 (mm) h0 = 40 (mm) Fd = 7,67 (m2) SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 66 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ  k  * k * Tỷ số P GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG h  146,15 *10 *1* 0,95  684,9655  30 , nên bỏ 0,2027 *10 qua đại lượng P mẫu Lúc này, chiều dày vỏ bọc: S 2,61 * 10 * 0,2027 * 10 2,61 * * 10  C  2,2  C, (mm) 3,8 * 146,15 * 10 * * 0,95 * 0,65 Vì (S–C) = 2,2 < 10 nên bổ sung thêm cho đại lượng C2 (mm) Do S = 2,2 + 1,8 + = (mm) Quy chuẩn chọn S = (mm) D    2hb * (S  C ) P0  c  7,6 * k * h * hb ( S  C ) 1,2 t  2,61 (N/m2)    * 0,65 * (7  3,8) *10 3 * 329360 7666  149.4918 *10  c  200 *10 3 1,2 7,6 *1* 0,95 * 0,65 * (7  3,8) *10 Giá trị S = (mm) phù hợp 2.3 Tính khối lượng vỏ hình trụ đáy vỏ 2.3.1 Khối lượng phần vỏ bọc hình trụ Vỏ bọc ngồi có: Dt = 2,31 (m) Dn = 2,31 + 2*0,005 = 2,32 (m) 2 Thể tích: V = Vtr =  ( Rn  Rt ) * H v [II-XII.II, tr384] Khối lượng: Gtv = V*   2,62   2,61       * 2.2917 * 7900  743.2864 (kg) = 3,14 *       2.4 Khối lượng đáy vỏ Đáy vỏ có: Dt = 2,61 (m) Dn = 2,61 + 2*0,007 = 2,624 (m) Thể tích: Vđv =  *  ( Rn3  Rt3 )  ( Rn3  Rt3 ) 3 Khối lượng: Gđv = V *  3,14  2,624   2,61  =         3   * 7900  297,3057 (kg)  SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 67 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG III TÍNH CHIỀU DÀY LỚP BẢO ÔN Nồi đa tụ nhựa ED-6 cần nhiệt độ phản ứng cao, cần có lớp bảo ôn để tiết kiệm nhiệt lượng, tránh tổn thất môi trường Lớp bảo ôn làm bơng thuỷ tinh Xem q trình truyền nhiệt từ vỏ bọc ngồi q trình truyền nhiệt ổn định Do nhiệt tải riêng cấp cho phía vỏ bọc q1, dẫn nhiệt qua vỏ bọc lớp cách nhiệt q2, cấp nhiệt môi trường q3: q = q1 = q2 = q3 - Nhiệt tải riêng nồi đa tụ: q1 =1*(t1 – tT1) (1) - Nhiệt tải riêng qua lớp vỏ: q2 = t T r (2) tT  tT1  tT 1 r    r1  r2  2 2 (3) 1: bề dày thép CT3, 1 = (mm) = 5*10-3 (m) 1: hệ số dẫn nhiệt thép CT3, 1 = 50,20 (W/m.độ) r1: nhiệt trở cặn bẩn nước, m2.độ/W r1 = 0,387*10-3 (m2.độ/W) r2: nhiệt trở cặn bẩn mơi trường ngồi, r2 = 2: bề dày lớp cách nhiệt (bông thuỷ tinh) 2: hệ số dẫn nhiệt thuỷ tinh 2 = 0,0372 (W/m.độ) [I-hình I-36, tr130] Nhiệt tải riêng qua mơi trường ngồi: SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 68 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG q3 = 2*(tT3 – t2) (4) 2: hệ số cấp nhiệt mơi trường ngồi 2 = 9,3 + 0,058*tT3 (W/m2.độ), [II-VI.136, tr41] Mà: q = q1 = q2 = q3 Nhiệt độ nước để đun nóng là: t1 = 1200C Nhiệt độ khơng khí trung bình: t2 = 250C Giả sử nhiệt độ tường bơng thuỷ tinh phía mơi trường là: tT3 = 350C chênh lệch nhiệt độ nước đốt nóng thành vỏ 30C (tT1 = 30C) tT1 = t1 – tT1  tT1 = t1 - tT1 = 120 – = 1170C tT  tT1  tT = 117 – 35 = 820C tT3 = tT3 – t2 = 35 – 25 = 100C Từ (2) (4) ta có: tT r = 2*( tT3 – t2) Mà 2 = 9,3 + 0,058*tT3 = 9,3 + 0,058*35 = 11,33 (W/m2.độ)  r   t T 82   0,7237 (m2.độ/W) ( t  t ) 11 , 33 * 10 T3 Theo cơng thức (3) ta có: 1 r    r1  r2  2  0,7237 2      0,005     0,7237    r1  * 2  0,7237    0,387 *10 3  * 0,0372  50,2   1    = 0,0269 m = 26,9 mm - Khối lượng phần thân lớp bảo ơn: Lớp bảo ơn có đường kính: Dt = 2,33 (m) Dn = 2,33 + 2*0,0269 = 2,384 (m) Thể tích: V =  ( Rn2  Rt2 ) * H v Khối lượng: G = V*, với  = 200 kg/m3 khối lượng riêng thuỷ tinh SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 69 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG  2.384   2,33   G = V* = 3,14 *      * 2.2917 * 200  91.588 (kg)      - Khối lượng phần đáy lớp bảo ôn: Lớp bảo ôn phần đáy có đường kính: Dt = 2,33 (m) Dn = 2,33+ 2*0,0269 = 2,384 (m) Thể tích: V =  *  ( Rn3  Rt3 )  ( Rn3  Rt3 ) 3 Khối lượng: G = V* 3 3,14  2,384   2,33    =     * 200  23.551(kg )       Tổng khối lượng lớp bảo ôn: Gbo = 91.588 + 23.551 = 115.139 (kg) IV TÍNH CÁNH KHUẤY 4.1 Tính kích thước cánh khuấy Trong trình phản ứng yếu tố khuấy trộn góp phần quan trọng làm tăng vận tốc trình, giảm tượng nhiệt cục Đặc biệt với nguyên liệu tham gia phản ứng trạng thái khác đòi hỏi cấu tử phải phân tán đồng hỗn hợp Do đó, thiết bị đa tụ lắp thêm cánh khuấy để tăng hiệu cho trình, ngăn cản sa lắng kết tủa lắng cặn thân Tuỳ theo hình dạng thiết bị mà ta chọn loại cánh khuấy cho thích hợp, trường hợp ta chọn cánh khuấy mỏ neo độ nhớt hỗn hợp tương đối lớn Khe hở cánh khuấy thành nồi: e = (0,05  0,1)Dt Chọn e = 0,08Dt = 2,1.0,08= 0.168 (m) SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 70 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG Đường kính ngồi cánh khuấy: dm = D t- 2.e= 2,1 - 2.0,168 = 1.764 (m) Bề rộng cánh khuấy: b = 0,066.dm= 0,066.1.764= 0,116(m) Chọn chiều cao cánh khuấy: h = Dt = 2,1 (m) Đường kính cánh khuấy: dt = dm – 2b = 1.764 – 2*0.116 = 1,532 (m) 4.2 Công suất làm việc cánh khuấy Công suất cánh khuấy tính theo cơng thức sau: Np =  M *  * n * d m5 [I-IV.2, tr614] Trong đó: : khối lượng riêng chất lỏng,  = 1125.8448 (kg/m3) dm: đường kính cánh khuấy, dm = 1.68(m)  M : hệ số thứ nguyên phụ thuộc vào R ,   f (R ) - biểu thị tính đồng eM M eM dạng thuỷ lực ảnh hưởng áp suất Ta có: ReM =  * n * d m2  Với:  độ nhớt chất lỏng, giả thiết cánh khuấy làm việc mơi trường chất lỏng có độ nhớt lớn 800*10-3 (Ns/m2) n số vòng quay cánh khuấy, chọn n = 0,4 (vòng/s) Suy ra: ReM = 1125 8448 * 0,4 *1.68  1588 79  100 800 *10 3 Do đó, để xác định  M ta áp dụng công thức:  M = A*(R )p e Tra bảng VI.1 với loại cánh khuấy mỏ neo Re = 1588.79 > 100 A = 6,2; p = -0,25   M = 6,2*(1588.79)-0,25 = 0,9820  Np 0.9820*1125.8448*(0,4)3*(1.68)5 = 946.9268 (W) Đường kính trục cánh khuấy SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 71 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ dtx = √ Mx 9.81 GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG = √(3 ∗ 10^6 ∗ 𝑁𝑝)/(3.14 ∗ 𝑛 ∗ 9.81) = 100.55 mm 4.3 Cơng suất mở máy Khi mở máy cần có cơng để thắng lực qn tính lực ma sát Vì ta có cơng thức mở máy: NM = Ny + Ns [IV.12, tr 620-I] Ny: công suất tiên tốn để khắc phục lực ì Np Ny = K**n3*d5 = K*  M [IV.13, tr 620-I] K: hệ số thực nghiệm, chọn K = 1,2 Ns: công suất tiêu tốn để khắc phục lực ma sát cơng suất làm việc máy Np = Ns Suy ra: NM = N p * K M M  2059.9600 * 1,2  0,6515  5854.1176 (W) = 5,8541 (kW) 0,6515 4.4 Công suất động Công suất động xác định theo công thức sau: Nđc = NM  [IV.15, tr 620-I] Với : hiệu suất (khả truyền lực từ động sang cánh khuấy)  = 0,6 0,7, chọn  = 0,65 Vậy: Nđc = 5.8541  9,0063 (kW) 0,65 V CHỌN BÍCH, TAI TREO, ĐỆM 5.1 Tính bích, đệm 5.1.1 Chọn bích cho thiết bị Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị nối phận khác thiết bị Cơng nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo mặt bích, phương pháp nối áp suất môi trường Từ Dt = 2,1m, áp suất làm việc thiết bị 317401.8591 (N/m2) nên chọn bích liền làm thép kiểu để nối thân thiết bị với vỏ bọc nắp Dựa vào bảng [XIII.27, tr 424-II] SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 72 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Dt D GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG Db D1 D0 Bu-lông Kiểu bích Z(cái) 1(h) db 2100 2251 2201 2161 2116 M24 56 45 D Db D1 D0 Dt h db Khối lượng bích: Gbích = =  * ( D  D02 ) * h *  3,14 * (2,55  2,415 ) * 45 *10 3 * 7900  187,0520 (kg) 5.1.2 Chọn đệm Chọn đệm cho thiết bị (tra bảng [XIII 31, tr 433-II]) D4 D2 Dt D2 D4 2100 2154 2130 1.3 Chọn bích cho vỏ thiết bị Vỏ thiết bị làm việc áp suất 317401.8591 N/m2 SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 73 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG Chọn bích cho vỏ thiết bị có đường kính 2610 mm áp suất làm việc 326716,7920 N/m2 Tra bảng tra bảng XIII.27 STQT&TB tập II trang 424 ta có: Chọn bích nối vỏ thiết bị Dt D Db D1 D0 Bulông d 2300 2471 2401 2371 2320 M30 h(mm) z(cái) 60 45 5.2 Chọn tai treo Thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bệ mà phải có tai treo chân đỡ (trừ trường hợp ngoại lệ) Thiết bị cố định tai treo, tải trọng cực đại nồi tải trọng thử thuỷ lực toàn trọng lượng nồi rửa lần Ta có: Gmax = Gthân + Gđáy + Gnắp + Ghỗn hợp + Gvỏ bọc + Gđáy vỏ bọc + Gbảo ơn + Gđáy bảo ơn + 2*Gbích + Gcánh khuấy + Gbulong + Gmô-tơ Với: Gthân = 954,5349 (kg) Gđáy = Gnắp = 287,6745(kg) Ghỗn hợp = 9631.6023 (kg) Gvỏ bọc = 1013,5278 (kg) Gđáy vỏ bọc = 297,3057 (kg) Gbảo ôn = 115.139 (kg) Gđáy bảo ôn = 29,6850 (kg) Gbích = 2*187,052 (kg) Gcánh khuấy = 120 (kg) Gmô-tơ linh kiện khác = 300 (kg) Khối lượng bulong 0.2 kg có 116 cái, khối lượng bu lơng là: Gbulong = 0,2x116 = 23,2 (kg) SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 74 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG Suy ra: Gmax = 13134.1015 (kg) Chọn tai treo để đỡ nồi, trọng tai treo phải chịu là: 17075,0532 * 9,81  32211 3839 (N) Chọn tải trọng tai treo phải chịu 4*104 (N) L B B1 H S l a d 190 160 170 280 10 80 25 30 B a S H l L SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 a B1 75 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MỞ ĐẦU PHẦN 1:TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN II.PHÂN LOẠI CHƯƠNG 2:TỔNG QUANG LÝ THUYẾT I EPICLOHYDRIN 1.1 Công thức cấu tạo 1.2 Một số tính chất Epiclohydrin 1.3 An toàn sử dụng 1.4 Tổng hợp II DIPHENYLOL PROPAN 2.1 Công thức cấu tạo 2.2 Một số tính chất BPA 2.3 An toàn sử dụng 2.4 Tổng hợp CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP NHỰA EPOXY 11 I PHẢN ỨNG ĐA TỤ NHỰA EPOXY 11 II PHẢN ỨNG TẠO NHỰA POLYEPOXY 14 2.1 Nhựa polyglyxidil xianuarat 14 2.2 Nhựa epoxy bisphenol F 14 2.3 Nhựa epoxy bisphenol A novolac 14 III ĐÓNG RẮN NHỰA EPOXY 15 3.1 Đóng rắn amin 15 3.2 Đóng rắn axit hai chức: 16 3.3 Đóng rắn chất đóng rắn khác 17 CHƯƠNG 4: EPOXY ED6 TÍNH CHẤT NHỰA EPOXY ED6 VÀ ỨNG DỤNG CỦA NHỰA 19 I TÍNH CHẤT 19 1.1 Tính chất nhựa epoxy chưa đóng rắn 19 1.2 Tính chất nhựa epoxy đóng rắn 21 SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 76 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG 1.3 Những lưu ý quan trọng nhựa epoxy 22 II ỨNG DỤNG 23 2.1 Ứng dụng vật liệu composite 23 2.2 Ứng dụng sơn 28 2.3 Ứng dụng keo dán 31 2.4 Một số ứng dụng khác 33 CHƯƠNG 5: LỰA CHỌN QUY TRÌNH VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA EPOXY ED6 38 I CÁC CÔNG ĐOẠN TẠO NHỰA 38 1.1 Chuẩn bị nguyên liệu 38 1.2 Chuyển bị thiết bị phản ứng 39 1.3 Ngưng tụ nhựa thiết bị phản ứng 39 1.4 Chưng tách epyclohydrin 39 1.5 Tiến hành nhựa 39 1.6 Chưng cất nước 40 1.7 Lọc dung dịch nhựa 40 1.8 Chưng tách toluen 40 1.9 Lọc sản phẩm 41 II THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT NHỰA EPOXY ED-6 41 PHÂN 2: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ 43 CHƯƠNG CÂN BẰNG VẬT CHÂT 43 I CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU 43 II CÂN BẰNG VẬT LIỆU CHO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 43 2.1 Cân vật liệu cho sản phẩm 43 2.2 Cân vật chất thiết bị rửa 49 2.3 Cân vật chất thiết bị sấy 50 2.4 Cân vật chất cho trình đóng thùng (tổn hao 0,3%) 51 2.5 Tính cân vật chất cho mẻ sản phẩm 51 2.6 Cân vật chất cho ngày sản xuất (năng suất 102,9412 tấn) 53 2.7 Cân vật chất cho tháng sản xuất 54 2.8 Cân vật chất cho năm sản xuất 55 CHƯƠNG I TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 57 TÍNH KẾT CẤU THIẾT BỊ CHÍNH 57 SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 77 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: ThS PHAN THỊ THÚY HẰNG 1.1 Tính kích thước thiết bị phản ứng 57 1.2 Tính đường kính chiều cao thiết bị 58 1.3 Tính chiều dày thân hình trụ 59 1.4 Tính bề dày thân thiết bị hình trụ 60 1.5 Tính bề dày nắp đáy 62 1.6 Tính khối lượng thân, đáy, nắp thiết bị 64 1.7 Khối lượng đáy nắp 64 II TÍNH KẾT CẤU VỎ BỌC GIA NHIỆT 65 2.1 Tính chiều dày vỏ bọc hình trụ 65 2.2 Tính chiều dày đáy vỏ bọc 66 2.3 Tính khối lượng vỏ hình trụ đáy vỏ 67 2.4 Khối lượng đáy vỏ 67 III TÍNH CHIỀU DÀY LỚP BẢO ÔN 68 IV TÍNH CÁNH KHUẤY 70 4.1 Tính kích thước cánh khuấy 70 4.2 Công suất làm việc cánh khuấy 71 4.3 Công suất mở máy 72 4.4 Công suất động 72 V CHỌN BÍCH, TAI TREO, ĐỆM 72 5.1 Tính bích, đệm 72 5.2 Chọn tai treo 74 SVTH: VĂN THỊ PHƯƠNG DUNG – 14H4 78 ... thể thao) Nhựa epoxy ED-6 góp phần đáng kể vào việc tăng chất lượng cho ứng dụng Chính thế, ta cần phải tìm hiểu thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất nhựa epoxy ED-6 cho trình sản xuất đạt SVTH:... cho sản phẩm khác ED-5, ED-6 Do tính tuyệt vời nên nhựa epoxy ưa chuộng Việc sản xuất nhựa epoxy với thiết bị không phức tạp nguyên liệu để sản xuất đắt nên giá thành sản phẩm cao, mà nhựa epoxy. .. lại bắt đầu xây dựng nhà máy sản xuất nhựa epoxy [1] Vào năm 1960 Mỹ, số nhựa epoxy đời phát triển nhựa epoxy phenol novolac, nhựa triglycidyl p-aminophenol Nhựa epoxy chống cháy từ tetrabromobisphenol