Download Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất Phenol-Formaldehyde tan trong cồn miễn phí
Công nghệ sản xuất phenol và phenolfomandehyde MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU 1
PHẦN I: LÝ THUYẾT CHUNG 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3
I. NGUYÊN LIỆU 3
1. Phenol và các dẫn xuất của nó 3
1.1. Phenol 3
1.1.1. Các tính chất vật lý 3
1.1.2.Tính chất hoá học của phenol 4
1.2. Các dẫn xuất của phenol 8
1.2.1. Crezol 8
1.2.2. Xilenol 9
1.2.3. Rezorsin (m-dihydroxylbenzen) 9
2. Các aldehyde 10
2.1. Formaldehyde 10
2.1.1. Tính chất 10
2.2. Urotropin ( hexametylen tetramin ) 12
2.2.1. Công thức 12
2.2.2. Tính chất 12
2.2.3. Điều chế 12
2.3. Furfurol 12
2.3.1.Công thức 12
2.3.2. Tính chất 13
2.3.3. Điều chế 13
II. PHÂN LOẠI NHỰA PHENOL – FORMALDEHYDE (PF) 13
III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC TẠO NHỰA VÀ TÍNH CHẤT SẢN PHẨM 13
1. Cấu tạo hoá học của nguyên liệu 14
2. Tỷ lệ mol giữa phenol:formaldehyde 15
3. Độ pH của môi trường 16
4. Ảnh hưởng của xúc tác và lượng xúc tác đến tính chất 17
4.1. Nhựa novolac 18
4.1.1 Tính chất 20
4.2. Nhựa rezolic 20
4.2.1. Xúc tác 20
4.2.2. Tỷ lệ các cấu tử 21
4.2.3 Tính chất 21
5.Sự khác nhau giữa nhựa novolac và nhựa rezolic [1] 22
6. Ứng dụng của nhựa phenol–formaldehyde 23
6.1. Bột ép 23
6.2. Vật liệu sợi ép (cốt sợi) đi từ nhựa rezolic và phụ gia là sợi 23
6.3. Vật liệu ép thành lớp 23
6.4. Vật liệu ép với phụ gia thô (mảnh vụn) 24
6.5 Ứng dụng làm các vật liệu khác 25
IV. ỨNG DỤNG NHỰA PHENOL-FORMALDEHYT ĐỂ LÀM KEO DÁN 27
1. Keo dán từ nhựa không phối hợp 27
2. Keo đi từ các nhựa phối hợp 28
2.1. Keo cacbonit-phenol-formaldehyde 28
2.2. Keo polivinyl butyrat-phenol-formaldehyde 28
2.3. Keo phenol- formaldehyde-cao su 28
2.4. Keo phenol - formaldehyde và epoxy 28
V. LÝ THUYẾT TỔNG HỢP DÙNG NHỰA REZOLIC TAN TRONG CỒN DÙNG LÀM KEO DÁN 29
1. Nguyên liệu 29
2. Cơ chế 29
3. Quy trình sản xuất nhựa rezolic tan trong cồn để làm keo dán 30
3.1. Bảo quản và chuẩn bị nguyên liệu 30
3.2. Quy trình sản xuất nhựa rezolic tan trong cồn để làm keo dán 30
PHẦN II: TÍNH TOÁN 32
CHƯƠNG I: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 32
I. CÂN BẰNG CHO MỘT TẤN KEO 33
1. Trọng lượng nhựa trong một tấn keo 33
2. Khối lượng của phenol cần dùng để sản xuất 1 tấn keo 33
3. Khối lượng formaldehyde cần dùng để sản xuất 1 tấn keo 33
4. Khối lượng Ba(OH)2 cần dùng trong 1 tấn keo 34
5. Khối lượng của những chất còn lại 34
6. Cân bằng vật chất cho lượng cần thiết để sản xuất 1 tấn keo 35
7. Cân bằng vật chất cho một tấn keo 36
II. CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO MỘT MẺ NHỰA 36
1. Cân bằng vật chất cho một mẻ nhựa 36
2. Cân bằng vật chất cho lượng dùng cho một mẻ keo 37
3. Cân bằng vật chất cho một ngày đêm sản xuất 37
4. Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất 37
CHƯƠNG II: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 38
I. THIẾT BỊ CHÍNH 38
1. Nồi đa tụ 38
1.1 Thể tích nguyên liệu cho 1 mẻ nồi 39
1.2. Thể tích nồi đa tụ 39
1.3. Kích thước nồi đa tụ 39
2. Chiều dày thiết bị 40
2.1. Chiều dày thân hình trụ của nồi phản ứng 40
2.2. Áp suất làm việc của nồi phản ứng. 40
2.3. Ứng suất cho phép của thép X18H10T 41
2.4. Chiều dày của đáy và nắp thiết bị 42
3. Chiều cao vỏ bọc 43
4. Chiều dày vỏ bọc 43
4.1. Chiều dày phần hình trụ vỏ 44
4.2. Chiều dày của đáy phần vỏ bọc 45
5. Chiều dày lớp cách nhiệt 46
II. CHỌN BÍCH VÀ BULÔNG 47
III. TÍNH CÁNH KHUẤY 48
1. Công suất làm việc của cánh khuấy 48
2. Công suất mở máy 49
3. Công suất của động cơ 49
4. Đường kính trục cánh khuấy 49
IV. TÍNH VÀ CHỌN TAI TREO 49
1. Trọng lượng của thép làm thiết bị 49
1.1. Trọng lượng phần hình trụ thân thiết bị 50
1.2. Trọng lượng của đáy và nắp thiết bị 50
2. Trọng lượng vỏ bọc ngoài 50
2.1. Trọng lượng phần hình trụ vỏ 50
2.2. Trọng lượng đáy vỏ 50
3. Trọng lượng bảo ôn 50
3.1. Trọng lượng phần thân 51
3.2. Trọng lượng phần đáy 51
4. Trọng lượng của bích 51
4.1.Trọng lượng của bích để ghép thân và nắp 51
4.2.Trọng lượng bích để ghép thân và vỏ bọc ở phần thân. 51
4.3. Trọng lượng bích ở để ghép thân và vỏ bọc ở phần đáy 51
5. Trọng lượng của một số chi tiết khác 51
6. Trọng lượng của toàn bộ thiết bị 51
7. Chọn tai treo 52
KẾT LUẬN 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
MỤC LỤC 55
Công thức chung của novolac đi từ các aldehyde và phenol khác nhau có thể viết dưới dạng :
RCHO - một aldehyde bất kỳ nào đó.
ArOH - phenol, crezol, xylenol.
Dấu, ', '', ''' chỉ rõ số vị trí trong nhân benzen bị nhóm hydroxyl chiếm và kết hợp với các nhân khác.
Sau đây là công thức của novolac từ p-crezol và axetaldehyde:
OH
CH3
OH
CH3
OH
CH3
n-2
Nhựa novolac gồm các phân tử tạo nhánh là do sự kết hợp giữa các mạch ngắn bằng cầu metylen ở vị trí octo và para (so với nhóm OH của nhân phenol).
Phụ thuộc vào điều kiện điều chế mà nhựa novolac được phân biệt theo thành phần, theo đại lượng phân tử và độ phân nhánh theo nhiệt độ nóng chảy, hàm lượng phenol tự do, độ nhớt của dung dịch.
Màu sắc của nhựa phụ thuộc vào độ hoạt động của nguyên liệu và chất xúc tác.
Điều chế nhựa novolac ngoài formaldehyde và các aldehyde khác có thể dùng hexa metylentetra amin, khi đun nóng phenol với urotropin (trong môi trường rượu ) với tỷ lệ 1,2:1 thì nhận được nhựa novolac chứa nitơ, có thể ở dạng nhóm dimetylen amin (-CH2-NH -CH2 -), phản ứng này toả ra NH3.
Nếu đun nóng nhựa novolac và nhựa đi từ phenol có thay thế gốc alkyl ở vị trí octo và para ở 2002800C thì chúng có khả năng chuyển sang trạng thái không nóng chảy không hoà tan, và nhóm hydroxyl của phenol tham gia vào việc tạo ra liên kết ete.
Do những trung tâm phản ứng tự do của nhựa novolac (ở vị trí octo và para so với nhóm hydroxyl của nhân phenol) làm cho nhựa này có khả năng chuyển sang trạng thái không nóng chảy, không hoà tan khi cho tác dụng với formaldehyde hay urotropin. Đóng rắn nhựa novolac có kèm theo hiện tượng tạo ra nhóm metylen và nhóm dimetylenimin.
4.1.1 Tính chất
Ưu điểm: Có thời gian bảo quản không giới hạn, dễ sử dụng, có khả năng tái sinh, dễ sữa chữa bằng cách hàn, dán…
Nhược điểm: Nhựa novolac là nhựa nhiệt dẻo có khuynh hướng bị dão, dễ bị nóng chảy, có màu vàng sáng đến nâu sẫm, tỷ trọng d= 1,2 ÷ 1,22, tan tốt trong rượu và axeton. Trong thời gian bảo quản, nhiệt độ nóng chảy, độ nhớt và tốc độ đóng rắn của nhựa thay đổi ít. Phân tử mạch thẳng và ít nhánh có khối lượng phân tử khoảng 500-2000.
4.2. Nhựa rezolic
Nhựa rezolic điều chế bằng cách ngưng tụ phenol với formaldehyde có xúc tác kiềm (Ba(OH)2, NaOH, NH4OH...).
Tỷ lệ mol giữa phenol:formaldehyde là 6:7 có xúc tác kiềm tạo ra nhựa rezolic và các sản phẩm phụ mono, di, trimetylol phenol (rượu phenol). Ngoài ra, phenol còn lại trong phản ứng tồn tại trong nhựa dưới dạng phenol tự do. Tính chất của chất xúc tác ảnh hưởng lớn đến lượng formaldehyde liên kết: nếu là kiềm mạnh NaOH, KOH thì lượng tham gia vào phản ứng nhiều hơn là khi dùng amoniac, có nghĩa là di và trimetylol phenol tạo ra nhiều hơn.
Ở nhiệt độ thấp (20 60oC) trong môi trường kiềm các rượu phenol được tạo ra không tham gia vào phản ứng ngưng tụ liên tục, ở nhiệt độ cao >70oC rượu phenol có khả năng tác dụng với nhau.
Điều kiện tạo thành nhựa rezolic:
4.2.1. Xúc tác
Khi pH>7 nghĩa là dùng xúc tác kiềm thì phản ứng đa tụ phenol và formaldehyde thường tạo thành nhựa rezolic.
Xúc tác kiềm làm cho nhựa có đặc tính rezolic không những trong trường hợp thừa formaldehyde mà ngay cả khi thừa phenol, phenol không tham gia phản ứng ở trong nhựa sẽ được giữ lại dưới dạng tự do.
Những xúc tác thường dùng nhất NaOH là loại xúc tác mạnh thường tạo nhựa rezolic tan trong nước.
Xúc tác Ba(OH)2, NH4OH tạo ra nhựa rezolic tan trong cồn. Đầu tiên NH4OH kết hợp với formaldehyde tạo thành urotropin, vì thế có thể dùng ngay cả bản thân urotropin để thay thế xúc tác. Thường lấy lượng NH4OH: 0,53% so với phenol. Đó là xúc tác tương đối yếu nên cũng giống như các kim loại hoá trị 2, cho phép khống chế quá trình dễ dàng. Khuyết điểm của xúc tác NH4OH là sản phẩm dễ bị rộp trong quá trình ép nóng khi dùng xúc tác này nhựa sản xuất ra dùng làm chất dẻo lớp và bột ép.
4.2.2. Tỷ lệ các cấu tử
Trong trường hợp ngưng tụ trong môi trường kiềm, nhựa rezolic vẫn nhận được khi thừa phenol nhưng tỷ lệ của các cấu tử không có ảnh hưởng quyết định như khi ngưng tụ nhựa novolac. Tỷ lệ của các cấu tử trong phạm vi gần với đương lượng phân tử.
Nhựa rezolic làm bột ép và chất dẻo thường nhận ở tỷ lệ đương lượng của phenol và formaldehyde hay thường thừa một ít formaldehyde. Thường lấy tỷ lệ phenol và formaldehyde là 6:7. Tỷ lệ của các cấu tử do đặc trưng của các xúc tác và công dụng kỹ thuật của rezolic quyết định.
4.2.3 Tính chất
Nhựa rezolic là một hỗn hợp sản phẩm phân tử thẳng và nhánh, trọng lượng phân tử từ 400 1000.
Nhựa rezolic có tính ổn định cao, chứa ít phenol tự do, bền hóa học và cách điện cao.
Nhựa rezolic ở nhiệt độ thường vẫn mất tính chảy nhớt, nóng chảy và hòa tan, nghĩa là khi bảo quản tính chất của chúng thay đổi theo chiều hướng tạo thành polime mạng lưới và rezolic chuyển dần sang trạng thái rezitol.
Hàm lượng phenol tự do cao hay thấp còn phụ thuộc vào tỷ lệ của các cấu tử, đặc điểm và lượng xúc tác, chiều sâu ngưng tụ và thời gian sấy.
Nhựa rezolic rắn thường chứa 812% phenol tự do, nhựa rezolic lỏng chứa 20% hay cao hơn. Lượng phenol tự do nhiều nó sẽ làm giảm tốc độ đóng rắn và tính chất cơ lý của sản phẩm. Nhưng có một số trường hợp cần chứa một ít phenol tự do trong nhựa vì nó làm cho nhựa dễ nóng chảy hơn và tạo màng sau khi đóng rắn có độ đàn hồi hơn.
Hàm lượng oxy trong nhựa rezolic (khi điều chế dùng xúc tác NaOH) có một số liên kết ete (-CH2-O-CH2-) vì khi đun nóng nhựa thì thấy có CH2O tỏa ra.
Trong trường hợp dùng xúc tác NH4OH không có liên kết ete và đun nóng nhựa đến 200oC thì không thấy CH2O toả ra.
Nhựa rezolic có thể hòa tan hoàn toàn trong nhiều dung môi như: xiclohexanol, phenol, dioxan, butanol... nhưng với điều kiện là nhiệt độ sôi của dung môi đó trên 100OC lúc đó thì các nối ngang đều bị phá hủy.
Tốc độ tăng nhiệt độ ảnh hưởng đến độ hòa tan của rezolic. Nếu tăng nhiệt độ nhanh thì lúc đó nhựa chưa kịp trương trong dung môi, lượng nối ngang tăng lên và ngừng hẳn quá trình hòa tan nhựa. Nếu đun nóng lâu thì có thể làm rezolic tan hoàn toàn.
Nhựa rezolic bị đóng rắn (rezit): Trong giai đoạn rezit mạng lưới tham gia tạo ra không những chỉ do liên kết hóa học mà còn do liên kết lý học.
Ở nhiệt độ cao liên kết lý học bị phá hủy do đó xuất hiện một ít tính đàn hồi, khi làm lạnh tính đàn hồi đó mất đi.
Trong những điều kiện xác định (ở nhiệt độ cao và đun nóng lâu) nếu dùng một lượng phenol thừa để xử lý rezit đã nghiền nhỏ thì nhựa này có thể biến thành nhựa novolac trong trường hợp này xảy ra hiện tượng đứt liên kết hóa học giữa các phân tử và tạo ra liên kết với phenol.
IbAd52bu9J8o1ZR
