ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn thạc sĩ Đào Quốc Tuỳ đã tận tình giúp đỡ
và hướng dẫn em để đến nay em đã hoàn thành quyển đồ án.
Đồng thời em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo trong bộ
môn Hữu cơ - Hoá dầu đã nhiệt tình giúp đỡ em trong thời gian làm đồ án.
1
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
MỞ ĐẦU
Trong thập niên 1930 ÷ 1940 bắt đầu phát triển nhiều loại nhựa dẻo
quan trọng trong đó có nhựa polyvinyl clorua (PVC). Sau Chiến tranh thế giới
thứ hai polyme tổng hợp đã làm cuộc cách mạng trong lĩnh vực vật liệu.
Những polyme này có giá thành tương đối rẻ, tính chất có thể điều chỉnh trong
một giới hạn rộng và trong nhiều mục đích sử dụng ưu việt hơn những loại vật
liệu cổ truyền.
PVC là một polyme tổng hợp từ vinyl clorua monome (VCM) theo
phản ứng trùng hợp. Số mắt xích trong phân tử PVC khoảng 700 ÷ 1500
monome. Các monome này liên kết tạo thành một mạch duy nhất. Những
mạch này rất mềm dẻo. Ngày nay, PVC được sử dụng rất rộng rãi do nó có
rất nhiều công dụng. PVC có thể được sử dụng làm màng, tấm chất dẻo, chất
dẻo đúc bằng áp lực, keo dán, sơn…Tuy nhiên PVC cũng có một số điểm hạn
chế như kém bền nhiệt, chỉ sử dụng tốt trong phạm vi nhiệt độ khoảng
60÷70
0
C, khả năng hoà tan trong các dung môi kém, khi gia công có khí HCl
thoát ra gây ra ăn mòn thiết bị và ô nhiễm môi trường.
Trước như cầu về PVC của thế giới và Việt Nam đang tăng mạnh thì
việc nghiên cứu để có những ứng dụng công nghệ mới trong ngành sản xuất
PVC có một ý nghĩa hết sức quan trọng. Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế phân
xưởng sản xuất PVC công suất 40.000 tấn/năm góp phần cho em hiểu rõ về

0
C thu được một
khối đồng chất giống cao su ở nhiệt độ thường sau này được gọi là PVC hoá
dẻo. Lúc đó PVC mới trở thành một chất dẻo được quan tâm hàng đầu trong
lĩnh vực công nghiệp.
Vào những năm trước và sau chiến tranh thế giới thứ II, PVC hoá dẻo
đã được sử dụng khá rộng rãi vào những năm của thập kỷ 60, PVC cứng
3
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
(PVC không trộn lẫn chất hoá dẻo) bắt đầu được nghiên cứu và sử dụng ở
Đức, Anh, Mỹ vào những năm tiếp theo PVC được nghiên cứu chủ yếu không
phải cấu trúc phân tử mà là cấu trúc ngoại vi phân tử được tạo ra trong quá
trình trùng hợp như kích thước hạt, hình dạng, độ xốp, sự phân bố kích
thước… Do các yếu tố này ảnh hưởng đến các đặc tính gia công và chế tạo
polyme.
Đầu năm 1970 PVC được sản xuất với một lượng lớn ở nhiều nước và
cũng tại thời điểm này PVC cạnh tranh với polyme etylen (PE) để giành vị trí
hàng đầu về vật liệu chất dẻo của thế giới.
Từ năm 1986 mức tiêu thụ PVC trên thế giới tăng hàng năm là 4% đặc
biệt tại khu vực Đông Nam Á mức tăng 7% và nó vẫn tiếp tục phát triển trong
thời gian tới [1]
Bảng 1: Số liệu mức tăng trưởng sản lượng PVC trên toàn thế giới
(Tổng sản lượng trên thế giới , đv: Triệu tấn)
Năm 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 1997
Triệu tấn 3,0 6,0 8,1 12,0 15 20,7 23,5 > 25
Sở dĩ PVC có mức tăng trưởng lớn như vậy là do có nhiều ưu điểm
như: ổn định hoá học, dễ gia công, tạo ra nhiều sản phẩm thông dụng và
nguồn nguyên liệu tương đối dồi dào. Tuy nhiên bên cạnh tính ưu việt, PVC
còn có nhược điểm như: chịu nhiệt kém (< 80

Để tổng hợp ra PVC thì nguyên liệu chủ yếu hiện nay đi từ dầu mỏ do
đó sản phẩm PVC cũng chịu sự tác động của những biến đổi trên thị trường
dầu mỏ.
Bảng 4: Giá PVC trên thị trường thế giới
Năm 1995 1997 1999
PVC bột (USD/ tấn) 1200 750 530
II/ SỰ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP PVC Ở VIỆT NAM
Nền công nghiệp hoá chất đóng vai trò tiên phong trong công cuộc đổi
mới và phát triển, lĩnh vực công nghiệp hoá chất gắn liền với sự phát triển của
đất nước.
Vào đầu thập kỷ 60, nhà máy hoá chất Việt Trì đã sản xuất được PVC,
với năng suất 150 tấn/năm. Tuy nhiên, do không kinh tế sản lượng quá nhỏ
nên quá trình sản xuất sớm dừng lại, đặc biệt khi bước vào chiến tranh phá
hoại của Mỹ. Trong thời gian gần đây, công nghiệp gia công chất dẻo lại phát
5
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
triển mạnh mẽ với tốc độ tăng trưởng bình quân 28%/năm. Để minh hoạ điều
đó ta có bảng mức tiêu thụ chất dẻo trong thập kỷ 90
Bảng 5: Chỉ số tiêu thụ chất dẻo ở Việt Nam
Năm 1990 1996
Lượng tiêu thụ kg/ đầu người 0,5 5,7
Nguyên liệu dùng trong qúa trình gia công đều phải nhập khẩu, trong
đó PVC nhập dưới hai dạng: PVC bột (PVC resin) và PVC hạt (PVC
compund) có chứa sẵn chất hoá dẻo, chất ổn định, chất màu…cơ cấu nguyên
liệu được trình bày ở bảng sau.
Bảng 6: Cơ cấu nguyên liệu ở Việt Nam
Dạng sản phẩm Tấn
PVC bột 31000
PVC hạt 68000

suất 30000 tấn/năm [8].
Tuy nhiên, hiện nay giá sản phẩm PVC trong nước cao hơn rất nhiều so
với giá mặt bằng chung trên thế giới. Do đó, các cơ sở sản xuất các sản phẩm
PVC trong nước đang phải hoạt động cầm chừng chi khoản 30- 35% công
suất. Nguyên nhân của tình trạng trên là do sự hụt giá của đồng tiền các nước
cung cấp nguyên liệu cho ngành nhựa Việt Nam. Hơn nữa, các nhà máy mới
đi vào hoạt động, giá thành sản phẩm vẫn mang giá trị khấu hao ban đầu, nên
giá thành vẫn cao hơn mức bình thường. Do vậy các dự án trên trở thành hiện
thực thì trong thời gian tới giá thành sản phẩm và sản lượng PVC trong nước
sẽ đáp ứng đủ cho thị trường trong nước và giá thành sẽ hạ xuống dẫn đến
không còn phải nhập khẩu nguyện liệu và nhựa PVC nữa.
Khi các nhà máy lọc dầu ở Dung Quất (Quảng Ngãi) và Nghi Sơn
(Thanh Hoá) đi vào hoạt động sẽ là cơ hội thuận lợi cho sự phát triển công
nghiệp chất dẻo nói chung và PVC nói riêng.
Bước đi của ngành PVC như vậy đã rất rõ ràng, cụ thể do đó chúng ta
có quyền hy vọng vào một tương lai tốt đẹp.
7
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA PVC.
I. CẤU TRÚC CỦA PVC
Công thức cấu tạo dạng tổng quát của nhựa PVC:
C
H
C
C
H
Cl
H
H

C
C
H
H
H
C
H
Cl
H
Cl
C
H
Cl
C
H
H
* Đầu nối đầu:
Qua sự nghiên cứu các tính chất hoá học của PVC và qua khảo sát bằng
quang học thì thấy rằng cấu tạo chủ yếu theo lối kết hợp đầu nối đuôi, vào
năm 1939 Marrel, Sample và Raj làm thí nghiệm tách loại Clo trong PVC
bằng cách đun nóng dung dịch PVC trong dioxan với bột kẽm đã khẳng định
sự xác định cấu tạo trên là đúng.
Zn
9
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
CH
CH
CH
2

Cl
CH
2
CH
Cl
- Syndiotactic:
CH
10
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
Cl
CH
Cl
CH
2
CH
2
CH
Cl
CH
2
- Izotactic:
Cl
CH
Cl
CH
2
CH
2
CH

C
H
C
H
C
C
H
H
C
H
H
Cl
H
C
C
Cl
H
H
H
hoặc
Cấu tạo ở dạng nhánh này rất ít từ 50- 100 mắt xích cơ sở mới có một
nhánh. Năm 1940 Fuller nghiên cứu tia X và thấy rằng PVC thương mại
thường là những chất vô định hình mặc dù vẫn có một lượng nhỏ kết tinh [1].
12
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
II. TÍNH CHẤT.
1. Tính chất vật lý.
PVC là một polyme vô định hình ở dạng bột trắng hay vàng nhạt, có trọng
lượng riêng là 1,4÷1,45. Chỉ số khúc xạ 1,544. PVC là một loại nhựa dẻo chịu

hợp của tác nhân gây trương như clorofom, cacbon têtracloxit xúc tác bởi tia
tử ngoại.
13
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
PVC có tính hoạt động hoá học khá lớn: trong các quá trình biến đổi
hoá học đều có các nguyên tử Clo tham gia phản ứng và thường kéo theo cả
nguyên tử Hidro ở Cacbon bên cạnh.
Các loại phản ứng chính gồm:
a. Phản ứng phân huỷ: Khi đốt nóng PVC có toả ra HCl và xuất hiện
hoá trị tự do. Chính nhờ có hoá trị tự do nên trong mạch sẽ xuất hiện nối đôi ở
phản ứng (1), sẽ có liên kết nối các mạch cao phân tử ở phản ứng (2) và nếu
có oxy sẽ tạo thành một số nhóm có chứa oxy ở phản ứng (3)
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
- HCl
CH
2
CH
Cl
CH
CH
+
HCl

Cl
CH
2
CH
Cl
- HCl
CH
2
CH
CH
CH
+
HCl
+ O
2
Cl
O
(3)
Nhiệt độ càng cao HCl toả ra càng mạnh và càng có nhiều liên kết nối
các mạch làm giảm tính chất hoà tan của polyme. PVC ở trong dung môi và
ngay ở nhiệt độ thường cũng có HCl thoát ra và ở đây chủ yếu xảy ra quá
trình oxy hoá. Ngược lại PVC trong khí N
2
khi đun nóng không bị oxy hoá mà
sẽ có cấu tạo lưới.
15
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
b. Khử HCl
Muốn đuổi hết nguyên tử Clo ra khỏi PVC người ta cho tác dụng dung

2
CH
Cl
CH
2
CH
OCOCH
3
CH
2
CH
OCOCH
3
+
n AgCl
16
16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
- Thay Clo bằng nhóm amin
Khi tác dụng dung dịch PVC với amôniac trong bình có áp suất và ở
nhiệt độ cao sẽ tạo thành một số nhóm amin và các liên kết amin nối các
mạch, mức độ thay thế không quá 15÷20%
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2

Khi cho tác dụng dung dịch PVC trong têtra hydro furan hay dicloetan
với benzen (hay Alkyl benzen) ở 0
0
C hay ở nhiệt độ thường với xúc tác
Clorua nhôm (AlCl
3
) sẽ tạo thành một số nhóm Aryl
+ n
AlCl
3
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
Cl

2
CH
CH
2
CH
Cl
Cl
+ n
AlCl
3
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
Cl
+ nHCl
Cl
CH
CH
2
CH
CH

chế gốc thì sự đứt mạch có thể xảy ra do chuyển mạch cho monome hoặc
polyme hoặc cho cả hai.
Còn nếu chuyển mạch cho polyme thì xuất hiện phân tử nhánh và phân
tử có cacbon bậc 3. Oxy trong không khí nhiệt phân huỷ PVC xảy ra nhanh
hơn trong N
2
. Một số kim loại như Zn và Fe ngay cả khi chỉ có vết (>= 10
trọng lượng kim loại trên 10
6
phần trọng lượng Polyme) cũng làm xúc tiến quá
trình phân huỷ PVC và làm cho khí HCl trở thành chất xúc tác của quá trình
phân huỷ. Polyme kỹ thuật luôn chứa vết, do đó thực tế có tác dụng xúc tác
khí HCl. Chất ổn định có trong polyme cũng ảnh hưởng không tốt đến độ ổn
định. Ôxy ở nhiệt độ cao xảy ra phân huỷ PVC. Trong kỹ thuật có hai chỉ số
rất quan trọng đó là nhiệt độ phân huỷ và độ ổn định nhiệt độ của PVC. Nó
phụ thuộc vào thành phần và mục đích của nhựa dẻo mà gia công PVC ở
140÷175
0
C
Trong điều kiện này có xảy ra phân huỷ HCl và phân huỷ một phần
polyme cũng có khi tạo thành cầu nối giữa các đại lượng. Nếu nhiệt độ phân
20
20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
huỷ của polyme trên 170
0
C và độ ổn định nhiệt trên 70 phút thì có thể dùng
chế tạo màng và tấm, nếu độ ổn định trên 90 phút thì dùng chế tạo ống và các
vật phẩm khác.
Để tăng độ ổn định nhiệt của PVC ta thêm chất ổn định vào để nó có

PO
4
+ Chất ổn định nhiệt cơ kim (hấp thụ khí HCl). Xà phòng kim loại
(muối của axit béo) để tạo ra muối dùng kim loại Mg, Ca, Ba, Zn, Pb và cả
các axit béo: stearic, redinonic, laurinic … xà phòng kim loại không độc.
+ Chất ổn định nhiệt hữu cơ: menamin, dẫn xuất ure và tioure, lượng
chất epoxy, estes.
Nhưng có một nhược điểm khi dùng chất ổn định là tạo ra muối clorua
kim loại làm ảnh hưởng đến độ trong suốt của polyme, tính điện môi giảm,
dẫu sao nó cũng tan trong nước và có thể đây là nguyên nhân gây độc.
21
21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
IV/ CÁC LOẠI CHẤT DẺO TỪ NHỰA PVC
1/ Sản phẩm từ PVC hoá dẻo
Hoá dẻo PVC với mục đích có các vật liệu mẫu, co giãn ở nhiệt độ
thường và đặc biệt là nhiệt độ thấp và để dễ dàng cho quá trình gia công ra sản
phẩm. Như vậy tác dụng cuả chất hoá dẻo thêm vào là giảm nhiệt độ hoá thuỷ
tĩnh của polyme nhưng đồng thời nó cũng làm giảm sức bền và tăng độ giãn
dài cuả sản phẩm.
Những chất hoá dẻo thường dùng là những chất phôtphat chiếm 75%
lượng chất hoá dẻo đó là các hợp chất trung gian như DIOP, DEHP, DOP và
estephtalat của C
7
÷C
9
, oxo – alcohol…
Những chất này có tác dụng tương tự nhau đối với PVC nếu không phụ
thuộc vào lý do kinh tế. Nếu dùng thêm chủng loại chất hoá dẻo là hợp chất
cao phân tử có nhiệt độ hoá thuỷ tĩnh thấp và có thể tạo ra các sản phẩm đồng

2
) và độ bền tĩnh học
khi kéo cũng tương đối lớn (500- 800 kg/cm
2
) nhưng tính chất này lại phụ
thuộc nhiều vào nhiệt độ và bề mặt sản phẩm cũng như trong quá trình gia
công mà đun nóng, làm lạnh không đều, ép dính các lớp không đều sẽ dẫn đến
làm giảm tính cơ học của PVC cứng.
Tính ổn định hoá học rất cao
+ Độ hút nước (sau 24 h) 0,1.10
-4
÷0,3.10
-4
gam/cm
2
.
+ Bền với axit và kiềm.
+ Bền với tác dụng của ximăng, dầu hoả, dầu thảo mộc, rượu, glixêrin.
Chính nhờ có tính ổn định hoá học cao và tính chất bền cơ học cho nên
có rất nhiều phương pháp gia công (hàn, ép, dán, cán…) nên có thể xem PVC
cứng là một loại vật liệu xây dựng chống ăn mòn rất tốt. [2]
V/ ỨNG DỤNG.
Do nhựa PVC có nhiều tính chất quý như: ổn định hoá học, bền thời
tiết, bền ôxy hoá, cách điện, dễ gia công, giá thành thấp,…vì vậy nó được sử
dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Sản phẩm được tạo ra từ PVC rất đa
dạng trên 2/3 lượng PVC được dùng làm các sản phẩm lâu bền như ống dẫn
nước, khung cửa sổ, bàn ghế…còn lại PVC được gia công thành những sản
phẩm khác như màng mỏng, bao bì, giày dép giả da, dây bọc cách điện,…
23
23

t
0
+ Peoxit benzoil (POB) có công thức là (C
6
H
5
COO)
2
do tác dụng nhiệt
nó bị phân huỷ ra các gốc hoạt động.
t
0
(C
6
H
5
COO)
2
2 C
6
H
5
COO
C
6
H
5
COO C
6
H