LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài : TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT
POLYPROPYLEN
MỤC LỤC

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM.......................5
1.1. GIỚI THIỆU VỀ PROPYLENE: ...............................................................5
1.1.1. Tính chất vật lý [3]...............................................................................7
1.1.2. Tính chất hóa học [4]............................................................................7
1.1.3. Quá trình phát triển và các nguồn thu nhận chính [5]..........................9
1.2. GIỚI THIỆU VỀ HYDROGENE:[6].........................................................9
1.2.1. Tính chất vật lý: [7]............................................................................10
1.2.2. Tính chất hóa học [8]..........................................................................10
1.2.3. Ứng dụng và sản xuất[9]....................................................................11
1.3. SẢN PHẨM POLYPROPYLEN.............................................................11
1.3.1. Lịch sử ra đời[10]...............................................................................11
1.3.2. Đặc tính chung[11].............................................................................12
1.3.3. Công dụng[12]....................................................................................12
1.3.4. Phân loại Polypropylen[13]................................................................12
1.3.5. Cấu trúc phân tử[15]...........................................................................13
1.3.6. Hình thái học[17]................................................................................15
1.3.7. Tính chất nhiệt động học[18].............................................................18
1.4. CHẤT XÚC TÁC[21]...............................................................................19
1.4.1. Lịch sử ra đời và phát triển.................................................................19
1.4.2. Cấu tạo, thành phần của chất xúc tác................................................21
1.5. LÝ THUYẾT TRÙNG HỢP PROPYLENE [22].....................................23
1.5.1. Cơ chế trùng hợp Propylene...............................................................23
1.5.2. Vấn đề điều hòa lập thể và điều hòa vùng trong sự chèn monomer...26
CHƯƠNG 2 [23]..................................................................................29
TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLEN...29
LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLENE.....32

4.3.2.3. Xây dựng các thiết bị tách loại....................................................73
4.3.3. Kết quả thu được từ quá trình mô phỏng...........................................74
TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH............................................78
5.1. TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHO THIẾT BỊ CHÍNH..........................78
5.1.1. Các thiết bị phản ứng..........................................................................78
5.1.2. Thiết bị tách loại................................................................................78
5.1.3. Kết quả thu được từ mô phỏng..........................................................78
5.2. CÁC THIẾT BỊ PHỤ KHÁC....................................................................79
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA QUÁ TRÌNH[31] 84
6.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ......................................84
6.1.1. Các nguyên tắc cơ bản của quá trình điều khiển ...............................84
6.1.1.1. Điều khiển đóng mở....................................................................84
6.1.1.2. Điều khiển quá trình.................................................................84
6.1.2. Hệ thống điều khiển phân tán DCS trong các nhà máy hiện đại ......84
6.1.3. BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ......................................................................85
6.1.3.1. Vai trò của bộ điều khiển PID ...................................................85
6.1.4. Lựa chọn khâu tác động và các thông số đặt trưng cho PID..............86
6.1.5. Hệ thống điều khiển trong nhà máy sản xuất POLYPROPYLEN.....87
6.1.5.1. Bộ điều khiển lưu lượng : Gồm các thiết bị điều khiển lưu
lượng :.................................................................................................................88
6.1.5.2. Bộ điều khiển nhiệt độ ...............................................................88
6.1.5.3. Bộ điều khiển nồng độ ...............................................................88
6.1.5.4. Bộ điều khiển mức .....................................................................89
6.2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỘT SỐ THÔNG SỐ DÒNG VẬT
CHẤT BẰNG HYSIS ................................................................................................89
6.2.1. Tiến hành và hoàn tất mô phỏng tỉnh quá trình trao đổi nhiệt của dòng
Propylen :.................................................................................................................89
6.2.2. Xây dựng hệ thống điều khiển PID cho thiết bị :...............................89
Tài liệu tham khảo của Chương I.....................................................94
LỜI NÓI ĐẦU

Các phần mềm mô phỏng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với ngành dầu khí
nói riêng và các ngành kỹ thuật khác nói chung. Nó cho phép người sử dụng tiến hành
các thao tác mô phỏng một quy trình đã có trong thực tế hoặc thiết kế một quy trình mới
nhờ có thư viện dữ liệu phong phú và chính xác với từng ngành khác nhau. Một trong số
đó chính là phần mềm Hysis Là phần mềm tính toán chuyên dụng trong các lĩnh vực
công nghệ hóa học, đặc biệt trong lĩnh vực lọc - hóa dầu, polymer, hóa dược.
Từ những phân tích trên, em quyết định chọn đề tài: “Tổng quan công nghệ và
mô phỏng thiết kế nhà máy sản xuất Polypropylene – Năng suất:
150000 Tấn/năm” bằng phần mềm Hysis.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN
PHẨM
1.1. GIỚI THIỆU VỀ PROPYLENE:
Propylen (tên thông thường), có tên quốc tế là Propen là một hydrocacbon không
no, thuộc họ alken.
- Công thước phân tử: C
3
H
6
- Công thức cấu tạo:
Là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất Polypropylene.
Các nguồn thu nhận Propylene chính: [1]
Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất Polypropylene là Propylene. Sản xuất
Propylene là lĩnh vực sản xuất quy mô lớn, có mức tăng trưởng nhanh. Propylene là
nguyên liệu cho nhiều sản phẩm hóa dầu quan trọng nhưng cho đến nay nó vẫn được coi
là sản phẩm phụ hoặc sản phẩm đồng hành của các nhà máy lọc dầu (NMLD) và các
nhà máy sản xuất Ethylene.
Về cơ bản, toàn bộ lượng Propylene sử dụng cho công nghiệp hóa chất đều được
sản xuất từ các NMLD (cracking xúc tác) hoặc là đồng sản phẩm của Ethylene trong các
nhà máy cracking bằng hơi nước. Ngoài ra, còn những lượng Propylene tương đối nhỏ

o
C, 760mmHg): 0.51.
− Tỷ trọng ở trạng thái hơi (15
o
C,760mmHg): 1.49.
− Độ tan (trong nước ở -50
o
C): 0.61g/m
3
.
− Độ nhớt(20
o
C): 0.3cSt, (tại 20
o
C và 1at 8.35.10
-6
N.s/m
2
).
− Độ nhớt (16,7
o
C):8,34µPa
*
s.
− Nhiệt độ tới hạn: T
c
= 92.3
0
C.
− Nhiệt nóng chảy: -185.2

+ H
2
R
1
R
2
CH-CHR
3
R
4

CH
2
=CH-CH
3
+ H
2
CH
3
-CH
2
-CH
3
Phản ứng cộng Halogen (Halogen hóa).
Clo và Brom dễ cộng hợp với Propylen để tạo thành dẫn xuất đihalogen không
màu, do tính chất làm mất màu dung dịch Clo (Brom) nên người ta thường dùng dung
dịch nước Clo (brom) để nhận biết anken:

xt,t
o

- Phân tử H
+
-Cl
-
bị phân cắt, H
+
tương tác với liên kết π tạo thành
cacbocation, còn Cl
-
tách ra.
- Cacbocation là tiểu phân trung gian không bền, kết hợp ngay với anion Cl
-
tạo thành sản phẩm.
 Cộng nước (Hidrat hóa).
Ở nhiệt độ thích hợp và có xúc tác Acid, Propylen có thể cộng hợp nước:
CH
2
=CH
2
-CH
3
+H-OH CH
3
- CH
2
- CH
2
- OH (Propanol)
Quy tắc cộng hợp tuân theo quy tắc Mac - côp – nhi - côp, (Phần điện tích dương
của tác nhân cộng vào cacbon mang nhiều H hơn (tức là cacbon bậc thấp hơn), còn phần

Ngoài ra Propylen cũng có khả năng làm mất màu quỳ tím như những Anken
khác.
3C
3
H
6
+ 2KMnO
4
+ 4H
2
O 3CH
3
-CH(OH)-CH
2
OH + MnO
2
+ 2KOH
1.1.3. Quá trình phát triển và các nguồn thu nhận chính [5]
Những nguồn thu nhận chính của propylen từ quá trình cracking (crackinh xúc
tác hoặc crackinh hơi) các hydrocacbon. Lúc đầu quá trình này được thiết kế để sản xuất
những sản phẩm khác, propylen chỉ là sản phụ không mong muốn. Quá trình này sinh ra
H
+
,t
o
nhiều sản phẩm phụ, hàm lượng Propylen sinh ra tùy thuộc nguồn nguyên liệu và điều
kiện phản ứng. Nguồn nguyên liệu chính là dầu mỏ và etan. Khi dầu mỏ trở thành nguồn
nguyên liệu chính thì hàm lượng Propylen sản xuất được tăng lên. Sự tiêu thụ tăng lên
dẫn đến tăng độ nghiêm ngặt quá trình cracking xúc tác của nhà máy lọc dầu, kết quả là
tăng lượng sản phẩm Propylen. Propylen thu được từ quá trình crackinh xúc tác của nhà

Bảng 1 : Một số tính chất vật lý của Hydrogen
Khối lượng phân tử, (g/mol) 2,016
Khối lượng riêng ở thể lỏng, (g/cm
3
) 0,06986
Khối lượng riêng ở thể khí, (g/cm
3
) 0,001312
Nhiệt độ ngưng tụ, (
o
C) - 252,6
Nhiệt độ kết tinh, (
o
C) -259
Nhiệt độ tới hạn, (
o
C) -230,82
Áp suất tới hạn, (bar) 19,29
Giới hạn cháy nổ với không khí, (%V)
4,0 ÷ 75
Độ nhớt ở 15
o
C, (cP) 0,00866
Năng lượng liên kết H-H, (kj/mol) 435
Độ dài liên kết, (
o
A
)
0,74
1.2.2. Tính chất hóa học [8]

 Phản ứng với kim loại kém hoạt động (trừ các oxyt kim loại hoạt
động từ đầu dãy điện hoá đến Al)

2 2
3 4 2 2
CuO H Cu H O;
Fe O 4H 3Fe H O;
+ → +
+ → +
 Phản ứng cộng
Tham gia các phản ứng Hydrogen hoá các hợp chất không no, tác nhân ngắt
mạch các phản ứng dây chuyền tạo chuỗi polymer. Đặc biệt, Hydrogen có ý nghĩa rất
lớn trong các quá trình Hydrocracking, Hydrotreatment trong Nhà máy lọc dầu.
1.2.3. Ứng dụng và sản xuất[9]
Hydrogen có độ tinh khiết thường được sử dụng trong công nghiệp sản xuất các
hợp chất dẻo, các polyester và nylon (sợi tổng hợp), tổng hợp NH
3
, HCl, CH
3
OH và
công nghiệp hàn (kết hợp với oxygen).
Gần đây, người ta đã tạo ra được trạng thái mới của Hydrogen (Hydrogen kim
loại), khi nén dưới áp suất 3 triệu atm ở nhiệt độ khoảng - 270
o
C. Hydrogen kim loại
này là một chất rắn có độ dẫn điện - nhiệt cao và các tính chất khác của kim loại được
ứng dụng trong công nghiệp điện tử, các vật liệu bán dẫn.
Là nhiên liệu quan trọng trong các tàu vũ trụ, tên lửa và tổng hợp hạt nhân. Hiện
nay trên thế giới đang hướng đến dùng làm nhiên liệu chạy cho động cơ, pin nhiệt
điện.Vì nhẹ nên dùng bơm vào khí cầu, phao phục vụ cho quân sự và dân sự.

1.3.3. Công dụng[12]
Nhờ có một số tính chất ưu việt hơn so với các polymer khác nên PP được sử
dụng phổ biến như:
- Dùng làm bao bì một lớp chứa đựng bảo quản thực phẩm, không yêu cầu chống
oxy hóa một cách nghiêm ngặt.
- Tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực, ngũ cốc có số lượng lớn.
- PP cũng được sản xuất dạng màng phủ ngoài đối với màng nhiều lớp để tăng
tính chống thấm khí, hơi nước, tạo khả năng in ấn cao, và dễ xé rách để mở bao bì (do
có tạo sẵn một vết đứt) và tạo độ bóng cao cho bao bì.
1.3.4. Phân loại Polypropylen[13]
Polypropylen là một loại nhựa nhiệt dẻo được sản xuất bởi quá trình polimer
hóa propylene. Có nhưng tính chất nhiệt, vật lý, hóa học như mong muốn khi sử dụng ở
nhiệt độ phòng.
Trong công nghiệp người ta chia Polypropylen thành các họ lớn với các tên gọi
như sau:
- HomoPolypropylen (Polypropylen đồng thể), là kết quả của quá trình polymer
hóa chỉ duy nhất monomer là Propylen. Là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong các
loại sản phẩm của PP. Nó được sản xuất từ những thiết bị phản ứng khác nhau có sử
dụng xúc tác để liên kết các monomer lại với nhau thành dạng có cấu trúc không gian cố
định. HomoPolypropylen là một hệ hai pha, vì nó chứa cả vùng kết tinh được và vùng
không kết tinh được (vô định hình). Vùng không có khả năng kết tinh bao gồm cả
isotactic PP và atactic PP. Isotactic. PP có khả năng kết tinh chậm trong vùng vô định
hình. HPP có mạng tinh thể từ dày đến mỏng được thể hiện qua điểm chảy của nó.
- Random CoPolypropylen (Polypropylen đồng trùng hợp) (RCP) là kết quả của
quá trình đồng polymer hóa monomer Propylen với các monomer khác. Thường dung
dịch kết hợp comonomer Ethylene với tỷ lệ thấp (7 %). Đa số Copolymer có cấu tạo
không điều hòa, trong mạch phân tử của chúng có các mắc xích cơ sở (monomer A và
B) khác nhau sắp xếp một cách hỗn độn và không thể tách ra các đoạn mạch lặp đi lặp
lại một cách tuần hoàn. Đồng trùng hợp có các ứng dụng lớn trong thực tế vì nó cho
phép thay đổi tính chất của các hợp chất cao phân tử trong một giới hạn rộng. Đồng

1.3.6. Hình thái học[17]
• Tinh thể học và hiện tượng đa hình :
Hóa học lập thể của PP đóng vai trò quan trọng trong việc sắp xếp đặc khít của
các đoạn mạch trong vùng kết tinh của PP. Hình 5 cho thấy các dạng tán xạ tia X góc
rộng (WAXS: wide-angle X-ray scattering) của iPP, sPP, và aPP. Cấu trúc phân tử điều
hòa của iPP và sPP làm cho các đoạn mạch dể dàng kết tinh, điều này tạo ra sự khác
nhau trong tính đối xứng của đơn vị nguyên tố giữa sPP và iPP. aPP không có cấu trúc
phân tử điều hòa và không kết tinh. Điều này dẫn đến việc tạo ra một vùng tán xạ
khuếch tán rất rộng. Mạch iPP có cấu dạng xoắn ốc trong nguyên tố tinh thể, như trong
hình 6. Đường xoắn ốc lặp lại sau 3 mắt xích monomer, với chu kỳ đồng nhất 0,65nm.
Sự bố trí 4 vòng xoắn được thực hiện bởi việc quay bên phải hoặc bên trái quanh đường
tâm chính giữa với với độ nghiêng không phụ thuộc vào hướng quay.
Hình 5 : Các kiểu tán xạ tia X có gốc rộng của iPP , sPP , aPP . Miền
gạch minh hoạ sự tách biệt của phân bố tán xạ tinh thể và vô
định hình
Dạng tinh thể chủ yếu của iPP là dạng α. Đơn vị nguyên tố của dạng α - iPP là
đơn tà, chứa được 4 đoạn mạch và 12 mắt xích monomer với sự sắp xếp đặc khít đặc
trưng của sự sắp xếp xoắn ốc. Khối lượng riêng của tinh thể thường nằm trong khoảng
0,936-0,946 gm/cm
3
. Cấu dạng xoắn của sPP khác với iPP, và có chu kỳ đồng nhất là
0,74 nm. Đơn vị nguyên tố của dạng tinh thể ổn định nhất của sPP là hệ tà phương, chứa
4 đoạn mạch và 16 mắt xích monomer với với sự sắp xếp đặc khít đặc trưng của sự sắp
xếp xoắn ốc. Khối lượng riêng của tinh thể là 0,930 gm/cm
3
.
Cả iPP và sPP đều biểu hiện hiện tượng đa hình, có xu hướng kết tinh thành dạng
tinh thể khác phụ thuộc vào điều kiện kết tinh. Trong iPP, dạng chủ yếu là dạng α. Các
dạng khác bao gồm m β- , γ-, và các dạng trung gian. Tất cả các dạng tinh thể này đều
chứa cấu dạng xoắn với khoảng lặp lại 0,65 nm, nhưng khác nhau trong tính đối xứng

chậm từ trạng thái nóng chảy. Đồng trùng hợp cũng được sử dụng để điều chỉnh độ kết
tinh của polymer. Trong trường hợp này, comonomer là nguồn để tạo ra tính không
điều hòa trong mạch PP. Việc đưa comonomer vào làm giảm độ kết tinh, giảm độ cứng
bên trong và nhiệt độ nóng chảy, và tăng độ bền va đập.
• Hình thái hạt polymer:
Hình thái ngoại quan của các hạt bao gồm: Hình dạng, kích thước, phân bố kích
thước và độ xốp. Kiểm soát hình thái hạt cũng có liên quan đến các công nghệ có sử
dụng các hạt polymer được trùng hợp bất đối xứng trong quá trình trùng hợp tiếp theo.
Các đặc trưng hình thái phụ thuộc mạnh vào chất xúc tác. Chất xúc tác tái tạo hình dạng
của nó trong polymer nhưng có kích thước lớn hơn và kích thước này phụ thuộc vào độ
hoạt động của nó. Độ hoạt động của xúc tác được đánh giá thông qua lượng polymer tạo
ra trên 1 đơn vị chất xúc tác.
Hạt polymer có cùng hình dạng với hạt xúc tác, mặc dù đường kính của nó lớn
hơn xấp xỉ 20-100 lần. Sự lớn lên của hạt polymer trong suốt quá trình trùng hợp đã
được mô hình hóa bởi nhiều tác giả và trong nhiều tài liệu. Trong mô hình nhiều hạt
(multigrain), chất xúc tác bị phân mãnh thành các vi hạt và các vi hạt này được phân bố
bên trong các hạt polymer dưới tác dụng của các lực tạo ra do sự lớn lên của các lớp
polymer. Trong các chất xúc tác Ziegler-Natta, sự phân mãnh xãy ra lúc lượng polymer
tạo ra rất thấp, tạo ra bề mặt hoạt động lớn từ lúc bắt đầu quá trình trùng hợp. Sự lớn lên
của các hạt polymer là kết quả từ sự tích luỹ các lớp của hạt polymer.
1.3.7. Tính chất nhiệt động học[18]
• Sự nóng chảy.
Điểm nóng chảy của dạng α iPP bị ảnh hưởng mạnh bởi tính điều hòa không
gian. Điểm nóng chảy gia tăng khi tính điều hòa tăng. T
o
m
là điểm chảy cân bằng của
tinh thể hòan hảo. Giá trị của T
o
m

• Nhiệt độ hoá thuỷ tinh:
Giá trị nhiệt độ hoá thuỷ tinh Tg phụ thuộc vào độ kết tinh của polymer, KLPT
và cách thức đo được sử dụng. Nhiệt độ hoá thuỷ tinh thường trong phạm vi -13 ÷ 0
o
C.
Các phương pháp kỹ thuật khác như phân tích cơ động học thường nhạy hơn với Tg của
iPP. Quá trình đồng trùng hợp với ethylene làm giảm Tg. Đồng trùng hợp với butene
làm giảm Tg ít hơn.
1.3.9 Tính chất hoá học [19]
iPP tan được trong các hydrocacbon béo và thơm có điểm sôi cao ở nhiệt độ cao.
sPP tan được trong các hydrocacbon béo và thơm có điểm sôi thấp hơn và ở nhiệt độ
thấp hơn. aPP thể hiện độ tan cao nhất trong 3 dạng trên. Độ bền hoá học cao của iPP
làm cho nó khó bị biến màu và được sử dụng trong acquy xe ô tô. iPP còn có khả năng
kháng nước, bền với nhiều axit và bazơ vô cơ mạnh. Giống như các polyolefin khác là
nó bị tấn công bởi các tác nhân OXH như axit sunfuric 98% và axit clohidric 30% ở
nhiệt độ cao (≈ 100
o
C) và axit nitric bốc khói (nhiệt độ thường).
PP phản ứng với O
2
bằng nhiều cách khác nhau, gây ra sự đứt mạch và dòn, đồng
thời giảm khối lượng phân tử. Phản ứng này càng xảy ra mạnh ở nhiệt độ cao, ánh sáng.
Một lượng lớn các loại chất ổn định được thêm vào để bảo vệ, phụ thuộc vào từng ứng
dụng.
Khả năng phản ứng của PP cũng được sử dụng 1 cách hiệu quả. Ví dụ như xử lý
bằng các peoxit để tạo nhựa có tính lưu biến cần thiết. Sự hình thành của các gốc tự do
dọc theo mạch polymer, hầu hết thông qua chất khơi mào peoxit. Mục đích là đưa các
nhóm chức có cực vào mạch polymer. Việc đưa các nhóm chức có cực vào để có thể in,
sơn hoặc dùng làm tác nhân liên kết (coupling agent) trong composite như iPP được gia
cố thuỷ tinh, hoặc để cải thiện khả năng chống oxy hóa, hoặc dùng làm chất ổn định

nhưng vẫn giữ giai đoạn trích ly xúc tác. Thành phần gồm TiCl
3
kết hợp với clorua
Diethylaluminium (Al(C
2
H
5
)
2
Cl). Chiều hướng cho ra sản phẩm Polypropylene cao (95
÷ 98)% nhưng hiệu suất của xúc tác vẫn còn thấp (4.000 ÷ 10.000)g Polypropylene/g
xúc tác.
- Thế hệ thứ 3, đưa ra năm 1975 bởi công ty Mitsui – Montedison: hiệu suất
được cải thiện hơn, cho phép loại bỏ trích ly cặn xúc tác, nhưng tính lập thể chọn lọc
hơi thấp nên có thể cần đến giai đoạn trích ly Polypropylene atactic. Thành phần gồm
TiCl
4
trên chất mang MgCl
2
được bổ sung thêm một ester thơm. Chúng được sử dụng
với Triethylaluminium (Al(C
2
H
5
)
3
) như là một xúc tác kết hợp và một silane đã được cải
thiện dạng thể đặc trưng. Hiệu suất xúc tác (5.000 ÷ 15.000)g Polypropylene /g xúc tác
và khoảng 92% Polypropylene isotactic ở thể đặc trưng. Hình dạng của polymer không
đều và sự phân loại theo thành phần (phép đo hạt) còn rất lộn xộn (tồn tại đồng thời các

1
δ-TiCl
3
.0.33AlCl
3
+AlEt
2
Cl 0.8-1.2 90-94 Không
thể
Khử tro và
loại bỏ
phần
atactic
1
2
δ-TiCl
3
+AlEt
2
Cl 3-5 (10-15) 94-97 Có thể Khử tro
1
3
TiCl
4
/ester/MgCl
2
+AlR
3
/est
er

- Chất xúc tác: Halogen của các kim loại chuyển tiếp nhóm IV và nhóm VIII
như: TiCl
3
, TiCl
4
, TiCl
2
,Ti(OR)
4
, TiI
4
, VCl
4
, VOCl
3
, VCl
3
, ZrCl
4
…
- Chất trợ xúc tác: Hydrid, ankyl, aryl của các nguyên tố nhóm I, IV như:
Al(C
2
H
5
)
3
, Al(i-C
4
H

(TEAL) là chất trợ xúc tác, chúng
được phân tán trong dầu khoáng và mỡ nhờn. Xúc tác này cho hiệu suất và độ chọn lọc
cao. Bằng việc thay đổi tỉ lệ các hợp phần xúc tác, lựa chọn chế độ công nghệ mà người
ta có thể sản xuất các polymer có cấu trúc không gian khác nhau.
Người ta sử dụng Hydrogen để tắt mạch phản ứng tạo ra sản phẩm có độ phân bố
hẹp.Trong phản ứng polymer tạo Polypropylene. Phụ thuộc khả năng định hướng của
nhóm metyl, có 3 dạng mạch PP khác nhau. Bằng việc thay đổi tỉ lệ các hợp phần xúc
tác, lựa chọn chế độ công nghệ mà người ta có thể sản xuất các polymer có cấu trúc
không gian isotactic có giá trị kinh tế cao.
Hình 7 : Hạt xúc tác Ziegler–Natta (a) và hạt polymer tương
ứng (b)
Bảng 3 : Thành phần chính của các loại xúc tác Ziegler-Natta
Kim loại nhóm I – III Kim loại chuyển tiếp Chất thêm vào
Al(C
2
H
5
)
3
TiCl
4
H
2
Al(C
2
H
5
)
2
Cl

2
Mg
(C
2
H
5
)
2
Zn
Titanocene dichloride
Ti(OiBu)
4
R
3
N, R
2
O, R
3
P
Aryl esters
(C
2
H
5
)
4
Pb (Mo, Cr, Zr, W, Mn, Ni) HMPA, DMF
• Công thức cấu tạo của Xúc tác Ziegler-Natta thế hệ 2, 3 và 4 như sau:
Hình 8 : Công thức cấu tạo của Xúc tác Ziegler-Natta thế hệ 2, 3
và 4

P
= k
P
[C
*
][M]
Trong đó k
p
đó là hằng số lớn mạch; [C
*
] là nồng độ của trung tâm hoạt động;
[ M] là nồng độ của monomer.
Tốc độ trùng hợp tổng cộng thay đổi theo thời gian. Sau giai đoạn tăng tốc
thường là sự suy giảm tốc độ và cuối cùng là trạng thái dừng. Sự giảm dần tốc độ
thường là do sự thay đổi nồng độ của các vị trí hoạt động. Tốc độ lúc đầu tăng có thể là
do quá trình hoạt hóa làm xuất hiện các hoạt động trung tâm mới. Sự giảm hoạt tính, thể
hiện rõ ràng nhất trong xúc tác có chất mang, là do sự thay đổi cả về số lượng và bản
chất hóa học của các trung tâm.
Tốc độ trùng hợp chung của giai đoạn lớn mạch đầu tiên chịu ảnh hưởng của xúc
tác và các điều kiện trùng hợp. Những ảnh hưởng đó là do cấu trúc hoá học và vật lý của
chất xúc tác cũng như bản chất của chất hoạt hoá. Các tham số quan trọng bao gồm tỷ lệ
giữa chất xúc tác và chất hoạt hoá, và nồng độ của chúng, nồng độ H
2
, nhiệt độ, tốc độ
khuấy trộn. Những ảnh hưởng này thay đổi theo môi trường trùng hợp; tức là, chất pha
loãng hoặc monomer trong pha lỏng hay pha khí.
Việc xác định năng lượng hoạt hoá của phản ứng phát triển mạch và thời gian
sống trung bình của mạch polymer không chắc chắn. Năng lượng hoạt hoá của phản ứng
phát triển mạch của các xúc tác trên cơ sở TiCl
3

hình, Breslow và Newburg đã cho rằng sự phát triển mạch xảy ra tại trung tâm liên kết
Ti –C. Không lâu sau đó, Cossee mở rộng khái niệm này thành một cơ chế phức tạp hơn
cho các xúc tác có chất mang, trong đó ông đã chứng minh bằng các tính toán orbital
phân tử.
Sự chèn momomer xảy ra thông qua bước đầu tiên là sự phối trí monomer với
kim loại chuyển tiếp để tạo phức π. Việc tạo phức này làm liên kết Ti-C yếu đi, và cuối
cùng là sự chèn monomer vào giữa các kim loại chuyển tiếp và nguyên tử C. Bởi vì 2 vị
trí này không tương đương trong mạng lưới tinh thể của xúc tác nên vị trí trống và dãy
polymer sẽ trao đổi vị trí. Qúa trình lặp đi lặp lại như vậy. Trên cơ sở lý thuyết về
orbital phân tử, một sự giải thích bán định lượng về cơ chế này đã được đưa ra trên cơ
sở giả thuyết liên kết kim loại – C bị yếu trong quá trình hình thành phức olefin trong
trường hợp các ion kim loại có từ 0-3 electron d (như trong Ti,V, Cr). Cơ chế này được
gọi là cơ chế đơn kim loại; nó chỉ cần sự tham gia của kim loại chuyển tiếp, vai trò của
hợp chất nhôm là tạo ra trung tâm hoạt động bằng cách ankyl hoá nguyên tử titan. Tuy
nhiên hợp chất nhôm nhôm cũng có vai trò trong quá trình lớn mạch do thực thế đã
chứng minh với các alkyl nhôm khác nhau sẽ ảnh hưởng đến tính năng của xúc tác.
Hình 10 : Propylene phối trí với titan và sau đó chèn vào mạch Ti-polymer
Một số nhà nghiên cứu tin rằng kim loại hoạt động (Al) tham gia trực tiếp trong
việc định hướng cho monomer đến, trong trường hợp đó hệ thống này được coi là 1 vị
trí lưỡng kim loại. Tuy nhiên, Boor đã lập luận thuyết phục rằng do kích thước của
Polypropylene xoắn nên không có không gian tại vị trí hoạt động để cho Al tham gia. Vị
trí của Titannium chiếm gần 0.16 nm
2
(đường kính gần bằng 0.45nm) và diện tích tiết
diện ngang của polypropylene xoắn khoảng 0.35 nm
2
(đường kính 0,7nm). Vì vậy Ti và
Al liên kết với nhau bằng cầu nối Clo là không thể và do đó nhôm không tham gia trực
tiếp vào việc định hướng cho monomer đến. Người ta đã đề nghị rằng ảnh hưởng khác
nhau của các ankyl nhôm đến vi cấu trúc của polymer và trọng lượng phân tử là do cách