Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Trang
1.Giới thiệu chung ................................................................................................................. 2
2.Nguyên liệu.......................................................................................................................... 3
2.1. Tính chất vật lý...............................................................................................................3
2.2. Tính chất hóa học........................................................................................................ 5
3. Phân loại sản phẩm...........................................................................................................
4. Ứng dụng của sản phẩm...................................................................................................
5. Phân tích thị trường........................................................................................................... 8
6. Phương pháp tồn trữ bảo quản.........................................................................................
7. Động học phản ứng........................................................................................................... 11
8. Xúc tác và thành phần xúc tác..........................................................................................
9.Công nghệ sản xuất PE....................................................................................................... 15
9.1. Công nghệ sản xuất PE áp suất cao...........................................................................
9.2.Công nghệ sản xuất PE áp suất thấp...........................................................................
Kết luận.................................................................................................................................
Tài liệu tham khảo.................................................................................................................
Công nghệ sản xuất polyethylene
1. Giới thiệu chung [1-Bùi Chương, Hóa lý polymer,NXB Bách Khoa
2016]
1.1.
Cấu trúc hóa học :
Là một hợp chất hữu cơ gồm nhiều nhóm –CH2 – CH2 – liên
kết với nhau bằng liên kết hydro
Polyetylen ( viết tắt là PE ) là một loại nhựa nhiệt dẻo( định
dạng và tái sinh bằng nhiệt )
Sử dụng phổ biến trên toàn thế giới với nhiều sản phẩm thông
dụng, khoảng 150 triệu tấn ( năm 2013 )
1.2. Tính chất vật lý
Màu trắng, hơi trong, không dẫn nhiệt, không dẫn điện,
không cho khí và nước thấm qua
Nhiệt độ hóa thủy tinh Tg ≈ -100oC và nhiệt độ chảy mềm
Tm ≈ 120oC
1.3. Tính chất hóa học
ở nhiệt độ cao hơn 70oC hòa tan kém trong các dung môi hữu
cơ như toluene, xylen…
không hòa tan trong nước, rượu…
2. Nguyên liệu
Ethylene
2.1.
Tính chất vật lý [2-Ullmann’s Encyclopedia of Intrustrial Chemistry]
Là một khí cháy không màu
Bảng tính chất vật lý của ethylene
2
Công nghệ sản xuất polyethylene
Tính chất
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ sôi
Nhiệt độ tới hạn, Tc
Áp suất tới hạn, Pc
Tỷ trọng tới hạn
- ở Ts
- ở 0oC
Tỷ trọng khí ở STP
Tỷ trọng tương đối
Phần mol thể tích ở STP
Sức căng bề mặt
- ở Ts
- ở 0oC
Nhiệt nóng chảy
Nhiệt cháy
Nhiệt hóa hơi
- ở Ts
- ở 0oC
Nhiệt đặc trưng
- của lỏng ở Ts
- của khí ở Tc
-169,15oC
-103,71oC
9,9oC
5,117 MPa
0,21 g/cm3
0,57 g/cm3
0,34 g/cm3
1,2603 g/L
0,9686
22,258 L
16,5 mN/m
1,1 mN/m
119,5 kJ/kg
47,183 MJ/kg
488 kJ/kg
191 kJ/kg
2,63 kJ/kg.K
1,55 kJ/kg.K
3
Công nghệ sản xuất polyethylene
Entanpy của hệ
Entropy
Độ dẫn nhiệt
- ở 0oC
- ở 100oC
- ở 400oC
Độ nhớt
• của lỏng
-ở Tc
- ở Ts
- ở 0oC
• của khí
- ở Tc
- ở 0oC
- ở 150oC
Áp suất của khí
- ở - 150C
- ở Ts
- ở - 50oC
- ở 0oC
Giới hạn nổ của khí ở 0,1
MPa và 20oC
- giới hạn dưới
- giới hạn trên
Nhiệt chớp cháy
2.2.
52,32 kJ/mol
0,220 kJ/mol.K
177.10-4 W/m.K
294. 10-4 W/m.K
805. 10-4 W/m.K
0,73 mPa.s
0,17 mPa.s
0,07 mPa.s
36.10-4 mPa.s
93.10-4 mPa.s
143.10-4 mPa.s
0,002 MPa
0,102 MPa
1,10 MPa
4,27 MPa
2,75%V or 34,6 g/cm3
28,6 %V or 360,1 g/cm3
425 – 527oC
Tính chất hóa học
Phản ứng cộng
- Tác dụng với halogen
C2H4 + Br2 → C2H4Br2
- Tác dụng với H2
C2H4 + H2 → C2H6
- Tác dụng ới axit
C2H4 + HBr → C2H5Br
Phản ứng trùng hợp
n ( CH2=CH2 ) → ( – CH2 – CH2 – )n
Phản ứng cháy
C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O
4
Công nghệ sản xuất polyethylene
Etylen làm đổi màu dung dịch Brom ( làm mất màu brom )
3. Phân loại
Dựa vào khối lượng phân tử, tỷ trọng, độ kết tinh và mức độ khâu mạch mà
PE được chia thành 8 loại :
• VLDPE ( PE tỷ trọng rất thấp )
• LDPE ( PE tỷ trọng thấp )
• LLDPE ( PE tỷ trọng thấp mạch thẳng )
• MDPE ( PE tỷ trọng trung bình )
• HDPE ( PE tỷ trọng cao )
• UHMWPE ( PE có khối lượng phân tử cực cao )
• PEX hay XLPE ( PE khâu mạch )
• HDXLPE ( PE khâu mạch tỷ trọng cao )
Trong đó phổ biến nhất là 3 dạng : HDPE, LLDPE, LDPE
Bảng tính chất của các loại PE quan trọng [3-Engineering for the Petrolium & Process Industries
Sporting Club]
HDPE
LLDPE
LDPE
Tỷ trọng, g/cm3
0,94 – 0,97
0,926 – 0,94
0,91 – 0,925
Crystallinity, %
80 – 90
55
50 – 65
Nhiệt độ nóng
130
125
o
chảy , C
Yield strength,
20 – 40
8 – 45
MPa
Melt index range, 0,1 – 100 – 150
g/10 min
Cấu trúc không gian của 3 loại PE
115
4 – 16
5
Công nghệ sản xuất polyethylene
4. Ứng dụng sản phẩm
Nhờ những ưu điểm nổi bật của mình mà PE được sử dụng phổ biến trong
đời sống hằng ngày
4.1. LLDPE
Thùng, xô
Túi nilon
Phin đồ ăn
4.2.
HDPE
6
Công nghệ sản xuất polyethylene
Mũ bảo hộ
Hộp đựng thực phẩm
Chai, lọ
4.3.
LDPE
Lọ thuốc, bình nước cất
Túi,film plastic
H
5. Phân tích thị trường [3-Engineering for the Petrolium & Process Industries Sporting Club]
5.1. LLDPE
Nhu cầu phát triển toàn thế giới
- đoán từ năm 2025 trở đi LLDPE tăng 5,3% một năm
7
Công nghệ sản xuất polyethylene
- Butane-1 là một co-monome truyền thống vì vậy đòi hỏi
giảm tương đối giá thành các mặt hàng đi từ nguồn này
- Hexene-1 và Octene-1 đòi hỏi sự khắt khe hơn
Thống kê nhu cầu thế giới ( năm 2013 )
24,5 triệu tấn
Butene
5.2.
Hexene
Octene
HDPE
Nhu cầu phát triển toàn thế giới
- Tăng 4,4 % hằng năm
Thống kê nhu cầu thế giới ( năm 2013 )
- 40,3 % triệu tấn
8
Công nghệ sản xuất polyethylene
Pipe and Conduit
Film
Other
Blow Moulding
Injection Moulding
Rotom oulding
Fibre
Other extrusion
Pipe and Conduit
6. Phương pháp tồn trữ và bảo quản [2-Ull]
6.1. Etylen
Trên thế giới, etylen được tiêu thụ ở nhiều nơi khác nhau. Ở Mỹ
và châu Âu, người ta đã xây dựng hệ thống đường ống dẫn khí dưới
mặt đất, chẳng hạn, ở Mỹ có hệ thống đường ống Texas – Lousiana, ở
Anh có Grangemouth – Carrington Sevenside – Fawley. Khí được
tồn chứa trong các hang động tự nhiên hay nhân tạo.
Trong đường ống dẫn khí thường có áp suất từ 4-10 MPa. Dưới
điều kiện tới hạn, nhiệt độ phải > 4 oC để tránh tạo thành etylen lỏng.
Nếu có nước, hydrat có thể hình thành ở nhiệt độ dưới 15 oC và áp
suất thường, gây khó khăn trong quá trình vận chuyển khí. Để kiểm
tra áp suất và đảm bảo khí luôn khô, người ta đã sử dụng hệ thống
các lỗ thông hơi trong suốt quá trình vận chuyển khí.
Etylen được vận chuyển bằng tàu, sà lan, ô tô ray và xe bồn.
Etylen được tích trữ dưới áp suất cao (ví dụ, tại 10 MPa) trong các bể
chứa, và bề mặt bể chứa này phải được làm mát.
6.2. Polyethylene
- Tồn tại dưới dạng các sản phẩm thương mại
9
Công nghệ sản xuất polyethylene
- Qua quá trình sử dụng chúng được thải ra môi trường gây
nhiều mối nguy hại cho môi trường vì tính khó phân hủy
của chúng.
- Trong nhiều báo cáo năm 1997,rất nhiều sản phẩm
polyetylen bị đổ đống thành bãi rác đến vài tháng trong
quá trình sản xuất. Đặc trưng cho phần này được dùng
trong gói hàng.
Bảng 12 Chiến lược xử lý bao bì polyetylen:[2-ullmann’s]
Phương pháp xử lí
Thiêu đốt
Đốt và tuần hoàn năng
lượng
Phân hủy sinh học
Ưu điểm
Hạn chế bãi rác
Thay thế cho việc sử dụng
nhiên liệu hóa thạch
Loại bỏ được rác khó phân
hủy
Tái chế qua nấu chảy
Sử dụng nguồn khan hiếm
Tái chế thông qua
Sản phẩm chất lượng hàng
monomer
đầu; Xử lý các chất dẻo
hỗn hợp
Tái sử dụng
Tiết kiệm chi phí sản xuất
7. Động học phản ứng
Nhược điểm
Sinh ra CO2
Tốn nhiều chi phí chế tạo
Không khả thi, sinh CO2
không có lợi
Giảm chất lượng
Nhà máy chế biến quy mô khá
lớn
PE không phải là vật liệu tốt
Phản ứng tỏa nhiệt nhẹ.
*Cơ chế phản ứng: Cơ chế gốc tự do
Giai đoạn 1: Khơi mào
Các phân tử chất xúc (I) tác phân ly tạo gốc tự do, các gốc tự do kết hợp với các
monome M ( C2H4) tạo hợp chất trung gian hoạt động.
2I
I* + I*
I* + M
I-M*
Giai đoạn 2: Phát triển mạch
10
Công nghệ sản xuất polyethylene
Các monome kết hợp với chất trung gian hoạt động, đồng thời các hợp chất trung
gian mới được tạo ra tiếp tục kết hợp với monome làm mạch dài ra.
I-M* + M
I-M-M*
…
I-M-M* + Mn
I-Mn-M*
Giai đoạn 3: Ngắt mạch
Xảy ra các phản ứng phụ kết hợp các gốc tự do tạo phân tử hoàn chỉnh và kết thúc
phản ứng.
I* + I*
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Trang
1.Giới thiệu chung ................................................................................................................. 2
2.Nguyên liệu.......................................................................................................................... 3
2.1. Tính chất vật lý...............................................................................................................3
2.2. Tính chất hóa học........................................................................................................ 5
3. Phân loại sản phẩm...........................................................................................................
4. Ứng dụng của sản phẩm...................................................................................................
5. Phân tích thị trường........................................................................................................... 8
6. Phương pháp tồn trữ bảo quản.........................................................................................
7. Động học phản ứng........................................................................................................... 11
8. Xúc tác và thành phần xúc tác..........................................................................................
9.Công nghệ sản xuất PE....................................................................................................... 15
9.1. Công nghệ sản xuất PE áp suất cao...........................................................................
9.2.Công nghệ sản xuất PE áp suất thấp...........................................................................
Kết luận.................................................................................................................................
Tài liệu tham khảo.................................................................................................................
Công nghệ sản xuất polyethylene
1. Giới thiệu chung [1-Bùi Chương, Hóa lý polymer,NXB Bách Khoa
2016]
1.1.
Cấu trúc hóa học :
Là một hợp chất hữu cơ gồm nhiều nhóm –CH2 – CH2 – liên
kết với nhau bằng liên kết hydro
Polyetylen ( viết tắt là PE ) là một loại nhựa nhiệt dẻo( định
dạng và tái sinh bằng nhiệt )
Sử dụng phổ biến trên toàn thế giới với nhiều sản phẩm thông
dụng, khoảng 150 triệu tấn ( năm 2013 )
1.2. Tính chất vật lý
Màu trắng, hơi trong, không dẫn nhiệt, không dẫn điện,
không cho khí và nước thấm qua
Nhiệt độ hóa thủy tinh Tg ≈ -100oC và nhiệt độ chảy mềm
Tm ≈ 120oC
1.3. Tính chất hóa học
ở nhiệt độ cao hơn 70oC hòa tan kém trong các dung môi hữu
cơ như toluene, xylen…
không hòa tan trong nước, rượu…
2. Nguyên liệu
Ethylene
2.1.
Tính chất vật lý [2-Ullmann’s Encyclopedia of Intrustrial Chemistry]
Là một khí cháy không màu
Bảng tính chất vật lý của ethylene
2
Công nghệ sản xuất polyethylene
Tính chất
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ sôi
Nhiệt độ tới hạn, Tc
Áp suất tới hạn, Pc
Tỷ trọng tới hạn
- ở Ts
- ở 0oC
Tỷ trọng khí ở STP
Tỷ trọng tương đối
Phần mol thể tích ở STP
Sức căng bề mặt
- ở Ts
- ở 0oC
Nhiệt nóng chảy
Nhiệt cháy
Nhiệt hóa hơi
- ở Ts
- ở 0oC
Nhiệt đặc trưng
- của lỏng ở Ts
- của khí ở Tc
-169,15oC
-103,71oC
9,9oC
5,117 MPa
0,21 g/cm3
0,57 g/cm3
0,34 g/cm3
1,2603 g/L
0,9686
22,258 L
16,5 mN/m
1,1 mN/m
119,5 kJ/kg
47,183 MJ/kg
488 kJ/kg
191 kJ/kg
2,63 kJ/kg.K
1,55 kJ/kg.K
3
Công nghệ sản xuất polyethylene
Entanpy của hệ
Entropy
Độ dẫn nhiệt
- ở 0oC
- ở 100oC
- ở 400oC
Độ nhớt
• của lỏng
-ở Tc
- ở Ts
- ở 0oC
• của khí
- ở Tc
- ở 0oC
- ở 150oC
Áp suất của khí
- ở - 150C
- ở Ts
- ở - 50oC
- ở 0oC
Giới hạn nổ của khí ở 0,1
MPa và 20oC
- giới hạn dưới
- giới hạn trên
Nhiệt chớp cháy
2.2.
52,32 kJ/mol
0,220 kJ/mol.K
177.10-4 W/m.K
294. 10-4 W/m.K
805. 10-4 W/m.K
0,73 mPa.s
0,17 mPa.s
0,07 mPa.s
36.10-4 mPa.s
93.10-4 mPa.s
143.10-4 mPa.s
0,002 MPa
0,102 MPa
1,10 MPa
4,27 MPa
2,75%V or 34,6 g/cm3
28,6 %V or 360,1 g/cm3
425 – 527oC
Tính chất hóa học
Phản ứng cộng
- Tác dụng với halogen
C2H4 + Br2 → C2H4Br2
- Tác dụng với H2
C2H4 + H2 → C2H6
- Tác dụng ới axit
C2H4 + HBr → C2H5Br
Phản ứng trùng hợp
n ( CH2=CH2 ) → ( – CH2 – CH2 – )n
Phản ứng cháy
C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O
4
Công nghệ sản xuất polyethylene
Etylen làm đổi màu dung dịch Brom ( làm mất màu brom )
3. Phân loại
Dựa vào khối lượng phân tử, tỷ trọng, độ kết tinh và mức độ khâu mạch mà
PE được chia thành 8 loại :
• VLDPE ( PE tỷ trọng rất thấp )
• LDPE ( PE tỷ trọng thấp )
• LLDPE ( PE tỷ trọng thấp mạch thẳng )
• MDPE ( PE tỷ trọng trung bình )
• HDPE ( PE tỷ trọng cao )
• UHMWPE ( PE có khối lượng phân tử cực cao )
• PEX hay XLPE ( PE khâu mạch )
• HDXLPE ( PE khâu mạch tỷ trọng cao )
Trong đó phổ biến nhất là 3 dạng : HDPE, LLDPE, LDPE
Bảng tính chất của các loại PE quan trọng [3-Engineering for the Petrolium & Process Industries
Sporting Club]
HDPE
LLDPE
LDPE
Tỷ trọng, g/cm3
0,94 – 0,97
0,926 – 0,94
0,91 – 0,925
Crystallinity, %
80 – 90
55
50 – 65
Nhiệt độ nóng
130
125
o
chảy , C
Yield strength,
20 – 40
8 – 45
MPa
Melt index range, 0,1 – 100 – 150
g/10 min
Cấu trúc không gian của 3 loại PE
115
4 – 16
5
Công nghệ sản xuất polyethylene
4. Ứng dụng sản phẩm
Nhờ những ưu điểm nổi bật của mình mà PE được sử dụng phổ biến trong
đời sống hằng ngày
4.1. LLDPE
Thùng, xô
Túi nilon
Phin đồ ăn
4.2.
HDPE
6
Công nghệ sản xuất polyethylene
Mũ bảo hộ
Hộp đựng thực phẩm
Chai, lọ
4.3.
LDPE
Lọ thuốc, bình nước cất
Túi,film plastic
H
5. Phân tích thị trường [3-Engineering for the Petrolium & Process Industries Sporting Club]
5.1. LLDPE
Nhu cầu phát triển toàn thế giới
- đoán từ năm 2025 trở đi LLDPE tăng 5,3% một năm
7
Công nghệ sản xuất polyethylene
- Butane-1 là một co-monome truyền thống vì vậy đòi hỏi
giảm tương đối giá thành các mặt hàng đi từ nguồn này
- Hexene-1 và Octene-1 đòi hỏi sự khắt khe hơn
Thống kê nhu cầu thế giới ( năm 2013 )
24,5 triệu tấn
Butene
5.2.
Hexene
Octene
HDPE
Nhu cầu phát triển toàn thế giới
- Tăng 4,4 % hằng năm
Thống kê nhu cầu thế giới ( năm 2013 )
- 40,3 % triệu tấn
8
Công nghệ sản xuất polyethylene
Pipe and Conduit
Film
Other
Blow Moulding
Injection Moulding
Rotom oulding
Fibre
Other extrusion
Pipe and Conduit
6. Phương pháp tồn trữ và bảo quản [2-Ull]
6.1. Etylen
Trên thế giới, etylen được tiêu thụ ở nhiều nơi khác nhau. Ở Mỹ
và châu Âu, người ta đã xây dựng hệ thống đường ống dẫn khí dưới
mặt đất, chẳng hạn, ở Mỹ có hệ thống đường ống Texas – Lousiana, ở
Anh có Grangemouth – Carrington Sevenside – Fawley. Khí được
tồn chứa trong các hang động tự nhiên hay nhân tạo.
Trong đường ống dẫn khí thường có áp suất từ 4-10 MPa. Dưới
điều kiện tới hạn, nhiệt độ phải > 4 oC để tránh tạo thành etylen lỏng.
Nếu có nước, hydrat có thể hình thành ở nhiệt độ dưới 15 oC và áp
suất thường, gây khó khăn trong quá trình vận chuyển khí. Để kiểm
tra áp suất và đảm bảo khí luôn khô, người ta đã sử dụng hệ thống
các lỗ thông hơi trong suốt quá trình vận chuyển khí.
Etylen được vận chuyển bằng tàu, sà lan, ô tô ray và xe bồn.
Etylen được tích trữ dưới áp suất cao (ví dụ, tại 10 MPa) trong các bể
chứa, và bề mặt bể chứa này phải được làm mát.
6.2. Polyethylene
- Tồn tại dưới dạng các sản phẩm thương mại
9
Công nghệ sản xuất polyethylene
- Qua quá trình sử dụng chúng được thải ra môi trường gây
nhiều mối nguy hại cho môi trường vì tính khó phân hủy
của chúng.
- Trong nhiều báo cáo năm 1997,rất nhiều sản phẩm
polyetylen bị đổ đống thành bãi rác đến vài tháng trong
quá trình sản xuất. Đặc trưng cho phần này được dùng
trong gói hàng.
Bảng 12 Chiến lược xử lý bao bì polyetylen:[2-ullmann’s]
Phương pháp xử lí
Thiêu đốt
Đốt và tuần hoàn năng
lượng
Phân hủy sinh học
Ưu điểm
Hạn chế bãi rác
Thay thế cho việc sử dụng
nhiên liệu hóa thạch
Loại bỏ được rác khó phân
hủy
Tái chế qua nấu chảy
Sử dụng nguồn khan hiếm
Tái chế thông qua
Sản phẩm chất lượng hàng
monomer
đầu; Xử lý các chất dẻo
hỗn hợp
Tái sử dụng
Tiết kiệm chi phí sản xuất
7. Động học phản ứng
Nhược điểm
Sinh ra CO2
Tốn nhiều chi phí chế tạo
Không khả thi, sinh CO2
không có lợi
Giảm chất lượng
Nhà máy chế biến quy mô khá
lớn
PE không phải là vật liệu tốt
Phản ứng tỏa nhiệt nhẹ.
*Cơ chế phản ứng: Cơ chế gốc tự do
Giai đoạn 1: Khơi mào
Các phân tử chất xúc (I) tác phân ly tạo gốc tự do, các gốc tự do kết hợp với các
monome M ( C2H4) tạo hợp chất trung gian hoạt động.
2I
I* + I*
I* + M
I-M*
Giai đoạn 2: Phát triển mạch
10
Công nghệ sản xuất polyethylene
Các monome kết hợp với chất trung gian hoạt động, đồng thời các hợp chất trung
gian mới được tạo ra tiếp tục kết hợp với monome làm mạch dài ra.
I-M* + M
I-M-M*
…
I-M-M* + Mn
I-Mn-M*
Giai đoạn 3: Ngắt mạch
Xảy ra các phản ứng phụ kết hợp các gốc tự do tạo phân tử hoàn chỉnh và kết thúc
phản ứng.
I* + I*
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links