Đề tài ''Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa phenol Focmandehyt dạng novolac theo phương pháp gián đoạn

Më ®Çu C«ng nghÖ vËt liÖu ngµy cµng ®ãng vai trß quan träng trong khoa häc vµ trong ®êi sèng x· héi. Cïng víi sù ph¸t triÓn cña c¸c ngµnh khoa häc vµ kü thuËt, ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu nãi chung vµ c«ng nghÖ vËt liÖu polyme nãi riªng ngµy cµng cã nhiÒu tiÕn bé v­ît bËc, t¹o ra nhiÒu lo¹i vËt liÖu cã tÝnh chÊt ­u viÖt ®­îc øng dông réng r·i trong khoa häc vµ trong ®êi sèng. VËt liÖu polyme ®­îc sö dông rÊt réng r·i, c¸c s¶n phÈm tõ polyme g¾n liÒn víi ®êi sèng con ng­êi, chóng ®em l¹i nhiÒu tÝnh chÊt tèt vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. Nhùa phenolic hay Phenol-Focmandehyt nãi riªng lµ lo¹i nhùa tæng hîp ®Çu tiªn ®­îc øng dông trong th­¬ng m¹i. MÆc dï ®­îc tæng hîp muén h¬n nhiÒu lo¹i nhùa kh¸c vµ chØ ®­a vµo s¶n xuÊt c«ng nghiÖp ë nh÷ng n¨m ®Çu cña thÕ kû 20 nh­ng cho ®ªn nay nhùa phenolic kh«ng ngõng ph¸t triÓn c¶ vÒ sè l­îng vµ chÊt l­îng. S¶n l­îng tiªu thô nhùa phenolic hµng n¨m t¨ng lªn ®¸ng kÓ. Trªn c¬ së ®ã viÖc: ''Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa phenol-focmandehyt dạng novolac theo phương pháp gián đoạn víi n¨ng suÊt 360 tÊn/n¨m'' mang tÝnh thùc tÕ vµ cÇn thiÕt'. CH¦¥NG I: TæNG QUAN VÒ NHùA PHENOLIC 1.1.lÞch sö ph¸t triÓn Nhùa phenolic lµ s¶n phÈm ph¶n øng trïng ng­ng gi÷a phenol vµ Andehyt, ®­îc nhµ ho¸ häc ng­êi ®øc Bayer nghiªn cøu ®Çu tiªn vµo n¨m 1872. Vµo nh÷ng n¨m cuèi thÕ kû 19 c¸c nhµ ho¸ häc Klecberg, Tollens, Abel nghiªn cøu, tuy nhiªn s¶n phÈm cña hä chØ lµ nhùa kh«ng nãng ch¶y vµ kh«ng hoµ tan. Trong thêi gian nµy Leaderer vµ Manasse ®· nhËn thÊy O-, P-, hydroxy Benzyl acol cã thÓ thu ®­îc tõ ph¶n øng Phenol vµ Focmandehyt trong m«i tr­êng kiÒm trung tÝnh. Sù h×nh thµnh nhùa tõ phenol va Andehyt tiÕp tôc ®­îc c¸c nhµ ho¸ häc nghiªn cøu trong mét thêi gian dµi. Cuèi thÕ kû 19, Thus, Claus, Trainer ®· tæng hîp ®­îc nhùa Phenol vµ Andehyt trong m«i tr­êng axit HCl. Vµo nh÷ng n¨m ®Çu thÕ kû 20 cã rÊt nhiÒu ph¸t minh t¹o ra nhùa Phenolic víi viÖc sö dông c¸c chÊt xóc t¸c kh¸c nhau. Bulumer ®· ng­ng tô phenol vµ Focmandehyt khi cã mÆt c¸c lo¹i axit, thu ®­îc lo¹i nhùa hoµ tan trong r­îu, ®­îc dïng lµm vecni. Smith t¹o nhùa phenolic tõ phenol vµ Axetandehyt víi HCl lµm xóc t¸c cho lo¹i nhùa cã tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn tèt. Story cho ph¶n øng phenol víi dung dÞch Focmandehyt trong mét thêi gian dµi mµ kh«ng cÇn xóc t¸c, lo¹i nhùa thu ®­îc cã ®Æc ®iÓm ®ãng r¾n chËm thÝch hîp cho s¶n phÈm khu«n ®óc. Vµo nh÷ng n¨m 1905-1909 c¸c nhµ khoa häc trªn thÕ giíi l¹i nghiªn cøu qu¸ tr×nh trïng ng­ng cña phenol víi Focmandehyt. Tuy nhiªn s¶n phÈm t¹o thµnh ch­a thÓ sö dông trùc tiÕp nh­ c¸c lo¹i nhùa th«ng dông lóc ®ã. §Ó cho nhùa cã gi¸ trÞ th­¬ng phÈm cÇn cã mét sè c¶i tiÕn kü thuËt. T¸c gi¶ ®Ò xuÊt mét sè gi¶i ph¸p nh»m kh¾c phôc nh÷ng khã kh¨n trong qu¸ tr×nh gia c«ng s¶n phÈm, dïng c¸c chÊt gia c­êng nh­ bét gç ®Ó kh¾c phôc tÝnh dßn, dïng nhiÖt vµ ¸p lùc ®Ó gi¶m thêi gian gia c«ng. Leo Backeland ®· c«ng bè ph¸t minh cña m×nh t¹i héi nghÞ ho¸ häc Mü vµo th¸ng 2 n¨m 1909 ®ang ký b¶n quyÒn vµ ®Æt cho s¶n phÈm th­¬ng hiÖu lµ Bakelit vµo ngµy 7/12/1909. Trong m«i tr­êng axit t¹o nhùa nhiÖt dÎo Novolac khi tû lÖ phenol/Focmandehyt > 1, trong m«i tr­êng kiÒm t¹o thµnh nhùa nhiÖt r¾n rezolic khi tû lÖ phenol/Focmandehyt < 1. Còng thêi ®iÓm nµy h·ng Bakelit lÇn ®Çu tiªn ®­a vµo s¶n xuÊt nhùa phenolic ®¸nh dÊu sù ph¸t triÓn cña nhùa phenolic c¸c n¨m tiÕp theo. ë Nga ph¶n øng cña phenol vµ Focmandehyt lÇn ®Çu tiªn ®­îc gi¸o s­ Petrov nghiªn cøu vµo n¨m 1914. Sau ®ã nhiÒu nhµ nghiªn cøu kh¸c ®· quan t©m ®Õn ph¶n øng gi÷a phenol vµ Focmandehyt nh­ A A.Vanshid I.P.Lovsev, Voa Sergev. *N¨m 1953 nhùa phenol Focmandehyt ®­îc s¶n xuÊt nhiÒu nhÊt so víi nh÷ng lo¹i nhùa kh¸c. * N¨m 1954 nhùa phenolic ®­îc s¶n xuÊt lµ 20.000 tÊn * N¨m 1965 s¶n phÈm ®Æt ®Õn 65.000 tÊn. * Cho ®Õn n¨m 1987 nhùa phenolic ®­îc s¶n xuÊt lµ 2,3 triÖu tÊn. * N¨m 1993 lµ 2,8 triÖu tÊn. *N¨m 1998 l­îng phenolic ®­îc s¶n xuÊt lµ 3,4 triÖu tÊn. Nh­ vËy tèc ®é ph¸t triÓn cña nhùa phenolic kh«ng ngõng n©ng cao. ë ViÖt Nam nhùa phenolic ®­îc sö dông muén h¬n chñ yÕu ë d¹ng b¸n s¶n phÈm vµ nguyªn liÖu cho mét sè lo¹i vËt liÖu nh­: bét Ðp, v¸n Ðp, sîi Ðp, keo d¸n, s¬n tõ nhùa phenolic biÕn tÝnh ... - N¨m 1958- 1960 Trung T©m Nghiªn Cøu VËt LiÖu Polyme Tr­êng §HBK Hµ Néi ®· x©y l¾p ph©n x­ëng s¶n xuÊt keo d¸n phenol Focmandehyt t¹i nhµ m¸y gç Ðp CÇu §uèng. - N¨m 1975 Nam T­ gióp ®ì x©y dùng nhµ m¸y v¸n d¨m ë khu c«ng nghiÖp ViÖt Tr×. - Sau ®ã MiÒn nam cã c¸c nhµ m¸y gç Ðp, v¸n d¨m §ång Nai, Sµi Gßn. * T×nh h×nh ph¸t triÓn nhùa phenolic ë ViÖt Nam n¨m 2000-2003 - Giai ®o¹n 1: tõ n¨m 2000-2002 x©y dùng vµ l¾p ®Æt 6 nhµ m¸y s¶n xuÊt v¸n Ðp n©ng c«ng xuÊt lªn 22.000 tÊn. - Giai ®o¹n 2: x©y dùng vµ ®Çu t­ chiÒu s©u cho 108 nhµ m¸y chÕ biÕn l©m nghiÖp. - Giai ®o¹n 3: x©y dùng vµ hoµn thiÖn xong 108 nhµ m¸y n©ng c«ng xuÊt lªn 85.000 tÊn ®¸p øng mét phÇn nhu cÇu trong n­íc. 1.2. Nguyªn liÖu s¶n xuÊt. Nhùa phenolic chñ yÕu ®­îc s¶n xuÊt bëi phenol vµ andehyt. 1.2.1.Phenol a. CÊu t¹o: C«ng thøc cÊu t¹o: b. C¸c ph­¬ng ph¸p tæng hîp phenol : Cả phenol tù nhiªn vµ phenol tæng hîp ®Òu ®­îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt ra phenol tinh khiÕt. Phenol tù nhiªn th× thu ®­îc tõ ph©n ®o¹n than ®¸ vµ h¾c Ýn b»ng ph­¬ng ph¸p t¸ch gi÷a dÇu bëi s« ®a, sù axit ho¸ vµ ch­ng cÊt. Phenol tæng hîp ®­îc lÊy tõ benzen vµ mét vµi qu¸ tr×nh kh¸c: ( Ph­¬ng ph¸p Benzosulfonat: - Gåm c¸c giai ®o¹n: sulffo ho¸ benzen, ®un s«i bay h¬i Benzosulfoaxit, ®un nãng ch¶y víi NaOH, ph©n gi¶i phenol b»ng axit H2SO4 vµ ch­ng cÊt Benzen th« - Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ cã nhiÒu giai ®o¹n, tiªu tèn nhiÒu xót, axit vµ hiÖu suÊt ph¶n øng thÊp. - Ph¶n øng cña c¸c ph­¬ng ph¸p nh­ sau: C6H6 + H2SO4 C6H5SO3H + H2O C6H5SO3H + NaOH C6 H5SO3Na + H2 C6H5O3Na + 2NaOH C6H5ONa + Na2SO3 + H2O C6H5ONa + H2SO4 C6H5OH + Na2SO4 ( Ph­¬ng ph¸p Rasching: - Ph­¬ng ph¸p nµy gåm hai giai ®o¹n. Giai ®o¹n 1: cho benzen t¸c dông víi HCl vµ kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é cao 200-230oC cã mÆt muèi nh«m s¾t vµ ®ång s¶n phÈm thu ®­îc gåm cã clobenzen vµ polyclobenzen. Giai ®oan 2: t¸ch röa clobenzen vµ thuû ph©n trong lß tiÕp xóc ë nhiÖt ®é kho¶ng 350oC víi xóc t¸c sö dông lµ SiO2, Ca3(PO4)2 röa phenol nhËn ®­îc b»ng n­íc benzen, vµ cuèi cïng ®em ch­ng cÊt l¹i. Ph¶n øng xÈy ra nh­ sau: C6H6 + HCl +1/2O2(kk) C6H5Cl + H2O C6H5Cl + H2O C6H5OH + HCl Ph­¬ng ph¸p nµy s¶n xuÊt theo s¬ ®å liªn tôc nªn chØ cã lîi trong tr­êng hîp cã nh÷ng thiÕt bÞ lín t¸c dông liªn tôc. ( Ph­¬ng ph¸p oxy ho¸ trùc tiÕp benzen. Ph­¬ng ph¸p ®­îc tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é kho¶ng 800oC, ¸p xuÊt 70 atm vµ cã xóc t¸c: HF. S¶n phÈm t¹o thµnh lµ mét hçn hîp gåm cã phenol vµ oxyt diphenyl, t¸ch riªng chóng b»ng c¸ch ch­ng cÊt nhiÒu lÇn. §Õn nay ph­¬ng ph¸p nµy vÉn ch­a ®­îc ¸p dông vµo c«ng nghiÖp do hiÖu suÊt thÊp 30-60%. ( Ph­¬ng ph¸p cumel: - Akyl ho¸ benzen ë 85oC, p = 5 at, xóc t¸c AlCl3 ®Ó t¹o ra izo propylen benzen ( chiÕm 76%).
 - Oxy ho¸ ë 110- 130oC, víi xóc t¸c lµ muèi kim lo¹i ®Ó t¹o ra Hydropeoxitcumel. Ph©n gi¶i hydropeoxit b»ng axit H2SO4 10% thµnh 76% izopropylbenzen 14% phenol 8% axeton 1% metylstyren 1% axetonphenol cïng mét sè s¶n phÈm phô kh¸c: - TiÕn hµnh ch­ng cÊt ph©n lo¹i phenol. Ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc ®Ò xuÊt ra ®©u tiªn ë Liªn X« vµ lµ ph­¬ng ph¸p tæng hîp kinh tÕ nhÊt ®Ó ®iÒu chÕ phenol. §Æc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ thiÕt bÞ ®¬n gi¶n, dïng Ýt lo¹i nguyªn liÖu vµ ®iÒu chÕ ®­îc ®ång thêi phenol vµ axeton, c¶ hai s¶n phÈm nµy ®Òu tæng hîp trùc tiÕp tõ benzen vµ propylen mµ kh«ng cÇn dïng nhiÒu vËt liÖu hiÕm nh­ xót, axÝt sunfuric vµ clo. HiÖn nay ®©y lµ ph­¬ng ph¸p tiªn tiÕn nhÊt ®­îc nhiÒu n­íc trªn thÕ giíi ¸p dông. ( Ph­¬ng ph¸p clobezen: - §em xö lý Clobezen b»ng Na2CO3 (ph­¬ng ph¸p cacbonat) hay xót (ph­¬ng ph¸p caustic). Na2CO3 10% t¸c dông Clobenzen theo tû lÖ 1,25 : 1 víi sù cã mÆt cña oxit diphenyl. §Ó l¾ng t¸ch phenol nhËn ®­îc. - Ph­¬ng ph¸p Caustic:
 ( Ph­¬ng ph¸p Dow: - TiÕn hµnh oxy ho¸ toluen theo hai giai ®o¹n : +Giai ®o¹n 1: Oxy ho¸ toluen b»ng kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é 120-150oC cã xóc t¸c Co t¹o axit benzoic. Ph¶n øng to¶ nhiÖt m¹nh vµ cã nhiÒu s¶n phÈm phô nh­: HCOOH, CH3COOH, C6H5CHO... +Giai ®o¹n 2: Decacboxy ho¸ axit benzoic víi xóc t¸c cña Cu2+
 Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh ë ¸p xuÊt th­êng, nhiÖt ®é 200-250oC, Cu2+ sö dông ë d¹ng dung dÞch 1-5%. c. Mét sè phenol kh¸c. - Crezol: CH3 C6H4OH cã ba ®ång ph©n. Octo-Crezol Meta-Crezol Para-Crezol +Trong c«ng nghiÖp, Crezol chñ yÕu nhËn tõ s¶n phÈm sö lý cña than ®¸, than n©u vµ gç. Crezol tån t¹i 3 ®ång ph©n gäi lµ Tricrzol. §Ó s¶n xuÊt nhùa phenol Andehyt tèt nhÊt lµ dïng m-crezol v× nã cã kh¶ n¨ng t¹o thµnh cÊu tróc kh«ng gian ba chiÒu. d. TÝnh chÊt cña c¸c phenol. ë ®iÒu kiÖn th­êng phenol lµ tinh thÓ mµu hång nh¹t hoÆc mµu n©u sÉm. Khi b¶o qu¶n phenol trong kh«ng khi mµu s¾c th­ßng thay ®æi tõ mµu hång sang mµu ®á v× thÕ nhùa phenol focmandehyt vËt liÖu Ðp vµ s¶n phÈm chøa phenol tù do d­íi t¸c dông cña kh«ng khÝ vµ ¸nh s¸ng sÏ cã mµu vµng hay mµu da cam. NhiÖt ®é s«i cña phenol nguyªn chÊt ts=182,1oC. Träng l­îng riªng cña phenol d440,6=1,0596g/cm3. T¹o thµnh c¸c tinh thÓ kh«ng mµu víi nhiÖt ®é nãng ch¶y lµ 42,3oC, nhiÖt ®é ho¸ r¾n lµ 40,5-40,9oC. T¹p chÊt ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn nhiÖt ®é nãng ch¶y cña phenol chØ cÇn mét Ýt n­íc hay crezol còng lµm gi¶m nhiÖt ®é nãng ch¶y cña phenol xuèng 35-40,5oC . Phenol cã tÝnh ®éc: mét l­îng phenol rÊt nhá trong kh«ng khÝ còng g©y ngé ®éc Phenol g©y dÞ øng da nªn qu¸ tr×nh sö dông cÇn ph¶i l­u ý kh«ng ®Ó phenol bay h¬i vµ tiÕp xóc víi da. Phenol hoµ tan trong c¸c dung m«i ph©n côc: nh­ r­îu, axeton. ( Crezol: Gåm cã ba ®ång ph©n, s«i ë nhiÖt ®é 185-205oC, träng l­îng riªng d=1,044g/cm3 (ë 15oC), dÔ hoµ tan trong r­îu dung dÞch kiÒm, khã tan trong n­íc. §ång ph©n  Hµm l­îng trong tricrezol (%)  Träng l­îng riªng (%)  NhiÖt ®é s«i (%)  NhiÖt ®é nãng ch¶y (oC)   O-Crezol  30-40  1,0415  190,9  30,8   M-Crezol  35-40  1,0341  202,2  11,9   P-Crezol  25-30  1,034  202,1  34,8   ( Xylenol: Cã 6 ®ång ph©n, xylenol kü thuËt ë d¹ng láng nhít, mµu n©u, träng l­îng riªng 1,035-1,040g/cm3 (ë 1500c), hoµ tan trong dung dÞch kiÒm 10%. Trong 6 ®ång ph©n chØ cã 3,5Xylenol cã 3 vÞ trÝ ho¹t ®éng ho¸ häc: 3,5 Xylenol Nªn cã kh¶ n¨ng tham gia ph¶n øng ®a tô víi Andehyt t¹o cÊu tróc kh«ng gian (Resosin: (m-dioxy benzen) lµ chÊt ë d¹ng tinh thÓ cã cÊu t¹o: Cã ba vÞ trÝ ho¹t ®éng. Resosin nãng ch¶y ë nhiÖt ®é 110oC vµ s«i ë nhiÖt ®é 276oC, d=1,285g/cm3. DÔ dµng tham gia ph¶n øng m·nh liÖt víi halogen, H2SO4, HNO3, Resosin chñ yÕu ®­îc dïng lµm nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt keo d¸n gç, d¸n kim lo¹i ë nhiÖt ®é th­êng ngoµi ra cßn dïng ®Ó s¶n xuÊt thuèc nhuém vµ thuèc y tÕ. 1.2.2. Adehyt. a.Focmandehyt. ( TÝnh chÊt: + Lµ khÝ kh«ng mµu, mïi m¹nh lµm ch¶y n­íc m¾t, khi lµm l¹nh nã biÕn thµnh chÊt láng cã nhiÖt ®é s«i -21oC nãng ch¶y ë nhiÖt ®é -92oC vµ ë -93oC th× ®ãng l¹i thµnh khèi tinh thÓ tr¾ng ch¾c, träng l­îng riªng 0,8153g/cm3 (ë 20oC). + Focmandehyt th­êng ®­îc sö dông ë d¹ng dung dÞch gäi lµ Focmanlin. Focmanlin chøa 33-40% thÓ tÝch focmandehyt, hay 30-37% tÝnh theo träng l­îng. +Trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt chÊt dÎo th­êng dïng para-Focmandehyt hay parafoc lµ hçn hîp Polyme ph©n tö thÊp vµ cao cña Focmandehyt cã c«ng thøc (CH20)n ®Ó s¶n xuÊt nhùa phenol-Focmandehyt tinh khiÕt. ( C¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ. ( ¤xy ho¸ r­îu metylic b»ng «xy kh«ng khÝ cã b¹c tham gia. §ång thêi khö hydro cña r­îu. HoÆc ph¶n øng cã thÓ tiÕn hµnh trong ch©n kh«ng hoÆc d­íi ¸p xuÊt. ( §iÒu chÕ Focmandehyt tõ metan. Nguyªn liÖu quan träng nhÊt lµ metan vµ khÝ thiªn nhiªn chøa metan. Metan ®­¬c ®iÒu chÕ tõ c¸c s¶n phÈm chÕ biÕn dÇu má vµ khÝ thiªn nhiªn. C¸c giai ®o¹n cña qu¸ tr×nh. Oxy ho¸ metan kh«ng hoµn toµn ë 1400-1500oC xÈy ra ph¶n øng: Hµm l­îng cña khÝ metan cã trong khi thiªn nhiªn cÇn ph¶i ®¹t tíi 90- 98%. Metanol ®­îc tæng hîp tõ hçn hîp H2 vµ CO ë trªn vµ tiÕn hµnh oxy ho¸ metanol ë nhiÖt ®é 500-600oC cã mÆt xóc t¸c th× nhËn ®­îc Focmandehyt. * Oxy ho¸ etylen: cho hçn hîp khÝ chøa 85% etylen vµ 15% oxy vÒ thÓ tÝch qua c¸c chÊt tiÕp xóc tr¬ nh­: §Êt sÐt nung tÈm H2BO3 hoÆc H3PO4 ë 375oC hoÆc ®i qua th¸p chÊt ®Çy ®¸ bät tÈm KMnO4 hay KClO3 ë nhiÖt ®é lín h¬n 100oC. HiÖu suÊt t¹o thµnh Focmandehyt kh¸ cao (70-80%). b.Axetandehyt: - Lµ chÊt láng cã mïi khã chÞu, nhiÖt ®é s«i lµ 20,8oC, nãng chÈy ë – 123,5oC, träng l­îng riªng d=0,792g/cm3 . - Axetandehyt tan trong n­íc, r­îu ete. Muèn t¸ch tõ dung dÞch n­íc cÇn ph¶i thªm CaCl2. - Tõ Axetandehyt cã thÓ nhËn ®­îc polyxetandehyt, ®ã lµ Polyme chÞu nhiÖt tèt cã tÝnh chÊt c¬ lý cao. a.Fufurol. C«ng thøc ho¸ häc: + Lµ chÊt láng kh«ng mµu mïi dÔ chÞu. NhiÖt ®é s«i lµ 161,7oC, ®ãng r¾n ë 36,5oC. Träng l­îng riªng lµ 1,1598g/cm3 Fufurol tan trong r­îu etylic, metylic, ete, axeton. + Ph­ong ph¸p chñ yÕu ®Ó s¶n xuÊt Fufurol lµ thuû ph©n c¸c chÕ phÈm trong n«ng nghiÖp: r¹ r¬m , lâi ng« ... tiÕn hµnh thuû ph©n d­íi ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é lín h¬n 100oc. Ngoµi ra cßn ®iÒu chÕ b»ng c¸ch thuû ph©n gç hoÆc than n©u. 1.3.ph¶n øng t¹o nhùa Novolac vµ Rezolic. a. ph¶n øng t¹o nhùa Rezolic. X¶y ra trong m«i tr­êng kiÒm, c¬ chÕ nh­ sau. - Ion phenolat cã kh¶ n¨ng gi¶i to¶ ®iÖn tÝch vµo vßng benzen lµm cho mËt ®é ®iÖn tö t¹i c¸c vÞ trÝ octo vµ para cña vßng t¨ng lªn. C¸c ion nµy sÏ ph¶n øng víi formandehyt theo ph­¬ng tr×nh. Trong m«i tr­êng kiÒm ion hydroxyl metylol phenol bÒn v÷ng vµ c¸c vÞ trÝ ho¹t ®éng cßn l¹i cña phenol tiÕp tôc ph¶n øng víi focmandehyt ®Ó t¹o ra c¸c mono, di, tri hydroxyl phenol. Sù t¸c dông ®ã xÈy ra theo tèc ®é gi¶m dÇn. §Þnh h­íng gi÷a vÞ trÝ octo vµ para phô thuéc vµo xóc t¸c ®em dïng: Xóc T¸c  Tû lÖ octo/para   Mg(OH)2  4,32   Ca(OH)2  3,08   LiOH  1,75   NaOH  1,56   KOH  1,33   (CH3)4N+OH-  0,88   Hçn hîp r­îu phenolic nµy sÏ ng­ng tô t¹o nhùa rezolic:
 b. ph¶n øng t¹o nhùa Novolac: - Nhùa Novolac lµ s¶n phÈm ®a tô gi÷a phenol vµ focmandehyt trong m«i tr­êng axit. Tû lÖ phenol/Focmandehyt>1. C¬ chÕ ph¶n øng t¹o nhùa Novolac nh­ sau: Ion metynol sÏ tÊn c«ng vµo vÞ trÝ giµu ®iÖn tö cña phenol: Trong m«i tr­êng axit c¸c metylol phenol kh«ng bÒn chóng t­¬ng t¸c víi ion H+ t¹o ion metyl phenol:  HoÆc chóng ng­ng tô víi nhau t¹o thµnh cÇu nèi metylen. CÊu tróc Novolac lµ nh÷ng m¹ch th¼ng cã khèi l­îng ph©n tö kh«ng lín l¾m. Ph¶n øng tæng qu¸t nh­ sau: (n+2)C6H5OH + (n+1)CH2O HOC6H4CH2 C6H5(OH)CH2 C6H4OH víi n=4-8 1.4.§iÒu kiÖn ng­ng tô. - Ph¶n øng gi÷a phenol vµ Focmandehyt lµ ph¶n øng ®a tô tõng bËc, nhê vËy cã thÓ t¸ch vµ nghiªn cøu s¶n phÈm ban ®Çu t­¬ng ®èi æn ®Þnh. Ng­êi ta x¸c ®Þnh r»ng cÊu t¹o ho¸ häc cña nguyªn liÖu, tû lÖ ph©n tö gi÷a phenol – andehyt, m«i tr­êng cã ¶nh h­ëng quyÕt ®Þnh ®Õn qu¸ tr×nh t¹o thµnh vµ tÝnh chÊt cña nhùa. C¸c ®iÒu kiÖn c¬ b¶n chung nhÊt ®Ó h×nh thµnh nhùa nh­ sau: • §iÒu kiÖn t¹o nhùa Rezolic. ( Nhùa Rezolic nhËn ®­îc trong ®iÒu kiÖn: M«i tr­êng ph¶n øng lµ m«i tr­êng kiÒm. Phenol phai cã ba vi trÝ ho¹t ®éng. Tû lÖ gi÷a phenol/Focmandehyt<1 hay gÇn tû lÖ ®­¬ng l­îng. 1.4.1. §iÒu kiÖn ng­ng tô nhùa Rezolic. a. Xóc t¸c. Nh÷ng xóc t¸c th­êng dïng lµ: NaOH, Ba(OH)2, NH4OH, vµ trong mét sè tr­êng hîp cßn dïng Na2CO3, Na2SO4 , vv... • NaOH: + Lµ xóc t¸c rÊt m¹nh, chØ dïng mét l­îng nhá (kho¶ng 0,1%). So víi c¸c xóc t¸c kh¸c th× NaOH lµm cho s¶n phÈm ®a tô ban ®Çu rÔ hoµ tan trong m«i tr­êng ph¶n øng vµ NaOH ®­îc sö dông trong tr­êng hîp cÇn ph¶i h·m qu¸ tr×nh keo tô NaOH cßn t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ nhùa Rezolic láng kh«ng cã n­íc. + Nh­îc ®iÓm cña xóc t¸c nµy lµ cÇn ph¶i tiÕn hµnh trung hoµ kiÒm cßn l¹i trong nhùa. NÕu cßn kiÒm tù do sÏ lµm gi¶m c¸c tÝnh chÊt kü thuËt cña nhùa nh­: (mµu s¾c, ®é bÒn n­íc, nhÊt lµ tÝnh c¸ch ®iÖn ). • Ba(OH)2.8H2O: + Lµ xóc t¸c yÕu h¬n xót lªn dïng víi l­îng lín h¬n (1-1,5%). Ba(OH)2 rÊt rÔ trung hoµ, vÝ dô cã thÓ dïng CO2. NÕu nh­ cßn muèi Bari ë trong nhùa Rezol th× kh«ng lµm gi¶m ®i ®é æn ®Þnh ho¸ häc còng nh­ tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn cña nhùa. • NH4OH: (th­êng ë d¹ng amoniac 25%). Lµ xóc t¸c phæ biÕn nhÊt ®Ó ®iÒu chÕ nhùa Rezolic. KhuyÕt ®iÓm cña lo¹i xóc t¸c nµy lµ lµm rép s¶n phÈm trong qu¸ tr×nh Ðp nãng. b. Tû lÖ cÊu tö : Tû lÖ cÊu tö lµ yÕu tè quan träng hµm l­îng c¸c cÊu tö ®­îc lÊy gÇn víi ®­¬ng l­îng ph©n tö. Khi t¨ng hµm l­îng focmandehyt thi tÝnh chÊt cña nhùa còng thay ®æi: t¨ng nhiÖt ®é nhá giät, t¨ng tèc ®é ®ãng r¾n vµ gi¶m hµm l­îng phenol tù do trong nhùa. B¶ng B thÓ hiÖn ®Æc tr­ng cña nhùa Rezolic phô thuéc vµo tû lÖ Phenol/Focmandehyt. B¶ng B: ¶nh h­ëng cña tû lÖ c¸c cÊu tö ®Õn tÝnh chÊt cña nhùa. Tû lÖ gi÷a phenol so víi Focmandehyt  HiÖu suÊt cña nhùa so víi phenol (%)  NhiÖt ®é nhá giät theo UbenlopoC  Tèc ®é ®ãng r¾n ë 150oC (gi©y)  §é nhít cña dung dÞch r­îu 50% epoiz  Hµm l­îng phenol tù do (%)   5:4  112  42  160  23,0  24,3   5:5  118  50  98  39,5  16,8   5:6  112  65  100  42,0  15,5   5:7  126  66  96  42,5  14,8   c. Thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c cÊu tö: - Nång ®é c¸c cÊu tö cã 3 vÞ trÝ ho¹t ®éng trong phenol nguyªn liÖu cã ý nghÜa rÊt lín: - Phenol cã ba vÞ trÝ ho¹t ®éng, tham gia ph¶n øng víi focmaldehyt rÊt m¹nh trong qu¸ tr×nh ng­ng tô vµ t¹o thµnh nhùa rezolic cã nhiÖt ®é ®ãng r¾n cao h¬n c¶. + m-crezol còng gièng nh­ phenol, nghÜa lµ t¹o thµnh nhùa cã nhiÖt ®é ®ãng r¾n cao. - Tèc ®é t¹o thµnh nhùa rezolic cña crezol cao h¬n so víi phenol v× nhãm -CH3 cã t¸c dông ho¹t ho¸ nh÷ng nguyªn tö hydro bªn c¹nh cña vßng Benzen. •§iÒu kiÖn t¹o nhùa Novolac. - §Ó t¹o ®­îc nhùa Novolac th× ph¶n øng ng­ng tô ph¶i ®­îc tiÕn hµnh ë trong m«i tr­êng axit, phenol cã tõ 2 ®Õn 3 vÞ trÝ ho¹t ®éng. TØ lÖ c¸c cÊu tö ë tû lÖ gÇn ®­¬ng l­îng hoÆc d­ phenol, th­êng tû lÖ phenol/focmaldehyt = 7/6 (hoÆc 6/5) ®Ó ®¶m b¶o nhùa thu ®­îc cã nh÷ng ®Æc tÝnh tèt. 1.4.2. §iÒu kiÖn ng­ng tô nhùa novolac. a. Xóc t¸c: Ph¶n øng ®a tô vµ t¹o thµnh Novolac ®­îc xóc t¸c nhê ion H+. Trong nh÷ng tr­êng hîp kh«ng cã xóc t¸c, axit focmic cã trong focmalin kü thuËt ®ãng vai trß lµ xóc t¸c. • Axit HCl: ( Nång ®é HCl trong m«i tr­êng ph¶n øng tõ 0,1 ®Õn 0,3% (so víi phenol) v× cßn chó ý ®Õn l­îng axit focmic cã trong focmalin kü thuËt. PH cña m«i tr­êng ph¶n øng th­êng tõ 1,8-2,2. Ph¶n øng ®a tô t¹o nhùa Novolac to¶ nhiÖt cã thÓ s«i m¹nh lµm b¾n hçn hîp ra khái nåi ph¶n øng. Do ®ã nªn cho l­îng axit HCl lµm 2 -3 lÇn. ( ¦u ®iÓm cña xóc t¸c nµy lµ trong qu¸ tr×nh xÊy hÇu hÕt axit HCl ®­îc t¸ch ra khái hçn hîp cïng víi h¬i n­íc. Tuy nhiªn cã nh­îc ®iÓm lµ HCl ¨n mßn thiÕt bÞ m¹nh. • Axit H2SO4. ( ChØ ¸p dông cho nh÷ng tr­êng hîp ®Æc biÖt. T¸c dông cña H2SO4 kÐm h¬n HCl. Axit H2SO4 ë l¹i trong nhùa nªn sau ®ã ph¶i trung hoµ b»ng Ba(OH)2 vµ Ca(OH)2. ( Nhùa nhËn ®­îc cã mµu sÉm h¬n so víi khi dïng HCl. H2SO4 còng ¨n mon thiÕt bÞ, th­êng lÊy tõ 0,4-0,6%. •Axit oxalic: ( Lµ mét axit h÷u c¬ ph©n ly yÕu, ho¹t tÝnh xóc t¸c kÐm nªn dïng mét l­îng nhiÒu (1,5-2,5%). ( Qu¸ tr×nh ph¶n øng xÈy ra dÔ ®iÒu chØnh h¬n nh­ng thêi gian kÐo dµi h¬n so víi khi dïng c¸c chÊt xóc t¸c nãi trªn. • Axit focmic: ( Lu«n cã mÆt trong focmalin kü thuËt nh­ng hµm l­îng Ýt (~0,1%) kh«ng ®ñ ®Ó ®¶m b¶o tèc ®é ph¶n øng cÇn thiÕt. V× vËy khi tiÕn hµnh ®a tô cÇn ph¶i thªm axit ®Ó gi¶m PH m«i tr­êng (hçn hîp phenol vµ focmalin) tõ 3,5- 4,5 xuèng 1,8-2,2. ( Tãm l¹i axit HCl lµ xóc t¸c chñ yÕu dïng ®Ó s¶n xuÊt nhùa Novolac dïng lµm bét Ðp, cßn axit oxalic th­êng dïng ®Ó s¶n xuÊt nhùa Novolac dïng cho c«ng nghiÖp s¬n. b. Tû lÖ c¸c cÊu tö: ( Tû lÖ c¸c cÊu tö ban ®Çu cã ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh t¹o thµnh nhùa novolac hay rezolic. B¶ng C thÓ hiÖn tÝnh chÊt cña novolac phô thuéc vµo tû lÖ focmaldehit/phenol. Trªn b¶ng : ¶nh h­ëng cña tû lÖ focmaldehyt/phenol ®Õn tÝnh chÊt cña nhùa. L­îng focmaldehit øng víi 100g phenol (g)  HiÖu suÊt (%)  NhiÖt ®é nhá giät theo Ubenlop (oC)  Tèc ®é keo ho¸ (gi©y)  §é nhít cña dung dÞch 50% trong cån epoiz  Hµm l­îng tù do (%)   24  108,9  97,5  160  83  8,7   26  109,6  103  80  136  5,9   28  112  112  65  370  4,7   29  Nhùa chuyÓn sang giai ®o¹n B   c. C¸c ®iÒu kiÖn ®a tô vµ sÊy. Qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ nhùa novolac gåm c¸c giai ®o¹n: ®a tô nhùa, t¹o thµnh nhùa vµ sÊy nhùa. NÕu thêi gian ng­ng tô kÐo dµi h¬n th× phenol kÕt hîp víi fomandehyt hoµn toµn h¬n, träng l­îng ph©n tö trung b×nh vµ hiÖu suÊt cao h¬n. B¶ng D: ¶nh h­ëng cña thêi gian ®a tô ®Õn tÝnh chÊt cña nhùa. Thêi gian ®a tô (phót)  HiÖu suÊt so víi phenol (%)  Hµm l­îng phenol tù do  ®é nhít cña dung dÞch 50 trong cån epoiz  NhiÖt ®é nhá giät theo Ubenlop (0C)   55  107,6  6,7  106  102   60  107,8  6,4  107  103   90  107,9  6,0  126  110   150  108,0  5,8  129  111   270  108,2  5,25  163  117   -TiÕn hµnh xÊy nhùa nh»m môc ®Ých t¸ch hÕt n­íc vµ c¸c cÊu tö kh«ng tham gia ph¶n øng (phenol, fomandehyt, axit HCl …) vµ ®ång thêi ®Ó hoµn thiÖn qu¸ tr×nh ®a tô s©u h¬n ë nhiÖt ®é cao ®Ó nhËn ®­îc nhùa cã tÝnh chÊt thÝch øng, v× vËy qu¸ tr×nh xÊy gåm c¸c b­íc sau: + §un nãng hçn hîp cho ®Õn khi b¾t ®Çu s«i. + Cho n­íc bay h¬i ë nhiÖt ®é s«i cña hçn hîp. + Xö lý nhiÖt: n©ng nhiÖt ®é cao h¬n nhiÖt ®é s«i cña hçn hîp. Thêi gian sö lý nhiÖt vµ nhiÖt ®é cuèi cïng ¶nh h­ëng ®Õn ®é nhít, nhiÖt ®é ch¶y mÒm, nhiÖt ®é nhá giät vµ hµm l­îng phenol tù do. 1.5. øng dông. Tïy thuéc vµo ph­¬ng ph¸p tæng hîp s¶n phÈm tõ nhùa phenolic cã tÝnh chÊt kh¸c nhau nªn ®­îc øng dông trong c¸c lÜnh vùc kh¸c nhau. 1.5.1. Bét Ðp. S¶n phÈm bét Ðp lµ hçn hîp gi÷a nhùa Novolac hoÆc rezolic víi mét sè phô gia nh­: bét gç, b«ng thñy tinh, mica, bét giÊy… bét Ðp sö dông nhùa Novolac s¶n xuÊt phÇn lín c¸c vËt phÈm th«ng dông, nhùa rezolic th­êng sö dông trong tr­êng hîp s¶n xuÊt chÊt dÎo chuyªn dông. 1.5.2. ChÊt dÎo líp. VËt liÖu Ðp líp cña nhùa phenolic ®­îc sö dông kh¸ réng r·i trong c¸c nghµnh kü thuËt, ®Æc biÖt trong c«ng nghiÖp ®iÖn tö, giao th«ng, c¬ khÝ… ChÊt dÎo líp víi phô gia giÊy kh«ng bÒn axit, kiÒm m¹nh, chÞu t¸c dông cña dÇu mì, dÔ gia c«ng, tÝnh c¸ch ®iÖn cña vËt liÖu phô thuéc vµo hµm Èm. ChÊt dÎo líp gia c­êng b»ng v¶i thñy tinh cã thÓ s¶n xuÊt ®­îc chi tiÕt lµm viÖc trong c¸c ®iÒu kiÖn va ®Ëp, ®é bÒn hãa kh«ng cao. ChÊt dÎo líp víi phô gia gç Ðp cho s¶n phÈm cã tÝnh chÞu mµi mßn vµ ma s¸t cao nh­ng ®é bÒn hãa kh«ng cao. 1.5.3. VËt liÖu sîi Ðp. Sîi Ðp hay dïng nh­ sîi thñy tinh, xenlulo… vËt liÖu Ðp cho s¶n phÈm cã tÝnh chÊt c¬ lý cao. Khi s¶n xuÊt chñ yÕu dïng d¹ng rezolic, d¹ng Novolac sö dông rÊt Ýt. S¶n phÈm sîi Ðp cã c¸c th«ng sè c¬ lý tèt, bÒn axit, kiÒm yÕu, kh«ng bÒn víi axit vµ kiÒm m¹nh. Sîi Ðp dïng gia c«ng c¸c chi tiÕt kÕt cÊu chÞu lùc, chÞu nhiÖt, c¸ch ®iÖn ë ®iÖn ¸p thÊp. øng dông trong c¸c nghµnh c«ng nghiÖp chÕ t¹o c¬ khÝ vµ dông cô m¸y mãc. 1.5.4. øng dông lµm phaolit. Phaolit lµ lo¹i chÊt dÎo chÞu axit tèt s¶n xuÊt tõ nhùa rezolic vµ c¸c phô gia. Phèi liÖu cña hçn hîp phaolit phô thuéc rÊt nhiÒu vµo lo¹i nhùa rezolic vµ phô gia ®em dïng. øng dông chñ yÕu cña phaolit lµ ®Ó lµm th©n trßn cì lín cña thiÕt bÞ, dïng lãt vµo thiÕt bÞ b»ng gang, thÐp… c¸c chi tiÕt s¶n phÈm lµm tõ phaolit cã thÓ ®¬n gi¶n hoÆc phøc t¹p. Phaolit ®­îc øng dông nhiÒu trong c«ng nghÖ hãa chÊt. 1.5.5. Keo d¸n. Còng nh­ ure-focmandehyt nhùa phenol focmandehyt cã øng dông rÊt quan träng lµ dïng ®Ó d¸n c¸c vËt liÖu nh­: gç, kim lo¹i, thñy tinh, sø, gèm… Keo phenol cã tÝnh kÕt dÝnh cao, chÞu ®­îc Èm vµ c¸c lo¹i nÊm. Song cã nh­îc ®iÓm lµ mµng s¬n dßn, ®é bÒn cña mèi d¸n kÕt cÊu gç thÊp do t¸c dông thñy ph©n cña xóc t¸c axit lªn xenlulo. V× vËy nªn dïng keo phenol cã phèi trén víi c¸c polyme nhiÖt dÎo. 1.5.6. Mét vµi øng dông kh¸c. Nh÷ng øng dông kÓ trªn chiÕm phÇn lín s¶n l­îng nhùa phenolic ®­îc tæng hîp, ngoµi ra cßn øng dông trong mét sè tr­êng hîp kh¸c nh­: Dïng lµm chÊt dÎo bät, s¶n phÈm cã tû träng thÊp 0,015-0,32 g/cm3 cã nhiÒu ®Æc tÝnh tèt so víi mét sè lo¹i nhùa kh¸c, ®­îc sö dông trong x©y dùng. Dïng lµm mµng s¬n vµ vecni. Ngoµi ra nhùa Novolac cã thÓ ®­îc dïng ®Ó chÕ t¹o mét sè s¶n phÈm nh­ sau: Chi tiÕt cho ®éng c¬, háa tiÔn, ph¸o b«ng. Phanh, líp ®Öm mèi nèi (compling bining) chÞu nhiÖt >500oC. Dông cô ®iÖn dïng cho gia ®×nh (lß n­íng) dïng ®Õn 280oC. Van b¬m n­íc. Chi tiÕt kÐo chuyÓn ®éng n­íc. §Çu chÕ hßa khÝ. L¾p ®Çu xilanh cña ®éng c¬ xe. §Çu nót m¸y ch÷ m¹ kim lo¹i. §én bét ®ång dÉn ®iÖn cao. §én bét s¾t, banium femte dÉn tõ. §én bét ch× mµi läc tia X. §én graphit b¸n dÉn. §én bét gç + cao su t¨ng ®é bÒn va ®Ëp nh­ng gi¶m ®é bÒn nhiÖt dïng trong phic ®iÖn. • Chän ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt. + Nhùa Novolac cã thÓ ®­îc s¶n xuÊt theo hai ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt gi¸n ®o¹n vµ liªn tôc. Ph­¬ng ph¸p gi¸n ®o¹n cã ®Æc ®iÓm thµnh phÇn ph¶n øng thay ®æi theo thêi gian tiÕn hµnh vµ gi÷ nguyªn trong kh«ng gian mµ qu¸ tr×nh x¶y ra, ®é ®ång ®Òu s¶n phÈm kh«ng cao v× cßn tïy thuéc vµo c¸c mÎ ph¶n øng h¬n n÷a ph­¬ng ph¸p gi¸n ®o¹n cßn cho n¨ng suÊt thÊp. Trong ®å ¸n nµy chän ph­¬ng ¸n s¶n xuÊt nhùa Novolac theo ph­¬ng ph¸p gi¸n ®o¹n. *S¶n xuÊt nhùa Novolac theo ph­¬ng ph¸p liªn tôc. + S¶n xuÊt nhùa Novolac theo ph­¬ng ph¸p nµy th× nguyªn liÖu vµ nhùa ®­îc ®­a vµo vµ lÊy ra liªn tôc, th«ng qua mét hÖ thiÕt bÞ nèi tiÕp nhau. Trong thêi gian ph¶n øng nång ®é c¸c cÊu tö trong mét thÓ tÝch nao ®ã kh«ng thay ®æi theo thêi gian: bao g«m qu¸ tr×nh liªn tôc tõng b©c vµ qu¸ tr×nh liªn tôc tõng dßng. + Qu¸ tr×nh liªn tôc tõng bËc: lµ qu¸ tr×nh x¶y ra tõng bËc trong mét dÉy thiÕt bÞ ®Æt nèi tiÕp nhau thµnh mét hÖ t¸c dông liªn tôc. Qu¸ tr×nh nµy cã ®Æc ®iÓm lµ nång ®é cña c¸c cÊu tö kh«ng thay ®æi trong toµn bé thÓ tÝch cña thiÕt bÞ ph¶n øng sau khi ®¹t ®Õn gi¸ trÞ æn ®Þnh. Sù thay ®æi nång ®é cña c¸c cÊu tö ban ®Çu vµ c¸c s¶n phÈm cuèi cïng, khi ®ã ë mçi thiÕt bÞ ph¶n øng hçn hîp ph¶n øng vµ chÊt láng ch¶y ra tõ thiÕt bÞ ®ã cã thµnh phÇn ®ång nhÊt. + Qu¸ tr×nh dßng liªn tôc: lµ qu¸ tr×nh trong ®ã nång ®é cña c¸c cÊu tö thay ®æi trong toµn bé kh«ng gian ph¶n øng còng gièng nh­ qu¸ tr×nh liªn tôc tõng bËc, ®èi víi qu¸ tr×nh dßng liªn tôc thµnh phÇn hçn hîp ph¶n øng kh«ng thay ®æi trong suèt thêi gian tiÕn hµnh qu¸ tr×nh. ChÕ ®é æn ®Þnh thiÕt lËp chØ cã thÓ thay ®æi b»ng c¸ch thay ®æi thµnh phÇn hçn hîp cung cÊp, tèc ®é dßng, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt. Qu¸ tr×nh liªn tôc th­êng tiÕn hµnh trong thiÕt bÞ h×nh èng. *S¶n xuÊt nhùa Novolac theo ph­¬ng ph¸p gi¸n ®o¹n. Theo ph­¬ng ph¸p nµy nguyªn liÖu tõ thïng chøa ®­îc b¬m ly t©m b¬m vµo thïng cao vÞ vµ chÈy vµo thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh, xóc t¸c còng ®­îc ®­a trùc tiÕp vµo thïng cao vÞ vµ chÈy vµo thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh. Ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm hÖ thèng thiÕt bÞ s¶n xuÊt ®¬n gi¶n h¬n, chi phÝ kinh tÕ thÊp h¬n ph­¬ng ph¸p liªn tôc vµ cho hiÖu suÊt cao. Nh­ng cã nh­îc ®iÓm lµ n¨ng suÊt kh«ng cao kh«ng t©n dông ®­îc nguån nh©n lùc. THUYÕT Minh d©y chuyÒn s¶n xuÊt Quy tr×nh s¶n xuÊt nhùa Pheno-Focmandehyt d¹ng Novolac theo ph­¬ng ph¸p gi¸n ®o¹n gåm c¸c c«ng ®o¹n chñ yÕu sau: ë s¬ ®å nµy ta dïng ph­¬ng ph¸p l­êng träng trªn c¸c thïng l­êng nµy cã van x¶ ¸p. Phenol vµ Focmalin tõ c¸c thïng chøa 14 vµ 16 ®­îc b¬m ly t©m 17 b¬m lªn c¸c thïng cao vÞ t­¬ng øng lµ 1 vµ 2, tõ ®ã chÈy vµo thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh. Xóc t¸c ®­îc ®­a trùc tiÕp vµo thïng cao vÞ, tõ ®ã chÈy vµo thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh. Khi c¸c nguyªn liÖu ®Çu ®­îc ®­a vµo thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh dïng m¸y khuÊy khuÊy ®Òu thªm xóc t¸c ®Õn PH yªu cÇu kho¶ng(1,6-2,3). §un nãng hçn hîp ph¶n øng ®Õn 55-60oC sau ®ã ngõng cÊp nhiÖt v× nhiÖt ®é hçn hîp ph¶n øng tù t¨ng do ph¶n øng to¶ nhiÖt. Khi nhiÖt ®é hçn hîp ®¹t 98-110oC th× hçn hîp b¾t ®Çu s«i vµ ngõng khuÊy. Thêi gian ph¶n øng trong th¸p lµ 4 giê. Hçn hîp ®­¬c sÊy b»ng b¬m ch©n kh«ng. Sau ®ã hçn hîp ®­îc ®­a xu«ng thiÕt bÞ trèng lµm nguéi 13 vµ ®­îc b¨ng t¶i chuyÓn vao kho s¶n phÈm. CH¦¥NG II TÝNH to¸n kü thuËt 2.1.tÝnh phèi liÖu vµ c©n b»ng vËt chÊt. 2.1.1. §¬n phèi liÖu. Nhùa Novolac ®­îc s¶n xuÊt theo ph­¬ng ph¸p gian ®o¹n ®¬n phèi liÖu nh­ sau : Phenol 96% 100 phÇn träng l­îng. Focmandehyt 37% 70 phÇn träng l­îng. HCl 6N 1 phÇn träng l­îng. 2.1.2. C©n b»ng vËt chÊt. - S¬ ®å s¶n xuÊt nhùa Novolac: Gi¶ thiÕt tæn hao qua c¸c c«ng ®o¹n nh­ sau: N¹p liÖu: 0,5% . §a tô: 1%. Läc, T¸ch: 0,5%. SÊy: 0,5%. §ãng gãi s¶n phÈm: 0,5%. Thêi gian lµm viÖc: Tæng sè ngµy trong n¨m: 365 ngµy. nghØ chñ nhËt: 54 ngµy. nghØ lÔ, tÕt: 7 ngµy. NghØ b¶o d­ìng: 14 ngµy. Tæng sè ngµy lµm viÖc trong n¨m: ( 365-54-7-14)= 290 ngµy N¨ng suÊt thiÕt bÞ trong mét ngµy lµ: 1,241(tÊn/ngµy). 2.1.2.1. C©n b»ng vËt chÊt cho 1 tÊn s¶n phÈm. Tõ sè l­îng mét tÊn s¶n phÈm tÝnh ng­îc l¹i ®Ó biÕt nguyªn liÖu ®Çu cÇn dïng. C«ng ®o¹n ®ãng gãi s¶n phÈm. C«ng ®o¹n nµy tæn hao 0,5% nªn s¶n l­îng cÇn s¶n xuÊt tr­íc khi ®­a vµo c«ng ®o¹n nµy lµ:



= 1005 (kg) L­îng tæn hao lµ: 1005 -1000 = 5 (kg). C«ng ®o¹n sÊy: C«ng ®o¹n nµy tæn hao 0,5% nªn s¶n l­îng tr­íc khi sÊy lµ: 1010 ( kg) L­îng tæn hao lµ: 1010-1005 = 5 (kg) C«ng ®oan läc, t¸ch n­íc: C«ng ®o¹n nµy tæn hao 0,5% nªn s¶n l­îng cµn thiÕt tr­íc khi vµo c«ng ®o¹n nay lµ:

(kg) L­îng tæn hao lµ: 1015-1010 = 5 (kg) C«ng ®o¹n ®a tô: C«ng ®o¹n nµy tæn hao 1% nªn s¶n l­îng tr­íc khi vµo c«ng ®o¹n nµy lµ: 
(kg) L­îng tæn hao lµ: 1025,26-1015 = 10,26(kg) C«ng ®oan n¹p liÖu: C«ng ®o¹n nµy tæn hao 0,5% nªn s¶n l­¬ng cÇn thiÕt tr­íc khi vµo c«ng ®o¹n nµy lµ:
(kg). L­îng tæn hao lµ: 1030,4-1025,26 = 5,14 (kg). + VËy tæn hao c¶ qu¸ tr×nh b»ng tæn hao cña c«ng ®o¹n n¹p liÖu + c«ng ®o¹n ®a tô + c«ng ®o¹n läc t¸ch + c«ng ®o¹n sÊy + c«ng ®o¹n ®ãng gãi s¶n phÈm ( 0,5 + 1 + 0,5 +0,5 +0,5) = 3% VËy tæn hao c¶ qu¸ tr×nh lµ 3% Tõ ®¬n phèi liÖu: 100kg phenol ph¶n øng víi 27kg Focmalin vµ 1 kg HCl thu ®­îc 113kg nhùa Novolac. L­îng Phenol 100% cÇn thiÕt ®Ó t¹o ra 1030,4kg nhùa Novolac lµ:
L­îng Phenol 96% cÇn thiÕt ®Ó t¹o ra 1030,4 kg nhùa Novolac lµ:
L­îng Focmanlin 100% cÇn ®Ó t¹o ra 1030,4 kg nhùa Novolac la:
L­äng Focmanlin 37% cÇn ®Ó t¹o ra 1030,4 kg nhùa Novolac lµ:
L­îng xóc t¸c cÇn thiÕt lµ :
2.1.2.1.C©n b»ng vËt chÊt cho mét tÊn s¶n phÈm: Nguyªn liÖu  L­îng vµo (kg)  L­îng ra (kg)  Tæn hao (kg)   Phenol 96%  949,85  1000  28,49   Focmalin 37%  665,4   19,96   HCl 6N  9,12   0,27   Tæng céng  1624,37   48,72   2.1.2.2.B¶ng c©n b»ng vËt chÊt cho mét ngµy s¶n xuÊt : Nguyªn liÖu  L­îng vµo (kg)  L­îng ra (kg)   Phenol 96%  1178,76  1241   Focmanlin 37%  825,76    HCl 6N  11,32    Tæng céng  2015,84    2.1.2.3.B¶ng c©n b»ng vËt chÊt cho mét n¨m s¶n xuÊt. Nguyªn liÖu  L­îng vµo (kg)  L­îng ra(kg)   Phenol 96%  341840,4  360.000 kg Nhùa novolac   Focmanlin 37%  239470,4    HCl 6N  3282,8    2.1.2.4. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt cho 1 mÎ 1 nåi - B­íc chuÈn bÞ Thêi gian - ChuÈn bÞ nguyªn liÖu 30 phót - Gia nhiÖt cho nåi ph¶n øng 15 phót - Cho Focmalin vµo 15 phót - Thêi gian trïng ng­ng 4 giê - Thêi gian hót ch©n kh«ng 20 phót - ChuÈn bÞ cho mÎ sau 90 phót - Thêi gian sÊy vµ nghiÒn nhùa 20 phót Tæng céng 7 giê 10 phót Thêi gian s¶n xuÊt cho mét mÎ lµ 7 giê 10 phót ngµy lµm viÖc 2 ca mçi ca mét nåi ph¶n øng, vËy nguyªn liÖu dïng cho mét mÎ mét nåi b»ng 1/2 nguyªn liÖu dïng cho mét ngµy ®ªm. STT  Tªn nguyªn liÖu  L­îng vµo (kg)  L­îng ra (kg)   1  Phenol 96%  589,38  620,5   2  Focmalin 37%  412,88    3  HCl  5,66    4  Tæng céng  1007,92    2.2. TÝnh to¸n thiÕt bÞ. 2.2.1 TÝnh to¸n thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh. 2.2.1.1.TÝnh thÓ tÝch lµm viÖc cña thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh: Hçn hîp ph¶n øng gåm ba cÊu tö: Phenol, dung dÞch Focmalin, xóc t¸c axit HCl. ThÓ tÝch hçn hîp ph¶n øng tÝnh theo c«ng thøc sau: Vhh=
[9-Tr14]. Trong ®ã Ghh: Khèi l­îng hçn hîp ph¶n øng.
Vhh: ThÓ tÝch hçn hîp ph¶n øng.
: Khèi l­îng riªng cña hçn hîp ph¶n øng.
=0,01(
.a1 +
.a2 +…+
.an). Trong ®ã:
,
,…
lµ khèi l­îng riªng cña t­ng cÊu tö trong dung dÞch. Vµ a1, a2 ….an lµ nång ®é phÇn tr¨m khèi l­îng cña tõng cÊu tö. NhiÖt ®é lµm viÖc trong th¸p lµ 98oC. Theo [ 10-Tr7] tÝnh ®­îc
= 1005kg/m3. Theo [10-Tr81] tÝnh ®­îc
=1002,4kg/m3. Theo [10-Tr17] tÝnh ®­îc
= 962 kg/m3. Theo ®¬n phèi liÖu tÝnh ®­îc a1=58,48% ; a2=40,93%; a3= 0,58%. VËy
= 0,01(1005.58,48 + 1002,4.40,93 + 962.0.58)=1003,59(kg/m3). Khèi l­îng nguyªn liÖu trong mét mÎ lµ: Ghh = 1007,92(kg). MÆt kh¸c
= 1003,59kg/m3. VËy thÓ tÝch hçn hîp ph¶n øng lµ: Vhh=
=
=1,004(m3) ThÓ tÝch lµm viÖc cña thiÕt bÞ tÝnh theo c«ng thøc: Vlv=
, trong ®ã
: hÖ sè ®iÒn ®Çy cña thiÕt bÞ, trong c«ng nghÖ ho¸ häc th­¬ng lÊy 0,6
0,8. Chän
= 0,7, vËy thÓ tÝch lµm viÖc cña thiÕt bÞ lµ Vlv=
= 1,434(m3). ThÓ tÝch lµm viÖc cña thiÕt bÞ lµ Vlv=1,5(m3). Chän ®­êng kÝnh thiÕt bÞ ph¶n øng lµ: 1.2 m. DiÖn tÝch thiÕt diÖn cña thiÕt bÞ ph¶n øng lµ: S=
.r2=3,14.[
]2 =1,1304 m2 ChiÒu cao thiÕt bÞ ph¶n øng tÝnh theo c«ng thøc: H=
=
=1,325(m3). VËy lÊy H=1,4m. 2.2.1.2TÝnh to¸n c¬ khÝ cho thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh. 2.2.1.2.1.TÝnh chiÒu dµy thiÕt bÞ ph¶n øng chÝnh. M«i tr­êng lµm viÖc cña th¸p lµ m«i tr­êng axit, nång ®é axit <0,1% vµ nhiÖt ®é lµm viÖc lµ 980C. Chän lo¹i vËt liÖu lµm thiÕt bÞ ph¶n øng cã tÝnh chÞu axit lµ thÐp kh«ng gØ X17H13M2T. ThiÕt bÞ lµm viÖc ë ¸p xuÊt th­êng nªn chÕ t¹o theo ph­¬ng ph¸p hµn th©n h×nh trô. ChiÒu dµy th©n h×nh trô ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: S=
+ C (m) [12-Tr360]. Trong ®ã:
: Lµ hÖ sè cña thiÕt bÞ ph¶n øng theo ph­¬ng ph¸p hµn. Chän ph­¬ng ph¸p hµn b¨ng tay vµ hå quang ®iÖn, kتu hµn gi¸p mèi 2 bªn. Theo [12- Tr362] ®­îc
= 0,95. Dt: ®­êng kÝnh cña thiÕt bÞ. P: ¸p suÊt lµm viÖc cña th¸p. P= Pkq + P1 Trong ®ã P1: lµ ¸p suÊt thuû tÜnh cña cét chÊt láng. Pkq: lµ ¸p suÊt khÝ quyÓn. P1 ®­îc tÝnh nh­ sau. P1=
.g.H [12-Tr360].
: khèi l­îng riªng cña hçn hîp c¸c chÊt trong ph¶n øng.
= 1003,59kg/m3 . P1= 1003,59.9,81.1,4=13783,31(N/m2).
P=105+13783,31=113783.31(N/m2). • TÝnh [
] : [
] §é bÒn cña vËt liÖu ë ®©y lµ thÐp kh«ng gØ X17H13M2T. [
]=
. [12-Tr356] [
]=
. Trong ®ã: nK, nC – HÖ sè an toµn theo giíi h¹n bÒn vµ giíi h¹n chÈy.
,
- Gíi h¹n bÒn khi keo vµ khi chÈy.
- HÖ sè hiÖu chØnh chän
=0,9). Víi thÐp kh«ng gØ tra ë [12-Tr356] ®­îc nK=2,6, nC=1,5. Tra ë [12-Tr320] ®­îc:
= 540.106 N/m2.
= 220.106 N/m2. Do ®ã [
]=
=186,92.106 N/m2 [
]=
=132.106 N/m2 . Chon gi¸ trÞ [
] theo gi¸ trÞ nhá nhÊt
[
]=132.106 N/m2. • TÝnh C: C=C1+C2+C3(m) Trong ®ã : C1: bæ sung do ¨n mßn, xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn ¨n mon vËt liÖu cña m«i tr­êng lµ m«i tr­êng axit cã nång ®é <1% vµ thêi gian lµm viÖc cña thiÕt bÞ. Chän C1=1 mm. C2:bæ sung do hao mßn C2=0. C3: bæ sung do dung sai cña chiÒu dµy. Theo [12-Tr 364] cã C3=0,4mm.
C= C1+C2+C3 = 1+0+0,4=1,4mm=1,4.10-3 VËy chiÒu dÇy cña th¸p lµ: Do
=
=1102,1>50 nªn cã thÓ bá P ë mÉu sè. Do ®ã S=
+C
S=
=1,944.10-3 m. Do S-C<10 chän S=5mm. • Kiªm tra øng suÊt thö. Theo [12-Tr365] øng suÊt tÝnh theo ¸p suÊt thö ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:
=


. Trong ®ã PO: ¸p suÊt thö tÝnh to¸n . PO=Pth+P1 N/m2. [12-Tr366] Pth: ¸p suÊt thö thuû lùc. Do P=113783,31N/m2<0,5.106 VËy Pth=1,5.P=1,5.113783,31=170674,97N/m2 [12-Tr358] P1: ¸p suÊt thuû tÜnh cña n­íc. P1=
.
: Khèi l­îng riªng cña n­íc ë nhiÖt ®é 98oC (nhiÖt ®é trong th¸p ).

=968,44kg/m3 t¹i 98oC. H: chiÒu cao cña thiÕt bÞ chÝnh. g: gia tèc träng tr­êng. P1=
.g.H=968,44.9,81.1,4=13300,55N/m2.
Po=Pth+P1=170674,97+13300,55=183975,53N/m2. Do ®ã:
=
=32,37.106(N/m2).
=32,37.106<
=
=110.106. VËy chiÒu dµy S=5mm cña th¸p tho¶ m·n ®iÒu kiÖn bÒn. 2.2.1.2.2.TÝnh ®¸y vµ n¾p thiÕt bÞ. §¸y vµ n¾p thiÕt bÞ lµm cïng vËt liÖu víi th©n thiÕt bÞ. §¸y ®­îc hµn vµo th©n thiÕt bÞ, ®¸y thiÕt bÞ cã èng dÉn s¶n phÈm. N¾p cã nç trôc c¸nh khuÊy, cöa n¹p liÖu, cöa ra vµo vÖ sinh, n¾p ®­îc nèi víi th©n b»ng bÝch nåi. ThiÕt bÞ lµm viÖc ë ¸p suÊt th­êng vµ ®Æt ®øng nªn chän ®¸y vµ n¾p d¹ng elÝp cã gê . ChiÒu dµy ®¸y vµ n¾p tÝnh theo c«ng thøc sau. S=
.
+C. Trong ®ã: hb : chiÒu cao phÇn nåi cña ®¸y vµ n¾p. Do Dt=1.2m tra b¶ng [12- Tr382] cã hb =250mm. Chon hµn theo ph­¬ng ph¸p hµn b»ng tay b»ng hå quang ®iÖn, kiÓu gi¸p mèi hµn hai bªn. Tra b¶ng [12-Tr362] ®­îc
= 0,95. k: hÖ sè thø nguyªn, ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: k=1-
. Víi k ®­êng kÝnh lín nhÊt(hay kÝch th­íc lín nhÊt cña lç kh«ng ph¶i h×nh trßn ), cña lç kh«ng t¨ng cøng. Do ®­êng kÝnh èng cã ë ®¸y vµ n¾p kh¸c nhau nªn ph¶i tÝnh hÖ sè k cña ®¸y vµ n¾p. Chän ®­êng kÝnh lç th¸o s¶n phÈm vµ cöa n¹p liÖu lµ 150mm, cöa ra vµo vÖ sinh lµ 400mm. d=150 mm. Nªn k=1-150/1200=0,875. C ®¹i l­îng bæ xung ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau. C=C1+C2+C3. C1: bæ sung do ¨n mßn, xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn ¨n mon vËt liÖu cña m«i tr­êng lµ m«i tr­êng axit cã nång ®é <1% vµ thêi gian lµm viÖc cña thiÕt bÞ. C1=1mm =0,001m. C2: bæ sung do hao mßn. C3: bæ sung do dung sai chiÒu dµy. Chän C3=1.4mm=1,4.10-3m. X¸c ®Þnh chiÒu dµy cña ®¸y vµ n¾p: ¸p suÊt P=114767,83(N/m2). Nh­ tÝnh to¸n ë trªn ®­îc. [
]=
=186,92.106 N/m2. [
]=
=132.106 N/m2 . Chon gi¸ trÞ [
] theo gi¸ trÞ nhá nhÊt
[
]=132.106 N/m2. XÐt
=
=946,33>50. VËy cã thÓ bá P ë mÉu sè trong c«ng thøc tÝnh S. S=
.
+C. S=
.
+1,4=2,18mm. S-C=2,18-1,4=0,79<10 VËy lÊy S t¨ng lªn 2 ®¬n vÞ
chän S=5mm. *KiÓm tra øng suÊt thö.
=
<
.
=
23,33.106<
=110.106N/m2. VËy S=5 mm tho¶ m·n yªu cÇu bÒn do ®ã ®¸y vµ n¾p dµy 5mm. Chän lo¹i ®¸y vµ n¾p elip cã gê: hb=250mm. BÒ mÆt trong F=1,16m3. chiÒu cao gê h=25mm
2.2.1.2.3.Chän mÆt bÝch. BÝch lµ bé phËn quan träng dïng ®Ó nèi c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ còng nh­ nèi c¸c bé phËn kh¸c víi thiÕt bÞ. Cã nhiÒu lo¹i bÝch kh¸c nhau, nh­ng do thiÕt bÞ lµm viÖc ë ¸p suÊt th­êng nªn chon kiÓu mÆt bÝch liÒn. Chon bÝch liÒn b»ng thÐp kiÓu ch÷ I víi c¸c th«ng sè sau:[12-Tr421]. ThiÕt bÞ lµm viÖc ë ¸p suÊt P=1.106N/m2. Nh­ h×nh vÏ víi th«ng sè: Py.106 N/m2  Dt  kÝch th­íc nèi      D  Db  DI  DO  Bu-l«ng  1   1.106  1200  1400  1325  1275  1219  db  Z  h         M30  32  45   2..2.1.2.4.TÝnh c«ng suÊt c¸nh khuÊy. - C¸nh khuÊy trong m«i tr­êng láng th­êng ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp hãa chÊt, thùc phÈm ®Ó t¹o dung dÞch huyÒn phï, ®Ó t¨ng c­êng c¸c qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt, chuyÓn khèi vµ c¸c ph¶n øng hãa häc vv… -Trong thùc tÕ khi ®¸nh gi¸ mét m¸y khuÊy th­êng chó ý ®Õn c¸c yÕu tè sau: + Chän c¸nh khuÊy. + Thêi gian khuÊy. + C«ng tiªu tèn. + Sè vßng quay. + §é lín cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. -Trong khu«n khæ ®å ¸n nay chän c¸nh khuÊy d¹ng h×nh khung ®Ó tr¸nh hiªn t­îng táa nhiÖt côc bé, lµm ®ång ®Òu s¶n phÈm chèng l¾ng cÆn ë ®¸y vµ thµnh thiÕt bÞ. ( dM : §­êng kÝnh c¸nh khuÊy. dM=(0,85
0,98)D, chän dM=0,9D
dM=0,9.1,2=1,08m. ( ChiÒu cao c¸nh khuÊy: h=(0,9
0,1)l
h=0,9.1=0,9(m). l: chiÒu cao møc chÊt láng cÇn khuÊy trong thiÕt bÞ ph¶n øng. z : ChiÒu cao tõ ®¸y thiÕt bÞ ®Õn c¸nh khuÊy: z=0,11dM =0,11.1,08=0,1188(m). ( BÒ dµy c¸nh khuÊy: s=0,07.dM = 0,07.1,08=0,0756(m). ( C«ng su©t lµm viÖc cña c¸nh khuÊy: NP=k.
.
.n3.dM5(w). Trong ®ã
=k.
; k= 3,87a. a: tû sè gi÷a chiÒu cao vµ ®­êng kÝnh c¸nh khuÊy. a=
=
=0,833.
k=3,78.0,833=3,14874. LÊy n=0,8(v/s).
: h»ng sè phô thuéc vµo chÕ ®é chuyÓn ®éng cña chÊt láng.
: khèi l­äng riªng cña hçn hîp ph¶n øng.
: x¸c ®Þnh dùa vµo ®å thÞ quan hÖ
=f(Re). ReM=
=
=7,204.106. Dùa vµo ®å thÞ quan hÖ x¸c ®Þnh ®­îc
=0,5.
NP=0,5.1003,59.0,83.1,085=377,5(w). ( C«ng suÊt ®Ó th¾ng lùc c¶n cña chÊt láng lµ: NY=k.
.n3.dM5(w). C«ng suÊt më m¸y : NM=NP+NY. NM=(k+
).
.n3.dM5(w). NM=(3,14874+0,5).1003,59.0,83.1,085=2754,787(w)=2,755(kw). ( C«ng suÊt ®éng c¬ ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau. N®c=
[11-Tr620]
: hiÖu suÊt cña ®éng c¬,
=0,6
0,7 chän
=0,65. N®c=
4,24(kw). Chän ®éng c¬ nh·n hiÖu AO-32-2(thÝch hîp lµm trong ®iÒu kiÖn Èm ­ít). Cã n=1490vßng/phót;
=0,84;cos
=0,84. §­êng kÝnh trôc khuÊy x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: dk=
Trong ®ã Mx=
. Víi n: sè vßng quay cña c¸nh khuÊy, chän n=0,8(v/s). vËy dk=
= 69,48(mm). lµm chßn dk=65(mm). Tra b¶ng [12-Tr623] ®­îc m«i tr­êng khuÊy cã ®é nhít
=10-3
40N.s/m2. khèi l­îng riªng
=800
1900kg/m3. Dùa vµo b¶ng quy chuÈn c¸nh khuÊy chon c¸nh khuÊy cã c¸c kÝch th­íc chÝnh nh­ sau: dM=1060(mm). n=0,3-0,97(vg/s). N=0,01-3,02(kw). dk=65(mm). Tõ c¸c kÝch th­íc trªn chon hÖ dÉn ®éng lµ hÖ Pu-longMH5860_66 cã c¸c kÝch th­íc chÝnh nh­ sau: d(mm)  H(mm)  H1(mm)  M(kg)   65  2458  990  629   2..2.1.3. TÝnh b¶o «n thiÕt bÞ. B¶o «n cã t¸c dông lµm gi¶m bít sù chuyÒn nhiÖt ra ngoµi m«i tr­êng tõ bÒ mÆt thiÕt bÞ ph¶n øng. §Ó ®¶m b¶o nhiÖt ®é ph¶n øng vµ gi¶m tiªu tèn n¨ng l­îng nh­ vËy lµm gi¶m l­îng h¬i cÇn thiÕt ®Ó ®un nãng thiÕt bÞ. Qu¸ tr×nh chuyÒn nhiÖt x¶y ra theo s¬ ®å sau. Gäi t1: NhiÖt ®é cña chÊt t¶i nhiÖt (nhiÖt ®é h¬i n­íc b·o hoµ ë 120oC).
: nhiÖt ®é bÒ mÆt b¶o «n gi¸p víi kh«ng khÝ (0C).
: nhiÖt ®é thµnh thiÕt bÞ phÝa trong th¸p (oC). t2: nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ (0C).
: chiÒu dµylíp vá ¸o (m).
: chiÒu dÇy líp vá b¶o «n (m).
: hÖ sè truyÒn nhiÖt cña líp vá ¸o(W/m.®é).
: hÖ sè truyÒn nhiÖt cña líp b¶o «n (W/m.®é). + Coi qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt tõ chÊt t¶i nhiÖt ra m«i tr­êng lµ truyÒn nhiÖt ®¼ng nhiÖt vµ æn ®Þnh. Nh­ vËy nhiÖt t¶i ®Õn thµnh thiÕt bÞ (q1), nhiÖt t¶i do dÉn nhiÖt qua thµnh (q2)vµ nhiÖt t¶i do bøc x¹ tõ thµnh thiÕt bÞ vµo kh«ng khÝ (q3) sÏ b»ng nhau.
q1=q2=q3. Theo [12-Tr3] q1=
.
.
: hÖ sè cÊp nhiÖt cña h¬i ®un nãng ,W/m2®é.
: hiÖu sè nhiÖt ®é gi÷a h¬i vµ thµnh trong thiÕt bÞ , oC. + NhiÖt t¶i ra qua t­¬ng ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau. q2=
[12-Tr3]. Trong ®ã
: chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a thµnh trong vµ thµnh ngoµi , oC.
:tæng nhiÖt trë cña thµnh , m2.®é/w.
=
-
=t1-
-
.
=rC+
+
. Trong ®ã rC: nhiÖt trë cña cÆn, m2.®é/w.
,
: chiÒu dµy líp ¸o vµ chiÒu dµy líp b¶o «n.
. + NhiÖt t¶i riªng vÒ phÝa kh«ng khÝ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: qk=q3=
[12-Tr3].
: hÖ sè cÊp nhiÖt vÒ phÝa kh«ng khÝ.
=9,3+0,058.
. Do q1=q2=q3
. do q1=q2 nªn
.

. ChiÒu dÇy líp b¶o «n lµ: rC+
+
=
.
. ë ®©y chän vËt liÖu b¶o «n lµ b«ng thuû tinh bªn ngoµi bäc líp v¶i thuû tinh cã:
=0,125w/m.®é [11-Tr128]. Chän líp vá b¶o «n thiÕt bÞ b»ng thÐp CT3 do ®ã
=50,2w/m.®é [11-Tr127]. Sö dông h¬i n­íc b·o hoµ 2at ®Ó cung cÊp nhiÖt cho ph¶n øng, theo [11-Tr312] th× t1=120oC. Chon nhiÖt ®é m«i tr­êng t2=25oC. Gi¶ thiÕt nhiÖt ®é mÆt ngoµi líp b¶o «n lµ
=40oC. BÒ dÇy cña vá ¸o lµ:
=4 mm. ( TÝnh
: C¸c th«ng sè cña h¬i n­íc b·o hoµ ë 2at vµ nhiÖt ®é t = 120oC. + khèi l­îng riªng:
[11-Tr312]. + HÖ sè dÉn nhiÖt:
=2,7179.10-2w/m.®é [11-Tr133]. + NhiÖt dung riªng: CP=0,505 kcal/kg.®é [11-Tr168]. + §é nhít:
=138,85.10-7N.s/m2 [11-Tr121]. * Khi ®un nãng h¬i n­íc chuyÓn ®éng trong kho¶ng kh«ng gian vá ¸o vµ th©n thiÕt bÞ. ThiÕt diÖn cña kho¶ng kh«ng gian h×nh vµnh kh¨n nªn chuÈn sè Nuxen ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Nu=0,021 Re0,8.Pr0,4
[12-Tr27]. Re=
[12-Tr13].
: vËn tèc h¬i n­íc. dtd: ®­êng kÝnh t­¬ng ®­¬ng víi thiÕt diÖn h×nh v»n kh¨n, dtd=D-d D : ®­êng kÝnh vá ¸o. d: ®­êng kÝnh th©n thiÕt bÞ.
: §é nhít cña h¬i. Pr: ChuÈn sè Pran. Pr=
[12-Tr12]. d=1200+2.5=1210mm. D=1300mm. Chän vËn tèc cña h¬i n­íc lµ:
=25m/s.
.
=1,08. Nu=0,021.(1,08)0,4.(1,815.105)0,8.
=1067,39. VËy
=322,34(w/m2.®é). MÆt kh¸c
(w/m2®é). Tra ®­îc rC=0,464.10-9(m2/w). Thay vµo ®­îc chiÒu dµy líp b¶o «n lµ:
.
.
=0,057(m). LÊy trßn
=60(mm). KiÓm tra lai nhiÖt ®é b¶o «n. HÖ sè truyÒn nhiÖt ra m«i tr­êng: K=
=
=1,757. tbo=tkk+
. Víi ttb=
(oC).