d4 n8 Polyester [PDF]

Zitiervorschau

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

KỸ THUẬT SẢN XUẤT SỢI HÓA HỌC Mã môn học: 605005 – Nhóm: 2 MS Nhóm: 8 ĐỀ TÀI 4:

SỢI POLYESTER GVHD: TS NGUYỄN THỊ LÊ THANH SVTH:

Võ Đại Minh

61302472

Trịnh Thúy An

61302253

Trần Thanh Tuấn

61302229

Lê Duy Tâm

61302170

Lê Thị Quỳnh Như

61302529

Nguyễn Gia Bảo

61302272

Ngành: Vật liệu hữu cơ

Năm học 2017 – 2018

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. TP.HCM, ngày

tháng

năm 2017

Cán bộ hướng dẫn.

LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô Trường Đại học Tôn Đức Thắng – Khoa Khoa học ứng dụng đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trong suốt 4 năm học tập tại trường. Đặc biệt đối với môn học Kỹ thuật sợi hóa học, chúng em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của Cô TS Nguyễn Thị Lê Thanh. Những góp ý, sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của Cô đã giúp chúng em củng cố lại được những kiến thức và kỹ năng của mình. Chúng em xin chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc nhất đến Cô. Do khoảng thời gian thực hiện không nhiều và khối lượng chương trình học khá nhiều nên bài tập lớn môn học Kỹ thuật sợi hóa học không thể tránh khỏi những thiếu xót nhất định, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, sự hướng dẫn của Quý Thầy, Cô để đề tài bài tập lớn môn học có thể hoàn chỉnh hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Nhóm sinh viên thực hiện.

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1: Thông số đặc trưng của PTA …………………………………………………….5 Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của PTA ………………………………………………...........6 Bảng 1.3: Điểm bắt lửa và điểm cháy ………………………………………………………7 Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật khác ………………………………………………………….8 Bảng 3.1: Thông số máy đùn trục vít ………………………………………………………17

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang

Hình 1.1: Quá trình trùng hợp tạo polyester……………………………………………….4 Hình 1.2: Hình dạng PTA trong sản xuất…………………………………………….........7 Hình 1.3 : Hình dạng PCDT dạng tinh thể………………………………………………..10 Hình 1.4: Hình dạng PCDT dạng hạt……………………………………………………..10 Hình 2.1: Quy trình công nghệ sản xuất sợi filament và xơ………………………….......11 Hình 2.2: Tổng hợp polyester bằng phản ứng trao đổi theo phương pháp gián đoạn……14 Hình 2.3 Giai đoạn kéo sợi……………………………………………………………….15 Hình 3.1: Thiết bị đùn ………………………………………………………..…………..17 Hình 3.2: Gương sen ……………………………………………………………………..18 Hình 3.3: Máy kéo sợi RC ………………………………………………………….........19

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CTA: axit terephthalic thô. DMT: Dimethyl terephthalate. PCDT: poly-1,4-cyclohexylene-dimethylene terephthalate. PET: polyethylene terephthalate. PTA: Terephthalic Acid. PSF: produce short fibre, sản xuất xơ ngắn. 4-CBA: 4-carboxy benzaldehyde.

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỢI POLYESTER. ................................................................. 2 1.1 Lich ̣ sử phát triể n của sơ ̣i hóa ho ̣c....................................................................................... 2 1.2 Khái niệm cơ bản về sợi Polyester. ..................................................................................... 3 1.2.1 Ưu điể m : ...................................................................................................................... 3 1.2.2 Nhược điể m : ................................................................................................................ 3 1.2.3 Ứng dụng: ..................................................................................................................... 3 1.3 Nguyên liệu thô ................................................................................................................... 4 1.3.1 Sự xuấ t hiê ̣n của PTA ( Terephthalic Acid) ................................................................. 4 1.3.2 Các thông số và đặc tính cơ bản của PTA .................................................................... 5 1.3.3 Tiêu chuẩn PTA bán trên thị trường ............................................................................. 8 1.3.4 Sản xuất PTA ................................................................................................................ 8 1.3.5 Tình hình thị trường sản xuất PTA ............................................................................... 9 1.4 Các loại Polyester .............................................................................................................. 10 1.4.1 PET Polyester ............................................................................................................. 10 1.4.2 PCDT Polyester .......................................................................................................... 11 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT .......................................................... 12 2.1 Nguyên liệu sản xuất chính ............................................................................................... 12 2.2 Quy trình công nghệ .......................................................................................................... 12 2.3 Sản xuất sợi Filament ....................................................................................................... 15 2.4 Sản xuất xơ ngắn PSF ...................................................................................................... 17 2.5 Sợi Polyester trong tương lai............................................................................................. 17 CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ TẠO SỢI POLYMER. ....................................................................... 19 3.1 Thiết bị đùn. ...................................................................................................................... 19 3.2 Kéo sơ ̣i .............................................................................................................................. 20 3.3 Máy kéo sợi RC................................................................................................................. 21 KẾT LUẬN ................................................................................................................................ 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................... 24

LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại hiện nay, cùng với nền khoa học hiện đại, công nghệ hóa học không ngừng phát triển và chiếm vị trí quan trọng trong nhiều lĩnh vực đời sống, sản xuất và khoa học kỹ thuật. Công nghệ nghiên cứu để gia công sản xuất từ các hợp chất cao phân tử là một công nghệ điển hình, có tốt độ phát triển nhanh và phạm vi sử dụng ngày càng rộng rãi. Tuy ra đời có muộn hơn các ngành khác nhưng ứng dụng của nó là rất quan trọng. Hầu hết, các vật liệu trong kỹ thuật và đời sống hiện nay được thay thế bằng nhiều loại vật liệu mới được chế tạo từ các hợp chất cao phân tử. Trong đó, sợi tổng hợp là sản phẩm có sản lượng lớn và giá trị nhất. Ngành sợi tổng hợp Việt Nam thực chất là một ngành kinh tế kỹ thuật về gia công chất dẻo, hiện chưa có khả năng sản xuất ra nguyên vật liệu nhựa, gần như toàn bộ nguyên vật liệu sản xuất ra sản phẩm nhựa phải nhập từ nước ngoài hay tái chế từ các chai nhựa. Ngành sợi tổng hợp có ưu điểm là công nghệ cập nhật hiện đại, tốt độ tạo sản phẩm nhanh, sử dụng lao động kỹ thuật là chính, sản phẩm đa dạng, phục vụ được nhiều đối tượng của xã hội. Bài tập lớn giúp sinh viên hiểu sâu rộng về tính chất, quy trình tổng hợp của sợi Polyester. Môn học giúp sinh viên giải quyết cụ thể về: yêu cầu công nghệ, thiết bị trong sản xuất hóa chất cũng như quy trình công nghệ để tổng hợp sợi Polymer. Bài tập lớn Kỹ thuật sợi hóa học về sợi Polyester gồm các nhiệm vụ: -

Tìm hiểu về nguyên liệu sản xuất sợi.

-

Phương trình phản ứng tổng hợp.

-

Sơ đồ khối Qui trình công nghệ.

-

Thuyết minh Qui trình công nghệ : thông số, mục đích làm, thiết bị.

-

Video minh hoạ

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỢI POLYESTER. 1.1 Lịch sử phát triể n của sơ ̣i hóa ho ̣c Từ cuối thế kỷ 19 đế n đầ u thế kỷ 20 với viê ̣c ứng du ̣ng những thành tựu hóa ho ̣c và cơ khí, mô ̣t số sản phẩm xơ sơ ̣i nhân tạo đươ ̣c hình thành và phát triể n trên thi ̣ trường như: viscose, acetate, casein … Vào năm 1926, Công ty EI du Pont de Nemours - Mỹ đã bắt đầu nghiên cứu các cao phân tử và sợi tổng hợp. Những nghiên cứu ban đầu của W.H Carothers tập trung vào sự hình thành nylon, loại sợi tổng hợp đầu tiên. Ngay sau đó, trong những năm 1939-1941, một số nhà hóa học Anh đã chú ý đến những nghiên cứu của du Pont và tiến hành các nghiên cứu của riêng họ tại các phòng thí nghiệm của Hiệp hội các nhà in ấn Calico, Ltd. Việc này đã dẫn đến sự ra đời của sợi polyester được biết đến ở Anh như Terylene. Năm 1939 đã xuất hiện loại xơ xơ ̣i tổng hơ ̣p khác như : polyester, polyacrylonitrile … Năm 1946, du Pont mua bản quyền để sản xuất sợi polyester tại Mỹ. Tiếp theo, Công ty tiến hành phát triển xa hơn nữa, và trong năm 1951 Công ty đã bắt đầu thị trường hoá sợi dưới cái tên Dacron. Trong những năm sau đó, một số công ty đã rất quan tâm đến sợi polyester và tự sản xuất các dạng sản phẩm cho các ứng dụng khác nhau. Ngày nay, có hai dạng chính của polyester là PET (polyethylene terephthalate) và PCDT (poly-1, 4-cyclohexylene-dimethylene terephthalate). PET là loại phổ biến hơn, hữu dụng, đa dạng trong các ứng dụng. Nó bền vững hơn PCDT, mặc dù PCDT dẻo hơn và đàn hồi hơn. PCDT phù hợp để làm rèm cửa và lớp bọc đồ nội thất, còn PET có thể được sử dụng độc lập hoặc phối trộn với các loại vải khác để làm cho quần áo khỏi nhăn chống bụi bẩn và không co dãn. Hiện nay, trên thị trường đã có hơn 100 sản phẩm sơ ̣i nhân ta ̣o khác nhau với những tính chấ t đă ̣c thù riêng của chúng. Trong thực tế các loa ̣i xơ sơ ̣i nhân ta ̣o thuô ̣c nhóm cellulose ( viscose, acetate), nhóm tổ ng hơ ̣p ( polyamide, polyester, polyacrylic, polyolefine) đươ ̣c sản xuấ t sử du ̣ng với số lươ ̣ng lớn hơn các loa ̣i xơ nhân ta ̣o khác . Hơn nữa trong những năm gầ n đây viê ̣c nghiên cứu nhằ m nâng cao tính chấ t sản phẩ m và khả năng ứng du ̣ng của các loa ̣i sơ ̣i kim loa ̣i ngày càng rô ̣ng raĩ trong công nghiê ̣p và thương mại. 2

1.2 Khái niệm cơ bản về sợi Polyester. Polyester là một loại sợi tổng hợp có nguồn gốc từ than đá, không khí, nước và dầu mỏ. Được phát triển trong phòng thí nghiệm từ thế kỷ 20, sợi polyester được hình thành từ phản ứng hóa học giữa acid hai chức và rượu hai chức. Trong phản ứng này, hai hoặc nhiều phân tử kết hợp với nhau để tạo ra một phân tử lớn có cấu trúc lặp đi lặp lại trong suốt chiều dài của nó. 1.2.1 Ưu điể m : - Sợi Polyester có nhiều ưu thế hơn khi so sánh với các loại vải truyền thống như bông. Nó không hút ẩm, nhưng hấp thụ dầu. Chính những đặc tính này làm cho Polyester trở thành một loại vải hoàn hảo đối với những ứng dụng chống nước, chống bụi và chống cháy. - Khả năng hấp thụ thấp của Polyester giúp nó tự chống lại các vết bẩn một cách tự nhiên. Vải Polyester không bị co khi giặt, chống nhăn và chống kéo dãn. Nó cũng dễ dàng được nhuộm màu và không bị hủy hoại bởi nấm mốc. Vải Polyester là vật liệu cách nhiệt hiệu quả, do đó nó được dung để sản xuất gối, chăn, áo khoác ngoài và túi ngủ. 1.2.2 Nhược điể m :  Độ hút ẩm (0,5%), không biến dạng trong nước.  Trơ với tác nhân ánh sáng, trơ với chất tẩy rửa.  Không thấm mồ hôi, gây cảm giác nóng bức. 1.2.3 Ứng dụng:  Polyester được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp dệt may quần áo.  Đồ nội thất gia dụng như: dệt thảm, rèm cửa, vải công nghiệp.  Máy tính và băng ghi âm, vật liệu cách điện.  Trong công nghiệp: là chất độn trong vỏ xe, băng tải, nhựa composite…

3

1.3 Nguyên liệu thô Polyester là một thuật ngữ hóa học mà trong đó Poly có nghĩa là nhiều và este là một hợp chất hóa học hữu cơ căn bản. Thành phần cấu tạo đặc trưng được sử dụng trong sản xuất polyester là ethylene có nguồn gốc từ dầu mỏ. Quá trình hóa học tạo ra các polyester hoàn chỉnh được gọi là quá trình trùng hợp.

Hình 1.1: Quá trình trùng hợp tạo polyester. Từ trước đây, Dimethyl terephthalate (DMT) được sử dụng để sản xuất polyester bao gồm: polyethylene terephthalate và polytrimethylene terephthalate. DMT được hình thành từ một phản ứng giữa terephthalic acid và methanol, ưu điểm là dễ oxi hoá hơn dạng axit và có thể ngưng tụ trong chân không để tạo ra một sản phẩm tinh khiết. 1.3.1 Sự xuấ t hiêṇ của PTA ( Terephthalic Acid) Vào năm 1960, Amoco giới thiệu phương pháp sử dụng PTA và đã định giá chiến lược cho sản phẩm mới này nhằm mục đích thay thế cho DMT và nhằm thúc đẩy phát triển sản xuất polyester. Cho đến giữa những năm 1980, do nắm bắt được công nghệ, một số nhà sản xuất lớn đã chi phối ngành công nghiệp sản xuất PTA. Amoco (nay là BP) là nhà sản xuất hàng đầu, cùng với các đối tác nhượng bản quyền là Mitsui, Mitsubishi và ICI (nay là Du Pont), cũng là các nhà sản xuất thương mại hàng đầu. Amoco, cùng với đối tác công nghệ Mitsui, rất lựa chọn trong việc nhượng bản quyền của họ để không ảnh hưởng vào hoạt động kinh doanh.

4

Tại Mĩ và sau đó ở châu Âu, Amoco đã xây dựng giá sản xuất thực tế của PTA với một giá trị thặng dư cố định nhằm đáp ứng chỉ tiêu lợi nhuận, kích thích tăng trưởng thị trường nhưng vẫn đủ sức cạnh tranh với các nhà sản xuất khác. Tuy nhiên, Amoco chỉ thành công trong việc thúc đẩy sự phát triển thị trường mà không thành công trong việc bao tiêu thị trường. Khi công nghiệp sản xuất polyester ở châu Á tăng trưởng nhanh chóng thì đôi lúc đã xảy ra việc thiếu hụt PTA, điều này buộc các nhà sản xuất phải tìm kiếm thêm công nghệ hỗ trợ sản xuất. Vào giữa những năm 1980, khi bản quyền của Amoco hết hạn, ICI và Montedison (nay là Dow/Inca) và các công ty khác bắt đầu cung cấp bản quyền. Có hàng loạt công ty xếp hàng mua công nghệ, vì các nhà sản xuất polyester nhận thấy thị trường có lợi nhuận cao và mong muốn đảm bảo nguồn cung vật liệu thô đầu vào. Vào cuối những năm 1980, sự thiếu hụt PTA toàn cầu đã tạo ra sự đổ xô vào sản xuất của các nhà sản xuất polyester châu Á. 1.3.2 Các thông số và đặc tính cơ bản của PTA PTA là dạng bột có tinh thể màu trắng với mùi chua nhẹ, có ảnh hưởng nhẹ tới mắt, da và đường hô hấp của người với các thông số như sau: Công thức của PTA: C6H4(COOH)2 Bảng 1.1: Thông số đặc trưng của PTA

Khối lượng phân tử Điểm nóng chảy

Đơn vị

Số lượng/mô tả

g/mol

166,13

C

Hóa hơi ở 402oC

Độ bốc hơi

ở 20oC (không khí = 1,0)

5,74

Áp suất bốc hơi

ở 20oC