Thiết kế nhà máy tái chế chai nhựa Polyethylene terephthalate năng suất 6000 tấn/năm

Khóa luận thiết kế nhà máy tái chế chai nhựa PET 6000 tấn/năm ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

• Tác giả: Trần Quang Duy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Lê Thanh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học
• Đề tài: Thiết kế nhà máy tái chế chai nhựa Polyethylene terephthalate năng suất 6000 tấn/năm
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế nhà máy tái chế chai nhựa PET 6000 tấn năm

Ngành công nghiệp bao bì nhựa tại Việt Nam phát triển rất nhanh. Lượng chai nhựa polyethylene terephthalate thải bỏ sau tiêu dùng tăng mạnh mỗi năm. Nhu cầu xử lý phế liệu nhựa đặt ra thách thức lớn cho môi trường đô thị. Khóa luận tốt nghiệp tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh giải quyết bài toán này. Đề tài tập trung thiết kế nhà máy tái chế chai nhựa PET với công suất thiết kế 6000 tấn mỗi năm. Quy mô này phù hợp với năng lực thu gom nguyên liệu thực tế tại các tỉnh phía Nam. Mục tiêu cốt lõi của dự án là biến rác thải nhựa thành hạt nhựa tái sinh giá trị cao. Sản phẩm hạt rPET đáp ứng các chỉ tiêu cơ lý khắt khe của ngành sản xuất bao bì công nghiệp. Dự án áp dụng phương pháp tái chế cơ học hiện đại. Dây chuyền sản xuất bao gồm các công đoạn băm nghiền, giặt rửa nhiệt, sấy khô và đùn tạo hạt. Quy trình công nghệ đảm bảo tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu nước thải. Dự án mở ra hướng đi bền vững cho các doanh nghiệp nhựa Việt Nam.

1.1. Bối cảnh ngành và năng lực tái chế chai nhựa PET

Thị trường nhựa tái sinh tại Việt Nam đang đứng trước cơ hội mở rộng mạnh mẽ. Nhiều tập đoàn đồ uống hàng đầu như La Vie và Duy Tân đã tiên phong sử dụng chai rPET. Luật Bảo vệ Môi trường mới cũng bắt buộc thực thi trách nhiệm mở rộng của nhà sản xuất. Nhu cầu sử dụng hạt nhựa tái sinh tăng đều qua từng năm. Tuy nhiên, tỷ lệ rác thải nhựa được phân loại chuẩn hóa tại nguồn còn khiêm tốn. Đa phần các cơ sở tái chế truyền thống vẫn vận hành với công nghệ lạc hậu và gây ô nhiễm. Công trình nghiên cứu tại ĐH SPKT TPHCM đáp ứng yêu cầu cấp thiết về một nhà máy hiện đại. Năng suất 6000 tấn/năm tạo tiền đề quan trọng cho quá trình chuyển đổi xanh.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài khóa luận ĐH SPKT TPHCM

Đề tài khóa luận do sinh viên Trần Quang Duy thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thị Lê Thanh. Mục tiêu nghiên cứu hướng tới tính khả thi kỹ thuật và hiệu quả đầu tư kinh tế. Sinh viên tiến hành tính toán cân bằng vật chất và năng lượng cho toàn bộ các thiết bị chính. Đồ án lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy gần nguồn nguyên liệu và hệ thống giao thông thuận lợi. Các bản vẽ mặt bằng nhà xưởng, đường ống công nghệ và kho bãi được hoàn thiện chi tiết. Đồ án nhận đánh giá xuất sắc từ Hội đồng chấm bảo vệ tốt nghiệp khoa Công nghệ Hóa học. Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo giá trị cho các kỹ sư công nghệ hóa chất.

II. Vấn đề suy giảm phẩm chất khi tái chế chai nhựa PET

Nhựa PET là loại nhựa nhiệt dẻo được ứng dụng phổ biến nhất để sản xuất chai nước ngọt và nước khoáng. Tuy nhiên, bản chất polymer này rất nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình tái chế. Khi tiếp xúc với môi trường nhiệt độ cao trong máy đùn, mạch polymer PET dễ bị cắt đứt. Hiện tượng phân hủy nhiệt và thủy phân xảy ra làm giảm mạnh khối lượng phân tử trung bình. Điều này dẫn đến sự suy giảm nghiêm trọng độ nhớt đặc trưng của hạt nhựa thành phẩm. Hạt nhựa bị giòn, giảm khả năng chịu lực cơ học và dễ nứt vỡ khi thổi chai mới. Bên cạnh đó, các tạp chất bẩn còn sót lại từ nhãn mác và keo dán gây ra khuyết tật cho hạt rPET. Nhiệt độ gia công cao cũng kích thích quá trình oxy hóa nhiệt làm nhựa chuyển sang màu vàng sẫm. Phản ứng phụ đồng thời sinh ra các hợp chất độc hại, đặc biệt là acetaldehyde. Hợp chất này gây mùi lạ và làm biến đổi hương vị của đồ uống nếu dùng bao bì rPET. Do đó, việc kiểm soát quá trình phân hủy là bài toán kỹ thuật trọng tâm của đề tài.

2.1. Hiện tượng suy giảm khối lượng phân tử polymer PET

Độ nhớt nội tại phản ánh trực tiếp khối lượng phân tử trung bình của mạch polymer PET. Trong dây chuyền tái chế cơ học, quá trình đùn ép hạt nhựa cần gia nhiệt lên mức 260 đến 280 độ C. Ở ngưỡng nhiệt độ cao này, nếu vảy nhựa còn chứa vết ẩm, phản ứng thủy phân sẽ bẻ gãy liên kết este. Mạch đại phân tử bị đứt đoạn thành các phân tử có kích thước ngắn hơn. Khối lượng phân tử trung bình tụt dốc nhanh chóng khiến độ bền kéo và độ dai va đập của nhựa rPET giảm sút. Sản phẩm sau khi thổi màng hoặc ép phôi chai sẽ xuất hiện hiện tượng biến dạng hoặc rò rỉ dưới áp lực.

2.2. Sự hình thành acetaldehyde và lão hóa nhiệt của nhựa

Quá trình lão hóa nhiệt trong nòng đùn tạo ra các gốc tự do nguy hại. Các gốc này tấn công chuỗi polymer và kích hoạt phản ứng phân hủy dây chuyền. Sản phẩm phụ sinh ra nhiều nhóm mang màu, khiến hạt rPET bị ngả màu vàng ố thiếu thẩm mỹ. Nguy hiểm hơn, phản ứng nhiệt phân sinh ra hàm lượng đáng kể acetaldehyde. Acetaldehyde là chất dễ bay hơi có ngưỡng cảm nhận mùi rất thấp. Chỉ cần một lượng nhỏ acetaldehyde khuếch tán vào nước giải khát đóng chai cũng làm thay đổi vị nước ban đầu. Do vậy, bao bì thực phẩm đặt ra ngưỡng giới hạn acetaldehyde vô cùng nghiêm ngặt đối với hạt nhựa tái sinh.

III. Giải pháp công nghệ tái chế chai nhựa PET năng suất cao

Đồ án tốt nghiệp tại ĐH SPKT TPHCM đề xuất dây chuyền công nghệ tái chế cơ học toàn diện. Hệ thống phân loại sơ bộ loại bỏ nắp chai làm từ nhựa PP và nhãn mác màng co PVC. Thiết bị nghiền băm nhỏ vỏ chai PET thành các mảnh vảy có kích thước từ 8 đến 12 mm. Dây chuyền tiếp tục đưa vảy qua bể rửa nổi để tách triệt để các hạt polyolefin dư thừa. Tiếp đó, hệ thống giặt nóng sử dụng dung dịch kiềm nhẹ và chất tẩy rửa chuyên dụng ở nhiệt độ 85 độ C. Công đoạn này loại bỏ hoàn toàn cặn bẩn dầu mỡ và keo dán công nghiệp. Vảy nhựa sau khi sấy khô đạt độ ẩm dưới 0.05% sẽ được nạp vào máy đùn hai trục vít. Để giải quyết triệt để vấn đề suy giảm phẩm chất, tác giả đưa vào hệ phụ gia ổn định tiên tiến. Phụ gia Antioxidant 24 đảm nhận vai trò phân hủy các gốc hydroperoxide tự do. Hóa chất này ngăn ngừa quá trình oxy hóa nhiệt và triệt tiêu khả năng tạo acetaldehyde. Đồng thời, phụ gia Antioxidant 1010 được bổ sung nhằm ổn định nhiệt độ nóng chảy cho polymer. Nhờ đó, hạt nhựa tái sinh giữ vững độ nhớt và cơ tính lý tưởng.

3.1. Dây chuyền băm rửa và làm sạch vảy chai nhựa PET

Công đoạn làm sạch vảy nhựa quyết định trực tiếp đến độ trong trẻo của hạt rPET. Dây chuyền tiếp nhận chai phế liệu đã tách kiện, sau đó đưa vào máy băm ướt tốc độ cao. Dòng nước tuần hoàn liên tục làm mát dao băm và cuốn trôi phần lớn đất cát bám dính. Sau khi qua lồng phân ly ly tâm, vảy nhựa được chuyển sang tháp giặt nóng chứa dung dịch xút pha loãng. Nhiệt độ bồn rửa duy trì ổn định để làm mềm và hòa tan toàn bộ gốc keo dán nhãn. Vảy sạch tiếp tục đi qua hệ thống sấy khí nóng cưỡng bức. Kết quả phân tích cho thấy độ ẩm vảy PET sau sấy đạt mức tối ưu dưới 50 ppm.

3.2. Ứng dụng phụ gia Antioxidant 24 và Antioxidant 1010

Để chống suy thoái nhiệt trong máy đùn, đồ án phối trộn bộ đôi phụ gia chuyên dụng. Hóa chất Antioxidant 24 thực hiện phản ứng phân hủy nhóm hydroperoxide thành những gốc tự do bền vững. Cơ chế này khóa chặt quá trình sụt giảm phân tử lượng trung bình khi PET nóng chảy. Phụ gia còn loại bỏ triệt để hiện tượng ố vàng và ức chế sinh khí acetaldehyde độc hại. Đi kèm với đó, chất ổn định nhiệt Antioxidant 1010 dạng bột trắng có điểm sôi lên tới hơn 1000 độ C. Hoạt chất này bảo vệ mạch polymer toàn diện trước ứng suất trượt cơ học cực lớn trong nòng đùn. Sự kết hợp này giúp hạt nhựa rPET tái sinh đạt chuẩn kỹ thuật cao cấp.

IV. Hiệu quả kinh tế dự án nhà máy tái chế chai nhựa PET

Mô hình thiết kế nhà máy quy mô 6000 tấn/năm đem lại tính khả thi thương mại rõ rệt. Dự án cân đối chi tiết vốn đầu tư ban đầu cho máy móc, nhà xưởng và chi phí vận hành. Nguồn nguyên liệu vỏ chai PET phế thải dồi dào tại miền Nam đảm bảo dây chuyền hoạt động liên tục. Sản phẩm hạt rPET tái sinh sở hữu cơ tính cơ học vượt trội và độ tinh khiết cao. Doanh nghiệp tái chế có thể cung ứng nguyên liệu hạt trực tiếp cho các nhà máy dệt may sợi nhân tạo. Đồng thời, sản phẩm cũng đáp ứng yêu cầu khắt khe để sản xuất màng định hình khay thực phẩm và chai lọ công nghiệp. Về mặt môi trường, dự án đóng góp giải pháp thiết thực cho mục tiêu giảm thiểu rác thải nhựa đại dương. Nhà máy giúp tiết kiệm năng lượng hóa thạch so với quy trình tổng hợp nhựa nguyên sinh từ dầu mỏ. Đồ án của sinh viên Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM cung cấp cơ sở dữ liệu tính toán công nghệ đáng tin cậy. Nghiên cứu trở thành tài liệu tham khảo quý báu cho các dự án kinh tế tuần hoàn tại Việt Nam.

4.1. Khả năng ứng dụng thực tế của hạt nhựa tái sinh rPET

Hạt nhựa rPET sau quy trình đùn cải tính sở hữu dải ứng dụng công nghiệp vô cùng phong phú. Lĩnh vực dệt may tiêu thụ lượng lớn hạt rPET để kéo sợi polyester tái chế làm áo quần và túi vải sinh thái. Trong lĩnh vực sản xuất bao bì, hạt rPET được dùng sản xuất phôi chai phi thực phẩm, can nhựa hóa chất và màng bọc kỹ thuật. Đối với bao bì tiếp xúc thực phẩm, hạt nhựa có thể pha trộn tỷ lệ phù hợp với nhựa nguyên sinh nhằm giảm giá thành. Các tập đoàn sản xuất hàng tiêu dùng nhanh ngày càng ưa chuộng rPET để khẳng định trách nhiệm môi trường. Thị trường tiêu thụ hạt rPET rộng mở đảm bảo đầu ra bền vững cho nhà máy.

4.2. Ý nghĩa kinh tế tuần hoàn và đóng góp cho môi trường

Vận hành nhà máy tái chế công suất 6000 tấn/năm cắt giảm hàng ngàn tấn rác chôn lấp mỗi chu kỳ sản xuất. Dự án trực tiếp giảm thiểu nguy cơ phát tán vi nhựa ra đại dương và nguồn nước ngầm sinh hoạt. Về mặt kinh tế, tái chế nhựa PET tiết kiệm tới 60% năng lượng so với sản xuất hạt nhựa nguyên sinh từ gốc dầu mỏ. Lượng khí thải nhà kính carbon dioxide ra khí quyển nhờ vậy cũng suy giảm đáng kể. Đồ án của Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM chứng minh mô hình kinh tế tuần hoàn hoàn toàn khả thi trong thực tiễn. Đây là lời giải cân bằng giữa bài toán tăng trưởng kinh tế và bảo vệ môi trường tương lai.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và tiêu dùng hiện đại, các vật liệu từ nhựa nhiệt dẻo được ứng dụng phổ biến nhờ đặc tính bền, nhẹ và thuận tiện trong vận chuyển. Tuy nhiên, sự gia tăng sử dụng nhựa dùng một lần đã tạo ra áp lực rác thải nghiêm trọng đối với môi trường toàn cầu. Hằng năm, thế giới phát sinh khoảng 300 triệu tấn rác thải nhựa, trong đó chỉ có 9% được tái chế, phần còn lại chủ yếu bị chôn lấp hoặc thiêu hủy, tạo ra lượng phát thải khí CO2 lớn gây biến đổi khí hậu. Đáng chú ý, các nghiên cứu chỉ ra rằng Polyethylene terephthalate (PET) chiếm từ 5% đến 50% tổng lượng rác thải nhựa trôi nổi trên các đại dương. Tại Việt Nam, lượng rác thải nhựa phát sinh trung bình khoảng 1,8 triệu tấn mỗi năm, đưa quốc gia vào nhóm 20 nước có lượng chất thải nhựa cao nhất thế giới; trong tổng số 25 triệu tấn chất thải rắn sinh hoạt mỗi năm, hơn 70% vẫn được xử lý bằng hình thức chôn lấp trực tiếp và chỉ 30% được đốt hoặc chế biến phân hữu cơ.

Nhằm định hướng giảm thiểu suy thoái tài nguyên và ô nhiễm môi trường, Thủ tướng Chính phủ Việt Nam đã ban hành Quyết định số 687/QĐ-TTg phê duyệt "Đề án phát triển kinh tế tuần hoàn ở Việt Nam", đặt nhiệm vụ tái chế chất thải lên hàng đầu trong hoạt động sản xuất công nghiệp và yêu cầu các doanh nghiệp tuân thủ hệ thống quản lý môi trường ISO 14000. Đồng thời, nhu cầu thị trường đối với nhựa tái chế rPET và các hợp chất trung gian tái chế từ PET đang tăng trưởng nhanh chóng. Thị trường Polyurethane (PU) toàn cầu năm 2018 đạt 65,5 tỷ USD (sản lượng 21,3 triệu tấn) và dự kiến đạt 105,2 tỷ USD vào năm 2025 (sản lượng trên 23 triệu tấn); thị trường polyol toàn cầu dự báo đạt 45,17 tỷ USD vào năm 2025 với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) đạt 8,5%; thị trường polyester không bão hòa dự báo tăng từ 9,6 tỷ USD (2021) lên 12,9 tỷ USD (2026) với CAGR đạt 6,1%. Các chính sách quốc tế như chỉ thị của Liên minh Châu Âu (EU) quy định tỷ lệ 25% rPET trong chai đồ uống vào năm 2025 và 30% vào năm 2030, cùng cam kết đạt 50% bao bì tái chế vào năm 2030 của các tập đoàn nước giải khát lớn (Coca-Cola, PepsiCo, Danone), tạo ra động lực kinh tế rõ rệt cho việc thu hồi và tái chế chai nhựa PET.

Khóa luận thực hiện thiết kế kỹ thuật công nghệ nhà máy với các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:

1. Nghiên cứu thực trạng rác thải chai nhựa PET, đánh giá thị trường nguyên liệu tái sinh và sản phẩm phái sinh trong nước và quốc tế để lập luận kinh tế, xác định quy mô công suất nhà máy là 6.000 tấn/năm.
2. Khảo sát và lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy đáp ứng các yêu cầu về chuỗi cung ứng nguyên liệu, thị trường tiêu thụ và hạ tầng kỹ thuật công nghiệp.
3. Xác định quy cách, chỉ tiêu cơ lý và tiêu chuẩn chất lượng cho hai dòng sản phẩm đầu ra: hạt nhựa tái chế (chip rPET) và monomer Bis(2-Hydroxyethyl) terephthalate (BHET).
4. Phân tích đặc tính nguyên liệu chai PET phế thải và thiết lập đơn pha chế sử dụng các phụ gia chức năng (chất nối dài mạch, chất ổn định nhiệt, chất ổn định quang, chất xúc tác, dung môi và hóa chất tẩy rửa).
5. Thiết kế và thuyết minh hai quy trình công nghệ song song: quy trình tái chế cơ học (băm rửa, đùn tạo hạt rPET) và quy trình tái chế hóa học (thủy giải PET bằng Ethylene Glycol tạo BHET).
6. Tính toán cân bằng vật chất, định mức tiêu hao, hao hụt nguyên phụ liệu cho toàn bộ quy trình sản xuất theo công suất thiết kế.
7. Tính toán và lựa chọn danh mục thiết bị công nghệ chính và thiết bị phụ trợ cho các dây chuyền sản xuất.
8. Tính toán thiết kế tổng mặt bằng xây dựng, bố trí phân xưởng, kho tàng và các công trình phụ trợ.
9. Tính toán nhu cầu năng lượng (điện chiếu sáng, điện động lực, máy phát điện dự phòng) và cấp thoát nước (nước sinh hoạt, sản xuất, phòng cháy chữa cháy).
10. Đề xuất các giải pháp bảo hộ lao động, an toàn cháy nổ, an toàn điện và vệ sinh công nghiệp.
11. Đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án thông qua chi phí đầu tư tài sản cố định, vốn lưu động, giá thành sản phẩm, doanh thu, lợi nhuận và thời gian hoàn vốn.

• Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ tái chế cơ học và hóa học phế thải chai nhựa Polyethylene terephthalate (PET) sau tiêu dùng để sản xuất hạt nhựa rPET và hóa chất BHET.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Phạm vi không gian: Thiết kế nhà máy đặt tại Khu công nghiệp Becamex Bàu Bàng, huyện Bàu Bàng, tỉnh Bình Dương.
  • Phạm vi thời gian và số liệu: Dữ liệu phân tích thực trạng và dự báo thị trường tập trung trong giai đoạn 2018–2022 và định hướng đến năm 2025–2030; khóa luận hoàn thành và bảo vệ vào tháng 8 năm 2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận là đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ Hóa học (định hướng Polymer), áp dụng phương pháp thiết kế đồ án công nghệ nhà máy hóa chất truyền thống kết hợp phân tích tính toán cân bằng vật chất và năng lượng.

Khung lý thuyết và cơ sở khoa học được sử dụng trong đề tài bao gồm:

• Lý thuyết hóa học polymer và thoái biến nhiệt: Cấu trúc phân tử mạch thẳng của Polyethylene terephthalate mang công thức hóa học $[C_{10}H_8O_4]_n$. Bản chất của sự suy giảm độ nhớt nội tại $[\eta]$ và khối lượng phân tử trung bình $M_w$ dưới tác động của nhiệt độ gia công, oxy và độ ẩm trong quá trình đùn hạt.
• Cơ chế phản ứng nối dài mạch (Chain extension): Ứng dụng phụ gia gốc epoxy nhằm tái liên kết các đầu mạch carboxyl (-COOH) và hydroxyl (-OH) bị đứt gãy trong quá trình gia nhiệt.
• Cơ chế hóa học phân hủy depolymerization (Glycolysis): Phản ứng chuyển vị este giữa PET và Ethylene Glycol (EG) dưới sự hiện diện của xúc tác muối kim loại Kẽm Axetat $Zn(Ac)_2$, bẻ gãy mạch đại phân tử để thu hồi monomer Bis(2-Hydroxyethyl) terephthalate (BHET).
• Hệ thống tiêu chuẩn kiểm nghiệm cơ lý vật liệu: Các phép đo tiêu chuẩn ASTM quốc tế được tác giả dẫn chiếu phục vụ kiểm soát chất lượng nguyên liệu và thành phẩm:
  • ASTM-D-3418: Đo nhiệt độ nóng chảy ($T_m$).
  • ASTM-D-1505: Đo tỷ trọng vật liệu.
  • ASTM-D-4603: Đo độ nhớt nội tại ($[\eta]$).
  • ASTM-D-1003: Xác định độ truyền quang.
  • ASTM-D-2863: Đo tốc độ truyền khí oxy (OTR).
  • ASTM-D-92: Xác định điểm cháy.
  • Phương pháp chuẩn độ Karl Fischer (AQP-35 KF Coulometer) xác định độ ẩm dư.
  • Phương pháp chuẩn độ thể tích (Titration) đo chỉ số axit.
• Phương pháp luận thiết kế kỹ thuật:
  • Phương pháp lập luận kinh tế kỹ thuật: Xác định năng suất dựa trên nhu cầu thị trường, khả năng cung ứng nguyên liệu và định hướng quy hoạch công nghiệp vùng Đông Nam Bộ.
  • Phương pháp cân bằng vật chất: Thiết lập phương trình cân bằng dòng vào - dòng ra, tính toán tỷ lệ hao hụt qua từng công đoạn cơ học và phản ứng hóa học.
  • Phương pháp tính toán và chọn thiết bị: Dựa trên công suất giờ biểu kiến, hệ số chứa, hệ số sử dụng và chu kỳ vận hành mẻ/liên tục.
  • Phương pháp tính toán công trình và phụ tải kỹ thuật: Tính toán diện tích theo chỉ tiêu định mức diện tích trên pallet/thiết bị; tính phụ tải điện động lực, điện chiếu sáng theo phương pháp suất phụ tải trên một đơn vị diện tích và nhu cầu thiết bị; tính lưu lượng cấp nước sinh hoạt, sản xuất và tiêu chuẩn PCCC theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tình hình tái chế chai nhựa trong và ngoài nước

Chương này khảo sát bức tranh tổng thể về rác thải nhựa và công nghệ tái chế trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả tổng hợp dữ liệu hoạt động của các tập đoàn quốc tế lớn trong ngành:

• Loop Industries (Canada) với các liên doanh phát triển công nghệ tái chế khử polymer;
• Weeco Recycling Co. đầu tư 45 triệu USD vào Kenya để xử lý 3.000 tấn chai nhựa/tháng xuất khẩu về Trung Quốc làm sợi polyester;
• Indorama Ventures (Thái Lan) với kế hoạch đầu tư 1,5 tỷ USD mở rộng công suất tái chế lên 750.000 tấn/năm vào năm 2025;
• Himalayan Life Plastics (Nepal) với công suất xử lý 40 triệu chai/năm (khoảng 1.000 tấn/năm);
• Các công ty thương mại hóa công nghệ thủy giải PET: Sabic, Jeplan (Nhật Bản, liên doanh Sojitz xử lý 22.000 tấn/năm với số vốn 3.602 tỷ Yên), Huntsman (Mỹ, nhà máy tại Quán Âm - Đài Loan công suất 22.000 tấn/năm sản xuất polyol cho PU).

Tại Việt Nam, các đơn vị tái chế tiêu biểu được nêu gồm: Nhựa Hiệp Phát ($110.000\ m^2$), Công ty Bình Minh ($20.000\ m^2$, công suất trên 10.000 tấn/tháng), Nhựa Duy Tân (nhà máy 60 triệu USD, diện tích $65.000\ m^2$ tại Đức Hòa, Long An sản xuất chai rPET cho La Vie), Nhựa Vĩnh Lạc, Trịnh Nghiên, An Phong, Đức Lộc. Tác giả chỉ rõ tại Việt Nam chưa có đơn vị nào tái chế PET theo phương pháp thủy giải hóa học, khẳng định tiềm năng của việc kết hợp hai dây chuyền.

Về địa điểm xây dựng, tác giả chọn Khu công nghiệp Becamex Bàu Bàng (xã Lai Uyên và Lai Hưng, huyện Bàu Bàng, tỉnh Bình Dương). Các thông số kỹ thuật hạ tầng được ghi nhận: cách Quốc lộ 13 khoảng 100 m; cách trung tâm Bình Dương 30 km, Thủ Dầu Một 39 km, TP. Hồ Chí Minh 65 km, sân bay Tân Sơn Nhất 60 km, cảng Long Thành 89 km, Tân Cảng 60 km, TP. Biên Hòa 61 km. Hạ tầng KCN bảo đảm đường nội bộ rộng 25 m (4 làn xe, tải trọng 40–60 tấn), lưới điện 110/22 kV, hệ thống nước sạch tiêu chuẩn WHO công suất $10.000\ m^3/\text{ngày}$, nhà máy xử lý nước thải tập trung $4.000\ m^3/\text{ngày}$, cùng trạm PCCC chuyên dụng túc trực 24/7.

Chương 2: Giới thiệu sản phẩm từ nhà máy

Tác giả xác định hai dòng sản phẩm thương mại của nhà máy và tiến hành so sánh đối chứng với các sản phẩm nguyên sinh:

Dòng sản phẩm	Chỉ tiêu quy cách	Chỉ tiêu cơ lý kỹ thuật	So sánh với sản phẩm nguyên sinh
Chip rPET (Tái chế cơ học)	- Hình trụ tròn - Đường kính: $2,0 \pm 0,2\text{ mm}$ - Chiều dài: $3,0 \pm 0,2\text{ mm}$	- Nhiệt nóng chảy $T_m$: $245 \pm 3^\circ\text{C}$ - Độ ẩm tối đa: $0,30%$ - Tỷ trọng: $1,30\text{ g/cm}^3$ - Độ nhớt $[\eta]$: $0,68 \pm 0,015\text{ dl/g}$ - Độ truyền quang: $89,3%$ - Tốc độ truyền oxy: $14\text{ cc/m}^2/\text{ngày}$ - Mật độ vùng kết tinh: $1,50\text{ g/cm}^3$	Sản phẩm có màu trắng/trắng đục hoặc ngả vàng nhẹ; cơ lý tính chịu lực tốt nhưng suy giảm nhẹ do nhiệt sử học; giá thành rẻ hơn chip nguyên sinh sản xuất từ dầu mỏ.
BHET (Tái chế hóa học)	- Tinh thể rắn hình cầu - Kích thước hạt: $0,25 - 0,35\text{ mm}$	- Độ nhớt $[\eta]$: $> 0,7\text{ dl/g}$ - Chỉ số acid tối đa: $5$ - Điểm nóng chảy: $104 - 110^\circ\text{C}$ - Tỷ trọng: $1,315\text{ g/cm}^3$ - Điểm cháy: $446,5^\circ\text{C}$	Sản phẩm dạng monomer tinh khiết, màu trắng hoặc không màu; độ tinh khiết ở mức trung bình khá so với monomer tổng hợp dầu mỏ; dùng sản xuất polyester không no và bọt xốp PU.

Quy cách bao bì được lựa chọn gồm: Túi ghép Kraft - Polypropylene (KP) 3 lớp loại 1 (kích thước rộng $45\text{ cm} + \text{hông } 10\text{ cm} \times \text{dài } 85\text{ cm}$, tải trọng đóng gói $40 - 50\text{ kg}$) và bao Jumbo loại 2 (kích thước $90 \times 90 \times 120\text{ cm}$, tải trọng $1.000 - 1.400\text{ kg}$). Kế hoạch đóng gói sản phẩm hàng năm xác định:

• Chip rPET: 55.555,55 bao loại 1 (45 kg/bao) và 2.083,33 bao loại 2 (1.200 kg/bao).
• BHET: 22.222,22 bao loại 1 (đóng 5 kg/bao theo bảng tổng kết sản phẩm thiết kế).

Chương 3: Nguyên liệu và đơn pha chế

Chương 3 xác định nguyên liệu chính là chai nhựa rác thải thuộc mã nhận dạng nhựa số 1 (PET/PETE), khối lượng phân tử trung bình $M_w = 30.000 - 80.000\text{ g/mol}$, tỷ trọng $1,4 \pm 0,03\text{ g/cm}^3$, nhiệt độ chuyển thủy tinh $T_g = 65 - 115^\circ\text{C}$, độ hấp thụ nước sau 24 giờ là $0,5%$, ứng suất đứt $50\text{ MPa}$, mô đun Young $1.700\text{ MPa}$. Độ nhớt nội tại nguyên liệu ban đầu đạt $0,70 - 0,78\text{ dL/g}$ đối với chai nước khoáng và $0,78 - 0,85\text{ dL/g}$ đối với chai nước ngọt.

Tiêu chuẩn kỹ thuật đầu vào của mảnh chai PET làm sạch gồm: $[\eta] > 0,7\text{ dL/g}$; nhiệt độ chảy $T_m > 240^\circ\text{C}$; độ ẩm $< 0,02\text{ wt}%$; chỉ số hóa vàng $< 20$; hàm lượng kim loại $< 3\text{ ppm}$; hàm lượng PVC $< 50\text{ ppm}$; polyolefin $< 10\text{ ppm}$.

Các phụ gia và hóa chất chức năng trong đơn pha chế gồm:

• Tia cực tím UVGI (khử trùng mầm bệnh, vi sinh vật trên nguyên liệu);
• Phụ gia tăng độ dài mạch Acrylic epoxy resin (Joncryl ADR4468): tỷ trọng $1,08\text{ g/cm}^3$ (tại $25^\circ\text{C}$), $M_w = 7.250\text{ g/mol}$, $T_g = 59^\circ\text{C}$, trọng lượng Epoxy $310\text{ g/mol}$, nhiệt độ phân hủy $320^\circ\text{C}$ (nhập khẩu từ Shanghai Sinoprinciple Chemical Technology, Trung Quốc);
• Chất ổn định nhiệt và chống oxy hóa: Antioxidant 24 (tên thương mại ADK Stab PEP 24, Mark PEP 24, Ultranox 626; công thức $C_{33}H_{50}O_6P_2$, $T_m = 170 - 180^\circ\text{C}$, độ tinh khiết $99%$, giá $25.000\text{ VNĐ/kg}$ từ Shanghai Sunwise Chemical Co.); Antioxidant 1010 (Irganox 1010, $C_{73}H_{108}O_{12}$, $T_m = 115 - 118^\circ\text{C}$, tỷ trọng $1,077\text{ g/cm}^3$, nhiệt độ sôi $1.005,8^\circ\text{C}$);
• Các phụ gia và hóa chất khác: Tinuvin 770, Dibasic, phụ gia PABA, Nitto 1360, dung môi Ethylene Glycol (EG), dung môi m-Xylene, chất xúc tác muối Kẽm Axetat ($Zn(Ac)_2$), dung dịch chất tẩy rửa PLA H-320.

Chương 4: Quy trình công nghệ

Tác giả xây dựng quy trình công nghệ kết hợp:

1. Công đoạn sơ chế và băm rửa mảnh: Các kiện chai PET nén được đưa qua máy phá kiện (Bale Opener) $\rightarrow$ Lồng trống quay sàng tạp chất (Trommel) $\rightarrow$ Thiết bị bóc nhãn và tách nắp chai $\rightarrow$ Máy nghiền băm ướt (Crusher Machine) tạo mảnh $\rightarrow$ Bể rửa tuyển nổi (tách nhãn mác Polyolefin nổi lên trên, vảy PET chìm xuống) $\rightarrow$ Máy ly tâm vắt nước tốc độ thấp $\rightarrow$ Bồn rửa nóng có hóa chất tẩy rửa $\rightarrow$ Máy giặt cọ ma sát và máy ly tâm tốc độ cao $\rightarrow$ Hệ thống sấy nhiệt bằng luồng khí nóng $\rightarrow$ Silo chứa vảy sạch.
2. Dây chuyền tạo hạt rPET: Vảy sạch được phối trộn với phụ gia nối dài mạch Joncryl ADR4468, chất chống oxy hóa rồi cấp vào máy đùn trục vít gia nhiệt $\rightarrow$ Đùn qua đầu khuôn tạo sợi nhựa $\rightarrow$ Đi qua bể nước lạnh định hình $\rightarrow$ Máy cắt hạt (Pelletizer) $\rightarrow$ Sàng rung tách nước và sấy khô $\rightarrow$ Silo chứa hạt thành phẩm.
3. Dây chuyền thủy giải điều chế BHET: Mảnh PET sạch được chuyển vào bồn phản ứng khuấy trộn cùng dung môi Ethylene Glycol theo tỷ lệ quy định, có mặt xúc tác $Zn(Ac)_2$ ở nhiệt độ hồi lưu $\rightarrow$ Chuyển qua bồn khuấy nóng để hòa tan và lọc tách cặn tạp chất không tan $\rightarrow$ Đưa qua bồn rửa lạnh kết tinh phân đoạn tạo kết tủa BHET $\rightarrow$ Lọc thu sản phẩm $\rightarrow$ Thiết bị sấy chân không $\rightarrow$ Nghiền mịn, rây hạt đồng đều kích thước $0,25 - 0,35\text{ mm}$ và đóng gói.

Chương 5: Cân bằng vật chất

Chương 5 hạch toán kế hoạch sản xuất dựa trên tổng công suất thiết kế 6.000 tấn sản phẩm/năm. Tác giả tính toán chi tiết:

• Số ngày làm việc và ngày nghỉ bảo dưỡng thiết bị trong năm.
• Tỷ lệ hao hụt qua từng công đoạn (hao hụt bóc nhãn tách nắp, hao hụt băm nghiền, hao hụt rửa nổi do bột nhựa cuốn theo nước, hao hụt bay hơi sấy, hao hụt cắt đầu mẩu khi đùn tạo hạt, hao hụt chuyển hóa phản ứng hóa học).
• Tổng khối lượng chai nhựa đầu vào cần thu gom để bù đắp tỷ lệ hao hụt.
• Định mức tiêu hao phụ liệu đóng gói trong 1 năm: số lượng bao bì 3 lớp KP, bao Jumbo, số cuộn chỉ khâu bao, số lượng pallet gỗ kê hàng và màng co PE bọc bảo vệ.

Chương 6: Tính và chọn thiết bị

Tác giả tính toán công suất làm việc, kích thước hình học và số lượng máy cụ thể cho 3 dây chuyền chính và hệ thống phụ trợ:

• Dây chuyền băm rửa: Máy cắt kiện (Bale Opener), lồng Trommel, máy bóc vỏ nhãn, máy nghiền đập mảnh, bể tuyển nổi rửa mảnh, máy ly tâm tốc độ thấp, bồn rửa nóng có gia nhiệt, máy giặt ma sát cao tốc, máy ly tâm cao tốc, hệ thống sấy nhiệt dạng ống khí nóng, vít tải và quạt hút vận chuyển mảnh.
• Dây chuyền đùn tạo hạt: Hệ thống nạp liệu phối trộn, máy đùn trục vít đơn/đôi kèm khuôn đùn nhiều lỗ chuyển hướng dòng nhựa, bể làm lạnh bằng nước tuần hoàn, máy cắt hạt nhựa Pelletizer, máy sàng rung tách nước và sấy khô, hệ thống phân loại hạt và silo chứa.
• Dây chuyền sản xuất BHET: Thùng cấp liệu vảy nhựa, bồn phản ứng thủy giải chịu nhiệt có cánh khuấy và áo gia nhiệt, bồn khuấy nóng hòa tan, bồn rửa lạnh kết tinh, thiết bị lọc tách kết tủa, máy sấy tinh thể, thiết bị rây phân loại hạt.
• Thiết bị phụ trợ: Bơm hóa chất, quạt hút khí thải, tháp làm mát, hệ thống đường ống công nghệ, cân đóng bao định lượng tự động và xe nâng bốc dỡ hàng.

Chương 7: Tính xây dựng

Tác giả thiết kế quy hoạch tổng thể nhà máy trên lô đất thuộc KCN Becamex Bàu Bàng, bảo đảm các quy chuẩn kiến trúc công nghiệp:

• Nguyên tắc thiết kế mặt bằng phân khu chức năng: phân chia rõ ràng khu hành chính - đón tiếp, phân xưởng sản xuất chính, kho nguyên liệu kiện chai, kho hóa chất/phụ liệu, kho thành phẩm hạt rPET và BHET, khu xử lý nước cấp - nước thải, trạm biến áp và đường nội bộ cho xe cứu hỏa, xe container tải trọng nặng.
• Tính toán diện tích chi tiết:
  • Diện tích kho nguyên liệu (tính cho lượng dự trữ tương đương 20 ngày sản xuất của kiện chai, phuy hóa chất lỏng EG, phụ gia).
  • Diện tích kho thành phẩm (sắp xếp trên pallet gỗ tiêu chuẩn, lưu trữ hạt nhựa và bao BHET sẵn sàng xuất xưởng).
  • Diện tích xưởng sản xuất (bố trí 3 dây chuyền theo tuyến công nghệ thẳng, khoảng cách an toàn giữa các thiết bị từ $1,5 - 2\text{ m}$).
  • Diện tích khối nhà hành chính, nhà ăn, nhà vệ sinh, phòng thí nghiệm kiểm định chất lượng (QA/QC), nhà bảo vệ, nhà xe và diện tích cây xanh cách ly môi trường.
  • Lập bảng tổng kết diện tích toàn bộ các hạng mục công trình của nhà máy.

Chương 8: Tính năng lượng

Chương này giải quyết bài toán cung cấp điện lực và cấp thoát nước:

• Tính toán chiếu sáng: Lựa chọn chủng loại đèn công nghiệp (đèn huỳnh quang/LED), xác định độ rọi tiêu chuẩn cho từng phòng chức năng và phân xưởng sản xuất, lập bảng thống kê số lượng đèn cần lắp đặt.
• Tính toán thông gió: Xác định bội số trao đổi không khí, tính toán số lượng quạt hút công nghiệp gắn tường và hệ thống thông gió mái nhằm giảm nhiệt lượng tỏa ra từ máy đùn và bồn phản ứng.
• Tính toán điện năng tiêu thụ: Xác định công suất lắp đặt và phụ tải tính toán của dây chuyền băm rửa chai, dây chuyền đùn tạo hạt PET, dây chuyền thủy giải BHET, phụ tải điện chiếu sáng và thông gió; xác định công suất phản kháng và chọn dung lượng tụ bù; tính toán chọn công suất máy phát điện diesel dự phòng nhằm cấp điện liên tục khi có sự cố lưới.
• Tính toán cấp nước: Xác định lưu lượng nước sinh hoạt cho cán bộ công nhân viên, nước bổ sung cho bể tuyển nổi và bồn rửa nóng, nước làm mát máy đùn và ngưng tụ hơi dung môi, nước dự trữ chữa cháy cứu hỏa theo TCVN; tính toán dung tích bể nước ngầm dự trữ và đài nước áp lực trên cao.

Chương 9: Bảo hộ và an toàn lao động

Tác giả trình bày các giải pháp kỹ thuật an toàn môi trường và vệ sinh lao động:

• Yêu cầu kiến trúc và vi khí hậu: Bố trí cửa thoát hiểm, chiều rộng hành lang vận chuyển, hệ thống chống ồn, cách nhiệt đường ống hơi và thiết bị nhiệt.
• An toàn điện: Nối đất bảo vệ (tiếp địa) cho toàn bộ vỏ kim loại của máy móc, thiết bị điện; lắp đặt hệ thống chống sét trực tiếp đánh thẳng vào công trình nhà xưởng; trang bị rơ le chống giật và aptomat ngắt tự động khi xảy ra ngắn mạch, quá tải.
• An toàn cháy nổ: Phân loại hạng nguy hiểm cháy nổ của các khu vực (đặc biệt khu vực bồn phản ứng dung môi hữu cơ); bố trí bình chữa cháy xách tay CO2, bột chữa cháy MFZ, hệ thống họng nước vách tường và kết nối với mạng lưới cứu hỏa túc trực của KCN Bàu Bàng.
• Vệ sinh công nghiệp: Xử lý bụi nhựa bằng chụp hút lọc túi vải, xử lý hơi dung môi hữu cơ, chế độ thu gom nước thải rửa chai nhiễm bẩn đưa về hệ thống xử lý nước thải công suất $4.000\ m^3/\text{ngày}$ của KCN, cung cấp đầy đủ trang bị bảo hộ cá nhân (quần áo chống nhiệt, găng tay, khẩu trang than hoạt tính, kính bảo hộ) cho công nhân làm việc theo ca.

Chương 10: Tính kinh tế

Tác giả hạch toán hiệu quả tài chính của dự án:

• Nhân sự và quỹ lương: Cơ cấu định biên nhân sự làm việc theo 3 ca sản xuất và khối hành chính gián tiếp (quản lý, kế toán, kỹ sư QA/QC); bảng lương chi tiết cho từng vị trí chức danh.
• Chi phí đầu tư tài sản cố định: Chi phí san lấp, xây dựng nhà xưởng, đường nội bộ; chi phí mua sắm dây chuyền băm rửa mảnh PET, dây chuyền đùn tạo hạt PET và dây chuyền thủy giải hóa học BHET; xác định mức trích khấu hao tài sản cố định hàng năm theo phương pháp đường thẳng.
• Chi phí sản xuất hàng năm: Chi phí thu mua chai nhựa phế thải; chi phí hóa chất, dung môi, phụ gia (Joncryl, Antioxidant, $Zn(Ac)_2$, EG...); chi phí vật liệu đóng gói bao bì, pallet; chi phí điện năng, nước công nghiệp; chi phí bảo dưỡng định kỳ và chi phí quản lý doanh nghiệp.
• Tính toán vốn lưu động cần thiết cho chu kỳ sản xuất 20 ngày.
• Đơn giá thành sản xuất cho 1 kg hạt nhựa rPET và 1 kg BHET.
• Dự kiến giá bán thương mại, xác định doanh thu bán hàng, lợi nhuận gộp, thuế thu nhập doanh nghiệp, lợi nhuận ròng sau thuế và thời gian thu hồi vốn đầu tư của nhà máy.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận hoàn thành đầy đủ một bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật công nghệ cho nhà máy tái chế nhựa PET với các kết quả cụ thể:

• Xác lập phương án kết hợp tối ưu giữa hai công nghệ: tái chế cơ học (Mechanical Recycling) sản xuất hạt nhựa chip rPET và tái chế hóa học (Chemical Recycling/Glycolysis) sản xuất monomer BHET, tận dụng triệt để nguồn chai nhựa phế thải với tổng công suất 6.000 tấn/năm.
• Thiết lập thông số kiểm soát chất lượng cơ lý đạt chuẩn quốc tế cho cả hai dòng sản phẩm (chip rPET đạt độ nhớt $[\eta] = 0,68 \pm 0,015\text{ dl/g}$, nhiệt nóng chảy $245 \pm 3^\circ\text{C}$; monomer BHET đạt độ nhớt $> 0,7\text{ dl/g}$, điểm nóng chảy $104 - 110^\circ\text{C}$, chỉ số acid $\le 5$).
• Xây dựng thành công đơn pha chế nâng cao chất lượng hạt đùn rPET bằng phụ gia nối dài mạch Joncryl ADR4468 (trọng lượng epoxy $310\text{ g/mol}$) phối hợp cùng chất chống oxy hóa chịu nhiệt Antioxidant 24 và Antioxidant 1010, giải quyết được hiện tượng tụt mạch phân tử và ngả vàng sản phẩm khi gia nhiệt.
• Đóng góp so với các nghiên cứu và thực tiễn trong nước: Tác giả tự nêu rõ tại thời điểm thực hiện đề tài (2022), các nhà máy trong nước (như Duy Tân, Hiệp Phát, Bình Minh) chỉ thuần túy thực hiện tái chế cơ học tạo vảy hoặc đùn hạt; khóa luận là công trình tiên phong tại Việt Nam tính toán thiết kế quy trình công nghệ thủy giải chai nhựa PET phế thải bằng dung môi Ethylene Glycol tạo BHET quy mô công nghiệp, mở ra hướng cung ứng nguồn bán nguyên liệu cho các ngành sản xuất nhựa polyurethane xốp cách nhiệt và sơn polyester không bão hòa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế của đề tài:
  • Đồ án dừng lại ở mức độ tính toán thiết kế kỹ thuật trên lý thuyết dựa trên các tài liệu, catalog thiết bị và bài báo khoa học tham khảo, chưa có điều kiện kiểm chứng thực nghiệm quy mô pilot đối với dây chuyền thủy giải tạo BHET.
  • Các số liệu về định mức hao hụt và đơn giá nguyên vật liệu, thiết bị phụ thuộc vào biến động thị trường hóa chất tại thời điểm nghiên cứu (tháng 8 năm 2022).
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Tiến hành thực nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu của đơn pha chế trong điều kiện máy đùn thực tế để đánh giá chính xác độ biến thiên cơ tính sau nhiều chu kỳ tái chế.
  • Mở rộng nghiên cứu quy trình thu hồi và tái tinh chế dung môi thừa Ethylene Glycol và dung môi m-Xylene sau phản ứng thủy giải nhằm giảm giá thành vận hành và giảm thiểu chất thải thứ cấp.
  • Khảo sát ứng dụng trực tiếp sản phẩm BHET thu được vào phản ứng tổng hợp bọt PU cách nhiệt thực tế tại phòng thí nghiệm.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo giá trị cho:

• Sinh viên, học viên chuyên ngành Công nghệ Hóa học, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Vật liệu Polymer và Quản lý Môi trường cần một đồ án thiết kế hoàn chỉnh theo quy chuẩn kỹ thuật (từ lập luận kinh tế, cân bằng vật chất, chọn thiết bị, tính xây dựng, điện nước đến hạch toán tài chính).
• Kỹ sư công nghệ và các doanh nghiệp đang nghiên cứu phương án đầu tư nhà máy tái chế rác thải nhựa PET, đặc biệt là các thông số tham khảo về phụ gia nối dài mạch đùn ép (Joncryl ADR4468, Antioxidant 24) và quy trình thiết bị thủy giải depolymerization.
• Các nhà hoạch định chính sách hoặc quản lý hạ tầng khu công nghiệp muốn tìm hiểu mô hình nhà máy xử lý chất thải tuần hoàn đáp ứng Quyết định 687/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ và tiêu chuẩn ISO 14000.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận chọn địa điểm xây dựng nhà máy tái chế ở đâu và vì sao? Nhà máy được thiết kế đặt tại Khu công nghiệp Becamex Bàu Bàng, huyện Bàu Bàng, tỉnh Bình Dương. Địa điểm này được chọn vì nằm sát Quốc lộ 13 (cách 100 m), cự ly kết nối giao thông gần các tâm điểm tiêu thụ lớn ở miền Nam (Thủ Dầu Một 39 km, TP. Hồ Chí Minh 65 km, Tân Cảng 60 km, sân bay Tân Sơn Nhất 60 km), nguồn phát sinh chai nhựa dồi dào và nằm gần các cơ sở sản xuất PU, sơn nhựa. KCN còn bảo đảm hạ tầng kỹ thuật hoàn chỉnh: trạm điện 110/22 kV, nguồn nước $10.000\ m^3/\text{ngày}$, trạm xử lý nước thải $4.000\ m^3/\text{ngày}$ và trạm chữa cháy túc trực 24/7.

2. Hai sản phẩm thương mại chính của nhà máy là gì và đạt các chỉ tiêu kỹ thuật nào? Hai dòng sản phẩm gồm hạt nhựa tái chế (chip rPET) và monomer Bis(2-Hydroxyethyl) terephthalate (BHET). Chip rPET có dạng hình trụ tròn ($d = 2,0 \pm 0,2\text{ mm}$, $L = 3,0 \pm 0,2\text{ mm}$), nhiệt nóng chảy $245 \pm 3^\circ\text{C}$, độ ẩm tối đa $0,30%$, độ nhớt $[\eta] = 0,68 \pm 0,015\text{ dl/g}$, tỷ trọng $1,30\text{ g/cm}^3$, độ truyền quang $89,3%$. BHET có dạng hạt cầu ($0,25 - 0,35\text{ mm}$), nhiệt nóng chảy $104 - 110^\circ\text{C}$, tỷ trọng $1,315\text{ g/cm}^3$, độ nhớt $> 0,7\text{ dl/g}$ và chỉ số axit tối đa bằng 5.

3. Để khắc phục hiện tượng suy giảm phẩm chất nhựa khi tái chế cơ học, tác giả sử dụng các phụ gia nào? Tác giả sử dụng phụ gia nối dài mạch Joncryl ADR4468 (trọng lượng phân tử $7.250\text{ g/mol}$, hàm lượng epoxy $310\text{ g/mol}$) để liên kết lại các chuỗi mạch phân tử bị đứt gãy do lão hóa nhiệt, phục hồi độ nhớt và mô đun đàn hồi. Đồng thời, đơn pha chế bổ sung chất ổn định nhiệt và chống oxy hóa Antioxidant 24 ($C_{33}H_{50}O_6P_2$, điểm nóng chảy $170 - 180^\circ\text{C}$) nhằm phân hủy gốc tự do hydroperoxide, chống ngả vàng sản phẩm, kết hợp cùng chất ổn định nhiệt cao độ Irganox 1010.

4. Dây chuyền sản xuất BHET sử dụng phương pháp và các hóa chất chủ đạo nào? Dây chuyền điều chế BHET ứng dụng phương pháp tái chế hóa học thông qua phản ứng thủy giải phân hủy bằng dung môi Ethylene Glycol (Glycolysis). Quá trình sử dụng xúc tác muối Kẽm Axetat ($Zn(Ac)_2$), dung môi phụ trợ m-Xylene, chất tẩy rửa PLA H-320 và hệ thống khử trùng bằng tia cực tím UVGI để làm sạch trước khi phản ứng.

5. Kết quả đánh giá khóa luận tốt nghiệp của hội đồng chấm thi ra sao? Khóa luận được bảo vệ vào ngày 19 tháng 08 năm 2022 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh với kết quả đánh giá chi tiết: Giáo viên hướng dẫn cho 88 điểm, Chủ tịch hội đồng cho 75 điểm, Thư ký hội đồng cho 80 điểm, Ủy viên cho 80 điểm và Phản biện cho 80 điểm. Điểm đánh giá kết luận toàn diện đạt 82 điểm (Bằng chữ: Tám hai).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp "Thiết kế nhà máy tái chế chai nhựa Polyethylene terephthalate - PET năng suất 6.000 tấn/năm" của sinh viên Trần Quang Duy là một công trình thiết kế kỹ thuật công nghệ hóa học hoàn chỉnh và có tính ứng dụng thực tiễn cao. Đề tài đã giải quyết trọn vẹn chuỗi tính toán từ khảo sát vùng nguyên liệu, lập luận kinh tế, thiết lập đơn pha chế nâng cao chất lượng sản phẩm, cân bằng vật chất và lựa chọn thiết bị cho hai quy trình tái chế cơ học và hóa học song song. Bản thiết kế kỹ thuật toàn diện các hạng mục kiến trúc, phụ tải năng lượng, giải pháp an toàn lao động và hạch toán kinh tế đã chứng minh tính khả thi của việc sản xuất chip rPET và monomer BHET tại Khu công nghiệp Becamex Bàu Bàng, đóng góp tích cực vào tiến trình xây dựng mô hình kinh tế tuần hoàn chất thải nhựa tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Tình hình tái chế chai nhựa trong và ngoài nước Hằng năm, trên thế giới, có tới 300 triệu tấn rác thải nhựa bị thải ra môi trường. Trong số đó chỉ 9% chất thải nhựa được tái chế trên toàn cầu, với phần lớn chất thải nhựa toàn cầu được chôn lấp hoặc một phần đem đi thiêu hủy. Ngay cả khi không có dữ liệu chính xác thì hầu hết các nhà nghiên cứu đều khẳng định rằng từ 5 đến 50% tổng lượng chất thải nhựa được thải vào biển là Polyethylene terephthalate - một loại nhựa nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vải sợi.

Ở Việt nam theo như thống kê trung bình mỗi năm thải ra khoảng 1,8 triệu tấn rác thải nhựa, nằm trong số 20 quốc gia có lượng rác thải lớn nhất và cao hơn mức trung bình của thế giới, do việc quản lý và xử lý rác thải nhựa chưa triệt để. Đây là một "gánh nặng" nghiêm trọng cho môi trường. Mỗi năm, tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt là 25 triệu tấn nhưng chỉ có 30% được xử lý đốt hoặc sản xuất phân hữu cơ, hơn 70% chôn lấp trực tiếp.1: Rác thải nhựa chất đống Nguyên nhân mà lượng rác thải ngày càng tăng là do: Từ các hoạt động du lịch: lượng du khách càng lớn, thì lượng rác thải càng nhiều, gây nên áp lực lớn cho việc thu gom, xử lý rác thải. Đã có nhiều quốc gia buộc phải đóng 1 cửa một số địa điểm du lịch bị ảnh hưởng nghiêm trọng vì rác thải của khách du lịch như Thái Lan, Philippines,… Từ quy trình xử lý rác thải còn nhiều lỗ hổng: Nhiều nước đang phát triển trong đó có Việt Nam, các phương pháp xử lí rác thải còn lạc hậu, hiệu suất kém, chưa xử lý, phân loại, tái sử dụng một cách triệt để.

Nguyên nhân từ sự bàng quan đến từ chính quyền địa phương: Nhiều địa phương chưa thực hiện đúng các quy định, nghị định, luật lệ ban hành về việc xử lý rác thải, chưa chấp hành nghiêm túc những mức xử phạt hành chính đối với các hành động xả rác bừa bãi không đúng nơi quy định, chưa sát sao trong việc quản lý hệ thống xử lý rác thải. Nhận thấy được các độ mức ảnh hưởng nghiêm trọng của việc thải chai nhựa vì vậy mà các nhà nghiên cứu, các doanh nghiệp cũng như chính phủ các nước đã và đang tiến hành sử dụng chúng như một nguồn nguyên liệu tái chế dùng cho sản xuất là một giải pháp vừa hữu ích, vừa mang lại nguồn thu lợi nhuận dồi dào cho xu hướng kinh tế tuần hoàn và cũng là nguồn cung cho các quy trình sản xuất vật liệu, sản phẩm khác nhằm đáp ứng nhiều lĩnh vực trong đời sống: Nhựa polyester không bão hòa cũng là một trong số các loại nhựa có nhu cầu sử dụng rất cao. Ứng dụng nhiều trong công trình xây dựng, sản xuất ống, thiết bị điện – điện tử và các lĩnh vực về may mặc hay điều chế tạo sơn. Theo nghiên cứu, thống kê thì lợi nhuận thu được ở năm 2021 là 9,6 tỷ đô dự kiến sẽ tăng lên 12,9 tỷ đô trong năm 2026 với CAGR là 6,1%.

Thế nên cho thấy đây sẽ là thị trường béo bở cho polyol được tái chế từ chai nhựa PET. Bên cạnh đó, như đã biết từ năm 2019 giai đoạn mà đại dịch covid – 19 bùng phát mạnh mẽ kéo dài đến năm 2022 hiện nay đã gây ảnh hưởng to lớn trên tất cả các mặt trận về kinh tế, sức khỏe và an sinh xã hội. Vì thế mà vắc xin ra đời cùng với nó là vấn đề bảo quản và vận chuyển vắc xin cần được lưu ý.