同為聚合反應(yīng)提供封閉,、可控的環(huán)境:
釜體:通常為圓柱形(帶橢圓形或球形封頭),材質(zhì)根據(jù)反應(yīng)介質(zhì)選擇(如不銹鋼 304/316L 用于耐腐蝕場(chǎng)景,,碳鋼用于中性體系),,提供反應(yīng)空間并承受反應(yīng)壓力(常壓至數(shù)十 MPa)。
攪拌系統(tǒng):由電機(jī),、減速器,、攪拌軸及攪拌槳組成,核心作用是均勻混合物料(使單體、引發(fā)劑,、催化劑等充分接觸),,并強(qiáng)化釜內(nèi)傳熱(避免局部過(guò)熱)。攪拌槳類(lèi)型根據(jù)物料黏度選擇(如低黏度用推進(jìn)式,,高黏度用錨式,、螺帶式)。
溫控系統(tǒng):通過(guò)夾套(或內(nèi)盤(pán)管)通入加熱介質(zhì)(熱水,、導(dǎo)熱油)或冷卻介質(zhì)(冷水,、冷凍液),配合釜內(nèi)溫度傳感器實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),,維持反應(yīng)所需溫度(如自由基聚合通常在 50-150℃,,縮聚反應(yīng)可能高達(dá) 200-300℃)。
壓力控制系統(tǒng):通過(guò)安全閥,、放空閥,、惰性氣體(如氮?dú)猓┩ㄈ腴y調(diào)節(jié)釜內(nèi)壓力,適應(yīng)不同聚合類(lèi)型(如高壓聚乙烯反應(yīng)需 100-300MPa,,而本體聚合可能在常壓或微正壓下進(jìn)行),。
密封裝置:對(duì)于高壓或易揮發(fā)體系,采用機(jī)械密封或磁力密封(避免泄漏),,確保釜內(nèi)介質(zhì)不與外界接觸,,同時(shí)防止空氣進(jìn)入(避免氧阻聚或物料氧化)。
釜式聚合反應(yīng)器的工作流程可分為進(jìn)料 - 反應(yīng) - 出料三個(gè)階段,,核心是在可控條件下實(shí)現(xiàn)單體的聚合反應(yīng):
進(jìn)料階段
單體(如乙烯、苯乙烯,、氯乙烯等),、引發(fā)劑(或催化劑)、溶劑(如溶液聚合)或分散介質(zhì)(如懸浮聚合)通過(guò)計(jì)量泵按比例加入釜內(nèi),。進(jìn)料前通常需用惰性氣體(氮?dú)猓┲脫Q釜內(nèi)空氣(排除氧氣,、水分等雜質(zhì),防止影響聚合或引發(fā)副反應(yīng)),,確保反應(yīng)體系純凈,。
聚合反應(yīng)階段
這是核心環(huán)節(jié),通過(guò)以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)單體向聚合物的轉(zhuǎn)化:
引發(fā):在加熱(或光照,、輻射)條件下,,引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基(自由基聚合),或催化劑活化(如配位聚合中的 Ziegler-Natta 催化劑),,與單體分子結(jié)合形成活性中心,。
增長(zhǎng):活性中心不斷與單體分子結(jié)合,使分子鏈持續(xù)延長(zhǎng)(如乙烯單體通過(guò)加成反應(yīng)形成聚乙烯長(zhǎng)鏈)。此階段需通過(guò)攪拌確保物料均勻,,避免局部濃度過(guò)高導(dǎo)致分子量分布不均;同時(shí)通過(guò)溫控系統(tǒng)移除反應(yīng)熱(聚合反應(yīng)多為放熱反應(yīng),,如苯乙烯聚合熱約為 69kJ/mol),,防止溫度驟升引發(fā)爆聚或產(chǎn)物降解。
終止:當(dāng)單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到目標(biāo)(通常 70%-90%),,通過(guò)降溫,、加入終止劑(如阻聚劑)或降低壓力等方式,使活性中心失活,,終止分子鏈增長(zhǎng),。
出料階段
反應(yīng)完成后,通過(guò)降壓,、降溫使釜內(nèi)產(chǎn)物(聚合物熔體,、溶液或懸浮液)通過(guò)出料口排出,進(jìn)入后續(xù)處理工序(如脫揮,、造粒,、干燥等)。出料后需清洗釜體,,避免殘留物料影響下一批次反應(yīng),。