ما هو مفاعل السيليكون: كيمياء السيلوكسان وتكويناتها وتوسيع نطاقها

الإجابة على السؤال الأساسي:ما هو مفاعل السيليكون؟مفاعل السيليكون هو وعاء أو آلة تحويل الكلوروسيلانات أو السيلوكسانات الدورية إلى بوليديميثيل سيلوكسان وملفاتها، عبر التحليل الهيدروليكي، والتكافؤ الاحتياطي،تحييد المحفز وتعطيل الفراغتشكل كيمياءان متميزتان التصميم. التحلل المائي سريع، وذو حرارة خارجية قوية ويطلق كلوريد الهيدروجين، لذلك يتطلب مقاومة التآكل ومعالجة الغاز.يتم التحكم في تعادل البوليمر من خلال الديناميكا الحرارية ويتم تشغيله عند 140-180 درجة مئوية مع 10-100 جزء في المئة من كاتاليست سيلانولات البوتاسيوم، وهي قابلة للإنعكاس ، لذلك في حالة التوازن لا يزال محتويات المفاعل تحتوي على 10-18٪ من السيلوكسانات الدورية التي يجب تجريدها عند 150-200 درجة مئوية تحت 1-10 mbar إلى 100-1,000 ppm.المدى الهندسي المحدد هو اللزوجة: نفس عائلة المنتجات تعمل من 10 cSt سائل إلى 1،000،000 cSt علكة، مما يعادل درجة البوليمرة من حوالي 10 إلى أكثر من 10،000ولهذا السبب لا يوجد نوع واحد من المثار أو المفاعل يخدم المجموعة بأكملها.

1كيمياء السيلوكسان التي تحدد وظيفة المفاعل

أربع خصائص كيميائية تميز معالجة السيليكون عن البوليمرات الأخرى:

• الهيدروليز والتكثيف السيلانول:يبدأ الطريق الصناعي بتفاعل الديميثيل ديكلوروسيلان مع الماء لإنتاج خليط من الأوليغومرات الخطيّة التي تنتهي بالسيلانول والأنواع الدورية.إطلاق مولين من كلوريد الهيدروجين لكل مول من كلوروسيلانالتفاعل سريع وحراري بقوة، ويتشكل كلوريد الهيدروجين حمض الهيدروكلوريك عند الاتصال مع أي رطوبة، لذلك تتطلب هذه المرحلة بناء مقاوم للتآكل.الفولاذ المعلب بالزجاج، أو غطاء فلوروبوليمر، بالإضافة إلى نظام امتصاص وتجفيف للغازات التنفيس.يتم الحفاظ على درجة الحرارة أقل من حوالي 40-60 درجة مئوية لأنها تتحكم في التوزيع بين المنتجات الخطية والدورية وبالتالي إنتاج المنتجات الوسيطة القابلة للاستخداميتم تحفيز التكثيف اللاحق للسيلانولات لبناء طول السلسلة بواسطة الحمض والقاعدة على حد سواء ، ويتم حتى في درجة حرارة الغرفة ،مما يعني أن الهيدروليزات تكون تفاعلية ولا يمكن تخزينها إلى أجل غير مسمى دون أن يتحرك وزنها الجزيئي.
• تعادل البوليمرزة بفتح الحلقة:البوليمرة التجارية تفتح السيلوكسانات الدورية مثل أوكتاميثيل سيكلوتيتراسيلوكسان وديكاميثيل سيلوكسيلوكسان مع محفز أساسي ، عادة سيلانولات البوتاسيوم عند 10-100 جزء في المئة ، عند 140-180 درجة مئوية.الآلية ليست مجرد سلسلة نمو إلى الانتهاء ولكن إعادة التوزيع،حيث يتم كسر روابط السيلوكسان بشكل مستمر وإعادة تشكيلها حتى يصل النظام إلى التوازن الحراري بين البوليمر الخطي والأنواع الدوريةالآثار العملية مهمة. يتم تحديد الوزن الجزيئي ليس من خلال التحويل ولكن من خلال كمية من سدادة السلسلة، عادة ما يكون سائلًا قصيرًا ينتهي به trimetylsiloxy أو hexamethyldisiloxane.لذلك وصفة بدلا من وقت التفاعل يحدد المنتجيجب أن تكون درجة الحرارة متساوية في حدود 1 درجة مئوية لأن التوازن يعتمد على درجة الحرارة وتغير النقاط الساخنة كل من الوزن الجزيئي والمحتوى الدوري.وفي حالة التوازن 10-18% من الكتلة لا تزال دورية ويجب أن يتم تجريدها.
• تحييد المحفز واستقرار المنتج:ولأن التوازن قابل للتعديل ويتم تحفيزه، فإن أي محفز نشط متبقي في المنتج سيستمر في إعادة توزيع السلاسل أثناء التخزين، مما يؤدي إلى انحراف اللزوجة، والعودة إلى الدورية،و في أسوأ الحالات التجليلذا فإن المحايدة هي خطوة منفصلة حاسمة: كمية ستيوكيومتري من حمض الفوسفور،أو ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى الماء لتحويل سيلانولات البوتاسيوم إلى ملح غير نشط، ويتم الاحتفاظ باللقطة في درجة حرارة كافية لإكمال التفاعل. عادة ما تترك بلورات الملح في المنتج للسوائل أو يتم تصفيتها للحصول على درجات عالية الوضوح.يتم التحقق من خلال اختبار عمر الحرارة المتسارع، حيث يتم الاحتفاظ بعينة في درجة حرارة 200-250 درجة مئوية لمدة 24 ساعة ويتم قياس تغير اللزوجة؛ يغير المنتج المستقر بأقل من بضع في المئة،في حين أن واحدة غير محايدة بالكامل تكثف أو تنخفض بشكل ملحوظ.
• إزالة الحرارة والإزالة الدورية:الانسحاب هو المكان الذي يقع فيه الكثير من رأس المال في مصنع السيليكون. يجب تقليل خليط التوازن من 10-18٪ دوري إلى أقل من 100-1000 جزء في المئة،اعتماداً على الصفوف والحدود التنظيمية لبعض السيلوكسانات الدوريةلأن البوليمر لزج، والخطوة الحد ليست ضغط البخار من الدورية ولكن انتشارها من خلال الذوبان إلى سطح حر،لذلك يجب على المعدات توليد وتجديد مساحة سطحية كبيرة في فراغ 1-10 mbar عند 150-200 °Cأجهزة تبخير الفيلم المنسح والفيلم الرقيق هي الأكثر فعالية، وتحقيق أدنى عدد من المخلفات مع وقت إقامة قصير يحد من التدهور الحراري.إزالة في المفاعل مع محرك الشريط عالية السطح وتشويش النيتروجين هو أرخص ولكن أبطأ ويصل إلى بقايا أعلىيتم تكثيف المواد المتطايرة واستعادتها لإعادة التدوير، وهو شرط اقتصادي ومتوافق.

2تكوينات المفاعل من دفعة إلى مستمرة

يتم اختيار التكوين حسب نطاق اللزوجة والإنتاجية ومجموعة المنتجات التي يجب أن تخدمها المحطة:

• المفاعل المزج باللعبة:التكوين القياسي لمجموعة السوائل واللزوجة المتوسطة، وللنباتات التي تصنع العديد من الدرجات.مع سترة نصف أنبوب أو حفرة، و، فوق حوالي 50،000 cSt ، شريط مروحي أو مزيج محوري من تشتيت ومربط. المفاعلات الشرائح مرنة ، تسمح بتغيير الدرجة بين الحملات ،وهي الخيار العملي للمنتجات الخاصة، المركبات والكميات الصغيرة. قيودها هي نقل الحرارة، حيث أن معامل الجدار ينخفض إلى أقل من 100 واط / م 2 كيلوغرام عند اللزوجة العالية،تحييد وتجريد كل يحدث بشكل متسلسل في وعاء واحد، والتنوع من دفعة إلى دفعة، والتي يجب السيطرة عليها من خلال انضباط الوصفة وتوحيد درجة الحرارة بدلا من من خلال المعدات نفسها.
• مفاعلات الخليط المستمر والمخلطات الثابتة:بالنسبة للسوائل القياسية ذات الحجم الكبير ، فإن البوليمرة المستمرة تلغي دورة الشرائح بالكامل. يقوم التصميم بإمداد المواد الدورية ، وسد السلسلة والحافز إلى مفاعل الحلقة ،في الأساس قطار مزج ثابت أو حلقة أنبوبية مع إعادة التدوير، حيث يتم تسخين الخليط إلى 140-180 درجة مئوية والاحتفاظ به لمدة 10-60 دقيقة للوصول إلى التوازن ، ثم يمر عبر خلاط محايد ومرة أخرى إلى إزالة التهاب المستمر.مفاعلات الخلاط الثابت مناسبة بشكل خاص لأن التوازن يتطلب خليط شعاعي جيد ووقت إقامة محدد بدلا من القطع الشديد، ومزج ثابت يوفر كل من عدم وجود أجزاء متحركة ولا وجود ختم في المنطقة الساخنة.القيود هي أن تغييرات الدرجة تنتج مواد انتقالية، لذلك يتم تخصيص القطارات المستمرة لمجموعة ضيقة من المنتجات.
• مفاعل محفز مزدوج المسامير:بالنسبة للنهاية العالية من نطاق اللزوجة ، وبشكل متزايد للمعالجة المستمرة الخالية من المذيبات ، يعمل محرك التدفق المزدوج المزدوج كفاعل.إنه يتعامل مع اللزوجة التي لا يمكن لأي وعاء محرك أن يخلطها، يوفر قشرًا مكثفًا وقابلًا للسيطرة وتجديدًا ممتازًا للسطح ، وإزالة التهابات الكاملة من خلال فتحات فراغ متعددة على طول البرميل ، مع وقت الإقامة من 1-5 دقائق فقط.يتم تكوين عناصر المسمار في مناطق للذوبان أو التغذية، التفاعل، قتل المحفز والتهوية، لذلك الطريق بأكمله يعمل في آلة واحدة.والحد الأدنى لفترة الإقامة القصيرة التدهور الحراريالقيود هي تكلفة رأس المال، والمهارة المطلوبة لتصميم وتشغيل ملف تعريف المسمار، وصعوبة التنظيف بين الصفوف غير المتوافقة.
• قواعد التوسع والمتطلبات التجريبية:يتم تحديد نطاق السيليكون من خلال ثلاث كميات لا تنمو بشكل خطي مع الحجم. منطقة نقل الحرارة لكل وحدة من الحجم تنخفض مع زيادة حجم الوعاء ،لذا فان دفعة تبرد في ساعة واحدة في 100 لتر يمكن ان تستغرق اربع ساعات في مفاعل 10 متر مكعبلذلك يجب على الطيار أن يطابق هندسة نقل الحرارة في الإنتاج، وليس فقط الحجم.وفي النظام اللاميني عدد الدورات المطلوبة للتجانس ثابت تقريباً، لذا فإن السفينة الكبيرة تحتاج إلى عجلة مشابهة هندسياً بسرعة متناسبة، والتي تصل بسرعة إلى حدود عزم الدوران والعمود.يزداد المسافة التي يجب على الجزيء المتطاير أن ينتشر قبل الوصول إلى سطح حر، وبالتالي فإن التطهير هو الخطوة التي غالباً ما تكون أقل تقديرًا في التوسع.بدلاً من استنتاجها من تجارب المفاعل.

مصفوفة مقارنة تكوينات مفاعلات السيليكون

الأسئلة الشائعة (FAQ)