Τι είναι ένας αντιδραστήρας σιλικόνης: Χημεία, διαμορφώσεις και κλίμακα

Απαντώντας στην βασική ερώτηση:Τι είναι ένας αντιδραστήρας σιλικόνης;Ο αντιδραστήρας σιλικόνης είναι ένα δοχείο ή μηχανή που μετατρέπει χλωροσιλανές ή κυκλικές σιλοξάνες σε πολυδιμεθυλοσιλοξάνη και τα συμπολυμερή της, μέσω υδρόλυσης, ισορροπίας ανοίγματος δακτυλίου, πολυμερισμού,εξουδετέρωση καταλύτη και αποβολατίωση κενούΗ υδρόλυση είναι γρήγορη, έντονα εξωθερμική και απελευθερώνει χλωριούχο υδρογόνο, οπότε απαιτεί αντοχή στη διάβρωση και χειρισμό αερίων.Η ισορροπητική πολυμερισμός ελέγχεται θερμοδυναμικά και εκτελείται στους 140-180 °C με 10-100 ppm καταλύτη σιλανολάτη καλίου, και είναι αναστρέψιμη, οπότε στην ισορροπία το περιεχόμενο του αντιδραστήρα εξακολουθεί να περιέχει 10-18% κυκλικών σιλοξανών που πρέπει να αφαιρεθούν στους 150-200 °C κάτω από 1-10 mbar έως 100-1000 ppm.Το καθοριστικό σημείο της μηχανικής είναι η ελαστικότητα.: η ίδια οικογένεια προϊόντων κυμαίνεται από 10 cSt υγρό σε 1 cSt,000,000 cSt, που αντιστοιχεί σε βαθμό πολυμερισμού από περίπου 10 έως πάνω από 10,000Για το λόγο αυτό, κανένας τύπος αναμειγνυτής ή αντιδραστήρα δεν εξυπηρετεί το σύνολο του φάσματος.

1Η χημεία του σιλοξάνου που καθορίζει το έργο του αντιδραστήρα

Τέσσερα χημικά χαρακτηριστικά διακρίνουν την επεξεργασία σιλικόνης από άλλες πολυμερισμοί:

• Υδρόλυση και συμπύκνωση σιλανόλης:Η βιομηχανική πορεία ξεκινά με την αντίδραση της διμεθυλοδιχλωροσιλάνης με νερό για να παραχθεί ένα μείγμα ολιγομερών και κυκλικών ειδών με γραμμικό τερματισμό σε σιλανόλη,απελευθέρωση δύο mol υδρογόνου χλωριούχου ανά mol χλωροσιλανίουΗ αντίδραση είναι γρήγορη και έντονα εξωθερμική και το χλωριούχο υδρογόνο σχηματίζει υδροχλωρικό οξύ σε επαφή με οποιαδήποτε υγρασία, οπότε αυτό το στάδιο απαιτεί ανθεκτική στη διάβρωση κατασκευή.Τυπικά γυάλινοστρωμένο χάλυβα, Hastelloy ή μια επένδυση φθοροπολυμερούς, συν ένα σύστημα απορρόφησης και καθαρισμού για το αέριο εξαγωγής.Η θερμοκρασία διατηρείται κάτω από τους 40-60°C περίπου, επειδή ελέγχει την κατανομή μεταξύ γραμμικών και κυκλικών προϊόντων και, ως εκ τούτου, την απόδοση των χρησιμοποιήσιμων ενδιάμεσωνΗ επακόλουθη συμπύκνωση των σιλανολών για την κατασκευή μήκους αλυσίδας καταλύεται τόσο από οξύ όσο και από βάση και προχωρά ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου.το οποίο σημαίνει ότι το υδρολυμένο είναι αντιδραστικό και δεν μπορεί να αποθηκευτεί επ' αόριστον χωρίς το μοριακό του βάρος να παρασύρεται.
• Πολυμερισμός εξισορρόπησης ανοίγματος δαχτυλιδιών:Η εμπορική πολυμερισμός ανοίγει κυκλικά σιλοξάνια όπως οκταμεθυλοκυλοτετρασιλοξάνιο και δεκαμεθυλοκυλοπεντασιλοξάνιο με βασικό καταλύτη, συνήθως σιλανολικό κάλιο σε 10-100 ppm, σε θερμοκρασία 140-180 °C.Ο μηχανισμός δεν είναι μια απλή αλυσίδα ανάπτυξης μέχρι την ολοκλήρωση αλλά μια αναδιανομή,όπου οι δεσμοί σιλοξάνου διαλύονται συνεχώς και αναδιαμορφώνονται μέχρις ότου το σύστημα επιτύχει θερμοδυναμική ισορροπία μεταξύ γραμμικού πολυμερούς και κυκλικών ειδώνΟι πρακτικές συνέπειες είναι σημαντικές: το μοριακό βάρος καθορίζεται όχι από τη μετατροπή, αλλά από την ποσότητα του πώματος της αλυσίδας, συνήθως ενός μικρού υγρού με τερματισμό τριμεθυλοξυ ή ηξαμεθυλδισιλοξάνης,Έτσι η συνταγή και όχι ο χρόνος αντίδρασης καθορίζει το προϊόν.Η θερμοκρασία πρέπει να είναι ομοιόμορφη εντός περίπου 1°C, επειδή η ισορροπία εξαρτάται από τη θερμοκρασία και τα καυτά σημεία μετατοπίζουν τόσο το μοριακό βάρος όσο και το κυκλικό περιεχόμενο.Και στην ισορροπία 10-18% της μάζας είναι ακόμα κυκλική και πρέπει να αφαιρεθεί.
• Ανεπαρτησία καταλύτη και σταθερότητα προϊόντος:Επειδή η εξισορρόπηση είναι αναστρέψιμη και καταλύεται, κάθε ενεργός καταλύτης που παραμένει στο προϊόν θα συνεχίσει να αναδιανέμει τις αλυσίδες κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης, προκαλώντας μετατόπιση ιξώδους, επιστροφή σε κυκλικές,και στην χειρότερη περίπτωση ζελιούΗ ουδετερότητα είναι, επομένως, ένα διακριτό, κρίσιμο βήμα: μια στεχυομετρική ποσότητα φωσφορικού οξέος, σιλίλου φωσφορικού,ή διοξείδιο του άνθρακα συν νερό για να μετατραπεί το σιλανολικό κάλιο σε αδρανό αλάτιΟι κρυστάλλοι αλατιού συνήθως αφήνονται στο προϊόν για υγρά ή φιλτράρονται για υψηλής σαφήνειας.Η επαλήθευση γίνεται με επιταχυνόμενη δοκιμή θερμότητας, στο οποίο ένα δείγμα διατηρείται σε θερμοκρασία 200-250 °C για 24 ώρες και μετριέται η μεταβολή της ιξώδους; ένα σταθερό προϊόν αλλάζει κατά λιγότερο από λίγα τοις εκατό,Ενώ ένα ατελώς εξουδετερωμένο παχύνει ή αραιώνει σημαντικά..
• Αποθεματοποίηση και κυκλική αφαίρεση:Το μείγμα ισορροπίας πρέπει να μειωθεί από 10-18% κυκλικά κάτω από 100-1000 ppm,ανάλογα με την ποιότητα και τα κανονιστικά όρια για ορισμένα κυκλικά σιλοξανάριαΕπειδή το πολυμερές είναι ιξώδες, το περιοριστικό βήμα δεν είναι η πίεση ατμού των κυκλικών, αλλά η διάχυσή τους μέσω του λιωμένου σε ελεύθερη επιφάνεια.έτσι ο εξοπλισμός πρέπει να παράγει και να ανανεώνει μεγάλη επιφάνεια σε κενό 1-10 mbar σε θερμοκρασία 150-200°CΟι εξατμιστές με σκούπα και λεπτές ταινίες είναι οι πιο αποτελεσματικοί, επιτυγχάνοντας τα χαμηλότερα υπολείμματα με σύντομο χρόνο διαμονής που περιορίζει τη θερμική αποδόμηση.Η απομάκρυνση μέσα στον αντιδραστήρα με ένα αναπαραγωγό λωρίδας υψηλής επιφάνειας και το σπάρζινγκ αζώτου είναι φθηνότερη, αλλά πιο αργή και φτάνει σε υψηλότερο υπολειμματικόΟι πτητικοί παράγοντες συμπυκνώνονται και ανακτώνται για ανακύκλωση, η οποία αποτελεί οικονομική και συμμόρφωση.

2. Διαμορφώσεις αντιδραστήρα από παρτίδα σε συνεχές

Η διαμόρφωση επιλέγεται ανάλογα με το εύρος ιξώδους, την απόδοση και την κατηγορία προϊόντων που πρέπει να εξυπηρετεί το εργοστάσιο:

• Αντιδραστήρας ανάμιξης με παρτίδα:Η τυποποιημένη διαμόρφωση για το εύρος υγρών και μετριοπαθών ιξώδους και για φυτά που παράγουν πολλά είδη.με κάλυψη με μισό σωλήνα ή κάλυψη με λακκούβα καιΟι αντιδραστήρες παρτίδας είναι ευέλικτοι και επιτρέπουν την αλλαγή της ποιότητας μεταξύ των εκπομπών.και είναι η πρακτική επιλογή για τα ειδικά προϊόνταΟι περιορισμοί τους είναι η μεταφορά θερμότητας, δεδομένου ότι ο συντελεστής τοιχώματος πέφτει κάτω από 100 W/m2K σε υψηλή ιξώδητητα, ο χρόνος κύκλου, δεδομένου ότι η θέρμανση, η αντίδραση,Η εξουδετέρωση και η απομάκρυνση συμβαίνουν όλα διαδοχικά σε ένα δοχείο., και τη μεταβλητότητα από παρτίδα σε παρτίδα, η οποία πρέπει να ελέγχεται μέσω της πειθαρχίας της συνταγής και της ομοιομορφίας της θερμοκρασίας και όχι μέσω του ίδιου του εξοπλισμού.
• Συνεχείς κυκλικοί και στατικοί αντιδραστήρες αναμειγνυτών:Για τα τυποποιημένα υγρά μεγάλου όγκου, η συνεχής πολυμερισμός εξαλείφει εντελώς τον κύκλο των παρτίδων.ουσιαστικά ένα στατικό σύστημα ανάμειξης ή ένα σωληνωτό βρόχο με κυκλικό κύκλο, όπου το μείγμα θερμαίνεται στους 140-180 °C και διατηρείται για 10 έως 60 λεπτά για να φτάσει στην ισορροπία, μετά περνά μέσα από ένα μείγμα εξουδετέρωσης και μετά σε ένα συνεχές αποθεραπευτικό.Οι στατικοί αντιδραστήρες αναμειγνυτών είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι επειδή η εξισορρόπηση απαιτεί καλή ακτινική ανάμειξη και καθορισμένο χρόνο διαμονής αντί για έντονη κοπήΤο κέρδος είναι μια δεκαπλάσια μείωση του χρόνου διαμονής, ένα σταθερό προϊόν και ένα πολύ μικρότερο αποτύπωμα.Ο περιορισμός είναι ότι οι αλλαγές της ποιότητας παράγουν μεταβατικό υλικό, έτσι ώστε οι συνεχείς αμαξοστοιχίες είναι αφιερωμένες σε μια στενή λίστα προϊόντων.
• Πυρηνικός αντιδραστήρας διπλής βίδας:Για το υψηλό άκρο του εύρους ιξώδους και όλο και περισσότερο για τη συνεχή επεξεργασία χωρίς διαλύτες, ως αντιδραστήρα χρησιμεύει μια συντροφική διπλή βίδα.Αντιμετωπίζει ιξώδεις ουσίες που κανένα αναμειγμένο δοχείο δεν μπορεί να αναμείξει, παρέχει έντονη και ελεγχόμενη κοπή, εξαιρετική ανανέωση της επιφάνειας και ολοκληρωμένη αποθεραπεία μέσω πολλαπλών εξαερισμών κενού κατά μήκος του βαρελιού, με χρόνο διαμονής μόνο 1-5 λεπτών.Τα στοιχεία βίδες είναι διαμορφωμένα σε ζώνες τήξης ή τροφοδοσίαςΤα πλεονεκτήματα είναι δραματικά για τις τσίχλες υψηλού μοριακού βάρους και για τις ενώσεις υψηλής ιξώδους,και το σύντομο χρονικό όριο διαμονής θερμική υποβάθμισηΟι περιορισμοί είναι το κεφαλαιακό κόστος, η δεξιότητα που απαιτείται για το σχεδιασμό και τη λειτουργία του προφίλ βίδες και η δυσκολία καθαρισμού μεταξύ ασυμβίβαστων βαθμών.
• Κανόνες κλιμάκωσης και πιλοτικές απαιτήσεις:Η κλιμάκωση του σιλικόνης διέπεται από τρεις ποσότητες που δεν κλιμακώνονται γραμμικά με τον όγκο.Έτσι, μια παρτίδα που ψύχεται σε μια ώρα σε ένα πιλοτικό 100 λίτρων μπορεί να πάρει τέσσερις ώρες σε έναν αντιδραστήρα 10 m3Ο πιλότος πρέπει συνεπώς να ταιριάζει με τη γεωμετρία μεταφοράς θερμότητας παραγωγής, όχι μόνο με τον όγκο.και στο λαμιναρικό καθεστώς ο αριθμός των περιστροφών που απαιτούνται για την ομοιογένεια είναι περίπου σταθερόςΈτσι, ένα μεγάλο σκάφος χρειάζεται μια γεωμετρικά παρόμοια τροχιά σε αναλογική ταχύτητα, η οποία γρήγορα τρέχει στα όρια ροπής και άξονα.η απόσταση που πρέπει να διασκορπίσει ένα πτητικό μόριο πριν φτάσει σε ελεύθερη επιφάνεια αυξάνεταιΤα επιτυχημένα έργα δοκιμάζουν το στάδιο της αποθαρρύνσεως χωριστά στο κενό παραγωγής και στο πάχος του φιλμ.Αντί να το συμπεράνουμε από τις δοκιμές του αντιδραστήρα.

Συγκριτική μήτρα διαμορφώσεων αντιδραστήρων σιλικόνης

Συχνές ερωτήσεις (FAQ)