रेजिन रिएक्टर क्या है: प्रकार, डिजाइन सुविधाएँ और अनुप्रयोग

मुख्य प्रश्न का उत्तर: रेजिन रिएक्टर क्या है? एक रेजिन रिएक्टर एक जैकेटेड, उत्तेजित, आमतौर पर स्टेनलेस स्टील का बर्तन होता है जिसमें मोनोमर्स को पॉलीकोंडेंसेशन या एडिशन पॉलीमराइजेशन द्वारा पॉलीमर श्रृंखलाओं में बनाया जाता है ताकि एल्केड, पॉलिएस्टर, ऐक्रेलिक, एपॉक्सी या पॉलीयुरेथेन रेजिन का उत्पादन किया जा सके। ऑपरेटिंग विंडो पूरी तरह से परिवार पर निर्भर करती है। एल्केड और पॉलिएस्टर रेजिन 190-260°C पर चलने वाले पॉलीकोंडेंसेशन होते हैं जो पानी को खत्म करते हैं, इसलिए बर्तन को वाष्पशील ग्लाइकॉल से पानी को अलग करने के लिए एक फ्रैक्शनटिंग कॉलम की आवश्यकता होती है। ऐक्रेलिक रेजिन 80-140°C पर रिफ्लक्स के तहत चलने वाले फ्री रेडिकल पॉलीमराइजेशन होते हैं, इसलिए बर्तन को पीक हीट रिलीज के लिए आकार का एक बड़ा कंडेनसर चाहिए। एपॉक्सी रेजिन 150-200°C पर बनाए जाते हैं, और पॉलीयुरेथेन डिस्पर्शन 50-90°C पर चरण व्युत्क्रमण के बाद। तीन विशेषताएं सार्वभौमिक हैं: जैकेट या हाफ-पाइप कॉइल के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण जो हीटिंग और कूलिंग दोनों में सक्षम है, चिपचिपाहट प्रोफ़ाइल के लिए न कि अंतिम उत्पाद के लिए आकार का आंदोलन, और ऑक्सीकरण और रंग गठन को रोकने के लिए एक निष्क्रिय गैस कंबल।

1. रेजिन परिवार और प्रत्येक की रिएक्टर से क्या मांगें हैं

पांच परिवार अधिकांश रेजिन उत्पादन को कवर करते हैं, और प्रत्येक एक विशिष्ट आवश्यकताओं का सेट लगाता है:

• एल्केड रेजिन: एल्केड पॉलीओल, एक डाइबेसिक एसिड या एनहाइड्राइड और एक फैटी एसिड या तेल से बनाए जाते हैं, और सॉल्वेंट-आधारित सजावटी और औद्योगिक कोटिंग्स के वर्कहॉर्स हैं। पहला कदम अक्सर अल्कोहलिसिस होता है, जिसमें तेल को 230-250°C पर ग्लाइकॉल या पेंटाएरिथ्रिटोल के साथ एक उत्प्रेरक जैसे लिथियम हाइड्रॉक्साइड या लेड ऑक्साइड की उपस्थिति में ट्रांसएस्टरीफाइड किया जाता है, और एसिड को चार्ज करने से पहले तेल के पूरी तरह से प्रतिक्रिया करने की पुष्टि करने के लिए बैच को मेथनॉल या इथेनॉल सहनशीलता परीक्षण पास करना चाहिए। बाद का पॉलीकोंडेंसेशन 220-260°C पर चलता है, पानी को खत्म करता है और एसिड मान को 5-25 mg KOH/g तक कम करता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि ग्रेड लॉन्ग, मीडियम या शॉर्ट ऑयल है या नहीं। क्योंकि तापमान अधिक होता है और कच्चे माल असंतृप्त तेल होते हैं, एक निष्क्रिय गैस कंबल आवश्यक है, और बर्तन को एक कॉलम के साथ डिजाइन किया जाना चाहिए जो वाष्पशील पॉलीओल को वापस करता है जबकि पानी को हटाता है।
• संतृप्त और असंतृप्त पॉलिएस्टर: कोटिंग्स और पाउडर कोटिंग्स के लिए संतृप्त पॉलिएस्टर, और कंपोजिट के लिए असंतृप्त पॉलिएस्टर, 190-220°C पर समान पॉलीकोंडेंसेशन रसायन शास्त्र साझा करते हैं लेकिन कच्चे माल में और आगे क्या होता है, इसमें भिन्न होते हैं। असंतृप्त ग्रेड प्रतिक्रिया के बाद प्रतिक्रियाशील डबल बॉन्ड पेश करने के लिए मैलिक एनहाइड्राइड का उपयोग करते हैं और स्टाइरीन में पतला होते हैं, इसलिए रिएक्टर के बाद अपने स्वयं के कूलिंग और अवरोधक नियंत्रण के साथ एक तनुकरण बर्तन होना चाहिए। संतृप्त ग्रेड सॉल्वेंट में पतला होते हैं या पाउडर कोटिंग के लिए ठोस के रूप में डिस्चार्ज किए जाते हैं। दोनों मामलों में अंतिम बिंदु एसिड मान और चिपचिपाहट द्वारा निर्धारित किया जाता है, दोनों को बैच के अंत के पास अंतराल पर मापा जाता है, और दोनों मामलों में वाष्प आउटलेट पर कॉलम वह है जो ग्लाइकॉल हानि और इसलिए लागत और चक्र समय दोनों को निर्धारित करता है।
• ऐक्रेलिक और विनाइल रेजिन: ऐक्रेलिक रेजिन 80-140°C पर सॉल्वेंट में रिफ्लक्स के तहत एक पेरोक्साइड या एज़ो इनिशिएटर का उपयोग करके एक्रिलेट्स, मेथैक्रिलेट्स और स्टाइरीन के फ्री रेडिकल पॉलीमराइजेशन द्वारा बनाए जाते हैं। रसायन शास्त्र प्रति मोल मोनोमर 60-80 kJ जारी करता है और जेल प्रभाव के अधीन है, इसलिए रिएक्टर को सेमी-बैच चलाया जाता है, 2-6 घंटे में मोनोमर और इनिशिएटर को फीड किया जाता है, और गर्मी को मुख्य रूप से रिफ्लक्सिंग सॉल्वेंट की अव्यक्त गर्मी के रूप में हटाया जाता है, जो स्व-विनियमन है। इसलिए कंडेनसर को औसत के बजाय पीक वाष्प लोड के लिए आकार दिया जाना चाहिए, और वाष्प लाइन और पूरे सिस्टम को ज्वलनशील सॉल्वेंट के लिए निष्क्रिय और रेटेड होना चाहिए। अंतिम बिंदु रूपांतरण और चिपचिपाहट या गैर-वाष्पशील सामग्री द्वारा निर्धारित किया जाता है, और उत्पाद को आमतौर पर रिएक्टर छोड़ने से पहले फ़िल्टर किया जाता है।
• एपॉक्सी और पॉलीयुरेथेन रेजिन: एपॉक्सी रेजिन को 150-200°C पर कास्टिक की उपस्थिति में बिस्फेनोल ए को एपिक्लोरोहाइड्रिन के साथ प्रतिक्रिया करके बनाया जाता है, इसके बाद नमक को हटाने के लिए धुलाई और अप्रतिक्रियाशील एपिक्लोरोहाइड्रिन को हटाने के लिए स्ट्रिपिंग की जाती है; इसलिए रिएक्टर को संक्षारक, दो-चरण, नमक युक्त मिश्रण को संभालना चाहिए और इसके बाद धुलाई और स्ट्रिपिंग चरण होता है। पॉलीयुरेथेन डिस्पर्शन 50-90°C पर एक आइसोसाइनेट-टर्मिनेटेड प्रीपॉलीमर बनाकर और फिर इसे चेन एक्सटेंशन के साथ पानी में फैलाकर बनाए जाते हैं, इसलिए रिएक्टर को चरण व्युत्क्रमण पर एक तेज चिपचिपाहट पीक को संभालना चाहिए, नमी को सख्ती से बाहर करना चाहिए क्योंकि पानी आइसोसाइनेट के साथ प्रतिक्रिया करता है, और उस साइड रिएक्शन द्वारा उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड को वेंट करना चाहिए। दोनों परिवारों को पॉलीकोंडेंसेशन सिस्टम की तुलना में सख्त तापमान नियंत्रण की आवश्यकता होती है, क्योंकि प्रतिक्रियाएं तेज होती हैं और साइड रिएक्शन कम क्षमाशील होते हैं।

2. हर रेजिन रिएक्टर के लिए सामान्य डिजाइन सुविधाएँ

सभी रेजिन रिएक्टरों पर चार विशेषताएं दिखाई देती हैं, और उन्हें गलत करना ही अधिकांश संयंत्रों को सीमित करता है:

• दोनों दिशाओं में काम करने वाला हीट ट्रांसफर: एक रेजिन रिएक्टर को ठंडे चार्ज को 200°C या उससे अधिक तक गर्म करना चाहिए, फिर एक बड़े एक्सोथर्म को हटाना चाहिए, फिर डिस्चार्ज के लिए बैच को ठंडा करना चाहिए, और इसे उन तीनों को मज़बूती से करना चाहिए। भाप लगभग 180°C तक आर्थिक दबाव पर पर्याप्त है, जिसके ऊपर एक परिसंचारी गर्मी हस्तांतरण द्रव, आमतौर पर एक थर्मल तेल या एक बाइफेनिल-डाइफेनिल ऑक्साइड यूटेक्टिक, की आवश्यकता होती है, और जैकेट को द्रव दबाव के लिए रेटेड होना चाहिए, यही कारण है कि बड़े जहाजों पर साधारण जैकेट की तुलना में हाफ-पाइप कॉइल और डिंपल जैकेट को प्राथमिकता दी जाती है। कूलिंग कठिन कर्तव्य है, क्योंकि चिपचिपाहट बढ़ने पर गर्मी हस्तांतरण गुणांक गिर जाता है और क्योंकि कूलिंग पानी के लिए उपलब्ध तापमान अंतर कूल-डाउन के अंत के पास छोटा होता है। व्यावहारिक प्रतिक्रिया जैकेट को शुरुआत में चिपचिपाहट के बजाय प्रतिक्रिया के अंत में चिपचिपाहट पर आकार देना है, और सबसे बड़े जहाजों के लिए हीट एक्सचेंजर के माध्यम से एक बाहरी परिसंचरण लूप प्रदान करना है।
• चिपचिपाहट प्रोफ़ाइल से मेल खाने वाला आंदोलन: एक रेजिन बैच की चिपचिपाहट चक्र के दौरान दो से चार परिमाण के क्रमों से बदल जाती है, और आंदोलनकर्ता को हर बिंदु पर काम करना चाहिए। बैच की शुरुआत में सामग्री पतली होती है और आवश्यकता थोक मिश्रण और गर्मी हस्तांतरण होती है, इसलिए एक पिच-ब्लेड टरबाइन, एक हाइड्रोफॉइल या एक संयुक्त टरबाइन और एंकर अच्छी तरह से काम करता है। जैसे-जैसे श्रृंखला बढ़ती है और चिपचिपाहट बढ़ती है, दीवार की फिल्म मोटी हो जाती है और गर्मी हस्तांतरण ध्वस्त हो जाता है, इसलिए 10-30 मिमी की क्लोज वॉल क्लीयरेंस वाला एक एंकर, या एक हेलिकल रिबन, सतह को नवीनीकृत करने के लिए आवश्यक है। कुछ पॉलिएस्टर और एपॉक्सी सिस्टम की बहुत उच्च चिपचिपाहट के लिए, एक एकल मशीन सीमा को कवर नहीं कर सकती है और एक समाक्षीय व्यवस्था, एक शाफ्ट पर एक उच्च गति डिस्पेंसर और दूसरे पर एक धीमा एंकर, का उपयोग किया जाता है। क्योंकि प्रतिक्रिया के अंत में चिपचिपाहट डिजाइन मामला है, ड्राइव और गियरबॉक्स को उस चिपचिपाहट पर पूर्ण-लोड ऑपरेशन के लिए आकार दिया जाना चाहिए, जिसमें रुकावट के बाद स्टार्ट-अप भी शामिल है।
• वाष्प प्रणाली: कॉलम, कंडेनसर और वैक्यूम: संघनन रेजिन के लिए, वाष्प प्रणाली एक सहायक उपकरण नहीं बल्कि प्रक्रिया का दर-निर्धारण भाग है। आणविक भार बढ़ने के लिए पानी को लगातार हटाया जाना चाहिए, लेकिन 200-260°C पर निकलने वाला वाष्प ग्लाइकॉल या पॉलीओल से समृद्ध होता है, जो महंगा होता है और इसे खोना नहीं चाहिए। वाष्प आउटलेट पर तीन से छह सैद्धांतिक चरणों का एक पैक या ट्रे वाला कॉलम ग्लाइकॉल को वापस करता है जबकि पानी को कंडेनसर और रिसीवर में ऊपर ले जाता है, जहां पानी को मापा जाता है क्योंकि इसके संग्रह की दर प्रतिक्रिया प्रगति का सबसे अच्छा वास्तविक समय संकेतक है। कई प्रक्रियाएं 400-700 mbar के वैक्यूम के तहत समाप्त होती हैं ताकि तापमान बढ़ाए बिना अंतिम पानी को बाहर निकाला जा सके, इसलिए बर्तन, कॉलम और रिसीवर सभी को पूर्ण वैक्यूम के लिए रेटेड होना चाहिए, और वैक्यूम सिस्टम को उस बिंदु पर पानी के भार के लिए आकार दिया जाना चाहिए जहां यह सबसे बड़ा है।
• सामग्री, ब्लैंकेटिंग और सफाई: 316L स्टेनलेस स्टील मानक है क्योंकि अभिकारक हल्के अम्लीय होते हैं और क्योंकि लोहे का संदूषण रंग का कारण बनता है, जो स्पष्ट कोटिंग्स और सफेद और पेस्टल ग्रेड में मायने रखता है। वेल्ड को चिकना कर दिया जाता है और बर्तन को निष्क्रिय कर दिया जाता है; आंतरिक सतहों को अक्सर 0.8 माइक्रोमीटर Ra से नीचे पॉलिश किया जाता है ताकि फिल्मिंग कम हो सके और सफाई आसान हो सके। नाइट्रोजन का एक निष्क्रिय गैस कंबल पूरे समय लगाया जाता है, क्योंकि 200-260°C पर ऑक्सीजन ऑक्सीकरण, कालापन और, असंतृप्त प्रणालियों में, समय से पहले जेलिंग का कारण बनता है। उत्पादों के बीच सफाई एक बहु-उत्पाद संयंत्र में छिपी हुई बाधा है: एक बर्तन जो जल्दी से साफ नहीं किया जा सकता है, उत्पादन से बाहर 20-40% समय खर्च करता है, इसलिए डिजाइन दरार-मुक्त निर्माण, फ्लश-माउंटेड बॉटम वाल्व, क्लीन-इन-प्लेस के लिए स्प्रे बॉल और, जहां उत्पाद स्लेट अनुमति देता है, रेजिन परिवार द्वारा बर्तनों को समर्पित करने का पक्ष लेते हैं।

रेजिन परिवार और रिएक्टर आवश्यकताएँ मैट्रिक्स

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

प्र: रेजिन रिएक्टर और एक मानक रासायनिक रिएक्टर के बीच क्या अंतर है?

उ: एक रेजिन रिएक्टर एक रासायनिक रिएक्टर है जो एक विशिष्ट समस्या के लिए अनुकूलित है: चिपचिपाहट के कई परिमाण से बढ़ने पर एक पॉलीमर श्रृंखला का निर्माण, और, संघनन प्रणालियों में, एक छोटे-अणु उप-उत्पाद को लगातार हटाना। एक सामान्य-उद्देश्य वाले रिएक्टर की तुलना में इसमें तीन विशिष्ट विशेषताएं हैं। एक फ्रैक्शनटिंग कॉलम के साथ एक वाष्प प्रणाली, क्योंकि संघनन रेजिन को वाष्पशील ग्लाइकॉल को बनाए रखते हुए पानी को हटाना चाहिए; एक सामान्य रिएक्टर में ऐसी कोई आवश्यकता नहीं होती है। अंत-बैच चिपचिपाहट के बजाय प्रारंभिक चिपचिपाहट पर आकार का हीट ट्रांसफर, क्योंकि श्रृंखला बढ़ने पर जैकेट गुणांक ध्वस्त हो जाता है; और आंदोलनकर्ता, जैसे एंकर और हेलिकल रिबन, थोक अशांत मिश्रण के बजाय चिपचिपा सेवा में दीवार नवीनीकरण के लिए चुने जाते हैं। रेजिन रिएक्टर भी आमतौर पर नाइट्रोजन कंबल के तहत और बाद में वैक्यूम के तहत संचालित होते हैं, और वे पॉलिश सतहों के साथ स्टेनलेस स्टील होते हैं क्योंकि रंग एक विनिर्देश पैरामीटर है।

प्र: रेजिन रिएक्टर पर फ्रैक्शनटिंग कॉलम की आवश्यकता क्यों होती है?

उ: क्योंकि पॉलीकोंडेंसेशन रिएक्टर से 190-260°C पर निकलने वाला वाष्प शुद्ध पानी नहीं होता है। प्रोपलीन ग्लाइकॉल, एथिलीन ग्लाइकॉल और ग्लिसरॉल जैसे ग्लाइकॉल और पॉलीओल प्रतिक्रिया तापमान पर वाष्पशील होते हैं, प्रोपलीन ग्लाइकॉल 188°C पर उबलता है, इसलिए वाष्प का एक बड़ा हिस्सा मूल्यवान कच्चा माल होता है जिसे खोना नहीं चाहिए। कॉलम, आमतौर पर पैकिंग के तीन से छह सैद्धांतिक चरण या कुछ ट्रे, पानी को अलग करता है, जो कंडेनसर और रिसीवर में ऊपर जाता है, ग्लाइकॉल से, जो रिएक्टर में वापस रिफ्लक्स होता है। इसके बिना, ग्लाइकॉल की खपत काफी बढ़ जाती है, चार्ज का मोलर अनुपात भटक जाता है, आणविक भार और एसिड मान अब नुस्खा से मेल नहीं खाते हैं, और उत्पाद विनिर्देश से बाहर होता है। कॉलम चक्र समय भी निर्धारित करता है, क्योंकि यह निर्धारित करता है कि दिए गए तापमान पर पानी कितनी तेजी से हटाया जा सकता है, यही कारण है कि जब भी कोई बैच लंबा चलता है तो कॉलम की स्थिति और रिफ्लक्स अनुपात की जांच की जाती है।

प्र: रेजिन बैच का अंतिम बिंदु कैसे निर्धारित किया जाता है?

उ: समय के बजाय विश्लेषण द्वारा, और विशिष्ट परीक्षण परिवार पर निर्भर करता है। एल्केड और पॉलिएस्टर जैसे संघनन रेजिन के लिए, प्राथमिक परीक्षण एसिड मान है, KOH के मिलीग्राम की आवश्यकता एक ग्राम रेजिन को निष्क्रिय करने के लिए, एल्केड के लिए 5-25 और असंतृप्त पॉलिएस्टर के लिए 15-35 के लक्ष्य तक गिरता है; इसे बैच के अंत के पास हर एक से दो घंटे में एक नमूने का अनुमापन करके मापा जाता है। चिपचिपाहट समानांतर में मापी जाती है, या तो शुद्ध रेजिन पर या एक परिभाषित ठोस सामग्री पर एक समाधान पर, क्योंकि यह एसिड मान द्वारा निहित आणविक भार की पुष्टि करता है। ऐक्रेलिक जैसे अतिरिक्त रेजिन के लिए, परीक्षण गैर-वाष्पशील सामग्री या रूपांतरण, प्लस चिपचिपाहट हैं। हर मामले में परिवर्तन की दर मान जितनी ही महत्वपूर्ण होती है: प्रतिक्रिया पूर्णता के करीब आने पर धीमी हो जाती है, और एक सपाट वक्र ऑपरेटर को चेतावनी देता है कि अंतिम बिंदु निकट है।

प्र: रेजिन रिएक्टर में सबसे आम परिचालन समस्याएं क्या हैं?

उ: पांच बार-बार होती हैं। बर्तन में जेलिंग, ओवर-रिएक्शन से, असंतृप्त प्रणालियों में अवरोधक के नुकसान से, या गर्म दीवार पर रखे गए पदार्थ से जो घंटों तक पॉलीमराइज़ होता है; इसे विश्लेषण पर रोककर, दीवार-खुरचनी आंदोलन और संपर्क सतहों को पॉलिश करके रोका जाता है। रंग का गठन, 200-260°C पर ऑक्सीजन प्रवेश से, यही कारण है कि नाइट्रोजन कंबल और बर्तन की रिसाव-तंगता मायने रखती है; इसका निदान कंबल प्रवाह और वेंट गैस की ऑक्सीजन सामग्री की जांच करके किया जाता है। दीवार पर और वाष्प-तरल इंटरफ़ेस परfouling और फिल्मिंग, जेल कणों का उत्पादन जो तैयार कोटिंग में धब्बे के रूप में दिखाई देते हैं; इसे तरल स्तर से ऊपर जैकेट कवरेज और एक परिभाषित सफाई कार्यक्रम द्वारा प्रबंधित किया जाता है। पानी हटाने की समस्याएं, एक दूषित या बाढ़ वाले कॉलम या एक विफल वैक्यूम प्रणाली से, जो ऐसे बैचों के रूप में दिखाई देती हैं जो एसिड मान तक नहीं पहुंचेंगे। और चिपचिपाहट का भाग जाना, जहां प्रतिक्रिया इच्छित से आगे बढ़ जाती है और उत्पाद को डिस्चार्ज या पतला नहीं किया जा सकता है।