เครื่องปฏิกรณ์เรซินคืออะไร: ประเภท คุณลักษณะการออกแบบ และการใช้งาน

ตอบคำถามหลัก:เครื่องปฏิกรณ์เรซินคืออะไร?เครื่องปฏิกรณ์เรซินคือภาชนะที่ทำจากสเตนเลสสตีลแบบมีปลอกหุ้ม ซึ่งมักปั่นป่วน โดยที่โมโนเมอร์ถูกสร้างไว้ในสายโซ่โพลีเมอร์โดยการควบแน่นหรือการเติมโพลีเมอไรเซชันเพื่อผลิตอัลคิด โพลีเอสเตอร์ อะคริลิก อีพอกซี หรือเรซินโพลียูรีเทน ระยะเวลาการทำงานขึ้นอยู่กับครอบครัวทั้งหมด อัลคิดและเรซินโพลีเอสเตอร์เป็นโพลีคอนเดนเสทที่ทำงานที่อุณหภูมิ 190-260°C ซึ่งกำจัดน้ำ ดังนั้นภาชนะจึงจำเป็นต้องมีคอลัมน์แยกส่วนเพื่อแยกน้ำออกจากไกลคอลที่ระเหยง่าย อะคริลิกเรซินเป็นปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันจากอนุมูลอิสระที่ทำงานที่อุณหภูมิ 80-140°C ภายใต้กรดไหลย้อน ดังนั้นภาชนะจึงต้องใช้คอนเดนเซอร์ขนาดใหญ่เพื่อระบายความร้อนสูงสุด อีพอกซีเรซินถูกสร้างขึ้นที่อุณหภูมิ 150-200°C และโพลียูรีเทนจะกระจายตัวที่อุณหภูมิ 50-90°C ตามด้วยการผกผันเฟส คุณสมบัติสามประการที่เป็นสากล: การถ่ายเทความร้อนผ่านแจ็คเก็ตหรือคอยล์แบบครึ่งท่อที่สามารถให้ทั้งความร้อนและความเย็น ขนาดการกวนสำหรับโปรไฟล์ความหนืดแทนที่จะเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย และผ้าห่มก๊าซเฉื่อยเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการเกิดสี

1. ครอบครัวเรซินและความต้องการของเครื่องปฏิกรณ์แต่ละอย่าง

ห้าตระกูลครอบคลุมการผลิตเรซินส่วนใหญ่ และแต่ละกลุ่มมีข้อกำหนดที่แตกต่างกัน:

• อัลคิดเรซิน:อัลคิดทำจากโพลีออล กรดไดบาซิกหรือแอนไฮไดรด์ และกรดไขมันหรือน้ำมัน และเป็นส่วนประกอบสำคัญของสารเคลือบตกแต่งและอุตสาหกรรมที่ใช้ตัวทำละลาย ขั้นตอนแรกมักเป็นแอลกอฮอล์ไลซิส ซึ่งน้ำมันจะถูกทรานส์เอสเทอร์ด้วยกลีเซอรอลหรือเพนตะเอริทริทอลที่อุณหภูมิ 230-250°C โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น ลิเธียมไฮดรอกไซด์หรือลีดออกไซด์ และแบทช์จะต้องผ่านการทดสอบความทนทานต่อเมทานอลหรือเอทานอลเพื่อยืนยันว่าน้ำมันมีปฏิกิริยาเต็มที่ก่อนที่กรดจะถูกชาร์จ การควบแน่นภายหลังจะทำงานที่อุณหภูมิ 220-260°C ขจัดน้ำและขับค่ากรดลงไปที่ 5-25 มก. KOH/g ขึ้นอยู่กับว่าเกรดนั้นเป็นน้ำมันแบบยาว ปานกลาง หรือสั้น เนื่องจากอุณหภูมิสูงและวัตถุดิบเป็นน้ำมันไม่อิ่มตัว จึงจำเป็นต้องมีการห่อหุ้มก๊าซเฉื่อย และภาชนะต้องได้รับการออกแบบให้มีคอลัมน์ที่คืนโพลิออลที่ระเหยได้ในขณะที่นำน้ำออก
• โพลีเอสเตอร์อิ่มตัวและไม่อิ่มตัว:โพลีเอสเตอร์อิ่มตัวสำหรับการเคลือบและการเคลือบผง และโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัวสำหรับคอมโพสิต มีคุณสมบัติทางเคมีในการควบแน่นเหมือนกันที่อุณหภูมิ 190-220°C แต่จะแตกต่างกันในวัตถุดิบและสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไป เกรดที่ไม่อิ่มตัวจะใช้มาลิกแอนไฮไดรด์เพื่อทำให้เกิดพันธะคู่ที่เกิดปฏิกิริยา และถูกเจือจางในสไตรีนหลังปฏิกิริยา ดังนั้นจึงต้องตามด้วยถังเจือจางที่มีการควบคุมการทำความเย็นและสารยับยั้งของมันเอง เกรดอิ่มตัวจะถูกเจือจางในตัวทำละลายหรือถูกปล่อยออกมาเป็นของแข็งสำหรับการเคลือบสีฝุ่น ในทั้งสองกรณี จุดสิ้นสุดถูกกำหนดโดยค่ากรดและความหนืด ซึ่งทั้งสองค่าวัดใกล้กับจุดสิ้นสุดของแบทช์ในช่วงเวลาต่างๆ และในทั้งสองกรณี คอลัมน์บนทางออกของไอคือสิ่งที่กำหนดการสูญเสียไกลคอล ดังนั้นทั้งต้นทุนและรอบเวลา
• เรซินอะคริลิกและไวนิล:อะคริลิกเรซินเกิดจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของอะคริเลต เมทาคริเลต และสไตรีนโดยอนุมูลอิสระในตัวทำละลายที่อุณหภูมิ 80-140°C ภายใต้กรดไหลย้อน โดยใช้เปอร์ออกไซด์หรือตัวเริ่มต้นเอโซ เคมีจะปล่อยโมโนเมอร์ออกมา 60-80 กิโลจูลต่อโมลและขึ้นอยู่กับผลของเจล ดังนั้นเครื่องปฏิกรณ์จะทำงานแบบกึ่งชุด โดยป้อนโมโนเมอร์และตัวเริ่มปฏิกิริยาเป็นเวลา 2-6 ชั่วโมง และความร้อนจะถูกกำจัดออกไปส่วนใหญ่เป็นความร้อนแฝงของตัวทำละลายที่ไหลย้อนซึ่งควบคุมตัวเองได้ ดังนั้นคอนเดนเซอร์จะต้องมีขนาดสำหรับโหลดไอสูงสุด ไม่ใช่ค่าเฉลี่ย และท่อไอและทั้งระบบจะต้องถูกเฉื่อยและจัดอันดับสำหรับตัวทำละลายที่ติดไฟได้ จุดสิ้นสุดถูกกำหนดโดยการแปลงและตามความหนืดหรือตามเนื้อหาที่ไม่ระเหย และโดยปกติแล้วผลิตภัณฑ์จะถูกกรองก่อนที่จะออกจากเครื่องปฏิกรณ์
• เรซินอีพ็อกซี่และโพลียูรีเทน:อีพอกซีเรซินผลิตโดยการทำปฏิกิริยาบิสฟีนอล A กับอีพิคลอโรไฮดรินโดยมีสารกัดกร่อนที่อุณหภูมิ 150-200°C ตามด้วยการล้างเพื่อเอาเกลือออก และโดยการปอกเพื่อกำจัดอีพิคลอโรไฮดรินที่ไม่ทำปฏิกิริยาออก ดังนั้นเครื่องปฏิกรณ์จึงต้องจัดการกับของผสมที่มีเกลือซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนสองเฟส และตามด้วยขั้นตอนการล้างและลอกออก การกระจายตัวของโพลียูรีเทนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 50-90°C โดยการสร้างพรีโพลีเมอร์ที่สิ้นสุดด้วยไอโซไซยาเนต จากนั้นจึงกระจายไปในน้ำโดยมีการต่อสายโซ่ ดังนั้นเครื่องปฏิกรณ์จะต้องจัดการกับความหนืดสูงสุดที่คมชัดที่การผกผันของเฟส โดยแยกความชื้นออกอย่างเคร่งครัดเนื่องจากน้ำทำปฏิกิริยากับไอโซไซยาเนต และระบายคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียงนั้น ทั้งสองตระกูลต้องการการควบคุมอุณหภูมิที่เข้มงวดกว่าระบบโพลีคอนเดนเซชัน เนื่องจากปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเร็วกว่าและปฏิกิริยาข้างเคียงเกิดขึ้นได้น้อยกว่า

2. คุณสมบัติการออกแบบทั่วไปสำหรับเครื่องปฏิกรณ์เรซินทุกตัว

คุณลักษณะสี่ประการที่ปรากฏบนเครื่องปฏิกรณ์เรซินทั้งหมด และการเข้าใจผิดคือสิ่งที่จำกัดโรงงานส่วนใหญ่:

• การถ่ายเทความร้อนที่ทำงานทั้งสองทิศทาง:เครื่องปฏิกรณ์เรซินต้องให้ความร้อนประจุเย็นถึง 200°C หรือมากกว่า จากนั้นจึงขจัดคายความร้อนขนาดใหญ่ออก จากนั้นทำให้แบทช์เย็นลงเพื่อคายประจุ และจะต้องดำเนินการทั้งสามอย่างได้อย่างน่าเชื่อถือ ไอน้ำเพียงพอสูงถึงประมาณ 180°C ที่ความดันทางเศรษฐกิจ ซึ่งสูงกว่านั้นต้องใช้ของเหลวถ่ายเทความร้อนแบบหมุนเวียน โดยทั่วไปคือน้ำมันความร้อนหรือยูเทคติกไบฟีนิล-ไดฟีนิลออกไซด์ และแจ็คเก็ตต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับแรงดันของเหลว ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงนิยมใช้คอยล์แบบครึ่งท่อและแจ็คเก็ตแบบลักยิ้มมากกว่าแจ็คเก็ตธรรมดาบนภาชนะขนาดใหญ่ การทำความเย็นเป็นหน้าที่ที่ยากกว่า เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนจะลดลงเมื่อความหนืดเพิ่มขึ้น และเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิที่มีอยู่กับน้ำหล่อเย็นนั้นมีน้อยเมื่อใกล้สิ้นสุดการทำความเย็น การตอบสนองในทางปฏิบัติคือการกำหนดขนาดแจ็คเก็ตบนความหนืดที่จุดสิ้นสุดของปฏิกิริยามากกว่าที่จุดเริ่มต้น และจัดให้มีการหมุนเวียนภายนอกผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับภาชนะที่ใหญ่ที่สุด
• การกวนที่ตรงกับโปรไฟล์ความหนืด:ความหนืดของชุดเรซินเปลี่ยนแปลงไป 2-4 ลำดับความสำคัญในระหว่างรอบการทำงาน และเครื่องกวนจะต้องทำงานทุกจุด ในช่วงต้นของแบทช์ สารจะบางและต้องมีการผสมจำนวนมากและการถ่ายเทความร้อน ดังนั้นกังหันที่มีใบพัดแหลม ไฮโดรฟอยล์ หรือกังหันและพุกแบบรวมจึงทำงานได้ดี เมื่อโซ่โตขึ้นและความหนืดเพิ่มขึ้น ฟิล์มผนังจะหนาขึ้นและการถ่ายเทความร้อนจะพังทลายลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้พุกที่มีระยะห่างจากผนังอย่างใกล้ชิด 10-30 มม. หรือริบบอนแบบเกลียวเพื่อเปลี่ยนพื้นผิวใหม่ ที่ความหนืดสูงมากของระบบโพลีเอสเตอร์และอีพอกซีบางชนิด เครื่องจักรเครื่องเดียวไม่สามารถครอบคลุมช่วงได้ และมีการใช้การจัดเรียงโคแอกเชียล เครื่องกระจายความเร็วสูงบนเพลาหนึ่งและพุกช้าๆ บนอีกเพลาหนึ่ง เนื่องจากความหนืดที่จุดสิ้นสุดของปฏิกิริยาเป็นตัวกำหนดการออกแบบ ตัวขับเคลื่อนและกระปุกเกียร์จะต้องมีขนาดสำหรับการทำงานเต็มพิกัดที่ความหนืดนั้น รวมถึงการสตาร์ทเครื่องหลังจากการหยุดทำงานด้วย
• ระบบไอ: คอลัมน์ คอนเดนเซอร์ และสุญญากาศ:สำหรับเรซินควบแน่น ระบบไอไม่ใช่อุปกรณ์เสริม แต่เป็นส่วนที่กำหนดอัตราของกระบวนการ ต้องกำจัดน้ำออกอย่างต่อเนื่องเพื่อให้น้ำหนักโมเลกุลเพิ่มขึ้น แต่ไอระเหยที่อุณหภูมิ 200-260°C จะอุดมไปด้วยไกลคอลหรือโพลิออล ซึ่งมีราคาแพงและต้องไม่สูญหายไป คอลัมน์ที่บรรจุหรือเรียงเป็นถาดซึ่งมีขั้นตอนทางทฤษฎีสามถึงหกขั้นตอนในช่องระบายไอจะส่งไกลคอลกลับคืนในขณะที่ส่งน้ำเหนือศีรษะไปยังคอนเดนเซอร์และตัวรับ โดยที่น้ำจะถูกวัดเนื่องจากอัตราการรวบรวมเป็นตัวบ่งชี้ความคืบหน้าของปฏิกิริยาแบบเรียลไทม์ที่ดีที่สุด กระบวนการจำนวนมากเสร็จสิ้นภายใต้สุญญากาศที่ 400-700 มิลลิบาร์ เพื่อขับน้ำสุดท้ายออกไปโดยไม่ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ดังนั้น ถัง เสา และเครื่องรับทั้งหมดจะต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับสุญญากาศเต็ม และระบบสุญญากาศจะต้องมีขนาดสำหรับปริมาณน้ำ ณ จุดที่ยิ่งใหญ่ที่สุด
• วัสดุ ผ้าห่ม และการทำความสะอาด:สแตนเลส 316L เป็นมาตรฐานเนื่องจากสารตั้งต้นมีความเป็นกรดเล็กน้อย และเนื่องจากการปนเปื้อนของเหล็กทำให้เกิดสี ซึ่งมีความสำคัญในการเคลือบใสและในเกรดสีขาวและสีพาสเทล รอยเชื่อมมีพื้นเรียบและภาชนะมีรอยเชื่อม พื้นผิวภายในมักถูกขัดให้เหลือต่ำกว่า 0.8 ไมโครเมตร Ra เพื่อลดการเกิดฟิล์มและทำความสะอาดได้ง่ายขึ้น ก๊าซเฉื่อยที่มีไนโตรเจนปกคลุมอยู่ทั่วบริเวณ เนื่องจากออกซิเจนที่อุณหภูมิ 200-260°C ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ทำให้มืดลง และในระบบที่ไม่อิ่มตัว จะทำให้เกิดเจลก่อนเวลาอันควร การทำความสะอาดระหว่างผลิตภัณฑ์เป็นข้อจำกัดที่ซ่อนอยู่ในโรงงานที่มีผลิตภัณฑ์หลายชนิด: ถังที่ไม่สามารถทำความสะอาดได้อย่างรวดเร็วจะใช้เวลา 20-40% ของเวลาในการผลิต ดังนั้นการออกแบบจึงนิยมใช้โครงสร้างที่ปราศจากรอยแยก วาล์วด้านล่างแบบฝังเรียบ บอลสเปรย์สำหรับทำความสะอาดในสถานที่ และในกรณีที่แผ่นชนวนผลิตภัณฑ์เอื้ออำนวย ก็ต้องอุทิศภาชนะโดยตระกูลเรซิน

เมทริกซ์ตระกูลเรซินและข้อกำหนดเครื่องปฏิกรณ์

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

ถาม: เครื่องปฏิกรณ์เรซินกับเครื่องปฏิกรณ์เคมีมาตรฐานแตกต่างกันอย่างไร

ตอบ: เครื่องปฏิกรณ์เรซินเป็นเครื่องปฏิกรณ์เคมีที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับปัญหาเฉพาะประการหนึ่ง นั่นคือ การสร้างสายโซ่โพลีเมอร์ในขณะที่ความหนืดเพิ่มขึ้นตามขนาด และในระบบการควบแน่น จะกำจัดผลพลอยได้ของโมเลกุลขนาดเล็กออกอย่างต่อเนื่อง เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์เอนกประสงค์แล้วจะมีคุณสมบัติที่โดดเด่นสามประการ ระบบไอที่มีคอลัมน์แยกส่วน เนื่องจากเรซินควบแน่นจะต้องขจัดน้ำออกในขณะที่ยังคงรักษาไกลคอลที่ระเหยได้ เครื่องปฏิกรณ์ทั่วไปไม่มีข้อกำหนดดังกล่าว ขนาดการถ่ายเทความร้อนที่ความหนืดส่วนท้ายของแบทช์มากกว่าค่าเริ่มต้น เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์ของแจ็คเก็ตจะลดลงเมื่อโซ่โตขึ้น และเครื่องกวน เช่น พุกและริบบอนแบบเกลียว เลือกใช้สำหรับการต่ออายุผนังด้วยบริการที่มีความหนืดมากกว่าการผสมแบบปั่นป่วนจำนวนมาก เครื่องปฏิกรณ์แบบเรซินมักทำงานภายใต้ผ้าห่มไนโตรเจนและต่อมาภายใต้สุญญากาศ และเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้เป็นสแตนเลสที่มีพื้นผิวขัดเงาเนื่องจากสีเป็นพารามิเตอร์ข้อมูลจำเพาะ

ถาม: เหตุใดจึงต้องมีคอลัมน์แยกส่วนในเครื่องปฏิกรณ์เรซิน

ตอบ: เนื่องจากไอที่ออกจากเครื่องปฏิกรณ์โพลีคอนเดนเซชันที่อุณหภูมิ 190-260°C ไม่ใช่น้ำบริสุทธิ์ ไกลคอลและโพลีออล เช่น โพรพิลีนไกลคอล เอทิลีนไกลคอล และกลีเซอรอล มีความผันผวนที่อุณหภูมิของปฏิกิริยา โดยโพรพิลีนไกลคอลจะเดือดที่ 188°C ดังนั้น ไอระเหยส่วนใหญ่จึงเป็นวัตถุดิบที่มีคุณค่าซึ่งจะต้องไม่สูญหายไป โดยทั่วไปแล้ว คอลัมน์นี้จะมีขั้นตอนการบรรจุทางทฤษฎีสามถึงหกขั้นตอนหรือสองสามถาด เพื่อแยกน้ำซึ่งไหลผ่านเหนือศีรษะไปยังคอนเดนเซอร์และตัวรับ จากไกลคอล ซึ่งจะไหลย้อนกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์ หากไม่มีมัน ปริมาณการใช้ไกลคอลจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก อัตราส่วนโมลของประจุดริฟท์ น้ำหนักโมเลกุลและค่ากรดไม่ตรงกับสูตรอีกต่อไป และผลิตภัณฑ์อยู่นอกข้อกำหนด คอลัมน์ยังกำหนดรอบเวลา เนื่องจากจะกำหนดความเร็วของน้ำที่สามารถนำออกได้ที่อุณหภูมิที่กำหนด ซึ่งเป็นสาเหตุที่ตรวจสอบสภาพของคอลัมน์และอัตราส่วนการไหลย้อนทุกครั้งที่ชุดทำงานเป็นเวลานาน

ถาม: จุดสิ้นสุดของชุดเรซินถูกกำหนดอย่างไร

ตอบ: โดยการวิเคราะห์มากกว่าตามเวลา และการทดสอบเฉพาะนั้นขึ้นอยู่กับครอบครัว สำหรับเรซินควบแน่น เช่น อัลคิดและโพลีเอสเตอร์ การทดสอบเบื้องต้นคือค่ากรด โดย KOH เป็นมิลลิกรัมที่จำเป็นในการทำให้เรซินหนึ่งกรัมเป็นกลาง โดยตกลงไปที่เป้าหมาย 5-25 สำหรับอัลคิดและ 15-35 สำหรับโพลีเอสเตอร์ที่ไม่อิ่มตัว วัดโดยการไตเตรทตัวอย่างทุกๆ 1-2 ชั่วโมงเมื่อใกล้สิ้นสุดแบทช์ ความหนืดจะถูกวัดแบบคู่ขนาน ไม่ว่าจะบนเรซินที่เรียบร้อยหรือบนสารละลายที่มีปริมาณของแข็งที่กำหนดไว้ เนื่องจากจะเป็นการยืนยันน้ำหนักโมเลกุลโดยนัยของค่ากรด สำหรับการเติมเรซิน เช่น อะคริลิก การทดสอบคือเนื้อหาหรือการแปลงที่ไม่ระเหย บวกกับความหนืด ในทุกกรณี อัตราการเปลี่ยนแปลงมีความสำคัญพอๆ กับมูลค่า ปฏิกิริยาจะช้าลงเมื่อใกล้จะเสร็จสิ้น และเส้นโค้งที่แบนราบจะเตือนผู้ปฏิบัติงานว่าจุดสิ้นสุดใกล้เข้ามาแล้ว

ถาม: ปัญหาการปฏิบัติงานที่พบบ่อยที่สุดในเครื่องปฏิกรณ์เรซินคืออะไร

ตอบ: ห้าครั้งเกิดขึ้นอีก การเกิดเจลในภาชนะ จากปฏิกิริยาที่มากเกินไป จากการสูญเสียสารยับยั้งในระบบที่ไม่อิ่มตัว หรือจากวัสดุที่ยึดไว้บนผนังร้อนที่เกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์ในเวลาหลายชั่วโมง ป้องกันได้โดยการหยุดการวิเคราะห์ โดยการขูดผนัง และโดยการขัดพื้นผิวสัมผัส การเกิดสีจากการเข้าสู่ออกซิเจนที่อุณหภูมิ 200-260°C ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ไนโตรเจนปกคลุมและความแน่นของการรั่วไหลของถังมีความสำคัญ ได้รับการวินิจฉัยโดยการตรวจสอบการไหลของผ้าห่มและปริมาณออกซิเจนของก๊าซระบาย การเปรอะเปื้อนและการติดฟิล์มบนผนังและที่ส่วนต่อประสานระหว่างไอและของเหลว ทำให้เกิดอนุภาคเจลที่แสดงเป็นจุดในการเคลือบเสร็จแล้ว ได้รับการจัดการโดยการเคลือบแจ็คเก็ตเหนือระดับของเหลวและตามกำหนดการทำความสะอาดที่กำหนดไว้ ปัญหาในการกำจัดน้ำ จากคอลัมน์ที่เปรอะเปื้อนหรือน้ำท่วม หรือระบบสุญญากาศทำงานล้มเหลว ซึ่งแสดงเป็นชุดที่จะไม่ถึงค่ากรด และความหนืดเคลื่อนตัวซึ่งปฏิกิริยาไปไกลเกินกว่าที่ตั้งใจไว้และผลิตภัณฑ์ไม่สามารถระบายออกหรือเจือจางได้