巖征儀器-釜式聚合反應器工作原理

• 釜體：通常為圓柱形（帶橢圓形或球形封頭），材質根據反應介質選擇（如不銹鋼 304/316L 用于耐腐蝕場景，碳鋼用于中性體系），提供反應空間并承受反應壓力（常壓至數十 MPa）。

• 攪拌系統：由電機、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、引發劑、催化劑等充分接觸），并強化釜內傳熱（避免局部過熱）。攪拌槳類型根據物料黏度選擇（如低黏度用推進式，高黏度用錨式、螺帶式）。

• 溫控系統：通過夾套（或內盤管）通入加熱介質（熱水、導熱油）或冷卻介質（冷水、冷凍液），配合釜內溫度傳感器實時調節，維持反應所需溫度（如自由基聚合通常在 50-150℃，縮聚反應可能高達 200-300℃）。

• 壓力控制系統：通過安全閥、放空閥、惰性氣體（如氮氣）通入閥調節釜內壓力，適應不同聚合類型（如高壓聚乙烯反應需 100-300MPa，而本體聚合可能在常壓或微正壓下進行）。

• 密封裝置：對于高壓或易揮發體系，采用機械密封或磁力密封（避免泄漏），確保釜內介質不與外界接觸，同時防止空氣進入（避免氧阻聚或物料氧化）。

二、反應過程：從單體到聚合物的轉化

1. 進料階段
   單體（如乙烯、苯乙烯、氯乙烯等）、引發劑（或催化劑）、溶劑（如溶液聚合）或分散介質（如懸浮聚合）通過計量泵按比例加入釜內。進料前通常需用惰性氣體（氮氣）置換釜內空氣（排除氧氣、水分等雜質，防止影響聚合或引發副反應），確保反應體系純凈。
2. 聚合反應階段
   這是核心環節，通過以下過程實現單體向聚合物的轉化：

• 引發：在加熱（或光照、輻射）條件下，引發劑分解產生自由基（自由基聚合），或催化劑活化（如配位聚合中的 Ziegler-Natta 催化劑），與單體分子結合形成活性中心。

• 增長：活性中心不斷與單體分子結合，使分子鏈持續延長（如乙烯單體通過加成反應形成聚乙烯長鏈）。此階段需通過攪拌確保物料均勻，避免局部濃度過高導致分子量分布不均；同時通過溫控系統移除反應熱（聚合反應多為放熱反應，如苯乙烯聚合熱約為 69kJ/mol），防止溫度驟升引發爆聚或產物降解。

• 終止：當單體轉化率達到目標（通常 70%-90%），通過降溫、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。

3. 出料階段
   反應完成后，通過降壓、降溫使釜內產物（聚合物熔體、溶液或懸浮液）通過出料口排出，進入后續處理工序（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。