ABS聚合反應(yīng)釜有機(jī)物粘釜分析

李洋，劉航遠(yuǎn)

（天津大沽化工股份有限公司ABS事業(yè)部，天津 300455）

ABS塑料樹脂是目前產(chǎn)量最大并且應(yīng)用范圍最為廣泛的一種聚合物，它是由苯乙烯、丙烯腈和丁二烯組成的三元共聚物，其具有抗沖擊性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性等特點，還可以進(jìn)行表面噴鍍金屬等二次加工，是一種熱塑性工程塑料。ABS樹脂由高橡膠接枝粉和堅硬的AS樹脂擠出獲得。在生產(chǎn)高橡膠接枝粉的過程中，化學(xué)物質(zhì)粘釜成為了正常生產(chǎn)中的一個嚴(yán)重問題，也是生產(chǎn)中的一個難點。

所謂“粘釜”是指單體在反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)時，在釜的內(nèi)壁、攪拌槳葉、溫度計以及換熱擋板等表面不同程度的粘附有高橡膠接枝樹脂，它的存在對生產(chǎn)、安全和產(chǎn)品質(zhì)量都有一定的影響。

1 粘釜的形成

1.1 物理因素

反應(yīng)釜內(nèi)壁及附件等在加工時由于其表面的光潔度差，或者在人工清理后留存在表面的劃痕和粘料殘余，使得聚合物易于在表面進(jìn)一步形成塊狀的物料，加速了粘釜的過程。此種粘釜沒有化學(xué)作用參加，粘料也容易清除。

1.2 化學(xué)因素

化學(xué)粘釜原理與電子自由基催化理論相似，釜壁、攪拌槳葉及反應(yīng)釜附件的金屬晶格之間，由于溫度、壓力等外界環(huán)境能量的變化產(chǎn)生了位移，從而使晶格中存在失去電子的空穴，這些空穴能形成價鍵并與反應(yīng)釜中的單體或單體自由基形成化學(xué)鍵，形成聯(lián)鎖反應(yīng)，粘釜就不斷的進(jìn)行下去。所以，這種粘釜結(jié)合的比較強(qiáng)，一般很難清除。

2 粘釜的危害

2.1 對安全的危害

粘釜料在反應(yīng)釜中的分布是無規(guī)則的，有利于進(jìn)一步加速粘釜過程。粘釜最大的危害是對安全和質(zhì)量的危害，尤其對安全的威脅更大。粘釜對安全的危害主要體現(xiàn)在粘釜嚴(yán)重的反應(yīng)釜反應(yīng)時的局部過熱。

反應(yīng)釜原料聚合放熱：

a.苯乙烯672kJ/kg

b.丙烯腈1441 kJ/kg

從上述數(shù)據(jù)來看，聚合反應(yīng)放出的能量巨大，在粘釜現(xiàn)象出現(xiàn)后，由于聚合反應(yīng)釜的熱阻增加，反應(yīng)釜的傳熱系數(shù)降低，嚴(yán)重時會導(dǎo)致反應(yīng)釜中的聚合反應(yīng)放出的熱量不能及時移除，反應(yīng)釜有超溫、超壓及爆聚的危險，存在安全隱患，容易發(fā)生事故。雖然隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高及安全措施的防范，這種危害發(fā)生的概率很小，但也不能有絲毫的松懈。

例如，某反應(yīng)釜開始反應(yīng)不久，反應(yīng)釜溫度指示1與反應(yīng)釜中間溫度指示2相差8℃，且反應(yīng)釜溫度1變化遲緩，反應(yīng)過程中因DCS控制反應(yīng)釜溫度時未及時干預(yù)，因溫度計實際溫度與設(shè)定溫度偏差大導(dǎo)致反應(yīng)釜持續(xù)加熱，但反應(yīng)釜實際溫度已經(jīng)達(dá)到聯(lián)鎖值，導(dǎo)致了反應(yīng)釜緊急停車，待反應(yīng)釜出料后檢查反應(yīng)溫度計，發(fā)現(xiàn)溫度計粘料嚴(yán)重，造成了反應(yīng)溫度曲線異常，反應(yīng)釜溫度超高。

2.2 對生產(chǎn)和質(zhì)量的危害

粘釜導(dǎo)致的反應(yīng)釜換熱效果不良，延長了聚合反應(yīng)時間，降低了反應(yīng)釜的生產(chǎn)能力，同時，由于粘釜導(dǎo)致的反應(yīng)釜熱量移除不及時，在聚合過程中，反應(yīng)釜實際溫度小于設(shè)定的維持溫度且偏差較大，尤其在升溫結(jié)束后偏差更加顯著，該情況下，在后續(xù)工序中易出現(xiàn)大量的皮子料，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，且增加了產(chǎn)品單耗。

另外，粘釜料因釜內(nèi)物料的撞擊等原因混合到聚合料中，大塊的粘釜料會堵塞反應(yīng)釜出料管線，從而導(dǎo)致聚合釜排料的困難，需要大量的水反頂，增加了聚合釜的使用周期，又浪費(fèi)了大量的無離子水，同時還降低了設(shè)備利用率。

以上種種影響，要求我們不得不定期對反應(yīng)釜進(jìn)行清理從而保證連續(xù)生產(chǎn)，但清釜的同時又減少了反應(yīng)釜批次入料次數(shù)，降低了設(shè)備的使用率，增加了人工成本，還會影響清釜人員的健康。所以解決防粘釜問題具有很好的經(jīng)濟(jì)社會效益。

3 粘釜的對策

3.1 清釜

反應(yīng)釜應(yīng)配有高壓清洗系統(tǒng)，在聚合釜出料后按照預(yù)設(shè)的程序使用高壓無離子水對反應(yīng)釜的內(nèi)壁、攪拌和擋板進(jìn)行清洗，確保反應(yīng)釜是干凈的。

掌握反應(yīng)釜的運(yùn)行狀態(tài)，反應(yīng)釜傳熱效率是否降低，反應(yīng)釜反應(yīng)溫度壓力曲線是否符合正常走勢，根據(jù)反應(yīng)釜清理周期及清理前后情況來判斷反應(yīng)釜粘釜輕重，同時反應(yīng)釜釜重也是一個判斷粘釜的一個重要指標(biāo)。

清釜必須嚴(yán)格化和規(guī)范化，對清釜前后的情況進(jìn)行記錄，針對清釜制定專門的作業(yè)計劃，包括清理的部位和項目，保證清理后設(shè)備表面的光滑和平整，從而達(dá)到良好傳熱的目的。

3.2 控制反應(yīng)參數(shù)

密切關(guān)注反應(yīng)釜的溫度、壓力等參數(shù)，尋找合適的反應(yīng)釜溫度，使反應(yīng)過程趨于緩和，降低反應(yīng)的劇烈程度，保證反應(yīng)釜各個區(qū)域沒有反應(yīng)死角，尋找一套最佳的控制方案。同時關(guān)注反應(yīng)釜膠乳的pH，確保膠乳的穩(wěn)定性能。

3.3 納米涂層溶膠

粘釜現(xiàn)象主要集中發(fā)生在反應(yīng)釜釜壁，在制作不銹鋼反應(yīng)釜時，通過對其表面涂刷不沾涂層，能夠有效的提高防粘效果，延長清釜周期。

低表面能的納米涂層溶膠具有很好的疏油性能且耐劃傷，將其噴涂在反應(yīng)釜釜壁上，經(jīng)固化處理后，能在釜壁形成厚度為微米級的不粘涂層，即使在清釜后也能保持良好的防粘附性能。

納米涂層噴涂之前需要對反應(yīng)釜釜壁進(jìn)行預(yù)處理，確保反應(yīng)釜釜壁光滑、平整、干凈，涂層經(jīng)高溫固化后能有效阻止有機(jī)物在釜壁附著，起到很好的放粘釜效果。

總之，在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，粘釜是化工企業(yè)中影響生產(chǎn)的一個重要問題。它不僅對產(chǎn)品有重要影響還能夠?qū)ιa(chǎn)安全產(chǎn)生極大的安全隱患，所以應(yīng)對粘釜問題引起足夠的重視。