ABS聚合反應釜有機物粘釜分析

李洋，劉航遠

（天津大沽化工股份有限公司ABS事業部，天津 300455）

ABS塑料樹脂是目前產量最大并且應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、化學穩定性等特點，還可以進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。在生產高橡膠接枝粉的過程中，化學物質粘釜成為了正常生產中的一個嚴重問題，也是生產中的一個難點。

所謂“粘釜”是指單體在反應釜內反應時，在釜的內壁、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、安全和產品質量都有一定的影響。

1 粘釜的形成

1.1 物理因素

反應釜內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。此種粘釜沒有化學作用參加，粘料也容易清除。

1.2 化學因素

化學粘釜原理與電子自由基催化理論相似，釜壁、攪拌槳葉及反應釜附件的金屬晶格之間，由于溫度、壓力等外界環境能量的變化產生了位移，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釜中的單體或單體自由基形成化學鍵，形成聯鎖反應，粘釜就不斷的進行下去。所以，這種粘釜結合的比較強，一般很難清除。

2 粘釜的危害

2.1 對安全的危害

粘釜料在反應釜中的分布是無規則的，有利于進一步加速粘釜過程。粘釜最大的危害是對安全和質量的危害，尤其對安全的威脅更大。粘釜對安全的危害主要體現在粘釜嚴重的反應釜反應時的局部過熱。

反應釜原料聚合放熱：

a.苯乙烯672kJ/kg

b.丙烯腈1441 kJ/kg

從上述數據來看，聚合反應放出的能量巨大，在粘釜現象出現后，由于聚合反應釜的熱阻增加，反應釜的傳熱系數降低，嚴重時會導致反應釜中的聚合反應放出的熱量不能及時移除，反應釜有超溫、超壓及爆聚的危險，存在安全隱患，容易發生事故。雖然隨著生產技術的提高及安全措施的防范，這種危害發生的概率很小，但也不能有絲毫的松懈。

例如，某反應釜開始反應不久，反應釜溫度指示1與反應釜中間溫度指示2相差8℃，且反應釜溫度1變化遲緩，反應過程中因DCS控制反應釜溫度時未及時干預，因溫度計實際溫度與設定溫度偏差大導致反應釜持續加熱，但反應釜實際溫度已經達到聯鎖值，導致了反應釜緊急停車，待反應釜出料后檢查反應溫度計，發現溫度計粘料嚴重，造成了反應溫度曲線異常，反應釜溫度超高。

2.2 對生產和質量的危害

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

另外，粘釜料因釜內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釜出料管線，從而導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，又浪費了大量的無離子水，同時還降低了設備利用率。

以上種種影響，要求我們不得不定期對反應釜進行清理從而保證連續生產，但清釜的同時又減少了反應釜批次入料次數，降低了設備的使用率，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濟社會效益。

3 粘釜的對策

3.1 清釜

反應釜應配有高壓清洗系統，在聚合釜出料后按照預設的程序使用高壓無離子水對反應釜的內壁、攪拌和擋板進行清洗，確保反應釜是干凈的。

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

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

3.2 控制反應參數

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

3.3 納米涂層溶膠

粘釜現象主要集中發生在反應釜釜壁，在制作不銹鋼反應釜時，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，將其噴涂在反應釜釜壁上，經固化處理后，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釜釜壁進行預處理，確保反應釜釜壁光滑、平整、干凈，涂層經高溫固化后能有效阻止有機物在釜壁附著，起到很好的放粘釜效果。

總之，在有機化學反應中，粘釜是化工企業中影響生產的一個重要問題。它不僅對產品有重要影響還能夠對生產安全產生極大的安全隱患，所以應對粘釜問題引起足夠的重視。