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主题:【原创】聚乙烯的故事(全) -- 晨枫

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家园 【原创】聚乙烯的故事(二)

前面提到了,帝化的反应是在高温高压下进行的。为什么要高温高压呢?碳有四个化合键,就好比四个手,这手一个也不能空闲着,否则就要乱抓,直到抓住别人的一个手才罢休。氢只有一个手。所以一个碳哥哥和四个氢妹妹在一起手拉手(这是不是那个什么什么教一夫四妻制的理论基础?),就构成了甲烷,天然气的主要成份;两个碳哥哥互相拉住两个手,另外两个手空出来,一人(呵,应该是“一碳”)抓住两个氢妹妹,这就是乙烯。聚乙烯反应就是要把乙烯分子的两个碳之间的一个键释放出来,去抓住另外一个也释放出来的碳键,这样可以一路左手拉右手(“聚合”)过去,头上和脚下的手还是拉着氢,端点的碳那个多出来的手也拉上一个氢,这就形成了聚乙烯。可是乙烯分子是化学稳定的,本来好好的,无缘无故的干嘛要自己把双键打断成单键呢?这就要高温高压“做媒”了,高温下分子活性大,高压把分子凑得近一点,这和把一对怨偶发配到小小的热带荒岛上的意思差不多,呵呵。

高温高压在实验室里已经不容易了,工业化的麻烦更多。帝化的“老爷爷”工厂到底用的是什么工艺,手头没有资料,只能自己猜。由于这是直接从实验室的过程放大,估计用的是间隙反应的高压反应釜。这是好听的说法,其实就是工业规模的高压锅。在锅内重复实验室条件,一锅一锅地“煮”,工艺复杂,质量没有保证,产量也低。

战后,战时的很多机密都得见天日,聚乙烯也是其中的一个。聚乙烯生产工艺也进步了,最大的进步是连续生产。50年代开始,高压管式反应器(tubular reactor)开始用于聚乙烯。管式反应器就是一根长管子,一头进原料气体,一头出固体产品(加没有反应掉的气体和惰性气体)。理想的管式反应器里的气体在管子里面“齐头并进”,长幼有序,没有返混,像一串活塞往前行进一样,所以也称活塞流反应器(plug flow reactor,PFR)。气体不能在管子里太悠闲地度方步,否则混合、返流都成问题,所以要有相当的流速;聚乙烯反应又需要一定的时间,这样管子就变得巨长,只好来回绕起来,缩小占地。工业规模的管式聚乙烯反应器可以有几公里长,压力高达1000大气压以上。高压管式反应器比高压釜式反应器要进步了,压力降下来了一点,连续生产的效率要高很多,产量大,质量控制要容易一些,但压力还是太高,要是出事故,爆炸起来不得了,所以都是埋在实心的巨型混凝土结构里,设备、施工的成本都很高。

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