راکتورهای لولهای حلقوی (که راکتور لوپ نیز نامیده میشوند) بهطور گسترده در تولید پلیاتیلن در فاز دوغابی، از جمله پلیاتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE)، بهکار میروند. دو فرایند صنعتی اصلی عبارتاند از:
نوع راکتور: راکتور لوپ حلقوی تکگانه با گردش پرسرعت.
ویژگیهای کلیدی:
استفاده از کاتالیستهای اکسید کروم (CrOx) یا زیگلر–ناتا برای پلیمریزاسیون.
عملیات در فشار پایین (20–40 بار) و دمای متوسط (85–110°C).
بدون همزن مکانیکی — پلیمریزاسیون در یک لوپ با گردش پیوسته انجام میشود.
ایزوبوتان یا هگزان بهعنوان رقیقکننده (مدیوم دوغاب) استفاده میشود.
بازده بالای دفع حرارت بهدلیل جریان آشفته.
تولید UHMWPE تکمد با وزن مولکولی بسیار بالا (MW > 5 میلیون g/mol).
نوع راکتور: دو راکتور لوپ متصل بهصورت سری.
ویژگیهای کلیدی:
استفاده از کاتالیستهای زیگلر–ناتا (مشابه فرایند Hostalen).
راکتور اول پلیمر با وزن مولکولی پایین تولید میکند و راکتور دوم زنجیرهای UHMWPE را میسازد.
کنترل بهتر بر توزیع وزن مولکولی (MWD) نسبت به سامانههای تکلوپ.
توانایی تولید UHMWPE دومد (ترکیب جزءهای با وزن مولکولی بالا و پایین).
ظرفیت تولید بالاتر از طراحیهای تکلوپ.
فرایند Hostalen و فرایند Mitsui CX دو روش برجستهٔ پلیمریزاسیون دوغابی برای تولید پلیاتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE) هستند.
فرایند Hostalen
توسعهدهنده: هوخست (Hoechst AG) (اکنون بخشی از Basell) برای تولید HDPE، که بعدها برای UHMWPE تطبیق داده شد.
نوع راکتور: از دو راکتور مخزنی همزندار (یا بهصورت سری یا موازی) برای پلیمریزاسیون استفاده میکند.
ویژگیهای کلیدی:
عملیات در دما و فشار پایین، با انعطافپذیری بالا در تولید.
استفاده از کاتالیستهای زیگلر–ناتا (Z-N) که نسبت به ناخالصیهای خوراک اتیلن تحملپذیرند.
تولید UHMWPE دومد یا تکمد بسته به پیکربندی راکتورها.
نیاز به مرحلهٔ خشککردن پس از پلیمریزاسیون برای حذف حلال باقیمانده.
غلبه بر تولید جهانی UHMWPE، بهطوریکه بیش از دو سوم ظرفیت را به خود اختصاص میدهد.
فرایند Mitsui CX
توسعهدهنده: میتسویی کمیکالز (ژاپن).
نوع راکتور: راکتور مخزنی همزندار تکگانه با سازوکار ویژهٔ دفع حرارت.
ویژگیهای کلیدی:
اتکا به تبخیر حلال (هگزان) برای دفع حرارت (سهمی بیش از 50% از سرمایش).
استفاده از کاتالیستهای Z-N، مشابه Hostalen، اما با نسبتهای همکاتالیست متفاوت.
ظرفیت تولید کمتر نسبت به Hostalen بهدلیل محدودیتهای انتقال حرارت.
بدون نیاز به سرمایش خارجی — حرارت از طریق تبخیر هگزان دفع میشود 13.
معمولاً از آمونیاک بهعنوان عامل شیمیایی برای کاهش انتشار اکسیدهای نیتروژن (NOx) استفاده میشود. آمونیاک بیآب یک مادهٔ بسیار سمی است که معمولاً در مخازن تحت فشار بهصورت گاز مایعشده ذخیره میشود. با حملونقل، تخلیه و ذخیرهسازی عمدهٔ آن ریسکها و مسئولیتهای قابلتوجهی همراه است. راهحل این ریسک آن است که اورهٔ ایمن و غیرسمی بنا به نیاز فرایند کارخانه به یک گاز محصولِ آمونیاک تبدیل شود — جایگزین ایمن برای حملونقل و ذخیرهسازی عمدهٔ خطرناکِ آمونیاک بیآب و آمونیاک آبی.
پلیاتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE) نوعی پلیاتیلن با زنجیرهای پلیمری بسیار بلند است که به خواص مکانیکی برجسته میانجامد. در ادامه ویژگیهای کلیدی آن آمده است:
استحکام کششی بالا (تا 5.5 گیگاپاسکال هنگام فرایندسازی بهصورت الیاف، مانند Dyneema® یا Spectra®).
مقاومت ضربهای کمنظیر، حتی در دماهای پایین (–200°C تا +80°C).
چگالی: 0.93–0.94 g/cm³ (سبکتر از آب).
نسبت استحکام به وزن بالاتر از فولاد.
مقاومت عالی در برابر سایش، 10 برابر بهتر از فولاد کربنی در کاربردهای لغزشی.
ضریب اصطکاک پایین (دارای خاصیت خودروانکار).
مقاوم در برابر اکثر اسیدها، بازها و حلالها (بهجز اسیدهای اکسنده مانند اسید نیتریک).
مقاومت بسیار بالا در برابر پرتو فرابنفش (در صورت پایدارسازی).
