乙烯聚合反应过程是一个强烈的放热过程。乙烯的聚合热约为93.5kJ/mol(或3.3kJ/g),在235MPa、150~300℃下乙烯的比热容为2.51~2.85J/(g·℃),反应热如果不能及时移去,每1%乙烯发生聚合将使温度升高12~13℃。如果温度过高,还会导致乙烯分解。
高温下增长链的自由基活性大,容易发生链转移反应,所得到的聚合物为带有较多支链的线型结构。通常每1000个碳链原子中含有20~30个支链,结晶度为45%~65%,密度在0.910~0.925g/mL,质轻、具柔性,耐低温性、耐冲击性较好。
管式聚合反应器内径通常为2.5~2.7cm的细长型高压合金钢管。为了提高单线生产能力,管径增加至5.0~7.5cm。直径与长度之比为1:250~1:40000,管式反应器长900~1500m。反应压力约为200~350MPa,温度为250~330℃,流体速度10~15m/s,单程转化率为20%~34%,单线生产能力大达10万吨/年。釜式反应器的形状有细长型(图2.2)和矮胖型两种规格。细长型聚合釜的内径与长度之比为1:20~1:4,而矮胖型内径与长度比为1:4~1:2,反应压力通常比管式法流程低,为110~250MPa,温度为130~280℃,单程转化率为20%~25%,单线生产能力大达18万吨/年。釜式反应器一般是将带动搅拌器的电动机安装在釜内,以减少搅拌轴的轴封在设计上的困难。随着机械密封技术的发展,也可以将电动机安装在釜外。釜式反应器已进一步大型化,ICI公司的反应器有1000L,而法国CdF公司的反应釜容积达1600L,是世界上大的反应釜之一。据统计全世界高压法聚乙烯中55%是用管式反应器生产的,其余45%是用釜式反应器生产的。