مروری بر انواع راکتورها

مروری بر انواع راکتورها

در این مطلب مروری بر انواع راکتورها و روش کار آنها پرداخته می شود. واکنش های شیمیایی که در داخل راکتور صورت می گیرند به دو دسته کلی متجانس Homogenous و نامتجانس Heterogeneous تقسیم بندی می شوند. واکنش ها همچنین به دو دسته پلیمری و غیرپلیمری تقسیم می شوند.
واکنش های متجانس آن دسته از واکنشهایی هستند که در آن تمام اجزای قابل ترکیب حتی کاتالیزور در یک فاز شیمیایی نظیر جامد، مایع و گاز هستند در حالی که در واکنش های نامتجانس، اجزای واکنش دهنده حداقل در دو فاز متفاوت هستند.

متغیرهای موثر در سرعت واکنش در سیستم های متجانس، دما، فشار و غلظت اجزا و در سیستم های نامتجانس به دلیل حضور بیش از یک فاز علاوه بر موارد مذکور، سرعت انتقال جرم و حرارت نیز اهمیت دارد.
سه پارامتر مهمی که جهت توصیف عملکرد راکتور مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از:

درصد تبدیل Conversion:

نسبت مقدار مواد واکنش دهنده مصرفی در راکتور به مقدار مواد واکنش دهنده ای به راکتور تغذیه می باشد. اگر واکنش برگشت پذیر باشد، حداکثر درصد تبدیلی که به آن می توان رسید درصد تبدیل تعادلی نامیده می شود.

انتخاب پذیری Selectivity:

نسبت مقدار محصول مطلوب تولید شده به مقدار مواد واکنش دهنده مصرفی در راکتور می باشد.

بازده راکتور Yield:

مقدار محصول مطلوب تولید شده به مقدار مواد واکنش دهنده ای که به راکتور تغذیه می شود

متغیرهای موثر بر عملکرد راکتورها 

غلظت راکتور:

هنگامی که بیش از یک ماده واکنش دهنده وجود داشته باشد، اغلب استفاده از مقدار بیش از نیاز یکی از واکنش دهنده ها نتیجه مطلوبی بدست خواهد داد. گاهی اوقات مناسب است که یک ماده خنثی همراه با خوراک به راکتور تغذیه شود و یا قبل از پیشرفت کامل واکنش، محصول تولیدی خارج شود. بعضی اوقات نیز استفاده از یک مسیر برگشتی از فراورده های جانبی ناخواسته به راکتور مطلوب است. در مورد واکنش های برگشت ناپذیر اگر یکی از ترکیبات ورودی بیش تر از مقدار مورد نیاز به واکنش وارد شود، می تواند ماده دیگر را به سمت کامل کردن سوق دهد. به عنوان مثال، واکنش بین اتیلن و کلر برای تولید دی کلرواتان را در نظر بگیرید. اگر از یک مقدار اتیلن اضافی جهت حصول اطمینان از تبدیل کامل ماده کلر استفاده شود مشکل حضور کلر در سیستم جداسازی بعدی از بین می رود. معمولاً در یک واکنش اگر یکی از اجزاء خطرناک تر باشد (مانند کلر در این مثال) باید از کامل شدن آن مطمئن شویم.
اگر واکنش برگشت پذیر باشد هدف افزایش درصد تبدیل تعادلی می باشد. اگر یکی از خوراک ها را به مقدار اضافی وارد کنیم می توانیم درصد تبدیل تعادلی را افزایش دهیم. گاهی اوقات با حذف مداوم محصول یا یکی از محصولات از راکتوری که واکنش در آن در حال پیشرفت است، می توان درصد تبدیل تعادلی را افزایش داد. مثلا به وسیله تبخیر کردن ماده ای از راکتور فاز مایع. یک راه دیگر این است که واکنش در مراحل پشت سر هم همراه با جداسازی محصولات در مراحل میانی صورت گیرد.

دمای راکتور:

انتخاب دمای راکتور باید به گونه ای باشد که سبب افزایش سرعت واکنش گردد. به طور عملی محدودیت هایی از قبیل ملاحظات ایمنی، محدودیت های جنس ساختمان راکتور و یا حداکثر دمای عملکرد کاتالیست در انتخاب دمای راکتور وجود دارد،

برحسب نوع واکنش انتخاب دما متفاوت خواهد بود. در واکنشهای گرماگیر، افزایش دما سبب افزایش درصد تبدیل می شود . همچنین دمای بالا، سرعت واکنش را زیاد و حجم راکتور را کم می کند. در واکنش های گرمازای برگشت ناپذیر تا آنجا که ممکن است، با توجه به ساختمان مواد، عمر کاتالیست و مسائل ایمنی، باید درجه حرارت را پایین در نظر گرفت. در این صورت حجم راکتور حداقل خواهد شد. چنانچه واکنشی گرمازا و برگشت پذیر باشد، عملکرد در دمای پایین حداکثر مقدار درصد تبدیل را افزایش می دهد. لیکن عملکرد در دمای پایین سرعت واکنش را کاهش می دهد و در نتیجه باعث افزایش حجم راکتور خواهد شد. بنابراین در ابتدای واکنش یعنی هنگامی که از حالت تعادل دور هستیم؛ استفاده از درجه حرارت بالا به منظور افزایش سرعت واکنش برتری دارد. اما همانطور که با گذشت زمان به حالت تعادل نزدیک می شویم، برای افزایش مقدار حداکثر درصد تبدیل باید درجه حرارت را پایین آورد. لذا برای واکنش های برگشت پذیر گرمازا، همانطور که درصد تبدیل زیاد می شود، درجه حرارت ایده آل به طور مداوم کاهش می یابد.

راکتورها Reactor  از لحاظ عملکردشان به گروههای ریز تقسیم بندی می شوند:

• راکتورهای ناپیوسته
• راکتورهای نیمه پیوسته
• راکتور های مخلوط شونده
• راکتورهای لوله ای
• راکتورهای بستر سیال

راکتور ناپیوسته: Batch Reactor
از دیدگاه تاریخی، راکتورهای ناپیوسته از آغاز صنعت شیمیایی مورد استفاده بوده و هنوز هم به صورت وسیعی در تولید مواد شیمیایی با ارزش افزودنی بالا مورد استفاده می باشند. در این راکتورها مواد واکنش دهنده در همان ابتدای عمل وارد راکتور می شوند. محتویات راکتور برای مدت مشخصی کاملاً مخلوط شده و پس از مدت زمان معینی که واکنش پیشرفت کرد، محتویات داخل راکتور تخلیه می شوند. در این راکتورها غلظت در طول زمان تغییر می کند اما اختلاط کامل باعث می شود که در لحظه درجه حرارت و ترکیب در سرتاسر راکتور یکنواخت باشد. این راکتورها به منظور تولید در مقیاس کوچک صنعتی (ظرفیت کم) و آزمایش کردن فرایندهای ناشناخته تولید صنعتی محصولات گران قیمت برای محصولاتی که تولید آنها در شرایط مداوم مشکل باشد به کار می روند. امتیاز این راکتورها در این است که با دادن زمان لازم برای انجام واکنش، مواد اولیه با درصد تبدیل بالا به محصولات مورد نظر تبدیل می گردند و احتیاج به وسایل اضافی و کمکی کمتری دارند.

از محدودیتهای این نوع راکتور محدود بودن به واکنش های متجانس فاز مایع، بالا بودن هزینه تولید در واحد حجم محصول تولید شده به دلیل بالا بودن زمان سیکل و زمان تخلیه و شستشو و  مشکل بودن تولید صنعتی در مقیاس بالا  می باشد.

راکتور نیمه پیوسته: Semi Batch Reactor
راکتورهای نیمه پیوسته نیز همان محدودیت های راکتور ناپیوسته را دارد. از امتیازات راکتور های نیمه پیوسته کنترل خوب حرارت و کنترل واکنش های نامطلوب و محدود کردن تولید محصولات ناخواسته می باشد . این عمل از طریق وارد کردن تدریجی یکی از اجزاء ترکیب شونده با غلظت کم میسر می گردد . راکتور های نیمه پیوسته اغلب برای واکنش های دوفازی که یکی از اجزاء ترکیب شونده گاز باشد مورد استفاده قرار می گیرد و جزء گازی به صورت حباب به داخل فاز مایع درون راکتور تغذیه می گردد.

راکتور مخلوط شونده: Mixed Reactor
در این راکتور مواد اولیه وارد راکتور می شوند و پس از اختلاط در راکتور و اقامت برای مدت زمان مشخصی در راکتور، از راکتور خارج می شوند. راکتور مخلوط شونده مشتمل بر انواع پره ها و بافل و سیستم سرمایش و گرمایش است. این راکتور زمانی که یک واکنش شیمیایی احتیاج به همزدن شدید داشته باشد مورد استفاده قرار می گیرد . کنترل حرارت در این راکتورها به آسانی انجام می گیرد. یکی از محدودیت های این نوع راکتورها درصد تبدیل پایینتر آنها در واحد حجم محصول تولید در مقایسه با سایر راکتورهای پیوسته باز می باشد. به همین دلیل حجم راکتور مذکور را باید خیلی بزرگ انتخاب کرد تا به درصد تبدیل بالا دست یافت. در صنعت معمولاً از یک سری راکتور مخلوط شونده پشت سر هم استفاده می شود. راکتورهای Mixed برای اغلب واکنش های متجانس در فاز مایع استفاده می شود. در این راکتورها، جریان خوراک ومحصول پیوسته است و فرض می شود که محتویات راکتور کاملاً بهم می خورد . این عمل منجر به یکنواختی درجه حرارت و ترکیب در راکتور می شود. به علت این اختلاط یک جزء سیال ممکن است در همان لحظه ای که وارد راکتور می شود آنرا ترک کند یا برای مدت زمان زیادی در داخل راکتور باقی بماند . زمان اقامت هرکدام از اجزاء سیال در راکتور متفاوت است.

راکتور لوله ای Tubular Plug Reactor
در صنایع شیمیایی برای فرایندهای با مقیاس بزرگ معمولاً از راکتورهای لوله ای استفاده می شود. زیرا نگهداری سیستم راکتورهای لوله ای آسان می باشد و معمولاً بالاترین درصد تبدیل مواد اولیه در واحد حجم راکتور را در مقایسه با سایر راکتورهای سیستم جاری دارا هستند. از محدودیت های این راکتورها مشکل کنترل حرارتی برای واکنش های گرمازایی است که بسیار سریع عمل می کنند و نهایتاً منجر به نقاط داغ Hot Spot می گردند. نقاط داغ باعث می شوند که کیفیت محصول کاهش یابد و دستگاه آسیب ببیند. اغلب واکنش های متجانس گازی در این نوع راکتورها انجام می گیرند. در این راکتورها نیز مانند راکتورهای Batch زمان اقامت برای تمام اجزاء سیال مساوی است . سیستم متشکل از تعدادی واحدهای سری از راکتورهای مخلوط شونده Mixed، عملکردی مشابه با یک راکتور لوله ای دارد. هرچقدر واحدهای پشت سر هم بیشتر باشد، خواص سیستم به حالت لوله ای نزدیکتر است.

راکتور بستر سیال Fluidized Bed Reactor
نوع دیگری از راکتورهای کاتالیزوری، راکتور بستر سیال می باشد. در راکتور بستر سیال همانند راکتور مخلوط شونده، محتویات داخل راکتور اگرچه غیر متجانس می باشند ولی به خوبی با یکدیگر مخلوط شده و باعث توزیع یکنواخت دما در تمام نقاط راکتور می گردند. به دلیل توزیع مناسب حرارت در داخل این راکتورها مشکل نقاط داغ وجود ندارد. به دلیل ظرفیت بالا و کنترل حرارت خوب، این نوع راکتورها، کاربرد صنعتی زیادی پیدا کرده اند. از امتیازات برجسته این راکتورها سهولت احیا و جایگزین کردن کاتالیزور می باشد.
مزایا و معایب بسترهای سیال برای عملیات صنعتی مزایا عبارتند از:
جریان ملایم و مایع مانند ذرات اجازه می دهد که عملیات به صورت اتوماتیک و به طور ساده کنترل شود. مخلوط شدن سریع جامدات باعث ایجاد شرایط یکنواخت و جلوگیری از ایجاد نقاط داغ و سادگی و اطمینان کنترل می شود. در مقابل تغییرات سریع به آرامی عملکرد نشان می دهد. گردش ذرات جامد بین دو بستر سیال امکان برداشت (یا اضافه) کردن مقدار زیاد حرارت تولید شده (یا مورد نیاز) راکتورهای بزرگ را فراهم می کند. برای عملیات در مقیاس بزرگ مناسب هستند. در مقایسه با سایر روش های تماس، سرعت انتقال جرم و حرارت بالاست. شدت انتقال حرارت بالا می باشد، در نتیجه سطح انتقال حرارت نسبتاً کمتری نیاز است. معایبشان عبارتند از: برای بسترهای حبابی شامل ذرات ریز، نحوه جریان گاز و انحراف از حالت ایده آل باعث بهره پایین تماس می گردد. زمان اقامت دانه های جامد کاتالیست متفاوت است. این موضوع به علت مخلوط شدن ذرات در بستر و خروج تصادفی آنها می باشد . این موضوع باعث فراوری غیر یکنواخت کاتالیست در احیاکننده می شود که نتیجه آن کم شدن بهره عملکرد است. ذرات شکننده، خرد شده و توسط گاز به بیرون حمل می شوند که بایستی جایگزین شوند. خوردگی لوله ها و ظروف به وسیله اصطکاک با ذرات می تواند جدی باشد. مزایای اقتصادی قابل توجه بستر سیال عامل اصلی استفاده موفقیت آمیزِ این دستگاه در صنعت می باشد . اما چنین موفقیتی بستگی به شناخت و فائق آمدن بر معایبشان دارد.

راکتور بستر ثابت Fixed Bed Reactor
راکتورهای بستر ثابت در واقع همان راکتورهای لوله ای پر شده از دانه های جامد کاتالیزور هستند . واکنش های غیر متجانس از نوع گازی و کاتالیزوری دراین نوع راکتورها انجام می گیرد . از معایب این نوع راکتورها مشکل کنترل حرارتی و مشکل جایگزینی کاتالیزور بعد از غیر فعال شدن آن می باشد. همچنین بعضی اوقات پدیده کانالیزه شدن مواد گازی در حین عبور از درون راکتور باعث کاهش زمان اقامت لازم برای انجام واکنش می شود که این خود یکی دیگر از محدودیت های این نوع راکتور می باشد. امتیاز این نوع راکتورها، درصد تبدیل بالای آن در واحد وزن کاتالیزور مصرف شده در مقایسه با سایر راکتورهای کاتالیزوری می باشد. از دیگر مزایای این راکتور قیمت پایین تر آن نسبت به راکتور های مشابه مخصوصاً راکتور بستر سیال می باشد.

راکتور پلیمریزاسیون Polymerization reactor
واکنشهای پلیمریزاسیون با توجه به تنوع تولیدشان از استفاده کننده های عمده راکتورها به شمار می روند. البته ساختار کلی راکتورها تفاوت چندانی با راکتورهای سایر مواد ندارد: اما با توجه به اهمیت این واکنشها، مطالبی در این مورد بیان می شود.

تعاریف و بیان تفاوتها در راکتورهای ناپیوسته (Batch Reactors):
تمامی اجزاء مخلوط واکنش به راکتور وارد می شوند و تا پایان واکنش در راکتور باقی می مانند. معمولاً در ابتدای پلیمریزاسیون در راکتورهای ناپیوسته یک گرم کن وجود دارد که طی آن دمای مخلوط به دمای لازم برای شروع واکنش افزایش داده می شود. سپس واکنش پلیمریزاسیون شروع شده و به علت گرمازایی قابل توجه آن دمای مخلوط واکنش می تواند افزایش یابد به همین دلیل در راکتورهای ناپیوسته باید قابلیت گرم و سرد کردن سریع و کافی و همچنین سیستم کنترل درجه حرارت موثر پیش بینی گردد. فرایندهای ناپیوسته برای پلیمریزاسیون با درجه تبدیل بالا مناسب است. از طرف دیگر این سیستمها برای بروز انفجار حرارتی مستعد هستند. فرایندهای ناپیوسته عمدتاً در زمینه پلیمریزاسیون رادیکالی به کار می روند.

راکتور نیمه ناپیوسته (Semi Continuous Reactors) یا (Semi Batch):
در راکتورهای نیمه پیوسته مواد برخی از مواد واکنش کننده ممکن است به تدریج به راکتور اضافه شوند یا آنکه محصولات جانبی تولید شده در طی واکنش از راکتور خارج گردند. در بسیاری از پلیمریزاسیونهای رادیکالی معمول است که منومر، حلال و یا شروع کننده را به منظور حفظ درجه حرارت و افزایش سرعت تولید به تدریج به راکتور اضافه می کنند . اضافه کردن تدریجی کومنومر در کوپلیمریزاسیون نیز وقتی که اختلاف فعالیت منومرها زیاد است از جمله کاربردهای این فرایند است. در پلیمریزاسیونهای نیمه پیوسته ممکن است که تمامی مواد واکنش کننده در ابتدای واکنش به راکتور اضافه گردند ولی قبل از تشکیل محصولات جانبی ، باید از راکتور خارج شو ند. پلیمریزاسیونهای مرحله ای از این نوع سیستمها هستند. تبخیر محصولات جانبی یک عامل موثر در جذب حرارت واکنش است که در برخی از موارد می تواند به قدری شدید باشند که باعث افت دمای واکنش گردد . در این حالت برای جبران حرارت از دست رفته حتی ممکن است نیاز به حرارت دهی نیز باشد .
راکتورهایی که برای فرایند نیمه پیوسته مورد استفاده قرار می گیرند مشابه با راکتورهای ناپیوسته است با این تفاوت که امکان افزایش مداوم مواد اولیه به آن و یا خروج محصولات جانبی از آن پیش بینی شده است. در راکتورهای پیوسته(Continuous Reactors)  مواد واکنش دهنده با شدت جریان ثابت به درون راکتور رانده شده و محصولات نیز به طور مداوم از راکتور خارج می گردند. پس از راه اندازی یک راکتور پیوسته، راکتور پس از عبور از یک حالت انتقالی به یک شرایط پایدار می رسد. در این شرایط شدت حرارت زائی سیستم نیز به مقدار ثابتی می رسد. فرایندهای مداوم عملیات آسان تر و هزینه کمتری دارد و هنگامی که ظرفیت تولید بالا باشد مورد استفاده قرار می گیرند. در موارد خاص پلیمریزاسیون در راکتورهای ناپیوسته که دارای انعطاف پذیری بیشتری برای تولید پلیمرهایی با درجا ت تبدیل مختلف هستند، انجام می گیرد.
فرایندهای پیوسته در راکتورهای همزن دار (Continuous Stirred Tank Reactors ,CSTR) و راکتورهای لوله ای (Tubular Reactor) قابل انجام است. راکتورهای همزن دار پیوسته مشابه با راکتورهای ناپیوسته هستند با این تفاوت که امکان ورود مداوم مواد اولیه به آنها و خروج محصول نهایی از آنها پیش بینی شده است.
از راکتورهای همزن دار پیوسته به صورت سری (Cascade) در صنعت برای پلیمریزاسیون امولسیونی مثل وینیل کلراید و وینیل استات استفاده می گردد. در راکتورهای لوله ای به منظور جذب حرارت آزاد شده، قطر راکتور همواره کوچک اختیار می شود.

انجام فرایندهای مختلف پلیمریزاسیون در راکتورهای پلیمریزاسیون:
تکنولوژی پلیمریزاسیون جرمی برای پلیمریزاسیونهای با رشد مرحله ای، مرسوم است، زیرا به واسطه کمی انرژی آزاد شده، جذب حرارت به سهولت انجام می پذیرد. به علت پایین بودن ویسکوزیته تا درجات تبدیل بالا، اختلاط نیز به نحو موثری قابل انجام است . حرارت آزاد شده قابل توجه و افزایش سریع ویسکوزیته در پلیمریزاسیون با رشد زنجیری، کارایی تکنولوژی جرمی را برای این نوع مکانیسم پلیمریزاسیون کاهش می دهد .زیرا بر خلاف حالت قبل، افزایش سریع ویسکوزیته و در نتیجه عدم امکان کنترل درجه حرارت، دستیابی به درجات تبدیل بالا را مقدور نمی سازد. محلول پلیمریزاسیون جرمی از درجه خلوص بالایی برخوردار بوده و عملیات تخلیص کمتری را می طلبد. انجام پلیمریزاسیون در حضور یک حلال از مشکلات انتقال حرارت و اختلاط می کاهد. پلیمر و منومر در داخل حلال محلول هستند . علاوه بر این ویسکوزیته کمتر سبب بهبود اختلاط و کارایی شروع کننده می گردد. مهمترین نقطه ضعف این روش هزینه جداسازی حلال و بازیابی آن است .
ویسکوزیته سیستم پلیمریزاسیون تعلیقی در طول واکنش نسبتاً ثابت باقی مانده و عمدتاً به وسیله ویسکوزیته فاز مداوم(آب) تعیین می گردد. اغلب پلیمرها دارای دانسیته بیشتری نسبت به منومرهای خود هستند. به این جهت در پلیمریزاسیون تعلیقی سیستم اختلاط باید به گونه ای انتخاب گردد که در ابتدا منومرهای از سطح به زیر کشیده شده و در داخل فاز آبی پراکنده شوند و در انتها از ته نشینی ذرات جامد پلیمری جلوگیری به عمل آورده و آنها را به طور یکنواخت در داخل فاز پیوسته پراکنده سازد. فاز پیوسته به عنوان عامل انتقال حرارت عمل نموده و در نتیجه کنترل درجه حرارت در این فرایند ساده تر از نوع جرمی است. چسبندگی و رسوب پلیمر نیز به مراتب کمتر از فرایند جرمی مشاهده می شود.
پلیمریزاسیون تعلیقی به عنوان مرحله دوم فرایند جرمی نیز قابلیت کاربرد دارد(مانند فرایند تولید پلی استیرن مقاوم). زیرا معمولاً ادامه پلیمریزاسیون تا رسیدن به درجه تبدیل نهایی توسط فرایند تعلیقی انجام می گیرد. پس از پایان پلیمریزاسیون، دانه های پلیمری از طریق سانتریفوژ جدا و خشک می گردند. اختلاط در پلیمریزاسیون امولسیونی نسبت به پلیمر یزاسیون تعلیقی از اهمیت کمتری برخوردار است و عمدتاً جهت تسهیل انتقال حرارت طراحی می شود . کاربرد زیاذ امولسیفایر در پلیمریزاسیون امولسیونی، جداسازی آن را در پایان واکنش دشوار می سازد . به همین سبب معمولاً از فرایندهای امولسیونی در جایی استفاده می شود که در شکل نهایی مصرف به صورت لاتکس یا امولسیون باشد(مانند امولسیون نهایی اکریلیک). در صورت لزوم استفاده از پلیمر خالص، محلول پلیمریزاسیون ابتدا منعقد و سپس دانه های پلیمر به کمک فیلتر جدا و خشک می گردد.

بررسی مشکلات فرایند پلیمریزاسیون:
مشکلات تولید صنعتی پلیمرها با تولید ترکیبات آلی با وزن ملکولی کم بسیار متفاوت است. در اینجا برخی از مهمترین ویژگی های واکنش های پلیمریزاسیون مورد بحث قرار می گیرند. افزایش ویسکوزیته یکی از مهمترین مشکلات واکنش های پلیمریزاسیون، افزایش شدید ویسکوزیته با پیشرفت واکنش است .در حقیقت بخش عمده مشکلات در مهندسی فرایند های پلیمریزاسیون بازتابی از افزایش ویسکوزیته است و علم نوبنیاد مهندسی واکنش های پلیمریزاسیون نیز چیزی جز چگونگی خنثی نمودن اثر افزایش ویسکوزیته در چارچوب مهندسی شیمی نیست. در پلیمریزاسیون زنجیری به محض شروع واکنش، پلیمرهای با وزن ملکولی بالا تولید می شود . تغییرات وزن ملکولی با درجه تبدیل نسبتاً کم است. از این رو افزایش ویسکوزیته به واسطه افزایش میزان پلیمر در مخلوط واکنش صورت می گیرد. در پلیمریزاسیون مرحله ای تنها الیگومرها تا درجات تبدیل بالا وجود دارند و تنها بعد از آن وزن مولکولی پلیمر به طور ناگهانی و به شدت افزایش می یابد . ویسکوزیته محلول در حال واکنش نیز تا مراحل پایانی واکنش نسبتاً کم است و سپس به طور ناگهانی افزایش می یابد. بنابراین عامل افزایش ویسکوزیته تا مراحل پایانی واکنش، میزان پلیمر در مخلوط واکنش است. در حالیکه در مراحل پایانی افزایش درجه پلیمریزاسیون یا به عبارت دیگر وزن ملکولی پلیمر سبب افزایش ویسکوزیته می شود که اثرات آن به مراتب شدیدتر است. افزایش ویسکوزیته در سیستم های همگن به مراتب شدیدتر از ناهمگن است . افزایش ویسکوزیته در پلیمریزاسیونهای جرمی و محلول تا106برابر نیز تخمین زده می شود. در حالیکه در پلیمریزاسیون امولسیونی که به واسطه امولسیفایرهایی با وزن ملکولی کم تثبیت م یشود، ویسکوزیته به طور متوسط تا 103 برابر افزایش نشان می دهد. افزایش ویسکوزیته در پلیمریزاسیون تعلیقی مشهود نیست و ویسکوزیته آن به وسیله فاز آب دیکته می شود.
از مهمترین اثرات افزایش ویسکوزیته کاهش ضریب نفوذ ملکولی و ضریب انتقال جرم است. کاهش ضریب نفوذ ملکولی باعث کاهش تحرک ماکرورادیکال های در حال واکنش شده و در نتیجه از وقوع واکنش پایان جلوگیری به عمل می آورد که این امر پدیده اثر ژل را به دنبال دارد . بروز اثر ژل باعث افزایش ناگهانی و شدید سرعت واکنش می گردد. به موازات افزایش سرعت واکنش،از یک طرف شدت آزادسازی حرارت آهنگ صعودی پیدا می کند و از طرف دیگر توان مکانیکی همزن افزایش می یابد .در نتیجه کاهش توان سرمایشی راکتور کاهش می یابد. این موضوع منجر به بروز مشکلاتی در کنترل و پایداری راکتور پلیمریزاسیون می گردد. در ناحیه ای که تولید ژل زیاد می شود، انرژی آزاد شده به اندازه ای است که حالت انفجاری به سیستم می دهد. در بسیاری از واحدهای صنعتی وقایع مصیبت باری به واسطه خارج شدن کنترل واکنش پلیمریزاسیون به دلیل عدم موفقیت در جذب حرارت آزاد شده گزارش شده است . به همین دلیل طراحی دقیق راکتور و سیستم کنترل آن در فرایندهای پلیمریزاسیون از اهمیت خاص برخوردار است. حرارت زایی بسیاری از واکنش های پلیمریزاسیون با پیشرفت واکنش مقدار قابل توجهی انرژی از خود آزاد می کنند . علاوه بر این، انرژی مکانیکی لازم برای اختلاط نیز در ویسکوزیته بالا تبدیل به انرژی گرمایی می شود . جذب انرژی آزاد شده در پلیمریزاسیونهای با درجه خلوص بالا به واسطه افزایش ویسکوزیته ، چسبندگی پلیمر به سطوح انتقال حرارت و تغییرات فاز در طی واکنش، از مهمترین دشواری های مهندسی واکنش های پلیمریزاسیون است. طراحی راکتور واکنشهای پلیمریزاسیون به میزان قابل توجهی انرژی آزاد می کنند. در واکنشهای مواد با وزن مولکولی کم بالاترین شدت حرارت در ابتدای واکنش که در آن غلظت مواد واکنش کننده حداکثر است رخ می دهد . در حالیکه در واکنشهای پلیمریزاسیون به ویژه نوع جرمی آن به علت وقو ع اثر ژل و افرایش ناگهانی سرعت واکنش نقطه اوج آزادسازی حرارت در اواسط واکنش رخ می دهد.