Řízení koncentrace ethylenu při syntéze kaučuku

Syntetický kaučuk je umělý elastomer vyráběný z vedlejších produktů ropy. Často se používá v aplikacích, jako je automobilový průmysl – pneumatiky, dveře a okna. Extrakce surového monomeru zahrnuje rafinaci těchto ropných frakcí – procesy, jako je krakování a destilace nafty – za účelem čištění cílových monomerů, protože kontaminanty by narušily následnou polymerizační reakci. Výsledné čištěné monomery mají obvykle čistotu 99,5 % nebo vyšší, což je základem pro syntézu kaučuku.

Základním krokem výroby je polymerace: vyčištěné monomery se smíchají s iniciátory a buď dispergují ve vodě, nebo rozpustí v organických rozpouštědlech. Tento proces přeměňuje malé molekuly monomeru na dlouhé polymerní řetězce, čímž vzniká surový kaučuk s obsahem uhlovodíků v kaučuku 80–90 %. Důležitým následným krokem je vulkanizace, při které se přidává síra nebo peroxidy a zahřívá se za účelem vytvoření příčných vazeb mezi polymerními řetězci – nevulkanizovaný kaučuk je příliš měkký a lepkavý, než aby byl použitelný. Vulkanizovaný kaučuk má zpočátku polymerní čistotu 95–98 %, ale pro vysoce výkonné aplikace je nutné další čištění.

Obtížnost při měření koncentrace ethylenu

Při syntéze kaučuku, zejména pro monomer ethylen-propylen-dienu (EPDM) nebo ethylen-propylenového kaučuku (EPR/EPM), je přesné měření koncentrace ethylenu zásadní pro řízení kinetiky polymerace, zajištění konzistentních vlastností polymeru a minimalizaci odpadu.

Přehled procesu syntézy kaučuku

Syntéza kaučuku pro EPDM/EPR obvykle zahrnuje:

Dodávka surovinEthylen a propylen (a dien v případě EPDM) se do reaktoru přivádějí jako plyny, často rozpuštěné v rozpouštědle nebo udržované ve fázích plyn/kapalina.

Polymerizační reaktorCSTR neboli smyčkový reaktor, kde monomery reagují s katalyzátory při teplotě 30–90 °C a tlaku 10–30 barů za vzniku polymerních řetězců.

Regenerace rozpouštědla/monomeruNezreagované monomery se stripují, recyklují nebo proplachují, často pomocí odplyňovacích zařízení nebo bleskových bubnů.

DokončováníPolymer se oddělí, promyje a extruduje, přičemž se provádí kontrola hustoty a Mooneyho viskozity.

Ethylen slouží jako klíčový monomer při syntéze kaučuku, klíčové suroviny v petrochemickém průmyslu. Koncentrace tohoto monomeru v reakční nádobě přímo ovlivňuje kinetiku polymerace a v důsledku toho i fyzikální a chemické vlastnosti konečného polymeru, jako je molekulová hmotnost a teplota tání. Pokud koncentrace ethylenu není přesně řízena, může výsledný polymer vykazovat nekontrolovanou polydisperzitu, což vede k širšímu rozložení molekulových hmotností a nekonzistentní kvalitě konečného produktu. Například existuje lineární vztah mezi zvyšujícím se tlakem ethylenu a obsahem ethylenu ve vyrobených kopolymerech, což následně ovlivňuje jejich teplotu tání.

Tato variabilita v kvalitě produktů má přímý a hmatatelný finanční dopad. Aby bylo zajištěno, že každá vyrobená šarže splňuje minimální specifikace kvality, provozovatelé často používají metodu známou jako „zpronevěra kvality“. Ta zahrnuje záměrnou výrobu produktu s kvalitativními vlastnostmi, které překračují požadované specifikace, čímž se proces přepracovává, aby se kompenzovala variabilita měření a regulace. Tato praxe sice zajišťuje přijetí produktu, ale vede přímo ke zvýšené spotřebě surovin, vyšší spotřebě energie a prodlouženým dobám cyklů, což vše se promítá do značných provozních nákladů a snížených ziskových marží. Jádrem tohoto problému není chyba v samotném chemickém procesu, ale deficit v měřicí a regulační smyčce v reálném čase, která jej řídí, což vede k reaktivnímu spíše než proaktivnímu režimu provozu.

Promluvte si s naším odborníkem a posouďte vaše provozní požadavky.

Poraďte se s odborníkem

Řešení pro kontinuální měření koncentrace lonmetrem

Tradiční offline laboratorní analýzy nejsou vhodné pro dynamické a nepřetržité požadavky moderní výrobní linky. Často způsobují zpoždění analýzy a opakovaná měření náročná na pracovní sílu. Jinými slovy, data, která operátoři dostávají, jsou snímkem procesu za několik minut nebo dokonce hodin. Nedostatek informací způsobuje odchylky kvality poté, co k nim již došlo, a potenciálně i poté, co byla ohrožena celá šarže, což vede k nákladnému plýtvání a přepracování.

Společnost Lonnmeter navrhlakoncentrace ethylenového senzorurealizovat přesné měření koncentrace v reálném čase v kontinuálním chemickém procesu. Funguje dobře i v rychle se měnícím prostředí; Online měřič koncentrace ethylenu je průmyslový přístroj určený k řešení požadavků na přesné měření chemických procesů. Využívá pokročilé snímací technologie – zdroj akustického signálu k buzení kovové ladičky, což způsobuje, že ladička vibruje na své přirozené rezonanční frekvenci. Je pozoruhodné, že tato rezonanční frekvence vykazuje přímou korelaci s hustotou kapaliny, které se ladička dotýká. Následně lze hustotu kapaliny určit pomocí frekvenční analýzy – s implementovanou teplotní kompenzací, která působí proti teplotnímu driftu v systému a zajišťuje tak přesnost měření.

Měřič koncentrace ethylenu

Pro kontinuální měření koncentrace v potrubích nebo nádržích

Struktura ladičky

Umístění instalací v procesu syntézy kaučuku

Monomerové přívodní potrubíUmístěte senzor do přívodního potrubí etylenu za kompresorem, abyste zajistili jeho čistotu, a upravte dávkování.
Vstup do reaktoruInstalujte v místě směšování monomeru a rozpouštědla s hexanem/propylenem pro kontrolu rozpuštěného ethylenu.
V reaktoruUmístěte uvnitř CSTR poblíž míchadla pro řízení polymerace v reálném čase.
Recyklační linkaUmístěte na výstupu z odpařovací nádrže pro optimalizaci regenerace nezreagovaného ethylenu.
Odvzdušňovací potrubíNamontujte do proplachovacího/odvzdušňovacího potrubí pro monitorování emisí a zajištění bezpečnosti.