Eteenin pitoisuuden säätö kumisynteesissä

Synteettinen kumi on öljyn sivutuotteista valmistettu keinotekoinen elastomeeri. Sitä käytetään usein esimerkiksi autoteollisuudessa – renkaissa, ovissa ja ikkunoissa. Raakamonomeerin uuttaminen tarkoittaa näiden öljyjakeiden jalostusta – esimerkiksi naftan krakkauksen ja tislauksen avulla – kohdemonomeerien puhdistamiseksi, koska epäpuhtaudet häiritsisivät seuraavaa polymerointireaktiota. Tuloksena olevien puhdistettujen monomeerien puhtaus on tyypillisesti 99,5 % tai korkeampi, mikä luo pohjan kumisynteesille.

Keskeinen tuotantovaihe on polymerointi: puhdistetut monomeerit sekoitetaan initiaattoreiden kanssa ja joko dispergoidaan veteen tai liuotetaan orgaanisiin liuottimiin. Tämä prosessi muuntaa pienet monomeerimolekyylit pitkiksi polymeeriketjuiksi, jolloin saadaan raakakumia, jonka kumin hiilivetypitoisuus on 80–90 %. Kriittinen jatkovaihe on vulkanointi, jossa rikkiä tai peroksideja lisätään ja kuumennetaan ristisidosten muodostamiseksi polymeeriketjujen välille – vulkanoimaton kumi on liian pehmeää ja tahmeaa ollakseen käyttökelpoista. Vulkanoidun kumin polymeeripuhtaus on aluksi 95–98 %, mutta korkean suorituskyvyn sovelluksiin tarvitaan lisäpuhdistusta.

Eteenin pitoisuuden mittaamisen vaikeus

Kumin synteesissä, erityisesti etyleeni-propyleeni-dieenimonomeerin (EPDM) tai etyleeni-propyleenikumin (EPR/EPM) tuotannossa, etyleenipitoisuuden tarkka mittaus on kriittistä polymerointikinetiikan hallitsemiseksi, polymeerien ominaisuuksien yhdenmukaisuuden varmistamiseksi ja jätteen minimoimiseksi.

Yleiskatsaus kumisynteesiprosessiin

EPDM/EPR-kumisesynteesi sisältää tyypillisesti seuraavat vaiheet:

Raaka-aineiden toimitusEteeni ja propeeni (ja dieeni EPDM:n tapauksessa) syötetään kaasuina reaktoriin, usein liuotettuna liuottimeen tai pidettynä kaasu-/nestefaaseissa.

PolymerointireaktoriCSTR- eli silmukkareaktori, jossa monomeerit reagoivat katalyyttien kanssa 30–90 °C:n lämpötilassa ja 10–30 baarin paineessa muodostaen polymeeriketjuja.

Liuottimen/monomeerin talteenottoReagoimattomat monomeerit stripataan, kierrätetään tai puhdistetaan, usein haihtumattomien aineiden tai flash-rumpujen avulla.

ViimeistelyPolymeeri erotetaan, pestään ja ekstrudoidaan, ja laatu tarkastetaan tiheyden ja Mooney-viskositeetin suhteen.

Etyleeni on kriittinen monomeeri kumisynteesissä, ja se on keskeinen raaka-aine petrokemian teollisuudessa. Tämän monomeerin pitoisuus reaktioastiassa sanelee suoraan polymeroinnin kinetiikan ja siten lopullisen polymeerin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, kuten molekyylipainon ja sulamislämpötilan. Kun etyleenipitoisuutta ei kontrolloida tarkasti, tuloksena oleva polymeeri voi olla polydispersoitunut hallitsemattomasti, mikä johtaa molekyylipainojen laajempaan jakaumaan ja epätasaiseen lopputuotteen laatuun. Esimerkiksi etyleenipaineen nousun ja tuotettujen kopolymeereiden etyleenipitoisuuden välillä on lineaarinen suhde, mikä puolestaan vaikuttaa niiden sulamislämpötilaan.

Tällä tuotelaadun vaihtelulla on suora ja konkreettinen taloudellinen vaikutus. Varmistaakseen, että jokainen valmistettu erä täyttää vähimmäislaatuvaatimukset, toimijat käyttävät usein menetelmää, joka tunnetaan nimellä "laadun lahjoittaminen". Tämä tarkoittaa tuotteen tarkoituksellista valmistamista, jonka laatuominaisuudet ylittävät vaaditut vaatimukset, käytännössä ylisuunnittelulla mittaus- ja ohjausvaihteluiden kompensoimiseksi. Tämä käytäntö, vaikka se varmistaakin tuotteen hyväksynnän, johtaa suoraan raaka-aineiden kulutuksen kasvuun, energiankulutuksen kasvuun ja pidempiin sykliaikoihin, jotka kaikki johtavat merkittäviin käyttökustannuksiin ja pienentyneisiin voittomarginaaleihin. Tämän ongelman ydin ei ole itse kemiallisen prosessin vika, vaan sitä ohjaavan reaaliaikaisen mittaus- ja ohjaussilmukan alijäämä, mikä johtaa reaktiiviseen eikä ennakoivaan toimintatapaan.

Keskustele asiantuntijamme kanssa arvioidaksesi toimintatarpeesi.

Ota yhteyttä asiantuntijaan

Jatkuva Lonnmeter-pitoisuusmittausratkaisu

Perinteinen offline-laboratoriopohjainen analyysi ei sovellu hyvin nykyaikaisen tuotantolinjan dynaamisiin ja jatkuviin vaatimuksiin. Ne aiheuttavat usein analyysiviivettä ja toistuvia työvoimavaltaisia mittauksia. Toisin sanoen operaattorien vastaanottama data on tilannekuva prosessista minuuttien tai jopa tuntien ajalta. Tietovaje aiheuttaa laatupoikkeamia niiden jo tapahtumisen jälkeen ja mahdollisesti jopa sen jälkeen, kun koko erä on vaarantunut, mikä johtaa kalliiseen hävikkiin ja uudelleentyöstöön.

Lonnmeter on suunnitellutetyleenianturin pitoisuustoteuttaa tarkka pitoisuusmittaus reaaliajassa jatkuvatoimisessa kemiallisessa prosessissa. Se toimii hyvin myös nopeasti muuttuvassa ympäristössä; Online-eteenipitoisuusmittari on teollisuusluokan laite, joka on suunniteltu vastaamaan kemiallisten prosessien tarkkoihin mittausvaatimuksiin. Se hyödyntää edistyneitä tunnistustekniikoita – akustista signaalilähdettä, joka virittää metallisen virityshaarukan, jolloin haarukka värähtelee luonnollisella resonanssitaajuudellaan. Huomionarvoista on, että tämä resonanssitaajuus korreloi suoraan virityshaarukan koskettaman nesteen tiheyden kanssa. Myöhemmin nesteen tiheys voidaan määrittää taajuusanalyysin avulla – lämpötilakompensoinnilla estetään järjestelmän lämpötilan vaihtelu ja varmistetaan mittaustarkkuus.

Etyleenipitoisuusmittari

Jatkuvaan pitoisuusmittaukseen putkistoissa tai säiliöissä

Virityshaarukan rakenne

Asennuspaikat kumisynteesiprosessissa

Monomeerien syöttölinjaAseta anturi etyleenin syöttöputkeen kompressorin jälkeen puhtauden varmistamiseksi ja annostuksen säätämiseksi.
Reaktorin sisääntuloAsenna monomeerin ja liuottimen sekoituskohtaan heksaanin/propeenin kanssa liuenneen eteenin hallitsemiseksi.
ReaktorissaSijoita CSTR-laitteen sisälle sekoittimen lähelle reaaliaikaista polymeroinnin ohjausta varten.
KierrätyslinjaSijoita leimahdusrummun ulostuloon reagoimattoman eteenin talteenoton optimoimiseksi.
TuuletuslinjaAsenna puhdistus-/tuuletuslinjaan päästöjen valvomiseksi ja turvallisuuden varmistamiseksi.