Controllo della concentrazione di etilene nella sintesi della gomma
La gomma sintetica è un elastomero artificiale ricavato da sottoprodotti del petrolio. Viene spesso utilizzato per applicazioni come il settore automobilistico, come pneumatici, porte e finestre. L'estrazione dei monomeri grezzi prevede la raffinazione di queste frazioni di petrolio, attraverso processi come il cracking e la distillazione della nafta, per purificare i monomeri target, poiché i contaminanti interferirebbero con la successiva reazione di polimerizzazione. I monomeri purificati risultanti hanno in genere una purezza del 99,5% o superiore, gettando le basi per la sintesi della gomma.
La fase principale della produzione è la polimerizzazione: i monomeri purificati vengono miscelati con iniziatori e dispersi in acqua o disciolti in solventi organici. Questo processo converte piccole molecole di monomero in lunghe catene polimeriche, producendo gomma grezza con un contenuto di idrocarburi dell'80-90%. Una fase successiva critica è la vulcanizzazione, in cui vengono aggiunti zolfo o perossidi e riscaldati per formare legami trasversali tra le catene polimeriche: la gomma non vulcanizzata è troppo morbida e appiccicosa per essere utilizzata. La gomma vulcanizzata ha inizialmente una purezza polimerica del 95-98%, ma per applicazioni ad alte prestazioni è necessaria un'ulteriore purificazione.
Difficoltà nella misurazione della concentrazione di etilene
Nella sintesi della gomma, in particolare per il monomero di etilene-propilene-diene (EPDM) o la gomma etilene-propilene (EPR/EPM), la misurazione precisa della concentrazione di etilene è fondamentale per controllare la cinetica di polimerizzazione, garantire proprietà polimeriche costanti e ridurre al minimo gli sprechi.
Panoramica del processo di sintesi della gomma
La sintesi della gomma per EPDM/EPR in genere prevede:
Consegna delle materie prime: L'etilene e il propilene (e il diene per l'EPDM) vengono immessi come gas in un reattore, spesso disciolti in un solvente o mantenuti in fase gassosa/liquida.
Reattore di polimerizzazione: Un CSTR o reattore a circuito in cui i monomeri reagiscono con i catalizzatori a 30-90°C e 10-30 bar, formando catene polimeriche.
Recupero di solventi/monomeri: I monomeri non reagiti vengono rimossi, riciclati o spurgati, spesso tramite devolatilizzazione o tamburi flash.
Finitura: Il polimero viene separato, lavato ed estruso, con controlli di qualità per la densità e la viscosità Mooney.
L'etilene è un monomero fondamentale nella sintesi della gomma, una materia prima fondamentale nell'industria petrolchimica. La concentrazione di questo monomero all'interno del recipiente di reazione determina direttamente la cinetica di polimerizzazione e, di conseguenza, le proprietà fisiche e chimiche del polimero finale, come il peso molecolare e la temperatura di fusione. Quando la concentrazione di etilene non è controllata con precisione, il polimero risultante può presentare una polidispersità incontrollata, con conseguente maggiore distribuzione dei pesi molecolari e una qualità del prodotto finale incoerente. Ad esempio, esiste una relazione lineare tra l'aumento della pressione dell'etilene e il contenuto di etilene nei copolimeri prodotti, che a sua volta ne influenza la temperatura di fusione.
Questa variabilità nella qualità del prodotto ha un impatto finanziario diretto e tangibile. Per garantire che ogni lotto prodotto soddisfi le specifiche minime di qualità, gli operatori spesso adottano un metodo noto come "quality giveaway". Questo metodo consiste nel produrre intenzionalmente un prodotto con caratteristiche qualitative che superano le specifiche richieste, di fatto sovraingegnerizzando il processo per compensare la variabilità di misurazione e controllo. Questa pratica, pur garantendo l'accettazione del prodotto, porta direttamente a un aumento del consumo di materie prime, a un maggiore consumo di energia e a tempi di ciclo prolungati, il che si traduce in costi operativi significativi e margini di profitto ridotti. Il nocciolo di questo problema non è un difetto nel processo chimico in sé, ma un deficit nel circuito di misurazione e controllo in tempo reale che lo governa, che porta a una modalità operativa reattiva anziché proattiva.
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Soluzione di misurazione della concentrazione continua del Lonnmeter
Le tradizionali analisi offline di laboratorio non sono adatte alle esigenze dinamiche e continue di una moderna linea di produzione. Spesso causano ritardi di analisi e misurazioni ripetute e laboriose. In altre parole, i dati che gli operatori ricevono sono un'istantanea del processo, calcolata in minuti o addirittura ore. La carenza di informazioni causa deviazioni di qualità dopo che si sono già verificate e potenzialmente dopo che un intero lotto è stato compromesso, con conseguenti costosi sprechi e rilavorazioni.
Lonnmeter ha progettatoconcentrazione del sensore di etileneper realizzare misurazioni precise della concentrazione in tempo reale in un processo chimico continuo. Funziona bene anche in un ambiente in rapida evoluzione; il misuratore di concentrazione di etilene online è uno strumento di livello industriale progettato per soddisfare i requisiti di misurazione precisi dei processi chimici. Utilizza tecnologie di rilevamento avanzate: una sorgente di segnale acustico per eccitare un diapason metallico, facendolo vibrare alla sua frequenza di risonanza naturale. In particolare, questa frequenza di risonanza presenta una correlazione diretta con la densità del liquido con cui il diapason entra in contatto. Successivamente, la densità del liquido può essere determinata tramite analisi di frequenza, con compensazione della temperatura implementata per contrastare la deriva termica all'interno del sistema, garantendo l'accuratezza della misurazione.
Misuratore di concentrazione di etilene
Per la misurazione continua della concentrazione in condotte o serbatoi
Struttura del diapason
Posizionamenti di installazione nel processo di sintesi della gomma
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Linea di alimentazione del monomero: Posizionare il sensore nel post-compressore della tubazione di alimentazione dell'etilene per garantire la purezza e regolare il dosaggio.
Ingresso del reattore: Installare nel punto di miscelazione monomero-solvente con esano/propilene per controllare l'etilene disciolto.
Nel reattore: Posizionare all'interno del CSTR vicino all'agitatore per il controllo della polimerizzazione in tempo reale.
Linea di riciclo: Posizionare all'uscita del tamburo flash per ottimizzare il recupero dell'etilene non reagito.
Linea di sfiato: Montare nella linea di spurgo/sfiato per monitorare le emissioni e garantire la sicurezza.
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Vantaggi apportati dal misuratore di concentrazione di etilene in linea
●Il monitoraggio in tempo reale garantisce un controllo preciso dell'etilene, migliorando la qualità del polimero e riducendo gli scarti dei lotti.
●Elimina il sovradosaggio, risparmiando etilene.
●Ottimizza il recupero dei monomeri nelle linee di riciclo.
●Rileva anomalie per la manutenzione predittiva.
●Bassa manutenzione.
