Kontroll av etylenkonsentrasjon i gummisyntese

Syntetisk gummi er en menneskeskapt elastomer produsert av petroleumsbiprodukter. Den brukes ofte til bruksområder som bilindustrien – dekk, dører og vinduer. Utvinning av rå monomerer innebærer raffinering av disse oljefraksjonene – gjennom prosesser som naftakrakking og destillasjon – for å rense målmonomerene, da forurensninger vil forstyrre den påfølgende polymerisasjonsreaksjonen. De resulterende rensede monomerene har vanligvis en renhet på 99,5 % eller høyere, noe som legger grunnlaget for gummisyntese.

Kjerneproduksjonstrinnet er polymerisering: rensede monomerer blandes med initiatorer og enten dispergeres i vann eller løses opp i organiske løsemidler. Denne prosessen omdanner små monomermolekyler til lange polymerkjeder, noe som gir rågummi med et hydrokarboninnhold i gummi på 80–90 %. Et kritisk oppfølgingstrinn er vulkanisering, hvor svovel eller peroksider tilsettes og varmes opp for å danne tverrbindinger mellom polymerkjedene – uvulkanisert gummi er for myk og klebrig til å være nyttig. Den vulkaniserte gummien har i utgangspunktet en polymerrenhet på 95–98 %, men for høyytelsesapplikasjoner er ytterligere rensing nødvendig.

Vanskeligheter med konsentrasjonsmåling av etylenkonsentrasjon

I gummisyntese, spesielt for etylen-propylen-dienmonomer (EPDM) eller etylen-propylengummi (EPR/EPM), er presis måling av etylenkonsentrasjon avgjørende for å kontrollere polymerisasjonskinetikken, sikre konsistente polymeregenskaper og minimere avfall.

Oversikt over gummisynteseprosessen

Gummisyntese for EPDM/EPR involverer vanligvis:

Levering av råvarerEtylen og propylen (og dien for EPDM) føres inn som gasser i en reaktor, ofte oppløst i et løsemiddel eller holdt i gass-/væskefaser.

PolymerisasjonsreaktorEn CSTR- eller loopreaktor der monomerer reagerer med katalysatorer ved 30–90 °C og 10–30 bar, og danner polymerkjeder.

Gjenvinning av løsemiddel/monomerUreagerte monomerer strippes, resirkuleres eller renses, ofte via avflyktning eller flash-trommel.

EtterbehandlingPolymeren separeres, vaskes og ekstruderes, med kvalitetskontroller for tetthet og Mooney-viskositet.

Etylen fungerer som en kritisk monomer i gummisyntese, et viktig råmateriale i den petrokjemiske industrien. Konsentrasjonen av denne monomeren i reaksjonsbeholderen dikterer direkte polymerisasjonens kinetikk og følgelig de fysiske og kjemiske egenskapene til den endelige polymeren, som molekylvekt og smeltetemperatur. Når etylenkonsentrasjonen ikke kontrolleres nøyaktig, kan den resulterende polymeren vise en ukontrollert polydispersitet, noe som fører til en bredere fordeling av molekylvekter og inkonsekvent sluttproduktkvalitet. For eksempel eksisterer det et lineært forhold mellom økende etylentrykk og etyleninnholdet i de produserte kopolymerene, som igjen påvirker smeltetemperaturen deres.

Denne variasjonen i produktkvalitet har en direkte og konkret økonomisk innvirkning. For å sikre at hvert produserte parti oppfyller minimumskravene til kvalitet, bruker operatører ofte en metode kjent som «kvalitetsavsløring». Dette innebærer bevisst å produsere et produkt med kvalitetsegenskaper som overgår de nødvendige spesifikasjonene, og dermed overkonstruere prosessen for å kompensere for variasjon i måling og kontroll. Denne praksisen sikrer produktaksept, men fører direkte til økt råvareforbruk, høyere energiforbruk og lengre syklustider, som alle fører til betydelige driftskostnader og reduserte fortjenestemarginer. Kjernen i dette problemet er ikke en feil i selve den kjemiske prosessen, men et underskudd i sanntidsmålings- og kontrollsløyfen som styrer den, noe som fører til en reaktiv snarere enn proaktiv driftsmodus.

Snakk med vår ekspert for å vurdere dine driftskrav.

Rådfør deg med en ekspert

Løsning for kontinuerlig konsentrasjonsmåling av lonnmeter

Tradisjonell offline laboratoriebasert analyse er lite egnet for de dynamiske, kontinuerlige kravene til en moderne produksjonslinje. De forårsaker ofte analyseforsinkelser og gjentatt arbeidskrevende måling. Med andre ord er dataene som operatører mottar et øyeblikksbilde av prosessen fra minutter eller til og med timer. Informasjonsmangel forårsaker kvalitetsavvik etter at de allerede har oppstått, og potensielt etter at en hel batch har blitt kompromittert, noe som fører til kostbart avfall og omarbeid.

Lonnmeter har konstruertetylensensorkonsentrasjonfor å realisere presis konsentrasjonsmåling i sanntid i en kontinuerlig kjemisk prosess. Den fungerer bra selv i et miljø med rask endring. Online etylenkonsentrasjonsmåler er et instrument av industrikvalitet som er utviklet for å imøtekomme de presise målekravene til kjemiske prosesser. Den bruker avanserte sensorteknologier – en akustisk signalkilde for å eksitere en metallstemmegaffel, noe som får gaffelen til å vibrere ved sin naturlige resonansfrekvens. Det er verdt å merke seg at denne resonansfrekvensen viser en direkte korrelasjon med tettheten til væsken som stemmegaffelen er i kontakt med. Deretter kan væskens tetthet bestemmes gjennom frekvensanalyse – med temperaturkompensasjon implementert for å motvirke temperaturdrift i systemet, noe som sikrer målenøyaktighet.

Etylenkonsentrasjonsmåler

For kontinuerlig konsentrasjonsmåling i rørledninger eller tanker

Stemmegaffelstruktur

Installasjonsplasseringer i gummisynteseprosessen

MonomertilførselslinjePlasser sensoren i etylentilførselsrøret etter kompressoren for å sikre renhet og justere doseringen.
ReaktorinnløpInstaller ved blandingspunktet for monomer og løsemiddel med heksan/propylen for å kontrollere oppløst etylen.
I reaktorenPlasser inne i CSTR nær omrøreren for polymerisasjonskontroll i sanntid.
ResirkuleringslinjePlasser ved flash-trommelens utløp for å optimalisere gjenvinningen av ureagert etylen.
VentilasjonsledningMonter i avluftingsledningen for å overvåke utslipp og sikre sikkerhet.