Controle da concentração de etileno na síntese de borracha
A borracha sintética é um elastômero produzido pelo homem a partir de subprodutos do petróleo. É frequentemente utilizada em aplicações como no setor automotivo — pneus, portas e janelas. A extração do monômero bruto envolve o refino dessas frações de petróleo — por meio de processos como craqueamento de nafta e destilação — para purificar os monômeros desejados, já que contaminantes poderiam interferir na reação de polimerização subsequente. Os monômeros purificados resultantes geralmente apresentam pureza de 99,5% ou superior, estabelecendo a base para a síntese da borracha.
A etapa principal de produção é a polimerização: monômeros purificados são misturados com iniciadores e dispersos em água ou dissolvidos em solventes orgânicos. Esse processo converte pequenas moléculas de monômero em longas cadeias poliméricas, resultando em borracha bruta com um teor de hidrocarbonetos de 80 a 90%. Uma etapa subsequente crítica é a vulcanização, na qual enxofre ou peróxidos são adicionados e aquecidos para formar ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas — a borracha não vulcanizada é muito macia e pegajosa para ser útil. A borracha vulcanizada inicialmente apresenta uma pureza polimérica de 95 a 98%, mas para aplicações de alto desempenho, é necessária uma purificação adicional.
Dificuldade na medição da concentração de etileno
Na síntese de borracha, particularmente para o monômero de etileno-propileno-dieno (EPDM) ou borracha de etileno-propileno (EPR/EPM), a medição precisa da concentração de etileno é fundamental para controlar a cinética da polimerização, garantindo propriedades consistentes do polímero e minimizando o desperdício.
Visão geral do processo de síntese da borracha
A síntese de borracha para EPDM/EPR normalmente envolve:
Entrega de matéria-primaEtileno e propileno (e dieno, no caso do EPDM) são introduzidos em um reator na forma de gases, geralmente dissolvidos em um solvente ou mantidos em fases gasosa/líquida.
Reator de polimerizaçãoUm reator CSTR ou de circuito fechado onde monômeros reagem com catalisadores a 30-90°C e 10-30 bar, formando cadeias de polímeros.
Recuperação de solvente/monômeroOs monômeros não reagidos são removidos, reciclados ou eliminados, geralmente por meio de desvolatilização ou tambores de flash.
AcabamentoO polímero é separado, lavado e extrudado, com verificações de qualidade quanto à densidade e viscosidade Mooney.
O etileno é um monômero crucial na síntese da borracha, uma matéria-prima essencial na indústria petroquímica. A concentração desse monômero no reator determina diretamente a cinética da polimerização e, consequentemente, as propriedades físico-químicas do polímero final, como massa molecular e temperatura de fusão. Quando a concentração de etileno não é controlada com precisão, o polímero resultante pode apresentar polidispersidade descontrolada, levando a uma distribuição mais ampla de massas moleculares e à inconsistência na qualidade do produto final. Por exemplo, existe uma relação linear entre o aumento da pressão de etileno e o teor de etileno nos copolímeros produzidos, o que, por sua vez, afeta sua temperatura de fusão.
Essa variabilidade na qualidade do produto tem um impacto financeiro direto e tangível. Para garantir que cada lote fabricado atenda às especificações mínimas de qualidade, os operadores frequentemente praticam um método conhecido como "excesso de qualidade". Isso envolve a produção intencional de um produto com características de qualidade que excedem as especificações exigidas, na prática, superdimensionando o processo para compensar a variabilidade de medição e controle. Essa prática, embora garanta a aceitação do produto, leva diretamente ao aumento do consumo de matéria-prima, maior consumo de energia e tempos de ciclo mais longos, o que se traduz em custos operacionais significativos e margens de lucro reduzidas. O cerne desse problema não é uma falha no processo químico em si, mas uma deficiência no circuito de medição e controle em tempo real que o governa, levando a um modo de operação reativo em vez de proativo.
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Solução para Medição Contínua de Concentração com Ionômetro
As análises tradicionais em laboratório, realizadas offline, são inadequadas para as demandas dinâmicas e contínuas de uma linha de produção moderna. Frequentemente, causam atrasos na análise e medições repetidas e trabalhosas. Em outras palavras, os dados que os operadores recebem representam um instantâneo do processo em questão de minutos ou até mesmo horas. A falta de informação causa desvios de qualidade após a ocorrência dos problemas e, potencialmente, após um lote inteiro já ter sido comprometido, resultando em desperdício e retrabalho dispendiosos.
A Lonnmeter projetouconcentração do sensor de etilenoPara realizar medições precisas de concentração em tempo real em processos químicos contínuos, o medidor de concentração de etileno online é um instrumento de nível industrial projetado para atender aos requisitos de medição precisa em processos químicos. Ele utiliza tecnologias avançadas de sensoriamento: uma fonte de sinal acústico para excitar um diapasão metálico, fazendo com que ele vibre em sua frequência de ressonância natural. Notavelmente, essa frequência de ressonância apresenta uma correlação direta com a densidade do líquido em contato com o diapasão. Posteriormente, a densidade do líquido pode ser determinada por meio de análise de frequência, com compensação de temperatura implementada para neutralizar a deriva térmica dentro do sistema, garantindo a precisão da medição.
Estrutura de diapasão
Posicionamento das instalações no processo de síntese da borracha
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Linha de alimentação de monômeroColoque o sensor na tubulação de alimentação de etileno após o compressor para garantir a pureza e ajustar a dosagem.
Entrada do reatorInstalar no ponto de mistura monômero-solvente com hexano/propileno para controlar o etileno dissolvido.
Em reatorPosicione o dispositivo dentro do reator CSTR próximo ao agitador para controle da polimerização em tempo real.
Linha de ReciclagemPosicione na saída do separador flash para otimizar a recuperação do etileno não reagido.
Linha de ventilaçãoInstale na linha de purga/ventilação para monitorar as emissões e garantir a segurança.
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Vantagens proporcionadas pelo medidor de concentração de etileno em linha
●O monitoramento em tempo real garante um controle preciso do etileno, melhorando a qualidade do polímero e reduzindo as rejeições de lotes.
●Elimina a sobredosagem, economizando etileno.
●Otimiza a recuperação de monômeros em linhas de reciclagem.
●Detecta anomalias para manutenção preditiva.
●De baixa manutenção.
