Kontroll av etylenkoncentrationen i gummisyntes

Syntetiskt gummi är en konstgjord elastomer som produceras av biprodukter från petroleum. Den används ofta för tillämpningar som bilindustrin – däck, dörrar och fönster. Utvinning av råmonomerer innebär att dessa oljefraktioner raffineras – genom processer som naftakrackning och destillation – för att rena målmonomererna, eftersom föroreningar skulle störa den efterföljande polymerisationsreaktionen. De resulterande renade monomererna har vanligtvis en renhet på 99,5 % eller högre, vilket lägger grunden för gummisyntes.

Kärnproduktionssteget är polymerisation: renade monomerer blandas med initiatorer och antingen dispergeras i vatten eller löses upp i organiska lösningsmedel. Denna process omvandlar små monomermolekyler till långa polymerkedjor, vilket ger rågummi med en kolvätehalt i gummi på 80–90 %. Ett kritiskt uppföljningssteg är vulkanisering, där svavel eller peroxider tillsätts och värms upp för att bilda tvärbindningar mellan polymerkedjor – ovulkaniserat gummi är för mjukt och klibbigt för att vara användbart. Det vulkaniserade gummit har initialt en polymerrenhet på 95–98 %, men för högpresterande tillämpningar krävs ytterligare rening.

Svårigheter vid koncentrationsmätning av etylenkoncentration

Vid gummisyntes, särskilt för etylen-propylen-dienmonomer (EPDM) eller etylen-propylengummi (EPR/EPM), är exakt mätning av etylenkoncentrationen avgörande för att kontrollera polymerisationskinetiken, säkerställa konsekventa polymeregenskaper och minimera avfall.

Översikt över gummisyntesprocessen

Gummisyntes för EPDM/EPR innebär vanligtvis:

Leverans av råmaterialEtylen och propen (och dien för EPDM) matas in som gaser i en reaktor, ofta lösta i ett lösningsmedel eller hålls i gas-/vätskefaser.

PolymerisationsreaktorEn CSTR- eller loopreaktor där monomerer reagerar med katalysatorer vid 30–90 °C och 10–30 bar och bildar polymerkedjor.

Återvinning av lösningsmedel/monomererOreagerade monomerer strippas, återvinns eller rensas ut, ofta via avflyktning eller flashtrummor.

EfterbehandlingPolymeren separeras, tvättas och extruderas, med kvalitetskontroller för densitet och Mooney-viskositet.

Etylen fungerar som en kritisk monomer i gummisyntes, ett viktigt råmaterial inom den petrokemiska industrin. Koncentrationen av denna monomer i reaktionskärlet dikterar direkt polymerisationens kinetik och följaktligen de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos den slutliga polymeren, såsom molekylvikt och smälttemperatur. När etylenkoncentrationen inte kontrolleras exakt kan den resulterande polymeren uppvisa en okontrollerad polydispersitet, vilket leder till en bredare fördelning av molekylvikter och inkonsekvent slutproduktkvalitet. Till exempel finns det ett linjärt samband mellan ökande etylentryck och etylenhalten i de producerade sampolymererna, vilket i sin tur påverkar deras smälttemperatur.

Denna variation i produktkvalitet har en direkt och påtaglig ekonomisk inverkan. För att säkerställa att varje tillverkad sats uppfyller minimikraven för kvalitet använder operatörer ofta en metod som kallas "kvalitetsavdrag". Detta innebär att man avsiktligt producerar en produkt med kvalitetsegenskaper som överstiger de erforderliga specifikationerna, vilket i praktiken överkonstruerar processen för att kompensera för variationer i mätning och kontroll. Denna metod, samtidigt som den säkerställer produktacceptans, leder direkt till ökad råvaruförbrukning, högre energianvändning och förlängda cykeltider, vilket allt leder till betydande driftskostnader och minskade vinstmarginaler. Kärnan i detta problem är inte en brist i själva den kemiska processen, utan ett underskott i realtidsmätnings- och kontrollslingan som styr den, vilket leder till ett reaktivt snarare än proaktivt driftsätt.

Prata med vår expert för att bedöma dina driftskrav.

Konsultera en expert

Lösning för kontinuerlig koncentrationsmätning av lonnmätare

Traditionell offline-labbaserad analys är illa lämpad för de dynamiska, kontinuerliga kraven från en modern produktionslinje. De orsakar ofta analysfördröjningar och upprepade arbetsintensiva mätningar. Med andra ord är data som operatörer får en ögonblicksbild av processen från minuter eller till och med timmar. Informationsbrist orsakar kvalitetsavvikelser efter att de redan har inträffat och potentiellt efter att en hel batch har komprometterats, vilket leder till kostsamt avfall och omarbetning.

Lonnmeter har konstrueratetylensensorkoncentrationför att realisera exakt koncentrationsmätning i realtid i en kontinuerlig kemisk process. Den fungerar bra även i en snabbt föränderlig miljö; Online etylenkoncentrationsmätare är ett instrument av industriell kvalitet som är utformat för att möta de exakta mätkraven för kemiska processer. Den använder avancerade sensortekniker – en akustisk signalkälla för att excitera en stämgaffel av metall, vilket får gaffeln att vibrera vid sin naturliga resonansfrekvens. Det är värt att notera att denna resonansfrekvens uppvisar en direkt korrelation med densiteten hos vätskan som stämgaffeln kommer i kontakt med. Därefter kan vätskans densitet bestämmas genom frekvensanalys – med temperaturkompensation implementerad för att motverka temperaturdrift i systemet, vilket säkerställer mätnoggrannhet.

Etylenkoncentrationsmätare

För kontinuerlig koncentrationsmätning i rörledningar eller tankar

Stämgaffelstruktur

Installationsplaceringar i gummisyntesprocessen

MonomermatningsledningPlacera sensorn i etylenmatningsledningen efter kompressorn för att säkerställa renhet och justera doseringen.
Reaktorns inloppInstallera vid blandningspunkten för monomer och lösningsmedel med hexan/propylen för att kontrollera upplöst etylen.
In-reaktorPlacera inuti CSTR nära omröraren för polymerisationskontroll i realtid.
ÅtervinningslinjePlacera vid flashtrummans utlopp för att optimera återvinningen av oreagerad etylen.
VentilationsledningMontera i avluftningsledningen för att övervaka utsläpp och säkerställa säkerheten.