Un bon mélange de propriétés positives des matériaux - résistance à l'humidité et aux produits chimiques, meilleure résistance à la traction et haute flexibilité en même temps - assure une demande en constante augmentation. Le LDPE (polyéthylène basse densité) fait désormais partie intégrante de la vie quotidienne et garantit, grâce à un emballage solide, le transport sûr des aliments jusqu'au réfrigérateur de votre cuisine. La polymérisation thermique et la conversion de l'éthylène gazeux en polyéthylène sous forme de granulés s'effectuent sous des pressions allant jusqu'à 3.200 bars, des températures allant jusqu'à 300 °C et l'ajout de catalyseurs.
Le process de production se déroule en 5 étapes :
En plus du process de réacteur à tube visualisé ici, le process de réacteur autoclave est utilisé comme alternative, les deux process utilisant des solutions de technologie de mesure WIKA sous diverses formes.
Afin d'obtenir un débit élevé et constant avec une qualité constante, les opérateurs sont tributaires du maintien de plusieurs paramètres de process critiques - pression, température, taux de débit, niveau - dans les sections respectives de l'usine.
Sous forme gazeuse, le nouveau éthylène est mélangé à l'éthylène recyclé et le gaz est comprimé à 250 - 300 bar tout en ajoutant des initiateurs. La pression du process est ensuite augmentée en plusieurs étapes jusqu'à 1.800 ... 3.200 bar à l'aide d'un hypercompresseur. La pression finale requise est déterminée par le concept du réacteur respectif. La chaleur générée lors de la compression est évacuée de manière systématique grâce à des refroidisseurs intermédiaires à haute pression.
Pour garantir le démarrage et le déroulement contrôlé de la polymérisation souhaitée, la température et la pression du milieu doivent être précisément adaptées à chaque étape. En particulier, les capteurs de température et de pression à réponse rapide aident les utilisateurs à surveiller les compresseurs et les refroidisseurs de manière sûre et efficace. La conception spéciale des capteurs leur permet de résister à des pressions allant jusqu'à 6.000 bar.
Des capteurs de température très résistants aux vibrations surveillent la température correcte des roulements du compresseur, qui est soumis à de fortes contraintes tout au long de son fonctionnement.
Après le réglage précis de la température souhaitée du fluide dans le préchauffeur, la polymérisation s'effectue en plusieurs étapes dans le réacteur tubulaire à haute pression, qui peut mesurer jusqu'à 4.000 mètres de long, à des pressions comprises entre 1.800 ... 3.200 bar et des températures comprises entre 180 ... 320 °C.
En ajoutant sélectivement plusieurs catalyseurs (co-monomères) dans plusieurs sections tubulaires successives à différents niveaux de température, des polymères de polyéthylène à longue chaîne (et en même temps largement ramifiés) sont produits à partir de monomères individuels. La qualité souhaitée du produit final peut être ajustée de manière spécifique en dosant précisément la composition et la quantité. La surveillance de la pression de la pompe d'injection haute pression, étroitement contrôlée, joue un rôle essentiel.
De même, la pression et la température du milieu à l'entrée et à la sortie du réacteur tubulaire sont surveillées par des capteurs à réponse particulièrement rapide. Ils sont disponibles dans des plages de pression allant de 2.500 bar, 4.000 bar, 6.000 bar à 15.000 bar.
Les process de fabrication et d'essai adaptés aux hautes pressions, tels que le brassage sous vide, les essais aux rayons X et à haute pression, font partie des process établis chez WIKA. Dans le réacteur autoclave, en revanche, les paramètres sont mesurés directement dans le réacteur en plusieurs points.
Après la polymérisation, le flux de LDPE est décompressé à environ 300 bar et refroidi. Le séparateur haute pression sépare ensuite, le polymère fondu souhaité, des composants gazeux de l'éthylène n'ayant pas réagi. Environ 60 % ne sont pas convertis en un seul cycle et sont renvoyés au compresseur comme gaz de recyclage.
Dans le séparateur à basse pression, une séparation supplémentaire des composants de l'huile de refroidissement et de la cire a lieu. Afin de surveiller la séparation de manière continue et correcte et d'empêcher tout dépôt éventuel du fluide dans les espaces morts, la solution de transmetteur de process encastré, composée d'un séparateur à membrane et de transmetteurs de pression intelligents, avec une pression nominale allant jusqu'à 600 bar, est utilisée à ce stade dans de nombreuses usines de LDPE.
Dans une extrudeuse, le polymère fondu est transformé en petits granulés solides. Au cours du process d'extrusion, les composants restants du gaz d'éthylène sont séparés et divers additifs, tels que des colorants, des stabilisateurs UV, des additifs antistatiques ou ignifuges, sont ajoutés afin d'adapter de manière optimale le plastique à ses utilisations ultérieures.
Des capteurs de température à baïonnette, avec une pression de contact constante, sont utilisés pour surveiller la température de chauffage. Dans l'étape suivante du process, l'humidité des granulés est réduite à une humidité résiduelle minimale au moyen de systèmes de séchage à air chaud ou de systèmes de déshumidification, en fonction de la teneur en humidité résiduelle souhaitée.
Les granulés de LDPE sont stockés dans de hauts silos jusqu'à ce qu'ils soient transportés en vrac ou ensachés dans les conteneurs souhaités. Afin d'éviter l'accumulation d'un éventuel mélange gazeux explosif à l'intérieur, de l'azote est généralement injecté en plusieurs points comme gaz de purge pour éliminer de manière contrôlée les composants du dégazage des granulés de LDPE.
Le débit de purge constant est contrôlé avec précision, soit à l'aide d'un compteur, soit à l'aide d'un orifice de mesure compact avec un transmetteur de pression différentielle monté, et contribue ainsi à la sécurité permanente du système.
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