Uma boa combinação de propriedades positivas do material – resistência química e à umidade, melhor resistência à tração e alta flexibilidade ao mesmo tempo – garantem uma demanda continuamente crescente. O PEBD (polietileno de baixa densidade) já faz parte do dia a dia e garante, através de embalagens sólidas, o transporte seguro dos alimentos até a geladeira da sua cozinha. A polimerização térmica e a conversão do etileno gasoso em polietileno na forma granular ocorre sob pressões de até 3.200 bar, temperaturas de até 300ºC e adição de catalisadores.
O processo de produção ocorre em 5 etapas:
- Geração de compressão/pressão em vários estágios
- Polimerização com adição de iniciadores
- Resfriamento e separação em vários estágios
- Extrusão e secagem
- Desgaseificação, armazenamento e embalagem
Além do processo de reator tubular visualizado aqui, o processo de reator autoclave é usado como alternativa, com ambos os processos utilizando soluções de tecnologia de medição WIKA em diversas formas.
Para alcançar um rendimento consistentemente alto com qualidade constante, os operadores dependem da manutenção de vários parâmetros críticos do processo - pressão, temperatura, vazão, nível - nas respectivas seções da planta.
Compressores multiestágios de baixa e alta pressão
Na forma gasosa, o etileno fresco é misturado com o etileno reciclado e o gás é comprimido a 250-300 bar enquanto se adicionam iniciadores. A pressão do processo é então aumentada em várias etapas para 1.800 a 3.200 bar usando um hipercompressor. A pressão final necessária é determinada pelo respectivo conceito de reator. O calor gerado durante a compressão é removido de maneira sistemática por meio de intercoolers de alta pressão.
Para garantir que a polimerização desejada seja iniciada e prossiga de maneira controlada, a temperatura e a pressão do meio em cada estágio devem ser precisamente combinadas. Em particular, sensores de temperatura e sensores de pressão de resposta rápida ajudam os usuários a monitorar compressores e resfriadores com segurança e eficiência. O design especial dos sensores significa que podem suportar pressões de até 6.000 bar.
Sensores de temperatura altamente resistentes a vibrações monitoram a temperatura correta dos rolamentos do compressor, que está sujeito a fortes esforços.
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Reatores de polimerização
Após a temperatura desejada do meio no pré-aquecedor ter sido definida com precisão, a polimerização ocorre em várias etapas no reator tubular de alta pressão, que pode ter até 4.000 metros de comprimento, em pressões entre 1.800 ... 3.200 bar e temperaturas entre 180ºC ... 320°C.
Ao adicionar seletivamente vários catalisadores (comonômeros) em várias seções tubulares sucessivas em diferentes níveis de temperatura, polímeros de polietileno de cadeia longa (e ao mesmo tempo amplamente ramificados) são produzidos a partir de monômeros individuais. A qualidade desejada do produto final pode ser ajustada especificamente dosando com precisão a composição e a quantidade. O monitoramento da pressão da bomba injetora de alta pressão rigorosamente controlada desempenha um papel crítico.
Da mesma forma, a pressão e a temperatura do meio na entrada e na saída do reator tubular são monitoradas com sensores de resposta particularmente rápida. Eles estão disponíveis em faixas de pressão de 2.500 bar, 4.000 bar, 6.000 bar até 15.000 bar.
Processos de fabricação e testes adaptados para altas pressões, como brasagem a vácuo, raios X e testes de alta pressão, fazem parte dos processos estabelecidos na WIKA. No reator autoclave, por outro lado, os parâmetros são medidos diretamente no reator em diversos pontos.
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Separadores de alta e baixa pressão
Após a polimerização, o fluxo de meio PEBD é descomprimido a cerca de 300 bar e arrefecido. O separador de alta pressão separa então o polímero fundido desejado dos componentes do gás etileno que não reagiu. Aproximadamente 60% não são convertidos num único ciclo e são devolvidos ao compressor como gás de reciclagem.
No separador de baixa pressão, ocorre uma separação adicional dos componentes do óleo refrigerante e da cera. Para monitorar a separação de forma contínua e correta e também para evitar qualquer possível depósito do meio em espaços mortos, a solução de transmissor de processo embutido, composta por um selo diafragma tubular e transmissores de pressão inteligentes, com classificação de pressão de até 600 bar, é usado neste momento em muitas plantas de PEBD.
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Extrusão e secagem
Em uma extrusora, o polímero fundido é processado em pequenos pellets granulares sólidos. Durante o processo de extrusão, os restantes componentes do gás etileno são separados e vários aditivos, tais como corantes, estabilizadores UV, aditivos antiestáticos ou retardadores de fogo, são adicionados para adaptar de forma ideal o plástico para as suas utilizações posteriores.
Sensores de temperatura com mola de baioneta, com pressão de contato constante, são usados para monitorar a temperatura de aquecimento. Na etapa subsequente do processo, a umidade dos pellets é reduzida à umidade residual mínima por meio de sistemas de secagem com ar quente ou sistemas de desumidificação, dependendo do teor de umidade residual desejado.
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Desgaseificação e armazenamento
Os pellets de PEBD são armazenados em silos altos até serem transportados como material a granel ou ensacados nos contêineres desejados. Para evitar o acúmulo de uma possível mistura de gases explosivos no interior, o nitrogênio é geralmente injetado em vários pontos como gás de purga para remover os componentes de liberação de gases dos pellets de PEBD de maneira controlada.
O fluxo de purga constante é monitorado com precisão, seja por meio de um medidor ou por um orifício de medição compacto com um transmissor de pressão diferencial montado, contribuindo assim para a segurança permanente do sistema.
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