Línea de extrusión de laboratorio en dos etapas para desvolatilización de polímeros
Línea de laboratorio de dos etapas en disposición H para un productor químico del este de China. Una extrusora LAB35 (L/D 74) lava el polímero especial mediante inyección de líquido a alta presión y una extrusora LAB30 (L/D 58) completa la desvolatilización.
Antecedentes y retos
Este proyecto se entregó a un destacado grupo de la industria química del este de China. El cliente se enfrentaba a importantes obstáculos de procesamiento en el desarrollo de un polímero especial de alto desempeño que requería una purificación rigurosa tras la síntesis.
Cuellos de botella del proceso
El polímero recién sintetizado contenía altos niveles de solventes residuales e impurezas, lo que hacía necesario un proceso continuo en varias etapas de «lavado-extracción-desvolatilización» para alcanzar una pureza de grado óptico o médico.
Problemas de corrosión
Los agentes de lavado ácidos y los subproductos de reacción suponían una grave amenaza de corrosión para los equipos estándar, por lo que se necesitaban materiales muy superiores a los aceros nitrurados convencionales.
Flexibilidad para I+D
Al tratarse de una línea piloto, el sistema requería una ventana de operación extremadamente amplia para simular toda la transición de fase, desde soluciones de baja viscosidad hasta fundidos de alta viscosidad.
Análisis detallado de las características del material
Dada la relación L/D extremadamente alta (etapa 1: L/D 74; etapa 2: L/D 58), el procesamiento del material presenta complejidades particulares:
Flujo multifásico y separación
El proceso implica interacciones complejas «sólido-líquido-líquido» dentro del cilindro. Un control preciso del cizallamiento es fundamental para lograr una transferencia de masa eficiente (lavado) seguida de la separación de fases (drenaje del líquido).
Tiempo de residencia prolongado
La relación L/D combinada, superior a 130D, indica que la cinética de la reacción o de la purificación requiere un tiempo de residencia considerable para asegurar la conversión completa y la eliminación del solvente.
Sensibilidad a los materiales metálicos
El sistema polimérico es sensible a la contaminación por iones metálicos y opera en un entorno altamente corrosivo, lo que obliga a utilizar aleaciones específicas químicamente inertes.
Solución de USEON
Arquitectura de doble etapa en H:
- Etapa 1 (extrusora de doble husillo LAB35, L/D 74): actúa como zona principal de reacción y lavado. Su gran longitud permite alojar tres sistemas de inyección de líquido a alta presión (hasta 15 MPa) y amplias zonas de mezcla para dispersar el solvente a escala microscópica.
- Etapa 2 (extrusora de doble husillo LAB30, L/D 58): dedicada a la desvolatilización profunda y a la generación de presión, para asegurar un contenido mínimo de volátiles en los pellets finales.
- La disposición en H optimiza el canal de flujo del fundido entre etapas y reduce la altura libre necesaria para la instalación.
Drenaje e inyección dinámicos de líquido:
- La línea cuenta con tres unidades de drenaje dinámico de líquido. Estas unidades laterales de doble husillo contrarrotante expulsan del cilindro los líquidos extraídos y, al mismo tiempo, impiden la fuga del polímero fundido, una mejora importante frente a los métodos de drenaje pasivo, que a menudo se obstruyen.
- Los cilindros especiales de inyección de líquido permiten introducir con precisión los agentes de lavado incluso en zonas de fundido a alta presión.
Resistencia superior a la corrosión:
- Los cilindros de la etapa 1 son de acero inoxidable 630 con camisas de aleación base níquel (HRC50), y los elementos de husillo están mecanizados en acero inoxidable 630. Esta selección de materiales neutraliza eficazmente el riesgo de corrosión intergranular en entornos ácidos.
- La etapa 2 y los componentes posteriores utilizan acero inoxidable 304 y aleaciones de níquel para mantener un proceso libre de contaminación.
Para resolver estos retos, USEON diseñó a medida un sistema de desvolatilización y lavado en dos etapas con disposición en H:
Video del proyecto
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Souder Chen
Director de la división de compounding
En USEON desde 2008. Líneas de compounding, desvolatilización y reciclaje con extrusoras de doble husillo.