Ligne d’extrusion de laboratoire en deux étages pour la dévolatilisation de polymères
Ligne de laboratoire à deux étages en H pour un groupe chimique de l’Est de la Chine. Une extrudeuse LAB35 (L/D 74) lave le polymère de spécialité par injection de liquide haute pression, puis une extrudeuse LAB30 (L/D 58) achève la dévolatilisation.
Contexte et défis
Ce projet a été livré à un grand groupe chimique de l’Est de la Chine. Le client rencontrait d’importantes difficultés de mise en œuvre pour développer un polymère de spécialité haute performance nécessitant une purification rigoureuse après synthèse.
Goulots d’étranglement du procédé
Le polymère brut contenait des taux élevés de solvants résiduels et d’impuretés : un procédé continu en plusieurs étapes « lavage – extraction – dévolatilisation » était nécessaire pour atteindre une pureté de qualité optique ou médicale.
Problèmes de corrosion
Les agents de lavage acides et les sous-produits de réaction représentaient un grave risque de corrosion pour des équipements standard et exigeaient des matériaux bien supérieurs aux aciers nitrurés classiques.
Flexibilité pour la R&D
En tant que ligne pilote, le système devait offrir une fenêtre de fonctionnement extrêmement large pour simuler toute la transition de phase, de la solution peu visqueuse à la matière fondue très visqueuse.
Analyse approfondie des caractéristiques de la matière
La configuration à très grand rapport L/D (1er étage : L/D 74 ; 2e étage : L/D 58) révèle plusieurs complexités propres à la transformation de cette matière :
Écoulement polyphasique et séparation
Le procédé met en jeu des interactions complexes « solide-liquide-liquide » dans le fourreau. Une maîtrise précise du cisaillement est indispensable pour obtenir un transfert de matière efficace (lavage), puis la séparation des phases (évacuation du liquide).
Temps de séjour prolongé
Un rapport L/D cumulé supérieur à 130D indique que la cinétique de réaction ou de purification exige un temps de séjour important pour garantir une conversion complète et l’élimination des solvants.
Contraintes métallurgiques
Le système polymère est sensible à la contamination par les ions métalliques et fonctionne en milieu très corrosif, ce qui impose l’emploi d’alliages chimiquement inertes spécifiques.
Solution USEON
Architecture à deux étages en H :
- 1er étage (extrudeuse bivis LAB35, L/D 74) : zone principale de réaction et de lavage. Sa grande longueur accueille trois systèmes d’injection de liquide haute pression (jusqu’à 15 MPa) et de larges zones de mélange pour une dispersion du solvant à l’échelle microscopique.
- 2e étage (extrudeuse bivis LAB30, L/D 58) : dédié à la dévolatilisation poussée et à la montée en pression, il garantit une teneur minimale en volatils dans les granulés finaux.
- La disposition en H optimise le canal de matière fondue entre les deux étages tout en réduisant la hauteur nécessaire à l’installation.
Évacuation et injection dynamiques de liquide :
- La ligne comprend trois unités d’évacuation dynamique du liquide. Ces unités latérales bivis contrarotatives expulsent les liquides extraits hors du fourreau tout en empêchant les fuites de polymère fondu – un net progrès par rapport aux évacuations passives, qui se colmatent souvent.
- Des éléments de fourreau spécifiques pour l’injection de liquide permettent d’introduire précisément les agents de lavage, même dans les zones de matière fondue sous haute pression.
Résistance à la corrosion haut de gamme :
- Les fourreaux du 1er étage sont en acier inoxydable 630 avec chemises en alliage base nickel (HRC 50), et les éléments de vis sont usinés en inox 630. Ces matériaux neutralisent efficacement les risques de corrosion intergranulaire en milieu acide.
- Le 2e étage et les composants en aval sont en acier inoxydable 304 et en alliages de nickel, pour un procédé exempt de contamination.
Pour relever ces défis, USEON a conçu sur mesure un système de lavage et de dévolatilisation à deux étages en H :
Vidéo du projet
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- 01Analyse du procédé
- 02Échange avec un ingénieur
- 03Proposition de ligne
Souder Chen
Responsable de la division Compoundage
Chez USEON depuis 2008. Lignes bivis de compoundage, de dévolatilisation et de recyclage.