Linha de extrusão de laboratório em dois estágios para desvolatilização de polímeros
Linha de laboratório em H de dois estágios para um fabricante de produtos químicos no leste da China. Uma extrusora LAB35 (L/D 74) lava o polímero especial com injeção de líquido em alta pressão, e uma extrusora LAB30 (L/D 58) conclui a desvolatilização.
Contexto e desafios
Este projeto foi entregue a um dos principais grupos da indústria química do leste da China. O cliente enfrentava grandes obstáculos de processamento no desenvolvimento de um polímero especial de alto desempenho, que exige uma purificação rigorosa após a síntese.
Gargalos do processo
O polímero recém-sintetizado continha altos níveis de solventes residuais e impurezas, o que exigia um processo contínuo de “lavagem-extração-desvolatilização” em várias etapas para atingir pureza de grau óptico ou médico.
Problemas de corrosão
Os agentes de lavagem ácidos e os subprodutos da reação representavam uma séria ameaça de corrosão para equipamentos convencionais, exigindo materiais muito superiores aos aços nitretados comuns.
Flexibilidade para P&D
Por ser uma linha piloto, o sistema precisava de uma janela operacional extremamente ampla para simular toda a transição de fase, de soluções de baixa viscosidade a fundidos de alta viscosidade.
Análise detalhada das características do material
A configuração com L/D ultraelevado (1º estágio: L/D 74; 2º estágio: L/D 58) mostra que o processamento do material envolve complexidades específicas:
Escoamento multifásico e separação
O processo envolve interações complexas “sólido-líquido-líquido” dentro do cilindro. Um controle preciso do cisalhamento é essencial para obter uma transferência de massa eficiente (lavagem), seguida da separação de fases (drenagem do líquido).
Tempo de residência prolongado
A relação L/D combinada superior a 130D indica que a cinética da reação ou da purificação exige um tempo de residência considerável para garantir a conversão completa e a remoção do solvente.
Sensibilidade metalúrgica
O sistema polimérico é sensível à contaminação por íons metálicos e opera em um ambiente altamente corrosivo, o que obriga ao uso de ligas específicas quimicamente inertes.
Solução da USEON
Arquitetura em H de dois estágios:
- 1º estágio (extrusora de dupla rosca LAB35, L/D 74): funciona como zona principal de reação e lavagem. Seu comprimento maior acomoda três sistemas de injeção de líquido em alta pressão (até 15 MPa) e amplas zonas de mistura para a dispersão do solvente em nível microscópico.
- 2º estágio (extrusora de dupla rosca LAB30, L/D 58): dedicado à desvolatilização profunda e ao aumento de pressão, garantindo um teor mínimo de voláteis nos pellets finais.
- O arranjo em H otimiza o canal de fluxo do fundido entre os estágios e reduz a altura livre necessária para a instalação.
Drenagem dinâmica e injeção de líquido:
- A linha conta com três unidades de drenagem dinâmica de líquido. Essas unidades laterais de dupla rosca contrarrotante expulsam do cilindro os líquidos extraídos e impedem o vazamento do polímero fundido — um avanço significativo em relação aos métodos de drenagem passiva, que costumam entupir.
- Cilindros especiais de injeção de líquido permitem introduzir os agentes de lavagem com precisão, mesmo em zonas de fundido sob alta pressão.
Alta resistência à corrosão:
- Os cilindros do 1º estágio são de aço inoxidável 630 com camisas de liga à base de níquel (HRC50), e os elementos de rosca são usinados em aço inoxidável 630. Esses materiais neutralizam com eficácia os riscos de corrosão intergranular em ambientes ácidos.
- O 2º estágio e os componentes a jusante usam aço inoxidável 304 e ligas de níquel para manter o processo livre de contaminação.
Para superar esses desafios, a USEON projetou um sistema de desvolatilização e lavagem sob medida, em H e de dois estágios:
Vídeo do projeto
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- 01Análise do processo
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Souder Chen
Diretor da divisão de compounding
Na USEON desde 2008. Linhas de dupla rosca para compounding, desvolatilização e reciclagem.