ES2226512B1

ES2226512B1 - Instalacion de extrusion de pet reciclado y utilizacion correspondiente.

Info

Publication number: ES2226512B1
Application number: ES200102684A
Authority: ES
Inventors: Juan Martin Viñaras; Manuel Rojas Ribas
Original assignee: Sist S De Embalajes Sorsa S A; SISTEMAS DE EMBALAJES SORSA SA
Current assignee: Sist S De Embalajes Sorsa S A; SISTEMAS DE EMBALAJES SORSA SA
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2021-12-03
Also published as: ES2226512A1

Abstract

Instalación de extrusión de PET reciclado y utilización correspondiente. La instalación comprende una primera parte de reciclado y una segunda parte de extrusión, donde la primera parte de reciclado comprende un agitador-condensador (7), y la segunda parte de extrusión comprende una extrusora (9) con un husillo (15) extrusor y por lo menos una bomba de regulación del caudal de salida (21) en el extremo final de dicha extrusora (9). La segunda parte de extrusión es alimentada a partir del agitador-condensador (7). Durante la extrusión, la presión en el extremo final de la extrusora (9) varía como máximo entre +-10% de un valor de presión nominal. Preferentemente se utiliza una instalación de extrusión de acuerdo con la invención para la extrusión de fleje de PET reciclado.

Description

Instalación de extrusión de PET reciclado y utilización correspondiente.

Campo de la invención

La invención se refiere a una instalación de extrusión de PET reciclado, que comprende una primera parte de reciclado y una segunda parte de extrusión, donde la primera parte de reciclado comprende un agitador-condensador, y donde la segunda parte de extrusión comprende una extrusora con un husillo extrusor y por lo menos una bomba de regulación del caudal de salida en el extremo final de la extrusora. La segunda parte de extrusión es alimentada a partir del agitador-condensador. La invención tiene asimismo por objeto una utilización preferente de una instalación de extrusión de PET reciclado.

Estado de la técnica

Son conocidas las instalaciones de extrusión de polietilentereftalato (PET) reciclado. En estas instalaciones se emplea PET reciclado para la extrusión de nuevos productos. Sin embargo estas instalaciones tienen el inconveniente que la calidad del producto extruido no es constante. Ello puede ser aceptable en el caso que se extruyan determinados productos, como por ejemplo granza. Las variaciones en la calidad del producto extruido, que básicamente son debidas a variaciones en la presión en el extremo final de la extrusora, se traducen en unas pequeñas variaciones en el tamaño de la granza, lo cual frecuentemente no es grave. Sin embargo en el caso de extruir productos que requieran unos niveles de calidad más rigurosos, con unas propiedades físicas constantes, este procedimiento de extrusión presenta fuertes inconvenientes, y requiere un control manual de la instalación, que es caro e impreciso.

Sumario de la invención

La invención tiene por objeto superar estos inconvenientes. Esta finalidad se consigue mediante una instalación de extrusión de PET reciclado del tipo indicado al principio caracterizada porque, durante la extrusión, la presión en el extremo final de la extrusora varía como máximo entre \pm 10% de un valor de presión nominal.

Efectivamente, la presión en el extremo final de la extrusora es un parámetro crítico de cara a las propiedades físicas del producto extruido. Pequeñas variaciones en la presión en el extremo final de la extrusora se traducen en variaciones en las propiedades físicas del producto extruido, con los consiguientes problemas de calidad. Para la fabricación de productos extruidos que tengan una variación en las propiedades físicas razonablemente pequeña, es necesario que la presión en el extremo final de la extrusora esté comprendida entre un \pm 10% del valor de presión nominal. Preferentemente la variación respecto de la presión nominal es aún más pequeña, comprendida entre el \pm 5% del valor de presión nominal.

Estos valores de variación de presión nominal son ya muy difíciles de conseguir mediante un control manual. Por ello es ventajoso dotar a la instalación de por lo menos un lazo de realimentación automático de alguno de los parámetros importantes del proceso de extrusión.

Así, es ventajoso dotar a la extrusora de un lazo de realimentación de velocidad para regular la velocidad de giro del husillo extrusor, de manera que tienda hacia un valor objetivo de velocidad de giro, usualmente expresada en revoluciones por minuto (r.p.m.). Efectivamente, la velocidad de giro del husillo tiene un efecto directo sobre la presión en el extremo final de la extrusora. Por lo tanto, para conseguir una presión predeterminada hará falta que la velocidad de giro del husillo sea una velocidad determinada (en unas condiciones determinadas de extrusión). Variaciones en esta velocidad de giro significarán variaciones en la presión. Mediante el lazo de realimentación se puede conseguir que la velocidad de giro sea siempre la que se ha marcado como valor objetivo.

Preferentemente el lazo de realimentación de velocidad actúa sobre un variador de frecuencia que gobierna un motor extrusor eléctrico que mueve el husillo, para alcanzar el valor objetivo de velocidad de giro, ya que usualmente los husillos de las extrusoras son activados mediante un motor eléctrico, y los motores eléctricos se controlan de una forma ventajosa mediante variadores de frecuencia.

Ventajosamente se incluye en la instalación un lazo de realimentación de presión que regula la presión en el extremo final de la extrusora. Efectivamente esta es una forma particularmente efectiva de controlar la presión en el extremo final de la extrusora, ya que no se controla de una forma indirecta (por ejemplo únicamente mediante el control de la velocidad de giro del husillo) sino que se controla de una forma directa a partir de la lectura de la presión real existente en el extremo final de la extrusora. Como ya se ha dicho anteriormente, la velocidad de giro del husillo tiene una influencia directa sobre la presión en el extremo final de la extrusora. Por ello una forma preferente de realización del lazo de realimentación de presión es haciendo que actúe sobre el lazo de realimentación de velocidad que actúa sobre el husillo, modificando el valor objetivo de la velocidad de giro. De esta manera el lazo de realimentación de presión actúa cuando hay cambios de presión en el extremo final de la extrusora y ajusta la velocidad de giro objetivo del husillo, para que la nueva velocidad de giro objetivo del husillo garantice la presión objetivo, que, lógicamente, será la presión nominal. Por su lado el lazo de realimentación de velocidad se preocupa de que la velocidad de giro objetivo sea mantenida.

Existe otra variable que puede influir en la presión en el extremo final de la extrusora. Esta variable es la entrada de material en la entrada de la extrusora. Por ello es ventajoso dotar a la instalación de extrusión de un lazo de realimentación de suministro, que regule el suministro de material a la entrada del husillo extrusor. Preferentemente este lazo de realimentación de suministro recibe una señal de control indicadora del consumo de energía eléctrica del motor extrusor, ya que el consumo de energía eléctrica del motor extrusor indica, de una forma indirecta, la cantidad de material que está siendo extruida y, por tanto, variaciones en el consumo de energía eléctrica significan variaciones en la cantidad de material que está siendo extruida. Lógicamente al extruirse una mayor cantidad de material es necesario que se suministre una mayor cantidad de material, ya que en caso contrario habría una bajada de presión en el interior de la extrusora y, por tanto en el extremo final de la extrusora. El lazo de realimentación de suministro puede actuar sobre una compuerta que regula el paso del material entre el agitador-condensador y la entrada del husillo exterior.

Existen otros parámetros que influyen sobre la calidad del producto extruido. Uno de estos parámetros es la temperatura en el interior del agitador-condensador. Por ello es ventajoso incluir en la instalación de extrusión un lazo de realimentación de temperatura que regula la temperatura en el interior del agitador-condensador. Usualmente el agitador-condensador comprende unas paletas que giran en el interior removiendo el material. Estas paletas hacen que el material se caliente por fricción. Preferentemente el lazo de realimentación de temperatura modifica la velocidad de rotación de las paletas, consiguiendo así modificar la temperatura existente en el interior del agitador-condensador. En determinados casos es ventajoso que el agitador-condensador tenga además una fuente de calor externa, de manera que las paletas (y, por tanto, la fricción) no sean las únicas fuentes de calor.

Una instalación de acuerdo con la invención puede ser empleada para extruir cualquier tipo de producto. Sin embargo la instalación de acuerdo con la invención es particularmente interesante cuando se deben extruir productos que requieran una extrusión con salida controlada, es decir que disponga de una bomba o bombas volumétricas, usualmente de engranajes, que regulen el caudal de salida. Estas bombas volumétricas requieren una presión constante a su entrada, por lo que se precisa una presión en el extremo final del husillo lo más constante posible (del orden de \pm 10% respecto de la presión nominal y preferentemente del orden de \pm 5% de la presión nominal). Una aplicación particularmente interesante de una instalación de extrusión de PET reciclado de acuerdo con la invención es para la extrusión de fleje ya que el fleje es un producto que requiere unas propiedades físicas, en concreto unas propiedades mecánicas, muy concretas y constantes.

Breve descripción de los dibujos

Otras ventajas y características de la invención se aprecian a partir de la siguiente descripción, en la que, sin ningún carácter limitativo, se relata un modo preferente de realización de la invención, haciendo mención de los dibujos que se acompañan. Las figuras muestran:

Fig. 1, una instalación de extrusión de PET reciclado de acuerdo con la invención.

Figs. 2a y 2b, un diagrama de control de una instalación de extrusión de PET reciclado de acuerdo con la invención.

Fig. 3, una vista en planta de un agitador-condensador.

Fig. 4, una vista en alzado lateral del agitador-condensador de la Fig. 3.

Fig. 5, una vista de una sección según V-V del agitador-condensador de la Fig. 3.

Fig. 6, una vista de una sección según VI-VI del agitador de la Fig. 5.

Descripción detallada de una forma de realización de la invención

El PET es un material que permite su reciclaje. De esta manera productos elaborados con PET pueden ser troceados o triturados y, tras un proceso de preparación y acondicionamiento adecuado es posible extruir nuevos productos. El proceso de preparación y acondicionamiento incluye una cristalización y una postcondensación del material. Entre otras cosas, se reduce la humedad y se libera al material de sus contaminantes, manteniendo el nivel de viscosidad.

Si bien este proceso de preparación y acondicionamiento es conocido por un experto en la materia, a continuación se describe a grandes rasgos.

La instalación dispone de un cristalizador 1 en el que se introduce el material triturado, de una forma continua, por medio de un husillo transportador. Dentro del cristalizador 1 el material es precalentado, secado y cristalizado. El material es agitado para evitar que, en su estado amorfo, pueda formar grúmulos de material.

Del cristalizador 1 el material es transportado a un depósito mezclador-presecador 3. El depósito mezclador-presecador 3 puede tener una entrada directa de material triturado, asimismo mediante un husillo transportador.

Del mezclador-presecador 3 el material es transportado a un depósito deshumidificador 5 donde se procede al secado del material a través de un flujo de aire caliente, que previamente se ha secado por medio de un tamiz molecular. En esta etapa el material se deja con una humedad residual inferior al 0'2%.

El material es transportado mediante un husillo desde el depósito deshumidificador 5 hasta un agitador-condensador 7, en el cual el material se procesa a alto vacío y a alta temperatura, y con un tiempo de permanencia variable en función de las necesidades. En el agitador-condensador 7 se reduce la humedad del material a valores inferiores a 50 partes por millón (ppm) de agua a la vez que se permite que el material se libere de algún reactivo y se incremente el peso molecular, mediante el proceso de la postcondensación. De esta manera el material se transesterifica consigo mismo dando como subproducto el etilenglicol, que se evaporará a medida que se vaya generando (la presión de vapor a 20°C es de 0'1 mm de Hg). De esta manera las moléculas formadas serán cada vez más grandes, hasta que se obtenga un PET de alto peso molecular. En la práctica esto se traduce en un aumento de la viscosidad intrínseca del material, resultando así un material de más alto grado de resistencia y tenacidad. Una muestra de lo que sucederá a nivel molecular es:

1

El tiempo de residencia del material en el agitador-condensador 7 viene determinado por la capacidad del depósito del agitador-condensador 7, el nivel de llenado del mismo, la densidad aparente del material y la producción por unidad de tiempo de la extrusora. Queda como variable independiente el nivel de llenado del depósito del agitador-condensador 7. Este nivel de llenado se controla mediante una señal de la corriente consumida por el motor del agitador, ya que ésta es bastante proporcional al nivel de llenado. Esta señal se puede comparar con un valor de referencia, de manera que se obtiene una regulación automática del nivel de llenado.

Las etapas anteriores son las que se corresponden con la preparación y el acondicionamiento del material, y son las que se realizan en lo que en la presente memoria se ha denominado primera parte de reciclado de la instalación de extrusión. A partir de este momento se inician las etapas propias de la extrusión, que son las que tienen lugar en lo que se ha denominado la segunda parte de extrusión.

El agitador-condensador 7 está dispuesto lateralmente junto al inicio de la extrusora 15, de manera que el husillo 15 es tangencial al agitador-condensador 7. El extremo inferior del agitador-condensador 7 está unido a la entrada 13 de la extrusora 9. En la entrada 13 de la extrusora 9 hay una compuerta 11 que regula el paso del material entre el agitador-condensador 7 y la propia entrada 13. En el interior del agitador-condensador 7 se hallan unas paletas 25 que son las que permiten regular la temperatura en el interior del agitador-condendador 7 a base de modificar su velocidad de rotación o giro y, por tanto, el calor generado por la fricción entre las paletas 25 y el PET que hay en el interior del agitador-condensador 7.

La extrusora dispone de un husillo 15 y de un sistema de desgasificación 17, un cambiador de filtros 19, unas bombas volumétricas 21 y un cabezal 23.

Como ya se ha indicado, para producir fleje de alta calidad es necesario regular la salida de la extrusora 9 (o las salidas en el caso de que disponga de más de una) mediante una (o varias) bomba volumétrica de caudal 21. Esto implica disponer de una presión de material constante a la entrada de la bomba volumétrica de caudal 21, es decir, en el extremo final de la extrusora 9.

En las Figs. 2a y 2b se observa un diagrama de control de una instalación de extrusión de PET reciclado según la invención. La línea L del extremo superior derecho de la Fig. 2b es la continuación de la línea L del extremo inferior derecho de la Fig. 2a. A continuación se describen los diferentes grupos funcionales que componen el diagrama.

El proceso de postcondensación y carga 45 del agitador-condensador 7 incluye el control de las paletas 25 del agitador-condensador 7 que son activadas mediante un motor de agitador 27. El motor de agitador 27 genera una señal de control de velocidad y corriente en bucle cerrado 29 que permite mantener constante su velocidad de giro. Un termopar 31 que mide la temperatura del material en el interior del agitador-condensador 7 genera una señal que es comparada con una señal referencia de temperatura 33. El resultado de esta comparación es la señal de entrada de un primer controlador PID (proporcional, integral y derivativo), cuya salida es a su vez comparada con la señal de control de velocidad y corriente en bucle cerrado 29. Esta última comparación sirve para gobernar el motor de agitador 27. La comparación entre la señal del termopar 31 y la señal referencia de temperatura 33 sirve asimismo para controlar unas resistencias calefactoras de agitador 35. Este control incluye además unos valores de límite de histéresis 37 y un selector 39 de encendido/apagado de las resistencias calefactoras de agitador 35. Un selector manual/automático 41 permite elegir entre la señal de salida del primer controlador PID y una señal de referencia de velocidad de giro 43 como señal a comparar con la señal de control de velocidad de corriente en bucle cerrado 29.

A partir del motor de agitador 27 se obtiene una señal de corriente activa de motor de agitador 47 que sirve para gobernar el sistema de ciclo de carga automático 49. La señal de corriente activa de motor de agitador 47 es procesada teniendo en cuenta unos límites de histéresis 51 y una señal de referencia 53. Además se puede tener en cuenta una señal procedente de un detector de límite de nivel superior 55. Asimismo puede incluirse un selector encendido/apagado de control de nivel 57.

El proceso de extrusión 59 se basa en el control del motor de extrusora 61. El motor de extrusora 61 tiene un primer lazo de realimentación de velocidad 63 para regular la velocidad de giro del husillo 15 de la extrusora. El motor de extrusora 61 genera una señal de control de velocidad de giro 65 que permite mantener constante la velocidad de giro del motor de extrusora 61. Un segundo lazo de realimentación de presión 67 comprende una señal de presión 69, que mide la presión en el extremo final de la extrusora. Esta señal de presión 69 es comparada con una señal de presión de referencia 71. El resultado de esta comparación es la señal de entrada de un segundo controlador PID cuya salida es, a su vez, comparada con la señal de control de velocidad de giro 65. El resultado de esta última comparación es el que servirá para controlar el motor de extrusora 61. Un selector manual/automático 73 permite elegir entre la señal de salida del segundo controlador PID y una señal de referencia de velocidad de giro 75 del motor de extrusora 61.

El motor de extrusora 61 genera una señal de corriente activa de motor de extrusora 77. Esta señal de corriente activa de motor de extrusora 77 es comparada con una señal de referencia 79. La comparación es introducida en un tercer controlador PID, cuya salida gobierna un motor de compuerta 81, responsable de mover la compuerta 11 que está entre la entrada 13 de la extrusora 9 y el extremo inferior del agitador-condensador 7. El motor de compuerta 81 genera una señal de posición 83 que es asimismo realimentada en el tercer controlador PID formando un tercer lazo de realimentación de suministro 85.

La posición del motor de compuerta 81 y, por tanto, de la propia compuerta 11 tiene un efecto real sobre la velocidad de giro del motor de extrusora 61. Esta influencia ha sido indicada en el diagrama mediante una línea de puntos, ya que no es una conexión eléctrica del sistema de control, sino que únicamente pretende indicar que hay una interacción física entre el tercer lazo de realimentación y el primer y segundo lazos de realimentación, la cual, de alguna manera, constituye una nueva realimentación.

En todo lo anterior se ha indicado siempre el empleo de controladores PID. Estos controladores son los que proporcionan el control más preciso de cualquier lazo de realimentación y son aplicables en la mayoría de los casos, dada su versatilidad. Sin embargo no es el único tipo de controladores posible. Así, en algunos casos, sería posible el empleo de controladores P, PI ó PD, dependiendo de las características físicas concretas de cada lazo de realimentación a controlar. Así mismo es posible incluir en el control de la instalación toda una serie de señales adicionales, como límites máximos y mínimos de diversos parámetros, etapas de muestreo, de filtrado y/o escalado de señales, la consideración de bandas muertas de actuación, etc. Estos elementos no han sido incluidos en el diagrama para evitar complicarlo innecesariamente, pero deben ser considerados como evidentes por un experto en la materia y, por tanto, debe considerarse que están presentes en aquellos lugares en que sean convenientes.

Claims

1. Instalación de extrusión de PET reciclado, que comprende una primera parte de reciclado y una segunda parte de extrusión, donde dicha primera parte de reciclado comprende un agitador-condensador (7), donde dicha segunda parte de extrusión comprende una extrusora (9) con un husillo (15) extrusor y por lo menos una bomba de regulación del caudal de salida (21) en el extremo final de dicha extrusora (9), y donde dicha segunda parte de extrusión es alimentada a partir de dicho agitador-condensador (7), caracterizada porque, durante la extrusión, la presión en dicho extremo final de dicha extrusora (9) varía como máximo entre \pm 10% de un valor de presión nominal y porque dispone de un lazo de realimentación de velocidad (63) para regular la velocidad de giro de dicho husillo (15) extrusor de manera que tiendan hacia un valor objetivo de velocidad de giro.

2. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho lazo de realimentación de velocidad (63) actúa sobre un variador de frecuencia que gobierna un motor extrusor (61) eléctrico que mueve dicho husillo (15) para alcanzar dicho valor objetivo de velocidad de giro.

3. Instalación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque dispone de un lazo de realimentación de presión (67) para regular dicha presión en dicho extremo final de dicha extrusora (9).

4. Instalación según la reivindicación 3, caracterizada porque dicho lazo de realimentación de presión (67) actúa sobre dicho lazo de realimentación de velocidad (63) modificando dicho valor objetivo de velocidad de giro.

5. Instalación según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque dispone de un lazo de realimentación de suministro (85) para regular el suministro de material a la entrada (13) de dicho husillo (15) extrusor.

6. Instalación según la reivindicación 5, caracterizada porque dicho lazo de realimentación de suministro (85) recibe una señal de control indicadora del consumo de energía eléctrica (77) de dicho motor extrusor (61) y actúa sobre una compuerta (11) que regula el paso de material entre dicho agitador-condensador (7) y dicha entrada (13) de dicho husillo (15) extrusor.

7. Instalación según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque dispone de un lazo de realimentación de temperatura que regula la temperatura en el interior de dicho agitador-condensador (7).

8. Instalación según la reivindicación 7, donde dicho agitador-condensador (7) comprende unas paletas (25) que calientan el material por fricción, caracterizada porque dicho lazo de realimentación de temperatura modifica la velocidad de rotación de dichas paletas (25).

9. Instalación según la reivindicación 8, caracterizada porque dicho agitador-condensador (7) tiene además una fuente de calor externo (35).

10. Instalación según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque durante la extrusión, la presión en dicho extremo final de dicha extrusora (9) varía como máximo entre \pm 5% de un valor de presión nominal.

11. Utilización de una instalación de extrusión según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 10, para la extrusión de fleje de PET reciclado.