ES2403187T3

ES2403187T3 - Procedimiento e instalación para la fabricación continua de granulado de plástico que puede expandirse

Info

Publication number: ES2403187T3
Application number: ES06405062T
Authority: ES
Inventors: Claude Passaplan; Herbert Scherrer
Original assignee: Sulzer Chemtech AG
Current assignee: Sulzer Chemtech AG
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: JP2006256332A; CN1833850A; BRPI0600833B1; CA2537760C; KR20060101392A; TWI360469B; JP4885581B2; KR101315922B1; RU2379179C2; MXPA06002830A; CA2537760A1; US20060211780A1; BRPI0600833A; TW200702134A; CN1833850B; RU2006108378A

Abstract

Procedimiento para la fabricación continua de granulado de plástico que puede expandirse (G) mediante impregnación de una masa fundida de plástico (F) con un agente expansor fluido (B) así como granulación de la masa fundida impregnada por medio de una instalación que comprende como componentes al menos un dispositivo de transporte generador de presión (10) para la masa fundida, un dispositivo de dosificación (9) para el agente expansor, aparatos de contacto y homogeneización (2) para la impregnación de la masa fundida, al menos un refrigerador (3) para la refrigeración de la masa fundida impregnada y un granulador subacuático (6), donde la granulación se realiza usando un líquido que se usa en el granulador como medio de refrigeración y transporte para el granulado, donde con el líquido usado en la granulación se ejerce una presión elevada, debido a la cual se suprime al menos parcialmente una acción de expansión del agente expansor en el granulado aún no solidificado, caracterizado por que la instalación comprende un control de instalación (1) y con el control de instalación se realiza una regulación de los parámetros que van a ajustarse para la granulación, concretamente la temperatura y la presión de la masa fundida impregnada en la entrada del granulador, regulación con la que se realizan mediciones de los parámetros mencionados así como se comparan valores de medición con valores teóricos y se usan desviaciones de los valores teóricos mediante el control de instalación para influir en una absorción de calor de la masa fundida impregnada por el o los refrigeradores (3) de modo que se regulen la temperatura y la presión de la masa fundida impregnada con el agente expansor antes de la entrada al granulador.

Description

Procedimiento e instalación para la fabricación continua de granulado de plástico que puede expandirse.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación continua de granulado de plástico que puede expandirse de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. La invención se refiere también a una instalación para la fabricación de granulado de este tipo de acuerdo con la reivindicación 14.

Un procedimiento o una instalación para la fabricación de granulado de plástico que puede expandirse se conoce por el documento EP-A- 0 668 139 (= P.6623). En una forma de realización especial del procedimiento se aglomera una masa fundida polimérica impregnada en un granulador subacuático por medio de una solidificación de conformación: la masa fundida se extruye mediante boquillas; los cordones formados a este respecto se enfrían bruscamente con agua y se llevan a una forma de granulado mediante trituración con cuchillas giratorias. En este procedimiento se enfría previamente la masa fundida polimérica antes de la introducción al granulador, para evitar una expansión de los cordones en la extrusión. Sin embargo es problemática una refrigeración prevista de la masa fundida impregnada hasta una temperatura que se encuentra algunos ºC por encima de la temperatura de solidificación de la masa fundida. Entonces en tales condiciones es muy difícil dejar fluir por todas las boquillas de extrusión del granulador que están dispuestas de manera paralela las mismas cantidades de masa fundida. Aparecen inestabilidades en el flujo de masa fundida que pueden conducir a la obstrucción de boquillas individuales mediante masa fundida que solidifica en las mismas.

Es objetivo de la invención crear para el procedimiento mencionado una mejora con la que puedan controlarse las inestabilidades mencionadas. Debe crearse además una alternativa más flexible que pueda aplicarse de manera universal, no siendo ya necesaria en particular una combinación de dos mezcladoras estáticas, en las que la masa fundida se trata en principio con gran efecto de cizallamiento y a continuación con cizallamiento reducido, pudiendo ser sin embargo adicionalmente una variante ventajosa. Este objetivo se soluciona mediante el procedimiento definido en la reivindicación 1.

Con el procedimiento puede fabricarse de manera continua granulado de plástico que puede expandirse, donde una masa fundida de plástico se impregna con un agente expansor fluido y se granula la masa fundida impregnada. El procedimiento se realiza por medio de una instalación que comprende los siguientes componentes:

-: al menos un dispositivo de transporte generador de presión para la masa fundida que en particular es un dispositivo de transporte con bombeo volumétrico,

-: un dispositivo de dosificación para el agente expansor,

-: aparatos de contacto y homogeneización para la impregnación de la masa fundida,

-: al menos un refrigerador para la masa fundida impregnada,

-: un granulador subacuático y

-: un control de instalación.

La granulación se realiza usando un líquido que se usa en el granulador como medio de refrigeración y transporte para el granulado. El líquido es en particular agua o un sol. Con el líquido usado en la granulación se ejerce una presión elevada, debido a la que se suprime al menos parcialmente una acción de expansión del agente expansor en el granulado aún no solidificado. Con el control de instalación se realiza una regulación de los parámetros que van a ajustarse para la granulación, concretamente la temperatura y la presión de la masa fundida impregnada en la entrada del granulador. Con esta regulación se realizan mediciones de los parámetros mencionados así como se comparan valores de medición con valores teóricos y se usan desviaciones de los valores teóricos por el control de instalación para influir en una absorción de calor de la masa fundida impregnada mediante el o los refrigeradores.

Las reivindicaciones dependientes 2 a 13 se refieren a formas de realización ventajosas del procedimiento de acuerdo con la invención. Las instalaciones para la realización del procedimiento de acuerdo con la invención son objeto de las reivindicaciones 14 y 15.

A continuación se explica la invención por medio de los dibujos. Muestra:

la figura 1 una representación esquemática de una instalación de acuerdo con la invención,

la figura 2 una representación más detallada del granulador subacuático que aparece en la figura 1 únicamente como bloque,

la figura 3 una ilustración para el dispositivo de granulación del granulador subacuático y

la figura 4 una representación esquemática más detallada de una instalación realizada de acuerdo con la invención, así como un diagrama con un desarrollo cualitativamente indicado de temperatura y presión, que adopta la masa fundida con el flujo a través de la instalación.

Con una instalación de acuerdo con la invención, tal como está representada esquemáticamente en la figura 1, puede realizarse un procedimiento para la fabricación continua de granulado de plástico que puede expandirse G. A este respecto se impregna una masa fundida de plástico F (“Feed”, alimentación) con un agente expansor fluido B (“Blowing Agent” agente de expansión) y se granula la masa fundida F así tratada. La instalación comprende los siguientes componentes: al menos un dispositivo de transporte generador de presión 10 con el que se transporta volumétricamente la masa fundida F tomada de una fuente de plástico 80; una fuente 81 para el agente expansor B que se alimenta con un dispositivo de dosificación 9 (véase la figura 4) a la masa fundida F; un aparato de contacto y homogeneización 2 para la impregnación de la masa fundida F; al menos un refrigerador 3 para la masa fundida impregnada; otro aparato de homogeneización 5 que es opcional; un granulador subacuático 6; además un control de instalación 1. El granulado G generado está a disposición finalmente en un recipiente 82 como producto.

La fuente de plástico 80 puede estar constituida por un reactor de polimerización para la fabricación del plástico a partir de una sustancia de partida monomérica así como un dispositivo de desgasificación para el polímero. La fuente de plástico 80 puede ser también un dispositivo de reciclaje para termoplástico reciclado, en particular homogéneo, que comprende conjuntamente un dispositivo de fusión, en particular una prensa extrusora que puede calentarse. La fuente de plástico 80 puede ser también sencillamente un dispositivo de fusión en el que se fluidifica un termoplástico en forma de granulado.

La granulación se realiza usando un líquido (preferentemente agua, por ejemplo también soles) que se usa en el granulador 6 como medio de refrigeración y transporte para el granulado. Con el líquido usado en la granulación se ejerce una presión elevada, debido a la que está suprimida al menos parcialmente una acción de expansión del agente expansor en el granulado aún no solidificado.

Con el control de instalación 1 se realiza una regulación de los parámetros que van a ajustarse para la granulación en la entrada del granulador 6, concretamente la temperatura y la presión de la masa fundida impregnada. Con esta regulación se realizan mediciones de los parámetros mencionados así como valores de medición con valores teóricos. Las desviaciones de los valores teóricos se usan por el control de instalación 1 para influir en una absorción de calor de la masa fundida impregnada mediante el o los refrigeradores 3.

Con el control de instalación 1 se regulan los parámetros que van a ajustarse para la granulación con medios electrónicos. Estos medios presentan conexiones de transmisión de señales 19, 110, 13 y 16 con la fuente de agente expansor 81 (bomba dosificadora 9), con el dispositivo de transporte 10, con el refrigerador 3 (o varios refrigeradores) o con el granulador 6.

Para la impregnación son relevantes los siguientes parámetros ajustables de la masa fundida: la temperatura, la presión y el tiempo de permanencia. El tiempo de permanencia necesario depende de la cantidad de agente expansor B que está previsto para la impregnación. Para cada proporción predeterminada de agente expansor B se ajusta mediante el control de instalación 1 un cociente sólido de flujo de agente expansor con respecto a flujo de masa fundida. Estos flujos que pueden ser variables se generan mediante transporte volumétrico. Para la granulación son relevantes los parámetros temperatura y presión en la entrada del granulador 6.

Al menos un aditivo puede alimentarse antes, durante y/o tras la impregnación de la masa fundida F. Los sitios para la alimentación de aditivos están indicados en la figura 1 con rombos 7a, 7b, 7c y 7d.

El dispositivo de transporte 10 es ventajosamente una bomba de engranajes, sin embargo puede ser también una prensa extrusora. Pueden usarse otros dispositivos de transporte (bombas, prensa extrusora, tornillos sin fin de transporte) en la instalación de acuerdo con la invención. Los posibles sitios para dispositivos de transporte adicionales están indicados en la figura 1 como pequeños círculos 1a, 1b y 1c.

Por medio de las figuras 2 y 3 se describe el modo de trabajo del granulador subacuático 6 (véase el documento DEA-35 41 500): la masa fundida impregnada F se granula en un dispositivo 6’ accionado mecánicamente, mediante unmotor 600. Ésta llega en primer lugar mediante un distribuidor 606 (que forma la entrada del granulador 6) a un cuerpo de la boquilla 605, a través de cuyas boquillas 605’ se extruye la masa fundida. Un medio de transporte adicional en la entrada, concretamente un tornillo sin fin de transporte 607, es opcional. En el cuerpo de la boquilla e 605 está dispuesta una multiplicidad de boquillas 605’ en forma de anillo. Los cordones de plástico que salen de las boquillas 605’ se introducen en una cámara 603 rellena con agua (o con otro líquido), donde el material extruido de lleva a una forma de granulado mediante una trituración con cuchillas giratorias 604. Las cuchillas 604 se encuentran sobre un dispositivo de sujeción que está dispuesto en un árbol 600’ que conduce al motor 600. El agua se conduce con una bomba 60 a través de un tubo de conexión de entrada 601 con una presión elevada (por ejemplo 10 bar) a la cámara 603, de la cual arrastra con refrigeración simultánea del granulado G a éste por medio del tubo de conexión de salida 602 a un dispositivo de separación 61. En el dispositivo de separación 61 se separa el granulado G del agua y se descarga en el recipiente 82. El agua fluye a través de un dispositivo de refrigeración 62, en el que emite al ambiente el calor absorbido por el granulado G recién generado. Cuando en el dispositivo de separación 61 se reduce la presión hidráulica hasta presión ambiente, se dispone la bomba hidráulica 60 aguas arriba delante del dispositivo de refrigeración 62. Si en lugar de agua se usa por ejemplo un sol, entonces puede realizarse la refrigeración del granulado G a temperaturas más bajas (< 0ºC por ejemplo).

Para que puedan superarse los problemas de inestabilidad mencionados anteriormente con el cuerpo de la boquilla 605, debe procurarse por un lado que todas las boquillas tengan las mismas temperaturas (campos térmicos). Esto se realiza con termostatos no representados. Por otro lado, la masa fundida F debe adoptar en el distribuidor 606 una temperatura cuyo valor deba ajustarse con respecto al estado de funcionamiento de la instalación. La presión resulta mediante la caída de presión a lo largo de las boquillas 605’ y la presión hidráulica en la cámara 603. La caída de presión depende del flujo de masa de la masa fundida tratada y de la viscosidad de la masa fundida que presenta una dependencia de la temperatura pronunciada. Mediante el control de instalación 1 se influye en la temperatura T y la presión p en el distribuidor 606 de modo que estos parámetros adoptan valores que son lo más próximos posible a los valores teóricos. Los valores teóricos dependen del estado de funcionamiento y pueden representarse como funciones matemáticas o en forma de tablas de valores; pueden determinarse por medio de ensayos previos.

La figura 4 muestra en representación esquemática más detallada una instalación de acuerdo con la invención que se ha realizado y con la que puede fabricarse EPS (poliestireno que puede expandirse). A la misma figura 4 pertenece un diagrama en el que está representado de manera correspondiente con la instalación representada en la parte superior el recorrido de la temperatura T o la presión p que adopta la masa fundida con el flujo a través de la instalación. A diferencia de la figura 1, ahora en la figura 4 está dibujada la bomba dosificadora 9 para el agente expansor B. Es diferente también que el aparato de contacto y homogeneización 2 está compuesto por dos mezcladoras estáticas 2a o 2b dispuestas en serie. En el diagrama, los intervalos IIa y IIb corresponden a estas mezcladoras 2a y 2b. El primer intervalo I corresponde a la bomba 10 (bomba de engranajes). El refrigerador 3 (corresponde al intervalo III) muestra adicionalmente un dispositivo de refrigeración 30 que hace circular un medio de transferencia de calor (aceite térmico) en un circuito y emite el calor absorbido en el refrigerador 3 a un sumidero de calor. En la instalación realizada, el refrigerador está constituido por tres mezcladoras estáticas (no representadas), cuyos elementos mezcladores están configurados como tubos intercambiadores de calor. El intervalo IV en el diagrama corresponde a una segunda bomba 40 a la que se conecta una mezcladora estática 5 (intervalo V). Entre la mezcladora 5 y el granulador 6 (intervalo VI) está dispuesta una válvula de tres vías 51 controlable que está conectada con del control de instalación 1 (conducción de señal 15). Con ésta puede derivarse en caso necesario (este es el caso en la puesta en marcha de la instalación) masa fundida F a un depósito intermedio 50. En el granulador 6 está indicada la cámara rellena de líquido 603. Las conexiones de transmisión de señal 19, 110, 13 y 16 se han descrito ya por medio de la figura 1.

Con las dos mezcladoras estáticas 2a y 2b se realiza una dispersión del agente expansor B en la masa fundida F o un mantenimiento dinámico de la mezcla en un intervalo de presión predeterminado y durante un tiempo de permanencia que debe ser mayor que un intervalo mínimo. La dispersión se realiza por medio de elementos mezcladores estáticos con alto cizallamiento de la masa fundida F, formándose finas gotas de agente expansor. La mezcla se expone en la siguiente etapa de la segunda mezcladora 2b por medio de otros elementos mezcladores estáticos a un cizallamiento pequeño, es decir la mezcla se mantiene dinámica. Las gotas de agente expansor se disuelven a este respecto en la masa fundida F. El cizallamiento debe ser a este respecto tan grande que no se produzca ninguna disgregación. Para que el efecto de cizallamiento en la segunda etapa de impregnación sea menor, la segunda mezcladora estática 2b presenta una sección transversal para el flujo que es mayor que una correspondiente sección transversal de la primera mezcladora estática 2a.

En el diagrama, la curva 801 muestra la temperatura de masa fundida T como línea de recorrido. Los recorridos parciales unen valores de temperatura que pueden medirse respectivamente en las transiciones entre componentes de instalación adyacentes y que están representados por triángulos. En los intervalos I, IIa y IIb se mueve la temperatura alrededor de 220ºC. La curva 802 muestra el desarrollo de la presión de la masa fundida p. Los valores de la presión p representados mediante círculos corresponden a los valores de temperatura representados con triángulos. Con la bomba 10 se eleva la presión p a por encima de 200 bar. El mantenimiento dinámico de la masa fundida F en la segunda mezcladora estática 2b (intervalo IIb del diagrama) se realiza a presión p descendente de aproximadamente 100 a 80 bar.

El control de instalación 1 provoca que la absorción de calor de la masa fundida impregnada por el o los refrigeradores 3 se vea influida por medio de la regulación de acuerdo con la invención. La curva 801’ trazada de manera discontinua muestra un recorrido de la curva modificado que ha de esperarse en caso de una capacidad de refrigeración elevada. Dado que con una reducción de la temperatura aumenta la viscosidad de la masa fundida, resulta una caída de presión mayor aguas abajo tras la refrigeración. De manera correspondiente se desplaza la curva de presión hacia arriba: curva 802’ trazada de manera discontinua. Dado que la bomba 10 transporta volumétrica, aumenta la presión cuando aumenta la resistencia de flujo debido a una viscosidad mayor. En caso de una modificación de funcionamiento deben adaptarse la temperatura T y la presión p en el granulador 6. Ciertas modificaciones de funcionamiento son: puesta en marcha de la instalación; modificación de la calidad de la masa fundida F alimentada; modificación de la cantidad transportada; modificación de la proporción de agente expansor; modificación de la composición de aditivos. En tales modificaciones debe activarse la regulación mediante el control de instalación 1. Si se alcanza una vez un estado de funcionamiento estacionario, entonces es necesaria la regulación tan sólo con respecto a las perturbaciones del ambiente.

Como plástico puede usarse aparte de poliestireno también otro termoplástico. Ciertos ejemplos son: copolímeros de estireno, poliolefinas, en particular polietileno así como polipropileno, o una mezcla de estas sustancias. Como agente expansor pueden usarse H2O, CO2, N2, un hidrocarburo de bajo punto de ebullición, en particular pentano o una mezcla de las sustancias mencionadas. Pueden producirse diversas formas de granulado (dependiendo del diámetro de las boquillas 605’, de la velocidad de rotación de las cuchillas 604 y la presión hidráulica en la cámara 603), pudiéndose generar en particular el granulado en forma de “microgránulos” o “perlas” o como un granulado parcialmente espumado.

Claims

REIVINDICACIONES

1.

Procedimiento para la fabricación continua de granulado de plástico que puede expandirse (G) mediante impregnación de una masa fundida de plástico (F) con un agente expansor fluido (B) así como granulación de la masa fundida impregnada por medio de una instalación que comprende como componentes al menos un dispositivo de transporte generador de presión (10) para la masa fundida, un dispositivo de dosificación (9) para el agente expansor, aparatos de contacto y homogeneización (2) para la impregnación de la masa fundida, al menos un refrigerador (3) para la refrigeración de la masa fundida impregnada y un granulador subacuático (6), donde la granulación se realiza usando un líquido que se usa en el granulador como medio de refrigeración y transporte para el granulado, donde con el líquido usado en la granulación se ejerce una presión elevada, debido a la cual se suprime al menos parcialmente una acción de expansión del agente expansor en el granulado aún no solidificado, caracterizado por que la instalación comprende un control de instalación (1) y con el control de instalación se realiza una regulación de los parámetros que van a ajustarse para la granulación, concretamente la temperatura y la presión de la masa fundida impregnada en la entrada del granulador, regulación con la que se realizan mediciones de los parámetros mencionados así como se comparan valores de medición con valores teóricos y se usan desviaciones de los valores teóricos mediante el control de instalación para influir en una absorción de calor de la masa fundida impregnada por el o los refrigeradores (3) de modo que se regulen la temperatura y la presión de la masa fundida impregnada con el agente expansor antes de la entrada al granulador.
2.

Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde como medio de refrigeración y transporte para el granulado se usa agua o un sol.
3.

Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde como aparatos de contacto y homogeneización (2) se usan mezcladoras estáticas.
4.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, donde el o los refrigeradores (3) son mezcladoras estáticas.
5.

Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, donde las mezcladoras estáticas contienen elementos mezcladores que están configurados como tubos intercambiadores de calor.
6.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, donde el dispositivo de transporte (10) para la masa fundida es una bomba de engranajes o una prensa extrusora, cuya capacidad de transporte puede influirse mediante el control de instalación (1) con respecto a una oferta variable de la masa fundida que va a impregnarse (F), donde en correspondencia con un flujo de masa fundida variable se dosifica de manera controlada el agente expansor (B).
7.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, donde, en una primera etapa de los aparatos de contacto y homogeneización (2) el agente expansor (B) se dispersa en la masa fundida (F), mediante fuertes efectos de cizallamiento en una mezcladora estática (2a), y la mezcla obtenida a este respecto se conduce a una segunda etapa (2b) en la que la mezcla se mantiene de manera dinámica dentro de un intervalo de presión predeterminado así como durante un tiempo de permanencia dentro de un intervalo de tiempo predeterminado.
8.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, donde como plástico (F) se usa poliestireno, copolímeros de estireno, poliolefinas, o una mezcla de las sustancias mencionadas; y como agente expansor (B) se usa H2O, CO2, N2, un hidrocarburo de bajo punto de ebullición o una mezcla de las sustancias mencionadas.
9.

Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, donde como plástico se usan polietileno así como polipropileno.
10.

Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, donde como agente expansor se usa pentano.
11.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, donde se añade mezclando al menos un aditivo antes, durante o tras la impregnación.
12.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, donde se produce una de diversas formas de granulado, generándose el granulado (G) en forma de microgránulos o perlas o como un granulado parcialmente espumado.
13.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, donde la masa fundida impregnada se conduce en el granulador subacuático (6) a un cuerpo de la boquilla (605), donde en el cuerpo de la boquilla (605) está dispuesta una multiplicidad de boquillas (605’) en forma de anillo, donde a través de las boquillas (605’) se extruye la masa fundida, donde se forman cordones de plástico que salen de las boquillas (605’) y se introducen en una cámara (603) rellena de líquido en la que se lleva el material extruido a una forma de granulado mediante una trituración con cuchillas giratorias (604).
14.

Instalación para la fabricación de granulado de plástico que puede expandirse (G) de acuerdo con el procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13 que comprende los siguientes componentes dispuestos en serie: una primera bomba de engranajes (10) o una prensa extrusora (10) para una masa fundida que va a impregnarse; una mezcladora estática (2) con una conexión en el lado de entrada a una bomba dosificadora (9)

5 para el agente expansor (B); un refrigerador (3) o una serie de refrigeradores, cuyos intercambiadores de calor están configurados como elementos mezcladores estáticos; una segunda bomba de engranajes que está dispuesta dentro de la serie de refrigeradores o aguas abajo a continuación del o de los refrigeradores; otra mezcladora estática (5); un granulador subacuático (6), caracterizada por que la instalación comprende un control de instalación electrónico

(1) que está previsto para la regulación de los parámetros que van a ajustarse para la granulación y que presenta

10 para este fin conexiones de transmisión de señales (110, 13, 16, 19) con los medios de transporte, es decir las bombas o prensa extrusora mencionadas, con el refrigerador o varios refrigeradores así como con el granulador.
15. Instalación de acuerdo con la reivindicación 12, donde la mezcladora estática (2) que sigue a la primera bomba de engranajes es una primera mezcladora estática (2a) a la que está conectada una segunda mezcladora estática (2b) de modo que en la primera mezcladora estática los elementos mezcladores provocan efectos de cizallamiento

15 mayores que en la segunda mezcladora estática, y de modo que la segunda mezcladora estática presenta una sección transversal para el flujo que es mayor que una correspondiente sección transversal de la primera mezcladora estática.