Policloruro de vinilo PVC.

Etapa de recibo y almacenamiento del MCV :

Para el proceso principal ( vía suspensión ). El cloruro de vinilo monómero (MCV, que es la materia prima básica) se importa desde los EE.UU. El monómero llega a las instalaciones del muelle privado a bordo de buques tanques; (ver figura) previo análisis de control de calidad y en medio de estrictas medidas de seguridad es bombeado en estado líquido, desde el barco hasta los tanques de almacenamiento (esferas y tanques "salchichas"), allí es mantenido presurizado a su presión de vapor, entre 80 y 74 psi y 93o F para los tanques esféricos, y 80 psi y 110o F para los tanques "salchichas". Esta es una de las etapas de mayor cuidado y precaución en el proceso, dado el riesgo en la operación de manejo del monómero, el cual es tóxico, lo que se manifiesta en somnolencia, vómito y dolor de cabeza si llega a ser inhalado. Debido a que condiciones ambientales el monómero es gaseoso, el súbito cambio de fase desde almacenamiento (líquido) a gas(condiciones ambiente), produce quemaduras por frío en la piel al vaporizarse bruscamente. Por ello las normas de seguridad industrial, (respiradores, guantes, gafas de seguridad, delantales para gases orgánicos ) son de estricto cumplimiento con el fin de evitar accidentes. Igualmente a condiciones dadas de concentración y temperatura, el monómero con una chispa, en presencia de oxígeno produce explosión.

Etapa de polimerización del MCV :

La reacción de polimerización del MCV, se efectúa en reactores de acero inoxidable (ver figura), en los cuales el monómero se polimeriza suspendido en medio acuoso, mediante iniciadores pertenecientes a la familia de los peróxidos orgánicos( trimetilhidroxicarbonato). Puesto que el MCV reacciona en presencia de oxígeno, el reactor está dotado de un eje interior con aspas que permite una buena homogenización de la masa reaccionante (ver figura). Al reactor están conectadas diversas líneas de transferencia que permiten depositar en su interior el MCV, el agua desmineralizada y los aditivos requeridos en el proceso.

Las condiciones típicas del reactor son:

Carga 20 toneladas de MCV con 23 toneladas de agua desmineralizada. En el reactor del tipo batch clásico se sucede la reacción de polimerización en fase líquida ( agua desmineralizada), entre el peróxido, que se descompone en presencia de calor ( el del agua desmineralizada ) y el monómero ; así mismo se adicionan emulsificantes, los cuales ayudan a obtener un tamaño fino de PVC y evitan la formación de aglomerados.

Igualmente entre los aditivos se adiciona una solución buffer a fin de obtener un pH adecuado de la reacción , el cual es aproximadamente neutro. Todos los aditivos ingresan al reactor en forma de suspensiones.

El tiempo de reacción comprende un rango entre 4 y 6 horas, según la serie de PVC que se esté obteniendo, así como la cantidad de iniciador presente, la presión es de aproximadamente 151 psig, ( no se considera un proceso a alta presión ) y el reactor se mantiene entre 130 y 150o F. Son reactores de alta conversión, cercana al 98%.

El sistema de control de temperatura consta básicamente de bafles que aparte de proporcionar turbulencia y eliminar vórtices, poseen en su interior sistemas de circulación de agua de enfriamiento a fin de retirar calor a la masa reaccionante. Aparte de este sistema de regulación de temperatura, se cuenta con un sistema de cañuelas o anillos exteriores al recipiente de reacción, los cuales son encargados de absorber el calor de reacción generado principalmente en las paredes del reactor por medio de agua de enfriamiento circulante.

Las operaciones en el área de polimerización son controladas por medio de sistemas computarizados. El operador de polimerización comanda desde la sala de control los procesos sucesivos de cargue, reacción y descargue del producto.

El resultado de la reacción es un producto blanco de aspecto lechoso, denominado lechada de PVC. Después que ha transcurrido el tiempo de reacción, la operación de descargue, limpieza y cargue de reactante ( tiempo muerto), toma aproximadamente una 1 hora.

Debido a que durante la reacción el MCV que no reaccionó, en su gran mayoría se instala como una nube gaseosa en la parte superior del reactor, es imprescindible su recuperación, siendo ésta la siguiente fase del proceso.

Recuperación del MCV residual :

La lechada reaccionante se pasa a un " tanque blow down" ( mantenido a 160o F y 50 psi), el cual posee sistemas de evacuación succionantes operando con vapor de agua, que retiran el monómero sobrenadante en la lechada, el gas retirado es comprimido, licuado y almacenado en 2 tanques denominados de monómero residual, mantenidos a 90 psi y 80 y 85 o F, respectivamente, este MCV residual es empleado en la obtención de algunos PVC que requieren dentro de su formulación la adición de este MCV recuperado. La lechada despojada del MCV sobrenadante, pasa a la etapa de despojo y secado.

Etapa de despojo y secado :

Es importante anotar que a diferencia de otros procesos de polimerización, el PVC formado no absorbe dentro de su estructura a los aditivos, ya que estos quedan dentro del agua desmineralizada en donde se llevó a cabo la reacción, luego de haber participado en la misma. Por consiguiente la lechada de PVC, contendrá el producto( polímero formado, aditivos y agua desmineralizada) ; esta lechada se lleva a un tanque de destilación, operado a 120o F y presión atmosférica, el cual tiene por objeto extraer los residuos adicionales de MCV presentes en la lechada, el gas retirado por la parte superior del tanque es sometido al mismo proceso de recuperación hecho al monómero retirado de los tanques " blow-down".

La lechada "destilada", se saca por la parte inferior del tanque, ella es fundamentalmente agua y gránulos de PVC, se lleva a centrífugas donde se retira gran parte del agua, esta agua con una temperatura de aproximadamente 50 o C se esta usando actualmente para realizar un precalentamiento del aire atmosférico al secador rotatorio a fin de usar menos combustible en el calentamiento del aire, la lechada quedando convertida en una pasta blanda y húmeda, de 25 % de humedad, conocida como torta, se pasa a un secador rotatorio de extremo cónico ( temperatura 135o F) por cuyo centro pasa una corriente de aire caliente que a la vez seca el producto y lo transporta, impulsado por la corriente de aire caliente, el PVC seco llega hasta unos ciclones, en los cuales se separa el aire de la resina.

El PVC seco cae por gravedad a una tolva, mientras el aire saliente del ciclón se lleva a otro ciclón en donde se le retiran las partículas de PVC. El aire retirado en este ciclón es impulsado por un extractor y enviado a la atmósfera, los finos del fondo son mojados con agua (25%) y van a recuperación a la torre destiladora.

El PVC que cayó por gravedad a la tolva pasa a un nuevo secador, en el cual se elimina la humedad restante.

Almacenamiento y empaque :

Finalmente llegamos a la última etapa del proceso como es el almacenamiento y empaque, el PVC seco pasa del secador a una criba, dotada con mallas para seleccionar el tamaño de la partícula. Las partículas demasiado gruesas se depositan en un recipiente de desecho, vendiéndose como producto de segunda y las finas se van almacenando en una tolva, desde allí se transfieren a los silos de almacenamiento para producto terminado.

Con respecto al PVC vía emulsión al igual que el de suspensión emplean monómero ( MCV ) importado, también se utiliza una operación batch. La unidad produce aproximadamente 20000 toneladas por año de PVC, El volumen del reactor es de aproximadamente 40 m3. Los iniciadores de la polimerización son persulfatos de amonio o metales álcalis, algunas veces con contenido de sulfato ferroso o sulfito de sodio.

Los emulsificadores aniónicos mas comunes empleados solos o en mezclas, son los siguientes:

Los iniciadores y emulsificadores son introducidos dentro del reactor autoclave diluídos con agua fría previamente desgasificada y deionizada. El monómero es alimentado a los reactores, con agitación moderada para formar una emulsión estable. La temperatura de reacción es mantenida constante a 40 oC usando agua circulante a 10 oC o bien una salmuera fría en la chaqueta del reactor.

Después de 6 horas de reacción, alrededor del 95% del monómero es convertido. El reactor es enjuagado con agua después de cada operación y limpiado completamente por lavado con agua después de 40 operaciones.

La emulsión es descargada dentro de un tanque de mezcla. El monómero no reaccionante es retirado por un vapor de baja presión a 50oC y 3.104 Pa absolutos, durante 3 horas. Posteriormente al igual que el proceso vía suspensión. Este monómero es comprimido y condensado para usarlo posteriormente en los reactores en forma de alimento líquido. En el tanque de mezcla se procura una dispersión uniforme de los granos hasta un contenido de sólidos en peso del 22%,. después se procede a una estabilización por adición de carbonato de sodio. El polímero es concentrado a un 48% en peso de sólidos por medio de un evaporador de película descendente operado a una presión de 4.104 Pa absolutos y 80 oC. La dispersión concentrada del polímero es secada por aspersión ya que el agua no puede ser removida por centrifugación o filtración debido al tamaño muy fino del grano de PVC.

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