Cómo controlar el CO2 en la línea de producción de XPS
Índice de contenidos
Lo que aprenderá en esta guía
- Diagrama de flujo del sistema de manipulación de CO2
- Mantener el CO2 a una temperatura determinada
- Más control del CO2 en la producción de XPS
Guía completa
Es bien sabido que el CO2 es el agente espumante más difícil de manejar durante el proceso de extrusión de espuma física. Esto se debe a varias razones. Por ejemplo, el punto supercrítico, el hielo seco sensible y su densidad varían aparentemente cuando cambia la temperatura de las circunstancias, etc. Para los clientes finales, conocer esta información no les llevaría a ninguna parte. Sigue necesitando un diseño fiable para garantizar la productividad de su línea de producción. No voy a contarles muchas teorías o terminologías. Sólo quiero compartir nuestros conocimientos prácticos sobre el manejo del CO2 en la producción de XPS.
Para entender mejor los trucos de cada unidad de todo el sistema, vamos a empezar con la explicación de nuestro diagrama de flujo. El siguiente gráfico no es el PID real, es sólo un boceto que le ayudará a entender la forma en que controlamos el CO2. El PID real es mucho más complicado que esto que implica decenas de válvulas y algunos otros accesorios.
Diagrama de flujo del sistema de manipulación de CO2
Normalmente, el CO2 de uso industrial se entrega en camiones que transportan decenas de toneladas de CO2 líquido. Y el CO2 se almacena en un gran tanque aislado al vacío que suele ser de 25 toneladas aproximadamente. La temperatura del CO2 en el interior del tanque es de unos 20 grados centígrados bajo cero, y la presión está entre 1,6-2,0Mpa. Cuando el cambio de temperatura del entorno hace que la presión aumente, el tanque emitirá CO2 para enfriarse.
Como se sabe, el líquido es mucho más fácil de manejar que el gas. Así que vamos a conseguir mantener el CO2 en estado de líquido durante todo el proceso. Porque el CO2 es muy propenso a vaporizarse debido a su alta presión de vapor, así que tenemos que lograr el equilibrio entre la presión y la temperatura. Esta es la base del funcionamiento de nuestro sistema.
Empleamos una bomba de refuerzo que transportará el CO2 líquido desde el tanque de CO2 hasta el tanque intermedio, cuya pared fue diseñada en forma de chaqueta, por lo que la temperatura del tanque intermedio podría ser controlada por el controlador de temperatura del agua. Un consejo que tengo que mencionar aquí es que la distancia entre el tanque de CO2 y el tanque central tiene que ser lo más cercana posible. Debido a que el CO2 tiene la propensión de vaporizar por lo que la distancia más larga, el más arriesgado para vaporizar.
Para ello, se recomienda poner la bomba de refuerzo debajo del tanque de CO2. Aun así, la vaporización sigue ocurriendo ocasionalmente. Cuando la bomba de refuerzo no es capaz de bombear el CO2 correctamente, probablemente se produzca la vaporización. La válvula de descarga está diseñada para esta situación, así que ábrala y deje salir el CO2 vaporizado para enfriar la temperatura del cabezal de la bomba de refuerzo.
Este proceso debe realizarse con mucho cuidado, ya que si la válvula de descarga se abre demasiado, el CO2 puede convertirse en hielo seco que bloqueará la tubería y tardará mucho tiempo en derretirse. Para evitar que se produzca esta circunstancia, la capacidad de la bomba de refuerzo debe ser diez veces mayor que la de la bomba dosificadora, de modo que la bomba de refuerzo no tenga que funcionar todo el tiempo, sino sólo periódicamente.
Además, se aconseja una tubería de descarga más larga que pueda evitar que la tubería de entrada de la bomba de refuerzo se congele por el hielo seco. Además, la tubería aislada de todo el sistema contribuirá a la consistencia del transporte de CO2, también puede ahorrar energía.
El propósito del tanque intermedio es mantener el CO2 a una cierta temperatura (alrededor de 25 grados Celsius) con el fin de mantener la presión de todo el sistema es estable y lo suficientemente alta (6,5-7Mpa). Estas dos premisas garantizan la propiedad física constante del CO2 y consigue que el CO2 se cebe para una dosificación precisa en la extrusora de doble tornillo. Como he mencionado antes, la densidad del CO2 varía cuando cambia la temperatura.
La alarma de nivel más alto de CO2 en el tanque medio no debe ser más del 70% del volumen total del tanque medio en caso de que ocurra algún incidente, el corte de energía en el verano en alguna región caliente, que puede causar que la temperatura de circunstancia del tanque medio se eleve, entonces el CO2 puede convertirse en estado supercrítico cuyo comportamiento es más difícil de controlar y predecir. Como resultado, el volumen de CO2 se expandirá en gran medida. Si el espacio libre no es suficiente, puede hacer que el tanque central esté en peligro.
Antes de que el CO2 entre en el tanque central, se calentará para asegurar la temperatura del CO2 en el tanque central a un cierto grado como se pretende. Normalmente es de 25 grados Celsius. A esta temperatura, la presión del tanque central es de unos 6,5Mpa.
¿Por qué hay que fijar esta temperatura? En muchos países, 10Mpa es un punto de referencia para separar el recipiente de alta presión y el recipiente de súper alta presión. Este último requiere certificados complicados y más caros. Así que 7Mpa es seguro para el recipiente de alta presión. Después de pasar por el tanque central, el CO2 pasa a otro recipiente de refrigeración que bajará la temperatura del CO2 a 10 diez grados centígrados.
Ahora la circunstancia de 6,5Mpa y 10 grados centígrados hacen que el CO2 sea un líquido puro. Y cuanto más líquido, más fácil de dosificar. El CO2 en este estado puede dosificarse fácilmente en la extrusora primaria (extrusora de doble tornillo). Hay que tener en cuenta que el cabezal de la bomba tiene que ser enfriado por un refrigerador. Cuando el cabezal de la bomba está funcionando, generará algo de calor que puede hacer que el CO2 líquido se vaporice, lo que dificultará el proceso.
Cuando se han tenido en cuenta todos los puntos mencionados anteriormente, todavía no se puede garantizar que el CO2 pueda ser manejado correctamente. Si alguna sección de la tubería atrapa CO2 vaporizado, este sistema no funcionaría correctamente. Una cosa que hay que hacer es abrir la válvula de descarga con mucha atención para evitar que se produzca un gran hielo seco. Se recomienda encarecidamente abrir la válvula de descarga antes de la válvula de inyección. Cuando veas que sale el humo blanco (pequeñas partículas de hielo seco), ya está, sólo tienes que cerrar la válvula. Ahora el CO2 está funcionando.
Esta es nuestra forma de controlar el sistema de CO2. Esta es la combinación de considerar la fabricación en China, económico, la fiabilidad y la práctica. Hay algunas otras maneras también puede controlar el CO2 muy bien. Por ejemplo, LINDE PRESUS y el paquete DSD pueden manejar el CO2 con precisión también. Sólo nuestro sistema se basa en la condición de hecho en China.
Según nuestra larga experiencia, las bombas de pistón fabricadas en China no tienen ningún problema para manejar el CO2. La desventaja de la bomba de pistón es que el riesgo de fuga de la fabricada en China es mayor que el de la bomba de membrana con el paso del tiempo. Pero el CO2 no es tóxico ni inflamable; no tiene sentido preocuparse por este riesgo. Además, el material de sellado es muy barato y accesible. El cambio del material de sellado puede incluirse como rutina en los trabajos de mantenimiento. Sin embargo, el agente de soplado inflamable como el HFC152a, el etanol, el DME, el isobuteno, etc., se maneja mejor con la bomba de membrana.
Nuestro laboratorio de extrusión de espuma está utilizando otro sistema que puede manejar pequeñas cantidades de CO2 muy bien. Pero ahora sólo se utiliza en el laboratorio. Este sistema enfría el CO2 a menos 20 grados Celsius para que el CO2 esté en estado de líquido puro con un poco de presión. Normalmente, este sistema funciona con un cilindro de CO2 que sólo contiene decenas de kilos de CO2. Es relativamente barato y fácil de manejar.
En definitiva, es mejor mantener el CO2 en estado de líquido puro durante todo el proceso de manipulación. En cuanto a la llamada línea de producción de espuma de CO2 supercrítica XPS, se debe a que el CO2 se convierte en estado supercrítico cuando se inyecta en el barril donde la temperatura es de unos 200 grados Celsius. El nombre no tiene nada que ver con el proceso de manipulación.