Una mirada más profunda a la optimización anual de la producción de PET de Wankai: centrándose en la calidad, la eficiencia y la sostenibilidad

Cómo impulsar la eficiencia en la producción de PET

Optimización de la polimerización en estado sólido 

A medida que la sociedad avanza, los productos finales de PET evolucionan hacia la diferenciación y la funcionalización, lo que genera una demanda creciente de resinas de poliéster con una viscosidad intrínseca (IV) más alta. Estos productos requieren diversos niveles de IV y estándares de estabilidad más altos. Sin embargo, las resinas de poliéster producidas suelen tener una IV característica de solo unos 0,64 dl/g, lo que es insuficiente para aplicaciones como refrescos carbonatados y barriles de gran capacidad.

La polimerización en estado sólido de Wankai, de la empresa suiza Polymetrix, está equipada con componentes eléctricos de alta precisión y el sistema de control central DSC de Honeywel. Esta configuración permite la producción de una variedad de chips para botellas de PET (incluidas las de agua, gaseosas, para llenado en caliente, para aceite y para recalentamiento rápido) adaptados a las demandas del mercado.

Además, Wankai mejora continuamente el proceso de polimerización en estado sólido, abordando desafíos como el rendimiento ineficiente, los ajustes de IV, la producción excesiva de material de transición y la complejidad del equipo.

Regulación automática del contenido de ácido carboxílico terminal

El contenido de ácido carboxílico terminal en los chips de PET para botellas es fundamental para la plasticidad del producto y el rendimiento del procesamiento. Debe ajustarse en función de las aplicaciones finales. La tasa de esterificación indica el grado de reacción de esterificación del PTA (ácido tereftálico), lo que refleja el contenido de ácido carboxílico terminal.

Los ácidos carboxílicos terminales se forman principalmente durante la fase de esterificación y permanecen estables durante la fase de policondensación. La industria utiliza predominantemente métodos de esterificación directa. Para mejorar la eficiencia y maximizar el valor, se agrega la cantidad de etilenglicol (EG) o se aumenta la temperatura de reacción para promover la reacción. Independientemente del método de esterificación empleado, se mantiene una tasa de esterificación objetivo de aproximadamente el 95%.

Wankai ha desarrollado un método automático para ajustar la tasa de esterificación mezclando etilenglicol (EG) y ácido tereftálico (PTA) en una proporción específica y luego alimentando la mezcla a un recipiente de reacción bajo temperatura y presión controladas. Durante la reacción, el EG evaporado y el agua generada se separan, y el EG licuado se devuelve al recipiente. El sistema de control monitorea la salida de agua y el rendimiento del producto en tiempo real, calcula la tasa de esterificación actual y ajusta el reflujo de EG o la temperatura de reacción en consecuencia. Este enfoque logra una regulación flexible de la tasa de esterificación, mejorando la eficiencia de la producción de poliéster.

Reducción del contenido de agua en el EG para mejorar la eficiencia de la producción

La producción de botellas de PET implica dos etapas de esterificación y tres etapas de policondensación. A lo largo del proceso, la temperatura de reacción aumenta mientras que la presión disminuye. La esterificación es un proceso endotérmico bajo presión positiva, mientras que la policondensación es un proceso exotérmico bajo presión negativa.

Para mejorar la eficiencia de las reacciones de esterificación y policondensación, mejorar las condiciones de vacío y minimizar las reacciones secundarias y los subproductos, Wankai ha introducido un sistema diseñado para reducir el contenido de agua del etilenglicol (EG) durante la producción de poliéster.

Este sistema consta de múltiples calderas de reacción y torres de proceso para el procesamiento de materiales. Se introduce EG fresco en la reacción de policondensación terminal para reducir el contenido de humedad a tan solo el 0,3 %. El exceso de EG cargado de agua se reemplaza gradualmente a través de un tanque de sellado de líquido, lo que reduce la humedad al 2 % y al 5 %. Finalmente, el EG cargado de agua del primer tanque de sellado se purifica en una torre de proceso hasta el 1 % antes de regresar al tanque de mezcla de EG para su recirculación.

Transición perfecta para chips PET de distintos grados

El mercado de botellas PET se clasifica principalmente en cuatro tipos: botellas de llenado en caliente, botellas de agua, botellas de aceite y botellas de bebidas carbonatadas. La distinción clave entre estas categorías radica en los distintos niveles de contenido de alcohol isopropílico (IPA). Algunos chips PET de grado incorporan IPA en lugar de ácido tereftálico purificado (PTA) durante el proceso de polimerización. Este ajuste tiene como objetivo reducir la regularidad molecular del PET, lo que reduce la tasa de cristalización y el punto de fusión, al tiempo que mejora la flexibilidad y la transparencia. Estas modificaciones mejoran el rendimiento del procesamiento durante las operaciones de moldeo por soplado posteriores y reducen las temperaturas de procesamiento.

Al realizar la transición entre productos en una línea de producción de poliéster, existen dos métodos principales. El primero implica vaciar por completo todos los recipientes de reacción antes de comenzar con un nuevo producto, lo que elimina el material de transición, pero resulta una tarea que requiere mucho tiempo y resulta económicamente ineficiente. El segundo método, la transición en línea, ajusta la cantidad de alcohol isopropílico (IPA) para facilitar la continuación directa de la producción. Si bien este enfoque es más rápido y rentable, genera una cantidad considerable de material de transición. Por lo general, la mezcla hasta completar la polimerización demora entre 12 y 15 horas, mientras que el tiempo de transición en línea es de solo 5 a 8 horas. En consecuencia, la industria está buscando activamente métodos para minimizar el material de transición durante la producción en línea.

El método de Wankai para la transición entre chips PET de distintos grados presenta ventajas significativas. La empresa mezcla directamente la cantidad necesaria de IPA en el primer reactor de polimerización como un éster a través de un reactor de tubería antes de que comience el proceso de polimerización. Esta innovación elimina la necesidad de las 7 a 10 horas de tiempo de esterificación que normalmente se requieren durante la primera y la segunda etapa de esterificación. Al facilitar múltiples transiciones entre productos con distintos contenidos de IPA, el tiempo de transición se reduce a solo 0,5 a 1 hora. Este método disminuye significativamente la cantidad de material de transición generado durante los cambios de producción entre diferentes niveles de IPA, lo que genera importantes beneficios económicos para la empresa.

Control estricto del valor del color de la resina PET 

Las botellas de PET se utilizan principalmente como materia prima para diversas botellas de plástico aptas para uso alimentario. En el proceso de producción, mantener la estabilidad del color es esencial para cumplir con los requisitos de los clientes posteriores. Los indicadores clave del color incluyen el valor L (blancura y transparencia), el valor A (índice rojo/verde) y el valor B (índice amarillo/azul), que se ven influenciados principalmente por el PTA y el etilenglicol (EG). 

En consecuencia, el ajuste del color es un paso fundamental en la producción. Actualmente, la industria suele enviar muestras de chips a un laboratorio para su análisis de color y los equipos de producción ajustan el flujo de colorantes en función de los resultados del laboratorio. Este proceso consume una cantidad significativa de mano de obra y recursos y da como resultado una retroalimentación tardía, lo que afecta negativamente a la eficiencia de la producción.

Para solucionar este problema, Wankai ofrece un método sencillo y eficiente para detectar y ajustar los valores de color del poliéster apto para botellas. Este método de control del color establece valores de color objetivo para los chips de PET, utiliza un instrumento de análisis de color para medir el valor de color del poliéster fundido y envía los resultados a un sistema de control. A continuación, el sistema ajusta el flujo de colorantes rojos y azules en consecuencia, resolviendo de forma eficaz las ineficiencias y el desperdicio de recursos asociados a los procesos de ajuste actuales.

Promoción del desarrollo sostenible en la producción de PET

Bombas de vacío de ahorro energético en precondensación

La producción de botellas de PET implica dos reacciones de esterificación seguidas de tres etapas de policondensación, cada una de las cuales utiliza diferentes calderas de reacción. La esterificación se produce bajo presión positiva, mientras que la policondensación se lleva a cabo bajo presión negativa, lo que requiere bombas de vacío para eliminar los gases de las calderas de reacción.

Las bombas de vacío son esenciales para extraer moléculas pequeñas (como agua, acetaldehído y etilenglicol) generadas durante el proceso de policondensación, lo que facilita el éxito de las reacciones. Normalmente, funcionan varias bombas de vacío simultáneamente: una para cada reactor de precondensación y otra para el reactor de policondensación final. Esta disposición genera un alto consumo de energía y mayores costos de producción.

Wankai ha desarrollado un sistema de bomba de vacío que ahorra energía para la producción de poliéster. Este sistema conecta los puertos de escape de ambos reactores de precondensación a una única entrada de bomba de vacío a través de una red de tuberías, lo que reduce la necesidad de que varias bombas funcionen simultáneamente. Este diseño innovador disminuye el consumo general de energía y los costos de producción.

Precalentamiento energéticamente eficiente en polimerización en estado sólido

La policondensación en estado sólido se refiere a reacciones que ocurren en la fase sólida, adecuadas para sintetizar polímeros altos cristalinos.

En los procesos de policondensación en estado sólido existentes, los chips de base se introducen en un cristalizador a temperatura ambiente (alrededor de 30 °C), donde se calientan con gas nitrógeno (pureza del 99,95 %). Los chips salen del cristalizador a aproximadamente 170 °C, mientras que el nitrógeno calentado alcanza alrededor de 210 °C. El nitrógeno se somete a un proceso de eliminación de polvo, purificación y filtración antes de su recirculación.

Sin embargo, en el proceso de cristalización, el nitrógeno debe calentarse desde la temperatura ambiente hasta la temperatura alta requerida, lo que genera cargas de producción excesivas. Esta situación puede aumentar los puntos de rocío del nitrógeno y el rango de temperatura necesario para el enfriamiento, lo que resulta en un mayor consumo de energía.

Wankai ofrece un sistema de precalentamiento de policondensación de estado sólido de bajo consumo energético que incluye un intercambiador de calor de nitrógeno, un calentador de nitrógeno, un reactor de combustión de oxidación de nitrógeno, un enfriador de nitrógeno y un ventilador. Este sistema conecta el intercambiador de calor de nitrógeno y el enfriador a una cámara de precalentamiento de chips, que cuenta con múltiples tubos de acero inoxidable dispuestos verticalmente con el espaciado adecuado. Este diseño mejora la eficiencia del precalentamiento, reduce los puntos de rocío de nitrógeno y minimiza el rango de enfriamiento, abordando de manera eficaz los problemas de alto consumo de energía en los procesos actuales.

Conclusión

A través de estas medidas innovadoras, Wankai demuestra su compromiso con la producción de resina PET de alta calidad, eficiente y sostenible, y aspira a ser líder en la industria de fabricación de PET. La dedicación de la empresa a la mejora continua garantiza que satisfaga las diversas necesidades de sus clientes y, al mismo tiempo, contribuya a un futuro más sostenible.