Nylon
El término nylon se refiere a una familia de polímeros llamados poliamidas lineales. Hay dos métodos comunes de hacer nylon para aplicaciones de fibras. En un enfoque, las moléculas con un ácido (COOH) grupo en cada extremo se hacen reaccionar con moléculas que contienen grupos amino (NH2) en cada extremo. El nylon resultante se nombró sobre la base del número de átomos de carbono que separan los dos grupos ácido y las dos aminas. Así nylon 6,6 que se utiliza ampliamente para las fibras se hace a partir de ácido adípico y hexametilendiamina. Los dos compuestos forman una sal, conocido como sal de nylon, una exacta 1:1 relación de ácido a base. Esta sal se seca a continuación y se calienta bajo vacío para eliminar el agua y formar el polímero.
En otro enfoque, un compuesto que contiene una amina en un extremo y un ácido en el otro se polimeriza para formar una cadena con unidades de (-NH- [CH2] n-CO-) x repetir. Si n = 5, el nylon se conoce como nylon 6, otra forma común de este polímero. La producción comercial de nylon 6 comienza con caprolactama utiliza una polimerización de apertura de anillo.
En ambos casos, la poliamida se hila en fusión y dibujado después del enfriamiento para dar las propiedades deseadas para cada uso previsto. Producción de fibras industriales y alfombra de nylon comienza con una solución acuosa de monómeros y procede continuamente a través de polimerización, hilado, dibujo, o dibujar-texturización.
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| Nylon 6 |
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| Nylon 6, 6 |
El procedimiento parte de un homopolímero o copolímero teniendo unidades de acrilonitrilo disueltas en un solvente orgánico, formándose un colodión con una concentración de 15 a 30% en peso de polímero o copolímero y a una temperatura entre 50 y 100°C, el cual es hilado por vía húmeda en hileras con orificios de conformación no circular, pasándose el hilado por un baño acuoso de coagulación cuya temperatura está comprendida entre 5 y 30°C y cuya concentración está comprendida entre 30 y 50% en peso de solvente orgánico en agua, obedeciendo la velocidad de estiramiento a una relación representada por la ecuación (1):V1/V2 > 5, siendo V1 la velocidad del rollo de empuje y V2 la velocidad real de extrusión. La fibra obtenida tiene excelentes propiedades de índice de abrasión-flexión, muy baja tendencia a la formación de glóbulos y una transversal en forma de corazón, o sea cordiforme. La invención incluye un cabo de fibra acrílica o modacrílica que comprende de10 hasta 100% de fibras cordiformes.
Olefinicas
Las olefinas son hidrocarburos con dobles enlaces carbono – carbono. El término olefinas es de olefiant gas, que significa, gas formador de aceite. Estos se encuentran en los procesos industriales más importantes. Existen muchos tipos de olefinas pero las más importantes son el Etileno y el Propileno. El etileno o eteno (H2C=CH2) es un compuesto químico orgánico formado por dos átomos de carbono enlazados mediante un doble enlace. Es uno de los productos químicos más importantes de la industria química. Se halla de forma natural en las plantas.
El propeno (CH2=CH–CH3) es un hidrocarburo perteneciendo a los alquenos, incoloro e inodoro. Es un homólogo del etileno. Como todos los alquenos presenta el doble enlace como grupo funcional.
Existen varias formas para obtener olefinas, pero nosotros nos vamos a centrar en la producción de Etileno y Propileno a partir del gas natural o Propano y Etano; esta misma materia prima es la que se usa en la Planta de Olefinas I y II, este documento es en referencia a Olefinas I del Complejo Petroquímico Ana Maria Campos (Antiguo Complejo Petroquímico El Tablazo) ubicado en los Puertos de Altagracia, Estado Zulia, Venezuela (Pequiven S.A.).
Está la alimentación de materia prima que es el propano y etano a un 95% y 95.5% de pureza respectivamente, esto ocurre de forma liquida a una presión de 17,6 kg/cm2 y 38 ºC. Este gas pasa por una sección de hornos, en total hay 9 hornos, en los cuales hay 7 hornos con celdas simples y 2 con celdas dobles, cada celda con la misma capacidad que la otra. En estas celdas se va a realizar la pirolisis con una mezcla de vapor de agua con los hidrocarburos, con una relación de 0,3 kg de vapor de agua sobre kg de hidrocarburo; la pirolisis para el Etano ocurre a 843 ºC y de 826 a 843 ºC para el propano.
Durante el craqueo del etano se produce etileno, hidrógeno en mayor proporción; y metano, acetileno, etano, propeno, propileno, propano, propadieno, hidrocarburos más pesados, coque, dióxido de carbono, monóxido de carbono, agua en menor proporción. Mientras que el craqueo del propano se produce básicamente lo mismo la una diferencias es que el etileno, Propileno, hidrógeno se encuentran en mayor proporción. Y el resto de los subproductos permanecen constantes. Los hornos tienen capacidad de craquear etano a un 64% de conversión (los dos tipos de hornos), mientras que los hornos dobles craquean propano a un 90%, mientras que los sencillos a un 75%, alcanzando una conversión global de 80%. El coque generado no sigue en la mezcla, este se adhiere a los paneles de los hornos, haciendo con el paso del tiempo menos efectivos estos, por lo que se necesitan retirarse de los hornos para los sencillos cada 80 días y para los dobles cada 60 días, y retirarle todo el coque que contiene.
Luego de la pirolisis se necesita descender la temperatura súbitamente, por que si los dejo a la temperatura de la cual salió del horno continuaría reaccionando alterando los resultados y se obtendrían resultados no convenientes para el proceso, por lo que se pasa por un quench enfriador, para descender la temperatura a 333ºc aproximadamente. Luego se enfría de nuevo para luego pasarlo por una torre de lavado con agua, donde se usa agua a contracorriente, a unas condiciones y los compuestos de más de cinco carbonos caen en forma liquida y los compuestos más livianos se salen en forma de vapor. El aceite pesado es retirado, mientras que los compuestos livianos son llevamos a un compresor, donde este consta de 5 partes, debido a que se necesita aumentar mucho la presión, es más factible aumentar la presión por partes, y no súbitamente. Solo usaremos 4 de los 5, el último sabremos su utilidad más adelante.
En la muestra de mezclas de compuestos existe una cantidad considerable de acetileno, este no se puede dejar en esta mezcla ya que es dañino para los catalizadores de las industrias que se basan en esta materia prima, a tal punto que los desactiva o envenena. Para esto se lleva a una torre de conversión de acetileno, que tiene doble función, convertir el acetileno y propadieno en etileno y Propileno respectivamente. Para esto primero se pasa por un horno convertidor que tiene 2 funciones esenciales, la primera agregar a la mezcla n-Butil mercapno, luego se controla la temperatura del horno para que el gas procedente del compresor hasta llegar a los 200ºC a esa temperatura el n-Butil mercapno se convierte en ácido sulfhídrico más un ion butilo, el ácido sulfhídrico debe estar presente en la mezcla entre 3 y 50 ppm. Luego que termina de darse este proceso se pasa a la sección de conversión de acetileno; en esta área la mezcla obtenida en el horno de conversión se le agrega un catalizador que esta hecho de cobalto, níquel y cromo soportado en alúmina, este catalizador es altamente selectivo, este va a evitar que en el convertidor de acetileno se hidrogene etileno, y solo hidrogene al acetileno y propadieno, que lo hace en conjunto con el H2S, el H2S actúa como un promotor (Las reacciones que se llevan a cabo en el convertidor catalítico se verán en la figura 2)esta reacción dura 60 días, no se puede dejar más tiempo por que se podría hidrogenar el etilenos, que es las, materia que queremos obtener como producto.
Ahora tenemos en el proceso una cantidad de H2S que se deben retirar, para ello se lleva a una torre de lavado caustico, en esta se usa soda en contracorriente con agua, la soda con una concentración de 7%, en la reacción hay CO2 y H2S que al hacerlas reaccionar con la soda darán las reacciones de la figura 3. Luego que reaccionan se producen sulfuro de sodio y carbonato de sodio, que son condensados por su alto peso molecular. Los elementos más livianos salen en forma de vapor a una torre es llevado a una secadora, pero antes paso por un tambor donde se separan los compuestos mas pesaos de las más livianos. Los más livianos pasan a un despojador de dripolenos, mientras que los más livianos pasan por un tambor para retirar los líquidos, para luego eliminar la humedad. Después de esto es comprimido nuevamente por el compresor que no utilizamos de los 5, para luego pasar a la sección de enfriamiento.
En la sección de enfriamiento la temperatura es bajada a -34ºC, de aquí en adelante lo que queremos es purificar el compuesto lo más que se pueda, tratando de retirar las impurezas o subproductos que no son necesarios.
Luego de la sección de Enfriamiento se procede a pasar por al torre predemetanizadora, esta tiene 30 patos y una temperatura de 15ºC, a la cual los compuesto como el hidrógeno, metano, con algunos rastros de etano y etileno son evaporados, para eliminar los compuestos mayores a dos carbonos se pasa por la torre desmetanizadora que opera a unas condiciones en el fondo de 0 ºC y en la parte superior de 90 ºC cual se logra separar la mayoría de los compuestos de 2 carbono y luego el metano e hidrógeno que se evaporan y suben por la columna son llevamos a la sección de enfriamiento para luego recolectarlos y enviarlo como combustible para el primer horno para la pirolisis.
Los compuesto que condensaron en las torres de predemetanizador y demetanizador son llevamos a la torre de deetanizadora, que separa el etano y etileno de los compuestos más pesados, en este caso el acetilenos y etileno suben por la torre, y el resto se condensa; el etileno y etano se llevan a una torre fraccionadora de Etano/Etileno, esta posee una temperatura de -21ºC y una presión de 21 kg/cm², en la cual hay dos torres, una de 90 platos y la otra de 50 platos, aquí se separa el etilenos del etano, en las dos torres de forma paralela. Para obtener el etileno con un 95.95% de pureza, mientras que el etano que se produjo es re circulado para los hornos de pirolisis.
Luego los compuestos que condensaron en la torre deetanizadora son llevados a una torre de fraccionamiento de Propileno y Propano, esta tiene unas condiciones de 21.3 kg/cm² y una temperatura de 62ºC en esta se separa el Propileno de los otros compuestos más pesados, cuando se separa el Propileno, en el quedan remanentes importantes de propano, por ello se lleva a otra columna secundaria de Propileno/Propano, en este se elimina la mayoría de las impurezas quedando una producción de Propileno al 95,6 %; los compuestos pesados que están en la torre fraccionadora de propano y propilenos pasan a una torre debutanizadora, esta se encarga de separar los compuestos pesados del propano sube en forma de vapor por la torre hacia un reactor de regeneración.
Inicialmente se creía habían cantidades significativas de acetileno en las corrientes de etano provenientes de la debutanizadora, pero como no sucedió esas predicciones, no se implementó el reactor de hidrogenación. El etano obtenido de vuelve a reciclar en el horno de pirolisis. Los compuestos más pesados que salieron por la torre debutanizadora, son enviado a la planta de dripoleno para proceder a retirarle el dripoleno.
El Propileno y el Etileno, son las materias primas básicas fundamentales para la obtención de un sin fin de productos.
Acrilicas
El polímero se forma por polimerización de radicales libres en suspensión acuosa. La fibra se produce disolviendo el polímero en un disolvente tal como N, N-dimetilformamida acuosa o tiocianato de sodio, la medición a través de una hilera con múltiples orificios y coagular los filamentos resultantes en una solución acuosa del mismo disolvente (hilado húmedo) o evaporación el disolvente en una corriente de gas inerte calentado (hilado en seco). Lavadora, estiramiento, secado y prensado completar el procesamiento. Fibras acrílicas se producen en una gama de deniers, típicamente 0,9 a 15, como elemento básico cortar o como un filamento de 500.000 a 1 millón de remolque.
También se puede hacer para imitar otras fibras, tales como algodón, cuando se gira en equipos de fibra corta. Algunos acrílico se extruye en forma de color o pigmentada; otro se extruye en "crudo", también conocido como "natural", "blanco crudo", o "teñir". Fibra pigmentada tiene mayor resistencia a la luz.
Fibras de acrílico se produce a partir de acrilonitrilo, una petroquímica. El acrilonitrilo se combina generalmente con pequeñas cantidades de otros productos químicos para mejorar la capacidad de la fibra resultante para absorber los tintes. Algunas fibras acrílicas son hilar seco y otros son húmedos girar. Fibras acrílicas se utilizan en forma de grapas o remolque. Para un diagrama de flujo de producción detallado (húmeda y seca hilar), vaya aquí.
Fibras acrílicas se modifican para dar propiedades especiales más apropiadas para determinados usos finales. Ellos son únicas entre las fibras sintéticas, ya que presentan una superficie irregular, incluso cuando se extruye desde un orificio redondo de la hilera.
Poliester
Polimerizacion (poliesteres): es formado por ácidos tereftalico (ácido p-bencenodicarboxilico) y el etilenglicol (etanodiol) se puede obtener como fibra llamada tergal ( dacrón). Este proceso consiste en que los poliesteres reaccionen con etilenglicol en presencia de un catalizador (el catalizador anhídrido maleico se usa para la fabricación del poliéster), se combina con ácido tereftalico, el poliéster es extruido para formar filamentos largos. Pueden ser 3 procesos:
- Polietileno tereftalato (polímero de condensación se produce por un ácido tereftalico con etilenglicol)
- Ácido tereftalico (PTA): Producido de p-xileno con bromuro por la oxidación.
- Tereftalato de dimetilo (DMT): Proceso de 2 etapas de oxidación y esterificación.
- Secado: en este proceso el poliéster se desprende de la polimerización, los filamentos largos de dejan enfriar hasta que tienen forma. Después el material se corta con pequeños chips, se debe secar para evitar irregularidades al final del proceso para poder hilar de manera exitosa.
- Hilatura poe fusión: Aquí el poliéster se estira pasando por varios rodillos en forma de zic zac y logra mejorías en la resistencia y elongacion, puede retener la forma del orificio de la tobera o hilera y este puede ser circular o triangular ya que son las más utilizadas para la formación de los filamentos del poliéster, y por ello es posible hacer modificaciones en la sección transversal. Las virutas se funden a 70 grados para formar un jarabe, la solución se pone en la extrusora y después en la tobera de hilatura, esta puede ser de cualquier forma para producir fibras especiales, el número de agujeros determina el número de hilo, las fibras emergentes se unen para formar una sola hebra; al final se pueden añadir productos químicos a la solución para hacer que el material sea antiestatico o más fácil de teñir.
La maquinaria relacionada con el proceso:
- Extrusora: Se encarga de moldear por flujo continuo, con presión o empuje pasando por un molde de tornillo caliente encargado en darle la forma deseada.
- Tobera: Boquilla de metal que tiene agujeros finos a travez de la cual se fuerza una solución de hilado para formar un filamento.
Fibra de Carbono
La fibra de carbono es un polímero de una cierta forma de grafito. El grafito es una forma de carbono puro. En el grafito los átomos de carbono están dispuestos en grandes láminas de anillos aromáticos hexagonales.
La fibra de carbono se fabrica a partir de otro polímero, llamado poliacrilonitrilo, a través de un complicado proceso de calentamiento. Cuando se calienta el poliacrilonitrilo, el calor hace que las unidades repetitivas ciano formen anillos.
Al aumentamos el calor, los átomos de carbono se deshacen de sus hidrógenos y los anillos se vuelven aromáticos. Este polímero constituye una serie de anillos piridínicos fusionados.
Luego se incrementa la temperatura a unos 400-600°C. De este modo, las cadenas adyacentes se unen:
Este calentamiento libera hidrógeno y da un polímero de anillos fusionados en forma de cinta. Incrementando aún más la temperatura de 600 hasta 1300ºC, nuevas cintas se unirán para formar cintas más anchas:
De este modo se libera nitrógeno. Como se puede observar, el polímero que es obtenido tiene átomos de nitrógeno en los extremos, por lo que, estas cintas pueden unirse para formar cintas aún más anchas. A medida que ocurre esto, se libera más nitrógeno. Terminado el proceso, las cintas son extremadamente anchas y la mayor parte del nitrógeno se liberó, quedando una estructura que es casi carbono puro en su forma de grafito.
