El documento describe el proceso de obtención del caucho estireno-butadieno (SBR) mediante polimerización en emulsión. El proceso implica la mezcla de estireno y butadieno en una proporción de 1:3, la cual es emulsionada en agua. La polimerización ocurre dentro de micelas en una serie de reactores continuos donde se controlan parámetros como la temperatura, presión y tiempo de residencia. El producto final es un látex de partículas de SBR estabilizadas en agua. El documento también compara
2. 1. MATERIA PRIMA
ESTIRENO
1,3 BUTADIENO
Las materias primas típicas para la unidad de polimerización de la licencianteVERSALIS son
alimentados en la relación de:
COMPONENTES %W
Estireno 1
1,3 Butadieno 3
5. 3.2 VARIABLES DE PROCESO
❑ TEMPERATURA
El control de la temperatura es a través de serpentines de enfriamiento de amoníaco. Esto permite tanto la
selección de la temperatura de polimerización según el grado de producto deseado.
❑ PRESIÓN
Se opera a una presión de 1 a 4 bares para mantener el butadieno en estado líquido. Además evitar el
entrecruzamiento durante la reacción.
❑ RELACIÓN ESTIRENO/BUTADIENO
Los monómeros son mezclados en proporciones en peso de butadieno/estireno de 3 a 1
❑ TIEMPO DE RESIDENCIA
La emulsión pasa a través de cada reactor en flujo ascendente durante 1 h antes de pasar al reactor siguiente.
6. 3.3 EMULSIÓN SBR (e-SRB)
❑ El sistema de emulsión está compuesto por una fase
acuosa en la que están presentes gotitas de monómero,
iniciador, agente de transferencia de cadena y moléculas
de surfactantes.
❑ La polimerización tiene lugar cuando un radical migra a
una micela y reacciona con el monómero. La cadena
continúa propagándose con el monómero disponible
hasta que otro radical entra en la misma micela. El
producto final es una dispersión de partículas de polímero
en agua (látex) estabilizadas por una capa de jabón
adsorbida.
❑ Se agrega un químico de detención corta para detener la
reacción antes de que ocurra la reticulación.
7. 3.4 CONDICIONES OPERATORIAS DE LOS REACTORES
❑ La tecnologíaVERSALIS utiliza Tren de reactores de tanque
agitado continuo en serie.
❑ Reactor de tamaño medio (15-22 m3 cada reactor).
❑ La reacción es isotérmica.
❑ El enfriamiento se obtiene hirviendo amoníaco (el amoníaco
es el refrigerante más barato).
❑ Los reactores se limpian químicamente (sin necesidad de
procedimientos de limpieza mecánica)
❑ El número de reactores usados están entre 12 a 14 en
promedio.
❑ La conversión de los monómeros esta en el rango de 62% a
75%
❑ Las condiciones operatorias de Presión yTemperatura son:
PRESIÓN ABSOLUTA: <10 bar
TEMPERATURA: 5-10 °C
11. 4.1 CARACTERISTICAS DE LA LICENCIANTE DE TECNOLOGÍA
❑ La alta conversión de polimerización reduce el consumo de monómeros y utilities, lo que genera una alta
productividad y capacidad de proceso.
❑ La cantidad de monómero rechazado se reduce gracias a un diseño de sección específico, integrado con
plantas aguas arriba, lo que permite reducir la cantidad de residuos.
❑ La alta capacidad y flexibilidad permiten la producción, en el mismo tren continuo de reactores, de latex a
grados HSR / LSR y SBR.
❑ Todos los aspectos ambientales provenientes de efluentes gaseosos, efluentes líquidos, consumo de agua y
efluentes sólidos han sido profundamente considerados en la base de diseño de cada etapa del proceso.
❑ Formulación: Materias Primas Químicos/aditivos
Monómero Butadieno Sistema redox (oxidante, reductor) y
agente quelante
Monómero estireno inhibidor
Amonia (refrigeración) Soda
Acido sulfúrico
Solvente para limpieza química
Antioxidante
Otros aditivos
12. ARTÍCULO N°1: Hidrogenación catalítica selectiva de caucho de estireno-butadieno sobre catalizador Pd/gC3N4
Applied Catalysis A: General , January 2020
Hidrogenación catalítica del SBR
Porcentaje de adsorción de SBR sobre diferentes
catalizadores Diagrama esquemático que
ilustra el mecanismo de
hidrogenación catalítica
heterogénea de SBR
catalizada por Pd /gC3N4.
Hidrogenación de SBR
obtenida sobre 1,0% en peso
de Pd /gC3N4 en diferentes
disolventes
13. ARTÍCULO N°2: Formación mejorada de BTEX mediante pirólisis catalítica rápida de caucho de estireno-butadieno:
comparación de diferentes catalizadores
Degradación Catalítica del SBR para obtener BETX
La selectividad de los productos pirolíticos
derivados de la pirólisis catalítica ex situ e in situ
de SBR sobre USY: BTEX son benceno (B),
tolueno (T), etilbenceno (E) y xilenos (X); Los
NID son naftaleno y sus derivados; Los ALB son
alquilbencenos; Los AA C5-6 son alcanos y
alquenos lineales C5 y C6.
Productos
pirolíticos
obtenidos de
la pirólisis
catalítica in
situ de SBR:
efecto del
tipo de
catalizador
Journal: Fuel, June 2020
16. VERSALIS EMULSION SBR
TECHNOLOGY
SOLUTION POLYMERIZATION
Materia prima Estireno y 1,3 butadieno 1,3 butadieno ( Steam cracking,
deshidrogenación, etc.)
Reactor Tren de reactores de tanque
agitado continuo en series
Reactores de tanque agitado continuo en series
Variables Operativas Presión (bar) 1-4 0.3 Bar
Temperatura (°C) 5 5
Energía utilizada por tonelada de producto
producido (GJ/TM)
1.8 2.7
Especificación comercial del 1,3 butadieno e-SBR (98%) Polibutadieno (95% cis1,4)
Tamaño de una planta estándar
instalada/capacidad de la planta
Capacidad 75 000 TM / año por
unidad de reacción.
Capacidad de zona de acabado que
varía de 30 000 a 40 000 TM / año
Un área de aproximadamente 237,330 m2 para
producir 70,000TMA de polibutadieno (Zeon
Tokuyama Plant)
Costo de operación por tonelada ($/TM) - 1,600 (2015)
Total de plantas instaladas - +50 (Ube Industries Co., JSR Corporation, Zeon
Corporation and Asahi Kasei Chemicals Corp,...)
MATRIZ DE COMPARACIÓN
17. CONCLUSIONES
Las plantas de polimerización en solución o en emulsión dependen de la disponibilidad inmediata de butadieno y
estireno y del disolvente de reacción, por lo que las plantas deben estar ubicadas como parte de refinerías /
complejos químicos integrados, o como complementos de dichos complejos.
El polibutadieno tiene la ventaja en comparación con el SBR en su menor temperatura de transición líquido-vidrio,
lo que le confiere una alta resistencia al desgaste y una baja resistencia a la rodadura. Esto le da a los neumáticos
una larga vida útil y un bajo consumo de combustible. Sin embargo, la temperatura de transición más baja también
reduce la fricción en superficies húmedas, por lo que el polibutadieno casi siempre se usa en combinación con
cualquiera de los elastómeros ABS y SBR
Pese a las desventajas que tiene en las propiedades mecánicas el e-SBR, el proceso en emulsión es la técnica mas
usada y representa el 90 % de la capacidad de la producción mundial de SBR. Además, la excelente resistencia a la
abrasión y al envejecimiento del SBR hace que se aplique ampliamente en neumáticos, calzado, correas para
mangueras, alambres y cables. Pero por otro lado, es susceptible a degradarse cuando se expone al oxígeno, el
ozono y la luz ultravioleta, especialmente a altas temperaturas y algunas otras condiciones extremas, lo que limita
su aplicación en áreas de alta tecnología.
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