المنتج الذي يترك محلولاً مفاعل البلمرة قد يحتوي على مذيب من النوع 80%–90%. ويجب أن تهدف المعالجة اللاحقة إلى إزالة هذا المذيب، واستعادة المونومرات التي لم تتفاعل عند الضرورة، وتحويل البوليمر المركز إلى شكل مستقر وقابل للبيع، مثل الحبيبات.
تزداد صعوبة هذه العملية كلما انخفض محتوى المذيب. فترتفع لزوجة البوليمر بشكل حاد، ويتباطأ الانتشار، وتقل كفاءة نقل الحرارة، وقد يؤدي القص الميكانيكي المفرط إلى إتلاف البنية الجزيئية.
يُستخدم حاليًا مساران رئيسيان بعد العلاج:
- التخثر الرطب
- إزالة الغازات بالطريقة الجافة
التخثر الرطب
التخثر الرطب هو عملية تقليدية لا تزال تُستخدم على نطاق واسع في العديد من مصانع الإنتاج الراسخة.
كيفية عمل التخثر الرطب
يتم رش محلول البوليمر بسرعة عالية في الماء الساخن، بينما يعمل البخار على إزالة المذيب والمونومرات التي لم تتفاعل.
يؤدي التلامس مع الماء الساخن إلى ترسيب البوليمر بسرعة على شكل فتات مطاطية. ويخرج خليط بخاري يحتوي على المذيب والماء من الجزء العلوي لوعاء التخثر لاستعادته، بينما تبقى فتات البوليمر في الماء لتنتقل بعد ذلك إلى مرحلة إزالة الماء والتجفيف.
المزايا والقيود
تعتبر عملية التخثر الرطب تقنية ناضجة من الناحية الفنية، وتستخدم معدات أولية بسيطة نسبيًا. ومع ذلك، فإنها تنطوي أيضًا على عدة عيوب:
- ارتفاع معدل توليد مياه الصرف الصحي
- متطلبات هامة لمعالجة غازات العادم
- ارتفاع استهلاك البخار والطاقة المستخدمة في التجفيف
- تسلسل معالجة طويل في مرحلة ما بعد الإنتاج
- مساحة كبيرة تشغلها المعدات
- معدات إضافية لتصريف المياه والتجفيف
قد يتطلب خط الإنتاج الكامل للتخثر الرطب عمليات إزالة الماء بالبثق، والتجفيف بالتمدد، والتجفيف بالهواء الساخن، واستعادة المذيبات، ومعالجة مياه الصرف.
لطالما كانت عملية التخثر الرطب عملية قياسية في العديد من مصانع EPDM القديمة على مدى عقود. وتتمثل إحدى المشكلات التشغيلية المستمرة في اللزوجة العالية لفتات مادة EPDM.
قد تلتصق الجسيمات ببعضها البعض أثناء التصادم والنقل. وقد يؤدي التشغيل لفترات طويلة إلى انسداد خط الأنابيب، وتراكم البوليمر على وعاء التخثر، وتوقف الإنتاج لإجراء التنظيف اليدوي.
إزالة الغازات بالتجفيف
تعمل عملية إزالة المركبات المتطايرة بالطريقة الجافة على إزالة المذيبات دون إضافة الماء. وهي تستخدم الطاقة الحرارية، وخفض الضغط، وتجديد السطح ميكانيكيًا، والاستخراج بالفراغ لفصل المكونات المتطايرة عن البوليمر.
يتألف النظام النموذجي من مرحلتين:
عملية إزالة الغازات الثابتة الأولية تليها عملية إزالة الغازات الديناميكية الثانوية
المرحلة الأولى: إزالة الغازات الأولية أو الثابتة
تركز المرحلة الأولى محلول بوليمر يحتوي على نسبة عالية من المذيب. واعتمادًا على العملية، يمكن خفض تركيز المذيب من 80%–90% إلى عدة في المائة أو أقل.
يُعد إزالة المركبات المتطايرة بالفلش إحدى الطرق الشائعة لإزالة المذيبات في المرحلة الأولية من إنتاج مطاط البولي أوليفين (POE).
يؤدي الانخفاض المفاجئ في الضغط إلى تبخر جزء من المذيب بسرعة. وقبل دخول خزان التبخر، يُسخَّن محلول البوليمر عادةً لتوفير الطاقة اللازمة لتبخر المذيب.
يخرج المذيب المتبخر من الجزء العلوي من الوعاء ويدخل إلى نظام إزالة البخار واستعادته. أما محلول البوليمر المركز فيخرج من الجزء السفلي.
في بعض عمليات POE، يمكن أن تؤدي المعالجة السريعة إلى زيادة تركيز البوليمر من حوالي 25% إلى أكثر من 99%. وتشير البيانات التي أوردتها شركة Yue Sheng Technology إلى أن عملية البثق ثنائي اللولب المدعومة بالمعالجة السريعة يمكنها إزالة 50%–75% من المذيب مباشرةً.
يعتمد الأداء الفعلي على التركيز الأولي للبوليمر، وخصائص المذيب، ودرجة الحرارة، والضغط، ولزوجة البوليمر، وظروف نقل الحرارة، وقدرة فصل البخار.
يُعد جهاز إزالة الغازات ذو الخيوط المتساقطة نوعًا آخر من معدات إزالة الغازات الثابتة.
يمر البوليمر المنصهر أو المحلول المركز عبر فتحات أو فتحات توزيع لتشكيل خيوط رفيعة متعددة. وتسقط هذه الخيوط بفعل الجاذبية داخل غرفة تفريغ.
في ظل فراغ شديد، تتمدد الغازات والمذيبات المذابة، وتنتشر باتجاه سطح الخيط، ثم تتسرب. ويؤدي نمو الفقاعات وانفجارها إلى زيادة معدل إزالة المواد المتطايرة بشكل أكبر.
لا تحتوي هذه المعدات على أي مكونات دوارة داخلية، مما يوفر العديد من المزايا المحتملة:
- هيكل ميكانيكي بسيط
- استثمارات منخفضة نسبيًا في المعدات
- قص ميكانيكي محدود
- انخفاض مخاطر تدهور السلسلة الجزيئية
- متطلبات صيانة أقل
دودجن’تتبع تقنية DSXL الخاصة بـ [...] هذا المسار العملي. حيث يتم أولاً تسخين البوليمر في مبادل حراري عالي الكفاءة، ثم توزيعه بشكل متجانس داخل وعاء إزالة المركبات المتطايرة تحت التفريغ.
تتساقط المادة على شكل خيوط متعددة في ظل فراغ عالي، مما يوفر مساحة سطح أكبر لنقل الكتلة ويسمح للمكونات المتطايرة بالخروج بسرعة. دودجن وقد طبقت هذه التكنولوجيا في العديد من المشاريع الصناعية الكبيرة.
تُعد عملية إزالة الغازات باستخدام الخيوط المتساقطة مناسبة بشكل خاص للبوليمرات الحساسة للقص، لأنها لا تعتمد على العجن الميكانيكي المكثف. وتشير التقارير إلى أن هذه التقنية قادرة على معالجة مواد تصل لزوجتها إلى 8,000 باسكال·ثانية، ويمكن تطبيقها على كل من أنظمة POE و EPDM.
ومع ذلك، فإن عملية إزالة الغازات الثابتة لها حدود أداء متأصلة. فهي تعتمد بشكل أساسي على الانتشار، ونمو الفقاعات، وانفجار الفقاعات، ومساحة السطح المكشوفة للخيوط المتساقطة.
مع انخفاض المحتوى المتبقي من المواد المتطايرة وزيادة لزوجة البوليمر، تصبح مقاومة انتقال الكتلة هي العامل المهيمن. ولذلك، قد لا تتمكن المعدات الثابتة وحدها من الوصول إلى مستويات منخفضة جدًا من المذيبات المتبقية.
المرحلة الثانية: إزالة التطاير الثانوية أو الديناميكية
تؤدي عملية إزالة الغازات الأولية إلى خفض محتوى المذيب إلى مستوى متوسط. وعادةً ما تتطلب إزالة المزيد من الغازات استخدام معدات تعمل على تجديد سطح البوليمر بشكل مستمر.
يُعد الطارد ثنائي اللولب لإزالة الغازات أحد الأنواع الرئيسية لمعدات إزالة الغازات الديناميكية.
أثناء قيام البراغي بنقل البوليمر وعجنه، يتعرض سطح المادة بشكل متكرر للتمدد والتقسيم والطي والتجديد. وتقوم عدة أقسام للتفريغ والتهوية، يتم التحكم فيها بشكل مستقل، بإزالة المذيب المنطلق والمكونات المتطايرة الأخرى.
أفادت شركة «يو شينغ تكنولوجي» أن عملية إزالة المركبات المتطايرة متعددة المراحل التي تتحكم فيها قادرة على خفض مستويات المذيبات المتبقية إلى ما يقارب 50–200 جزء في المليون في آلة البثق ثنائية اللولب.
كما قامت شركات مثل «ميزيلون» و«كوبيريون» بتطوير أنظمة صناعية لإزالة الغازات من البولي إيثيلين أوكسيد (POE).
في أبريل 2026، أنجزت كل من «بتروتشاينا بلو أوشن نيو ماتيريالز» و«سيتشوان تشونغوانغ» و«دا تشينغ بتروكيميكال إنجينيرينغ» بشكل مشترك وحدة ZHP480 ذات اللولبين المزدوجين للبثق وإزالة المركبات المتطايرة والتكوير.
وتشمل المواصفات المُعلن عنها ما يلي:
- قطر المسمار يبلغ 486 ملم
- قدرة معالجة خط واحد تبلغ 40 طنًا في الساعة
- نظام دفع تم تطويره محليًّا
- آلة بثق لإزالة الغازات تم تطويرها محليًّا
- أنظمة التحكم والتكوير المتكاملة
- الملكية الفكرية المستقلة
تستخدم الوحدة تقنية إزالة المركبات المتطايرة المرنة والمتواصلة عبر الإنترنت والمقسمة إلى مناطق متزامنة. ويُذكر أن عملية التجريد متعدد المراحل والتجديد المتكرر للسطح تحافظان على مستويات المركبات العضوية المتطايرة (VOC) المتبقية في البوليمر في حدود 150–300 جزء في المليون تقريبًا.
صُمم هذا النظام لمعالجة المواد عالية الأداء القائمة على الميتالوسين، بما في ذلك FDPE و POE و EPDM.
كما أنشأت شركة «سيتشوان تشونغوانغ» منشآت تجريبية لإزالة الغازات بشكل مستمر في منطقة لانتشو الجديدة، تتراوح طاقاتها الإنتاجية بين آلاف وعشرات الآلاف من الأطنان سنويًّا. وتُستخدم هذه المنشآت للتحقق من صحة عمليات إزالة الغازات الخاصة بمواد البوليمر المتطورة.
وقد تم اختبار عملية إزالة الغازات والتكوير الجاف باستخدام لولب مزدوج لمادة EPDM الميتالوسينية على هذه المنصة.
تستخدم آلة العجن وإزالة الغازات الأفقية ذات المحورين محورين يدوران في اتجاهين متعاكسين ويتميزان بخاصية التنظيف الذاتي، وذلك لتمديد البوليمر وطيه إلى أغشية أو طبقات رقيقة.
هذه المعدات مناسبة بشكل خاص للمواد عالية اللزوجة التي ترتفع لزوجتها إلى آلاف الباسكال-ثانية خلال المراحل النهائية من عملية إزالة المذيب.
يمكن إطالة متوسط مدة البقاء إلى عدة دقائق، مما يتيح للمكونات المتبقية ذات درجة الغليان العالية مزيدًا من الوقت للانتشار عبر البوليمر والوصول إلى السطح المكشوف.
يمكن دمج العجن الأفقي مع آلة البثق ثنائية اللولب. وفي مثل هذا التكوين:
- تقوم آلة العجن الأفقية بعملية إزالة الغازات بشكل عميق.
- يقوم جهاز البثق ثنائي اللولب بإتمام عملية إزالة الغازات النهائية، وزيادة الضغط، وتكوين الحبيبات.
يتطلب كل من POE و EPDM استراتيجيات مختلفة لإزالة المركبات المتطايرة
على الرغم من أن مادة POE ومادة EPDM كلاهما من اللدائن المرنة المُبلمرة بالمحلول، إلا أن متطلبات المعالجة اللاحقة لكل منهما تختلف اختلافًا كبيرًا.
POE: تُستخدم تقنية إزالة الغازات بالوميض على نطاق واسع
عادةً ما يخرج المنتج النهائي (POE) من قسم البلمرة في صورة محلول ذي لزوجة منخفضة نسبيًّا ويتمتع بقدرة جيدة على التدفق. وهذه الخصائص تجعل عملية إزالة المركبات المتطايرة السريعة (flash devolatilization) مناسبة لإزالة المذيبات الأولية.
تستخدم العديد من العمليات الصناعية التي تعتمد على POE مزيجًا من:
وعاء تفريغ سريع أو جهاز إزالة الغازات ذو سعة كبيرة، يليه جهاز إزالة الغازات العميقة
بعد خروج المحلول من مفاعل البلمرة، يدخل إلى وعاء التبريد السريع أو جهاز مثل جهاز إزالة الأبخرة من طراز LIST لإزالة معظم المذيب. ويمكن تخفيض محتوى المذيب المتبقي إلى حوالي 1% قبل دخول المادة إلى آلة البثق ثنائية اللولب لإزالة الأبخرة النهائية.
وقد طُبق «التخلص المسبق من الغازات في الفلاش» على نطاق واسع في كل من تصميمات العمليات الحاصلة على براءة اختراع وإنتاج البولي أوليفين (POE) التجاري.
EPDM: اللزوجة العالية تعقّد عملية التلميع
EPDM هو بوليمر ثلاثي يحتوي على وزن جزيئي مرتفع نسبياً ودرجة تشعب عالية. وعادةً ما تكون لزوجة محلوله أعلى بكثير من لزوجة POE.
كما يؤدي التبخر السريع للمذيب أثناء عملية التبخير السريع إلى انخفاض كبير في درجة الحرارة. وبالنسبة لمحلول POE منخفض اللزوجة، قد تظل المادة سائلة بدرجة كافية بعد هذا التبريد.
أما بالنسبة لمادة EPDM، فإن التبريد والتركيز في آن واحد قد يؤديان إلى زيادة لزوجة المادة بشكل كبير أو إلى ترسبها. وبمجرد فقدان قابلية التدفق، يصبح نقلها عبر معدات إزالة المركبات المتطايرة في المرحلة التالية من العملية أمراً صعباً.
ولهذا السبب، فإن عملية إزالة الغازات بالفلاش أقل بساطة بالنسبة لمادة EPDM وتتطلب مراقبة أكثر دقة لما يلي:
- درجة حرارة التسخين المسبق
- ضغط الوميض
- معدل تبخر المذيب
- تركيز البوليمر
- وقت الإقامة
- درجة حرارة التفريغ
- عزم الدوران للمعدات وسعة النقل
لا تزال العديد من مصانع إنتاج مادة EPDM تستخدم طريقة التخثر الرطب. ورغم أن هذه العملية تتطلب استهلاكًا مرتفعًا نسبيًّا للطاقة والمواد، فإن تحويل مصنع قديم إلى نظام إزالة الغازات الجاف قد يتطلب استثمارات رأسمالية كبيرة وتعديلات جوهرية في العملية.
تشير معلمات العملية المنشورة من شركة «كوبيريون» إلى أن كلًا من مادة EPDM وPOE قد يدخلان إلى معدات إزالة المتطايرة النهائية مع ما يقارب 5%–15% من المذيب. وقد يتسنى الوصول إلى مستويات متبقية أقل من 1,000 جزء في المليون بعد المعالجة.
يُعد تحقيق هذا الهدف أسهل عمومًا في عملية POE التي تستخدم تكوين «فلاش مع برغي مزدوج». أما عملية EPDM فتتطلب عادةً مزيدًا من الدقة في اختيار المعدات والتحكم في التشغيل بسبب لزوجتها الأعلى وحساسيتها الأكبر لفقدان درجة الحرارة أثناء تبخر المذيب.
ويمكن تلخيص الفرق الأساسي على النحو التالي:
تتميز مادة POE عمومًا بلزوجة أقل في المحلول، وهي أكثر ملاءمة لعملية إزالة المركبات المتطايرة بالتبريد السريع. أما مادة EPDM فهي أكثر لزوجة وقد تفقد قابليتها للتدفق أثناء عملية التبريد السريع.
الخاتمة
قد يتبع تيار البوليمر الخارج من مفاعل البلمرة بالمحلول أحد مساري المعالجة اللاحقة الرئيسيين.
تستخدم عملية التخثر الرطب الماء الساخن والبخار لترسيب البوليمر وإزالة المذيب. وهي عملية ناضجة ومتينة، لكنها تنتج كميات كبيرة من مياه الصرف، وتستهلك طاقة كبيرة، وتتطلب سلسلة طويلة من عمليات إزالة الماء والتجفيف.
تعمل عملية إزالة المركبات المتطايرة الجافة على إزالة المذيب دون إضافة الماء. وتستخدم العملية النموذجية معدات «فلاش» أو «فالينج ستراند» لإجراء عملية إزالة المركبات المتطايرة الثابتة الأولية، تليها آلة بثق ثنائية اللولب أو عجانة أفقية لإجراء عملية إزالة المركبات المتطايرة الديناميكية العميقة.
يُعدّ POE مناسبًا بشكل عام لعملية إزالة التقلب المسبقة باستخدام الفلاش نظرًا لانخفاض لزوجة المحلول نسبيًّا. أما مادة EPDM فتشكل تحديات أكبر لأن التبخر السريع للمذيب يمكن أن يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة، وزيادة اللزوجة بشكل حاد، وتقليل قابلية التدفق.
يؤدي تطوير المعدات في الصين إلى توسيع نطاق الخيارات المتاحة لعملية إزالة الغازات من البوليمرات الجافة. دودجن’توفر تقنية إزالة المركبات المتطايرة من الخيوط المتساقطة DSXL نهجًا منخفض الاحتكاك لإزالة المذيبات الأولية، في حين تستهدف الأنظمة ذات اللولبين المزدوجين الكبيرة، مثل ZHP480، إزالة المركبات المتطايرة والتكوير الديناميكي عالي الإنتاجية.
ينبغي اختيار العملية المناسبة وفقًا لخصائص ريولوجيا البوليمر، وخصائص المذيب، ومتطلبات المركبات العضوية المتطايرة المتبقية، والحساسية الحرارية، والحساسية للقص، وسعة الإنتاج، وقيود مياه الصرف، واستهلاك الطاقة، والجوانب الاقتصادية الإجمالية للمشروع.
