El producto que se forma a partir de una solución reactor de polimerización puede contener el disolvente 80%–90%. El tratamiento posterior debe eliminar este disolvente, recuperar los monómeros que no hayan reaccionado cuando sea necesario y convertir el polímero concentrado en una forma estable y comercializable, como gránulos.
Esta operación se vuelve cada vez más difícil a medida que disminuye el contenido de disolvente. La viscosidad del polímero aumenta considerablemente, la difusión se ralentiza, la transferencia de calor se vuelve menos eficiente y un cizallamiento mecánico excesivo puede dañar la estructura molecular.
Actualmente se utilizan dos vías principales de tratamiento posterior:
- Coagulación en húmedo
- Desvolatilización en seco
Coagulación en húmedo
La coagulación en húmedo es un proceso convencional que sigue utilizándose ampliamente en muchas plantas de producción consolidadas.
Cómo funciona la coagulación húmeda
La solución de polímero se pulveriza a gran velocidad en agua caliente, mientras que el vapor elimina el disolvente y los monómeros que no han reaccionado.
El contacto con el agua caliente provoca que el polímero se precipite rápidamente en forma de migas de caucho. Una mezcla de vapor que contiene disolvente y agua sale por la parte superior del recipiente de coagulación para su recuperación, mientras que las migas de polímero permanecen en el agua y pasan a la fase de deshidratación y secado.
Ventajas y limitaciones
La coagulación en húmedo es una técnica madura y utiliza equipos básicos relativamente sencillos. Sin embargo, también presenta varias desventajas:
- Elevada generación de aguas residuales
- Requisitos importantes en materia de tratamiento de gases de escape
- Elevado consumo de vapor y de energía para el secado
- Secuencia larga de procesamiento posterior
- Gran espacio ocupado por la maquinaria
- Equipos adicionales de deshidratación y secado
Una línea completa de coagulación en húmedo puede requerir deshidratación por extrusión, secado por expansión, secado con aire caliente, recuperación de disolventes y tratamiento de aguas residuales.
La coagulación en húmedo ha sido un proceso habitual en muchas plantas antiguas de EPDM durante décadas. Uno de los problemas operativos más recurrentes es la elevada viscosidad de las migas de EPDM.
Las partículas pueden adherirse unas a otras durante la colisión y el transporte. Un funcionamiento prolongado puede provocar la obstrucción de la tubería, la acumulación de polímeros en el recipiente de coagulación y la interrupción de la producción para realizar una limpieza manual.
Desvolatilización en seco
La desvolatilización en seco elimina los disolventes sin introducir agua. Utiliza energía térmica, reducción de presión, renovación mecánica de la superficie y extracción al vacío para separar los componentes volátiles del polímero.
Un sistema típico consta de dos etapas:
Desvolatilización estática primaria seguida de una desvolatilización dinámica secundaria
Primera etapa: Desvolatilización primaria o estática
En la primera etapa se concentra una solución de polímero con un alto contenido en disolvente. Dependiendo del proceso, la concentración de disolvente puede reducirse de 80%–90% a varios puntos porcentuales o menos.
La desvolatilización por flash es un método habitual de eliminación primaria de disolventes en la producción de elastómeros de poliolefina (POE).
Una reducción repentina de la presión provoca que parte del disolvente se evapore rápidamente. Antes de entrar en el recipiente de evaporación, la solución de polímero se calienta normalmente para proporcionar la energía necesaria para la evaporación del disolvente.
El disolvente vaporizado sale por la parte superior del recipiente y entra en un sistema de eliminación y recuperación de vapores. La solución concentrada de polímero sale por la parte inferior.
En algunos procesos POE, el tratamiento flash puede aumentar la concentración de polímero de aproximadamente 25% a más de 99%. Los datos facilitados por Yue Sheng Technology indican que un proceso de extrusión de doble husillo asistido por flash puede eliminar directamente entre 50% y 75% del disolvente.
El rendimiento real depende de la concentración inicial del polímero, las propiedades del disolvente, la temperatura, la presión, la viscosidad del polímero, las condiciones de transferencia de calor y la capacidad de desprendimiento de vapor.
Un desvolatilizador de flujo descendente es otro tipo de equipo de desvolatilización estático.
La masa fundida de polímero o la solución concentrada pasa a través de ranuras o aberturas distribuidoras para formar múltiples hilos finos. Estos hilos caen por gravedad dentro de una cámara de vacío.
En condiciones de alto vacío, los gases disueltos y los disolventes se expanden, se difunden hacia la superficie del filamento y se escapan. El crecimiento y la ruptura de las burbujas aumentan aún más la velocidad de eliminación de los compuestos volátiles.
El equipo no contiene componentes giratorios internos, lo que ofrece varias ventajas potenciales:
- Estructura mecánica sencilla
- Una inversión en equipamiento relativamente baja
- Cizallamiento mecánico limitado
- Bajo riesgo de degradación de la cadena molecular
- Menores necesidades de mantenimiento
DODGEN’La tecnología DSXL sigue este proceso. En primer lugar, el polímero se calienta en un intercambiador de calor de alta eficiencia y, a continuación, se distribuye de manera uniforme en un recipiente de desvolatilización al vacío.
El material cae en forma de múltiples hebras en condiciones de alto vacío, lo que crea una mayor superficie para la transferencia de masa y permite que los componentes volátiles se escapen rápidamente. DODGEN ha aplicado esta tecnología en varios proyectos industriales de gran envergadura.
La desvolatilización por hebra descendente resulta especialmente adecuada para polímeros sensibles al cizallamiento, ya que no requiere un amasado mecánico intensivo. Según se ha informado, esta tecnología puede tratar materiales con viscosidades de hasta 8.000 Pa·s y puede aplicarse tanto a sistemas de POE como de EPDM.
Sin embargo, la desvolatilización estática tiene un límite de rendimiento inherente. Depende principalmente de la difusión, el crecimiento de las burbujas, la ruptura de las burbujas y la superficie expuesta de las hebras que caen.
A medida que disminuye el contenido de volátiles residuales y aumenta la viscosidad del polímero, la resistencia a la transferencia de masa pasa a ser el factor dominante. Por lo tanto, es posible que los equipos estáticos por sí solos no sean capaces de alcanzar niveles muy bajos de disolvente residual.
Segunda etapa: Desvolatilización secundaria o dinámica
La desvolatilización primaria reduce el contenido de disolvente hasta un nivel intermedio. Para una eliminación más completa se suele necesitar un equipo que renueve continuamente la superficie del polímero.
La extrusora de desvolatilización de doble husillo es uno de los principales tipos de equipos de desvolatilización dinámica.
A medida que los tornillos transportan y amasan el polímero, la superficie del material se estira, se divide, se pliega y se renueva repetidamente. Varias secciones de ventilación al vacío, controladas de forma independiente, eliminan el disolvente liberado y otros componentes volátiles.
Yue Sheng Technology informa de que su proceso controlado de desvolatilización en varias etapas puede reducir los niveles de disolvente residual hasta aproximadamente entre 50 y 200 ppm en una extrusora de doble husillo.
Empresas como Meizilon y Coperion también han desarrollado sistemas industriales de desvolatilización de POE.
En abril de 2026, PetroChina Blue Ocean New Materials, Sichuan Zhongwang y Daqing Petrochemical Engineering completaron conjuntamente la unidad de extrusión con desvolatilizador de doble husillo y peletización ZHP480.
Las especificaciones facilitadas incluyen:
- Diámetro del tornillo: 486 mm
- Capacidad de procesamiento en una sola línea de 40 t/h
- Sistema de tracción desarrollado en el país
- Extrusora de desvolatilización de desarrollo nacional
- Sistemas integrados de control y peletización
- Propiedad intelectual independiente
La unidad utiliza un proceso de desvolatilización en línea, continuo, flexible y sincronizado por zonas. Según se indica, el stripping multietapa y la renovación repetida de la superficie mantienen los niveles de COV poliméricos residuales entre aproximadamente 150 y 300 ppm.
El sistema está diseñado para procesar materiales de alto rendimiento a base de metalocenos, entre los que se incluyen el FDPE, el POE y el EPDM.
Sichuan Zhongwang también ha establecido instalaciones piloto de desvolatilización continua en la Nueva Área de Lanzhou, con capacidades que van desde miles hasta decenas de miles de toneladas al año. Estas instalaciones se utilizan para validar los procesos de desvolatilización de materiales poliméricos avanzados.
En esta plataforma se han realizado pruebas de desvolatilización en seco con doble husillo y peletización de EPDM metalocénico.
Una amasadora-desvolatilizadora horizontal de doble eje utiliza dos ejes que giran en sentido contrario y son autolimpiables para estirar y plegar el polímero hasta convertirlo en películas o capas finas.
Este equipo resulta especialmente adecuado para materiales de alta viscosidad, cuya viscosidad alcanza valores de miles de pascales-segundo durante las etapas finales de la eliminación del disolvente.
El tiempo medio de permanencia puede prolongarse hasta varios minutos, lo que permite que los componentes residuales de alto punto de ebullición dispongan de más tiempo para difundirse a través del polímero y llegar a una superficie expuesta.
Un amasador horizontal puede combinarse con una extrusora de doble husillo. En dicha configuración:
- El amasador horizontal lleva a cabo una desvolatilización profunda.
- La extrusora de doble husillo lleva a cabo la desvolatilización final, el aumento de presión y la peletización.
El POE y el EPDM requieren estrategias de desvolatilización diferentes
Aunque tanto el POE como el EPDM son elastómeros polimerizados en solución, sus requisitos de postratamiento difieren considerablemente.
POE: La desvolatilización por flash se utiliza ampliamente
Por lo general, el proceso POE sale de la sección de polimerización en forma de una solución de viscosidad relativamente baja y con buena fluidez. Estas características hacen que la desvolatilización rápida sea adecuada para la eliminación primaria del disolvente.
Muchos procesos industriales de POE utilizan una combinación de:
Recipiente de flash o desvolatilizador de gran capacidad, seguido de un equipo de desvolatilización profunda
Tras salir del reactor de polimerización, la solución pasa a un recipiente de destilación rápida o a un equipo como el desvolatilizador LIST para eliminar la mayor parte del disolvente. El contenido de disolvente restante puede reducirse hasta aproximadamente el 1% antes de que el material pase a una extrusora de doble husillo para su desvolatilización final.
La pre-desvolatilización por flash se ha aplicado ampliamente tanto en diseños de procesos patentados como en la producción comercial de POE.
EPDM: su mayor viscosidad complica el desmoldeo
El EPDM es un terpolímero con un peso molecular relativamente elevado y un alto grado de ramificación. Su viscosidad en solución suele ser mucho mayor que la del POE.
La rápida evaporación del disolvente durante la destilación flash también provoca una disminución considerable de la temperatura. En el caso de una solución de POE de baja viscosidad, el material puede seguir siendo lo suficientemente fluido tras este enfriamiento.
Sin embargo, en el caso del EPDM, el enfriamiento y la concentración simultáneos pueden hacer que el material adquiera una viscosidad elevada o que se produzca una precipitación. Una vez que se pierde la fluidez, resulta difícil su transporte a través de los equipos de desvolatilización situados aguas abajo.
Por este motivo, la desvolatilización por flash resulta menos sencilla en el caso del EPDM y requiere un control más minucioso de:
- Temperatura de precalentamiento
- Presión de destello
- Velocidad de evaporación del disolvente
- Concentración de polímero
- Tiempo de residencia
- Temperatura de salida
- Par motor y capacidad de transporte del equipo
Muchas plantas de EPDM siguen utilizando la coagulación en húmedo. Aunque este proceso conlleva un consumo relativamente elevado de energía y materiales, la adaptación de una planta antigua al proceso de desvolatilización en seco puede requerir una inversión de capital considerable y modificaciones en el proceso.
Los parámetros de proceso publicados por Coperion indican que tanto el EPDM como el POE pueden introducirse en el equipo de desvolatilización final con aproximadamente entre 5% y 15% de disolvente. Tras el tratamiento, es posible alcanzar niveles residuales inferiores a 1.000 ppm.
Alcanzar este objetivo suele resultar menos complicado para el POE cuando se utiliza una configuración de «flash más doble husillo». El EPDM suele requerir una selección más cuidadosa de los equipos y un control más riguroso del proceso debido a su mayor viscosidad y a su mayor sensibilidad a la pérdida de temperatura durante la evaporación del disolvente.
La diferencia fundamental puede resumirse de la siguiente manera:
El POE suele tener una menor viscosidad de la solución y es más adecuado para la desvolatilización por flash. El EPDM es más viscoso y puede perder fluidez durante la desvolatilización rápida por flash.
Conclusión
Una corriente de polímero que sale de un reactor de polimerización en solución puede seguir cualquiera de las dos vías principales de postratamiento.
La coagulación en húmedo utiliza agua caliente y vapor para precipitar el polímero y eliminar el disolvente. Se trata de un proceso consolidado y robusto, pero genera un volumen considerable de aguas residuales, consume una cantidad importante de energía y requiere un largo proceso de deshidratación y secado.
La desvolatilización en seco elimina el disolvente sin añadir agua. Un proceso típico utiliza equipos de desvolatilización instantánea o de «cordón descendente» para la desvolatilización estática primaria, seguida de una extrusora de doble husillo o un amasador horizontal para la desvolatilización dinámica profunda.
El POE suele ser muy adecuado para la predesvolatilización rápida debido a la viscosidad relativamente baja de su solución. El EPDM plantea mayores dificultades, ya que la rápida evaporación del disolvente puede reducir la temperatura, aumentar considerablemente la viscosidad y disminuir la fluidez.
El desarrollo de equipos en China está ampliando las opciones disponibles para la desvolatilización en seco de polímeros. DODGEN’La tecnología de desvolatilización de hebras en caída DSXL ofrece un método de bajo cizallamiento para la eliminación primaria de disolventes, mientras que los sistemas de doble husillo de gran tamaño, como el ZHP480, están diseñados para la desvolatilización dinámica y la peletización de alto rendimiento.
Se debe seleccionar el proceso adecuado en función de la reología del polímero, las propiedades del disolvente, los requisitos relativos a los COV residuales, la sensibilidad térmica, la sensibilidad al cizallamiento, el rendimiento, las restricciones relativas a las aguas residuales, el consumo energético y la rentabilidad global del proyecto.
