Análisis del mezclado en un reactor de polimerización de etileno

Se estudió el efecto de cambios en el volumen del reactor y en la intensidad de mezcla entre iniciador y monómero en algunas propiedades asociadas con el polietileno de baja densidad. Para esto se llevaron a cabo simulaciones numéricas del reactor autoclave que opera a 1257 atm y una temperatura inicial de 323.15 K. Se desarrolló un modelo de flujo pistón (PFR) para el reactor autoclave con un mecanismo de polimerización simple que permitió predecir algunas propiedades del polímero, entre ellas la polidispersidad. El modelo PRF se verificó con los resultados reportados en la literatura. También se desarrolló un modelo del reactor autoclave mediante dinámica de fluidos computacional (CFD). En una primera simulación CFD se analizó la reacción de descomposición del iniciador y la reacción de iniciación del polímero, y se encontró que a altas temperaturas, el iniciador se descompone rápidamente, produciendo una molécula activa de iniciador la cual rápidamente se mezcla con el monómero produciendo el primer radical polimérico. Una siguiente simulación CFD estudió el efecto de variaciones en el volumen del reactor (uno de 0.411 m^3 y otro de 0.384 m^3). Además se varió la velocidad de agitación (entre 350 RPM y 700 RPM). Se utilizó la técnica de múltiples marcos de referencia (MRF) para simular el movimiento de las aspas. El dominio computacional se discretizó con mallas del orden de 418000 y 460000 celdas hexaédricas para el reactor de menor y mayor volumen respectivamente. La mezcla en el reactor autoclave se caracterizó mediante la distribución de tiempos de residencia (DTR) a partir de las simulaciones CFD en estado transitorio. Se encontró que el comportamiento del reactor tiene características tanto de un reactor PFR y un CSTR. Para un modelo de n-tanques en serie, se encontró que el reactor autoclave se puede modelar mediante 4 o 5 reactores CSTR en serie. Se realizó un análisis variando el tiempo de residencia promedio tau_m), en ±11.5% para el reactor tubular con el modelo PFR el cual muestra importante variaciones en el perfil de polidispersidad. Se encontró que el perfil de la polidispersidad es menor para el reactor de menor volumen y que la varianza de la DTR es mayor para el reactor de mayor volumen. Estos dos problemas en el mezclado tienden a deteriorar la calidad del polímero.

• Autores: Soto Gómez, David Alejandro
• Fecha de publicación: 2014
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/20934
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/20934; http://bdigital.unal.edu.co/11616/
• Palabra clave: 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering; Polimerización; Etileno; Dinámica de fluidos computacional; Distribución de tiempo de residencia; Polidispersidad; Reactor autoclave; Polimerization; Ethylene; Computational fluid dynamics; Residence times distributions; Polydispersity; Autoclave reactor
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