Stability criteria and critical runway conditions of propylene glycol manufacture in a continuous stirred tank reactor

Criterios de estabilidad y condiciones críticas de runaway de la producción de propilenglicol en un reactor continuo de tanque agitado

En este trabajo se presenta un nuevo método para el análisis del estado estable y de las condiciones operativas seguras para la hidrólisis del óxido de propileno con exceso de agua en un reactor continuo de tanque agitado (CSTR). Inicialmente, para valores típicos de operación industrial, se examinaron los balances de calor generado y removido. Luego, se analizó el efecto de la temperatura del fluido de enfriamiento en las temperaturas de ignición y extinción (T_CI y T_CE, respectivamente). También se estudió el efecto del parámetro de transferencia de calor (hS) sobre las temperaturas críticas y del fluido de enfriamiento. Finalmente, se definieron las áreas de operación estables. Se reconoció la existencia de múltiples estados estables cuando el parámetro de transferencia de calor está en el intervalo de 6.636 < hS kJ/(min.K) < 11.125. El área de operación inestable está localizada entre los valores de TCI y TCE, restringiendo la operación del reactor al área de bajas temperaturas estables.

Introducción

El propilenglicol es un compuesto orgánico obtenido por la hidrólisis del óxido de propileno con exceso de agua. Es un líquido incoloro e inodoro. Hoy en día se produce a gran escala y se utiliza principalmente en la producción de polímeros (resinas de poliéster saturadas) y en el procesamiento de alimentos (número E1520). El propilenglicol presenta propiedades anticongelantes y se utiliza como fluido para la transferencia de calor a bajas temperaturas; como disolvente en pinturas y limpiadores; y como intermedio para la síntesis de diferentes productos químicos, como los alquidos (The Dow Chemical Company 2011).

La hidrólisis del óxido de propileno con el agua es una reacción exotérmica. En determinadas condiciones, presenta múltiples estados estables y/o comportamiento de fuga, lo que hace que la operación reactiva sea potencialmente arriesgada. Para la seguridad, es muy importante determinar la estabilidad del estado estacionario. Se han propuesto diferentes metodologías para el funcionamiento seguro de los reactores y el análisis de las condiciones de fuga. En una primera aproximación, la predicción del desbordamiento térmico se realizó mediante un análisis de estabilidad lineal y de balances energéticos globales. Se estableció que las condiciones críticas dependen de la curva de temperatura. Así, el enfriamiento en un reactor químico puede controlarse mediante la conducción térmica en la mezcla reactiva (Semenov 1928; Kamenetskii 1969).