Simulación numérica para evaluar el efecto de la prepolimerización en el comportamiento de los reactores tubulares

Numerical Simulation to Evaluate the Effect from Pre-Polymerization on the Behavior of Tubular Reactors

El presente estudio utiliza un modelo fenomenológico para simular un proceso continuo de polimerización en dos etapas. Este sistema está compuesto por un reactor continuo de tanque agitado (CSTR) para la prepolimerización de monómeros (primera etapa), conectado a un reactor tubular (segunda etapa) para llevar a cabo la reacción hasta valores de conversión elevados. Para predecir el comportamiento del reactor tubular se utilizó un completo modelo bidimensional no isotérmico (variaciones axiales y radiales). También se desarrolló un modelo de caracterización de polímeros para proporcionar estimaciones del peso molecular medio del polímero y de la polidispersidad. Según los resultados, las reacciones de polimerización llevadas a cabo en un sistema continuo de dos etapas proporcionan un polímero con propiedades menos heterogéneas que el obtenido en un reactor tubular simple. Además, es posible producir un polímero más homogéneo aumentando la viscosidad de la mezcla alimentada en el reactor tubular.

INTRODUCCIÓN

La elevada y creciente competitividad del mercado entre industrias hace que éstas busquen constantemente condiciones de funcionamiento que maximicen la capacidad de producción de la planta instalada y minimicen los costes de explotación, manteniendo los niveles de seguridad de funcionamiento y del producto. En este escenario, los simuladores de procesos son una herramienta muy útil y viable. Son capaces de explorar un proceso determinado y proporcionar buenas estimaciones de las condiciones de funcionamiento óptimas para alcanzar objetivos específicos, sin el coste de los reactivos ni la ocupación de la infraestructura industrial, además de no plantear riesgos para la seguridad. Los simuladores también tienen la ventaja de facilitar la comprensión de la relación entre las variables del proceso y los parámetros de calidad del producto. También pueden utilizarse para formar a los operarios en situaciones de riesgo, puesta en marcha y parada de instalaciones industriales.

Industrialmente, las reacciones de polimerización llevadas a cabo en reactores de tanque agitado continuo (CSTR) no se realizan a valores de conversión elevados debido al considerable aumento de la viscosidad de la mezcla de reacción, que dificulta la agitación y la transferencia de calor. Esto aumenta los costes de explotación y proporciona un polímero con propiedades heterogéneas[1]. Por el contrario, los reactores tubulares son económicamente atractivos porque su simplicidad geométrica permite reducir los costes fijos y de funcionamiento. La gran superficie de intercambio térmico del tubo es especialmente ventajosa para las reacciones de polimerización, que son fuertemente exotérmicas.