Polímeros: Ciência e Tecnologia
https://revistapolimeros.org.br/article/doi/10.1590/S0104-14282007000300016
Polímeros: Ciência e Tecnologia
Scientific & Technical Article

Simulação Numérica Aplicada para Avaliar o Efeito da Pré-polimerização no Comportamento de Reatores Tubulares

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

Lona, Liliane M. F.; Quadri, Marintho B.; Machado, Ricardo A. F.; Nogueira, André L.

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Resumo

O presente estudo utiliza um modelo matemático fenomenológico para simular um sistema de polimerização contínuo em dois estágios. Este sistema é composto por um reator contínuo tipo tanque agitado (CSTR), para pré-polimerização do monômero (primeiro estágio), associado em série a um reator tubular para conduzir a reação até elevados valores de conversão (segundo estágio). Um modelo detalhado, considerando variações axiais e radiais, assim como operação não-isotérmica, foi utilizado para simular o comportamento do reator tubular em diferentes situações. Um modelo de caracterização também foi desenvolvido para fornecer estimativas do peso molecular médio e do índice de polidispersão do polímero. Os resultados mostram que reações de polimerização conduzidas em sistemas contínuos de dois estágios fornecem um polímero com propriedades menos heterogêneas do que um polímero obtido em um sistema reacional composto por apenas um reator tubular. Além disso, quanto maior a viscosidade da mistura reacional alimentada ao reator tubular, mais homogêneo é o polímero obtido.

Palavras-chave

Pré-polimerização, CSTR, reator tubular, modelagem, polimerização em solução, estireno

Abstract

The present study uses a phenomenological model to simulate a continuous, two-stage polymerization process. This system is composed by a continuous stirred tank reactor (CSTR) for monomer pre-polymerization (first stage), connected to a tubular reactor (second stage) to carry out the reaction up to high conversion values. A comprehensive non-isothermal 2-D model (axial and radial variations) was used to predict the tubular reactor behavior. A polymer characterization model was also developed to provide estimates of the polymer average molecular weight and polydispersity. According to the results, polymerization reactions carried out in a continuous two-stage system provide a polymer with less heterogeneous properties than the one obtained in a single tubular reactor. Besides, it is possible to produce a more homogeneous polymer increasing the viscosity of the mixture fed in the tubular reactor.

Keywords

Pre-polymerization, CSTR, tubular reactor, modeling, solution polymerization, styrene

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