Modelado de procesos de polimerización y procesos posreactor : aplicación de nuevas técnicas para la predicción de distribuciones de pesos moleculares con verificación experimental

Mariano Asteasuain.

2002.

[6], 179 h. : ilustraciones ; 30 cm..

Tesis (doctoral)--Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química, 2003.

Disponible también resumen, abstract y bibliografía en formato digital.

Resumen: Los materiales poliméricos se caracterizan por tener una amplia versatilidad y, en general, costos de producción y de procesado relativamente bajos. Los diferentes usos de estos materiales son incontables, desde objetos cotidianos como envoltorios de productos alimenticios hasta aplicaciones de alta tecnología, por ejemplo implantes quirúrgicos. Debido a la naturaleza aleatoria de los procesos de polimerización, el material obtenido no está formado por moléculas de idéntico peso molecular, sino que presenta una distribución de pesos moleculares (MWD). De esta distribución dependen propiedades importantes del polímero, como la resistencia del material en estado sólido y la viscosidad y elasticidad del fundido. Un modelo matemático de un proceso de polimerización o de una modificación pos-reactor, que prediga la MWD a partir de los parámetros operativos, constituye una herramienta de sumo valor. Puede utilizarse, por ejemplo, en aplicaciones fundamentales como la simulación de distintos escenarios operativos, estudios de diseño y optimización y desarrollo de estrategias de control. En esta tesis se analizó exhaustivamente una técnica para el modelado de la MWD en procesos de polimerización y modificaciones pos-reactor. El modelado se realizó a partir de los balances de masa de las especies que intervienen en la reacción. El sistema de infinitas ecuaciones formado por los balances de masa es transformado utilizando la función generadora de probabilidad, o pgf. Mediante la aplicación de la pgf a los balances de masa, se obtiene un sistema de ecuaciones finito donde la variable dependiente pasa a ser la transformada pgf de la MWD. Las transformadas obtenidas al resolver este sistema de ecuaciones son invertidas para obtener finalmente la MWD del polímero. Se definieron tres pgf distintas para la MWD expresada en base numeral, en peso y cromatográfica, respectivamente. La inversión de cada una de estas pgf permite recuperar la distribución en número, en peso y cromatográfica en forma independiente unas de otras, atenuando de este modo la propagación de errores. Se desarrolló una tabla de transformadas pgf que permite llevar al dominio transformado diferentes balances de masa en forma simple y ágil. Esta tabla incluye todos los términos que aparecen usualmente en reacciones de procesos de polimerización y modificaciones pos-reactor. No obstante, el proceso de transformación de los balances de masa es presentado en forma detallada de modo que el lector pueda aplicarlo a algún caso particular que no haya sido tabulado. Se analizaron y adaptaron diferentes métodos de inversión de transformadas de Laplace y de pgf para la inversión de pgf de MWD. Los métodos de inversión se validaron utilizando distribuciones conocidas, tanto teóricas como experimentales. Se utilizaron en la validación distribuciones con rangos de pesos moleculares y polidispersiones muy diferentes. La técnica de la transformación mediante pgf se aplicó en primer lugar al cálculo de MWD de sistemas resueltos en la literatura, consiguiéndose reproducir las distribuciones publicadas. Luego se desarrollaron sendos modelos para la predicción de la MWD en la modificación de polietileno con peróxidos y en la reología controlada de polipropileno. Las distribuciones obtenidas se compararon con distribuciones experimentales, obteniéndose muy buenos resultados en ambos casos. CALIFICACION DEPARTAMENTO DE GRADUADOS Calificación de la defensa oral: Sobresaliente - 10 (diez) Fecha: 21/2/03

Incluye referencias bibliográficas.