Estudo de cenários de produção do poliestireno expansível utilizando simulador comercial

Abstract

Ciclos de batelada muito longos são necessários para completar a polimerização e impregnação do Poliestireno Expansível (EPS), se comparado com a maioria dos demais processos de polimerização. A polimerização a temperaturas mais elevadas como meio para aumentar a produtividade não é bem-sucedida devido à menor massa molar média do polímero e à maior coalescência de partículas. Sabe-se que o agente expansor, geralmente o pentano, emborracha a matriz polimérica e influencia a taxa de polimerização e a massa molar média. Uma das necessidades de processo é otimizar o tempo da adição do agente de expansão e a proporção do iniciador necessária para melhorar a produtividade geral, porém a avaliação experimental de tais parâmetros é dispendiosa, pois testes experimentais e unidades piloto demandam tempo e recursos financeiros. Neste trabalho utilizou-se o simulador de processos Aspen Polymers para avaliar diferentes condições operacionais para a produção e impregnação do EPS. Foram implementadas alterações no modelo matemático padrão do software por meio de rotinas de usuário que permitem o estudo de casos específicos possibilitando a incorporação dos efeitos de adição do agente expansor nas simulações. O modelo modificado foi validado a partir de dados experimentais obtidos da literatura e com a reprodução de parte do trabalho de Villalobos et al., (1993). Foi estudado a influência da implementação de rampas de aquecimento e da presença de diferentes teores de agente expansor na cinética da reação e na massa molar média ponderal por meio de diferentes rotas de síntese do EPS. Os principais resultados avaliados foram a conversão em função do tempo, a massa molar média e numérica em função da conversão e a distribuição de massas molares médias ao final da reação, demonstrando que ganhos de processo são possíveis apenas com a manipulação de condições operacionais e que as modificações implementadas são eficientes para o estudo de novos processos para a síntese do EPS.

Abstract : Very long batch cycles are required to complete polymerization and impregnation of Expandable Polystyrene (EPS), concerning to most polymerization processes. Polymerization at higher temperature to increase productivity is not successful because of the higher average molecular weight of the polymer and particle coalescence. It is known that the blowing agent, generally pentane, embeds a polymer matrix and influences the rate of polymerization and the average molecular weight. One of the process needs is to optimize the time of addition of the blowing agent and the proportion of the initiator necessary to improve overall productivity, however, an experimental evaluation of such options is expensive, since the tests try variables and require time and financial resources. In this work the Aspen Polymers process simulator was used to evaluate different operational conditions for EPS production and impregnation. Changes were implemented in the standard mathematical model through user routines that allow the study of specific cases, which allowed the incorporation of the effects of addition of the blowing agent in the simulations. The modified model was validated from experimental data of the literature and with the reproduction of part of the work of Villalobos et al., (1993). The influence of the implementation of slope heating curves and the presence of different expander contents in the reaction kinetics and in the average molecular weight were studied through different routes of EPS synthesis. The main results evaluated were the conversion as a function of time, the average and numerical molecular weight as a function of the conversion and the distribution of average molecular weight at the end of the reaction, demonstrating that process gains are possible only with the manipulation of operational conditions and that the implemented modifications are efficient for the study of new processes for the synthesis of EPS.