Diseño de reactores de prepolimeración y polimerización para la producción de ácido polilactico en una planta industrial

Abstract

Este proyecto de grado tuvo como propósito el diseño de los reactores de prepolimerización y polimerización de acido poliláctico. Este diseño incluye el desarrollo de los modelos cinéticos de las reacciones de prepolimerización y polimerización, el dimensionamiento de la estructura general de estos y sus componentes principales, y la simulación del comportamiento de los fluidos en ambos reactores. Se realizaron estudios cinéticos con datos secundarios, los cuales permitieron definir el proceso de producción y las condiciones de operación adecuadas. A través de la cinética de reacción, parámetros como tiempo y avance de reacción fueron establecidos. Por su parte, el reactor y los sistemas de agitación y de transmisión de calor fueron dimensionados. Para la simulación de los reactores de prepolimerización y polimerización, el software computacional COMSOL Multiphysics fue utilizado, en el modo de aplicación de Maquina Rotatoria en 3D con un solucionador dependiente del tiempo. Se creó la geometría con los cálculos hechos del diseño estructural de los reactores y se establecieron tanto el modelo matemático a emplear como las condiciones iníciales y de contorno. La reacción de policondensación no catalizada de ácido l-láctico es de segundo orden, con una constante de velocidad de 0,1895 L/mol*h y la polimerización por rompimiento de anillo sigue un comportamiento de reacción de primer orden, con una constante de velocidad aparente de 0,4228 h-1. Las máximas velocidades de los fluidos en agitación en los reactores simulados se obtuvieron en las regiones cercanas a las aspas, con velocidades de 3 m/s en el reactor de prepolimerización y 1 m/s en el de polimerización. Además, cambios en las viscosidades y los patrones de flujos, fueron visualizados y se determinó que en el segundo reactor la agitación es más homogénea que en el primero, aunque con velocidades más bajas.