Instrumentacion y Control

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DEL CALENTAMIENTO EN UN REACTOR POLIMÉRICO

1. Marco Conceptual.

Este capítulo trata de explicar brevemente el control de procesos, polimerización en emulsión, elementos de una polimerización en emulsión y el software utilizado. Las polimerizaciones en emulsión son sistemas complejos, altamente exotérmicas, controlar las condiciones de operación es importanteporque de estas depende las características del producto final.

El control de procesos se ha utilizado desde hace tiempo para mejorar la calidad de los productos, tener procesos eficientes y factibles económicamente, mejorar rendimiento y producción, proporcionar un entorno laboral seguro, además de reducir la demanda de personal.
En procesos químicos industriales por lotes, la utilización decomputadoras se está implementando desde hace ya algún tiempo, debido a que ayudan a operar con más estabilidad, seguridad, mejoran la productividad, calidad, reducen el impacto ambiental y mejoran la conservación de la energía.
Aunque el control por ordenador se ha estado aplicando a la industria de polímeros desde hace 25 años, la aplicación de estrategias avanzadas de control en reactores depolimerización se ha limitado al control de la temperatura y presión.
 Como causas más importantes de la falta de progreso en el control de calidad de polímeros se pueden enumerar las siguientes:
1.- Las reacciones de polimerización son procesos altamente no lineales (variación de parámetros con el tiempo).
2.- Las propiedades moleculares (peso molecular y composición del copolímero) a menudoevolucionan en direcciones opuestas a las variables de control manipuladas (temperatura, concentración de iniciador).
3.- La falta de medidas "en línea" de propiedades moleculares retrasan la caracterización de la calidad del polímero.
 
Entonces, una producción inteligente de polímeros engloba: modelos matemáticos del proceso, sensores avanzados, aproximaciones estadísticas y control avanzado deprocesos [Kiparissides y Morris, 1996].

Desde que apareció la polimerización en emulsión a nivel industrial, a mediados de la década de 1930, se ha convertido en un proceso ampliamente usado para producir látices sintéticos. Actualmente los millones de toneladas de látex que se preparan por este proceso se utilizan en muchas aplicaciones como hule sintético, polímeros de alto impacto, espumas,recubrimientos, adhesivos, pulidores de pisos, selladores, aditivos para cemento y concreto, entre otros. También se han manufacturado látex para numerosas aplicaciones en el campo biomédico, por ejemplo; pruebas de diagnóstico, ensayos inmunológicos, sistemas de liberación de medicamentos, estándares de calibración para ciertos instrumentos, etc. [El Aasser, 1997].

La mayoría de lasreacciones químicas son exotérmicas y tienen características medibles, reproducibles y definidas. La técnica de calorimetría puede medir el calor que se desprende de una reacción de polimerización, que es proporcional a la velocidad de polimerización, entonces, es posible obtener la velocidad de polimerización a cada instante. Esta información da un seguimiento inmediato al curso del proceso químico yconstituye un método directo de obtención de la velocidad de reacción

1.1 Polimerización en Emulsión.

Una emulsión es una mezcla estable y uniforme de dos líquidos que normalmente no pueden mezclarse (son inmiscibles entre ellos), tales como el aceite y el agua. Cuando estos dos líquidos están en un mismo recipiente sin agitación mecánica son visibles dos fases.

La mayor parte de lasemulsiones constan de un líquido polar y otro no polar. Cuando la emulsión es estable, uno de los líquidos se encuentra formando pequeñas gotas en el interior del otro. Según cuál sea el líquido disperso en las gotas, se distinguen dos tipos de emulsiones: emulsiones normales y emulsiones inversas; también pueden existir emulsiones continuas. Estos sistemas pueden ser sencillos o altamente complejos...