Polimerizacion

/'

CONCEPTUALIZACION Y MODELADO DE LA POLIMER1ZACI ON EN SUSPENSION /'

TESIS QUE PRESENTA
ROGER10 EDMUND MARTINEZ C O M E

"?,

PARA OBTENER EL CRAM) DE MAESTRO EN INCENIERIA QUIMICA

S NODALES I
DR. WALTER MO I SES RAMIRE2 MARQUEZ, PRES1DENTE
M. C. RICARDO LOBO OEHMICHEN, SECRETARIO

DR. JESUS ALVAREZ CALDERON, VOCAL
M.C. FELIX CONZALEZ, VOCAL M.C. JOSE DE JESUS ALVAREZRAMIREZ, INVITADO

MEXICO D.F. , 20 DE SEPTIEMBRE DE 1990.

91 mi maóre,

ia señora
Siora 6ómea 8 .

Agradezco al Dr. Jesús Alvarez Calderón y al

M. I . Q. José de Jesús Ramírez por su trabajo de
asesoría que hizo posible este trabajo. También, a todo el personal del area de Ingeniería Química de Metropolitanala Universidad Autónoma por el favorable

Iztapalapa,

ambiente de trabajo.Por último, al ingeniero Enrique Aduna

Espinosa, por su cooperación en la programación de la cinética, al ingeniero Jose Martín Hernández Valdez en el estudio de las tasas de ruptura y cualescencia de gotas y al químico Ernesto Carcía por las interesantes conversaciones sobre agentes de suSpensión.

U N I V E R S I D A D

A U T O N O M A

M E T R O P O L I T A N A

I Z T A P A L A P AC O N C E P T U A L I Z A C I O N D E P O L I M E R I Z A C I O N L A E N

Y

M O D E L A D O

S U S P E N S I O N

Tesis que para obtener el grado de MAESTRO EN INGENIERIA QUIMICA
p r e s e n t a

ROGER10 EDMUNDO MARTINEZ GOMEZ

AREA DE INGENIRIA QUIiáICA DEPARTAMENTO DE PROCESOS E HIDRAULICA

México D.F.

1990

INDICE

NOMENCLATURA
.I.

i

INTRODUCCION
1.1

Origendel problema.

1
5

1.2 Antecedentes y justificación.
1.3 Propósito de la tesis.

12
15
1 6

1.4 Resultados principales
1.5 Organización

2. L A POLlMERlZAClON E N SUSPENSION
2.1 Descripción
2.2 Alternativas
2.3 Fenómenos elementales

1 8
26 28
28

2.4 Objetivos

3. MARCO TEORICO
3.1 Análisis y síntesis

31

3.2 El Balance de Población 3.3 Solución Numérica delBalance de población 3.4 La agitación y el medio turbulento
3.5 La Reología de la gota

34 37
48
53

3.6 La Cinética química

54
59

3.7 El efecto del agente de suspensión

4 MODELOS DE ROMPIMIENTO Y COALESCENCIA
4.1 Estado del arte
62

4.2 Rompimiento
4.3 Coalescencia

74
86

4.4 Funciones auxiliares

93

5. AJUSTE DE CONSTANTES Y VAilDAClON DEL MODELO.
5.1 Caso deestudio

95
14 0 17 0

5.2 Estimacion preliminar 5.2.1 Análisis de Órdenes de magnitud.
5.2.2 Análisis gráfico del modelo.
5.3 Ajustes previos de constantes.

5.3.1 Balance de población en estado

quasi-estacionario despreciando la dinámica de la contracción. 5.3.2 Análisis físico de los núcleos de ruptura y coalescencia. 5.3.3 Balance de población en estado quasi-estacionario incluyendodinámica de la contracción. 5.4 Ajuste final de las constantes. 117

116

19 1
119

6. RESULTADOS
6.1 Características importantes del modelo.

123
127
133 139

6.2 Análisis de sensibilidad paramétrica del modelo.
6.3

Simulación de comportamientos observados en operaciones industriales

6.4 Conclusiones

BlBLlOGRAFl A

145
i. 1

APENDICES 1 WENDICES 2

ii. 1NOMENCLATURA
Letras latinas

a b

Area interfacial por unidad de fase continua Constante de proporcionalidad en la expresión para l tensión a interfacial. Constante j-ésima del modelo. Concentración del agente de suspensión. Diámetro de la gota. Diámetro Cauter. Modulo de elasticidad del polímero. Barrera -energética.
‘

C
d

1

cs

d32

E
Eb

Et

Energía cinética del campo turulentoisotrópico. Fuerza. Eficiencia de iniciador. Función distribución de tamaño de gotas. Frecuancia de ruptura. Distancia crítica adimensional. Grosor crítico de la película. Distancia de interacción hidrodinámica Frecuencia de colisión entre gotas de tamaños x,y. Función escalón unitario de Heaviside Concentracion de iniciador. Constante de iniciación. Constante de propagación Constante de...