Polimerización del estireno
Páginas: 7 (1516 palabras)
Publicado: 11 de junio de 2013
A. Definición del proceso
El proceso de producción de poliestireno se basa en la polimerización térmica en masa de estireno puro. El producto final es poliestireno cristalino y es un proceso continuo, ya que este material presenta una gran demanda en el mercado.
El proceso de producción presenta básicamente cuatro etapas (Figura A.1): la primera, consta de un reactor en el que se introduceestireno monomérico y éste se polimeriza hasta llegar a una conversión (X) del 45%; la segunda etapa está constituida por un segundo reactor en el que continua la polimerización de estireno hasta llegar a un 99% de conversión; finalmente, la tercera etapa es una extrusora donde se introduce el poliestireno producido y se obtiene una barra de este material con la forma que se desea obtener.Normalmente a partir de este proceso se quiere obtener granza de poliestireno ya que ésta se usa como materia prima para procesos posteriores de obtención de productos de este material; es por ello que se coloca una cortadora al final de la extrusora, obteniendo granza de poliestireno. Finalmente, el estireno en forma de vapor al final de la extrusión se condensa y se devuelve a la alimentación inicial.Cabe destacar que en el proceso anterior existen dos reactores para la polimerización. Ésta conlleva cambios importantes en las propiedades del material que se manipula, en especial la densidad y la viscosidad, factores que, unidos a la necesidad de eliminar el calor de la polimerización para mantener la temperatura del proceso constante, y el uso de un único reactor daría serios problemaspara eliminar el calor generado.
B. Cinética de la polimerización
B.1 Introducción
En este apartado, se estudia la cinética de la polimerización. En el primero de los reactores se lleva a cabo la reacción de polimerización del estireno iniciada por calentamiento. Es una polimerización por adición, la cual se lleva a cabo en diferentes etapas.
B.2 Iniciación
El mecanismo deiniciación de la polimerización es el calor. Este paso consiste en una reacción Diels-Alder. Esta reacción es bastante compleja y se caracteriza por la reacción entre dos moléculas de estireno que presenta dos productos diferentes, (2) y (3) de la Figura B.1. Sólo el isómero axial de esta reacción (3) puede reaccionar con una molécula de estireno, dando lugar a dos radicales (5) que son los quepropician el inicio de la polimerización radicalaria.
En general, esta reacción se basa en una cinética de reacción de tercer orden:
B.3 Propagación
Durante la propagación, varios millares de moléculas de estireno se unen a la cadena, formando un nuevo centro activo al final de ésta.
Así, la velocidad de esta reacción es:
Donde suma de todas las cadenas activas presentes enel reactor.
B.4 Terminación
La reacción de terminación en la polimerización del estireno suele producirse principalmente a partir de la combinación de dos radicales poliméricos, cadenas activas de polímero.
Existen dos modos de terminación:
- Combinación: los dos radicales se unen para formar una única molécula
- Desproporción: un átomo de hidrógeno se transfiere de un radical a otropara formar dos moléculas poliméricas
La constante de velocidad de la reacción de terminación se calcula como la suma de las constantes de reacción de cada uno de los modos
De modo que:
Donde suma de todas las cadenas activas presentes en el reactor.
B.5 Transferencia de cadena
Además de las reacciones de terminación y propagación, se puede producir unatransferencia en la cadena con las especies intermedias, ya sea el monómero o con el producto de la reacción Diels-Alder inicial.
Donde AH puede ser, en este caso, tanto el producto de la reacción Diels-Alder como un monómero. Teniendo en cuenta esta reacción, la velocidad de transferencia de cadena queda:
Donde suma de todas las cadenas activas presentes en el reactor.
B.6 Parámetros cinéticos...
El proceso de producción de poliestireno se basa en la polimerización térmica en masa de estireno puro. El producto final es poliestireno cristalino y es un proceso continuo, ya que este material presenta una gran demanda en el mercado.
El proceso de producción presenta básicamente cuatro etapas (Figura A.1): la primera, consta de un reactor en el que se introduceestireno monomérico y éste se polimeriza hasta llegar a una conversión (X) del 45%; la segunda etapa está constituida por un segundo reactor en el que continua la polimerización de estireno hasta llegar a un 99% de conversión; finalmente, la tercera etapa es una extrusora donde se introduce el poliestireno producido y se obtiene una barra de este material con la forma que se desea obtener.Normalmente a partir de este proceso se quiere obtener granza de poliestireno ya que ésta se usa como materia prima para procesos posteriores de obtención de productos de este material; es por ello que se coloca una cortadora al final de la extrusora, obteniendo granza de poliestireno. Finalmente, el estireno en forma de vapor al final de la extrusión se condensa y se devuelve a la alimentación inicial.Cabe destacar que en el proceso anterior existen dos reactores para la polimerización. Ésta conlleva cambios importantes en las propiedades del material que se manipula, en especial la densidad y la viscosidad, factores que, unidos a la necesidad de eliminar el calor de la polimerización para mantener la temperatura del proceso constante, y el uso de un único reactor daría serios problemaspara eliminar el calor generado.
B. Cinética de la polimerización
B.1 Introducción
En este apartado, se estudia la cinética de la polimerización. En el primero de los reactores se lleva a cabo la reacción de polimerización del estireno iniciada por calentamiento. Es una polimerización por adición, la cual se lleva a cabo en diferentes etapas.
B.2 Iniciación
El mecanismo deiniciación de la polimerización es el calor. Este paso consiste en una reacción Diels-Alder. Esta reacción es bastante compleja y se caracteriza por la reacción entre dos moléculas de estireno que presenta dos productos diferentes, (2) y (3) de la Figura B.1. Sólo el isómero axial de esta reacción (3) puede reaccionar con una molécula de estireno, dando lugar a dos radicales (5) que son los quepropician el inicio de la polimerización radicalaria.
En general, esta reacción se basa en una cinética de reacción de tercer orden:
B.3 Propagación
Durante la propagación, varios millares de moléculas de estireno se unen a la cadena, formando un nuevo centro activo al final de ésta.
Así, la velocidad de esta reacción es:
Donde suma de todas las cadenas activas presentes enel reactor.
B.4 Terminación
La reacción de terminación en la polimerización del estireno suele producirse principalmente a partir de la combinación de dos radicales poliméricos, cadenas activas de polímero.
Existen dos modos de terminación:
- Combinación: los dos radicales se unen para formar una única molécula
- Desproporción: un átomo de hidrógeno se transfiere de un radical a otropara formar dos moléculas poliméricas
La constante de velocidad de la reacción de terminación se calcula como la suma de las constantes de reacción de cada uno de los modos
De modo que:
Donde suma de todas las cadenas activas presentes en el reactor.
B.5 Transferencia de cadena
Además de las reacciones de terminación y propagación, se puede producir unatransferencia en la cadena con las especies intermedias, ya sea el monómero o con el producto de la reacción Diels-Alder inicial.
Donde AH puede ser, en este caso, tanto el producto de la reacción Diels-Alder como un monómero. Teniendo en cuenta esta reacción, la velocidad de transferencia de cadena queda:
Donde suma de todas las cadenas activas presentes en el reactor.
B.6 Parámetros cinéticos...
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