Orientador: Ana Maria Frattini Fileti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T02:40:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2015 / Resumo: O processo de polimerização em emulsão é um processo industrialmente importante para a produção de polímeros com diversos tipos de aplicações. Existe um grande interesse industrial para a obtenção de teor de sólidos mais altos, pois assim otimiza-se o volume do reator para o mesmo tempo de reação, reduz-se espaço de armazenagem do produto acabado bem como custos com transporte ao consumidor final. Porém, para obtenção de polímeros com alta concentração de sólidos, a dificuldade de estabilização da emulsão, viscosidade mais alta e formação de resíduos (coágulos) geram limitações no processo, interferindo na segurança da reação. Para este trabalho foi escolhida a copolimerização em emulsão de estireno-butadieno devido à sua importância industrial bem como às propriedades relevantes para aspectos de segurança industrial. O objetivo foi estudar as influências do aumento de teor de sólidos nas propriedades da emulsão estireno-butadieno em processo semi-contínuo que afetam a segurança da reação. Primeiramente foi encontrado na literatura um modelo já validado para a copolimerização em emulsão estireno-butadieno em processo semi-contínuo como base para realizar as simulações nos software Aspen Polymers® para as análises das propriedades e comportamento exotérmico da emulsão. O teor de sólidos na emulsão estireno-butadieno foi aumentado, reduzindo gradativamente a água da formulação e mantendo a proporcionalidade entre as demais matérias-primas variando dos originais 48,4 % para 65,1 % em que toda a água da pré-emulsão foi eliminada. As propriedades finais da emulsão apresentaram resultados esperados conforme embasamento teórico abordado: a massa específica, a viscosidade, massa molar média e diâmetro de partícula aumentaram com o aumento do teor de sólidos e a polidispersidade, a temperatura de transição vítrea, o calor específico e a condutividade térmica diminuíram. A taxa de remoção de calor da reação e a temperatura da reação sob condições adiabáticas em possíveis cenários de descontrole de reação foram consideradas para a segurança do processo aumentando significativamente com o aumento do teor de sólidos e indicando presença de monômeros não reagidos ao final do tempo de reação de 10 horas. A análise de sensibilidade do modelo foi realizada variando a temperatura do processo em diferentes concentrações de produto final com o intuito de aumentar o rendimento da reação. Para cada alteração realizada, as variações das propriedades do produto foram analisadas em detalhe para verificar modificações no produto final. O melhor ponto de trabalho encontrado no estudo foi à concentração de 60 % à temperatura de reação de 78°C em que os resultados demonstraram que pequenas alterações no processo podem ser suficientes para garantir a segurança do processo, a qualidade do produto final com altos rendimentos / Abstract: The emulsion polymerization process is a very important process to the industry in the production of polymers with a wide range of applications. There is a large industrial interest to obtain higher solid content polymers in order to optimize the reactor capacity with the same time of reaction, reducing the storage area and transportation to the final costumer. However, to obtain polymers with high solid contents, the difficulties with the stabilization of the emulsion, the higher viscosity and formation of residues (clots) generate limitations in the process, interfering in the safety of reaction. To this paperwork was chosen the styrene-butadiene emulsion copolymerization because of their industrial importance as well as the relevant properties for industrial safety aspects. The objective was to study the influences of the increased solids content in the properties of the styrene butadiene emulsion in a semi-continuous process that affect the safety of the emulsion copolymerization reaction. First of all, was found in the literature a model already validated to the styrene butadiene emulsion copolymerization in a semi-continuous process. This model was used as a base to perform simulations in the Aspen Polymers® software in order to examine the exothermic properties and the behavior of the emulsion. The solid content in the styrene-butadiene emulsion was increased gradually reducing the water of the formulation and maintaining proportionality between the other raw materials ranged from the original 48.4 % to 65.1 % where all water from the pre-emulsion was removed. The final properties of the emulsion had expected results as discussed on theoretical basis: the specific mass, viscosity, molecular weight and particle diameter enlarged with the increasing of solid content and polidispersity, the glass transition temperature, the specific heat and the thermal conductivity decreased. The reaction heat removal rate and the reaction temperature under adiabatic conditions in scenarios of possible runaway reaction were considered for the safety of the process, increasing significantly with the rise of solid content and indicating the presence of unreacted monomers at the end of the reaction time of 10 hours. The analysis of the sensitivity of the model was performed by changing the processing temperature of the final product in different concentrations in order to increase the reaction yield. For each change made, variations of product properties were analyzed in detail to verify changes in the final product. The best working point found in this study was 60 % of solids content at 78°C reaction temperature. The results demonstrated that small changes in process may be sufficient to ensure the safety of the process and the quality of the final product with high yields / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestra em Engenharia Química
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unicamp.br:REPOSIP/266038 |
| Date | 04 May 2015 |
| Creators | Camargo, Stella Forganes de Godoy, 1979- |
| Contributors | UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS, Fileti, Ana Maria Frattini, 1965-, Valdman, Andrea, Franco, Ivan Carlos |
| Publisher | [s.n.], Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Química, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 107 p. : il., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da Unicamp, instname:Universidade Estadual de Campinas, instacron:UNICAMP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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