Modelado matemático de un reactor de lecho fluidizado para la polimerización catalítica de etileno

Abstract

Se desarrolla un modelo para el estudio de un reactor de lecho fluidizado para la polimerización catalítica de etileno en un reactor que corresponden a la tecnología del tipo Union Carbide de UNIPOL. Se investigan balances de materia y de energía para las tres fases presentes: burbujas, nubes y emulsión. Se incluye en el modelo la variación del diámetro de las burbujas desde que se forman sobre el plato de distribución y a medida que ascienden en el lecho catalítico. Se considera la presencia de sólidos en burbujas y en nubes. Se modela la transferencia de materia y energía entre especies para niveles de producción industrial. Se elimina así la necesidad de considerar la transferencia de calor hacia el exterior para mantener operativo al reactor. Se desarrollan distribuciones de tamaños de partículas dentro del reactor y en la corriente de producto. Se considera tamaño de partícula del producto distinto al tamaño de partícula en el lecho. Se verifican funcionales del separador de las partículas del reactor cambiando los tamaños del producto y las condiciones de fluidización. Se utilizan correlaciones con el diámetro de las partículas del reactor. Las propiedades medias de las partículas del lecho y del producto se obtienen de la distribución de partículas desarrolladas. La solución matemática y el algoritmo numérico obtenido determinan distintas condiciones operativas estables, en términos de temperatura y velocidad del gas fluidizante, para los niveles de producción y tamaño de producto buscado. Los resultados del modelo coinciden con la información experimental e industrial disponible.

A model is developed for the study of a fluidized bed reactor for the catalytic polymerization of ethylene in a reactor corresponding to the UNIPOL Union Carbide type technology. Mass and energy balances are investigated for the three phases present: bubbles, clouds and emulsion. The variation in the diameter of the bubbles is included in the model since they are formed on the distribution plate and as they ascend in the catalytic bed. The presence of solids in bubbles and clouds is considered. The transfer of mass and energy between species is modeled for industrial production levels. This eliminates the need to consider heat transfer to the outside to keep the reactor operational. Particle size distributions within the reactor and in the product stream are developed. The particle size of the product is considered different from the particle size in the bed. The functionalities of the reactor particle separator are verified by changing the sizes of the product and the fluidization conditions. Correlations with the diameter of the reactor particles are used. The average properties of the bed and product particles are obtained from the developed particle distribution. The mathematical solution and the numerical algorithm obtained determine different stable operating conditions, in terms of temperature and fluidizing gas velocity, for the desired production levels and product size. The model results are in good agreement with the available experimental and industrial information.