COQ897 – Otimização de Processos

Apresentação em tema: "COQ897 – Otimização de Processos"— Transcrição da apresentação:

1 COQ897 – Otimização de Processos
Otimização do Processo de Copolimerização de Estireno-Divinilbenzeno em Reator CSTR Professores: Argimiro Secchi Evaristo Biscaia Amanda Lemette Teixeira Brandão

2 Introdução Copolimerização do estireno com o divinilbenzeno em reator CSTR sem iniciador. Muito interesse no estudo dessa polimerização tendo em vista a possibilidade do DVB ser um substituto dos iniciadores bifuncionais.

3 Descrição do experimento
Nos 60 minutos iniciais, o processo é em batelada na presença de uma solução de estireno (8,29 mol/L) com etilbezeno (solvente). Após, a operação passa a ser em modo CSTR e a solução de alimentação tem estireno e DVB presentes: Cestireno = 8, mol/L e CDVB = 0, mol/L O processo todo ocorre na temperatura de 129°C (402 K).

4 Mecanismo Cinético Devido às similariedades físicas dos comonômeros, considerou-se que ambos nas etapas de iniciação e propagação formavam o mesmo tipo de polímero vivo.

5 Mecanismo Cinético Devido às similariedades físicas dos comonômeros, considerou-se que ambos, nas etapas de iniciação e propagação, formavam o mesmo tipo de polímero vivo.

6 Iniciação Térmica Iniciação Propagação Terminação por Combinação REINCORPORAÇÃO

7 Balanço de Massa

8 Balanço de Massa Como houve o surgimento do momento de ordem superior, deve-se aplicar a técnica do fechamento (BELINCANTA, 2008):

9 REINCORPORAÇÃO Retorno do polímero morto ao processo de polimerização por meio da formação de RAMIFICAÇÕES.

10 −CH −𝐶 𝐻 2 −𝐶𝐻−𝐶 𝐻 2 −𝐶𝐻−𝐶 𝐻 2 −CH−C 𝐻 2 − 𝐶𝐻−𝐶 𝐻 2 −𝐶𝐻−𝐶 𝐻 2 −CH−C 𝐻 2 − 𝐶𝐻−𝐶 𝐻 2 −𝐶𝐻−𝐶 𝐻 2 − REINCORPORAÇÃO Retorno do polímero morto ao processo de polimerização por meio da formação de RAMIFICAÇÕES.

11 Número de Ramificações
+(b) Assim, bm corresponde ao valor a ser otimizado e significa o número médio de ramos por 1 milhão de carbonos.

12 Função Objetivo

13 Otimização O procedimento de otimização foi realizado no software Matlab® por meio do emprego da função lsqnonlin. [par1,nres1,res1,exfl,out,lambda,jac] = lsqnonlin('fobjA',par0,lb,ub,op,dados,par_ref,peso); SAÍDAS – Parâmetros normalizados, valor da função objetivo, vetor referente à função objetivo em cada condição experimental, identificador do porque o algoritmo parou de rodar, … ENTRADAS – Função objetivo, valores iniciais dos parâmetros, limites inferior e superior, opções, dados medidos, valores de referência dos parâmetros, variância dos dados medidos.

14 Otimização A função lsqnonlin busca minimizar o quadrado da função objetivo, desse modo é procurada a condição ideal de operação na qual tem-se o mínimo da função abaixo:

15 Resultados

16 Número médio de ramos por 1000000 C
Resultados Tempo (min) Número médio de ramos por C Antes Depois Dados 90 0, 0, 0, 120 0, 0, 0, 150 0, 1, 1, 180 0, 2, 2, 210 1, 2, 3, 240 1, 3, 3, 270 1, 3, 3, 300 1, 4, 4, 330 2, 4, 4, 360 2, 4, 4,

17 Análise estatística dos resultados
Condições de operação encontradas pela otimização: T = 408,842 K CDVB = 0, mol/L Intervalo de confiança dos parâmetros estimados: Parâmetro Limite inferior Limite superior T 384,3876 K 433,2207 K CDVB 0, mol/L 0, mol/L

18 Análise estatística dos resultados

19 Conclusões O método de otimização mostrou-se eficiente e rápido. A função objetivo se encontrou dentro do intervalo da distribuição Chi-quadrado e os limites dos parâmetros mostraram que ambos eram significativos, visto que nenhum deles assumiu o valor nulo. Entretanto, esses mesmos limites apontaram valores de temperaturas nos quais a copolimerização seria inviável. Isso se deve principalmente ao fato dos dados experimentais terem sido inventados e não medidos realmente e também pelas simplificações adotadas no mecanismo cinético e no modelo matemático. Com a otimização, o número médio de ramos para cada um milhão de carbonos realmente aumentou, indicando que, mesmo havendo ainda poucas ramificações, as propriedades finais do copolímero foram modificadas.

20 Bibliografia BELINCANTA, J., “Homopolimerização e copolimerização via radical livre controlada por radicais nitróxidos”, Tese de D.Sc., Faculdade de Engenharia Química/Unicamp, Campinas, SP, Brasil, 2008. FARIA, L., “Avaliação de Diferentes Sorventes na Extração em Fase Sólida de Pesticida em Água. Desenvolvimento e Validação de Metodologia”, Dissertação de M.Sc., IQ-UNICAMP, Campinas, São Paulo, SP, Brasil, 2004. FRACETO, L.F., LOBO, F.A., ROSA, A.H., SOUZA, P.M.S., “Desenvolvimento de Nanocápsulas de Poli-ε-Caprolactona Contendo o Herbicida Atrazina”, Química Nova, Vol.35, No.1, , 2012.

21 Bibliografia PEREIRA, J.O., “Modelagem e Simulação de Reatores de Polimerização em Massa de Estireno com Iniciadores Multifuncionais”, Dissertação de M.Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 2012. PINTO, J. C., SCHWAAB, M., “Análise de Dados Experimentais I - Fundamentos de Estatística e Estimação de Parâmetros”, E-papers, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 2007.