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  • REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

    FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE QUMICA

    EVALUACIN DEL COMPORTAMIENTO DE UN REACTOR AUTOCLAVE BAJO UN NUEVO ESQUEMA DE ALIMENTACIN DE

    INICIADORES EN LA PLANTA PEBD

    TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO QUIMICO

    Realizado por: Carlos A. Becerra H.

    C.I.: 18.327.508. Gilberto A. Mavares F.

    C.I.: 13.724.879.

    Tutor Acadmico Ing. Mara Emilia Da Costa

    Maracaibo, Abril de 2009

    DERECHOS RESERV

    ADOS

  • EVALUACIN DEL COMPORTAMIENTO DE UN REACTOR AUTOCLAVE BAJO UN NUEVO ESQUEMA DE ALIMENTACIN DE

    INICIADORES EN LA PLANTA PEBD

    Carlos A. Becerra H. Gilberto A. Mavares F. C.I.: 18.327.508. C.I.: 13.724.879. Edificio Los Caobos Torre Sur Conjunto residencial Apto. 10B Calle 79 entre Las Palmeras Edif. Socuy avenidas 3C y 3D. Apto. 3D. Telfono: 0414-7388965. Telfono: 0424-6486729.

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    ADOS

  • I

    DEDICATORIA

    A mi hijo Diego Armando y al beb que viene en camino.

    A mi esposa Margeris por brindarme su apoyo y compresin en todos los momentos

    de mi vida.

    A mi abuela Mayita y a mis hermanos.

    Gilberto A. Mavares F.

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    ADOS

  • II

    DEDICATORIA

    Primeramente a dios todo poderoso que me permiti vivir y que me dio la inteligencia

    y las ganas para emprender esta carrera.

    A mi mam Britzeida, que siempre me ha apoyado y respeta mis decisiones, sin ella

    no lo hubiese podido lograr ya que es mi mayor motivacin para el logro de esta meta.

    A mi abuela Adelina por apoyarme siempre en lo que he intentado realizar en mi

    corto tiempo de vida.

    A mis familiares y hermanos y a todos aquellos que de una u otra forma me

    apoyaron para poder hacer esto posible.

    Carlos A. Becerra H.

    DERECHOS RESERV

    ADOS

  • III

    AGRADECIMIENTOS

    A mi esposa Margeris por ayudarme en todo momento.

    A mis compaeros de estudio por compartir esta etapa de la vida.

    A las Profesora Mara Emilia Da Costa y Mnica Molero por el asesoramiento

    prestado en la realizacin de la investigacin.

    Gilberto A. Mavares F.

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  • IV

    AGRADECIMIENTOS

    A mi compaero Gilberto Mavares por el arduo esfuerzo realizado durante este

    trabajo, a mis compaeros por estar siempre presente.

    A mi mam Britzeida por ser mi mayor motivacin y ayudarme en todo momento.

    A la profesora Mara Emilia Da Costa por su asesora durante todo este tiempo de

    trabajo. A la profesora Mnica Molero por apoyarnos y ayudarnos durante todo el

    proceso de realizacin de esta tesis.

    Carlos A. Becerra H.

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    ADOS

  • V

    NDICE GENERAL

    Pg.

    Dedicatorias I

    Agradecimientos III

    ndice General V

    ndice de Figuras VIII

    ndice de Tablas IX

    Resumen 1

    Abstract 2

    Introduccin 3

    Capitulo I. El Problema 6

    1.1 Planteamiento del Problema 6

    1.2 Formulacin de Problema 7

    1.3 Objetivos 7

    1.3.1 Objetivo General 7

    1.3.2 Objetivos Especficos 7

    1.4 Justificacin e Importancia de la Investigacin 8

    1.5 Delimitacin de la Investigacin 9

    Capitulo II. Marco Terico 11

    2.1 Descripcin de la Empresa 11

    2.2 Antecedentes 12

    2.3 Descripcin General del Proceso 16

    2.4 Bases tericas 17

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  • VI

    2.4.1 Polietileno 17

    2.4.2 Etileno 19

    2.4.3 Polimerizacin 20

    2.4.4 Tipos de Polimerizacin 20

    2.4.5 Polimerizacin del Etileno Bajo Alta Presin Va Radicales Libres 22

    2.4.6 Iniciadores 23

    2.4.7 Posibles Reacciones Con Los Radicales Libres 25

    2.4.8 Etapas de la Reaccin de Polimerizacin 26

    2.4.9 Incidencia de las Reacciones de Transferencia 27

    2.4.10 Reaccin Qumica 28

    2.4.11 Clases De Reacciones Qumicas 29

    2.4.12 Reactor Qumico 30

    2.4.13 Ecuacin de Rendimiento 31

    2.4.14 Tipos de Reactores Qumicos 31

    2.4.15 Simulacin De Procesos 36

    2.4.16 Simulador De Procesos Aspen Plus 38

    2.5 Operacionalizacin de las Variables 38

    2.6 Definicin de Trminos Bsicos 39

    Capitulo III. Marco Metodolgico 44

    3.1 Tipo de Investigacin 44

    3.2 Diseo de Investigacin 44

    3.3 Tcnicas de Recoleccin de Datos 45

    3.3.1 Instrumento de Recoleccin de Informacin 46

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    ADOS

  • VII

    3.4 Fases de la Investigacin 46

    Capitulo IV. Anlisis de los resultados 67

    4.1 Identificacin de los datos operativos requeridos para realizar

    la simulacin del reactor autoclave (R-101)

    67

    4.2 Realizacin de la simulacin correspondiente a la operacin

    del reactor bajo el esquema de alimentacin de iniciadores actual

    y con el nuevo esquema de alimentacin de iniciadores propuesto

    69

    4.3 Comparacin de los resultados obtenidos de la simulacin

    entre la operacin del reactor actual y la operacin con el nuevo

    esquema de alimentacin de iniciadores propuesto

    71

    4.4 Realizacin de la prueba en campo de la operacin del reactor

    autoclave bajo el esquema de alimentacin de iniciadores propuesto

    76

    Conclusin 79

    Recomendaciones 81

    Bibliografa 82

    Anexos 85

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    ADOS

  • VIII

    NDICE DE FIGURAS

    Pg.

    Figura N 1. Diagrama General De La Planta De Polietileno De

    Baja Densidad De Polinter C.A.

    18

    Figura N 2. Esquemtico del Reactor Autoclave de la Planta de

    PEBD de Polinter

    36

    Figura N 3. Ventana Principal del Aspen Plus 48

    Figura N 4. Ventana de New del Aspen Plus 49

    Figura N 5. Flowsheet del Esquema de Alimentacin de

    Iniciadores Actual

    51

    Figura N 6. Componentes Utilizados en la Simulacin 52

    Figura N 7. Propiedad Fsica Global Utilizada en la Simulacin 53

    Figura N 8. Ventana del Ingreso de los Datos de Operacin en

    la Corriente ETILENO1

    54

    Figura N 9. Ventana Principal para Crear la Reaccin 55

    Figura N 10. Ventana del Ingreso de los Reactivos 56

    Figura N 11. Ventana del Ingreso de las Reacciones 56

    Figura N 12. Ventana del Ingreso de la Cintica 57

    Figura N 13. Ventana del Ingreso de los Datos de Operacin de

    la Zona R1-5

    58

    Figura N 14. Ventana de Seleccin de la Reaccin Utilizada en

    el Modelo

    59

    Figura N 15. Ejecucin de la Simulacin 60

    Figura N 16. Esquema de Alimentacin Actual 87

    Figura N 17. Esquema de Alimentacin Propuesto

    88

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  • IX

    NDICE DE TABLAS

    Pg.

    Tabla N 1. Capacidades de Produccin por Lnea, Tipo de

    Polietileno y Tecnologa

    12

    Tabla N 2. Especificaciones del Etileno 19

    Tabla N 3. Tipos de Iniciadores 24

    Tabla N 4. Propiedades de los Iniciadores 25

    Tabla N 5. Cuadro De Variables 40

    Tabla N 6. Formato de los Datos Operativos del Reactor 47

    Tabla N 7. Simbologa del Flowsheet 50

    Tabla N 8. Resultados del Promedio del Histrico 67

    Tabla N 9. Datos Utilizados para el Esquema Propuesto 68

    Tabla N 10. Resultados del Promedio de las Cromatografas 69

    Tabla N 11. Resultados de la Simulacin Bajo el Esquema Actual 70

    Tabla N 12. Resultados de la Simulacin Bajo el Esquema Actual 71

    Tabla N 13. Comparacin entre los Resultados de la Simulacin

    Bajo el Esquema Actual y el Propuesto

    72

    Tabla N 14. Resultados de la Prueba en Campo 77

    Tabla N 15. Comparacin entre los Resultados de la Prueba en

    Campo y la Simulacin Bajo el Esquema Propuesto

    78

    Tabla N 16. Rango de Uso de los Iniciadores 85

    Tabla N 17. Datos Operativos del Reactor Bajo el Esquema Actual

    86

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  • BECERRA, CARLOS; MAVARES, GILBERTO. Evaluacin del Comportamiento de un Reactor Autoclave Bajo un Nuevo Esquema de Alimentacin de Iniciadores en la Planta PEBD. Trabajo Especial de Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniera. Escuela de Ingeniera Qumica. Maracaibo. Venezuela. Abril 2009.

    RESUMEN El objetivo fundamental de esta investigacin fue evaluar el comportamiento de un reactor autoclave bajo un nuevo esquema de alimentacin de iniciadores en la planta PEBD. La planta opera actualmente utilizando inyecciones de iniciador de Diterbutil Perpivalato (C5) en los niveles 4 y 6, Diterbutil 2 Etil Hexanoato (C2) en el nivel 7, Diterbutil Perbenzoato (C1) ms Diterbutil 2 Etil Hexanoato (C2) en el nivel 9 y Diterbutil Peroxido (CA) en el nivel 11 del reactor autoclave (R101), se requiere reemplazar la inyeccin de C5 en los niveles 4 y 6 debido a problemas de importacin. Se utiliz C2 en dichos niveles y se evalu el comportamiento del reactor, observndose un aumento de 1.765% de la produccin de polietileno. Para evaluar el reactor se utiliz el paquete de simulacin Aspen Plus Versin 11.1, realizando simulaciones bajo los dos esquemas de alimentacin de iniciadores (actual y propuesto), se compar los resultados de dichas simulaciones observndose gran semejanza entre el producto obtenido de las mismas. Adems se realizo una prueba en campo con el esquema de alimentacin de iniciadores propuesto arrojando resultados muy similares a los obtenidos de la simulacin con dicho esquema. La investigacin fue de tipo descriptiva, ya que inicialmente se recolect toda la informacin necesaria y se estudi el comportamiento de un fenmeno sin alterar la informacin, en este caso se evalu el comportamiento de un reactor autoclave. Luego de realizar las simulaciones de los esquemas de alimentacin de iniciadores (actual y propuesto), y la prueba en campo del esquema de alimentacin de iniciadores propuesto se concluyo que el reactor opera sin ningn problema o condicin especial con el esquema de alimentacin propuesto. Palabras Claves: Reactor Autoclave, Iniciadores, Simulacin de Procesos, Polietileno. [email protected] [email protected]

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  • 2

    BECERRA, CARLOS; MAVARES, GILBERTO. Evaluation the Behavior of an Autoclave Reactor Under a New Scheme of Feeding Initiator in the Plant LDPE. Degree Thesis. Universidad Rafael Urdaneta. Chemical Engineering School. Maracaibo. Venezuela. April 2009.

    ABSTRACT

    The fundamental objective of this research was to evaluate the behavior of an autoclave reactor under a new feeding initiator scheme in the plant LDPE. The plant currently operates using injections of initiator Diterbutil Perpivalato (C5) at levels 4 and 6, Diterbutil 2-ethyl hexanoate (C2) at level 7, Diterbutil Perbenzoato (C1) plus Diterbutil 2-ethyl hexanoate (C2) at level 9 and Diterbutil peroxide (CA) at level 11 of autoclave reactor (R101), is required to replace the injection of C5 in levels 4 and 6 due trouble to importation. C2 was used in these levels and assessed the behavior of the reactor, showing an increase of 1.765% of the production of polyethylene. To evaluate the reactor was used Aspen Plus simulation package version 11.1, by performing simulations under the two scheme of feeding initiator (current and proposed), compared the results of these simulations showing great similarity between the product of the same. We also carried out a field test under the scheme of feeding initiator proposed showing results very similar to those obtained from the simulation with that scheme. The research was descriptive, since it was initially collected all necessary information and studied the behavior of a phenomenon without altering the information in this case evaluated the behavior of an autoclave reactor. After performing the simulations of the two scheme of feeding initiator (current and proposed), and the field test initiator feeding scheme proposed is concluded that the reactor operates without any problem or special condition to the proposed scheme. Keywords: Autoclave Reactor, Initiators, Process of Simulations, Polyethylene. [email protected] [email protected]

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  • 3

    INTRODUCCIN

    El polietileno (PE) es qumicamente el polmero ms simple. Se representa con su

    unidad repetitiva (CH2-CH2)n. Por su alta produccin mundial (aproximadamente 60

    millones de toneladas son producidas anualmente (2005) alrededor del mundo, es

    tambin el ms barato, siendo uno de los plsticos ms comunes. Es qumicamente

    inerte. Se obtiene de la polimerizacin del etileno (de frmula qumica CH2=CH2), del

    que deriva su nombre.

    El polietileno de baja densidad es producido mediante un proceso a alta presin y

    alta temperatura utilizando un reactor autoclave al cual se alimenta etileno altamente

    purificado y los iniciadores necesarios para llevar a cabo la reaccin de polimerizacin.

    El proceso requiere de una alimentacin de iniciadores en los diferentes niveles del

    reactor dependiendo de los rangos de temperatura de reaccin de los mismos. El

    reactor autoclave tiene un sistema para controlar estos rangos de temperaturas

    mediante controladores de flujo que regulan la alimentacin de los iniciadores para

    mantener la operacin en el reactor estable.

    En el presente trabajo se plante un nuevo esquema de alimentacin de iniciadores,

    que consisti en la sustitucin de uno de los iniciadores alimentado al reactor autoclave

    con el cual se presentaron problemas de suministro, por otro iniciador el cual tuviera un

    rango de temperaturas de reaccin similar, y no alterara la calidad del producto final.

    Este trabajo est estructurado por un capitulo I, llamado Planteamiento del problema

    en el cual se presenta el problema ocurrido en la planta PEBD, la delimitacin y

    justificacin de la investigacin, as como los objetivos planteados para la resolucin del

    mismo.

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  • 4

    El capitulo II, presenta el marco terico en el cual se presenta una breve descripcin

    de la empresa y toda la informacin terica necesaria para entender el tema estudiado.

    El capitulo III esta conformado por el marco metodolgico donde se identific el tipo

    y diseo de la investigacin, las tcnicas y recoleccin de datos, el instrumento

    mediante el cual se recolect la informacin y las fases llevadas a cabo para llegar a la

    solucin del problema planteado. El capitulo IV, muestra los resultados obtenidos de la

    investigacin y tambin un anlisis de los mismos.

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  • CAPITULO I. EL PROBLEMA

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  • Capitulo I. El Problema

    6

    1.1 Planteamiento del Problema

    Poliolefinas Internacionales, C.A. POLINTER, es una empresa mixta venezolana

    productora de Polietilenos de Alta, Media, Baja y Lineales de Baja Densidad, as como

    mezclas de Polietilenos. Polinter posee tres lneas de produccin de polietilenos las

    cuales se ubican en el Complejo Petroqumico Ana Mara Campos, Municipio Miranda

    del Estado Zulia.

    Para la produccin de polietileno de baja densidad se emplea como monmero el

    etileno procedente de las plantas de Olefinas de Pequiven, el mismo pasa por una serie

    de compresores los cuales le elevan la presin para ser alimentado en cuatro diferentes

    niveles del reactor autoclave (R-101). Al mismo tiempo son alimentados cuatro tipos de

    iniciadores en cinco diferentes niveles de dicho reactor. All ocurre una reaccin de

    polimerizacin por radicales libres para la formacin del polietileno de baja densidad a

    altas presiones.

    Actualmente la planta de polietileno de baja densidad (PEBD) opera utilizando una

    alimentacin de etileno en los niveles 1, 6, 7, 9 del reactor autoclave (R-101), e

    inyecciones de iniciador de Diterbutil Perpivalato (C5) en los niveles 4 y 6, Diterbutil 2

    Etil Hexanoato (C2) en el nivel 7, Diterbutil Perbenzoato (C1) ms Diterbutil 2 Etil

    Hexanoato (C2) en el nivel 9 y Diterbutil Peroxido (CA) en el nivel 11 del reactor

    autoclave (R101) para producir el polietileno de baja densidad. Sin embargo se han

    presentado problemas con la importacin del iniciador Diterbutil Perpivalato (C5), y si el

    suministro de este se detuviera la reaccin no podra llevarse a cabo de acuerdo con el

    diseo del reactor, y esto conllevara a la paralizacin de la planta lo que detendra la

    produccin de polietileno de baja densidad en el pas.

    Por consiguiente se detendra la produccin de polietileno de baja densidad ya que

    la planta es la nica que se encuentra en el pas y al detener la produccin de la misma

    no habra materia prima para la realizacin de envases plsticos para alimentos, bolsas

    plsticas de uso general, tubos para el transporte de agua, cables elctricos, entre otros

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  • Capitulo I. El Problema

    7

    usos dados a este producto, y el mismo podra ocasionar un desabastecimiento

    alimenticio debido a que no se tendra la materia prima para realizar el empaque de los

    alimentos.

    Debido a la situacin antes descrita se plante la siguiente investigacin para

    evaluar el comportamiento del reactor autoclave bajo un nuevo esquema de

    alimentacin de iniciadores en la planta de polietileno de baja densidad, y as proponer

    una salida para evitar futuros problemas en la planta y en la sociedad.

    El esquema de alimentacin de iniciadores propuesto para la planta de polietileno de

    baja densidad, fue reemplazar la inyeccin del iniciador Diterbutil Perpivalato (C5) en

    los niveles 4 y 6, por el iniciador Diterbutil 2 Etil Hexanoato (C2) en los niveles 4 y 6 del

    reactor autoclave (R-101); la alimentacin de iniciador en los otros niveles qued igual

    que el esquema actual.

    1.2 Formulacin del Problema

    Cmo evaluar el comportamiento de un reactor autoclave bajo un nuevo esquema

    de alimentacin de iniciadores en la planta PEBD?

    1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo General

    Evaluar el comportamiento de un reactor autoclave bajo un nuevo esquema de

    alimentacin de iniciadores en la planta PEBD.

    1.3.2 Objetivos Especficos 1. Identificar los datos operativos requeridos para realizar la simulacin del reactor

    autoclave (R-101).

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  • Capitulo I. El Problema

    8

    2. Realizar la simulacin correspondiente a la operacin del reactor con el esquema de

    alimentacin de iniciadores actual y con el nuevo esquema de alimentacin de

    iniciadores propuesto.

    3. Establecer comparacin de los resultados obtenidos de la simulacin entre la

    operacin del reactor actual y la operacin con el nuevo esquema de alimentacin de

    iniciadores propuesto.

    4. Realizar prueba en campo de la operacin del reactor autoclave bajo el esquema de

    alimentacin de iniciadores propuesto.

    1.4 Justificacin e Importancia de la Investigacin

    Al realizar el presente trabajo de investigacin sobre la evaluacin del

    comportamiento de un reactor autoclave bajo un nuevo esquema de alimentacin de

    iniciadores se obtendrn los siguientes beneficios:

    Se mantendr la produccin actual del reactor, se reducirn los costos de consumo

    de iniciadores y produccin, adems se mantendrn las especificaciones deseadas del

    producto, con lo cual se garantizar el abastecimiento de polietileno de baja densidad a

    los consumidores de esta materia prima, y as estarn seguros en el mercado los

    productos que se realizan con el polietileno de baja densidad como empaques para

    alimentos, tuberas para agua, cables elctricos entre otros productos importantes para

    la vida diaria de la sociedad.

    Se dejar una base metodolgica dentro de la empresa ya que existir un modelo de

    simulacin del reactor autoclave (R-101), que podr ser utilizado para futuras

    investigaciones o para realizar cambios en el funcionamiento del mismo en caso de

    futuras extensiones de la planta o de cambios en el esquema de alimentacin de

    iniciadores al mismo.

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  • Capitulo I. El Problema

    9

    1.5 Delimitacin de la Investigacin Temporal: La investigacin se desarroll en un periodo aproximado de 6 meses, desde Septiembre del 2008 a Febrero del 2009.

    Espacial: La presente investigacin se realiz en la planta de Polietileno de Baja Densidad de Polinter C.A. ubicada en el Complejo Petroqumico Ana Maria Campos en

    el Municipio Miranda Estado Zulia.

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  • CAPITULO II. MARCO TEORICO

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  • Capitulo II. Marco Terico

    11

    2.1 Descripcin de la Empresa

    Poliolefinas Internacionales, C.A. POLINTER, es una empresa mixta venezolana

    productora de Polietilenos de Alta, Media, Baja y Lineales de Baja Densidad, as como

    Mezclas de Polietilenos.

    Polinter posee tres (3) lneas con una capacidad de 390.000 toneladas mtricas

    anuales (TMA), para la produccin de polietilenos, las cuales se ubican en el Complejo

    Petroqumico El Tablazo, municipio Miranda del Estado Zulia.

    Polinter tiene como misin Producir y comercializar Polietilenos y mezclas de

    Poliolefinas, para satisfacer y superar tanto las necesidades como las expectativas de

    nuestros clientes, proveedores, trabajadores y accionistas, garantizando el crecimiento

    y la rentabilidad del negocio, manteniendo el recurso humano efectivo estimulado, el

    mejoramiento permanente de los procesos en excelentes condiciones de seguridad e

    higiene, en armona con el ambiente, atendiendo las comunidades vecinas, enmarcado

    dentro de los valores rectores de Polinter.

    La visin de Polinter Somos en nuestra rea de influencia, la empresa de mayor

    competitividad en produccin y comercializacin de polietilenos y mezclas de

    poliolefinas; estamos en la constante bsqueda del mejoramiento integral de los

    procesos, con el compromiso de satisfacer a nuestros clientes, proveedores,

    trabajadores, accionistas y comunidades vecinas en aquellos mbitos susceptibles a

    nuestra participacin, siempre en excelentes condiciones de seguridad e higiene y en

    armona con el ambiente, con tecnologa avanzada, asociaciones estratgicas

    apropiadas y exitosas, realizadas por nuestro personal siempre efectivo.

    El capital social de Polinter est conformado por la participacin accionaria de:

    Petroqumica de Venezuela, S.A., PEQUIVEN. International Petrochemical Holding Limited, IPHL.

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  • Capitulo II. Marco Terico

    12

    Grupo Zuliano, C.A. Sofilago, S.A. Mitsui Petrochemical Co. Combustion Engineering Technology Investment Corporation (CETIC).

    Los polietilenos manufacturados por Polinter comercializados bajo la marca

    registrada VENELENE se fabrican siguiendo los estndares de la tecnologa y con un

    estricto control de calidad en todos los eslabones que componen la cadena de

    produccin, la cual se inicia con la materia prima, el etileno, suministrado por

    Petroqumica Venezolana, C.A. PEQUIVEN. (Manual de Induccin de Polinter, 2000).

    En la siguiente tabla, se indican las capacidades de produccin por lnea, tipo de

    Polietileno y Tecnologa:

    Tabla N 1. Capacidades de Produccin por Lnea, Tipo de Polietileno y Tecnologa Lnea de

    Produccin Tipo de Polietileno Capacidad Instalada de

    Produccin(TMA) Tecnologa

    Baja Densidad PEBD y Mezclas de

    Polietilenos

    80.000 Alta Presin

    Autoclave

    Alta Densidad PEAD 100.000 Pasta

    Lineal PEAD,

    PEMD,PELBD

    210.000 Solucin

    Fuente: Manual de Polimerizacin de PEBD de Polinter (2002)

    2.2 Antecedentes

    En Octubre del 2003, Gutirrez, present un Trabajo Especial de Grado en la

    Universidad Rafael Urdaneta para optar por el ttulo de Ingeniero Qumico, titulado

    Evaluacin del Comportamiento de las Columnas LB, HB Y RB, Bajo Un Nuevo Esquema de Destilacin para el Modo-Octeno. En la Planta de Polietileno Lineal de Baja Densidad de Polinter, el objetivo fundamental del estudio fue evaluar el

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  • Capitulo II. Marco Terico

    13

    comportamiento de las columnas de destilacin LB, HB y RB de la planta de PELBD de

    Polinter, al operar bajo un nuevo esquema de destilacin utilizando 1-octeno como

    comonmero. Como herramienta de simulacin se emple el paquete Pro II versin

    5.61.

    La funcin principal de dichas columnas es la recuperacin del ciclohexano y

    comonmeros que no reaccionan en el rea de sntesis para luego ser reutilizados en el

    proceso, y la eliminacin de las grasas e impurezas presentes. Para el desarrollo de la

    investigacin se procedi inicialmente a seleccionar un modelo termodinmico adaptado

    a las corrientes estudiadas. Se valid con datos de diseo, obtenidos del licenciante de

    la tecnologa y luego se simularon cuatro esquemas diferentes de destilacin, para

    optar por el que permitiera recuperar la mayor cantidad de ciclohexano y 1-octeno y

    establecer las limitaciones al operar bajo el esquema seleccionado.

    La investigacin fue de tipo descriptiva, ya que inicialmente se recolect toda la

    informacin necesaria de las columnas LB, HB y RB y del proceso en general, se

    describi el comportamiento de las columnas operando en modo-buteno y los

    esquemas estudiados para operar en modo-octeno, finalmente se analizaron

    sistemticamente las propuestas para optar por la que arroj mejores resultados.

    Finalmente se utiliz el modelo termodinmico de Peng-Robinson para la simulacin

    del comportamiento de las columnas LB, HB, RB y se concluy que el esquema con las

    siguientes caractersticas: composicin y temperatura de la corriente de entrada al

    tambor de reflujo de la LB diferentes al diseo y el plato #17 como alimentacin de las

    columnas HB y RB, fue el mas indicado para operar en modo octeno las columna LB,

    HB y RB, y para el cual se obtuvo un ciclohexano con una pureza de 89.4% p/p y el 1-

    octeno con 83% p/p de pureza.

    Esta investigacin tiene un gran aporte debido a que deja unas bases sembradas

    dentro de la empresa sobre trabajos de investigacin utilizando paquetes de simulacin

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  • Capitulo II. Marco Terico

    14

    como mtodo para solucionar problemas presentados en ella. En la misma se evalu el

    comportamiento de unas columnas de destilacin, bajo un nuevo esquema de

    destilacin para el modo-octeno en la planta de polietileno lineal de baja densidad de

    Polinter.

    En Octubre de 2003, Pierini, present un Trabajo Especial de Grado en la

    Universidad Rafael Urdaneta para optar por el ttulo de Ingeniero Qumico, titulado

    Diseo y Simulacin de un Intercambiador de Calor para la Corriente de Fondo de la Columna de Etileno en Modo Octeto, de la Planta de Polietileno Lineal de Polinter C.A., la investigacin tuvo como objetivo disear y simular un intercambiador de calor para la corriente de fondo de la columna de etileno en modo octeto, de la

    planta de polietileno lineal de Polinter C.A.

    Para la realizacin de la simulacin se emple el paquete de simulacin Pro II

    versin 5.61, de la empresa Simulation Sciences Inc. Y se utiliz el modelo

    termodinmico de Chao Seader. Primero se realiz la simulacin de la columna de

    etileno sin el intercambiador de calor, luego se valid con datos de diseo y por ultimo

    se simul a la columna junto al intercambiador.

    De acuerdo al grado de profundidad con que se abordaron los objetivos, la

    investigacin fue de tipo descriptiva, se emple tanto para establecer el comportamiento

    de la columna de etileno como del intercambiador de calor para el producto de fondo de

    sta; se logr mediante el uso del paquete de simulacin Pro II 5.61, con el cual se

    construy la simulacin de la columna y el intercambiador de calor, lo cual fue necesario

    para determinar cual de las diversas corrientes que podan ser empleadas como fluidos

    de refrigeracin en el intercambiador result la mas adecuada para el proceso.

    Como resultado del estudio se concluy que el intercambiador Proceso-Proceso, al

    intercambiar calor entre la corriente de fondo y la de la alimentacin de la columna,

    optimiza el intercambio de calor en la planta, lo que conllev a un menor consumo de

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  • Capitulo II. Marco Terico

    15

    energa y por lo tanto menos gastos econmicos, adems el intercambiador Proceso -

    Agua requiere disponibilidad de agua en grandes cantidades para poder reducir la

    temperatura en la salida de los tubos.

    La investigacin antes presentada da un gran aporte debido a que se estn

    realizando modificaciones a un sistema existente mediante la simulacin, lo que permite

    realizar ensayos para comprobar si los resultados sern los esperados y si se podra

    optimizar y mejorar el sistema existente sin realizar los cambios en la realidad sino

    hasta llegar a los resultados esperados.

    En Enero del 2002, Jerez, Morales, Leal, presentaron un Trabajo Especial de Grado

    en la Universidad Rafael Urdaneta para optar por el ttulo de Ingeniero Qumico,

    titulado Modelos de Simulacin de Torres de Destilacin de Fraccionamiento Continuo. Este trabajo tuvo como finalidad elaborar un programa computarizado, que permita simular en Matlab la determinacin de los parmetros de funcionamiento de una

    torre de fraccionamiento; especficamente una torre recuperadora de propileno, ubicada

    en la zona industrial de Guarenas.

    Para cubrir los objetivos se procedi a la identificacin de un modelo, mediante el

    entrenamiento y validacin de Redes Neuronales Artificiales, que predigan la constante

    K a diferentes presiones y temperaturas, utilizando una base de datos generada a partir

    de nomogramas basados en el modelo termodinmico de Braun K10. Mediante el

    anlisis de los resultados se determin que el programa realizado arroja resultados

    sumamente confiables.

    El tipo de investigacin fue descriptiva ya que se recolectaron los datos necesarios

    para llevar a cabo las simulaciones de las torres de destilacin planteadas y as resolver

    el trabajo de investigacin.

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  • Capitulo II. Marco Terico

    16

    La investigacin antes presentada deja un aporte a este trabajo ya que nuevamente

    se estn utilizando paquetes de simulacin para el modelaje de procesos qumicos

    dejando resultados satisfactorios.

    2.3 Descripcin General del Proceso

    La lnea de Polietilenos de Baja Densidad (PEBD), es licenciado originalmente por

    la empresa francesa Ethylene Plastique (Actualmente: Enichem de Italia). Este proceso

    data desde 1936 y es el primero utilizado para la manufactura de Polietilenos, resinas

    que hoy continan jugando un papel importante en la vida moderna, debido a su calidad

    y propiedades.

    La lnea de Baja Densidad inici operaciones en 1976 con una capacidad de

    produccin de 50.000 TMA, la cual fue posteriormente ampliada a 60.000 TMA, y luego,

    mediante mejoras efectuadas en sus operaciones, se ha logrado elevar su capacidad

    de produccin hasta 80.000 TMA.

    El polietileno de baja densidad es obtenido mediante la polimerizacin del etileno de

    alta pureza (99,95%) proveniente de las plantas de olefinas de Pequiven. El etileno

    llega al tanque de almacenamiento (V-101) pasando luego a un proceso de compresin,

    mediante dos (2) compresores reciprocantes que se encargan de llevarlo a una presin

    de polimerizacin entre 1200 y 1500 bar y a una temperatura de 155C a 285C.

    La polimerizacin se lleva a cabo de manera continua en un reactor donde se

    alimenta con etileno e Iniciadores bajo presin y del cual se extrae continuamente una

    mezcla de etileno - polietileno.

    Posterior a la polimerizacin, la mezcla etileno - polietileno, es llevada a un

    separador de alta presin, donde tiene lugar la primera fase de separacin del gas y el

    Polmero, de este separador, el gas sale por el tope y va hacia unos enfriadores y

    separadores de ceras; donde ya purificado el gas es reciclado a la succin del

    compresor secundario, para ser enviado nuevamente al reactor. El polmero que sale

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  • Capitulo II. Marco Terico

    17

    por el fondo del separador se enva a un segundo separador a baja presin donde s

    desgasifica el polmero, liberando casi todo el gas. El polietileno pasa luego a una

    extrusora la cual transforma el producto en filamentos que luego son cortados por unas

    cuchillas a alta velocidad y transformados en pellets. Estos son transportados por una

    corriente de agua desmineralizada, la cual los lleva a los secadores centrfugos.

    Una vez seco el Polietileno es enviado a unas tolvas de espera denominadas

    (V-202A, B, C) donde se produce una desgasificacin, despus de ser analizado por el

    departamento tcnico laboratorio es transportado mediante rotativas y sopladores hacia

    los silos de homogenizacin (V-303). Luego es enviado a los silos de almacenaje (V-

    301) o (V-302) donde es analizado nuevamente y es transportado mediante sopladores

    al (V-310) a travs de una ensacadora se empaca y es almacenado para luego ser

    distribuido al mercado. En la figura N 1 se muestra un diagrama general de la planta de

    polietileno de baja densidad de Polinter. (Manual de compresin de PEBD de Polinter,

    2005). En la figura N 1 se muestra el diagrama general de la planta de polietileno de

    baja densidad de Polinter C.A.

    2.4 Bases Tericas 2.4.1 Polietileno

    El polietileno es el plstico ms popular del mundo. Existen bsicamente tres tipos

    de polietileno, el polietileno de baja densidad (Low Density Polyethylene, LDPE), el

    polietileno de alta densidad (High Density Polyethylene, HDPE) y el polietileno lineal

    de baja densidad (Lineal Low Density Polyethylene, LLDPE). (Manual de

    polimerizacin de PEBD de Polinter, 2002).

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  • 18

    Figura N 1. Diagrama General de la Planta de Polietileno de Baja Densidad de Polinter C.A.

    Fuente: Manual de induccin de Polinter (2000)

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    19

    2.4.2 Etileno

    El etileno es considerado el producto bsico de cualquier Complejo Petroqumico. Es

    un gas incoloro e inflamable, de olor dbil y agradable, su densidad es de 0,97 g/cm3;

    S lica a 103 C y es poco soluble en agua.

    El calor lo descompone y en presencia de catalizadores y presiones controladas,

    pueden unirse varias molculas, polimerizando. Normalmente no se encuentra

    presente en la fabricacin gaseosa del petrleo crudo pero se puede obtener de

    fracciones ms pesadas por descomposicin trmica cataltica. A presin atmosfrica

    tiene un punto de ebullicin de -103.9 C. Su peso molecular es 28,05 gr/mol. (Manual

    de polimerizacin PEBD de Polinter, 2002).

    El etileno utilizado para fabricar el polietileno de baja densidad debe poseer las

    siguientes especificaciones:

    Tabla N 2. Especificaciones del Etileno

    ELEMENTO FORMULA MOLECULAR PUREZA

    Etileno C2 H4 99.85% Molar Min.

    Acetileno C2 H2 10 ppm Mx.

    Oxgeno O2 3 ppm Mx.

    Metano C H4 0.1% Molar Mx.

    Etano C2 H6 0.1% Molar Mx.

    Propileno C3 H6 50 ppm Mx.

    Dixido de Carbono CO2 20 ppm Mx.

    Monxido de Carbono CO 5 ppm Mx.

    Propano y ms pesados C3 H8 50 ppm Mx.

    Azufre (H2S) S 4 ppm Mx.

    Fuente: Manual de Polimerizacin de PEBD de Polinter (2002)

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    20

    2.4.3 Polimerizacin

    Segn el Manual de Polimerizacin de PEBD de Polinter (2002), es el fenmeno por

    el cual varias molculas se combinan para formar una molcula ms compleja de igual

    frmula emprica que las simples, con frecuencia constituye un proceso reversible.

    Homopolimerizacin

    Es la polimerizacin de un nico monmero (por ejemplo, la formacin de polietileno

    de fabricado en la lnea de baja densidad). Copolimerizacin

    Es la polimerizacin de dos monmeros (por ejemplo, la formacin de polietilenos

    fabricados en las lneas de alta densidad y lineal).

    2.4.4 Tipos de Polimerizacin Polimerizacin en Masa

    La polimerizacin es llevada a cabo en monmero lquido en ausencia de cualquier

    solvente y el polmero puede o no ser soluble en el exceso de monmeros.

    La polimerizacin bajo alta presin y temperatura es un ejemplo, ya que el iniciador

    de radicales libres es soluble en el gas.

    Polimerizacin en Solucin Es una solucin de monmero y solvente, en donde el polmero es soluble en el

    solvente, la iniciacin puede ser homognea o heterognea y el catalizador puede ser

    insoluble.

    Ejemplo de este proceso, es la polimerizacin del etileno en ciclohexano sobre el

    catalizador Phillips a 170 C.

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    21

    Polimerizacin en Suspensin

    Esta es llevada a cabo en una solucin de monmero en un solvente o en una

    dispersin de dos fases de monmero lquido en un solvente no miscible.

    La reaccin puede ser iniciada en fase monmero o en la fase solvente. El polmero

    se precipita a la vez que se est formando, y por esta razn a este tipo de proceso se le

    llama tambin polimerizacin por precipitacin o polimerizacin de formacin de

    partculas. El termino proceso Slurry es tambin usado, ejemplo de este proceso es el

    de Ziegler en hexano a 60 C.

    Polimerizacin en Fase Gaseosa Este trmino es usado para describir una polimerizacin por precipitacin en fase

    gaseosa iniciada homogneamente, tambin como polimerizacin en la superficie de un

    catalizador slido en contacto con monmeros gaseosos. Este tipo de polimerizacin

    puede ser llevada a cabo en reactores de lecho fijo o lecho fluidizado.

    Polimerizacin por Emulsin Donde el monmero es emulsificado en agua y la polimerizacin es iniciada en la

    fase acuosa.

    La polimerizacin en emulsin permite un exacto control del grado de polimerizacin,

    es rpida y se presta bien a la incorporacin de agentes modificantes. Otra ventaja del

    proceso, es que permite verificar la copolimerizacin, es decir, emplear ms de un

    monmero.

    El proceso depende de la difusin del monmero y del iniciador de radicales libres

    hacia la fase no acuosa, la cual es el centro de la reaccin; ejemplo de este proceso es

    la polimerizacin va radicales libres del etileno en agua a 620 bar y 75 C.

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    22

    Comercialmente los procesos de mayor importancia son:

    a. Polimerizacin bajo alta presin va radicales libres.

    b. Polimerizacin a mediana presin, mediante xidos de metales de transicin.

    xido de molibdeno (proceso estndar ol de Indiana).

    xido de cromo (proceso Phillips).

    c. Polimerizacin a baja y mediana presin, mediante el uso de haluros de metales de

    transicin y compuestos de alquilaluminio (proceso Ziegler Natta).

    d. Polimerizacin a baja presin en fase gaseosa y lecho fluidizado, usando xidos de

    metales de transicin (proceso Unipol).

    2.4.5 Polimerizacin del Etileno Bajo Alta Presin Va Radicales Libres

    La polimerizacin del etileno bajo alta presin se lleva a cabo en forma continua,

    utilizando reactores tubulares o autoclaves agitados. El proceso se lleva a cabo a

    presiones constantes entre 1200 bar a 1500 bar y a temperaturas entre 155 y 290 C.

    La reaccin se hace va radicales libres y los iniciadores son perxidos y peresteres.

    El calor de la reaccin debe ser rigurosamente controlado ya que la reaccin es

    exotrmica, pueden llegar a producirse reacciones secundarias de descomposicin que

    generan mucho calor llevando a la formacin de hidrgeno, metano y/o grafito y por

    ltimo a una explosin.

    En un proceso tpico del 15 % a 20 % el monmero pasa a ser polmero. Despus

    de la separacin del polmero del gas, el polietileno es extruido en filamentos y

    seguidamente granulado. (Manual de polimerizacin PEBD de Polinter, 2002).

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    23

    2.4.6 Iniciadores

    Segn el Manual de polimerizacin PEBD, (2002) en el proceso de fabricacin del

    polietileno de baja densidad se utilizan perxidos y peresteres como iniciadores los

    mismos son promotores de la reaccin de polimerizacin.

    Estos perxidos o peresteres se descomponen para dar una especie reactiva, unos

    radicales libres capaces de fijarse sobre los enlaces dobles carbono carbono del

    etileno gracias a la apertura de esos enlaces dobles; de tal modo que generen unos

    nuevos radicales libres. Y estos pueden a su vez, agregarse a otras molculas de

    etileno y as consecutivamente.

    De esta forma, el iniciador diterbutil perpivalato (C5) cuya estructura qumica es la

    siguiente:

    CH3 CH3 | |

    CH3 ------- C ------- C ------- O ------- O ------- C ------- CH3 | | | |

    CH3 O CH3

    Origina dos radicales, en el primer grado de su descomposicin que son los

    siguientes:

    CH3 CH3 | |

    CH3 ------- C ------- C ------- O O ------- C ------- CH3 | | | |

    CH3 O CH3

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    24

    Esta descomposicin se efecta a una velocidad que depende de la temperatura

    (lenta en fro y rpida en caliente) del iniciador utilizado.

    En la planta de polietileno de baja densidad se utilizan cuatro tipos de iniciadores los

    cuales son inyectados en el reactor autoclave para que ocurra la polimerizacin del

    etileno, la tabla N 3 muestra el nombre comn y la formula qumica de los iniciadores

    utilizados en la planta de polietileno.

    Tabla N 3. Tipos de Iniciadores

    NOMBRE COMN NOMBRE FORMULA QUIMICA

    CA PERXIDO DE TERBUTILO

    (C8H18O2)

    C1

    PERBENZOATO DE BUTILO

    TERCIARIO

    (C11H14O3)

    C2

    PEROCTOATO DE BUTILO

    TERCIARIO

    (C12H24O3)

    C5

    PERPIVALATO DE BUTILO

    TERCIARIO

    (C9H18O3)

    Fuente: Manual de polimerizacin de PEBD de Polinter (2002)

    Los iniciadores presentan las siguientes propiedades:

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    25

    Tabla N 4. Propiedades de los Iniciadores INICIADORES

    PROPIEDAD CA C1 C2 C5

    Estado Fsico Liq. Ligero,

    amarillo

    Liquido

    amarillo

    Liquido

    incoloro

    Liquido

    claro

    Densidad (gr/cm3) 0.791 1.021 0.89 0.850

    Temperatura de Congelamiento (C) -40 8 -30 -19

    Punto de Inflamacin (C) 27 113 88 69.71

    Peso Molecular (gr/mol) 146.22 194.2 216.3 174.2

    Temperatura de Descomposicin Auto-

    Acelerada (TDAA C) 110 58 40 25

    Temperatura de almacenaje (C) 15 15-20 15 -1

    Punto de Ebullicin 111C - 111C -

    Fuente: Manual de polimerizacin de PEBD de Polinter (2002)

    2.4.7 Posibles Reacciones Con Los Radicales Libres

    Segn el Manual de polimerizacin PEBD, 2002 estos radicales se simbolizan con

    la letra R, reaccionan sobre las molculas de etileno gracias a la apertura de los enlaces dobles:

    R + CH2 = CH2 R ------- CH2 ------- CH2

    El segundo enlace carbono carbono es mucho ms frgil que el primero. Luego el

    nuevo radical obtenido reacciona a su vez sobre una molcula de etileno, segn el

    mismo procedimiento y as consecutivamente:

    R ----- CH2 ----- CH2 ----- CH2 ----- CH2 + CH2 = CH2 R ----- CH2 ----- CH2 ----- CH2 ----- CH2 ----- CH2 ----- CH2

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    26

    Esta reaccin se contina hasta que otra reaccin tipo Secundario venga a

    producirse y le haga perder a esa macromolcula en pleno desarrollo su carcter radical

    libre.

    2.4.8 Etapas de la Reaccin de Polimerizacin

    Segn el Manual de polimerizacin PEBD de Polinter (2002), Las reacciones que

    ocurren en la polimerizacin del etileno son las siguientes:

    Reaccin de Iniciacin

    La reaccin de iniciacin consiste en la homlisis de un iniciador, bien puede ser un

    perxido orgnico un perester, para producir dos radicales, los cuales van a

    reaccionar con el etileno para crear los centros activos o radicales libres, los cuales

    comienzan la propagacin de la cadena: esquemticamente:

    Ki

    2R

    R + CH2 = CH2 R-- CH2 -- CH2

    Donde Ki: Constante de velocidad de reaccin de iniciacin.

    Reaccin de Propagacin

    Donde la cadena molecular comienza su crecimiento, hasta convertirse en una

    macromolcula:

    kp R -- CH2-- CH2 + CH2 = CH2 R--CH2 -- CH2-- CH2-- CH2

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    27

    kp R -- CH2-- CH2 -- CH2 -- CH2 R -- (CH2 -- CH2)x -- CH2

    O R-- CH2 CH2

    Donde Kp: Constante de velocidad de reaccin de propagacin.

    Reaccin de Terminacin

    Es posible obtener dos tipos de terminacin, una por acoplamiento y la otra por

    desproporcionamiento, las cuales son:

    9 Terminacin por Acoplamiento

    ktc R -- CH2 + R -- CH2 R--CH2 -- CH2R

    Donde Ktc: constante de velocidad de reaccin de terminacin por acoplamiento.

    9 Terminacin por Desproporcionamiento ktd R -- CH2 + R -- CH2 -- CH2 RCH3 + R -- CH2 = CH2

    Donde Ktd: constante de velocidad de reaccin de terminacin por

    desproporcionamiento.

    2.4.9 Incidencia de las Reacciones de Transferencia

    Cada vez que se produce una reaccin de transferencia con una pequea molcula,

    limitamos el desarrollo de las cadenas de polmeros, de modo que se formen

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  • Capitulo II. Marco Terico

    28

    macromolculas ms pequeas y desde luego un polietileno ms blando (con un ndice

    de fluidez elevado).

    Cuando la reaccin de transferencia se produce con una macromolcula, confiriendo

    el carcter radical a un tomo de carbono situado en el interior de la cadena, favorece

    la formacin de ramificaciones largas.

    Las reacciones de transferencia intramolecular conducen a la formacin de

    ramificaciones cortas. En el caso de las ramificaciones largas el ndice de fluidez vara

    tambin (disminucin), pero esta variacin es menos rpida que la anterior. (Manual de

    polimerizacin PEBD de Polinter, 2002)

    2.4.10 Reaccin Qumica

    Segn el autor Jos Felipe Izquierdo en el libro cintica de las reacciones qumicas,

    se conoce como reaccin qumica a aquella operacin unitaria que tiene por objeto

    distribuir de forma distinta los tomos de ciertas molculas (compuestos reaccionantes

    o reactantes) para formar otras nuevas (productos). El lugar fsico donde se llevan a

    cabo las reacciones qumicas se denominan reactor qumico.

    Los factores que hay que tener en cuenta a la hora de llevar a cabo o desarrollar una

    reaccin qumica son:

    Condiciones de presin, temperatura, y composicin necesarias para que los

    materiales entren en estado de reaccin.

    Las caractersticas termodinmicas y cinticas de la reaccin.

    Las fases (slido, lquido, gaseoso) que se encuentran presentes en la reaccin.

    Formas de cambios qumicos:

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    29

    Descomposicin, consiste en que una molcula se divide en molculas ms

    pequeas, tomos o radicales.

    Combinacin, sta se realiza cuando una molcula o tomo se une con otra especie

    para formar un compuesto nuevo.

    Isomerizacin, en este caso la molcula no efecta ninguna descomposicin externa

    o adicin a otra, es simplemente un cambio de configuracin estructural interna.

    2.4.11 Clases De Reacciones Qumicas

    Segn el libro cintica de las reacciones qumicas del autor Jos Felipe Izquierdo

    se definen las siguientes clases de reacciones qumicas:

    Reacciones Homogneas: Cuando se afecta solamente una fase, ya sea gaseosa,

    slida, o lquida.

    Reacciones Heterogneas: Cuando se requiere la presencia de al menos dos fases

    para que tenga lugar la reaccin a una velocidad deseada.

    Reacciones Enzimticas: Utilizan catalizadores biolgicos (protenas con alto peso

    molecular, con centros activos, y que trabajan a bajas temperaturas).

    Reacciones Catalticas: Son aquellas reacciones que requieren de una sustancia

    adicional (que no aparece en el balance global) para modificar la velocidad de reaccin;

    esta sustancia por su mera presencia provoca la reaccin qumica, reaccin que de otro

    modo no ocurrira.

    Reacciones No Catalticas: Los materiales reactantes no necesitan ninguna sustancia

    adicional para dar lugar a la reaccin qumica.

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  • Capitulo II. Marco Terico

    30

    Reacciones Autocatalticas: En esta reaccin, uno de los productos formados acta

    como catalizador, participando en otra etapa del proceso donde velocidad de reaccin

    es ms rpido que en la primera.

    Reacciones Endotrmicas: Son aquellas que absorben calor del exterior.

    Reacciones Exotrmicas: Son aquellas que liberan calor hacia el exterior.

    2.4.12 Reactor Qumico

    De acuerdo con el autor Himmenlblau (1997), un reactor qumico es una unidad

    procesadora diseada para que en su interior se lleve a cabo una o varias reacciones

    qumicas.

    Dicha unidad procesadora esta constituida por un recipiente cerrado, el cual cuenta

    con lneas de entrada y salida para sustancias qumicas, y esta gobernado por un

    algoritmo de control.

    Los reactores qumicos tienen como funciones principales:

    Asegurar el tipo de contacto o modo de fluir de los reactantes en el interior del

    tanque, para conseguir una mezcla deseada con los materiales reactantes.

    Proporcionar el tiempo suficiente de contacto entre las sustancias y con el

    catalizador, para conseguir la extensin deseada de la reaccin.

    Permitir condiciones de presin, temperatura y composicin de modo que la reaccin

    tenga lugar en el grado y a la velocidad deseada, atendiendo a los aspectos

    termodinmicos y cinticos de la reaccin.

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  • Capitulo II. Marco Terico

    31

    2.4.13 Ecuacin de Rendimiento

    Es aquella expresin matemtica que relaciona la salida con la entrada en un reactor

    qumico, para diversas cinticas y diferentes modelos de contacto. En opinin del autor

    Himmenlblau (1997) se tiene lo siguinte:

    Modelo de Contacto: Est referido a como los materiales circulan a travs del reactor y se contactan unos con otros dentro de este, adems del tiempo que necesitan para

    mezclarse, y las condiciones y caractersticas de la incorporacin de material.

    Cintica: Est referido a cuan rpido ocurren las reacciones, el equilibrio dentro del reactor, y la velocidad de la reaccin qumica; estas factores estn condicionados por la

    transferencia (balance) de materia y energa.

    El balance de masas esta dado por la relacin:

    ENTRA SALE + GENERA DESAPARECE = ACUMULA

    El balance de energa esta dado por la relacin:

    ENTRA SALE GENERA TRANSMITE = ACUMULA

    2.4.14 Tipos de Reactores Qumicos

    De acuerdo con el autor Himmenlblau (1997), existen infinidad de tipos de reactores

    qumicos, y cada uno responde a las necesidades de una situacin en particular, entre

    los tipos ms importantes, ms conocidos, y mayormente utilizados en la industria se

    puede mencionar los siguientes:

    Reactor Discontinuo: Es aquel en donde no entra ni sale material durante la reaccin, sino mas bien, al inicio del proceso se introducen los materiales, se lleva a las

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  • Capitulo II. Marco Terico

    32

    condiciones de presin y temperatura requeridas, y se deja reaccionar por un tiempo

    preestablecido, luego se descargan los productos de la reaccin y los reactantes no

    convertidos. Tambin es conocido como reactor tipo Batch.

    Reactor Continuo: Mientras tiene lugar la reaccin qumica al interior del reactor, ste se alimenta constantemente de material reactante, y tambin se retira

    ininterrumpidamente los productos de la reaccin.

    Reactor Semicontinuo: Es aquel en el cual inicialmente se carga de material todo el reactor, y a medida que tiene lugar la reaccin, se va retirando productos y tambin

    incorporando ms material de manera casi contina.

    Reactor Tubular: En general es cualquier reactor de operacin continua, con movimiento constante de uno o todos los reactivos en una direccin espacial

    seleccionada, y en el cual no se hace ningn intento por inducir al mezclado. Tienen

    forma de tubos, los reactivos entran por un extremo y salen por el otro.

    Tanque con Agitacin Continua: Este reactor consiste en un tanque donde hay un flujo continuo de material reaccionante y desde el cual sale continuamente el material

    que ha reaccionado. La agitacin del contenido es esencial, debido a que el flujo interior

    debe estar en constante circulacin y as producir una mezcla uniforme.

    Reactor de Lecho Fluidizado: Se utiliza para reacciones donde intervengan un slido y un fluido (generalmente un gas). En estos reactores la corriente de gas se hace pasar

    a travs de las partculas slidas, a una velocidad suficiente para suspenderlas, con el

    movimiento rpido de partculas se obtiene un alto grado de uniformidad en la

    temperatura evitando la formacin de zonas calientes.

    Reactor de Lecho Fijo: Los reactores de lecho fijo consisten en uno o ms tubos empacados con partculas de catalizador, que operan en posicin vertical. Las

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  • Capitulo II. Marco Terico

    33

    partculas catalticas pueden variar de tamao y forma: granulares, cilndricas, esfricas,

    etc. En algunos casos, especialmente con catalizadores metlicos como el platino, no

    se emplean partculas de metal, sino que ste se presenta en forma de mallas de

    alambre. El lecho est constituido por un conjunto de capas de este material. Estas

    mallas catalticas se emplean en procesos comerciales como por ejemplo para la

    oxidacin de amoniaco y para la oxidacin del acetaldehdico a cido actico.

    Reactor de Lecho con Escurrimiento. En estos reactores el catalizador slido est presente como en el lecho fijo. Los reactivos se hacen pasar en corrientes paralelas o a

    contracorriente a travs del lecho.

    Reactor de Lecho de Carga Mvil: Una fase fluida pasa hacia arriba a travs de un lecho formado por slidos. El slido se alimenta por la parte superior del lecho, se

    mueve hacia debajo de la columna y se saca por la parte inferior.

    Reactor de Burbujas: Permiten hacer burbujear un reactivo gaseoso a travs de un lquido con el que puede reaccionar, porque el lquido contiene un catalizador disuelto,

    no voltil u otro reactivo. El producto se puede sacar del reactor en la corriente

    gaseosa.

    Reactor con Combustible en Suspensin: Son similares a los reactores de burbujeo, pero la fase lquida esta formada por una suspensin de lquidos y partculas finas del

    catalizador slido.

    Reactor de Mezcla Perfecta: En este reactor las propiedades no se modifican ni con el tiempo ni con la posicin, ya que suponemos que estamos trabajando en estado de

    flujo estacionario y la mezcla de reaccin es completamente uniforme. El tiempo de

    mezcla tiene que ser muy pequeo en comparacin con el tiempo de permanencia en el

    reactor. En la prctica se puede llevar a cabo siempre que la mezcla fluida sea poco

    viscosa y est bien agitada.

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  • Capitulo II. Marco Terico

    34

    Reactores de Recirculacin: Pueden ser CON DISPOSITIVO SEPARADOR, cuando se toma parte de la corriente de salida y se llevan directamente a la entrada del reactor.

    SIN DISPOSITIVO SEPARADOR, cuando en la salida del reactor colocamos un

    dispositivo separador que hace que se separen reactivos y productos, luego los

    reactivos se recirculan de nuevo al reactor.

    Reactores de Membrana: Son aquellos que combinan la reaccin y la separacin en una sola unidad; la membrana selectivamente remueve una (o ms) de las especies

    reactantes o productos. Estos reactores han sido comnmente usados para

    aplicaciones en las cuales los rendimientos de la reaccin estn limitados por el

    equilibrio. Tambin han sido propuestos y usados para otras aplicaciones; para

    incrementar el rendimiento y la selectividad de reacciones enzimticas y catalticas

    influyendo a travs de la membrana sobre la concentracin de una (o ms) especies

    intermedias, removindolas selectivamente (o ayudando a mantenerlas en una

    concentracin baja), evitando la posibilidad de que dichos compuestos envenenen o

    desactiven el catalizador y para proveer una interfase controlada entre dos o ms

    reactantes.

    Fermentadores: Este tipo de reactores utilizan hongos, los cuales forman un cultivo, el cual a su vez se transforma en una sopa espesa que contiene crecimientos

    filamentosos. Un ejemplo se encuentra en la fabricacin de antibiticos como la

    penicilina.

    Reactor Trickle Bed: Este tipo de reactor supone la existencia de un flujo continuo de gas y otro de lquido hacia abajo sobre un lecho fijo de partculas slidas catalticas, las

    caractersticas de las partculas slidas y de su empaquetamiento, junto con los

    caudales y propiedades de las dos corrientes de fluidos determinarn el rgimen de

    flujo del reactor y tambin sus propiedades fluido-dinmicas.

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  • Capitulo II. Marco Terico

    35

    Reactores Isotrmicos: Son aquellos que trabajan u operan a una misma temperatura constante.

    Reactores Isobricos: Son aquellos que trabajan u operan a una misma presin constante.

    Reactor Autoclave: Segn el Manual de polimerizacin PEBD de Polinter (2002), el reactor autoclave es un cilindro vertical de acero aleado, en cuya parte superior se

    encuentra el motor que mueve el agitador, el cual se ubica a todo lo largo de la cmara

    de reaccin del reactor, el mismo posee cinco zonas de reaccin y una chaqueta por la

    cual circula aceite trmico.

    El reactor puede considerarse adiabtico, debido al gran espesor de pared, la alta

    carga de calor y el control de temperatura en las zonas del reactor, el mismo no

    intercambia calor con los alrededores.

    En este recipiente hermtico es donde se lleva a cabo la polimerizacin del etileno

    mediante reacciones qumicas controladas con una presin constante entre 1200 a

    1500 bar y temperatura en sus diferentes niveles de 180 C a 290 C, en presencia de

    soluciones qumicas (iniciadores), segn el grado de fabricacin del polietileno de Baja

    Densidad que se desea fabricar.

    La reaccin que ocurre en el reactor autoclave para la fabricacin del polietileno de

    baja densidad es por radicales libres.

    El reactor autoclave R-101 de la planta de polietileno de baja densidad posee las

    siguientes caractersticas:

    Fabricante: BRITHISH STEEL CORORATION SHEFFIELD.

    Volumen til interno: 668 l.

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  • Capitulo II. Marco Terico

    36

    Presin de Servicio: 2000 bar mximo.

    Temperatura de Servicio: 300 C mximo.

    Altura: 7,217 m.

    Dimetro Interior: 465 mm.

    Presin de Prueba Chaqueta: 10 bar.

    Figura N 2. Esquemtico del Reactor Autoclave de la Planta de PEBD de Polinter

    Fuente: Manual de Polimerizacin de PEBD de Polinter (2002)

    2.4.15 Simulacin De Procesos

    Segn el manual de Aspen Plus 11.1 user guide (2001), la simulacin de procesos,

    permite experimentar por medio de una replica exacta un proceso real, mediante el uso

    de simuladores. Corriendo el modelo en un computador, se podrn obtener los

    resultados que permitan ayudar a la empresa en el proceso de toma de decisiones. La

    simulacin de procesos ensea a los ingenieros, como opera el proceso y como ste

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  • Capitulo II. Marco Terico

    37

    responder a los cambios. Las alternativas e ideas pueden ser probadas fcil y

    rpidamente en una simulacin, para luego conocer su efecto en el desempeo del

    proceso real.

    La simulacin permite ingresar dentro de la dinmica compleja del proceso, ya que

    incorpora la interdependencia entre elementos y la variabilidad, elementos que no

    existan en las tcnicas analticas tradicionales. La simulacin les entrega a los

    ingenieros una gran libertad para probar diferentes ideas en el mejoramiento continuo

    de los procesos, completamente libre de riesgo, virtualmente sin costo, sin perdida de

    tiempo y sin interrumpir el funcionamiento normal del proceso.

    La simulacin de procesos promueve la experimentacin sin riesgo, de cientos de

    alternativas y estimula la constante innovacin, permite pensar desde afuera del

    sistema para luego entrar en l y experimentar en un modelo para encontrar la mejor

    solucin, permite reducir por completo la incertidumbre frente a cual idea funcionar

    mejor y a que costo, deja afuera las emociones en el proceso de toma de decisiones a

    travs de la entrega de evidencia objetiva y difcil de refutar.

    La simulacin de procesos ofrece algunas de las siguientes ventajas:

    Reduce el tiempo de diseo de una planta.

    Permite al diseador examinar rpidamente varias configuraciones de planta. Ayuda a mejorar procesos actuales.

    Responde a las interrogantes en el proceso.

    Determina condiciones ptimas del proceso dentro de las restricciones dadas.

    Asiste en localizar las partes que restringen un proceso.

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  • Capitulo II. Marco Terico

    38

    2.4.16 Simulador De Procesos Aspen Plus

    Este software ha sido comercializado en 1980 por la fundacin de una compaa

    denominada AspenTech. AspenTech es ahora una compaa comercial pblica que

    utiliza 1800 personas en todo el mundo y ofrece una solucin integral completa para

    industrias de procesos qumicos.

    Este paquete de software sofisticado puede ser usado en casi todos los aspectos de

    ingeniera de proceso desde la etapa del diseo hasta el anlisis de costos y

    rentabilidad. Tiene una biblioteca modelo incorporada para columnas de destilacin,

    separadores, cambiadores de calor, reactores, etc. Los modelos de comportamiento o

    propiedades pueden extenderse dentro de su biblioteca de modelos. Estos modelos del

    usuario son creados con subrutinas Fortran u hojas de trabajo Excel y se suman a su

    biblioteca modelo. Usando Visual Basic Visual para aadir formas de entrada para el

    modelo del usuario lo hacen indistinguible de las incorporadas. Tiene un banco de datos

    de propiedades incorporado para los parmetros termodinmicos y fsicos. Durante el

    clculo del diagrama de fabricacin cualquier parmetro faltante puede ser estimado

    automticamente por diversos mtodos de contribucin de grupos. (Polymers plus

    user`s Manual, 2001).

    2.5 Operacionalizacin de las Variables Objetivo General: Evaluar el comportamiento de un reactor autoclave bajo un nuevo esquema de alimentacin de iniciadores en la planta PEBD.

    Variable: Comportamiento de un reactor autoclave.

    Definicin Conceptual: Es un recipiente alto y estrecho de paredes resistentes que se cierra por la propia presin. Por medio de presin y temperaturas elevadas. (Manual de polimerizacin PEBD de Polinter, 2002).

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  • Capitulo II. Marco Terico

    39

    Definicin operacional: Mediante un proceso para la produccin de polietileno de baja densidad en un reactor autoclave que tenga diferentes zonas de reaccin que funcionan

    a una presin entre 1200 y 1500 bar y a una temperatura entre 150C y 290C.

    Durante el funcionamiento, las temperaturas se miden de forma continua dentro del

    reactor autoclave en puntos especficos distribuidos a lo largo de la longitud del reactor.

    (Manual de polimerizacin PEBD de Polinter, 2002).

    2.6 Definicin de Trminos Bsicos Condiciones de diseo: Son las mximas condiciones de operacin para las cuales fue diseada una planta o un equipo. (Polymers plus user`s Manual, 2001).

    Condiciones de operacin: Son las condiciones normales de operacin de una planta o equipo y estn por debajo de las condiciones de diseo. (Polymers plus user`s

    Manual, 2001).

    Densidad: Masa por unidad de volumen de una sustancia o una solucin. (Ebbing, D. 1997).

    DPN: Es el numero promedio de grado de polimerizacin. (Polymers plus user`s Manual, 2001).

    DPW: Es el peso promedio de grado de polimerizacin. (Polymers plus user`s Manual, 2001).

    LCB: Es el numero de ramificaciones de cadenas largas en el polmero. (Polymers plus user`s Manual, 2001).

    Monmero: Compuesto que se utiliza para hacer un polmero y del cual el polmero surge por repeticin de esta unidad. (Ebbing, D. 1997).

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  • 40

    Tabla N 5. Cuadro De Variables

    OBJETIVOS

    VARIABLES SUB-VARIABLES

    DIMENSIONES

    INDICADOR 1) Identificar los datos operativos

    requeridos para realizar la simulacin del reactor.

    Datos operativos del

    reactor

    -Flujo de alimentacin de Etileno. -Flujo de alimentacin de iniciadores. -Presin de operacin del reactor. -Temperatura de operacin del reactor.

    2) Realizarla la simulacin correspondiente a la operacin del reactor con el esquema de alimentacin de iniciadores actual y con el nuevo esquema de alimentacin propuesto.

    Simulacin del reactor

    ___________

    3) Establecer comparacin de los

    resultados obtenidos de la simulacin entre la operacin del reactor actual y la operacin con el nuevo esquema de alimentacin de iniciadores propuesto.

    Resultados obtenidos de las simulaciones

    -DPN producto actual Vs. DPN producto nuevo. -DPW producto actual Vs. DPW producto nuevo. -PDI producto actual Vs. PDI producto nuevo. -MWN producto actual Vs. MWN producto nuevo. -MWW producto actual Vs. MWW producto nuevo. -LCB producto actual Vs. LCB producto nuevo. -SCB producto actual Vs. SCB producto Nuevo.

    4) Realizar prueba en campo de la operacin del reactor bajo el esquema de alimentacin de iniciadores propuesto.

    Comportamiento de un reactor autoclave

    Prueba en campo

    de la operacin del reactor

    ____________

    Fuente: Becerra y Mavares (2009)

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  • 41

    MWN: Es el peso molecular promedio en numero del polmero. (Polymers plus user`s Manual, 2001).

    MWW: Es el peso molecular promedio en peso del polmero. (Polymers plus user`s Manual, 2001).

    Oligmeros: Polmeros formados por un pequeo nmero de unidades de peso molecular. (Manual de polimerizacin PEBD de Polinter, 2002).

    PDI: Es el ndice de polidispersidad del polmero. (Polymers plus user`s Manual, 2001).

    Perxidos: Los perxidos son sustancias que presentan un enlace oxigeno-oxgeno y que contienen el oxgeno en estado de oxidacin -1. Generalmente

    se comportan como sustancias oxidantes. (Wikipedia, La enciclopedia Libre,

    2008).

    Plstico: Materia artificial formada por macromolculas de compuestos orgnicos obtenidos sintticamente, o bien por transformacin de productos

    naturales. (Enciclopedia Salvat, 1985).

    Polidispersidad: Es una propiedad del polmero que representa la anchura de la distribucin completa del polmero. (Polymers plus user`s Manual, 2001).

    Polmeros: Molculas de gran tamao que se forman por combinacin de molculas mas pequeas. (Whitten, K y otros, 1992).

    Polmeros de Cadena Lineal: Polmeros en cuyas molculas los tomos estn colocados en una larga estructura en forma semejante a los eslabones de una

    cadena. (Qumica de polmeros, 1993).

    Polmeros de Cadena Ramificada: Son aquellos en cuyas molculas presentan cadenas pendientes de la principal. (Qumica de polmeros, 1993).

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  • 42

    Presin: Fuerza normal por unidad de rea. (Himmelblau, D. 1997).

    Punto de Ebullicin: Temperatura a la cual la presin de vapor del liquido es igual a la presin aplicada. (Whitten, K y otros, 1992)

    SCB: Numero de ramificaciones de cadenas cortas en el polmero. (Polymers plus user`s Manual, 2001).

    Temperatura: La temperatura de un cuerpo es una medida de su estado trmico considerado como su capacidad para transferir calor a otros cuerpos.

    (Himmelblau, D 1997).

    Temperatura de Descomposicin Auto acelerada (T.D.A.A): Es la temperatura a la cual comienza una reaccin de descomposicin irreversible,

    ya que genera una gran cantidad de calor y favorece la descomposicin

    violenta. (Manual de polimerizacin PEBD de Polinter, 2002).

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  • CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO

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  • Capitulo III. Marco Metodolgico

    44

    3.1 Tipo de Investigacin

    Arias, Fidias (2006), establece que una investigacin descriptiva, consiste en la

    caracterizacin de un hecho, fenmeno, individuo o grupo, con el fin de establecer su

    estructura o comportamiento.

    Hurtado de Barrera (2007), indica que una investigacin descriptiva, el propsito es

    exponer el evento estudiado, haciendo una enumeracin detallada de sus

    caractersticas, de modo tal que en los resultados se pueden obtener dos niveles,

    dependiendo del fenmeno y del propsito del investigador: un nivel ms elemental, en

    el cual se logra una clasificacin de la informacin en funcin de caractersticas

    comunes, y un nivel ms sofisticado en el cual se ponen en relacin los elementos

    observados a fin de obtener una descripcin ms detallada.

    Por lo anteriormente expuesto la investigacin es de tipo descriptiva, debido a que

    se estudi el comportamiento de un fenmeno, en este caso se evalu el

    comportamiento de un reactor autoclave localizado en la planta PEBD de Polinter,

    mediante la identificacin de los datos requeridos para realizar las simulaciones del

    reactor bajo los dos esquemas de alimentacin el actual y el propuesto, luego se

    evaluaron los resultados de ambas simulaciones y del producto obtenido.

    3.2 Diseo de Investigacin

    Arias, Fidias (2006) establece que una investigacin de campo es aquella que

    consiste en la recoleccin de datos directamente de los sujetos, fenmenos

    investigados, o de la realidad donde ocurren los hechos (datos primarios), sin manipular

    o controlar variable alguna, es decir, el investigador obtiene la informacin pero no

    altera las condiciones existentes. De all que se le de el carcter de investigacin no

    experimental de campo.

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  • Capitulo III. Marco Metodolgico

    45

    En una investigacin de campo tambin se emplean datos secundarios, sobre todo

    los provenientes de fuentes bibliogrficas, a partir de los cuales se elabora el marco

    terico. No obstante, son los datos primarios obtenidos a travs del diseo de campo,

    los esenciales para el logro de los objetivos y la solucin del problema planteado.

    Por lo anteriormente expresado la presente investigacin es de campo debido a que

    se tomaron los datos primarios necesarios para la resolucin de los objetivos

    planteados del lugar donde ocurren los hechos, es decir, se tomaron directamente de la

    planta de polietileno de baja densidad (PEBD) de Polinter, donde se localiza el reactor

    autoclave en estudio sin alterar ninguna de sus condiciones operativas.

    3.3 Tcnicas de Recoleccin de Datos

    Segn Arias, Fidias (2006), las tcnicas de recoleccin de datos son las distintas

    formas o maneras de obtener la informacin. Las tcnicas empleadas en la

    investigacin para la recoleccin de informacin fueron el anlisis documental y la

    observacin directa.

    Arias, Fidias (2006), indica que el anlisis documental se basa en la obtencin y

    anlisis de datos provenientes de materiales impresos u otros tipos de documentos.

    Risquez, Fuenmayor y Pereira (1999), establece que la observacin directa es

    aquella tcnica en la cual el investigador puede observar y recoger datos mediante su

    propia observacin.

    Para el logro de los objetivos planteados en la investigacin fue necesario emplear

    dos tcnicas de recoleccin de datos; el anlisis documental fue empleado para la

    realizacin del marco terico y las bases tericas, tambin se utiliz para conseguir los

    valores de las constantes de velocidad de reaccin, la energa de activacin y el

    volumen de activacin de los iniciadores y de las reacciones ocurridas en el reactor (R-

    101), para poder realizar con esta informacin las simulaciones bajo los dos esquemas

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  • Capitulo III. Marco Metodolgico

    46

    de alimentacin de iniciadores. La observacin directa se utiliz en la investigacin,

    debido a que se tomaron valores directamente del proceso sin alterar los mismos, como

    fueron presin, temperatura y flujo los cuales se utilizaron para la realizacin de las

    simulaciones.

    3.3.1 Instrumento de Recoleccin de Informacin

    Arias, Fidias (2006), indica que un instrumento de recoleccin de datos es cualquier

    recurso, dispositivo o formato (en papel o digital), que se utiliza para obtener, registrar o

    almacenar informacin.

    En esta investigacin se utiliz un formato (Tabla N 6) realizado por los autores, el

    cual sirvi para la toma de la data en el reactor autoclave (R-101), los cuales se

    utilizaron para la realizacin de las simulaciones.

    3.4 Fases de la Investigacin

    Con la finalidad de cumplir con los objetivos planteados en esta investigacin, se

    procedi de la siguiente manera:

    Fase N 1: Identificacin de los datos operativos requeridos para realizar la simulacin del reactor autoclave (R-101)

    Inicialmente se realiz un formato (Tabla N 6), el cual se utiliz para registrar los

    datos operativos del reactor R-101. En este formato se coloc la informacin necesaria

    para poder realizar la simulacin del reactor autoclave, tales como: presin del reactor,

    temperaturas en los diferentes niveles del reactor, temperaturas de entrada de etileno al

    reactor y el flujo de iniciador en los diferentes niveles del reactor.

    La data tomada de las diferentes variables fue el promedio de un histrico de 30

    lotes de 120 toneladas fabricando el grado de FB3003, se utilizaron los datos operativos

    para este grado debido a que es el producto que ms se fabrica y se vende en el ao.

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  • Capitulo III. Marco Metodolgico

    47

    Para la composicin del gas de entrada (etileno) al reactor autoclave se tom un

    promedio de las cromatografas realizadas en la produccin de los 30 lotes de FB3003.

    Tabla N 6. Formato de los Datos Operativos del Reactor

    Empresa Fecha

    Equipo Grado Lote

    Condiciones de Operacin Variable Instrumento Valor

    Presin del Reactor (bar) PICS 112 Flujo de Descarga del K-103 (ton/hr)

    Temperaturas de los Diferentes Niveles del Reactor Variable Instrumento Valor

    Temperatura Nivel 5 (C) TICS 102 Temperatura Nivel 6 (C) TICS 103 Temperatura Nivel 8 (C) TICS 104 Temperatura Nivel 10 (C) TICS 105 Temperatura Nivel 12 (C) TICAD 106

    Temperaturas de Entrada de Etileno al Reactor

    Variable Instrumento Valor Temperatura de Entrada al Nivel 1 (C) TIC 111 Temperatura de Entrada al Nivel 6 (C) TIC 112 Temperatura de Entrada al Nivel 7 (C) TIC 113 Temperatura de Entrada al Nivel 9 (C) TIC 114

    Flujo de Iniciador en los Diferentes Niveles del Reactor

    Variable Instrumento Valor Flujo de Iniciador C5 Nivel 4 (l/hr) FI 102B Flujo de Iniciador C5 Nivel 6 (l/hr) FI 102B Flujo de Iniciador C2 Nivel 7 (l/hr) FI 102B Flujo de Iniciador C1+C2 Nivel 9 (l/hr) FI 102B Flujo de Iniciador CA Nivel 10 (l/hr) FI 102B

    Fuente: Becerra y Mavares (2009)

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  • Capitulo III. Marco Metodolgico

    48

    Fase N 2: Realizacin de la simulacin correspondiente a la operacin del reactor bajo el esquema de alimentacin de iniciadores actual y con el nuevo esquema de alimentacin de iniciadores propuesto

    Luego de identificado los datos operativos necesarios, se procedi a utilizar el

    paquete de simulacin Aspen Plus versin 11.1 con el cual se realizaron las

    simulaciones correspondientes a la operacin del reactor con el esquema de

    alimentacin de iniciadores actual y con el nuevo esquema de alimentacin de

    iniciadores propuesto.

    Simulacin del reactor autoclave bajo el esquema de alimentacin de iniciadores actual. Abrir el Aspen Plus y Crear una Nueva Simulacin

    Se abri el programa Aspen Plus Versin 11.1, apareci el cuadro Aspen Plus Start

    Up en el cual se seleccion la opcin Template.

    Figura N 3. Ventana Principal del Aspen Plus

    Fuente: Aspen Plus Versin 11.1 (2009)

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  • Capitulo III. Marco Metodolgico

    49

    Luego se mostr la ventana de New donde se seleccion la opcin Polymers with

    Metric Units y Flowsheet para el Run Type.

    Figura N 4. Ventana de New del Aspen Plus

    Fuente: Aspen Plus Versin 11.1 (2009)

    Creacin del Flowsheet

    Se procedi a crear el Flowsheet utilizando del Model Library el reactor RCSTR

    (reactor continuo de tanque agitado riguroso basado en la cintica conocida), se

    utilizaron cinco reactores en serie, donde cada reactor es una zona donde ocurre la

    reaccin de polimerizacin.

    Luego se ubicaron las corrientes de entrada de etileno e iniciador en las diferentes

    zonas del reactor. Se us la siguiente simbologa para la realizacin del Flowsheet:

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  • Capitulo III. Marco Metodolgico

    50

    Tabla N 7. Simbologa del Flowsheet Simbologa Significado

    ETILENO1 Corriente de entrada de etileno en el nivel 1

    ETILENO6 Corriente de entrada de etileno en el nivel 6

    ETILENO7 Corriente de entrada de etileno en el nivel 7

    ETILENO9 Corriente de entrada de etileno en el nivel 9

    INI4-C5 Corriente de entrada de iniciador C5 en el nivel 4

    INI6-C5 Corriente de entrada de iniciador C5 en el nivel 6

    INI7-C2 Corriente de entrada de iniciador C2 en el nivel 7

    INI9C1C2 Corriente de entrada de iniciador C1 ms C2 en el Nivel 9

    INI11-CA Corriente de entrada de iniciador CA en el nivel 11

    PRODUCTO Corriente de salida de la Zona 5 (polietileno ms etileno)

    R1-5 Zona 1 est comprendida desde el nivel 1 hasta el 5

    R6 Zona 2 est comprendida solo por el nivel 6

    R7-8 Zona 3 est comprendida por el nivel 7 y 8

    R9-10 Zona 4 est comprendida por el nivel 9 y 10

    R11-13 Zona 5 est comprendida por los niveles 11, 12 y 13

    1 Corriente de salida de la Zona 1

    2 Corriente de salida de la Zona 2

    3 Corriente de salida de la Zona 3

    4 Corriente de salida de la Zona 4

    6 Corriente de entrada de mezcla de etileno con iniciador C5 en el nivel 6

    7 Corriente de entrada de mezcla de etileno con iniciador C2 en el nivel 7

    9 Corriente de entrada de mezcla de etileno con iniciador C1 ms C2 en el nivel 9

    Fuente: Becerra y Mavares (2009)

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    ADOS

  • Capitulo III. Marco Metodolgico

    51

    Figura N 5. Flowsheet del Esquema de Alimentacin de Iniciadores Actual

    Fuente: Aspen Plus Versin 11.1 (2009)

    Seleccin de los Componentes Utilizados en la Simulacin

    El siguiente paso fue la seleccin de los componentes a utilizar en la simulacin, los

    cuales fueron ubicados ingresando en el icono del Data Browser de la barra de

    herramientas, luego se ingreso en la carpeta de Components.

    Se abri la carpeta y se seleccion la opcin de Specifications. Para obtener todos

    los componentes presentes en el etileno se utiliz un promedio de los valores obtenidos

    en las cromatografas realizadas en la entrada de etileno a la planta, el resto de los

    componentes son los iniciadores, el polietileno de baja densidad y el oligmero (cera).

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  • Capitulo III. Marco Metodolgico

    52

    Figura N 6. Componentes Utilizados en la Simulacin

    Fuente: Aspen Plus Versin 11.1 (2009)

    Especificar las Propiedades Fsicas

    Para definir el mtodo de la propiedad fsica global, se ingres en el Data Browser

    y se abri la carpeta Properties, de esta carpeta