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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2016.tde-22092016-092941
Document
Author
Full name
Maria Giuliana Fontanelli Torraga
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Giudici, Reinaldo (President)
Hirota, Wilson Hideki
Secchi, Argimiro Resende
Title in Portuguese
Otimização da transição de grades poliméricos em reatores tipo loop para a produção de polipropileno.
Keywords in Portuguese
Otimização não linear
Polimerização
Reator loop
Transição de grades
Abstract in Portuguese
As unidades industriais de produção de poliolefinas operam de maneira contínua, mas precisam produzir diferentes tipos de grades poliméricos (polímeros com diferentes especificações, para diferentes aplicações). As condições de operação do reator são mantidas por um certo período de tempo para produzir um determinado grade, e periodicamente as condições são alteradas para produzir lotes de outros grades. Estas transições permitem produzir diferentes grades usando o mesmo reator, mas exige mudanças nas condições operacionais e, como consequência, o polímero produzido durante uma transição fica fora da especificação. Assim, é desejável que as transições sejam realizadas no menor tempo possível, de maneira a produzir a menor quantidade de polímero fora da especificação. Estratégias mais eficientes de operar a transição podem ser obtidas através da solução de um problema de otimização dinâmica. Neste trabalho uma função objetivo integral quadrática foi minimizada, utilizando técnicas sequenciais dinâmicas para resolução da otimização. Os resultados foram primeiramente simulados e depois otimizados para a homopolimerização e copolimerização. No caso da homopolimerização, as otimizações mostraram que para aumentar o MI é preciso aumentar a concentração de hidrogênio na alimentação. Já na copolimerização, para aumentar o MI foi preciso diminuir a concentração de hidrogênio na alimentação e aumentar a vazão de comonômero; e para diminuir a densidade foi preciso aumentar a vazão de comonômero. Observou-se que as propriedades instantâneas têm dinâmica mais rápida e agressiva que as cumulativas. Os resultados mostraram que quando a parametrização não era adequada a solução se afastava do ótimo. Foi possível notar que atuar durante 2 tempos de residência já traz uma redução significativa do tempo para o término da transição e da massa de produto fora da especificação. O perfil das propriedades da transição no sentido grade 1 - grade 2 se mostrou diferente do grade 2 - grade 1, concluindo que o perfil de uma transição depende fortemente da direção da mudança nas propriedades.
Title in English
Optimal grade transitions for a propylene polymerization loop reactor.
Keywords in English
Grade transition
Loop reactor
Non linear optimization
Polymerization
Abstract in English
Polyolefin plants operate under continuous production, but they need to supply many types of polymer grades (polymer with different specification, used in different applications). The operating conditions are maintained constant during the production of a certain grade and need to change periodically to produce another grade. Grade transitions allow the production of different polymer grades in a single reactor, but as they require changes in the operating conditions, there is a large production of off-specification polymer. Therefore, a desired transition drives the polymer properties to the new grade in a short period of time, producing a small amount of off-specification polymer. Efficient strategies to operate the transition can be obtained by solving a problem of dynamic optimization. In this work, a quadratic integral objective function was minimized by using dynamic sequential techniques for solving optimization. The results were first simulated and then optimized for the homopolymerization and copolymerization. In the case of homopolymerization, optimizations showed that to increase the MI is necessary to increase the hydrogen concentration in the feed. In the copolymerization, to increase the MI was necessary to reduce the concentration of hydrogen in the feed and increase the comonomer flow rate; and to decrease the density was necessary to increase the comonomer flow rate. It was observed that the instantaneous properties have faster and aggressive dynamics compared to the cumulative properties. The results showed that when the parameterization was not adequate the solution moves away from the optimum. It was observed that to act for 2 residence times makes a significant reduction in the transition time completion and in the mass of product out of specification. The trajectories of the transition properties towards grade 1 - grade 2 showed different behavior compared to grade 2 - grade 1 transition, concluding that the profile of a transition depends strongly on the direction of change in the properties.
 
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Publishing Date
2016-09-23
 
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