Scale-up of Emulsion Polymerization Process : impact of changing characteristic times
Scale-up de la polymérisation en émulsion : l’influence du changement de temps caractéristiques
Résumé
A framework, consisting of a computational fluid dynamics (CFD) simulation model coupled to a population balance model (PBM) is developed to study the effect of various parameters on the performance of an emulsion polymerization process which leads to the production of a fine dispersion of polymer particles in a continuous aqueous medium.Like most polymer products, latexes are “products-by-process”, whose main properties are determined during polymerization. One of the main parameters influencing the final quality of the latexes is the particle size distribution (PSD). Modeling the evolution of PSD is usually accomplished through the addition of a set of PBEs to the kinetic model. PBE provides a means of considering the contribution of different phenomena in the PSD evolution, being nucleation, growth of polymer particles by polymerization, and coagulation of particles due to brownian or fluid motion (Perikinetic and Orthokinetic coagulation, respectively).To assess the impact of nonhomogeneous mixing and physical parameters of the system on the evolution of the latex PSD, the transient simulation of flow was performed with the aid of a commercial CFD Package (Fluent® 15.0) to provide in each time step, the local concentrations of ionic species (to determine the rate of perikinetic coagulation modeled by DLVO model) and certain hydrodynamic parameters such as turbulence dissipation rate and shear rate (to determine the rate of orthokinetic coagulation). This information is applied simultaneously by the PBE add-on module of Fluent to calculate the PSD for the next time step; thus a complete coupling between CFD and PBM is assured
Un système consistant d'une simulation de mécanique des fluides numérique (MFN) couplée à un modèle de bilan de population (PBM) est développé afin d'étudier l'effet des paramètres variés sur la performance d'un procédé de polymérisation en émulsion qui conduit à la peoduction des particules de polymère dans un milieu aqueux continu.Comme une grande gamme des produits polymériques, des latexes sont les « produits par processus » (products-by-process), et leurs propriétés sont déterminés pendant la polymérisation. LA distribution de la taille des particules (PSD) est une des plus importants paramètres qui influence la qualité finale de latex. La modélisation d'évolution du PSD est généralement réalisée par l'addition un ensemble des PBEs au modèle cinétique. Le PBE fournit un moyen d'étudier la contribution des différents phénomènes dans l'évolution du PSD, comme la nucléation, la croissance des particules par la polymérisation, et la coagulation des particules à cause du mouvement brownien ou le mouvement du fluide (la coagulation Perikinetic et Orthokinetic, respectivement).Afin d'évaluer l'impact du mélange non homogène et les paramètres physiques du système sur l'évolution du PSD du latex, la simulation transitoire d'écoulement à été réalisé avec l'aide d'un progiciel commercial de MFN (Fluent® 15.0) pour munir dans chaque pas du temps, les concentrations locales des espèces ioniques (pour déterminer le taux de la coagulation Perikinetic modelé par le modèle de DLVO) ainsi que certains paramètres hydrodynamiques comme le taux de dissipation de la turbulence et le taux de cisaillement (afin de déterminer le taux de la coagulation Orthokinetic). Cette information est appliquée simultanément par le module complémentaire de PBM dans Fluent pour calculer le PSD pour le prochain pas du temps ; ainsi, un couplage complet entre le MFN et le PBM est assuré
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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