Modelagem estocástica e simulação da polimerização radicalar livre de estireno em microcanais usando um algoritmo híbrido de Gillespie.

• Autor(a) principal: Iwuchukwu, Edward Uchechukwu
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-12072024-065604/
• topic: Algoritmo de simulação estocástica; Algoritmo do Gillespie; Free radical polymerization; Gillespie algorithm; Hybrid stochastic simulation algorithm; Intensificação de processos; Microchannels; Polimerização; Polimerização via radicais livres; Polystyrene; Process intensification

Recentemente, foram conduzidos estudos avançados sobre a produção de poliestireno através da polimerização via radicais livres (FRP) em microcanais. Esse tema tem despertado grande interesse, principalmente devido à eficiência proporcionada pelos microrreatores em termos de intensificacao do processo. Além disso, especialmente em plantas-piloto, os microrreatores têm sido utilizados devido à sua eficácia no monitoramento das características ou propriedades finais do polímero poliestireno, que variam conforme o tamanho da cadeia polimérica. Por outro lado, um problema crítico encontrado em microrreatores e milirreatores é o entupimento dos microcanais. Neste trabalho, foi simulada a síntese de poliestireno via FRP em microcanal utilizando um algoritmo robusto e eficiente em termos de tempo, baseado na simulação estocástica híbrida baseada no algoritmo de Gillespie. Esse método não apenas simula o crescimento da cadeia polimérica, mas também permite um cálculo determinístico paralelo simultâneo do mesmo sistema de reação. Os perfis determinísticos obtidos em diferentes condições foram comparados com as respectivas trajetórias estocásticas. Para validar o modelo, os resultados obtidos para a conversão de monômero (X), o índice de polidispersidade (PDI), o peso molecular é numérico (Mn) e o peso molecular médio ponderado (Mw) foram comparados aos dados experimentais. Foram utilizados tempos de residência variando de 5 a 80 minutos e diferentes condições operacionais, incluindo concentrações iniciais de monômero (M), solvente (S) e iniciador (I) e, também, temperaturas variando entre 100 e 140 graus Celsius. O erro percentual m´edio (APE - Average Percentage Error) obtido a partir da simulação determinística pelo algoritmo de simulação estocástica híbrida (HSSA) aproxima-se dos resultados encontrados na literatura, validando assim a capacidade de simular a polimerização via FRP do monômero de estireno. Dessa forma, aplicando diferentes condições de entrada, o algoritmo foi utilizado para prever simultaneamente os perfis determinísticos e as trajetórias estocásticas. O modelo estocástico permite a compreensão dos fenômenos físicos que ocorrem dentro de um microrreator.