Estudio técnico de determinación de modelos cinéticos para el cálculo de las variables de diseño básicas de los reactores empleados para la polimerización de poli (ácido láctico), a partir de ácido láctico grado industrial.

Abstract

La producción de poli (ácido láctico), conocido como PLA, se puede realizar de distintas maneras a partir de ácido láctico. El ácido láctico puede producirse a partir de fermentación de melaza, que es un residuo de la producción de azúcar. En Guatemala hay una gran producción de azúcar, por lo cual se tiene melaza en grandes cantidades. Esta melaza se puede aprovechar para producir poli (ácido láctico), ya que es un polímero que puede sustituir los polímeros producidos a partir de petróleo.

En la producción de estos polímeros biodegradables es vital determinar las características cinéticas del proceso de polimerización y por lo tanto, hacer más eficiente el proceso y el equipo involucrado. Una variable muy importante es la temperatura de reacción en la polimerización y la concentración de catalizador que se pueda utilizar para agilizar la reacción.

En cuanto a oligomerización, se calculó la temperatura mínima que permite obtener un peso molecular máximo del polímero, se analizó la cinética usando reacciones de oligomerización a distintos tiempos de reacción (0.5, 1, 3, 5 y 8 horas), a temperaturas de 140, 150, 160 y 170°C, manteniendo constante el volumen y la presión (en este caso menor que la atmosférica).

Para la polimerización, se realizaron pruebas experimentales con octoato de estaño, como catalizador, para determinar el modelo cinético de reacción de la polimerización y, a partir de él, se determinaron los parámetros básicos para el diseño de los reactores para esa fase de la reacción. También se determinó un modelo cinético que permitiera obtener las variables de diseño básicas de un reactor para la síntesis de PLA según la variación en la temperatura. En la oligomerización, se obtuvo un peso molecular de 557.2567 g/mol al realizar una reacción de 8 horas, a 150°C, manteniendo el vacío a 30 cm H2O. En cuanto a la polimerización, se determinó experimentalmente el modelo cinético que predice el comportamiento de la reacción a lo largo del tiempo y es de la forma siguiente: −𝑟𝐶𝑂𝑂𝐻=11.226𝐿1.12/𝑚𝑜𝑙1.12 ℎ∗0.0309𝑚𝑜𝑙/𝐿∗𝐶𝐶𝑂𝑂𝐻1.12. Con este modelo se calculó una serie de tres reactores tipo CSTR de volúmenes 0.796, 2.435 y 7.223 m³, con un agitador de cinta helicoidal doble con potencias de 28.4, 86.9 y 257.7 kW, respectivamente. Por otro lado, la mejor temperatura fue de 190 °C, con la cual se obtuvo una reacción de orden 1.8, con una constante cinética de reacción de 0.0208 L0.8/mol0.8h.