Otimização e controle do processo de produção do poliestireno em suspensão

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção.Neste trabalho realizou-se um estudo sobre a influência da utilização de poliestireno de propósito geral (GPPS), encontrado principalmente em materiais descartáveis, como matéria-prima para a produção de poliestireno expansível (EPS), em reações de polimerização em suspensão do estireno. O objetivo principal é introduzir uma variável de fácil manipulação, a fração mássica de GPPS (em relação à massa da fase dispersa) na carga de reação, para o controle da distribuição de tamanho das partículas de EPS produzidas. Outra vantagem seria a maximização da produção em relação à quantidade de monômero utilizada, pois parte da massa reacional é substituída pelo GPPS. Os experimentos foram conduzidos de modo a verificar a influência da fração mássica de GPPS e da freqüência de agitação na distribuição de tamanhos das partículas de EPS. Também foi analisada a influência da sua concentração na curva de conversão de monômero. Os resultados experimentais demonstraram o bom desempenho da fração mássica de GPPS como variável de controle da distribuição de tamanho das partículas de EPS. À medida que a concentração de GPPS é acrescida ocorre o aumento do tamanho das partículas e o estreitamento da curva de distribuição. Em conjunto com a freqüência de agitação, esta variável pode ser utilizada para a obtenção de partículas em diferentes tamanhos e dispersões. Outra etapa do trabalho consistiu no desenvolvimento de uma estratégia para o controle de temperatura para a polimerização em suspensão, visando obter um polímero com as condições especificadas (peso molecular médio ponderal). Utilizou-se, para este fim, um controlador preditivo baseado em um modelo empírico do processo. Este modelo consiste em uma rede neural feedforward com três camadas, com treinamento off-line, realizado por um algoritmo de otimização utilizando a técnica de algoritmos genéticos em conjunto com mínimos quadrados. Ainda, de modo a considerar os desvios do processo ocorridos em relação ao modelo, uma técnica de atualização on-line dos pesos da rede foi implementada. A partir dos resultados experimentais foi possível observar que um bom desempenho para o sistema de controle proposto, tanto para a atuação como regulador quanto para servo, mantendo a temperatura no perfil desejado durante todo o período de reação, foi obtido. Com isso, um polímero com as propriedades especificadas e dentro de um estreito limite para sua qualidade foi obtido