Un nuevo modelo de cuantificación de la capacidad de pirólisis utilizando datos termogravimétricos aplicado a reprocesamiento de polímeros

Abstract

Formulation of a new mathematical model, through the dimensional analysis methodology, to quantify the pyrolysis capacity of organic materials and thermoplastic polymers by means of the pyrolysis index is presented. The importance of this index is that it is possible to quantify the capacity of the polymer post-consumption or recycling to be pyrolyzed to obtain useful fuel fractions in the actual society. The new model is compared with three models of the literature, using non-isothermal (dynamic) thermogravimetric analysis data for the raw and reprocessed Polystyrene case study. This polymer is reprocessed five times in a single screw extruder. The raw and reprocessed polymer were characterized by proximate, elemental analysis and dynamic thermogravimetry under nitrogen atmosphere at four heating rates. A non-dimensional correlation was obtained to calculate the pyrolysis index as a function of the heating rate, characteristic temperatures, and conversion. It was found that the pyrolysis capacity increases with the heating rate and number of reprocessing in extrusion. In addition, the new model better fits the data to a linear trend between pyrolysis index with the heating rate and number of reprocessing.Se presenta la formulación de un nuevo modelo matemático, a través de la metodología de análisis dimensional, para cuantificar la capacidad de pirólisis de materiales orgánicos y polímeros termoplásticos por medio del índice de pirólisis. La importancia de este índice radica en que se puede cuantificar la capacidad que tiene polímero pos consumo o reciclado a ser pirolizado para la obtención de fracciones combustibles útiles en la actual sociedad. El nuevo modelo se compara con tres modelos de la literatura, a través de información del análisis termogravimétrico no isotérmico (dinámico) para el caso de estudio del Poliestireno virgen y reprocesado. Este polímero se reprocesa cinco veces en una extrusora monohusillo. El polímero virgen y reprocesado se caracterizaron por análisis próximo, elemental y termogravimetría dinámica en atmósfera de nitrógeno a cuatro velocidades de calentamiento. Se obtuvo una correlación adimensional para calcular el índice de pirólisis en función de la velocidad de calentamiento, temperaturas características, y conversión.  Se encontró que la capacidad de pirólisis aumenta con la velocidad de calentamiento y número de reprocesamientos en extrusión. Además, el nuevo modelo ajusta mejor los datos a una tendencia lineal entre el índice de pirólisis con la velocidad de calentamiento y número de reprocesamientos

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