Mathematical Modelling of Ziegler-Natta Catalyzed Polyethylene Production in a Fluidized Bed Reactor using the Probability Generating Function (PGF) Technique

Abstract

El polietileno es un polímero versátil ampliamente producido mediante reactores de lecho fluidizado en fase gaseosa debido a su eficiencia y flexibilidad. Este trabajo presenta un modelo matemático para la producción de polietileno lineal de baja densidad en un reactor de fase gaseosa, utilizando 1-buteno como comonómero y un catalizador Ziegler-Natta. Asumiendo mezcla perfecta, el modelo incorpora dos tipos de sitios activos con constantes cinéticas distintas, a partir de los cuales se desarrollaron ecuaciones de balance poblacional. Las propiedades moleculares del polímero se calculan utilizando el método de los momentos y la técnica de modelado de las funciones generadoras de probabilidades. El modelo se implementa en Julia y se valida con datos experimentales de un reactor industrial.

Polyethylene is a versatile polymer widely produced via gas-phase fluidized bed reactors due to their efficiency and flexibility. This work presents a mathematical model of the linear low-density polyethylene production in a gas-phase reactor using 1-butene as the comonomer and Ziegler-Natta catalyst. Assuming perfect mixing, the model incorporates two types of active sites with distinct kinetic constants, leading to a set of population balance equations. Polymer molecular properties are calculated using the method of moments and the probability generating function technique. The model is implemented in Julia and validated with experimental data from an industrial reactor.