Orientador: Teresa Massako Kakuta Ravagnani / Dissertação(mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T06:08:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_MarciadeSant'Anna_M.pdf: 4167556 bytes, checksum: b2badcef5b6613d8c2ae7f7c85381f92 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A destilação extrativa utilizando efeito salino representa uma alternativa interessante para os processos convencionais de obtenção de etanol anidro. As principais vantagens desta técnica estão relacionadas com a obtenção do produto de topo completamente livre do agente de separação, o uso de agentes extrativos de baixa toxicidade e as possibilidades de redução do consumo de energia e das dimensões da coluna de destilação. O presente trabalho estuda a dinâmica de operação de colunas de destilação extrativa salina. Um programa computacional foi elaborado para simular a operação, analisando o sistema etanol-água e acetato de potássio. Analisou-se o comportamento dinâmico de processos com ou sem colunas pré-concentradoras e verificou-se que processos que não utilizam colunas pré-concentradoras permitem obter etanol anidro a partir de alimentação diluída. Entretanto a utilização da coluna salina, com uma alimentação com concentração de etanol próxima a do azeótropo proveniente da coluna pré-concentradora, apresenta muitos problemas de operação além de não ser possível obter etanol anidro. Verificou-se que a utilização de uma coluna pré-concentradora para obter uma alimentação 50% molar em etanol que será utilizada na coluna salina permite a obtenção de etanol anidro. A simulação dinâmica da coluna de destilação extrativa com efeito salino foi realizada utilizando um método rigoroso de cálculo. Na determinação do equilíbrio líquido-vapor, o coeficiente de atividade dos componentes voláteis na fase líquida foi calculado segundo o modelo termodinâmico UNlQUAC/Debye-Hückel de Sander e outros (1986). Através das simulações foram obtidos perfis de vazão, composição e temperatura com o tempo para perturbações nas seguintes variáveis: razão de refluxo, vazão de alimentação de solventes, vazão de alimentação de sal e potência do refervedor. Os efeitos das dimensões do tanque de refluxo, do misturador de sal e do refervedor também foram estudados. Os resultados obtidos mostraram perfis bem definidos tanto no regime transiente quanto no novo estado estacionário facilitando o estudo posterior de estratégias de controle. Determinadas perturbações que variam intensamente a quantidade de sal no fundo, com alimentações concentradas em etanol, e no topo considerando alimentação diluída, ficam restritas às condições de solubilidade do sal no sistema considerado e limitações do modelo termodinâmico / Abstract: Not informed. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Teresa M. Kakuta Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-20T06:48:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ligero_ElianaLuci_M.pdf: 5487684 bytes, checksum: e44b2ec46cf16157a223a9bf4c1362f6 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: A técnica de destilação com mudança de pressão e adição de componente de arraste é aplicável à separação da ampla classe de azeótropos binários homogêneos insensíveis à variação de pressão. A principal vantagem desta técnica quando comparada às principais técnicas empregadas na separação de misturas azeotrópicas é o fato da integração térmica entre as colunas de destilação ser direta, uma vez que as colunas necessariamente operam a diferentes pressões. A técnica de destilação com mudança de pressão e adição de componente de arraste foi empregada na obtenção de etanol 99,8% molar, a partir de uma mistura diluída de etanol e água com 4,2% molar de etanol. A separação foi alcançada através do emprego de duas colunas de destilação operando nas pressões de 1 e 10 atm e da adição de acetona como componente de arraste. As colunas de destilação foram calculadas pelo método rigoroso de Naphtali e Sandholm e um programa gerenciador de unidades denominado GEMCS foi utilizado no cálculo simultâneo das colunas. Foi analisado o efeito da vazão do reciclo externo sobre os parâmetros operacionais das colunas de destilação, tais como o número de estágios e a razão de refluxo, sobre os perfis de temperatura e de composição resultantes nas colunas e sobre as energias envolvidas nos refervedores e condensadores... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Not informed. / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Saul Gonçalves d'Avila / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T21:29:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_MariaHelenaCanode_D.pdf: 6454399 bytes, checksum: d8f7d34f42048b34e4082e2868681b18 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Este trabalho é uma contribuição ao estudo de processos de separação de misturas de líquidos onde há a possibilidade de ocorrência do equilíbrio entre duas fases líquidas e uma fase vapor, tal como o que ocorre na separação de misturas azeotrópicas. Três problemas foram abordados: (1) Cálculo do Equilíbrio Multifásico: é apresentado um programa capaz de calcular o equilíbrio líquido-líquido-vapor ou qualquer combinação destas fases. Não são necessárias estimativas iniciais das variáveis nem o conhecimento prévio do tipo de cálculo de equilíbrio a ser efetuado. Além disso, o algoritmo desenvolvido é aplicável aos seis tipos mais usuais de especificação; (2) Representação Termodinâmica do Equilíbrio Multifásico: é proposto um algoritmo de tratamento de dados experimentais de equilíbrio, fundamentado no Princípio da Máxima-Verossimilhança, capaz de correlacionar simultaneamente dados de equilíbrio líquido-líquido, equilíbrio líquido-vapor e equilíbrio líquido-líquido-vapor; (3) Simulação de Colunas de Destilação Trifásicas: foi desenvolvido um programa de simulação de colunas de destilação trifásicas, aplicável à separação de misturas multicomponentes. O programa contém uma metodologia para gerar os perfis iniciais de temperatura, vazão e composição dos componentes e, também, uma metodologia para identificação das regiões de equilíbrio bifásico (equilíbrio líquido-vapor) e de equilíbrio trifásico (equilíbrio líquido-líquido-vapor) / Abstract: This work is a contribution to the study of distillation processes of liquid mixtures where there is the possibility of occurrence of equilibrium between two liquid phases and one vapor phase. Separation of azeotropic mixtures is an example.Three aspects are discussed: (1) Multi-Phase Equilibrium Calculations: a program to calculate the liquid-liquid-vapor equilibrium or any combination of those phases is presented. Neither the initial estimates of the variables nor the knowledge of the type of equilibrium calculation are necessary. The algorithm is applicable to the six specifications more frequently used; (2) Thermodynamic Modelling of Multi-Phase Equilibrium: An algorithm for data reduction using the Maximum Likelihood principle has been proposed. The new algorithm is able to simultaneously correlate liquid-liquid equilibrium, liquid-vapor equilibrium and liquid-liquid-vapor equilibrium data; (3) Simulation of Three-Phase Distillation Columns: a program to simulate three-phase distillation columns of multicomponent mixtures has been developed. The program uses a methodology to generate the initial profiles of temperature, molar flux and composition for all components, and another one to identify the regions of occurrence of two phase equilibrium (liquid-vapor equilibrium) and three phase equilibrium (liquid-liquid-vapor equilibrium) / Doutorado / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-26T05:26:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vasconcelos_ClaudiaJovitaGarcia_M.pdf: 8282471 bytes, checksum: 7451a148b19e524e62d88dfdaaed9e48 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Misturas que apresentam comportamento não-ideal são frequentemente encontradas nas indústrias de processamento. A separação dessas misturas em seus componentes puros não pode ser feita em colunas de destilação convencional, por isso são empregados outros processos que possibilitam a separação. Neste trabalho, são estudados e comparados três processos usados para esse tipo de separação: extração líquido-líquido, destilação extrativa e destilação azeotrópica. Os três processos estudados envolvem a adição de um agente de separação (solvente). Os objetivos do trabalho são a caracterização termodinâmica de sistemas ternários, simulação e otimização dos processos e comparação quanto ao consumo de energia e estabilidade operacional. Tomou-se como caso base a produção de etanol com elevada pureza. Esse sistema é de grande interesse industrial, devido ao potencial do etanol como fonte renovável de energia, sendo usado como aditivo ou substituto completo para a gasolina. Além desta aplicação em particular, os desenvolvimentos e resultados aqui obtidos servirão de base para outras aplicações que se utilizam destes três processos, uma vez que este sistema reúne potencial para estudos de não idealidades. Para o processo de extração líquido-líquido, o solvente é caracterizado pelo coeficiente de distribuição e solubilidade. Para os processos de destilação foi usado o conceito de superfícies de equilíbrio para caracterização termodinâmica dos sistemas ternários. Os processos foram otimizados levando-se em conta variáveis operacionais e de projeto para a minimização do consumo de energia. Para o processo de destilação azeotrópica, que apresenta o comportamento mais complexo, foi dada ênfase em aspectos como sequenciamento de colunas, metodologia para obter convergência nas simulações e otimização através de um planejamento estatístico. Outro aspecto abordado no trabalho foi a verificação da existência de múltiplos estados estacionários em colunas de destilação azeotrópica homogêneas e heterogêneas. Ainda é discutida a simulação dinâmica e o controle para o processo de destilação extrativa / Abstract: Mixtures that present non-ideal behavior arc frequently found in the processing industries. The separation of these mixtures in their pure components cannot be made in conventional distillation columns, therefore, it must be used other processes that make the separation possible. [n this work, it was studied and compared three processes used for this kind of separation: liquid-liquid extraction, extractive distillation and azeotropic distillation. These processes need a separating agent (solvent). The objectives of this work are the thermodynamic characterization of ternary systems, simulation and optimization of the processes and comparison in terms of the energy consumption and operating stability. It was taken as case study the production of pure ethanol. This system is of great industrial interest due to the potential of the etanol as a renewable source of energy, being used as addictive or complete substitute for the gasoline. Besides this application in particular, the developments and results obtained here will be useful as base for other applications that use these three processes, since this system has potential for non-ideality studies. For the liquid-liquid extraction process, the solvent is characterized by the distribution coefficient and solubility. For the distillation processes the concept of equilibrium surfaces was used for thermodynamic characterization, of the ternary systems. The processes were optimized taken into account operating and design variables to the energy consumption minimization. To die azeotropic distillation process, that presents the most complex behavior, emphasis was given to aspects as column sequences, methodology to obtain convergence in the simulations and optimization through a statistical design. Another aspect studied in the work was the verification of the existence of multiple steady states in homogeneous and heterogeneous azeotropic distillation columns. It is still discussed the dynamic simulation and control of the extractive distillation, process / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:22:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_MiriaHespanholMiranda_M.pdf: 1273598 bytes, checksum: 50a96f73f193a44b0046116f228523e9 (MD5) Previous issue date: 2002 / Mestrado

Orientador: Mario de Jesus Mendes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T19:04:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Schmitz_JonesErni_D.pdf: 1427141 bytes, checksum: 5c994ce371331fd4c3ac0f3e3861f49b (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A simulação de processos é um componente fundamental de uma grande variedade de atividades de Engenharia de Processos, tais como a Otimização Online, o controle em Tempo Real, a Identificação, etc. O cálculo de Equilíbrio de Fases é uma atividade fundamental em qualquer simulação de processos de separação. O elevado tempo computacional deste cálculo provocado pela sua natureza iterativa pode criar incompatibilidades entre a atividade de simulação e as aplicações em tempo real que ela integra. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um método alternativo simples, mas suficientemente preciso, para realizar os cálculos de equilíbrio de fases na simulação de processos de separação de sistemas complexos. Entende-se por tal, sistemas que apresentam problemas de Equilíbrio Líquido-Líquido e de Equilíbrio Líquido-Líquido-Vapor, como é o caso dos que possuem um Azeótropo Heterogêneo. Pelas suas propriedades, as Redes Neurais Artificiais surgem naturalmente como candidatas alternativas para esta tarefa. Como objeto de aplicação foram escolhidos dois sistemas que apresentam um azeótropo heterogêneo, o sistema binário acetato de etila - água e o sistema ternário etanol - acetato de etila - água. Para gerar os dados usados no treinamento das redes foi implementado um método convencional de cálculo de equilíbrio de fases, adequado à complexidade dos sistemas escolhidos, o método de Pham & Doherty. Para a resolução do problema da estabilidade de fases, a primeira etapa do cálculo do equilíbrio de fases, foram testados dois tipos de redes neurais artificiais (RNAs), as Redes Neurais Artificiais Probabilísticas (RNAPs) e os Perceptrons. Com os perceptrons foram encontradas dificuldades para atingir a precisão desejada, sendo necessário recorrer a perceptrons com várias camadas escondidas. Já as RNAPs apresentaram uma excelente precisão, embora a sua simulação seja mais lenta. Perceptrons simples de uma só camada escondida foram usados com êxito na solução da segunda etapa do cálculo de equilíbrio de fases, o problema da divisão de fases. Combinando as redes desenvolvidas para cada uma das etapas foi criada uma ferramenta que permite resolver qualquer problema de equilíbrio de fases para os sistemas estudados. A precisão dos resultados fornecidos pelas redes neurais é comparável à dos apresentados pelos métodos tradicionais, mas os cálculos do equilíbrio de fases feitos usando redes neurais foram mais rápidos. Pode-se concluir que as redes neurais artificiais constituem uma alternativa válida aos métodos tradicionais do cálculo do equilíbrio de fases baseados em equações de estado para sistemas complexos como os avaliados / Abstract: Process simulation is a basic component of different Process Engineering activities such as On-line Optimization, Model Predictive Control, Identification, etc. The calculation of Phase Equilibrium appears as a fundamental task in any simulation of a separation process. However, the high computational time due to the iterative nature of this calculation makes it oft unsuitable for use with real time process analysis and synthesis strategies. The objective of this work is to develop a simple but accurate method to perform the phase equilibrium calculations required to the study of the behavior of complex systems. As such we mind those systems who present liquid-liquid and vapor-liquid-liquid phase equilibrium problems, such as systems with a heterogeneous azeotrope do. Given their inherent ability to learn and recognize non-linear and highly complex relationships, artificial neural networks (ANNs) appear to be well suited for such a task. Two chemical systems, the binary ethyl acetate ¿ water and the ternary ethanol ¿ ethyl acetate ¿ water were chosen; both systems present a miscibility gap and a heterogeneous azeotrope. The data sets used to train the ANNs were computed using the method of Pham & Doherty. Two kinds of neural networks were tried to solve the phase stability problem, namely the probabilistic neural networks (PNNs) and the perceptrons. In order to attain an acceptable precision perceptrons had to be trained with several hidden layers. Even though, PNNs got slightly better results than the perceptrons. Simple perceptrons were able to deliver the required precision when trained to predict the compositions of phases in equilibrium. Coupling the ANNs trained for phase stability with those trained for phase division a tool was obtained that can solve any phase equilibrium problem for the two chosen systems. Predictions made with the use of neural networks were faster than those made using the traditional methods, and delivered comparable precision / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T13:50:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JaimesFigueroa_JaiverEfren_M.pdf: 4284661 bytes, checksum: 5b7383def90a5143160bc892b406c75c (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A produção de etanol a partir da cana de açúcar é uma tecnologia dominada completamente pelo Brasil porém, encontra-se na etapa de intensificação, otimização e inovação. O etanol pode ser produzido como hidratado ou anidro, sendo necessário, para produção deste último, um processo posterior de desidratação. Existem inúmeros processos de desidratação, dentre dos quais a destilação extrativa é um dos mais simples de realizar. A destilação extrativa usa um solvente para modificar o equilíbrio líquido-vapor, permitindo quebrar o azeótropo etanol/água que impede que a desidratação seja feita por destilação convencional. O solvente de extração é de grande importância, dele depende a facilidade com que vai ser feita a separação, a quantidade a ser utilizada e o requerimento energético do processo. Nesse contexto, aparecem os líquidos iônicos, que são apresentados como ótimos solventes potenciais de extração; um líquido iônico (LI) é um sal composto por um cátion orgânico com pelo menos uma carga deslocada e um ânion inorgânico; sua estrutura evita que se forme uma rede cristalina estável, resultando em solventes líquidos altamente iônicos com temperaturas de fusão inferiores a 100 °C e com insignificante pressão de vapor. Os LI são principalmente usados em substituição aos solventes convencionais, podendo ser uma alternativa para diminuir a poluição ambiental, evitando a emissão de componentes orgânicos voláteis ao meio ambiente. Com a justificativa anterior, o objetivo desta dissertação foi analisar e otimizar o processo de obtenção de etanol anidro a partir da mistura etanol + água de composição pré-azeotrópica, empregando líquidos iônicos (LI), visando avaliar seu potencial; os LI estudados foram: 1-butil-3-metilimidazólio cloreto, 1-butil-3-metilimidazólio metilsulfato, 1-butil-3-metilimidazólio acetato, 1-butil-3-metilimidazólio tetrafluoroborato, 1-butil-3-metilimidazólio dicianamida, 1-etil-3-metilimidazólio cloreto, 1-etil-3-metilimidazólio tetrafluoroborato, 1-hexil-3-metilimidazólio cloreto. Neste trabalho foi encontrado o requerimento energético e a quantidade de LI a ser empregado para obter os valores máximos de pureza e porcentagens de recuperação de etanol e água. A influência das condições de operação e desenho utilizadas, tais como fração de etanol na alimentação, relação LI:alimentação, temperatura da alimentação e do LI de reposição, quantidade de estágios, relação molar de refluxo, estágio de alimentação e vazão molar de destilado da coluna de recuperação de etanol e de purificação de LI, foram analisadas empregando o simulador comercial Aspen Plus e, otimizadas empregando a técnica de delineamento de experimentos. Todos os LI estudados apresentaram capacidade de desidratar o etanol, elevando sua concentração de pré até pós-azeotropia, obtendo-se pureza de etanol maiores que 0,995 em massa. Além disso, dependendo do LI utilizado, o processo atinge porcentagens de recuperação de etanol e água, em média, de 98% e 74%, respectivamente. Na definição do modelo para o coeficiente de atividade do equilíbrio ternário líquido vapor da mistura etanol + água + LI foram testados o NRTL e UNIQUAC, chegando-se à conclusão de que o equilíbrio representado pelo modelo de NRTL é o mais adequado / Abstract: The production of ethanol from sugar cane is a technology led and dominated by Brazil. However, it is still in a stage of optimization and innovation. Ethanol can be produced in a hydrated or dehydrated state, but the latter requires an additional process to the conventional distillation. There are numerous dehydration processes that can be implemented, but the extractive distillation is one of the most simple. Extractive distillation uses a solvent that modifies the liquid-vapor equilibrium and eliminates the presence of the ethanol-water azeotrope that prevents the use of conventional distillation for the dehydration process. The solvent for the extraction is of great importance since it dictates the degree of separation and the energy requirements for the process. In this context, ionic liquids are considered since they have been presented as excellent solvents for extraction. An ionic liquid (IL) is a salt formed by an organic cation with at least one delocalized charge, and an inorganic anion. The structure of the ionic liquids prevents the formation of a stable crystalline net, resulting in highly ionic liquid solvents that have melting points below 100 ºC and negligible vapor pressures. With those characteristics, ionic liquids can be a replacement for conventional solvents offering alternatives for the decrease of the environmental impact by preventing the emissions of volatile compounds to the environment. With the previous justification, the objective of this master dissertation was to analyze and optimize the process of obtaining anhydrous ethanol from a mixture ethanol + water with pre-azeotropic composition by using ionic liquids; and also to evaluate their performance in this application to evaluate its potential. Ionic liquids were studied: 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-methylimidazolium methylsulfate, 1-butyl-3-methylimidazolium acetate, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium dicyanamide, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-hexil-3-methylimidazolium chloride. In this work, the minimum energy requirement and the amount of ionic liquid needed to obtain maximum ethanol purity and maximum recovery of ethanol and water exiting the process were found. The influence of the design and operation conditions used, such as the ethanol composition in the feed, the IL/feed ratio, the temperature of the feed and the IL, the number of plates, the reflux molar ratio and the distilled flux in the columns of purification of ethanol and recovery of ionic liquids were studied using the commercial simulator ASPEN PLUS, and optimized by utilization of the design of experiments (DOE) technique. All the ionic liquids used were able to dehydrate the ethanol, increasing its concentration from pre to post azeotrope, generating ethanol with purity above 0.995 in mass. In addition to that, depending on the ionic liquid used, the process reached average water and ethanol recoveries of 98% and 74% respectively. In the definition of the model for the activity coefficient in the ternary vapor-liquid equilibrium of the ethanol-water-IL mixtures, the models NRTL and UNIQUAC were studied concluding that the NRTL model was the most adequate / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:43:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_NagelAlves_D.pdf: 11231130 bytes, checksum: ac6263e814068ee68be084db28576f32 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O objetivo desse trabalho é a implementação FORTRAN de técnicas modernas, tais como: a matemática intervalar, otimização e simulação Monte Carlo e redes neurais. Estas técnicas foram utilizadas para o desenvolvimento computacional de novas metodologias de cálculos para a predição de propriedades termodinâmicas, determinação de pontos de azeotropia de misturas multicomponentes, determinação de propriedades termodinâmicas através da equação de estado de Lennard-Jones e determinação dos parâmetros dos potenciais de Lennard-Jones e de Stockmayer. Além disso, desenvolveu-se uma extensão do método de contribuição de grupos CSGC, de forma que o mesmo forneça as propriedades críticas e a entalpia de vaporização. Na matemática intervalar, a partir dos conceitos básicos da teoria dos intervalos, foram desenvolvidos os códigos computacionais para as operações aritméticas, topológicas, funções transcendentais intervalares e algoritmo de Newton intervalar. A integração Monte Carlo e a rede neural foram utilizadas no tratamento do ensemble NVT para a determinação das propriedades termodinâmicas para fluidos de Lennard-Jones. O método de contribuição de grupos funcionais é tratado em duas partes: na primeira, duas expressões polinomiais foram propostas para a determinação das propriedades críticas (temperatura e pressão) através da contribuição de grupos funcionais do método CSGC; na segunda parte, desenvolveu-se um procedimento híbrido para avaliação da entalpia de vaporização. A otimização Monte Carlo foi usada no desenvolvimento de um algoritmo adaptativo para a determinação de todos os pontos de azeotropia de uma mistura multicomponente e nas das determinações dos parâmetros dos potenciais de Lennard-Jones e Stockmayer, a partir dos dados experimentais do segundo coeficiente do virial. Finalmente, alguns exemplos de cálculos, empregando as metodologias propostas foram realizados / Abstract: The objective of this work is the FORTRAN implementation of modern techniques, such as: the interval analysis, simulation and optimization Monte Carlo and neural network. These techniques were used for the computational development of new ca1culation methodologies for the prediction of thermodynamic properties, for determination of azeotropy points of multicomponent mixtures, for determination of thermodynamic properties through the equation of state of Lennard-Jones and for determination of Lennard-Jones and Stockmayer potential parameters. Besides, an extension of CSGC group contribution method was developed, in order to ca1culate the critical properties and the vaporization enthalpy. In the interval analysis, starting from the basic concepts of the interval theory, the computing codes for the arithmetic and topologycal operations, interval functions and interval Newton method were developed. The Monte Carlo integration and the neural network were used for treating the ensemble NVT for the determination of the thermodynamic properties for fluids of Lennard-Jones. The method of functional group contribution was divided in two parts: in the first one, two polynomial expressions were proposed for the determination of the critical properties (temperature and pressure) through the group contribution of the CSGC method; in the second part, a hybrid procedure was developed for evaluation of the vaporization enthalpy. The Monte Carlo optimization was used in the development of an adaptive algorithm for the determination of all azeotropic points of a multicomponent mixture and for the determination of the Lennard-Jones and Stockmayer potential parameters, starting from the experimental data of the second virial coefficient. Finally, some ca1culation examples are shown using the developed methodologies / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T04:48:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TorresAlvarez_MarioEusebio_D.pdf: 10381978 bytes, checksum: 6d92d3ef3288c11e5d00589fa7bff9e7 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho de tese, foi realizado um estudo do potencial do processo de pervaporação como um processo de separação de misturas azeotrópicas. Foram realizados o estudo, a avaliação e a comparação de dois modelos matemáticos selecionados da literatura par o processo de pervaporação, que têm como base o mecanismo solução-difusão. Forma desenvolvidos dois programas computacionais, o PERKAT e o PERBRUN, que pemitiram avaliar, segundo estes modelos, qualquer tipo de mistura binária, aqui exemplificados pelos sistemas etanol/água e acetato de metila/água. Foi proposto um modelo matemático a partir do mecanismo solução-difusão procurando minimizar a necessidade de dados experimentais e assim, possibilitar a avaliação rápida em estágios iniciais de projetos de processos. Foi , ainda, elaborado um algoritmo de calculo para o processo de pervaporação. Afim de obter um modelo mais robusto, minimizando a necessidade de dados experimentais, foram realizados e estudo da predição do coeficiente de difusão na membrana, a determinação do parâmetro de interação binário solvente/polímero, a validação do método de predição com dados experimentais e uma análise de sensibilidade paramétrica. Com isso, foi desenvolvido o simulador ¿PERVAP¿ a partir do modelo matemático proposto neste trabalho. A intenção foi possibilitar ao engenheiro de processos tomadas de decisão rápidas a respeito da possibilidade de usar o processo de pervaporação para a separação de uma mistura binária qualquer ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: In this work, a study of the potential of pervaporation process for the separation of azeotropic mixtures was carries out. Two mathematical models were chosen from the literature for pervaporation process based on solution diffusion mechanism and a study, an evaluation and a comparison between these models were made. Two computational programs were developed, PERKAT and PERBRUN, which allow the evaluation, according to these models, of any type of binary mixture, here exemplified by the system ethanol/water and methyl acetate/water. A mathematical model was proposed based on the solution-diffusion mechanism with the aim of minimizing the necessity of experimental data and, thus, to make possible the fast evaluation in early stages of process design.Furthermore, it was elaborated a calculation algorithm for the pervaporation process. In order to get a more robust model, minimizing the necessity of experimental data, the study of the prediction of the diffusion coefficient in the membrane, the determination of the binary interaction parameter of solvent/polymer, the validation of the prediction method with experimental data and a parametric sensitivity analysis were carried out. With this, the "PERVAP" simulator was developed from the mathematical model proposed in this work. The intention was to make possible for engineers to take rapid decisions regarding the possibility for using the pervaporation process for separating any binary mixture ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador : Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T15:22:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_MiriaHespanholMiranda_D.pdf: 3186781 bytes, checksum: ed9c594aabf9a348666496468982cf5b (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A destilação é, certamente, o processo mais aplicado na separação de misturas líquidas. Embora esta seja uma operação unitária conhecida de longa data, ainda, nos dias de hoje persistem algumas dificuldades na proposição de esquemas de destilação apropriados. Sendo assim, o objetivo deste trabalho de tese foi aplicar modelos mais realistas na caracterização de misturas e na simulação de processos de destilação, em regimes estacionários e dinâmicos. Para tanto, foram avaliados dois softawes, desenvolvidos no Laboratório de Desenvolvimentos de Processos de Separação, para simulações de colunas de destilação considerando os modelos de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio. Os resultados obtidos mostraram que, geralmente, os perfis obtidos com as duas modelagens são diferentes, em ambos os regimes. A modelagem de estágios de não equilíbrio foi aplicada também para a caracterização de sistemas, utilizando mapas de curvas residuais. Avaliou-se, ainda, a influência das correlações de eficiência de Barros & Wolf em mapas de curvas residuais. Os perfis obtidos com as correlações de eficiência de Barros & Wolf mostram grande concordância com os calculados pelo modelo de estágios de não equilíbrio. Com os mapas de curvas residuais calculados concluiu-se que as trajetórias líquidas de composição não cruzam as fronteiras de destilação, sendo esta um questão de polêmica na atualidade, no entanto, nossos resultados mostram os perfis corretos. Além disso, desenvolveu-se, neste trabalho de tese, um programa computacional para a caracterização de sistemas reativos. A vantagem do novo algoritmo proposto está, principalmente, no fato do programa não depender de estimativas inicias e ser de fácil convergência. O programa é, também, capaz de predizer todos os azeótropos presentes na mistura, quando existam um ou mais de um, ou ainda de afirmar que a mistura é zeotrópica. Os resultados obtidos são concordantes com valores experimentais ou calculados por outros métodos. Na linha do processo de destilação reativa, sendo este um processo inovador, foi proposta a separação da mistura fenol + água. A separação desta mistura é de grande interesse, por questões econômicas e ambientais. Preliminarmente, fez-se um estudo na busca de uma reação apropriada para o consumo de fenol. O processo proposto atende completamente às questões ambientais, visto que gera somente correntes limpas e é, portanto, uma nova alternativa para o tratamento de correntes fenólicas. Por fim, desenvolveu-se neste trabalho um conjunto completo para caracterização de sistemas e simulação de processos, envolvendo desde o modelo de estágios de equilíbrio até o modelo de estágios de não equilíbrio. Propôs-se, ainda, um eficiente processo para o tratamento de águas fenólicas / Abstract: Distillation is, certainly, the most applied process in the separation of liquid mixtures. Although this is a very known unit operation, still nowadays some difficulties persist in the proposal of appropriate distillation schemes. Thus, the objective of this work was to apply more realistic models in the characterization of mixtures and in the simulation of distillation process in, both, steady state and dynamic regime. In this way, two softwares developed in the Laboratory of Separation Processes Development were evaluated. These softwares consider the equilibrium and the nonequilibrium stage models in steady state and dynamic regime. The results show that, generally, the profiles obtained with the two models are different, in both regimes. The nonequilibrium stage model was also applied for the systems characterization, in residue curve maps. It was evaluated, still, the influence of Barros & Wolf correlations for efficiencies on residue curve maps. The profiles obtained with the Barros & Wolf correlations show good agreement with the calculated with the nonequilibrium stage model. The calculated residue curve maps showed that residue curves do not cross distillation boundaries. Nowadays, this is a question of controversy, however our results show the correct behavior. Moreover, it was developed in this work a computational program for the characterization of reactive systems. The advantage of the new proposed algorithm is mainly because the program does not depend on initial estimates and it is of easy convergence. The program is, also, able to predict all the azeotropes present in the mixture, when one or more than one exist, or still to affirm that the mixture is zeotropic. The obtained results are in agreement with experimental values or values calculated by other methods. Regarding to reactive distillation, being an innovative process, it was proposed the separation of the mixture phenol + water. The separation of this mixture is of great interest, for economic and environmental issues. Preliminarily, it was carried out a study of an appropriate reaction for the phenol consumption. The considered process takes care of environmental questions, since it only generates current clean and it is, therefore, an alternative process for the phenolic wastewater treatment. Finally, in this work, it was developed a complete set for characterization of systems and simulation of processes, involving the equilibrium and the nonequilibrium stage modes, in steady state and dynamic regime. It was considered, still, an efficient process for the phenolic wastewater treatment / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química