Orientador: Jose Roberto Nunhez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T05:52:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Galeazzo_FlavioCesarCunha_M.pdf: 7104794 bytes, checksum: 95d360083b713d4c451c26b8e6276361 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O trabalho analisou o impacto que alterações nas condições operacionais e na geometria causam no desempenho térmico de um reator de esterificação de porte industrial da empresa M&G. As análises utilizaram um modelo numérico criado com o software FLUENT. A hipótese simplificadora de se considerar somente uma fase líquida, apesar do sistema reacional real ser trifásico, foi competente em mostrar as principais características do escoamento e da transferência de calor no interior do reator, como zonas de estagnação e área de atuação dos impelidores, além da troca de calor a partir dos tubos da serpentina axial. Os resultados levam à conclusão de que o sistema de agitação possui um papel apenas secundário no desempenho térmico do reator, frente o papel preponderante dos discos separadores de fluxo / Abstract: The work analysed the impact of operating conditions and geometric changes in the thermal performance of a esterification industrial reactor of the company M&G. The analyses used a numerical model created with the aid of the software FLUENT. The simplifying hypothesis of considering only one liquid phase instead of the real system three phases was capable of showing the main characteristics of the flow and the heat transfer inside the reactor, like stagnation zones and impellers influence zones, and the heat transfer from the axial coil. The results lead to the conclusion that the agitation system have only a secundary role in the reactor thermal performance, while the role of the flow separation discs is dominant / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A tecnologia de reatores multifásicos é o coração das transformações químicas de todos os processos industriais, concretamente 99% dos reatores trabalham com a presença de uma ou mais fases. A tomografia é uma técnica poderosa capaz de determinar o efeito de parâmetros operacionais e de desenho na distribuição do holdup das fases, visualizando sistemas opacos de uma forma não invasiva. Um tomógrafo computadorizado de fonte única (SSCT) com capacidade de gerar imagens para as distribuições de holdup em sistemas com duas fases dinâmicas foi desenvolvido e validado com sucesso no CTR/IPEN. Algoritmos para reconstrução de imagens analíticos e discretos ou iterativos (estatísticos) foram desenvolvidos e implementados para tais aplicações e depois comparados. O SSCT foi utilizado para determinar as distribuições de porosidades e de holdup dos sólidos para uma coluna de recheio aleatório. Na Washington University em St. Louis, no Laboratório de Engenharia da Reação Química (CREL), um tomógrafo com duas fontes radioativas (DSCT) capaz de gerar imagens da distribuição do holdup das fases para sistemas dinâmicos com três fases móveis foi validado com êxito. Uma nova metodologia para reconstrução de imagens, que garantiu alta precisão na geração das distribuições do holdup em sistemas de grande porte, foi aplicada. O DSCT permitiu avaliar a influência de parâmetros de operação e do desenho de um aerador em um bioreator na escala piloto. O efeito do desenho de um distribuidor de gás líquido e do regime de escoamento foram determinados para um reator monolítico utilizando o DSCT. Os equipamentos e técnicas desenvolvidas neste trabalho podem ser considerados como uma ferramenta efetiva de pesquisa, intensificando estudos experimentais em uma grande gama de sistemas multifásicos através de geração de imagens. Para isto, foram superadas várias limitações comuns a outras técnicas tomográficas existentes utilizadas no estudo de sistemas com duas e três fases dinâmicas, onde os conhecimentos adquiridos nestes estudos poderão melhorar a compreensão básica dos efeitos de desenho e dinâmica em reatores multifásicos. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Aline Carvalho da Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-14T23:39:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GonzalezQuiroga_Arturo_M.pdf: 2749935 bytes, checksum: c375b22201594f091c1d51f4befd9532 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Por mais de um século, a principal fonte de combustível e produtos químicos para a sociedade humana tem vindo a partir de recursos fósseis, os quais são limitados e estão concentrados em poucas regiões do mundo. Biomassa, como a única fonte de carbono renovável, mostra-se promissora para a produção de combustíveis e produtos químicos em grande escala. Na última década, a produção de bioetanol a partir de biomassa lignocelulósica através de hidrólise enzimática tem sido estudada intensamente a nível de bancada. Reatores contínuos, nos quais a fração celulósica e a hemicelulósica de substratos lignocelulósicos são convertidos em açúcares redutores (para serem fermentados a bioetanol), são o tema desta dissertação. As principais questões consideradas aqui são: a cinética, o padrão de contato sólido-líquido, o comportamento fluidodinâmico da lama durante a hidrólise, configurações alternativas de reatores contínuos, e estratégias de operação contínua com relação ao substrato e a enzima. Foram revisados os modelos cinéticos mais recentes para a hidrólise enzimática de substratos lignocelulósicos, dando especial atenção aos modelos úteis para projeto de reatores. Foi proposto um esquema de classificação de modelos cinéticos baseado no número de reações consideradas. Com respeito à utilidade de um modelo cinético na otimização do sistema de reação, é desejável que este inclua a adsorção das enzimas na fração celulósica do substrato e na lignina, a inibição das enzimas por produto final, a reatividade do substrato e a desativação das enzimas. Neste trabalho, um modelo de uma reação foi ajustado a perfis experimentais de glicose e xilose obtidos na hidrólise enzimática de bagaço de cana prétratado com peróxido de hidrogênio alcalino. O modelo cinético apresentado difere de outros modelos em que este inclui a predição do perfil de xilose por meio de uma relação algébrica que faz uso do perfil de glicose, e é especialmente útil na ausência de dados experimentais de adsorção e reatividade do substrato. O comportamento fluidodinâmico da lama de biomassa durante a hidrólise enzimática é complexo devido à ampla distribuição de tamanhos de partícula, às formas incomuns das partículas de biomassa e às mudanças na reología que experimenta o material ao longo da reação. Neste trabalho é apresentado um levantamento detalhado da fluidodinâmica de suspensões de polpas fibrosas e lamas com tendência à sedimentação, devido a que o comportamento fluidodinâmico de lamas de biomassa pode ser entendido a partir dessas duas situações limite. Além disso, foi desenvolvido um modelo fluidodinâmico com balanços microscópicos e solucionado com um software de fluidodinâmica computacional para estudar o escoamento de lamas de biomassa em reatores tubulares com e sem defletores angulares internos. Por outro lado, a micromixtura do material dentro dos reatores foi considerada em duas situações limite: um material que é fracionado em cúmulos discretos que reagem como reatores batch durante o tempo que estejam no sistema de reação, e um material que imediatamente ingressa no sistema de reação entra em contato íntimo com outros elementos de fluido ao nível molecular. As conversões em reatores continuous para as anteriores situações limite de micromistura foram obtidas. Os reatores contínuos considerados foram reatores de tanque agitado em serie, reatores tubulares e combinação entre eles. Devido a que a biomassa adsorve água, no começo da reação de hidrólise a fase móvel pode desaparecer a concentrações de substrato maiores de 10% w/w, aproximadamente. A alimentação distribuída de substrato numa serie de reatores de tanque agitado foi uma alternativa proposta neste trabalho para incrementar a produtividade volumétrica dos reatores. Consequentemente, uma série de reatores de tanque agitado com alimentação distribuída, seguida de um reator tubular, foi a melhor alternativa para incrementar a reatividade volumétrica dos reatores e diminuir o volume de reação. O presente trabalho é em grande parte exploratório sendo que não há procedimentos detalhados de projeto e escalonamento de reatores de hidrólise enzimática de biomassa lignocelulósica na literatura científica atual. Consequentemente, reatores contínuos alternativos assim como procedimentos de modelagem mais detalhados são brevemente discutidos ao final do trabalho. De vital importância são experimentos para elucidar aspectos tais como a reutilização de enzimas por recirculação ou re-adsorção em substrato fresco, adsorção de enzimas a altas concentrações iniciais de substrato (>10% w/w), e a relação entre as propriedades reológicas da lama e a extensão da reação de hidrólise. / Abstract: For ever a century, the main source of fuel and chemicals for human society has come from fossil resources, which are limited and concentrated in a few regions of the world. Biomass, as the only source of renewable carbon, shows great promise for largescale economical production of renewable transportation and fuel chemicals. In the last decade the bioethanol production from lignocellulosic biomass via, enzymatic hydrolysis, has been intensively studied at laboratory level. Continuous reactors in which the cellulose and hemicellulose fractions of lignocellulosic substrates convert to reducing sugars (which are fermented to bioethanol) are the theme of this dissertation. The main issues considered are kinetics, contacting pattern and fluid dynamics, alternative configurations of continuous reactors, and continuous operating strategies with respect to substrate and enzyme. The most recent kinetic models for the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass, useful for reactor design, were reviewed and classified based on the number of reaction considered. Regarding to reactor design, the main factors that should be include a kinetic model are adsorption of enzymes on cellulose and lignin, inhibition of enzyme by glucose and cellobiose, substrate reactivity and enzyme deactivation. A kinetic model of a single reaction was fitted to experimental profiles of glucose and xylose obtained by the enzymatic hydrolysis of pretreated of sugarcane bagasse. This kinetic model differs of previous models in that it predicts xylose concentration based on glucose concentration. This kinetic model is a useful in the absence of experimental data on enzyme adsorption and substrate features others than concentration. The fluid dynamic behavior of biomass slurries during enzymatic hydrolysis is very complex due to the wide particle size distribution, the extremes shapes of particles and the significant rheological changes of the slurry with the progress of the enzymatic hydrolysis. This works reviewed the fluid dynamic behavior of fiber pulp suspensions and settling slurries because the fluid dynamic behavior of biomass through continuous reactors can be framed between these two limiting situations. In addition, a computational fluid dynamic model was developed to asses the fluid dynamic behavior of biomass slurries in tubular and baffled tubular reactors, motivated by the benefits of tubular reactors to carry out the enzymatic hydrolysis in terms of lower reaction volume and lower agitation requirements. On the other hand, the micromixing behavior of the flowing material was framed between two limiting situations: an incoming material that is broken up into discrete clumps in which the reaction proceed independently as in a batch reactor, and an incoming material that immediately comes into intimate contact with other fluid elements at molecular level. Conversions in continuous reactors corresponding to the above extreme states of micromixing were obtained. The continuous reactor considered were stirred tanks reactors in series, tubular reactors, and combination between them. As biomass adsorbs water, this may cause the bulk to become unsaturated at initial substrate concentration higher than 10% w/w, approximately. Operating the enzymatic hydrolysis in a distributed feeding mode by adding fresh substrate and enzyme at subsequent stirred tank reactors was proposed as an alternative to increase the volumetric productivity of reactors. A reactors configuration consisting of stirred tank reactors in series with continuous distributed feeding of substrate and enzyme, followed by a tubular reactor allow increasing the volumetric productivity of the reaction system overcoming mixing limitations and lowering the required reaction volume. It should be noted that this work is exploratory and that there are not major reports in open literature about the design and scale-up of continuous reactors for enzymatic hydrolysis. Some alternative continuous reactors, as well as modeling approaches for reactor design, are suggested. Of paramount importance are experiments to elucidate relevant aspects as reutilization of enzymes by recirculation of readsorption, adsorption of enzymes at high substrate concentrations (>10% w/w), and the relation between rheological properties of slurries with the extent of saccharification. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T04:17:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morais_EdvaldoRodrigode_D.pdf: 6747685 bytes, checksum: c02b586c7235aff32140ce7dcd3c8e2c (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Em reações altamente exotérmicas, uma das principais características dos reatores catalíticos de leito fixo está relacionada ao surgimento do ponto quente ou hot-spot, sendo sua prevenção de fundamental importância para o bom desempenho do reator, uma vez que ele pode levar ao aumento excessivo da temperatura no leito catalítico, o que poderia resultar em possíveis condições de instabilidade. Um fator importante para estabelecer limites de estabilidade e que, portanto, deve ser considerado dentro do projeto de reatores catalíticos de leito fixo, está relacionado à escolha da configuração de escoamento do fluido refrigerante. Desta forma, duas novas configurações de escoamento para o fluido refrigerante, empregando simultaneamente as configurações convencionais co-corrente e contra-corrente, são propostas. O objetivo é explorar e analisar a influência de diferentes configurações de refrigeração sobre o comportamento de reatores catalíticos de leito fixo monotubulares e multitubulares através de sua modelagem e simulação, reduzindo assim os efeitos do ponto-quente sobre o comportamento estacionário do reator. O emprego de modelos multitubulares é essencial quando existe a necessidade de se considerar detalhadamente todos os aspectos relacionados ao projeto mecânico do reator e também onde as interações existentes entre os tubos forem importantes. Dentre as configurações de refrigeração empregadas estão as formas convencionais, denominadas co-corrente e contra-corrente, e também as configurações mistas, que utilizam ambas as formas convencionais simultaneamente. Como caso de estudo é considerada a reação de oxidação parcial do benzeno em anidrido maleico sobre catalisador de pentóxido de vanádio (V2O5), a qual apresenta equações de taxa complexas e é altamente exotérmica, e representa uma importante classe dentro dos processos industriais. Para tanto foram desenvolvidos softwares escritos em FORTRAN 90 capazes de permitir ao usuário o estudo de diversas configurações de refrigeração e diferentes condições de operação e de projeto, tanto para o reator monotubular quanto multitubular, sendo ainda compatíveis com outras reações de interesse industrial, o que torna os procedimentos e a metodologia desenvolvidos de uso geral / Abstract: One of the main characteristics of fixed bed catalytic reactors when high exothermic reactions are carried out is the presence of the hot-spot. Prevention of hot-spot appearance is extremely important for good reactor performance, since it can lead to an excessive increase in reactor bed temperature, which could result in unstable conditions. An important factor to establish stability limits and, therefore, to be considered during the fixed bed catalytic reactor design is the choice of the coolant flow pattern. In doing so, two new coolant flow patterns are purposed using both co-current and counter-current conventional configurations simultaneously. The main objective is to explore and analyze the influence of different cooling modes on the monotubular and multitubular fixed bed catalytic reactors behavior through their modeling and simulation, reducing in this way the effects of the hot-spot on the steady state reactor behavior. The use of multitubular models is essential when there is a need to consider in detail all aspects related to the reactor mechanical design and also where the interactions between tubes are important. Among the cooling modes used are the conventional flow patterns, called co-current and counter-current, and also the mixed flow patterns, which use both conventional forms simultaneously. As a case study, the reaction of partial oxidation of benzene to maleic anhydride over a vanadium pentoxide catalyst (V2O5) is considered, which presents complex rate equations, is highly exothermic, and represent an important class of industrial processes. Bearing this in mind, FORTRAN 90 softwares that permit the user to study different cooling modes and various operational and design conditions for both mono-tubular and multitubular reactors were developed. These softwares are compatible with other reactions of industrial interest, which makes the procedures and methodology developed for general use / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Jose Roberto Nunhez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T18:12:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peixoto_SimoneMariaCoimbra_M.pdf: 5964146 bytes, checksum: 8d9dc83b59e8adc5ad07e53b88e1c684 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Os tanques de mistura são muito utilizados nas indústrias químicas para processar produtos de alto valor agregado. No entanto, apesar da sua grande importância nas indústrias químicas, poucas informações estão disponíveis sobre como o desempenho desses equipamentos é influenciado pela configuração mecânica do agitador, pelo tipo de superfície de troca térmica e pelo modo de operação. Um entendimento mais profundo destes fenômenos pode proporcionar meios de se otimizar projetos de reatores que sejam condizentes com uma melhor circulação interna do fluido e uma troca de calor mais eficiente. Este estudo tem o objetivo de estudar o arranjo geométrico de um tanque de mistura com um agitador tipo turbina Rushton e com serpentinas helicoidais para resfriamento conforme o trabalho sugerido por Oldshue e Gretton (1954), visto que até hoje este arranjo é utilizado por muitas indústrias nos projetos desses tanques. Trabalhos anteriores criticaram esta geometria porque este arranjo apresenta serpentinas posicionadas na altura da descarga do fluxo proveniente do agitador. Com as simulações realizadas neste estudo constatou-se que o arranjo do tanque com serpentinas pode sofrer modificações quanto à forma do tanque e ao arranjo do feixe de serpentinas, possibilitando a proposição de geometrias que proporcionam melhor mistura e controle de temperatura. Este trabalho utiliza o pacote computacional CFX-F3D para a realização das simulações. O modelo é bidimensional e o tanque opera em regime laminar. O pacote utiliza o método dos volumes finitos com variáveis colocalizadas e sistema de coordenadas "body-fitted" para resolver as equações do modelo. A comparação dos resultados obtidos, através de várias simulações de arranjos de serpentinas, permitiu a obtenção de um arranjo otimizado de serpentinas que apresenta um controle de temperatura mais eficiente e um melhor coeficiente de transferência de calor com minirnização dos gastos de energia / Abstract: Stirred tank reactors are extensively used in chemical industries to process low volume products of high value. Despite its importance, little is known about the performance of such systems. The mechanical configuration of the internals, in particular the impeller and the heat transfer surfaces, as well as mode of operation, have a deep effect in the flow. A deeper knowledge of the behaviour of such systems may provide ways to improve the mechanical designoThe aim of this study is to analyse the experimentalgeometry of a stirred tank reactor with a Rushton turbine impeller and helical coils according to the work of Oldshue and Gretton (1954), since this kind of configuration is still employed in reactor design in our days. Previous work criticised the experimental apparattus because it employs coils at the same height of the impeller blades. The simulated results showed that it is possible to modify vessel shape and coil helix which lead to designs consistent with better mixing and heat transfer. This work uses the CFX 4.1 fluid dynamics package for the calculations. The model calculates the three velocities in a two dimensional mesh for laminar flow. The software uses fínite volumes with colocalized variables and body fitted coordinates. Simulation results with varying vessel shapes and coil positions led to the determination of optimized designs with more efficient temperature control and better heat transfer coefficient, which allows reduced energy operating costs / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Ana Maria Frattini Fileti, João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Resumo: Não Informado / Made available in DSpace on 2018-08-04T07:25:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Antunes_ArnaldoJoseBannwart_D.pdf: 3655663 bytes, checksum: adb0d2c9c8215b5c4205125f25e9342c (MD5) Previous issue date: 2005 / Abstract: The present work is concerned with the design and experimental testing of control system with a fuzzy algorithm for temperature control of a methyl methacrylate (MMA) batch polymerization. Ethyl acetate is used as solvent and benzoyl peroxide is the reaction initiator. According to the literature, this reaction is complex and highly nonlinear, therefore there is some dificulty choosing the most appropriate controller. To verify the system complexity and the influence of the fuzzy control algorithm it is compared to a conventional PID (velocity form) controller. The controller tuning parameters were obtained via open-Ioop experiments. For the conventional PID, the Cohen-Coon method was applied followed by stability analysis. For the fuzzy controller, the open loop results helped to shape the knowledge base, with the determination of the membership functions. This work shows the several alternatives for tuning a fuzzy controller. It can be achieved by modifying the knowledge base or scaling factors. Besides, a digital temperature filter was succesfully used in order to prevent the oscillatory behaviour of the reaction temperature. According to experimental results, the PID-fuzzy was considered more suitable and reliable for this polymerization process control since it outperformed PID velocity form algorithm / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Thesis (M.Tech.: Chemical Engineering)-Dept. of Chemical Engineering, Durban University of Technology, 2005 1 v. (various pagings) / In bubble-less aeration oxygen diffuses through the membrane in a molecular form and dissolves in the liquid. Oxygen is fed through the lumen side of silicone rubber tube. On the outer surface of the membrane there is a boundary layer that is created by oxygen. This then gets transported to the bulk liquid by convective transport created by water circulation through the pump. The driving force of the convective transport is due to concentration difference between the dissolved oxygen in water and oxygen saturation concentration in water at a particular temperature and pressure. The design of a membrane aerated bioreactor needs an understanding of the factors that govern oxygen mass transfer. It is necessary to know the effects of operating conditions and design configurations. Although various methods of bubble-less aeration have been reported, there still exists a lack of knowledge on the immersed membrane systems. This study is aiming at contributing to the development of an immersed membrane bioreactor using silicone rubber tubular membrane as means of providing oxygen. The secondary objective was to investigate the influence that the operating conditions and module configuration have on the system behaviour. From the experimental study, the characteristic dissolved oxygen -time curve show that there is a saturation limit equivalent to the equilibrium dissolved oxygen concentration, after which there is no increase in dissolved oxygen with time. At ambient conditions the equilibrium dissolved oxygen is approximately 8 mg/L. This is when water is in contact with air at one atmospheric pressure. At the same conditions the equilibrium dissolved oxygen concentration when water is in contact with pure oxygen is approximately 40 mg/L. This is why all the experiments were conducted from 2mg/L dissolved oxygen concentration in water, to enable enough time to reach equilibrium so as to determine mass transfer coefficient. The most important parameters that were investigated to characterise the reactor were, oxygen supply pressure, crossflow velocity, temperature and module orientation. Observations from the experimental study indicated that when the system is controlled by pressure, crossflow does not have a significant effect on mass transfer. When the system is controlled by the convective transport from the membrane surface to the bulk liquid, pressure does not have a significant effect on mass transfer. All four effects that were investigated in the study are discussed.

Le furfural, identifié comme l'un des 30 principaux produits chimiques biologiques, est une molécule importante en terme de chimie verte et développement durable. L'objectif de ce travail de doctorat est de réaliser la synthèse et la conversion du furfural en flux continu et par lots. Ici, nous avons développé des méthodes plus éco-efficiente pour la synthèse du furfural, et valorisé le furfural en produits à haute valeur ajoutée, tels que le 2-furonitrile, l'alcool furfurylique, etc... Plusieurs questions clés ont été identifiées afin de concevoir des processus plus écologiques que les processus actuels. En détail, des expériences de synthèse du furfural ont été réalisées dans l'eau pure ou dans un mélange eau-solvants organiques lorsque des co-solvants (verts ou écologiques) sont nécessaires. L'irradiation par micro-ondes a été choisie comme méthode de chauffage pour accélérer le processus de déshydratation, et un réacteur à flux continu à micro-ondes a également été utilisé pour améliorer la productivité du furfural. En partant du furfural pour produire des produits chimiques à haute valeur ajoutée, des réacteurs à flux efficace, tels que Pheonix, H-cube Pro ainsi que des micro-ondes à flux continu avec micro-réacteur, ont également été identifiés comme des alternatives intéressantes pour améliorer la productivité des composés cibles. En conséquence, certains résultats prometteurs ont été obtenus du point de vue de l'industrie. / Furfural, which has been identified as one of top 30 bio-based chemicals, is an important green platform molecule, The aim of this PhD work is to realize the synthesis and conversion of furfural in batch and continuous flow. Here, we developed sorne greener methods for furfural synthesis, and valorized furfural into high value-added products, such as 2-furonitrile, furfuryl alcohol etc. Several keys issues were identified in order to design processes greener than the current ones. ln detail, experiments for furfural synthesis were performed in water or in water and organic solvent when co-solvents (green or eco-friendly) are necessary. Microwave irradiation has been chosen as the heating method to accelerate the dehydration process, and microwave continuous flow reactor was also applied to improve furfural productivity. When starting from furfural to produce high value-added chemicals, efficient flow reactors, suc as Pheonix, H-cube Pro as well as microwave continuous flow With micro-reactor, were also identified as interesting alternatives to improve the productivities of target compounds. As a result, some promising results were obtained in the viewpoint of industry.

Este trabalho descreve a aplicação de redes neurais \"feed-forward\" com três camadas em diferentes áreas da Engenharia Química. O objetivo principal do projeto é a modelagem, simulação e posterior otimização do processo de produção de isopreno empregando técnicas de redes neurais em substituição as equações de modelagem fenomenológica. A planta industrial testada é a unidade de produção de isopreno da BRASKEM (antiga COPENE). O sistema consiste essencialmente de um reator de dimerização e uma série de colunas de destilação. Uma vez que redes neurais são capazes de aprender eficientemente o processo a partir de informações extraídas diretamente de dados da planta, para este trabalho o modelo de rede neural gerado foi construído a partir de dados históricos operacionais coletados a cada 15 minutos durante o período de 1 ano. Em uma primeira etapa é realizada a análise dos dados operacionais de modo a detectar e eliminar erros grosseiros e sistemáticos. Em seguida, a modelagem e simulação do processo são realizadas. O modelo de redes neurais gerado é, então, empregado na otimização qualitativa/quantitativa do processo, construindo um \"grid\" de busca detalhado da região de interesse, através um mapeamento completo da função objetivo no espaço das variáveis de decisão. A segunda etapa diz respeito à predição de azeótropos, visando um melhor entendimento do comportamento do sistema da seção de extração de isopreno. Nas duas etapas, a grande vantagem em utilizar modelos de redes neurais, além de ajustar dados, é a capacidade que estes apresentam em representar eficientemente sistemas multivariáveis, complexos e não lineares, aprendendo o sistema, sem o conhecimento das leis físicas e químicas que o regem. Comparações entre a predição dos modelos propostos e os dados experimentais foram executadas e resultados muito bons foram conseguidos do ponto de vista industrial. ) Esta metodologia fornece informações interessantes e de maior compreensão para a análise dos engenheiros de processo do que os procedimentos convencionais correspondentes. Além disso, este trabalho mostra que a metodologia de redes neurais é promissora para varias aplicações indústrias, tais como análise de dados, modelagem, simulação e otimização de processos, bem como predição de propriedades termodinâmicas. / This work describes the application of a three-layer feed-forward neural network (NN) in different areas of chemical engineering. The main objective of this study is to model, simulate and optimize a real industrial plant, using NN by replacing phenomenological models. The industrial process studied is the isoprene production unit from BRASKEM. The chemical process consists basically of a dimerization reactor and a separation column train. Since NNs are able to extract information from plant data in an efficient manner, for this work, the neural network model was built directly from historical plant data, which were collected every 15 minutes during a period of one year. These data were carefully analyzed in order to identify and eliminate gross error data and non-steady state operation data. The modeling using NN was carried out by parts in order to get information on intermediate streams. Then, the global model was built, by interconnecting each individual model, and used to simulate and optimize the process. The optimization procedure carries on a detailed grid search of the region of interest, by a full mapping of the objective function on the space of decision variables. The second stage of this work deals with the azeotropic prediction using also the neural network approach. The objective of this step was to obtain a better understanding of the system behavior in the isoprene extraction section. Since all the cases studied are non-linear, complex andmultivariable systems, NN approach appears as a technique of interest due to its capability of learning the system without knowledge of the physical and chemical laws that govern it. Comparisons between the model\'s prediction and the experimental data were performed and reasonable results were achieved from an industrial point of view. ) Using neural network approach provides more comprehensive information for an engineer\'s analysis than the conventional procedure. This work shows that the use of NN methodology is promising for several industrial applications, such as data analysis, modeling, simulation and optimization process, as well as thermodynamics properties prediction. However, success in obtaining a reliable and robust NN depends strongly on the choice of the variables involved, as well as the quality of available data set and the domain used for training purposes.

Thesis (M.Tech.: Chemical Engineering)-Dept. of Chemical Engineering, Durban University of Technology, 2005 1 v. (various pagings) / In bubble-less aeration oxygen diffuses through the membrane in a molecular form and dissolves in the liquid. Oxygen is fed through the lumen side of silicone rubber tube. On the outer surface of the membrane there is a boundary layer that is created by oxygen. This then gets transported to the bulk liquid by convective transport created by water circulation through the pump. The driving force of the convective transport is due to concentration difference between the dissolved oxygen in water and oxygen saturation concentration in water at a particular temperature and pressure. The design of a membrane aerated bioreactor needs an understanding of the factors that govern oxygen mass transfer. It is necessary to know the effects of operating conditions and design configurations. Although various methods of bubble-less aeration have been reported, there still exists a lack of knowledge on the immersed membrane systems. This study is aiming at contributing to the development of an immersed membrane bioreactor using silicone rubber tubular membrane as means of providing oxygen. The secondary objective was to investigate the influence that the operating conditions and module configuration have on the system behaviour. From the experimental study, the characteristic dissolved oxygen -time curve show that there is a saturation limit equivalent to the equilibrium dissolved oxygen concentration, after which there is no increase in dissolved oxygen with time. At ambient conditions the equilibrium dissolved oxygen is approximately 8 mg/L. This is when water is in contact with air at one atmospheric pressure. At the same conditions the equilibrium dissolved oxygen concentration when water is in contact with pure oxygen is approximately 40 mg/L. This is why all the experiments were conducted from 2mg/L dissolved oxygen concentration in water, to enable enough time to reach equilibrium so as to determine mass transfer coefficient. The most important parameters that were investigated to characterise the reactor were, oxygen supply pressure, crossflow velocity, temperature and module orientation. Observations from the experimental study indicated that when the system is controlled by pressure, crossflow does not have a significant effect on mass transfer. When the system is controlled by the convective transport from the membrane surface to the bulk liquid, pressure does not have a significant effect on mass transfer. All four effects that were investigated in the study are discussed.