Made available in DSpace on 2015-03-26T13:52:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1210492 bytes, checksum: 9b50652b8d6d51ccdb4063535bd8ec12 (MD5) Previous issue date: 2006-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Streptavidin has been exploited as affinity tag to isolate protein in biotinilated columns. Recombinant Pichia pastoris KM71/Stp strains containing the streptavidin core gene were cultured in fed-batch generating 150 g L-1 biomass. This biomass was achieved with a simpler and shorter process that has never been reported. The yeast was pre-cultured into 50 mL minimum medium with glycerol as only carbon source at 25ºC and 250 rpm. After 12 hours incubation, the culture was transferred to a bioreactor with 200 mL of the same initial A600 0,2. After 24 hours incubation the culture was fed-batch with glycerol and basal salts medium to reach 400 mL. The glycerol concentration of 2.0 moles. L-1 combined with a flow of 0.11 mL. min-1 and aeration by air injection dispersed with a porous stone and magnetic stirring of 500 rpm were the set of conditions to yield maximum biomass. The streptavidin concentration at the supernatant of the free cell culture at 96 hours, the maximum induction period, has achieved 4.0 g. L-1, reducing to 3.2 and 0.87 g. L-1 with two reutilizations. At the same time period the immobilized culture yield 75 %, 50 % and 80% less at the first, second and third culture utilization, respectively. The immobilization and recycling of recombinant P. pastoris biomass can prove to be a potential strategy to improve volumetric productivity. / Com o intuito de utilizar estreptavidina como alvo para isolar proteínas de interesse numa coluna biotinilada, P. pastoris KM71 recombinante contendo o gene do core da estreptavidina, foi cultivada em regime de batelada alimentada na fase de produção de biomassa, alcançando uma concentração de 150 g L-1. Essa biomassa foi alcançada com um novo protocolo, que além de reduzir os passos, introduziu um aparato simples, mas eficiente de dispersão de ar. Um reator com capacidade para 1 L, com 200 mL de meio mínimo com glicerol, foi inoculado com uma pré-cultura para uma A600 inicial de 0,2. Após 24 horas de incubação, a 25 ºC, 500 rpm e injeção e dispersão de ar através de pedra porosa, a alimentação foi iniciada com meio de sais basais e glicerol até atingir um volume de 400 mL. A concentração de 2,0 moles L-1 de glicerol e fluxo de 0,11 mL min-1 utilizados na alimentação, permitiram obter máxima biomassa. Na fase de indução de estreptavidina, foi estudada a reutilização da biomassa na produção de estreptavidina em duas condições: livres em suspensão e imobilizadas em partículas de alginato de cálcio. Em ambos os casos a proteína produzida apresentou-se biologicamente funcional, exibindo ligação esperada à biotina. A concentração de estreptavidina no sobrenadante da cultura de células livres no período de máxima indução (96 horas) atingiu 4,0 g L-1, reduzindo para 3,2 e 0,87 g L-1 respectivamente em duas reutilizações. Quando comparada às concentrações de estreptavidina obtidas pelas células livres em cada utilização, a imobilização resultou na produção de 75% na primeira utilização, 50% na segunda, mas alcançando quase 80% na terceira utilização. A imobilização e a reutilização da biomassa de P. pastoris recombinante ainda não haviam sido reportadas e a produção de estreptavidina nessas condições demonstrou ser uma técnica em potencial.

O tratamento de esgoto por meio de reatores anaeróbios, entre eles o tipo “Up-flow Anaerobic Slugde Blanket” – UASB é realizado há vários anos em alguns estados do Brasil. Para o dimensionamento e o controle destes reatores é considerada uma série de fatores como temperatura, pH do meio, carga hidráulica e, o objeto deste estudo, relação de nutrientes do afluente. As Estações de Tratamento de Esgoto recebem afluentes com variadas relações de nutrientes e não há na literatura consenso acerca de quais seriam os valores ótimos para funcionamento dos reatores. A fim de buscar maior entendimento sobre o assunto e assessorar o projeto, dimensionamento, e controle dos reatores anaeróbios, foi avaliada a influência da relação dos principais nutrientes (carbono, nitrogênio e fósforo) no desempenho de reatores tipo UASB tratando afluente sintético. Neste trabalho foram utilizados quatro reatores tipo UASB com as mesmas características, além disso, condições como TDH, carga orgânica e temperatura também eram constantes entre os reatores, sendo a única variável entre eles a relação C:N:P do afluente. O afluente sintético produzido tinha DQO esperada de 500 mg/L, valor próximo ao de esgotos domésticos. As análises se dividiram em duas partes, o monitoramento que durou 362 dias e os três perfis com 10 horas cada. No monitoramento foram realizadas análises de DQO, alcalinidade, ácidos voláteis, produção de gás metano, além da medição de temperatura e ph. Nos perfis foram feitas análises de DQO, fosfatos e nitrogênio amoniacal. Para discussão dos resultados foram realizados testes estatísticos a fim de indicar a existência de correlação entre as relações C:N:P dos afluentes e alguns dos resultados encontrados como: remoção de DQO, produção e consumo de alcalinidade e ácidos voláteis e produção de metano. Foi encontrada correlação apenas entre a produção de metano e as relações C:N:P testadas, sendo que para as outras análises esta correlação não foi confirmada. Todos os reatores obtiveram altas taxas quanto à remoção de DQO, estando estas acima de 75%, isto provavelmente se deve a fonte de carbono do afluente sintético ser a glicose; com relação a alcalinidade e ácidos voláteis, os resultados entre os reatores foram próximos e indicaram o bom funcionamentos destes; e quanto a geração de metano, o reator que operou sob a relação prevista de 300:5:1 obteve um rendimento 40% maior que os demais, alcançando a média diária de 162,05 mLCH4/gDQO. / Wastewater treatment using Anaerobic reactors, such as Up-flow Anaerobic Sludge Blanket – known as UASB, has been utilized for several years in some regions of Brazil. For design criteria and process control, it is considered several parameters as temperature, substrate pH, hydraulic load and nutrient ratio. Wastewater treatment plants process effluents with a variety of nutrient ratios and there is no consensus about what would be the optimal ranges for operating those reactors. Aiming to understand and assist the design, dimensioning and control of these reactors, this work evaluated the influence of the ratios of major nutrients (carbon, nitrogen and phosphorus) in the performance of a UASB reactor treating synthetic effluent. This work has used four UASB reactors with same characteristics, besides that, conditions such as HRT, organic load and temperature were the same among reactors, the only condition varying was C:N:P affluent ratios. The synthetic affluent produced had a COD expected of 500 mg/L, value similar to domestic wastewater. The analyses were divided in two parts: monitoring lasting 362 days and three profiles of 10 hours each. During monitoring were realized analyses of COD, alkalinity, volatile fatty acids, methane production, besides temperature and pH. Profiles analysed COD, phosphate and ammoniacal nitrogen. For the results discussion were realized statistical tests in order to find a correlation between affluents C:N:P ratios and results of COD removal, production and consumption of alkalinity and volatile fatty acids, and methane production rates. It was only found correlation between methane production and C:N:P ratios tested; for the other analyses no correlation was confirmed. All reactors obtained high COD removal rates - above 75 percent, this probably happened because synthetic affluent source of carbon was glycose; production of alkalinity and consume of volatile fatty acids among the reactors were similar, indicating an effective functioning. Regarding methane production, the reactor that operated with expected ratio of 300:5:1 obtained a performance 40% higher than the others, reaching a daily average of 162,05 mLCH4/gDQO.

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.

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Jose Carlos Costa da Silva Pinto, Priamo Albuquerque Melo Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-10T00:03:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucca_EneidaAparecidade_M.pdf: 1657459 bytes, checksum: 56b6b6c35a2802734e03ed28ceb76c67 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Reatores tubulares do tipo loop são amplamente empregados nas indústrias de poliolefinas. No caso da produção de polipropileno, compõem a tecnologia Spheripol. São constituídos de duas seções tubulares interconectadas por um ponto de alimentação e por uma bomba, que promove a recirculação da massa reacional. O simulador dinâmico desenvolvido nesse trabalho é capaz de estimar valores de diversas variáveis chave no monitoramento do processo; dentre elas, o XS e o MFI. As validações feitas mostraram que o simulador é capaz de representar de forma acurada os dados experimentais disponíveis em uma planta real de polimerização, inclusive para ¿N¿ reatores em série / Abstract: Tubular loop reactors are widely used in the polyolefins industries. In the particular case of polypropylene production, loop reactors are part of the Spheripol technology. Loop reactors are composed of two tubular reactors that are connected by a feed point and a pump that is responsible for promoting recirculation of the reaction mass. The dynamic simulator developed here is able to estimate values of several important variables used to monitor the industrial process, like the XS and the MFI. The model was validated with actual industrial data obtained for different reactor configurations, including ¿N¿ reactors in series / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:19:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MartinezArias_EdgarLeonardo_M.pdf: 60155872 bytes, checksum: 6edb8dbfd65cb71ea0a617a741e58925 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A tecnologia da microreação é um importante método de intensificação de processos que oferece numerosos benefícios para a indústria de processos químicos. A elevada razão área superficial-volume aumenta as taxas de transferência de massa e energia, melhorando a eficiência e o desempenho dos reatores, e permitindo um aumento na segurança resultante do baixo hold-up em comparação com o reator convencional. O fluxo de líquidos imiscíveis nos microreatores tem mostrado uma intensificação da transferência de massa através da aplicação de estruturas internas que servem como misturadores passivos, o que aumenta a difusão e, conseqüentemente, aumenta a taxa de reação observada. Nesta dissertação, destaca-se o estudo da hidrodinâmica e da influência dos parâmetros de reação na intensificação da produção contínua de biodiesel em três microreatores com configurações diferentes, através de técnicas experimentais e computacionais. Experimentos foram realizados para caracterizar o óleo de mamona como potencial matéria prima para a produção de biodiesel. Testes reológicos, calorimetria diferencial de varredura (DSC), termogravimetria (TG/DTG) e cromatografia gasosa foram utilizados para determinar as propriedades físicas e químicas do óleo vegetal. Cromatografia de exclusão de tamanho (HPLC/SEC) foi utilizada para avaliar as diferentes variáveis que afetam a reação de transesterificação de óleo de mamona com etanol anidro tendo o hidróxido de sódio como catalisador em um reator em batelada. O efeito da temperatura, razão molar álcool/óleo, concentração de catalisador e tempo de reação foram analisados, observando a variação da composição do meio de reação. Um modelo matemático foi aplicado para descrever a cinética química de transesterificação. Tecnologias de microfabricação convencionais, tais como fotolitografia e litografia macia foram aplicadas na fabricação de microreatores utilizando fotorresiste SU-8 e polidimetilsiloxano (PDMS). Várias dificuldades no processamento do fotorresiste SU-8 para obter estruturas complexas através do processo de fotolitografia foram discutidas. No processo de litografia macia o molde foi fabricado com base em técnicas de fotolitografia, onde o fotorresiste SU-8 foi usado para construir a estrutura dos moldes dos microreatores. Experimentos foram realizados para a análise da influência da geometria do microreator. Três diferentes estruturas foram construídas: T, Omega e Tesla. A mistura dentro dos microreatores para baixos números de Reynolds foi avaliada mediante procedimentos experimentais e simulações de dinâmica de fluidos (CFD). A caracterização qualitativa da mistura foi realizada através da observação da evolução da mistura do óleo de mamona/etanol para diferentes razões de fluxo com base na taxa de transferência de um corante solvatocrômico entre os dois líquidos imiscíveis. Além disso, mediante simulações CFD foi possível caracterizar as circulações internas e capturar o mecanismo de geração de mistura, melhorando a compreensão dos resultados obtidos experimentalmente. Finalmente, a produção contínua de biodiesel foi estudada nos microreatores, a fim de avaliar a influência de parâmetros tais como: geometria, massa de catalisador, temperatura de reação, razão molar etanol/óleo e tempo de residência no rendimento da reação. Os resultados obtidos mostraram que o microreator Tesla exibiu maior mistura e alta conversão para baixos números de Reynolds em comparação com os microreatores T e Omega. Uma conversão de etil ésteres de aproximadamente 98,9% foi obtida no microreator Tesla, enquanto, para os microreatores T e Omega a conversão foi ao redor de 79,1% e 96,2%, respectivamente. Além disso, uma fibra óptica conectada ao espectrômetro portátil no infravermelho próximo foi utilizada para avaliar a possibilidade do monitoramento on-line da reação de transesterificação. / Abstract: Microreactor technology is an important method of process intensification which offers potential benefits to the chemical process industries due to the well-defined high specific interfacial area available for heat and mass transfer, which increases transfer rates, improves efficiency and reactor performance, and enhances safety resulting from low holdups when compared to the conventional reactors. The immiscible liquid-liquid two-phase flow has shown a better intensifying of mass transfer through application of internal structures that serve as passive mixers in microreactors, which enhances diffusive penetration and consequently increases the reaction rates observed. The present work highlights the hydrodynamics and the influence of process parameters in the intensification of the continuous biodiesel production using an alkaline catalyst in three different microreactors through complementary experimental and computational techniques. Initially, experiments were carried out to characterize the castor oil as potential feedstock for biodiesel production. Rheological test, differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TG/DTG) and gas chromatography were performed. Size-exclusion chromatography (SEC) was used to evaluate the different variables that affect the transesterification reaction of castor oil with anhydrous ethanol and sodium hydroxide as catalyst in a jacketed glass batch reactor. The effects of temperature, ethanol/castor oil molar ratio, catalyst concentration, and reaction time were analyzed by observing the variation of the reaction medium composition. A mathematical model was applied to describe chemical kinetic of transesterification based on the reversible mechanism of the reactions. Traditional micromanufacturing technology such as photolithography and soft lithography using SU-8 photoresist and polydimethylsiloxane (PDMS) respectively were employed for fabrication of microreactors. Several difficulties of SU-8 processing to obtain complex structures through the photolithography process have been discussed. In the soft lithography process the mold was fabricated based on photolithography techniques, and SU-8 photoresist was used to construct microreactor structure templates. Experiments were carried out to allow an examination of the influence of reactor path geometry. Three different templates were applied for evaluation: T-, Omega, and Tesla-shaped microreactors. The mixing inside of microreactors at low Reynolds number was evaluated with experimental procedures and computational fluid dynamics simulations (CFD). A qualitative characterization of the mixing was firstly carried out by observing the mixture evolution of castor oil/ethanol at different rate flow ratios on basis of the transfer of a solvatochromatic dye between the two immiscible fluids. In addition, CFD methodologies were developed to characterize internal circulations and to capture the generation mixing mechanism without chemical reaction, improved the understanding of immiscible ethanol/castor oil system. Finally, continuous biodiesel production was studied in the microreactors in order to evaluate the influence of the geometrical parameters, catalyst amount, reaction temperature, molar ratio ethanol to oil, and residence time on performance of the reaction. The Tesla-Shaped microreactor exhibited higher conversions at low Reynolds number when compared with T- and Omega-shaped microreactors. Ethyl ester conversion was about 98.9% in Tesla-shaped microreactor, whereas for T- and Omega-shaped microreactor it was only about 79.1% and 96.2% respectively. On the other hand, fiber-optic near infrared spectroscopy was used to evaluate the possibility of monitoring quantitatively the transesterification reaction on-line. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Edson Tomaz, Wilson de Figueiredo Jardim / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T04:45:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GabardoFilho_Helio_M.pdf: 3819999 bytes, checksum: a1b59cdf4b3995f67840fdb2259da9df (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O tratamento de efluentes industriais tem se tornado uma etapa fundamental do processo produtivo e os processos biológicos são atualmente o mais aplicado. No entanto, determinados tipos de efluentes não podem ser tratados por esses processos devido ao fato de possuírem características tóxicas o a presença de compostos recalcitrantes. Assim, os Processo Oxidativos Avançados (POA) podem ser aplicados com sucesso na remediação desses efluentes. O objetivo deste trabalho foi o estudo da degradação de fenol com peróxido de hidrogênio e radiação ultravioleta em reatores de seção anular, para avaliação das variáveis que influenciam no processo de tratamento e o desenvolvimento de uma metodologia de projeto de reatores para a determinação das condições ótimas de operação. As variáveis estudadas mediante análise fatorial foram a concentração de peróxido de hidrogênio, o regime de escoamento, a potência da lâmpada e o diâmetro do reator. O processo de degradação do fenol utilizando 'H IND. 2¿¿O IND. 2¿ apresenta um comportamento semelhante ao de reações autocatalíticas e o sistema pode ser arranjado de forma a otimizar sua aplicação, através de uma corrente de reciclo. Para isso foram utilizados dos reatores fotoquímicos de seção anular diferentes que foram operados em sistema contínuo e em batelada com reciclo... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Wasterwater treatment has become a fundamental stage of industrial processes. Most wastewater treatment are currently based on biological processes. However, some types of wastewater cannot be treated by such processes due to the fact of possessing toxic. Therefore, the Advanced Oxidation Process (AOP) can be used with success in such wastewater remediation. The aim of this study was to study the degradation of phenol using hydrogen peroxide and ultraviolet in annular section reactor, observing the influence of certain variables in the treatment process and the development of a photochemical reactor design methodology to determine the best operation conditions. The factors studied through factorial analysis were hydrogen peroxide concentration, flow regime, light bulb power and reactor diameter. The phenol degradation process using 'H IND. 2¿¿O IND. 2¿ behaves similar to autocatalytic reactions and this system can be optimized through a recycle flow. Two photochemical reactors were used with different annular section operated both in a continuous flow and batch recycle system. The degradation was monitored by Total Organic Carbon (TOC). Showed to be more significant light bulb power, hydrogen peroxide concentration and reactor diameter, and that there is an interaction effect with these last two factors... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / 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 2018-08-05T16:58:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Victorino_IgorRicardodeSouza_D.pdf: 14787602 bytes, checksum: 301a75422a3abe39a4a0cf4033a18eae (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Nas últimas décadas, com o aumento da competitividade do mercado mundial (redução de custos, preços, aumento da produtividade e eficiência dos processos produtivos), houve um grande interesse em aperfeiçoar e otimizar os diversos processos de variadas plantas químicas existentes. Várias técnicas clássicas de otimização vêm sendo utilizadas para tal objetivo, mas muitas dessas se tornaram ineficientes principalmente quando a complexidade do problema vem se tornando cada vez maior, onde várias questões são abordadas como: número elevado de variáveis dos processos, a não linearidade dos modelos, que fornecem inúmeras soluções possíveis, mas não resolvendo os casos de interesse ou não sendo as ideais. Como alternativa uma nova classe de algoritmos, os chamados algoritmos genéticos (uma categoria dos algoritmos evolucionários) vêm aparecendo e sendo aplicados em diversos casos de otimização, atingindo grande popularidade nos últimos anos. Os AGs têm apresentado grande potencialidade e habilidade para resolver problemas de otimização de grande complexidade em diversos campos, incluindo a Engenharia Química. Neste trabalho o principal objetivo é utilizar esta técnica (dos AGs) em um exemplo relacionado a um reator industrial de produção de Álcool Cíclico (AC) otimizando parâmetros operacionais. O Álcool Cíclico é uma importante matéria-prima na produção de nylon tendo grande interesse comercial. A intenção é mostrar que a técnica é adequada para maximização da produção de AC, obtendo bons resultados com melhoramentos dos parâmetros operacionais (redução de catalisador, redução da temperatura do processo e/ou redução das correntes totais de refrigerante), além de se atentar para as questões ambientais como controle de reagentes não reagidos com extrema toxidade. Os resultados são promissores mostrando o aumento do desempenho do processo (aumento considerável na produção do AC) com alterações dos parâmetros operacionais analisados. Esses resultados são excelentes mostrando alto desempenho na produtividade de AC (aumento considerável na produção de AC) com alterações nos parâmetros operacionais analisados. Esses resultados evidenciam que esta nova técnica utilizada é muito promissora e de grande aplicabilidade, não somente para equipamentos individuais, como esse estudo, mas em processos inteiros, podendo ser representados por modelos confiáveis, além de poderem ser aplicados em tempo real, através do controle, manutenção ou melhoria do processo produtivo / Abstract: In the last decades, with the increase of the competitiveness of the world market (reduction of costs, prices, increase of the productivity and efficiency of the productive processes) there was a great interest in to improve and to optimize the several processes of chemical industries. Several optimization classic techniques have been used with that aim, but many of those techniques are not efficientf, mainly when the complexity of the problem is very larger, where several subjects are approached as: high number of variables of the processes, the non-linearity of the models, that supply several possible solutions, therefore not solving the interest cases. As alternative, a new class algorithms, denominated of genetic algorithms (a evolutionary algorithms category) being applied in several optimization cases, reaching great popularity in the last years. The Genetic Algorithms (GAs) have presented great potentiality and ability to solve complex optimization problems in several fields, including the Chemical Engineering. In this work, the main objective is to use this technique (GAs) in an example related to a Cyclic Alcohol (CA) production industrial reactor, optimizing some important operational parameters. The Cyclic Alcohol is an important material for the nylon, of great commercial interest. The interest of this work is to show that the genetic algorithms technique can be useful to CA production maximization, obtaining good results with improvements of the operational parameters (catalyst reduction, reduction of the temperature of the process and/or reduction of the total cooling fluid). Some cares should be considered, mainly when reactants emissions (main reactant) happen in high concentrations causing damages to the environmental, needing to control these emissions because high toxicity. The results are excellent, showing high performance in the CA productivity (considerable increase CA production) with changes in operational parameters analyzed. Those results evidence that this new technique is very promising and great applicability, not only for individual equipments, as this study case (production reactor), but in complete and complex processes that can be represented by a reliable model besides to be applicable in real time, through control, maintenance and improvement of the production process / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Flávio Vasconcelos da Silva, Pedro Leite de Santana / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T16:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesus_JosiasMaximode_D.pdf: 3058451 bytes, checksum: e1bd549f7ad9180f71742e7b191881cb (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Os reatores de leito fixo constituem importantes sistemas da engenharia química, com muitas aplicações em diversos processos industriais, notadamente no campo das indústrias de refino do petróleo e petroquímica. Do ponto de vista da analise de processos químicos, se mostra relevante o estabelecimento de modelos matemáticos representativos que possam ser aplicados ao projeto, a otimização e ao controle desses sistemas. Neste trabalho, apresenta-se a modelagem matemática fenomenológica de um reator de leito fixo para a síntese de anidrido ftalico por oxidação de o - xileno, considerando-se as resistências difusionais mássicas e térmicas externas associadas ao processo de reação catalítica, o qual e realizado com catalisadores não porosos a base de óxidos de vanádio e titânio. O modelo matemático foi implementado como um modulo computacional para simulação do processo nos estados estacionário e dinâmico, a partir do qual se fez um estudo de sensibilidade paramétrica que mostrou à forte influencia da temperatura e da concentração de o - xileno na corrente de alimentação, bem como da temperatura do fluido térmico, no comportamento global do reator. Essas constatações permitiram a proposição de estruturas de controle com o objetivo de regular a concentração do produto na saída do reator e manter uma condição térmica operacional segura. Para o controle do reator foram consideradas duas estruturas: (i) um esquema de controle direto da concentração utilizando um controlador convencional PI e um controlador por lógica fuzzy (Fuzzy-PI) e (ii) um esquema de controle cascata concentração-temperatura utilizando também controladores convencionais PI e Fuzzy-PI nas duas malhas (primaria e secundaria) que compõem a estrutura cascata. Cada controlador teve seu desempenho analisado mediante perturbações do tipo degrau impostas nas condições de alimentação dos reagentes (composição e temperatura). Os resultados evidenciaram um bom desempenho das estruturas de controle cascata, que se mostraram eficientes para controlar a concentração do produto na saída do reator e garantir ao mesmo tempo um regime térmico seguro. Na presença de ruído, os controladores Fuzzy-PI apresentaram um desempenho superior ao dos controladores PI convencionais / Abstract: Fixed bed reactors are important systems in chemical engineering with several applications in many industrial processes, mainly in petroleum refining and petrochemical industries. A comprehensive view on these systems through mathematical modeling is crucial for design, optimization and control issues. This work presents a phenomenological mathematical model for a fixed bed reactor applied to the phthalic anhydride synthesis from o-xylene oxidation using supported non-porous V2O5-TiO2 catalyst. All resistances due to mass and heat flows from the fluid phase to the catalytic particle surface are considered in the mathematical formulation. The mathematical model consisted of a Matlab based computational code for the process simulation both in dynamic and steady-state conditions, providing a parametric sensitivity study that showed the intensive influence of the feed conditions in terms of temperature and o-xylene concentration, as well as the effect of thermal fluid temperature on the global reactor behavior. These observations provided control structures to regulate product concentration leaving the reactor and to avoid the formation of excessive hot spots along the catalytic bed, what is a necessary condition to maintain a safe thermal system operation. It were proposed two structures to control the reactor: (i) a straightforward scheme to control the concentration of phthalic anhydride in the reactor outlet using conventional PI and fuzzy PI controllers, and (ii) another scheme based on a cascade control temperature-concentration also using conventional and fuzzy PI controllers in two (primary and secondary) loops. The behavior of each controller was analyzed by imposing stepwise perturbations in inner o-xylene concentration and in the temperature of the feed. The results showed a good performance of cascade-type controllers, providing the proper regulation of the controlled variable and a safe thermal regime for the system operation. On the other hands, fuzzy logic controllers exhibited better performance for the reactor regulation when measurement noise was taken in account / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: José Roberto Nunhez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T14:31:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Spogis_Nicolas_D.pdf: 69966083 bytes, checksum: 554cc0001f4c590e07f36262cc8c616b (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Atualmente o ciclo de desenvolvimento de produtos requer um baixo tempo de projeto e mínimos custos. Ao mesmo tempo, a qualidade final do produto não deve ser afetada; pelo contrário, as companhias precisam melhorar seus produtos para se manterem no mercado competitivo. Em muitas indústrias, o uso de software de otimização de projetos está se tornando a principal ferramenta para alcançar rapidamente estas metas aparentemente contraditórias. O projeto de processos químicos e equipamentos é uma tarefa que exige um apoio experimental significante e um grande número de protótipos e testes. Visando reduzir o tempo de desenvolvimento, os softwares ANSYS CFX e modeFRONTIER foram acoplados a fim de obter um projeto de um impelidor de alta eficiência para aplicações "flow-controlled" e para mistura de produtos de baixa viscosidade. A análise de desempenho do impelidor foi realizada através do modelo de turbulência SST (Shear- Stress Transport) acoplado com um modelo de correção para curvatura das linhas de correntes. O modelo SST combina as vantagens dos modelos k- ? e k-?, garantindo uma excelente relação entre a tensão turbulenta e energia cinética turbulenta, além de fornecer uma predição precisa e robusta de descolamentos/separações da camada limite. Os modelos "Multiple Frames of Reference" e "Frozen Rotor Frame Change" foram usados para investigar a interação entre as partes móveis (impelidor) e as partes estáticas (parede do vaso e chicanas) no tanque de mistura. Um algoritmo estocástico robusto (MOGA II) foi utilizado como método de otimização. A otimização multi-objetivo possui sete variáveis de entrada, duas restrições não lineares, e duas funçõesobjetivo. Através deste estudo foi possível obter um aumento simultâneo da capacidade de bombeamento do impelidor e da homogeneidade de mistura / Abstract: Nowadays product development cycle requires shorter turnaround times and lowers costs. At the same time, quality should not suffer; on the contrary, companies need to improve their products in order to remain competitive. In many industries, the use of design optimization software is fast becoming the major way to achieve these apparently conflicting goals. The project of chemical processes and equipments is a task that demands a significant experimental support and a great number of prototypes and tests. Aiming at reducing the development time, ANSYS CFX tools have been successfully coupled to modeFRONTIER so as to lead to an optimal design of a high efficiency impeller for flow-controlled, low viscosity applications. The analysis of impeller shape performance was carried out with the SST (Shear-Stress Transport) model coupled with the streamline curvature turbulence model. The SST model combines the advantages from the k-? and k-? models, ensuring proper relation between turbulent stress and turbulent kinetic energy and allowing accurate and robust prediction of the impeller blade flow separation. The Multiple Frames of Reference and the Frozen Rotor Frame Change model were used in order to investigate the rotor/stator interaction inside the mixing vessel. A robust stochastic algorithm was used for the automatic multi-objective constrained shape design process. The multi-objective function has seven design variables, two nonlinear constraints, and two objective functions. Simultaneous increase of the impeller pumping capacity and mixing vessel homogeneity were achieved using this method / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

We analyze a number of systems of evolution equations that arise in the study of physical chemistry. First we discuss the well-posedness of a system of mixing compressible barotropic multicomponent flows. We discuss the regularity of these variational solutions, their existence and uniqueness, and we analyze the emergence of a novel type of entropy that is derived for the system of equations. Next we present a numerical scheme, in the form of a discontinuous Galerkin (DG) finite element method, to model this compressible barotropic multifluid. We find that the DG method provides stable and accurate solutions to our system, and that further, these solutions are energy consistent; which is to say that they satisfy the classical entropy of the system in addition to an additional integral inequality. We discuss the initial-boundary problem and the existence of weak entropy at the boundaries. Next we extend these results to include more complicated transport properties (i.e. mass diffusion), where exotic acoustic and chemical inlets are explicitly shown. We continue by developing a mixed method discontinuous Galerkin finite element method to model quantum hydrodynamic fluids, which emerge in the study of chemical and molecular dynamics. These solutions are solved in the conservation form, or Eulerian frame, and show a notable scale invariance which makes them particularly attractive for high dimensional calculations. Finally we implement a wide class of chemical reactors using an adapted discontinuous Galerkin finite element scheme, where reaction terms are analytically integrated locally in time. We show that these solutions, both in stationary and in flow reactors, show remarkable stability, accuracy and consistency. / text