Orientador: Elias Basile Tambourgi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T06:06:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aquino_JoseAuryde_D.pdf: 11769147 bytes, checksum: 7cb509e6e6ffa7b68582338ae5eb0732 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A flotação é o processo de concentração mais utilizado para recuperação dos minerais de fósforo contido nos minérios fosfáticos. No Brasil existem várias -Unidades industriais de produção de concentrado fosfático para uso na indústria de fertilizante. Essas unidades são constituídas das etapas de cominuição, homogeneização, separação magnética, deslamagem, condicionamento e flotação. A flotação é realizada nessas unidades industriais utilizando células mecânicas ou de colunas. As primeiras indústrias de concentração de rocha fosfática foram implantadas no Brasil no inicio da decada de setenta utilizando células mecânicas. Essas células têm como principal inconveniência a baixa seletividade e os níveis insatisfatórios de recuperação de apatita nas trações finas. Em função disso, a partir de 1992 iniciou-se a substituição parcial ou total das células mecânicas pelas colunas nas unidades industriais de concentração de rocha fosfática. Até o momento tem-se verificado que para a recuperação da apatita contida nas trações finas as colunas substiuem satisfatoriamente as células mecânicas. Entretanto, para as trações grossas os resultados obtidos nas colunas não têm sido satisfatórios. Dessa forma, foi realizado esse estudo com o objetivo de verificar o desempenho de três tipos de coluna diferentes denominadas convencional, agitada e de recheio utilizando duas amostras de minério fosfático com granulometrias grossas. O estudo compreendeu basicamente a coleta, preparação e caracterização das amostras, construção das colunas convencional e agitada e importação da coluna de recheio, instalação da unidade piloto, realização dos testes de flotação, cálculo e análise dos resultados. Os resultados com a amostra da Arafértil mostraram que nas três colunas foram obtidos concentrados com baixos niveis de teor de P20S e elevados dos elementos I;O!:_:'2!rjnantes Fe203 e Si02. Com relação a recuperação de P2Os foram obtidos niveis satisf.'ÍtorÍos nas colunas convencional e agitada e baixos na coluna de recheio. Através de estudos de caracterização mineralógica realizados com amostras de alimentação e rejeito da flotação identificou-se que a principal razão dos baixos níveis de teor de P20S obtidos nos concentrados das três colunas foi o baixo grau de liberação da apatita contida na amostra da Arafértil e a presença de apatita microcristalina disseminada nos minerais de ganga. Em função disso, foi realizado um novo estudo utilizando as três colunas e uma amostra de minério fosfático da F osfértil com granulometria grossa e grau de liberação da apatita adequado para separação dos minerais de ganga. Com as condições otimizadas foram obtidos concentrados com baixo teor e elevada recuperação de P205 nas colunas convencional e agitada. Na coluna de recheio foi obtido concentrado com elevado teor e baixa recuperação de P2Os. Os teores dos contaminantes Fe203 e Si02 no concentrado de apatita foram elevados nas colunas convencional e agitada e baixos na coluna de recheio. Em função dos resultados obtidos nas três colunas com a amostra da F osfértil foi projetada e construída uma coluna piloto que permitisse a obtenção de níveis satisfatórios de teor e recuperação de P2Os. Essa coluna foi denominada modificada e se caracterizou em manter a seção de coleta semelhante a da coluna convencional e a seção de limpeza a da coluna de recheio. Foram realizados testes utilizando essa coluna e a amostra de minério fosfático da Fosfértil. Os resultados obtidos mostraram que houve uma elevação na seletividade da notação da apatita com relação a coluna convencional e uma elevação na sua recuperação com relação a coluna de recheio. Os teores dos contaminantes Fe203 e SiOz foram baixos se comparados aos obtidos na coluna convencional. Na coluna modificada foi obtido um concentrado com teor de 36,5 % e recuperação de 82,5 % de P2Os e os teores dos principais elementos contaminantes na faixa desejada de produção de concentrado fosfático / Abstract: Froth flotation is the concentration process most utilized for the recovery of apatite from phosphate rocks. In Brazil there are many mineral industries supplying phosphate concentrates for the fertilizer industries. The main unit operation in these industries are cominution, magnetic separation, classification and flotation circuito. Flotation is carried out in these industries using conventional mechanical cells or columns. The first phosphate rocks concentration plants were set up in Brazil in the beginning of the seventies using mechanical cells. Throughout these years these cells have demonstrated poor selectivity and low recovery for apatite fines. Therefore, from 1993 it has begun a partial and some times, total replacement of the mechanical cells for columns. Up to now, it has been observed that as far as the performance of recovery of fines is concerned, the replacement of mechanical cells for coIumns has been well succeded. On the other hand, the recovery for the apatite coarse fraction has not been so good. This research has been carried out in order to study the performance of three different types of column: conventional, packed and agitated, aiming a higher recovery of coarse fraction of apatite. The main parts of this research were: collection, preparation of samples and characterization, building of conventional and agitated column set up of pilot plant, flotation tests and analysis of results. The results achieved using the material from Arafértil, showed that the concentrates produced in all three columns had low grades of P205 and high grades of contaminants such as Fe203 and SiO2. Concerning the recovery of P205 , satisfactory levels were achieved of the conventional and agitated column, while low leveI of recovery was obtained for the packed column. Through mineralogical characterization of feed and tails, it was possible to realize that the main reason for the poor result obtained for low concentrate content of P205 was d'..::: '_0 the presence of unliberated apatite of the sample brought ffOm Arafértll. Thert': was a dissemination of microcristaline apatite distributed throughout the tail mineraIs. For that reason, a new study was carried out using a new sample of phosphate rock with coarse size distribution originated from F osfértil, and of course, with apatite mineraIs sufficiently liberated from the gangue mineraIs. After the optimization of the process, it was possible to get concentrates of low grade and high recovery of P20S using conventional and agitated column. For the packed column, the concentrate produced had higher grade and the recovery was lower than the others. The contaminants content (Fe203 and SiO2) in the concentrate were high for the tests carried out in conventional and agitated column and low for packed column. Due to the results obtained for the tests developed in the three columns, it was possible to design and build a pilot column, in order to check scale up problems and to make possible the obtention of good levels of recovery and higher grades. This column was labeled as "modified", and its main characteristics was to have the collection zone similar to the conventional column and the cleaning zone similar to the packed column, something like a hybrid column. The results obtained, showed that the hybrid column increased of selectivity and improved the recovery when compàred with the conventional and packed column. The contaminants content (Fe203 and SiO2) were lower than the conventional column. It was possible to get, using the hybrid column, a concentrate grade of 36,5% and a recovery of 82,5% P-20S, plus to obtain contaminants content within the range established by the fertilizer industries / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-23T02:16:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 243498.pdf: 2684334 bytes, checksum: 20d1d1765929f2aa80a2456e17a96b42 (MD5) / A modelagem dinâmica é hoje uma ferramenta importante na análise de processos. De posse de um modelo dinâmico é possível determinar e avaliar o comportamento de determinadas variáveis de interesse. O modelo disponibiliza tanto variáveis internas do processo, que dificilmente seriam medidas, como variáveis facilmente mensuráveis. É também possível realizar pertubações que dificilmente seriam realizadas em uma unidade industrial ou piloto, tanto devido a fatores economicos como de segurança. A partida de colunas de destilação é uma das operações mais difíceis na indústria química. O procedimento de partida, devido ao seu elevado período de tempo, possui tanto problemas de produtos fora de especificação quanto elevado gasto de energia. De posse de um modelo dinâmico diferentes condições e ações podem ser testadas e o procedimento pode ser otimizado. Entretanto, os modelos de colunas de destilação são representados por um sistema de equações algébrico-diferenciais de índice superior, e são escritos de forma a serem resolvidos sequencialmente. Este trabalho de tese implementa um modelo dinâmico de uma coluna de destilação para representar sua partida e operação. São analisados os resultados do estado estacionário, da dinâmica do processo quando submetido a perturbações e os perfis obtidos no procedimento de partida. O trabalho também apresenta uma forma diferenciada de escrever o modelo, forma simultânea e, utiliza um pacote de integração (PSIDE), até então não empregado em colunas de destilação. Este resolve o sistema de equações sem redução de índice. Como um trabalho complementar, foi proposta a utilização de uma rede neural wavelet para ser utilizada como sensor por software. A proposta basea-se no fato de que em problemas de grande porte pode não ser viável utilizar um modelo fenomenológico. Comuns são os problemas de inicializar todas as variáveis desejadas pois, pode não haver disponibilidade destes valores e o tempo de resolução do modelo pode ser elevado devido ao grande conjunto de equações algébrico-diferenciais. A rede neural, uma vez bem treinada, é capaz de fornecer os resultados sem os problemas citados acima.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 222949.pdf: 5242025 bytes, checksum: 8ddc6bff137ca19f60c4843db2f921da (MD5) / Colunas de destilação necessitam de sistemas de controle capazes de rejeitar flutuações que ocorrem com freqüência, mesmo quando o processo está operando em regime permanente. O comportamento não-linear, associado ao acoplamento das variáveis, restrições na operação, constantes de tempo elevadas e a presença de atraso na resposta geram transientes elevados quando o processo é perturbado. Uma vez que o controle destas unidades é normalmente realizado centralizado na base e no topo propôs-se uma mudança nesta configuração: a introdução de pontos de aquecimento nos pratos ao longo da coluna. Assim, o objetivo deste trabalho foi implementar uma estratégia de controle com ação distribuída para minimizar os transientes de operação de colunas de destilação. O desenvolvimento do trabalho partiu da concepção, projeto e construção de uma unidade experimental instrumentada com protocolo de comunicação digital fieldbus até o estudo e validação da estratégia proposta com testes realizados com uma mistura de etanol-água. Estudou-se a partida da coluna e definiu-se uma rotina adequada às características da unidade construída. Da mesma forma, avaliou-se o comportamento em estado estacionário para a definição dos pontos de operação. Em relação à implementação da proposta de controle distribuído, preliminarmente foi estudada a dinâmica da unidade e determinaram-se os tempos de resposta e atrasos presentes no comportamento do processo. Observou-se, por exemplo, que para uma perturbação na composição da alimentação, o novo estado estacionário (em malha aberta) foi obtido com um tempo de transição de cerca de uma hora e meia. Foi realizada a análise de sensibilidade em conjunto com testes na planta para definir os pratos a serem utilizados para o aquecimento distribuído. Obteve-se como resultado a indicação dos pratos 2 e 3 para o estudo da estratégia com ação distribuída. Em seguida, foram ajustados controladores PID para as malhas da temperatura da base e do último prato, caracterizando o controle convencional. A dinâmica deste foi comparada com a abordagem distribuída (controle na base, no topo e nos pratos da coluna). Quando avaliada a abordagem convencional e a distribuída para uma perturbação na temperatura de alimentação verificou-se a redução no tempo de transição da coluna e das oscilações na variável controlada quando utilizada a abordagem proposta. Para uma perturbação na composição da alimentação foi observado que a ação distribuída reduziu o transiente em cerca de 1h. Assim, a introdução de aquecimento distribuído ao longo da coluna mostrou-se como uma opção válida para a redução de transientes, possibilitando uma dinâmica mais rápida e menores volumes processados fora dos parâmetros de qualidade pré-definido.

Orientador: Solange Cadore / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T07:26:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goi_RosemaryDias_M.pdf: 1512831 bytes, checksum: a11328307fce5dc8968d53d527943259 (MD5) Previous issue date: 1998 / Mestrado

Tese de mestrado. Estruturas de Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

A dissertação apresenta o problema de corte de estoque, que é um problema de otimização inteiro, difícil de ser resolvido computacionalmente. Resolvemos o problema relaxando a condição de integralidade pelo método simplex com geração de colunas, mas esta solução não é viável na prática. Estudamos várias heurísticas para a obtenção da solução inteira do problema.

Modelos simplificados fisicamente interpretáveis são importantes em diversas aplicações industriais. Colunas de destilação, dada sua importância para a lucratividade da planta e por consumirem muita energia, requerem modelos estáticos e dinâmicos dessa natureza, que auxiliem para a sua operação ótima. Como aplicações de tais modelos, destacam-se controle, otimização e treinamento de operadores. Esse campo de pesquisa é promissor, uma vez que, apesar da complexidade destes sistemas, estes apresentam uma dinâmica dominante de baixa ordem para as composições. Nesta dissertação é proposto um método rápido e preciso para determinação desta dinâmica dominante. Para tanto, considera-se uma coluna como sendo a combinação de quatro subsistemas: condensador (I), refervedor (II), zona de retificação (III) e zona de esgotamento (IV). Para (III) e (IV) são propostas expressões simples e com significado físico (shortcuts dinâmicos) para as constantes de tempo dominantes de cada seção. Expressões completas para o modelo estático de cada seção são também propostas em conjunto com um método para a geração da respectiva álgebra de blocos, que evidencia os reciclos entre os estágios de cada seção. Os reciclos entre os subsistemas (I) a (IV) são os responsáveis pelo deslocamento dos polos dominantes de cada seção, o que conduz à dinâmica dominante da coluna. Este fenômeno é explicado pela álgebra de blocos entre estes subsistemas proposta neste trabalho. Ainda que as expressões para as constantes de tempo dominantes de cada seção sejam oriundas de um modelo linearizado da mesma, a álgebra de blocos entre as seções introduz a não linearidade que explicita a dinâmica dominante da coluna, decorrente das correntes de refluxo. Por serem sistemas multivariáveis, shortcuts para a predição da direcionalidade, com base no deslocamento dos perfis de composições estacionárias de cada seção após estas sofrerem perturbações, são também propostos. Shortcuts para a álgebra de blocos, que explicitam qual seção da coluna é a dominante frente à outra, também são apresentados. Todas as métricas citadas são rápidas e precisas. Os erros relativos correspondentes aos modos dinâmicos são em sua maioria inferiores a 10% quando comparados com o respectivo modelo linear completo. A álgebra de blocos é exata e fornece métricas para explicar a dinâmica dominante de colunas. Contudo, é necessário ter posse de um modelo linear. Na ausência deste, almeja-se que as bases dinâmicas do método proposto auxiliem para o desenvolvimento de modelos caixa cinza para colunas reais, com o auxílio de dados de planta. / Simplified models that provide insight about the system physics are important to many industrial applications. Distillation columns, due to their contributions to process profitability and their high energy consumption, require static and dynamic models of this class, which are helpful to their optimal operation. Key applications of such models are control, optimization and operator training. This research field is promising, since despite distillation columns having complex dynamic behavior, their composition responses present low order dynamics. In this work, a fast and accurate method, for prediction of the mentioned dominant response, is presented. For this goal, the column is considered as the combination of four subsystems: condenser (I), reboiler (II), rectifying zone (III) and stripping zone (IV). For (III) and (IV), simple expressions for the dominant time constant of each column section, featuring insight of the physics (dynamic shortcuts), are proposed. Full expressions for the static gains of each section are also proposed with a method to generate the respective block diagram algebra. The recycle streams between all the (I) to (IV) subsystems move the poles of each subsystem, leading to the column dominant dynamics. This is explained by the full block algebra between all the subsystems that’s proposed in this work. Even if the dominant time constants of each section are generated from its linear model, the block algebra between the sections inserts the non-linearity that explains the column’s dominant behavior due to the recycle streams. Since distillation columns are multivariate systems, shortcuts that predict the process directionality, with basis on the stationary composition profiles changes, are also proposed. Shortcuts for the block diagram algebra, which make explicit the section with dominant dynamics, are also presented. All of the methods presented are fast, simple and accurate. The relative errors for the sections time constants are mostly inferior to 10% when compared to the respective full order linear model. The block algebra is exact and provides insight on the dominant dynamic behavior of the columns. However, linear models of the systems are required. In absence of linear models, one important future goal of this work is to verify its applicability to build grey box models, with support of industrial data, for real columns.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado. Engenharia de Manutenção Industrial. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009