Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-14T11:27:33Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoAplicacaoLama.pdf: 5232326 bytes, checksum: 96b71b7f92a99747009c65afde540dfa (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-16T12:33:44Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoAplicacaoLama.pdf: 5232326 bytes, checksum: 96b71b7f92a99747009c65afde540dfa (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-16T12:33:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoAplicacaoLama.pdf: 5232326 bytes, checksum: 96b71b7f92a99747009c65afde540dfa (MD5) Previous issue date: 2015-07-02 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O presente trabalho teve o intuito de avaliar a utilização da gordura residual retirada de caixas retentoras de gordura como uma matéria-prima alternativa no processo de produção de biocombustíveis. O processo de craqueamento térmico catalítico da gordura residual foi realizado nas escalas de bancada e piloto utilizando a Lama vermelha (LV) calcinada a 1000°C como catalisador em diferentes concentrações (5%, 10% e 15%). Os produtos líquidos orgânicos (PLO’s) obtidos nos experimentos de craqueamento foram destilados em uma Unidade de Bancada, onde ocorreu a produção de frações de hidrocarbonetos nas faixas do diesel verde leve e diesel verde pesado. Desta forma, os PLO´s e as frações foram caracterizados através da realização de análises físico-químicas e composicional, onde os resultados obtidos acabaram sendo comparados de acordo com as especificações estabelecidas pela norma da ANP N° 65 para óleo diesel S10. O PLO produzido na unidade de bancada e piloto de craqueamento utilizando o teor de 5% de catalisador (LV calcinada a 1000°C) quando comparado com os experimentos que utilizaram concentrações de 10% e 15% de LV, mostrou os melhores resultados para o índice de acidez, viscosidade cinemática e densidade, ratificando que esse experimento apresentou um dos melhores rendimentos do processo e resultados significativos no que tange as análises físico-químicas e de composição. Os processos de destilação dos PLO’s realizado na Unidade de Destilação em Escala de Bancada apresentaram bons rendimentos para as frações de hidrocarbonetos na faixa do diesel verde pesado. As frações de diesel verde pesado obtidas após a destilação do PLO produzido com o teor de 5% de catalisador apresentaram rendimento significativo e os melhores resultados físico-químicos entre todas as frações obtidas neste estudo, principalmente no que tange ao índice de acidez. Foi comprovado através das análises de Infravermelho, Ressonância Magnética Nuclear e Cromatografia gasosa acoplado a um espectrômetro de massa a presença de hidrocarbonetos na composição dos produtos líquidos orgânicos. / This study aimed to evaluate the use of residual fat taken from retaining grease traps as an alternative raw material in the biofuel production process. The catalytic process of thermal cracking of the residual fat was carried out in bench scale and pilot using the red mud (LV) calcined at 1000 ° C as catalyst at different concentrations (5%, 10% and 15%). Organic liquids (PLO's) obtained in the cracking experiments were distilled in a bench unit, which was the production of hydrocarbon fractions in bands of light green diesel and heavy green diesel. Thus, PLO'se fractions were characterized by carrying out physicochemical and compositional analysis where the results turned out to be compared according to the specifications established by the standard of ANP No. 65 for diesel S10. The produced in the PLO counter and cracking unit using the pilot content of 5% catalyst (LV calcined at 1000 ° C) when compared with experiments using concentrations of 10% and 15% of LV showed the best results for the acid value, kinematic viscosity and density, confirming that this experiment had one of the best yields of the process and significant results regarding the physicochemical and compositional analysis. Distillation processes of the PLO's done in the distillation unit in Bench Scale showed good yields for hydrocarbon fractions in heavy green diesel range. The heavy green diesel fractions obtained after distillation of the PLO produced with 5% catalyst content showed significant yield and the best physicochemical results of all fractions obtained in this study, especially with regard to the acid value. It was confirmed through analysis of the Infrared, nuclear magnetic resonance, and gas chromatography coupled to a mass spectrometer the presence of hydrocarbons in the composition of the organic liquids.

Os riscos de poluição ao meio ambiente envolvendo petróleo envolvem, não só o seu transporte, como também seu refino. O prejuízo causado por um derramamento de petróleo vai além de danos à fauna e flora, pois envolvem também questões sociais. A emissão de óxidos de enxofre, denominadas SOx, durante o refino de petróleo através do craqueamento catalítico em leito fluidizado (FCC) também é uma das preocupações ambientais, já que esses óxidos estão relacionados com o a formação de chuva ácida e problemas respiratórios. Os hidrocarbonetos provenientes de um derramamento podem ser degradados em produtos menos agressivos ao meio ambiente, por oxidação química, por exemplo. Já as emissões de enxofre na unidade de FCC podem ser minimizadas por diversos processos, como por exemplo, o uso de aditivos nas unidades de FCC. Nesse trabalho óxidos de manganês dos tipos OMS-1 e OMS-2 foram sintetizados em presença e ausência de biomassa e óxidos OMS-2 foram dopados com os metais cobre, vanádio e ferro. Possíveis alterações em suas propriedades, suas atividades catalíticas em oxidação de hidrocarbonetos e em testes de captura de enxofre em condições de temperatura similares à unidade de FCC foram investigadas. Constatou-se uma diminuição na área superficial, tamanho e volume de poros nos óxidos sintetizados em presença de biomassa, através de uma análise de adsorção e dessorção de N2 (ASAP), porém seus difratogramas em uma análise de difração de raio X de pó (DRX) revelaram a obtenção de estruturas do criptomelano em todos os OMS-2. Os óxidos OMS-2 testados na oxidação do cicloexano, não sofreram modificações em sua estrutura após seu uso como catalisador, mas a presença da biomassa na síntese não aumentou sua atividade catalítica. Nos testes DeSOx, o óxido dopado com ferro apresentou o melhor desempenho e testes em ciclos mostraram ser possível sua reutilização / The risk of pollution to the environment involving oil involve not only the transport, as well as its refining. The damage caused by an oil spill goes beyond damage to fauna and flora, they also involve social issues. The emission of sulfur oxides, SOx called during the refining of oil through the fluidized catalytic cracking (FCC) is also an environmental concern, since these oxides are related to the the formation of acid rain and respiratory problems. The hydrocarbons from a spill can be degraded into less harmful products for the environment by chemical oxidation, for example. Since sulfur emissions in the FCC unit can be minimized by various methods, for example, the use of additives in FCC units. In this work manganese oxides types of OMS-1 and OMS-2 are synthesized in the presence and absence of biomass and OMS-2 oxide was doped with the metals copper, vanadium and iron. Possible changes in their properties, their catalytic activities in the oxidation of hydrocarbons and sulfur capture in conditions similar to the FCC unit were investigated temperature tests. Found a decrease in the surface, size and volume of pores in the oxides synthesized in the presence of biomass area, through an analysis of N2 adsorption and desorption (ASAP), but their diffraction patterns on an analysis of X-ray diffraction powder (XRD) revealed the structures of obtaining criptomelano in all OMS-2. The OMS-2 oxides tested in the oxidation of cyclohexane, have not changed in its structure following its use as a catalyst, but the presence of biomass synthesis did not increase its catalytic activity. In Desox tests, the iron oxide doped showed the best performance and testing cycles proved possible reuse

Os riscos de poluição ao meio ambiente envolvendo petróleo envolvem, não só o seu transporte, como também seu refino. O prejuízo causado por um derramamento de petróleo vai além de danos à fauna e flora, pois envolvem também questões sociais. A emissão de óxidos de enxofre, denominadas SOx, durante o refino de petróleo através do craqueamento catalítico em leito fluidizado (FCC) também é uma das preocupações ambientais, já que esses óxidos estão relacionados com o a formação de chuva ácida e problemas respiratórios. Os hidrocarbonetos provenientes de um derramamento podem ser degradados em produtos menos agressivos ao meio ambiente, por oxidação química, por exemplo. Já as emissões de enxofre na unidade de FCC podem ser minimizadas por diversos processos, como por exemplo, o uso de aditivos nas unidades de FCC. Nesse trabalho óxidos de manganês dos tipos OMS-1 e OMS-2 foram sintetizados em presença e ausência de biomassa e óxidos OMS-2 foram dopados com os metais cobre, vanádio e ferro. Possíveis alterações em suas propriedades, suas atividades catalíticas em oxidação de hidrocarbonetos e em testes de captura de enxofre em condições de temperatura similares à unidade de FCC foram investigadas. Constatou-se uma diminuição na área superficial, tamanho e volume de poros nos óxidos sintetizados em presença de biomassa, através de uma análise de adsorção e dessorção de N2 (ASAP), porém seus difratogramas em uma análise de difração de raio X de pó (DRX) revelaram a obtenção de estruturas do criptomelano em todos os OMS-2. Os óxidos OMS-2 testados na oxidação do cicloexano, não sofreram modificações em sua estrutura após seu uso como catalisador, mas a presença da biomassa na síntese não aumentou sua atividade catalítica. Nos testes DeSOx, o óxido dopado com ferro apresentou o melhor desempenho e testes em ciclos mostraram ser possível sua reutilização / The risk of pollution to the environment involving oil involve not only the transport, as well as its refining. The damage caused by an oil spill goes beyond damage to fauna and flora, they also involve social issues. The emission of sulfur oxides, SOx called during the refining of oil through the fluidized catalytic cracking (FCC) is also an environmental concern, since these oxides are related to the the formation of acid rain and respiratory problems. The hydrocarbons from a spill can be degraded into less harmful products for the environment by chemical oxidation, for example. Since sulfur emissions in the FCC unit can be minimized by various methods, for example, the use of additives in FCC units. In this work manganese oxides types of OMS-1 and OMS-2 are synthesized in the presence and absence of biomass and OMS-2 oxide was doped with the metals copper, vanadium and iron. Possible changes in their properties, their catalytic activities in the oxidation of hydrocarbons and sulfur capture in conditions similar to the FCC unit were investigated temperature tests. Found a decrease in the surface, size and volume of pores in the oxides synthesized in the presence of biomass area, through an analysis of N2 adsorption and desorption (ASAP), but their diffraction patterns on an analysis of X-ray diffraction powder (XRD) revealed the structures of obtaining criptomelano in all OMS-2. The OMS-2 oxides tested in the oxidation of cyclohexane, have not changed in its structure following its use as a catalyst, but the presence of biomass synthesis did not increase its catalytic activity. In Desox tests, the iron oxide doped showed the best performance and testing cycles proved possible reuse

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-06-05T18:05:00Z No. of bitstreams: 1 DissEMLM.pdf: 4999609 bytes, checksum: 95744c602244ec5bde3892ae1ab471e5 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-06-05T18:19:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissEMLM.pdf: 4999609 bytes, checksum: 95744c602244ec5bde3892ae1ab471e5 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-06-05T18:19:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissEMLM.pdf: 4999609 bytes, checksum: 95744c602244ec5bde3892ae1ab471e5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-05T18:24:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissEMLM.pdf: 4999609 bytes, checksum: 95744c602244ec5bde3892ae1ab471e5 (MD5) Previous issue date: 2017-01-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The fluid catalytic cracking (FCC) is an important process in oil industry, since it converts heavier fractions in lighter ones, which are more valuable. The catalyst particles (typically m) are deactivated during the reacting process and need to be regenerated before returning to the reactor. Temperature is a key factor that promotes coke formation and deactivation inside the reactor. As a consequence, it is necessary to cool down the solid catalyst particles before returning them to the reactor. The cooling system is usually outside the regenerator in a specific designed heat exchanger, that uses water as cold fluid. The catalyst cooler was not much studied before and many contributions can be made for improvements and intensification. The goal of this work was to contribute with this topic, using Computational Fluid Dynamics (CFD) to evaluate the gas-solid flow behavior in characteristic geometries of the catalyst cooler. Commercial package Fluent by ANSYS v14.5 was used during simulation and Eulerian model was applied for the solid phase. The volume fraction phase for the solid phase, solid and gas velocities were evaluated and described. The results were compared in terms of gas-solids flow in different geometries and showed a hydrodynamic explanation different from that currently used by the authors to justify the intensification of thermal exchange in this type of equipment. In short, longer solid-wall contact time will be primarily responsible for efficient heat transfer. / O craqueamento catalítico fluidizado é um processo amplamente utilizado no campo do refino de petróleo. Na unidade de craqueamento, frações pesadas são transformadas em outras mais leves e com maior valor de mercado (gasolina, diesel, naftas). Após o craqueamento, o catalisador é regenerado e retorna ao reator. A temperatura do catalisador é um parâmetro que possui forte influência sobre o processo. O resfriamento de catalisador é feito em unidades externas a fim de controlar a temperatura de entrada do catalisador no reator. O funcionamento deste sistema ainda foi pouco explorado e o objetivo deste trabalho foi o de simular o escoamento gás-sólido em geometrias características de colunas para resfriamento de catalisador com diferentes condições de operação, assim tentando contribuir com o conhecimento sobre este processo. Técnicas de Fluidodinâmica Computacional foram usadas para a simulação de diferentes geometrias com o programa comercial FLUENT do pacote ANSYS v14.5. As distribuições fração volumétrica dos sólidos e de velocidades do gás e fase particulada foram analisados como parâmetros de interesse hidrodinâmico. Os resultados foram comparados em termos de escoamento gás-sólido em diferentes geometrias e mostraram uma explicação hidrodinâmica diferente da atualmente utilizada pelos autores para justificar a intensificação de troca térmica em este tipo de equipamentos. Em suma, maior contato sólido-parede seria o principal responsável pela transferência eficiente de calor.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In recent years there has been a number of innovative procedures to obtain new catalysts cracking of heavy petroleum fractions with parameters and studies of new synthesis methods, allowing further adjustment in the formation of these materials. In this context, were synthesized ZSM-12 (Si/Al = 50), AlMCM-41 (Si/Al = 100) AlMCM-48 (Si/Al = 100), by methods of synthesis have been explored in the literature and proposed methods synthesis for the formation of micro-mesoporous materials of the type ZSM-12/MCM-41 and ZSM-12/MCM-48. The materials ZSM-12, AlMCM-41 and AlMCM-48 were subjected to ion exchange process to obtain the acid form, HZSM-12, HAlMCM-41 and HAlMCM-48. Then all of the synthesized materials were impregnated with lanthanum oxide. The catalysts were characterized by physicochemical techniques. The X-ray diffraction patterns of the synthesized samples showed characteristic peaks of ZSM-12, MCM-41 and MCM-48 before and after impregnation with the lanthanum oxide. The absorption spectra in the infrared showed bands relating to links of each structure. The materials presented adsorption and desorption isotherms of N2 type I, to HZSM-12 and type IV for HAlMCM-41, HAlMCM-48, HZSM-12/MCM-41 and HZSM-12/MCM- 48 materials. The hybrid type HZSM-12/MCM-41 and HZSM-12/MCM-48 exhibited high values of surface areas (in the range of 689-1304 m2 g-1) which confirmed the formation of mesopores as well as pore diameters in the range of 3.6 nm. The microstructural analysis of the samples revealed the presence of the microporous, mesoporous, micro-mesoporous phases and lanthanum oxide before and after the impregnation process and thermogravimetric curves determined to dehydration temperatures of the materials and their thermal stability. / Nos últimos anos tem existido um grande número de inovações nos procedimentos para obtenção de novos catalisadores de craqueamento de frações pesadas de petróleo, com estudos de novos parâmetros e métodos de síntese, permitindo maiores ajustes na formação desses materiais. Neste contexto, foram sintetizados os materiais ZSM-12 (Si/Al = 50), AlMCM-41 (Si/Al = 100), AlMCM-48 (Si/Al = 100), por metodologias de sínteses já exploradas na literatura e foram propostos métodos de síntese para a formação de materiais micro-mesoporosos do tipo ZSM-12/MCM-41 e ZSM-12/MCM-48. Os materiais ZSM-12, AlMCM-41 e AlMCM-48 foram submetidos a processo de troca iônica para obtenção na forma ácida, HZSM-12, HAlMCM-41 e HAlMCM-48. Em seguida todos os materiais sintetizados foram impregnados com óxido de lantânio. Os catalisadores obtidos foram caracterizados por técnicas físico-químicas. Os difratogramas de raios-X das amostras sintetizadas apresentaram os picos característicos da ZSM-12, do MCM-41 e do MCM-48 antes e após a impregnação com o óxido de lantânio. Os espectros de absorção na região do infravermelho evidenciaram as bandas referentes às ligações de cada estrutura. Os materiais apresentaram isotermas de adsorção e dessorção de N2 do tipo I, para a HZSM-12, e do tipo IV, para os materiais HAlMCM-41, HAlMCM-48, HZSM-12/MCM-41 e HZSM-12/MCM-48. Os híbridos do tipo HZSM-12/MCM-41 e HZSM-12/MCM-48 exibiram altos valores de áreas superficiais (na faixa de 689 - 1304 m2 g-1), que confirmaram a formação de mesoporos, bem como diâmetros de poros na ordem de 3,6 nm. As análises microestruturais das amostras revelaram as presenças das fases microporosa, mesoporosa, micro-mesoporosas e do óxido de lantânio, antes e após o processo de impregnação e as curvas termogravimétricas determinaram às temperaturas de desidratação dos materiais bem como a estabilidade térmica destes.

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T23:15:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_LeonardoMachadoda_D.pdf: 1367270 bytes, checksum: 1819e68c66a949c1c8fae024725df552 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A aplicação de Fluidodinâmica Computacional (CFD) em operações industriais vem aumentando sensivelmente, em razão desta auxiliar no projeto de novos equipamentos, bem como a otimização dos já existentes. O presente trabalho apresenta uma série de simulações tridimensionais, bifásicas e adiabáticas, utilizando-se o modelo de dois-fluidos para o cálculo do escoamento gás-sólido em risers de diferentes tamanhos ¿ um com as dimensões de 10m de altura e 76mm de diâmetro interno, e outro com 18m de altura e 50mm de diâmetro interno. Utilizou-se o modelo k-epsilon para tratar a fase gasosa como turbulenta. Foram considerados os modelos cinéticos de 4 lumps e 10 lumps para o cálculo das taxas de craqueamento catalítico presentes no reator. Dados experimentais para comparação do escoamento foram obtidos em literatura, e os resultados obtidos mostram que, para a correta predição dos fenômenos presentes no interior de um riser, deve-se levar em consideração também as reações de craqueamento, visto que a alteração da composição química da fase gasosa interfere diretamente no comportamento dinâmico do escoamento / Abstract: The application of Computational Fluid Dynamics (CFD) in industrial operations has been increased not only in the project of new equipments but also in the optimization of the existing ones. The present work shows a set of tridimensional two-phase and adiabatic conditions, using the two-fluids model for the calculation of gas-solids flow in a high-flux risers of two different geometries, one with 10m of height and 76mm of internal diameter, and the second with 18m of height and 50mm of internal diameter. The k-epsilon model was applied to consider the influence of turbulence over the gas phase. The four-lump and ten-lump schemes kinetic models were used to predict the catalytic cracking reactions in the two different reactors. The riser with 10m of height and 76 mm of internal diameter had two entrances, one for particles inlet and one for the organic materials. The size of mesh for this case was 584.000 control volumes. The second riser studied with geometry of 18m of height and 50mm of internal iameter had one entrance for vapor, one for organic materials, and a third for particles inlet. The mesh generated over this geometry was considered 650.000 control volumes. The numerical results of gas-solids dispersion flow in a high-flux were compared with the xperimental data from the work of P¨arssinen and Zhu (2001), the four lump scheme for he mass concentration of chemical species was compared with the work of (ALI et al., 997), and the ten lump scheme was compares with the work of NAYAK et al. (2005). The catalytic cracking reactions models show an important role in the prediction of all henomena present in the reactor. The simulated results show that the kinetics models are important not only because of the variation of the gas phase and the temperature profiles inside the reactor but also because these parameters interfere directly in the dynamic behavior of the gas-solid flows / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Este trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de uma estratégia de integração da otimização com o controle preditivo multivariável em uma camada. Os problemas de controle e otimização econômica são resolvidos simultaneamente em um mesmo algoritmo. A função objetivo econômica foi inserida no controlador na sua forma diferencial, ou seja, o gradiente da função objetivo econômica. O método foi testado por simulação para o caso do sistema reator regenerador da UFCC (Unit of Fluid Catalytic Cracker). Esta dissertação descreve a estratégia de otimização integrada ao controlador preditivo cuja função objetivo incorpora componentes dinâmicos e estáticos. Para a determinação das condições ótimas do processo no estado estacionário do conversor (unidade de craqueamento catalítico) foi utilizado um modelo empírico do processo. A melhor trajetória para conduzir o processo para o seu ponto ótimo de operação, maximizando lucro ou produto de maior valor agregado, desde que não sejam violadas as restrições de processo, é predita utilizando um modelo dinâmico, obtido através de dados de testes em degrau em um modelo rigoroso. Este modelo linear possibilitou a obtenção das funções de transferência do processo e o modelo em variáveis de estado. O ponto ótimo que é obtido na execução deste algoritmo, leva em consideração a não violação das restrições das variáveis manipuladas e controladas do processo, tanto para o estado estacionário como para o transiente do problema. O problema de otimização não linear resultante é resolvido através de uma rotina de programação quadrática da biblioteca do Matlab. Uma segunda alternativa apresentada para a estratégia de otimização deste trabalho, é a inclusão do gradiente reduzido na função objetivo do controlador quando são observadas violações das restrições das variáveis controladas. Os resultados simulados através de um modelo não linear rigoroso (Moro&Odloak,1995) mostram um bom desempenho dos algoritmos aqui desenvolvidos tanto com relação aos benefícios econômicos como na estabilização da unidade. / This dissertation aims to develop a strategy to integrate the optimization problem of the plant into the model predictive controller in a one layer strategy, for the real time optimization or online optimization. The control and the optimization of the process are computed simultaneously in the same algorithm. The gradient of the economic objective function is included in the cost function of the controller instead of in its regular form. Thereby, this work describes a predictive control strategy, which can be classified as a one layer strategy and whose objective function has to be optimized obeying constraints, which incorporates dynamic and static components. The optimal conditions of the process in the steady state are defined through the use of an empirical process model. Furthermore, the best trajectory to be followed in order to reach the optimal conditions, without violating the constraints, maximizing profit or the production of its more valuable product, is predicted through the use of the dynamic model, that can be obtained through a plant step test. As a result transfer function and state space models are obtained. The optimal operation point is achieved through the execution of the proposed algorithm. Therefore, the solution to the optimization/control problem will always be in a feasible region, in other words, without violating the process manipulated or controlled variable constraints for both stationary and transient states of the problem. The non-linear optimization problem resulted from the implementation of the proposed algorithm is solved through the quadratic programming routine from the Matlab library. The second online optimization strategy proposed in this work is one that considers the reduced gradient method algorithm modified to evaluate the predicted trajectory. As a result, any violation of the manipulated or controlled variable constraints is prevented and this variable is not considered in the next step of the calculation of the predicted trajectory or even in the search direction of the optimization. Finally the simulations results obtained through the use of a nonlinear rigorous model (Moro&Odloak,1995) presents good performance for the algorithms here proposed, not only related to economic benefits, but also in order to stabilize the unit.

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T06:44:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvarezCastro_HelverCrispiniano_D.pdf: 5280150 bytes, checksum: 96fb29e2849d11c06890186cb8af2f51 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Conversão de matéria-prima e rendimento são estudados através de um modelo 3D que simula o principal reator do processo de craqueamento catalítico fluidizado (FCC). Fluidodinâmica computacional (CFD) é usada como técnica com abordagem Euleriana-Euleriana para prever o comportamento do riser da FCC. O modelo considera 12 grupos com desativação do catalisador dada por coque e envenenamento por nitritos alcalinas e adsorção aromático policíclico para estimar o comportamento cinético, o qual partindo de uma determinada matéria prima, se craquea a diversos produtos. Composições diferentes para matérias-primas foram consideradas. Para validação o modelo foi comparado com dados experimentais em condições de operação industrial. O modelo é capaz de representar com precisão a geração de produtos para as diferentes condições de operação consideradas. Todas as condições consideradas foram resolvidos usando o solver Ansys CFX 14.0. As diferentes variáveis do processo de operação e efeitos hidrodinâmicos do riser industrial de craqueamento catalítico fluidizado (FCC) foram avaliadas. As previsões do modelo são apresentados e comparadas; conversão e produtos são apresentados. Recomendações para criar condições para obter maior rendimento do produto no processo industrial foram dadas / Abstract: Feedstock conversion and yield products are studied through a 3D model simulating the main reactor of the fluid catalytic cracking (FCC) process. Computational Fluid Dynamic (CFD) is used with Eulerian-Eulerian approach to predict the fluid catalytic cracking behavior. The model considers 12 lumps with catalyst deactivation by coke and poisoning by alkaline nitrides and polycyclic aromatic adsorption to estimate the kinetic behavior which, starting from a given feedstock, produces several cracking products. Different feedstock compositions are considered. The model is compared with sampling data at industrial operation conditions. The simulation model is able to represent accurately the products behavior for the different operating conditions considered. All the conditions considered were solved using a solver Ansys CFX 14.0. The different operation process variables and hydrodynamic effects of the industrial riser of a fluid catalytic cracking (FCC) are evaluated. Predictions from the model are shown and comparison with experimental conversion and yields products are presented; recommendations are drawn to establish the conditions to obtain higher product yields in the industrial process / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T06:39:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GonzalezSilva_German_D.pdf: 4427269 bytes, checksum: bb45c122c3faad0613f060ad4cbd3b61 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo principal desta tese é propor uma metodologia para aplicar simulação de grandes escalas (LES) em uma unidade de craqueamento catalítico industrial. Para atingir este objetivo, iniciou-se propondo uma metodologia para a construção da malha, sendo uma malha quase-uniforme. As malhas propostas foram implementadas para minimizar o esforço computacional e procedimento para a refinação uniforme no domínio do sistema. Inicialmente, foi estudada a fluidodinâmica de um leito fluidizado gás-sólido na escala de laboratório sem reação química, utilizando Simulação de Grandes Escalas. Com base nos resultados numéricos obtidos a partir de resultados da escala de laboratório foi aplicado o modelo cinético de 4 lump em uma simulação CFD tridimensional para um reator industrial FCC, utilizando LES para a fase gasosa, e considerando o catalisador como uma fase contínua (Euleriana). Os pacotes de simulação utilizados foram Ansys ICEM versão 13 para a construção da malha e Ansys CFX versão 13 para o pós-processamento dos resultados. No pós-processamento dos resultados foi proposta uma metodologia para determinar as médias azimutais das variáveis em planos perpendiculares ao escoamento e finalmente foram validadas as simulações com dados reportados na literatura. As principais conclusões do trabalho foram que foi possível diminuir o tamanho da malha e o tempo de processamento. Notou-se também que, ao usar malhas com discretização quase-uniforme não foi necessário fazer um refinamento de malha elevado, nem refinar perto da parede para o sistema gás-sólido / Abstract: The main objective of this thesis is to propose a methodology in how to apply Large Eddy Simulation (LES) on a unit of catalytic cracking. In order to achieve this, it was proposed an alternative way of constructing the computational mesh, by using quasi-uniform meshes. The proposed meshes were implemented to minimize the computational effort and procedure for refining them in the entire domain of the system. Initially it was studied the fluid dynamics of a lab scale gas-solid system without chemical reaction, using Large Eddy Simulation. Based on the numerical results obtained from lab scale results it was implemented the 4 lump kinetic model in a three dimensional CFD simulation of an FCC industrial reactor, using LES for the gas phase and considering the catalyst as a continuous phase (Eulerian). The simulation packages used were Ansys ICEM, version 13 for mesh construction and Ansys CFX 13 for computation and post-processing of the results. In the data post-processing it was proposed a methodology for calculating average values of fluctuating variables between two circular sections in the azimuthal direction. The results were compared with data reported in literature. The main conclusions of the results showed that it was possible to decrease the mesh size and the computational time. It was also noticed that by using quasi-uniform discretization it was not necessary to make a high mesh refinement near the wall for a gas-solid system / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Delba Nisi Cosme Melo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T11:54:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CuadrosBohorquez_JoseFernando_D.pdf: 6686167 bytes, checksum: 1899259fbe648f651c06a5f9ca3e2c29 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Esta pesquisa teve por finalidade o desenvolvimento de uma metodologia de otimização em duas camadas. A otimização preliminar foi baseada na técnica de planejamento de experimentos junto com a metodologia por superfície de resposta com a finalidade de identificar uma possível região de busca do ponto de operação ótimo, o qual foi obtido através da implementação de métodos híbridos de otimização desenvolvidos mediante associação do modelo determinístico de otimização por programação quadrática sucessiva (SQP) com a técnica dos algoritmos genéticos (GA) no modelo do processo de craqueamento catalítico fluidizado- FCC. Este processo é caracterizado por ser um sistema heterogêneo e não isotérmico, cuja modelagem detalhada engloba as equações de balanço de massa e energia das partículas do catalisador, como também para a fase líquida e gasosa, sendo um dos casos de estudo para a aplicação da metodologia de otimização desenvolvida. Como caso de estudo principal foi considerado o modelo do conversor do processo de FCC desenvolvido por Moro e Odloak (1995). Mediante a metodologia de otimização do processo baseado no uso do modelo determinístico da planta, foram definidas estratégias e políticas operacionais para a operação da unidade de FCC em estudo. Procurou-se alto nível de desempenho e segurança operacional, através da integração das etapas de operação, otimização e controle no contexto de otimização em tempo real do processo. As otimizações foram divididas em quatro etapas: 1) Análises preliminares dos fatores e das variáveis de resposta do modelo do conversor foram realizadas usando a técnica de planejamento de experimentos, com o objetivo de compreender a interação entre elas, assim como obter modelos simplificados das variáveis de resposta. A geração dos modelos simplificados é devido à necessidade de ganho no tempo computacional permitindo o conhecimento prévio da região de otimização já que em casos industriais pode não ser possível representar adequadamente o processo por modelos determinísticos; 2) Otimização usando algoritmos genéticos implementados no modelo simplificado da conversão, e no modelo determinístico com e sem restrições; 3) Otimização considerando o método de otimização SQP implementado no modelo simplificado da conversão e no modelo determinístico com restrições; e 4) otimização multi-objetivo do conversor usando x a técnica dos algoritmos genéticos, com o objetivo de maximizar a conversão, assim como a minimização da vazão dos gases de combustão, especificamente o monóxido de carbono (CO). Das otimizações foram obtidos ganhos em torno de 8% na conversão quando comparado com os valores de conversão sem otimização. Finalmente, foi realizada a integração do modelo do processo, com a otimização e o controle, dando como resultado a otimização em tempo real do conversor de FCC. A variável de otimização foi a conversão e, através da implementação do controle por matriz dinâmica com restrições (QDMC), aplicando a metodologia de controle inferencial. As variáveis escolhidas como variável controlada foi a temperatura de reação e como variável manipulada foi a temperatura da alimentação, com perturbações na vazão de alimentação do ar de regeneração. Valores de conversão da ordem de 88% foram atingidos para o esquema de otimização em tempo real, o método de otimização por algoritmo genético apresentou um desempenho satisfatório, com tempos e cargas computacionais razoáveis para implementação desta metodologia, em nível industrial / Abstract: The purpose of this research was the develop of an optimization methodology. Experimental design technique along with a hybrid optimization methodology obtained by association of sequential quadratic programming (SQP) with genetic algorithms (GA), were implemented in the model of a Fluid Catalytic Cracking process (FCC) developed by Moro and Odloak (1995). This process is described for a heterogeneous, non isothermal system, in which a detailed modeling comprises mass and energy balance equations for catalyst particles, liquid and gaseous phases that makes this process model, a case study for implementing the optimization methodology developed. The process optimization methodology developed; along with the deterministic model of the plant were applied to define operational strategies and policies for the operation of the FCC unit studied aiming to obtain high performance and operational safety, through the integration of control, operation and optimization stages in the context of real-time optimization (RTO) process. Optimizations were divided into four stages: 1) Preliminary analysis of factors and response variables of converter modeling were performed using experimental design technique aiming to understand the factors and response variables interaction, as well as to obtain response variables simplified models to be used as objective function in optimization stages, 2) a optimization using genetic algorithms was implemented in the simplified conversion model, in the deterministic modeling and the deterministic model considering factors restrictions, 3) a optimization considering a local search methodology like sequential quadratic programming (SPQ) was implemented in the simplified model of process conversion and also it was consided the deterministic model with restrictions. As initial estimative, the optimum factor values obtained with genetic algorithms were considered as well as two random points in the search space, and 4) a multi objective optimization considering genetic algorithms technique in order to maximize conversion and minimize combustion gases emissions, specifically carbon monoxide was developed. Applying this optimization methodology was obtained increments of around 8% in the feed conversion when compared with conversion values without optimization. xii Finally, it was developed the integration of optimization, control and process modeling giving as result the real time optimization (RTO) of FCC converter. The variable maximized by genetic algorithms was the feed conversion and the control technique implemented was based on the matrix named (QDMC) in conjunction with inferential control methodology. It was considered as controlled variable the reaction temperature adjusting the feed temperature (manipulated variable), for disturbances in the feed flow of the regeneration air. Feed conversion in the order of 88% were achieved for the real time optimization scheme considered, in which, the genetic algorithm showed an excellent performance in reasonable computational times and computational loads for implementation at industrial level / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química