Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-22T02:14:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Assis_AdilsonJosede_M.pdf: 6117843 bytes, checksum: e7466b69e9dc35610617ff1e07e8975f (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Com a necessidade crescente de controladores de processos químicos com desempenho cada vez mais precisos tem sido propostas várias estratégias de controle avançado, como por exemplo o Controle Adaptativo, na solução deste problema. No presente trabalho é apresentada uma revisão geral do Controle Adaptativo, das técnicas mais comuns de estimativa de estado e identificação do processo, bem como aplicações dessas técnicas a relevantes processos químicos e biotecnológicos. Apresenta-se um tratamento sistemático tanto para o Filtro de Kalman como para o Filtro de Kalman Estendido (FKE) quando aplicados na estimativa recursiva de estados e identificação de parâmetros de sistemas estocásticos, utilizando a metodologia espaço-de-estados. Como caso estudo, considerou-se o processo de fermentação de cerveja em batelada. Este processo requer a identificação simultânea dos estados do sistema e dos parâmetros do modelo com finalidades de monitoramento automático do meio reacional. Estudou-se a influência do tempo de amostragem, presença de medidas imprecisas, e condições de convergência do FKE. Resultados obtidos por simulação são apresentados e discutidos. Neste trabalho também é apresentada uma metodologia geral para o projeto de controladores adaptativos aplicados a reatores biotecnológicos. Tomou-se como caso estudo o processo contínuo de fabricação de etanol em escala industrial. Os controladores adaptativos foram projetados utilizando as estratégias LQG e variança mínima, ambos na formulação espaço-deestados. Adotou-se um modelo simplificado do processo para finalidades de controle sendo que esse modelo é identificado em tempo real empregando um algoritmo derivado do Filtro de Kalman. Resultados obtidos por simulação mostram que os controladores adaptativos apresentam um melhor desempenho do sistema em malha fechada quando comparado com o desempenho do sistema sob a ação de um controlador clássico PID. Finalmente, apresenta-se um breve tratamento dos problemas a serem considerados no desenvolvimento de algoritmos de controle avançado do tipo adaptativo para colunas de destilação em batelada / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-26T10:44:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pescarini_MariaHelena_D.pdf: 10216416 bytes, checksum: 0541137fa0d0e9b310ea1b836ac4349b (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: A destilação é um dos processos de separação mais freqüentemente encontrados nas indústrias química e petroquímica. O elevado número de trabalhos nesta área é um reflexo da sua importância técnico-econômica e do seu interesse acadêmico. A simulação de processos de separação, em particular, a simulação de colunas de destilação, é uma das partes essenciais dos simuladores de processos. Entretanto, os programas de simulação de colunas de destilação são, geralmente, baseados na modelagem segundo o conceito de estágios de equilíbrio. Devido às imprecisões inerentes ao conceito de eficiência, surgiu a necessidade de modelagens mais realistas no estado estacionário e regime transiente, que levassem em conta a transferência simultânea de massa e energia. A chave do modelo de estágios de não equilíbrio é que as equações de conservação de massa e energia são escritas para cada fase independentemente e interligadas pelas equações de transporte que descrevem as transferências simultâneas de massa e energia na interface. A modelagem de estágios de não equilíbrio, nos vários trabalhos existentes sobre o tema, vem demonstrando seu grande potencial na simulação de colunas de destilação multicomponente no estado estacionário e regime transiente. Entretanto, ainda são escassos os trabalhos utilizando a modelagem dinâmica dos processos...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Distillation is one of the most frequent1y used processes in chemical and petrochemical industries. The high number of works in this area is an indication of its technical and economical importance, as well as its academic interest. The simulation of separation processes, in particular the simulation of distillation columns, is an essential part of process simulators. However, the computer aided tools current1y available for the simulation of distillation columns are generally based on the idealized concept of equilibrium stage. Because of the inherent imprecisions of the efficiency concept, the need for more realistic models has emerged in steady state and transient regime, which account for simultaneous mass and energy transfers. The key of the nonequilibrium stage model is that the mass and energy conservation equations are written for each phase independently and connected by the transport equations which describe the simultaneous mass and energy transfers in the interface. The several existing works about nonequilibrium stage model demonstrate its high potential in the simulation of multicomponent distillation columns on steady state and transient regime. However, there are not many works employing the nonequilibrium stage model in dynamic simulations. Considering the context described and the research line of the Laboratory of Separation Process Development, this work was developed with the following goals: to develop the dynamic nonequilibrium stage model to simulate the conventional and extractive distillation processes, to develop a rigorous and robust algorithm and, finally, to compare the nonequilibrium and equilibrium stage models in steady state and transient regime ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Desenvolvimento de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-27T04:23:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Povh_NanciPinheiro_D.pdf: 40177941 bytes, checksum: 4045fa96d17bcf17c5eb774c484254b6 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O resumo podera ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic digital document / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Sandra Lucia da Cruz, João Alexandre F. R. Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T15:50:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oisiovici_RoniaMarques_D.pdf: 4098399 bytes, checksum: e53dcc32c80f82bc98dfe9a977ac5466 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Os processos em batelada são largamente empregados nas indústrias de Química Fina, produtos bioquímicos, polímeros e fármacos. As plantas em batelada tendem a crescer, já que esse tipo de configuração apresenta características que são desejáveis nas chamadas "plantas do futuro": flexibilidade operacional, resposta rápida às exigências do mercado, capacidade de processar produtos de alta pureza e alto valor agregado. A destilação em batelada, em particular, é a operação unitária mais freqüentemente utilizada nas plantas em batelada. Algumas dificuldades encontradas na sua automação são: fortes não-linearidades, desvios entre o modelo e o processo, ganhos variáveis no tempo, presença de ruídos nas medidas, analisadores de composição "on-line" complexos ou lentos, estimativa do estado do sistema dificil e cara em termos computacionais. O controle de colunas de destilação contínuas de alta pureza é um tópico bastante abordado na literatura. Porém, trabalhos sobre destilação em batelada de alta pureza são escassos e, normalmente, apenas simulações são apresentadas. Esse trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema de controle por inferência para colunas de destilação em batelada de alta pureza robusto às dificuldades de automação encontradas na prática. O algoritmo de controle foi testado por simulação e, para confirmar a aplicabilidade do controlador desenvolvido, corridas experimentais foram realizadas numa coluna de destilação em batelada em escala piloto. Um Filtro de Kalman Estendido (FKE) para colunas de destilação em batelada foi desenvolvido para fornecer estimativas de composições instantâneas a partir de algumas medidas de temperatura. O FKE foi combinado a uma estratégia de controle baseada na estrutura GLC ("Globa1ly Linearizing Control"), resultando num sistema de controle por inferência que mantém constante a composição do produto de topo de colunas de destilação em batelada de alta pureza. O controlador GLC foi testado numa coluna de destilação em batelada em escala piloto com 29 pratos perfurados. As corridas experimentais foram realizadas com o sistema etanol/l-propanol. A interface entre o computador e o processo foi feita através de uma placa ADIDA. Termopares foram utilizados para medir temperaturas instantâneas em alguns estágios da coluna. A cada período de amostragem, o FKE fornece valores de composição instantâneos, utilizando os dados de temperatura lidos pelo computador. Com o objetivo de manter a pureza do produto de topo no valor especificado, o controlador GLC atualiza a razão de refluxo baseado nas estimativas mais recentes de composição. A razão de refluxo calculada é, então, implementada pelo computador que controla a posição e o tempo de abertura da válvula magnética de refluxo. O número de sensores e o intervalo de integração do modelo da coluna foram variáveis importantes no projeto do FKE. Convergência mais rápida e estimativas mais exatas foram obtidas aumentando-se o número de sensores e/ou reduzindo-se o intervalo de integração. No entanto, acima de um certo número de sensores, as melhorias na exatidão das estimativas são insignificantes. Nas corridas em malha fechada, a variável manipulada (razão de refluxo) apresentou um comportamento do tipo liga/desliga quando os sensores de temperatura foram posicionados nos estágios próximos ao topo da coluna, onde as variações de temperatura são pequenas. Afastando-se os sensores do topo da coluna, perfis mais suaves das variáveis manipulada e controlada foram observados e desvios inferiores a 0,2% entre a composição média do destilado estimada e a composição média do destilado medida foram obtidos. Para o controle da composição do destilado de alta pureza, os sensores devem ficar afastados do topo, mas não tão distantes a ponto de diminuir a exatidão das estimativas de composição. Devido à sua robustez em relação aos desvios entre o modelo e o processo, incerteza nas condições iniciais da coluna e a presença de ruídos nas medidas de temperatura, o controlador por inferência desenvolvido nesse trabalho, além de ser flexível, mostrou-se eficaz em aplicações práticas / Abstract: Batch processing has been widely used in the production of fine chemicaIs, biochemicals, polymers and phannaceuticals. Batch configurations present features which are desirable in the ca1led "future plants": flexibility of operation, rapid response to changing market demands, suitability for manufacturing high-quality and high value-added products. Batch distillation is the most frequent separation method in batch processes. Some ofthe challenges to be faced in the automation ofbatch plants are: pronounced nonHnearities, process/model mismatch, time varying process gains, presence of measurement noise, on-line sensors are unavailable or give delayed results, state estimation is difficult and computationally expensive. While the control of high-purity continuous distillation column is a subject often addressed in literature, there are very few papers regarding the control of high-purity batch distillation units. This work aimed to develop an inferential control system for high-purity batch distillation colurnns, which is able to cape with the automation difficulties common1yencountered in practice. The control algorithm was first tested by simulation and then experimental runs were carried out in a pilot-scale batch distillation column to confirm the practical appHcability ofthe designed inferential control system. An Extended Kalman Filter (EKF) for batch distillation columns was developed to provide fast and reHable instantaneous composition values from few temperature measurements. The EKF was then combined with a control strategy based on the Globally Linearizing Control (GLC) structure, resulting in an inferential control system for constant distillate operation of high-purity batch distillation columns. The GLC controller was tested in a pilot-scale batch distillation column with 29 sieve trays. The separation of ethanol/l-propanol mixtures were considered in the experimental runs. The interface between the computer and the process was achieved by an AD/DA converter. Thennocouples were used to measure instantaneous temperature values at some column stages. At each sampling period, the EKF provides instantaneous composition values from the temperature data the computer acquires. In order to keep the product quality at the set-point, the GLC controller updates the reflux ratio using the composition estimates, and the computer controls the position ofthe reflux magnetic valve to implement the calculated reflux ratio. The number of sensors and the model integration interval showed to be important variables in the design ofthe EKF. Faster convergence and more accurate estimates were obtained by increasing the number of sensors and/or reducing the integration intervalo However, above a certain number of sensors the improvement in the EKF performance may not be significant. Spiky reflux ratio profiles were observed when sensors were placed next to the top stages, where the temperature variations are small. As the sensors were placed further from the top stages, smoother manipulated and controlled variable profiles were obtained and the distillate product met the specified purity. The inferential control system achieved tight composition control. The selection of the sensors locations must be a trade-off between obtaining noise reduction and guaranteeing that the EKF will provide acceptable estimate accuracy. Due to its robustness with regards to plant model mismatch, uncertainty in the initial system state and measurement errors, the proposed inferential control scheme is flexible and demonstrated to be feasible for practical on-line applications / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Roger Josef Zem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-29T01:55:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maia_MariadeLourdesOliveira_D.pdf: 6396882 bytes, checksum: b0a06b7f265dff67b45f506f542329d9 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Sistemas de destilação são amplamente utilizados em indústrias químicas e petroquímicas. Uma desvantagem desses sistemas, no entanto, é o fato dos mesmos apresentarem um grande consumo de energia. Dessa forma, a identificação de parâmetros como: refluxo mínimo, condição térmica da alimentação, posição do estágio da alimentação, etc., são extremamente importantes tanto para o projeto de colunas de destilação isoladas, como também para o seqüenciamento de colunas de destilação com reduzido consumo de energia. Visando a redução do consumo de energia de processos, a análise exergética tem sido amplamente utilizada. Por meio do cálculo do conteúdo de exergia das correntes do processo, é possível ter-se uma idéia da degradação da energia ao longo do mesmo. A medida da qualidade da energia é a exergia. O objetivo da análise exergética de processos é identificar as fontes de irreversibilidade, ou perda de exergia, e também identificar as modificações no processo que podem levar à redução dessa perda. Como resultado tem-se um menor consumo de energia. Somente recentemente, no entanto, a análise exergética tem sido aplicada a processos químicos. Como exemplo tem-se a metodologia proposta por Zemp (1994) na qual a seqüência ótima de colunas de destilação é a identificada como sendo a que apresenta menor perda de exergia. Uma desvantagem dessa metodologia, no entanto, é que a condição térmica da alimentação é fixada em líquido saturado. Neste trabalho, a análise exergética é utilizada na síntese e otimização de sistemas de destilação. Numa primeira etapa, o conceito de perfil quase-reversível para a separação de misturas multicomponentes em colunas de destilação isoladas foi utilizado, juntamente com a análise exergética, para a otimização da condição térmica da alimentação. Os bons resultados obtidos para vários sistemas motivaram a continuação do estudo em direção ao sequenciamento de colunas de destilação. O objetivo foi o de investigar se a otimização da condição térmica pode reduzir ainda mais o consumo de energia da seqüência previamente identificada como ótima. Modificação na pressão de operação das colunas da seqüência, assim como a influência da composição da alimentação, também foram consideradas. V ários sistemas com diferentes número de componentes foram utilizados para testar a metodologia. No caso dos sistemas temários, ambas as opções de seqüência foram estudadas. Os resultados provaram que a otimização das colunas não modifica a seqüência identificada como ótima. De uma maneira geral, foi possível propor uma metodologia para a síntese e otimização de sistema de destilação sem a necessidade da simulação rigorosa das colunas. Como vantagem tem-se o fato de que problemas de convergência não aparecem e não há a necessidade de se determinar o estágio da alimentação à priori / Abstract: Distillation systems are widely used in chemical and petrochemical industries. The main drawback of these systems, however, is the fact that they are energy intensive processes. Therefore, there is a need of a methodology that allows for the synthesis of distillation systems that present low energy consumption. In this sense, the correct identification of parameters such as: minimum reflux, feed stage location, etc plays an important role. In order to reduce the energy consumption of processes, the exergy analysis has appeared as an efficient too1. By computing the exergy content of the process streams the design engineer can understand how the energy degrades throughout the processo Exergy is a measurement of the quality of the energy. The goal of the exergy analysis is to identify sources of exergy losses, and the most appropriate modifications that will 1ead to the decrease of process irreversibility. As a result, the energy requirement of the process is reduced. Only recently, however, exergy analysis has been applied to chemical processo The optimum distillation column sequence, for example, was identified as the one that presents the lowest value of the minimum exergy loss (Zemp, 1994). However, the feed thermal condition is fixed as saturated liquido. In this work, exergy analysis is applied to the synthesis and optimisation of distillation columns sequences. Firstly, the concept of near-reversible column profile, together with the exergy analysis, were used to optimise the feed thermal condition of the feed. Secondly, it was investigated if different feed thermal condition can further reduce the overall energy consumption of a sequence. Not only were considered changes in the feed condition but it was also analysed other modifications in the operational conditions of each column of the sequence. The influence of the composition of the feed was tested as well. Several systems with different number of components were used to test the methodology. For the temary systems both direct and indirect separation were analysed. Results have shown that the optimisation of the columns do not change the selected optimum sequence. Overall, the exergy analysis applied to distillation systems has shown to be a useful tool to the synthesis and optimisation of such separation systems. By using the proposed methodology there is no need to resort to the rigorous simulation of each column of the sequence. Therefore, convergence problems as well as the tedious trial-and-error procedure for the determination of the optimal feed tray location are avoided. / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Cesar Benedito Batistella / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T12:03:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_EricaRobertaLovo_M.pdf: 1059673 bytes, checksum: 47fe097f3290ef138b0bf4e761b8b464 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A caracterização por meio da curva PEV (Ponto de Ebulição Verdadeiro) é uma das técnicas experimentais mais comuns na determinação das propriedades do petróleo. Esta curva define os rendimentos de diversos derivados de petróleo obtidos em função dos seus pontos de ebulição verdadeiros, fornecendo informações importantes para decisões referentes ao controle dos processos de refinarias e sobre a qualidade do petróleo. Devido ao considerável volume de petróleos pesados e ultrapesados encontrados no Brasil, a extensão da curva PEV a valores acima de 565°C tem sido bastante estudada. O protótipo nacional de destilador molecular de filme descendente, projetado e construído pelo grupo de pesquisa de petróleo do LOPCA/LDPS/FEQ/UNICAMP, é um equipamento de grande potencial, adequado para obtenção da extensão curva PEV e que permite a destilação de produtos de alto peso molecular e termicamente sensíveis, sem degradação dos mesmos. O objetivo geral deste trabalho foi obter experimentalmente cortes e resíduos de dois resíduos nacionais de petróleo, utilizando o protótipo nacional de destilador molecular. A extensão da curva PEV, para os resíduos de petróleo, foi realizada a partir dos dados operacionais do destilador molecular e da correlação DESTMOL, onde as temperaturas operacionais do destilador molecular foram convertidas em pontos de ebulição verdadeiros. Através da destilação molecular foi possível estender a curva PEV até valores próximos a 700 ºC com coerência e continuidade em relação à curva PEV padrão. Além disso, uma quantidade de matéria-prima que estava sendo tratada como resíduo pôde ser recuperada. / Abstract: The characterization through TBP (True Boiling Point) curve is one of the most common experimental techniques for determination of petroleum properties. This curve defines the yield of petroleum products as function of their true boiling points, supplying important information on decisions of refinery process control and on the quality of the produced oil. Due to the considerable volume of heavy and extra heavy oils that has been found in Brazil, the extension of TBP above 565 ºC has been studied. A suitable high potential equipment to obtain the extension of TBP curve is a national falling film molecular distiller prototype that was designed and built up by the oil research group of LOPCA/LDPS/FEQ/UNICAMP, which is appropriated for distillation of products of high molecular weight and thermally sensitive, without their degradation. The aim of this work was to obtain experimentally cuts and residues from two national petroleum fractions, using the national molecular distiller prototype. The extension of TBP curve for petroleum residues fractions was made from the molecular distiller data and the DESTMOL correlation. The operating temperatures of the molecular distiller were converted in the corresponding true boiling points in this correlation. Through molecular distillation process it was possible to extend the TBP curve up to temperatures close to 700 ºC with consistency and continuity related to the standard TBP curve. In addition, a quantity of raw material that was being treated as waste could be recovered. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T23:23:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BallesterosHernandez_JulieAndrea_M.pdf: 3088134 bytes, checksum: 03f5c64c7a7a1911ed1a4ba1fa545659 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A realidade brasileira contempla a presença de óleos pesados e a demanda por produtos mais leves na indústria petrolífera vem aumentando. Assim, as refinarias tendem a converter uma parte de seus resíduos em frações leves. No caso do petróleo brasileiro, a diferença na quantidade e na qualidade dos resíduos da coluna de vácuo requer desenvolvimento no sentido de agregar valor a eles e também atender à citada demanda. Uma caracterização mais detalhada destes materiais é, então, necessária e também importante para se definir rotas otimizadas de processamento. A presente dissertação tem como objetivo contribuir com o desenvolvimento de uma metodologia para a caracterização de frações pesadas e ultrapesadas de petróleos nacionais por meio da determinação e estimativa de algumas propriedades físico-químicas do petróleo fundamentais, ainda, para o desenvolvimento da modelagem do processo de destilação molecular, processo que foi usado para a geração de cortes e resíduos. Neste contexto, foram realizados experimentos no destilador molecular com resíduos pesados de um petróleo brasileiro a diferentes temperaturas, as quais foram aumentadas sistematicamente. Os cortes e os resíduos obtidos na destilação foram coletados, quantificados e caracterizados para ambas as correntes do destilador. Com os resultados dos experimentos foi possível determinar a curva de pontos de ebulição verdadeiros e proceder com sua extensão até valores próximos a 700°C utilizando a correlação DESTMOL e contribuir na modelagem e simulação do processo de destilação molecular por meio da determinação ou estimativa de propriedades físico-químicas como a densidade, a massa molar, o calor específico, a entalpia, a viscosidade, a condutividade térmica e as propriedades críticas. / Abstract: The Brazilian reality includes the presence of heavy oil and the demand for lighter products in the oil industry is increasing. Thus, refineries tend to convert a portion of their residues in light fractions. In the case of Brazilian oil, the difference in the quantity and quality of residues of the vacuum column requires development to add value to them and also to meet the demand. A detailed characterization is necessary and important before setting optimized routes for processing. This dissertation aims to contribute with the development of a methodology for the characterization of heavy fractions of national petroleum through the determination and estimation of some physicochemical properties of petroleum fundamental, still, for the development of the modeling of the molecular distillation, a process that was used for generation of cuts and residues. In this context, experiments were performed in a molecular distiller with heavy fractions of a Brazilian oil at different temperatures, which were increased systematically. The cuts and the residues obtained in the distillation were collected, quantified and characterized for both distiller streams. With the experimental results, the true boiling point curves were determined using the DESTMOL correlation, along with the extension of the curve to values close to 700°C. These results contributed to the modeling and simulation of the molecular distillation process by the determination or estimation of physicochemical properties as density, molar mass, specific heat, enthalpy, viscosity, thermal conductivity and critical properties. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T11:22:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yamanishi_Erika_M.pdf: 1072580 bytes, checksum: 5488852fe586d9a1222e4fbf821a946e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A Unidade de Destilação é uma das mais importantes no refino de petróleo. Sua importância está no fato desta unidade ser responsável pelo fracionamento inicial do petróleo em diversos produtos (frações) como Nafta, Querosene, Diesel, entre outros. Algumas das frações obtidas são retiradas como produtos finais e outras podem ser processadas em outras unidades da refinaria. Assim, todas as mudanças de operações e perturbações ocorridas nesta unidade afetam diretamente outras unidades. Por este motivo, é possível verificar uma grande dependência das outras unidades em relação à unidade de destilação que exige flexibilidade para atender às necessidades da refinaria. Além disso, é possível observar que o processo de destilação do petróleo é complexo devido ao grande número de diferentes componentes do petróleo (em sua maioria hidrocarbonetos). De acordo com os aspectos e a importância da unidade de destilação, um estudo (principal objetivo deste trabalho) foi realizado para a verificação da flexibilidade da unidade de destilação e o entendimento do processo de destilação, visando seu desenvolvimento. Inicialmente, foi considerado um processo de destilação do petróleo, envolvendo a Torre Pré-Flash, Coluna Atmosférica e Debutanizadora. Três principais aspectos foram abordados: a análise completa das principais variáveis do processo, a otimização das Colunas Atmosférica e Debutanizadora e a avaliação do processamento dos óleos leve, intermediário e pesado sob determinadas condições especificadas. As simulações computacionais foram realizadas através de um software comercial neste trabalho. A análise das principais variáveis do processo permitiu que fossem verificados os efeitos no processo. Isto significa que pode ser realizada a análise sensitiva das principais variáveis do processo, mostrando os principais efeitos causados pelas mudanças das variáveis. A otimização do número de estágios e posição da alimentação da Coluna Debutanizadora foi realizada para a minimização da carga térmica do refervedor. Já, a otimização do número de estágios da Coluna Atmosférica foi realizada para a minimização da vazão de Resíduo. A avaliação realizada para o processamento dos três diferentes tipos de petróleo possibilitou verificar o aumento significativo da vazão de resíduo atmosférico e a redução de produtos, exceto o diesel pesado no processo de destilação considerado, envolvendo, neste caso, uma Coluna Pré-fracionadora e uma Coluna Atmosférica / Abstract: The crude distillation unit is the most important in the refining process. Its importance is due to the fact that this unit is responsible for the first fractionation of the petroleum in various products (fractions) as naphtha, kerosene, diesel and others. Some of these fractions obtained are removed as final product and others can be processed in other units of the refinery. In this way, all the operating and disturbance changes that occur in this unit affect directly other units. So, it is possible to verify the dependence of the others units related to the distillation unit that requires flexibility to supply the needs of the refinery. Furthermore, it is possible to observe that the crude distillation is complex due to the great number of different components of the petroleum. According to the aspects and the importance of the crude distillation, a study was carried out for the verification of the crude distillation flexibility and the knowledge of the distillation process, intending the development of the crude distillation. Initially, a crude distillation process, involving a Pre-Flash Drum, Atmospheric and Debutanizer Columns was considered in this work. Three main aspects were studied: the complete analysis of the main process variable, the optimization of the Atmospheric and Debutanizer Columns and the evaluation of the processing of the light, intermediate and heavy petroleum under specified conditions. The computational simulations were carried out, using commercial software in this study. The analysis of the main process variables allowed that the effects on the process were verified. This means that the sensitivity analysis of the main process variables could be made, showing the main effects caused by the variable changes. The optimization of the number of trays and the feed tray of the Debutanizer Column was carried out for the minimization of the reboiler duty. Furthermore, the optimization of the tray of the Atmospheric Column was done for the minimization of the residue flow rate. The evaluation of the results for the processing of three different types of petroleum allowed verifying the significant increase of the residue atmospheric flow rate and the reduction of the products, except heavy diesel in the considered crude distillation process, involving, in this case, the Prefractionation and Atmospheric Column / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Teresa Massako Kakuta Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T11:49:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_MarcioJosede_M.pdf: 836200 bytes, checksum: 68455f8118790f77c4f050ebcdd84455 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O propósito deste trabalho é a comparação, no âmbito experimental, das operações de uma coluna de destilação convencional e uma coluna de configuração alternativa denominada paradestilação. Enquanto que na destilação convencional, uma corrente de vapor ascendente contata com uma corrente de líquido descendente, na paradestilação, a corrente de vapor é dividida em duas correntes que percorrem paralelamente toda a extensão da coluna. Estas correntes contatam, em estágios alternados, com uma única corrente de líquido descendente. Ambas as colunas de destilação e de paradestilação foram construídas em escala laboratorial. As colunas possuíam seis pratos com vertedores circulares. O objetivo foi a comparação entre ambas as colunas variando a velocidade superficial do vapor, fração de área livre de escoamento, concentração de etanol e razão de refluxo. Os experimentos foram realizados utilizando o sistema etanol-água a pressão atmosférica. Um programa computacional foi desenvolvido para resolver o sistema de equações de balanço de massa e de energia em ambas as colunas. Estes cálculos forneceram os valores das velocidades das fases vapor e líquida, da composição da fase vapor, da temperatura e da eficiência de Murphree em cada estágio, e a eficiência global da coluna. Análises das variáveis que afetam a altura e o tipo da dispersão formada sobre os pratos, o perfil de concentração e eficiência de separação foram realizadas. Verificou-se que a faixa de operação é diferente em ambas as colunas. Observou-se que a paradestilação apresenta maior altura média de dispersão e maior incidência de dispersões tipo espuma celular e ¿froth¿ homogêneo. A paradestilação obteve melhor desempenho de separação na maioria das operações, e mostrou-se menos sensível à variação da razão de refluxo. Constatou-se também que a eficiência de Murphree na paradestilação sofre maior influência da composição da fase líquida. A paradestilação apresentou também melhor eficiência global que a destilação convencional / Abstract: In this work the hydrodynamics and mass transfer performances of a conventional distillation column were compared to those of a parastillation column. While in the conventional distillation, the up flowing vapor stream contacts the down flowing liquid stream, in parastillation, the vapor stream is divided into two parts that run in parallel along the entire column. These two vapour streams are contacted, in alternative stages, with a single down flowing liquid stream. Both distillation and parastillation columns were built in laboratorial scale. The columns had six trays with circular downcomers. The purpose was to compare both columns performances when varying the vapor superficial velocity, tray free area, feed concentration and reflux ratio. The experiments were carried out with ethanol-water system, at atmospheric pressure. A computer program was developed to solve the mass and energy balance equations for both columns. These calculations provided the velocity of the vapor and liquid phases, the composition of the vapor phase, the temperature and the tray Murphree efficiency in each stage, and the global column efficiency. The influence of the operation conditions on the height and the type of the dispersion formed on the trays, on the concentration profile and on the separation efficiency were analyzed in detail. It was verified that the tray operation range is different for both columns. It was observed that the parastillation column shows higher dispersions height and higher incidence of cellular foam and homogeneous froth dispersion types. The parastillation presented a better separation performance for most of the operation range, and showed to be little influenced by reflux ratio variation. It was noticed that the Murphree efficiency in parastillation was more influenced by the liquid phase composition. The parastillation also showed better global efficiency than the conventional distillation / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Teresa Massako Kakuta Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T23:59:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Domenico_MicheleDi_M.pdf: 2117165 bytes, checksum: 3837c602b224622b3736355d2e6b6e1c (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Com o propósito de aumentar a eficiência no processo de destilação convencional, e conseqüentemente diminuir o consumo excessivo de energia, inúmeras alternativas foram propostas na literatura. Uma destas metodologias, denominada paradestilação, é baseada na divisão da corrente gasosa em duas partes iguais no fundo de uma coluna de separação. Para este esquema de fluxo, uma divisória é colocada centralmente em toda a altura da coluna, e a corrente líquida contata, em estágios alternados, ambas as correntes do vapor. As vantagens deste processo incluem um aumento no número de estágios e uma diminuição na queda de pressão por unidade de altura da coluna convencional. Apesar das vantagens apresentadas em trabalhos computacionais, faz-se necessário o estudo experimental envolvendo os dois tipos de colunas sob as mesmas condições de operação. Assim, este trabalho apresenta um estudo comparativo entre uma coluna de destilação e outra de paradestilação, contendo respectivamente, 4 e 6 pratos perfurados, dotados de vertedores circulares. Para tanto, as colunas foram construídas de acordo com as recomendações de dimensionamento da literatura, de modo a fornecerem uma mesma eficiência de separação. Os experimentos foram realizados utilizando uma mistura de etanol-água, à pressão atmosférica e em condições de refluxo total e parcial. A comparação entre os processos foi realizada através da análise do comportamento hidrodinâmico e da eficiência de pratos de Murphree, avaliando-se parâmetros como a velocidade superficial da fase vapor, limites operacionais, tipo e altura da dispersão formada sobre o prato e perfil de composição da fase líquida ao longo das colunas. Verificou-se que as colunas de destilação e paradestilação apresentam uma faixa de operação muito semelhante. Sob condições de refluxo parcial, a coluna alternativa é menos sensível a uma variação na razão de refluxo. Ainda, as eficiências de Murphree foram fortemente influenciadas pelas propriedades do sistema destilante, composição da fase líquida e velocidades das fases líquida e gasosa. Os maiores valores de eficiência foram encontrados sob condições de refluxo total e em baixas velocidades da fase vapor. / Abstract: In order to increase the operation efficiency of conventional distillation and therefore reduce the excessive energy consumption, several techniques have been proposed in the literature. One of these methods, called parastillation, is based on the division of the vapor phase into two equal parts at the bottom of a separation column. For this configuration, an axial partition run the full height of the column, and the whole falling liquid stream contacts alternatively on a stage-by-stage basis with both parts of the vapor. The advantages of this process also include an increase in the number of stages and a decrease in pressure drop per unit of column height. Despite of the advantages presented in computational works, experimental studies involving distillation and parastillation columns operating under the same conditions are necessary. Therefore, this work presents a comparative study between a distillation and a parastillation column, using six and four sieve trays, respectively, with circular downcomers. The columns were assembled in agreement to the recommendations of literature design, in order to provide the same separation efficiency. The experiments were conducted using an ethanol-water system at atmospheric pressure and under total and partial reflux conditions. The comparison between the processes was carried out by analyzing the hydrodynamic behavior and the Murphree tray efficiency, evaluating parameters such as vapor phase velocity, operating limits, type and height of the dispersion formed above the trays and liquid composition profile along the columns. It was found that the distillation and parastillation columns have similar operating range. Under partial reflux conditions, the alternative column presented a lower sensitivity to a modification of the reflux ratio. In addition, the Murphree efficiency appears to be strongly dependant on system properties, composition of the liquid phase and vapor and liquid flow rates. The higher values of efficiency were found under total reflux conditions and at low vapor velocities. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química