Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-23T15:23:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Perioto_FabianoRomero_M.pdf: 2598126 bytes, checksum: 3dc3c43bc391145773afca1ccf1f5e4d (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: o presente trabalho representa urna contribuição à síntese do processo de destilação azeotrópica, o qual é utilizado para a separação de misturas líquidas com comportamento nãoideal, englobando a modelagem de coluna de destilação azeotrópica trifásica no estado estacionário. Os seguintes desenvolvimentos fazem parte desta tese: . Modelagem e Simulação de Separadores Simples Trifásicos : desenvolvimento da modelagem e simulação de separadores simples para sistemas multicomponentes, à temperatura e pressão fixas, englobando cálculos de equilíbrios líquido-líquido, líquidovapor e líquido-líquido-vapor, além de possibilitar também cálculos de pontos de bolha multifásicos. Esta metodologia é aplicável à caracterização terrnodinâmica de sistemas multicomponentes através das superficies de equilíbrio, sendo totalmente independente do fornecimento de estimativas iniciais; . Metodologia de Cálculo de Azeótropos Homogêneos e Heterogêneos para Sistemas Multicomponentes : desenvolvimento de nova metodologia de cálculo de pontos de azeotropia para sistemas multicomponentes englobando os casos homogêneos e heterogêneos. Esta metodologia é totalmente independente do fornecimento de.estimativas iniciais. Tal ferramenta é de suma importância na escolha de processos de separação adequados, particularmente orientando a escolha de solventes para a destilação azeotrópica; . Modelagem e Simulação de Colunas de Destilação Azeotrópica: desenvolvimento da modelagem e simulação de colunas de destilação azeotrópica aplicadas à separação de misturas multicomponentes, possibilitando o cálculo de equilíbrio líquido-líquido-vapor nos estágios internos da coluna. O programa apresenta urna metodologia de geração de estimativas dos perfis das variáveis de interesse e posterior identificação das regiões de equilíbrios líquido-líquido e líquido-líquido-vapor a partir do emprego de simuladores cOmerCiaIs / Abstract: This work represents a contribution to the synthesis of azeotropic distillation process, that is used to the separation of non-idealliquid mixtures, with the modelling of Steady-State Three-Phase Azeotropic Distillation Column. The following developments were carried out in this thesis: . Modelling and Simulation of Three-Phase Flash: development of the modelling and simulation of Three-Phase Flash to multicomponent systems, at fixed temperature and pressure, with liquid-liquid, liquid-vapor, liquid-liquid-vapor equilibrium calculations and multiphase bubbIe point calcuIations. This methodology is applicable in the thermodynamic characterization of the multicomponent systems through equilibrium surfaces, being totally independent of the initial estimates suppIy; . Methodology of Calculation of Heterogeneous and Homogeneous Azeotropes for MuIticomponent Systems: development of a new methodology of azeotropes calculations to multicomponents systems, with homogeneous and heterogeneous cases, independently of initial estimates supply. This tool is. very important for choosing adequate separation processes, especially to guide the choice of solvents to the azeotropic distillation application; . Modelling and Simulation of Azeotropic Distillation Columns: development of the modelling and simulation of the azeotropic distillation columns applicabIe to multicomponent systems separation, enabling the liquid-liquid-vapor equilibrium calculation in the internal stages of the column. The program presents a methodology to generation of estimates to the profiles of the interest variables and identification of the liquid-liquid and liquid-liquid-vapor equilibrium regions through commercial simulators / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T03:25:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cirne_MarciaIzabelSantos_M.pdf: 3453623 bytes, checksum: d97973614a7dfb39f3e09071fb8e1d3a (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A destilação extrativa em batelada possibilita a separação de misturas azeotrópicas e misturas de baixa volatilidade relativa utilizando-se colunas em batelada. Para descrever o comportamento do processo foi desenvolvido um modelo realístico considerando-se as contribuições dos balanços de massa e energia, os acúmulos líquidos na coluna, o cálculo rigoroso do equilíbrio de fases e principalmente a forma e posição de introdução do solvente à coluna. Considerando-se que a base da coluna de destilação em bateladas contém toda a mistura a ser separada, que a entrada de solvente é na parte superior da coluna, e que o modo de introdução deste solvente é diferente com o decorrer do tempo, é extremamente complexa a política operacional deste processo. O sistema rígido de equações gerado pelo modelo é solucionado pelo método implícito de Gear, através da subrotina LSODAR. O simulador desenvolvido, UNIBED, foi utilizado no estudo da separação de diferentes classes de misturas, explorando-se parâmetros relevantes ao processo, como a razão de refluxo, o calor fornecido ao refervedor e a taxa de introdução de solvente. As misturas azeotrópicas estudadas foram classificadas em três diferentes tipos de acordo com as características do solvente empregado em cada uma delas. As misturas pertencentes à classe 1 são aquelas em que o solvente é o componente de maior ponto de ebulição; o uso desses solventes é típico em processo de destilação extrativa... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Batch extractive distillation allows the separations of azeotropic and low relative volatility mixtures using batch columns. To describe the process behaviour it has been developed a realistic model considering the contributions of mass and energy balances, the column liquid holdups, the rigorous phase equilibrium calculation and principally the way and the position of the solvent introduction at the column. Considering that the still of the column constains all the mixture to be separated, the solvent entrance is near the column top, and the solvent introduction way is different along the time, this process operating policy is extremely complex. The stiff equation system generated by the model is sorted out by Gear¿s implicit method in the LSODAR subroutine. The developed simulator, UNIBED, has been used to study separation of different type of mixtures, exploring important process parameters, like reflux ratio, reboiler duty and solvent introduction flow. The azeotropic mixtures studied have been classified into three different types according to the characteristics of the solvent used in each one. In the mixtures belonging to class 1, the solvent is the least volatile component. In extractive distillation columns the use of this class of solvent is typical. Mixtures in classes 2 and 3 use alternative solvents... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital dissertation / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Mario de Jesus Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T18:29:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_CesarRobertoGuimaraesde_M.pdf: 2053678 bytes, checksum: c70a8b848430bc2fe8255c7380d9b484 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Um dos maiores problemas encontrados no estudo dos processos de separação por estágios é a grande dimensão dos modelos do processo. Deste modo, a simulação desses processos geralmente envolve um grande número de equações algébrico-diferenciais não-lineares cuja solução requer um elevado esforço computacional. Técnicas para reduzir a dimensão destes modelos facilitariam muito a aplicação da otimização on-line e do controle avançado de tais processos. Estas técnicas são chamadas de métodos de redução e os modelos por elas gerados recebem o nome de modelos reduzidos. Neste trabalho a aplicação do método da colocação ortogonal é estendida à solução de equações às diferenças, a partir do desenvolvimento de uma metodologia que unifica o uso da colocação ortogonal tanto para a solução de equações diferenciais quanto para a de equações às diferenças. O objetivo básico do trabalho é o desenvolvimento de modelos reduzidos para processos de separação por estágios. Para tal, as equações de balanço de massa e energia do modelo pratoa-prato original são reescritas na forma de equações às diferenças finitas e em seguida essas diferenças são aproximadas por técnicas de colocação ortogonal discreta. Os resultados obtidos na simulação de alguns casos exemplos apresentaram uma concordância muito boa com os do modelo prato-a-prato, tanto no estado estacionário quanto no transiente, além de uma redução considerável na ordem do sistema e no tempo de processamento / Abstract: One major problem in the study of stage-based separation process is the large dimensionof the process models. Hence, the sim!Jlationof these processes normallyrequires the solution of a large number of algebraic and differentialequations, associated with prohibitive computacional effort. For on-line optimization and advanced control, models with mallerdimensionswould be desirable. In this work the technique of orthogonal collocation is extended to the solution of difference equations, based on the development of an unified approach for the solution of differentialand difference equations. The main objective ofthis work is the development ofreduced-order models for staged separation processoThe mass and energy balance equations for the original tray-by-tray model are rewritten in the form of finite difference equations, and those are then solved by discrete orthogonal collocation. The results obtained ftom the new approach compare very well with the original trayby-tray model results, both for steady-state and dynamicsconditions. The decrease in computational effort is considerable in the magnitude ofthe problem formulation as well as in the time required for the solution / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Sandra Augusta Santos / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-10T15:15:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Piasson_Diego_M.pdf: 2885536 bytes, checksum: dca4487172738420af3b139864a437bd (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho aborda a otimizacao de um processo de destilacao de uma mistura binaria em uma coluna de pratos, motivado pela destilacao do metanol no processo de produção do biodiesel. Mais especificamente, considera a minimização de uma função custo energetico envolvendo o calor do refervedor e a temperatura fornecida a carga de alimentação sujeita a restrições de equilibrio e canalizações. Esse problema foi formulado baseado no artigo de More A collection of Nonlinear Model Problems. Para a solução foi utilizada a metodologia dos multiplicadores de Lagrange delineada no Teorema de Karush-Kuhn-Tucker para otimização de problemas com restrições mistas. Os softwares Maxima e MatLab foram utilizados para a investigação numerica da solução do problema. Uma explanação do funcionamento da coluna tambem e feita, bem como a apresentação dos principais resultados envolvendo otimização, desde problemas irrestritos ate problemas com varias restrições mistas / Abstract: This work tackles the optimization of a distillation process of a binary mixture in a column with plates, which came from the methanol distillation in the production process of the biodiesel. More specifically, it considers the minimization of a cost objective function that encompass the heat rate supplied to the reboiler and the feed temperature, subject to equilibrium constraints and simple bounds. This problem was formulated based on Mor'e¿s article A collection of Nonlinear Model Problems. The Lagrange multiplier methodology was used for solve it, outlined in the Karush-Kuhn-Tucker Theorem for optimization problems with mixed constraints. The softwares Maxima and MatLab were employed for the numerical investigation of the problem solution. An explanation about the operation of the column is also included, together with the presentation of the main results encompassing optimization, from unconstrained to mixed constrained problems / Mestrado / Otimização / Mestre em Matemática

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T16:03:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Junqueira_TassiaLopes_M.pdf: 2287179 bytes, checksum: 791ea76c4ab924d80d0233add3519b5b (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: No Brasil, o bioetanol é usado para substituir a gasolina, compondo uma porcentagem desta ou sendo usado como combustível alternativo. Esta tendência de substituição dos combustíveis fósseis vem se fortalecendo em âmbito global, sendo necessárias, portanto, alternativas e propostas que viabilizem o aumento da produção de forma economicamente e ambientalmente sustentável. Neste contexto, a otimização energética do processo de separação do bioetanol visa à disponibilização de bagaço de cana-de-açúcar, usado como combustível na geração de vapor de processo, para a produção de bioetanol através do processo de hidrólise. Para tanto, inovações ao processo são essenciais e melhoramento na representação de modelos torna-se necessário para estudos e avaliações. Neste trabalho, simulações da etapa de destilação para a produção de álcool hidratado assim como da etapa de desidratação do bioetanol foram realizadas utilizando o simulador Aspen Plus®. Visando um estudo dentro de um cenário mais realista, a modelagem de estágios de não equilíbrio foi utilizada para prever o comportamento das colunas de destilação envolvidas. Além disso, o uso da correlação de Barros e Wolf para a determinação de eficiência na modelagem de estágios de equilíbrio em colunas de destilação foi avaliado. A comparação entre as modelagens de estágios de equilíbrio e não equilíbrio para as destilações convencional e extrativa indicou que a associação da correlação de eficiência de Barros e Wolf à modelagem de estágios de equilíbrio fornece predições satisfatórias tendo como referência a modelagem de estágios de não-equilíbrio. Para a destilação azeotrópica, o estudo de formação de duas fases líquidas na coluna foi realizado, indicando que os parâmetros de processo, como posição de alimentação, possuem influência significativa. O estudo da fermentação extrativa a vácuo, como configuração alternativa às etapas de fermentação e concentração, revelou seu potencial para redução do consumo de energia na etapa de destilação subseqüente, sendo uma alternativa viável para intensificação de processos / Abstract: In Brazil, bioethanol is used to replace gasoline, being a percentage of this or used as an alternative fuel. This trend of replacing fossil fuels has gained strength globally, necessitating, therefore, alternatives and proposals to enable the increase of production in an economically and environmentally sustainable way. In this context, the energy optimization of the bioethanol separation aims the provision of sugarcane bagasse, used as fuel in process steam generation, for bioethanol production through the hydrolysis process. Consequently, innovations to the process are essential and improvement in the representation of models is required for studies and evaluations. In this work, simulations of the distillation step for the production of hydrous bioethanol and the bioethanol dehydration were performed using the simulator Aspen Plus®. In order to study a more realistic scenario, nonequilibrium stage model was used to predict the behavior of the involved distillation columns. Furthermore, the use of Barros and Wolf correlation for the determination of efficiency in equilibrium stage model for distillation columns was evaluated. The comparison between equilibrium and nonequilibrium stage models for conventional and extractive distillation processes indicated that the association between Barros and Wolf efficiency correlation and equilibrium stage model provides satisfactory predictions considering the nonequilibrium stage model as reference. For azeotropic distillation, formation of two liquid phases inside the column was studied, indicating that process parameters, such as feed position, have significant influence. The study of vacuum extractive fermentation, as an alternative configuration to fermentation and concentration steps, showed its potential for reducing energy consumption in the subsequent distillation step, and it seems a viable alternative to process intensification / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Sandra Augusta Santos / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-10T20:13:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Padua_SuzanGrazielleBenettide_M.pdf: 4591824 bytes, checksum: 5cf7309d863c45d2b4a0f5c266f4a12b (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho se inicia com um breve resgate histórico da abordagem de Fermat para encontrar máximos e mínimos sem o uso de derivadas. Em termos teóricos, trás uma discussão sobre máximos e mínimos de funções em Rn, com um estudo detalhado sobre a otimizacao sem restrições, destacando a regra de Fermat e a classificacao dos pontos críticos. Trata também da otimização com restrições, por meio dos Teoremas dos Mul-tiplicadores de Lagrange para restrições de igualdade e desigualdade, e para restrições mistas, o Teorema de Karush-Kuhn-Tucker (KKT). Do ponto de vista prático, apresenta uma aplicacao envolvendo uma coluna de destilacao do metanol vinculada 'a produção do biodiesel, com a otimização da proporção de metanol destilado / Abstract: This work begins with a brief historical overview of Fermat¿s method to find maxima and minima without derivatives. In theoretical terms, the elements concerning maximum and minimum of functions of n variables are discussed, together with a detailed study of unconstrained optimization, focusing on the Fermat¿s rule and the classification of critical points. Constrained optimization is also analyzed, by means of the Lagrange Multilplier Theorem for equality constrained problems, and the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) Theorem for mixed constrained optimization. In practical terms, an application concerning a distillation column of methanol associated to the biodiesel production is presented, with the optimization of the proportion of methanol in the amount of material that is removed from the top of the column / Mestrado / Otimização / Mestre em Matemática