Two basic approaches to reduce computational requirements for solving distillation problems have been studied: simplifications of the model based on physical approximations and order reduction techniques based on numerical approximations. Several problems have been studied using full and reduced-order techniques along with the following distillation models: Constant Molar Overflow, Constant Molar Holdup and Time-Dependent Molar Holdup. Steady-state results show excellent agreement in the profiles obtained using orthogonal collocation and demonstrate that with an order reduction of up to 54%, reduced-order models yield better results than physically simpler models. Step responses demonstrate that with a reduction in computing time of the order of 60% the method still provides better dynamic simulations than those obtained using physical simplifications. Frequency response data obtained from pulse tests has been used to verify that reduced-order solutions preserve the dynamic characteristics of the original full-order system while physical simplifications do not. The orthogonal collocation technique is also applied to a coupled columns scheme with good results. / Graduation date: 1992

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