Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-01T10:10:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Torres_ArmandoAntoniodeOliveira_M.pdf: 3727476 bytes, checksum: fd50582b75f3a0a86a9bcd1a8428aa68 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O Processo Bayer é definido como uma tecnologia para a produção de óxido de alumínio (Ah03), principal matéria prima para a produção de Alumínio. Este processo transforma o minério de bauxita em alumina Ah03, utilizando soda cáustica e vapor gerado por caldeiras. Os sub processos que compõem o processo Bayer são a Moagem, Digestão, Filtração, Troca Térmica, Precipitação, Calcinação e Evaporação. Utilizando os dados da Refinaria de Poços de Caldas e trabalhando no Laboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, foi desenvolvido um método que utiliza os modelos existentes no software Aspen Plus para compor o "Modelo do Processo Bayer".O principal objetivo deste trabalho foi inter-relacionar os modelos do Aspen Plus para representar a Refinaria de Poços de Caldas, simulando o balanço de massa e energia do processo Bayer. A simulação foi conduzi da utilizando o módulo do simulador para sistemas eletrolíticos, considerando o estado dos componentes em seu modo verdadeiro, para melhor representar a não idealidade da solução. O licor do processo Bayer é uma solução eletrolítica, em que a água é o solvente e os demais componentes da mistura, NaOH, NaAlOz, NazCO3 estão completamente dissociados em íons como Na+, AlOz-, CO3-z, e OH-. As operações unitárias utilizadas do software para construir o "Modelo do Processo Bayer" foram o reator estequiométrico, tanques de "flash", lavadores simples, decantadores de contra corrente, misturadores, aquecedores e condensadores. O processo Bayer é controlado através do monitoramento das concentrações alcalina (TA), cáustica (TC) na unidade de equivalente g NazCO3 por litro de licor, como também a concentração de alumina em g AlzO3 por litro de licor. Foi necessário desenvolver uma metodologia que transformasse estas concentrações para expressões na base em massa para os compostos NaOH, NaAlOz, NazCO3 e água. A equação de densidade do Aspen Plus apresentou um desvio de 15% quando tentou-se obter os volumes e massas da solução. Foi necessária a utilização de uma outra equação de densidade (Equação de Russel) para desenvolver o método de transformação das concentrações de solução em massa. Comparando-se este método com dados analíticos, encontrou-se desvios da ordem de 1 %, demonstrando grande precisão do método. A entrada de dados para as simulações foram provenientes de amostras e análises químicas do licor e medidas de fluxo, temperatura e pressão do processo produtivo. Com os resultados da simulação do "Modelo do Processo Bayer", as massas dos íons Na+, AL02-, C03-2, e OH- são obtidas, as quais são transformadas em concentrações nas bases TA, TC e AhO3, para que seja possível a comparação entre os resultados do modelo e os dados analíticos de cada sub processo. Os desvios entre os resultados dos modelos de cada sub processo e as concentrações de planta estiveram entre O e 3 %. F oram utilizados fatores de ajuste para representar o sub processo da digestão e a evaporação natural dos tanques de processo para aumentar a precisão do modelo. O "Modelo do Processo Bayer" apresentou baixos desvios da realidade quando foram comparadas com as concentrações da solução cáustica da planta e as geradas pelo modelo. Foi observado o grande potencial de utilização nas seguintes atividades: Planejamento operacional e estimativa do custo de produção da alumina de acordo com o consumo de soda, bauxita e energia. Controle de volume da planta. Predizer as concentrações cáusticas do licor; Diferenças e perdas de energia em aquecedores; Identificação de anonnalidades no processo / Abstract: (AlzO3), main raw material to produce Aluminum. This process transforms Bauxite ore in a white sand alumina (AlzO3), using Caustic Soda and Steam from the Boilers. The sub processes that represent a Bayer Refinery are Grinding, Digestion, Filtration, Heat Exchange, Precipitation, Ca1cination and Evaporation. Using the Poços de Caldas Refinery data, and working at the Separation Process Development Laboratory at Campinas State University, a method to link the models in Aspen Plus software, to build up the Bayer process was developed. The main objective of this work was to interrelate the models from the Aspen Plus to represent the Poços de Caldas Refinery, to simulate the Energy and Mass Balances from the Bayer Process. Simulation for Electrolyte Systems were performed, with true components and to represent the non-ideality ofthe liquid solution, the NRTL thermodynamic model was used to get the activity coefficients in order to calculate the vapor-liquid phase equilibria. The Bayer liquor is an electrolyte solution, in which water is the solvent and the components from the mixture, NaOH, NaAlO2, Na2CO3 are completely dissociated in ions as Na+, AlO2-, CO3-Z and OH-. The unit operations used from the software to build up the Bayer process are: Stoichometric Reactor, Flash Tank, Single Wash, Counter Current Decanter, Mixers, Heaters and Condensers. The Bayer process is controlled by following the alkaline, caustic and alumina concentrations in equivalent unit (g Na2CO3 per liquor liter). A methodology to transform this concentration expression in mass of NaOH, NaAlOz, Na2CO3 and water was necessary to be developed. The density equation from the Aspen Plus gave 15% of error when it was tried to calculate the volumes or the masses. Another equation (Russell equation) was, then, used to develop the method to transform the concentration number in mass. Comparing with analytical data, the error were about 1 %, giving a good accuracy to the translated method. Samples and chemical analyses, flows, temperature and pressure measurements are the inputs for the model from the planto The outputs from the "Bayer Model" in Na+, AIO2-, CO3-and OR mass, were transformed in TA, TC and AhO3 concentrations (Alkaline, Caustic and Alumina concentration) to compare with the results of the analytical plant that were collected in the outlets from each sub processo Each sub processes was runned and the outputs plant concentrations were compared with the results from Aspen giving deviations between O and 3%. Fitting factors in the reactor to represent the digestors were used. The natural evaporation that occurs in the tanks was necessary to be considered in the model to increase its accuracy. The Bayer Model developed can be used to: Control the plant volume. Predict liquor concentration and find ilegal dilution in the process. Carry out an operating plan and to estimate the alumina cash cost according to the consumption of Soda, Bauxite and Energy Proceed with mass and energy balances and lost in the heaters. So, using the models from Aspen Plus for Electrolyte System, it is possible to build up a "Bayer Process Model" to represent a Plant with deviation between O to 3%. With this accuracy, the model can predict the energy and mass balances and the solution concentrations from the plant liquor. The density equation from Russell is necessary to be used to get the accuracy commented to translate the liquor concentration (TA, TC and AhO3) to the NaOH, NaAlO2, Na2CO3 and Water / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Jose Roberto Nunhez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-02T04:59:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rudinger_AntonioCarlosdeAndrade_M.pdf: 2677684 bytes, checksum: 5c4642641223b8c95f62ef0007f20f98 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Agitação e mistura são o coração da indústria química, e provavelmente os equipamentos para esses fins são os mais antigos que se possa imaginar quando se fala em processamento de matérias primas visando-se a obtenção de produtos. Devido à sua grande importância para a indústria, os processos vem se desenvolvendo ao longo do tempo e, nas últimas décadas, técnicas computacionais tem sido utilizadas para o projeto e otimização desses equipamentos. Em especial destaca-se a fluido-dinâmica computacional - CFD (Computational Fluid Dynamics). Este trabalho tem como objetivo a aplicação de técnicas de CFD para o estudo de sistemas com agitadores tipo âncora, utilizados em geral para fluidos altamente viscosos e, portanto com alto consumo de energia. O estudo por sua vez, através do entendimento dos fluxos no interior do tanque, tem como objetivo propor soluções e modificações a fim de melhorar a mistura e minimizar o gasto de energia no processo. O pacote computacional CFX 4.4. foi empregado como ferramenta de CFD para a realização dos estudos contidos neste trabalho, tendo sido obtidos resultados esclarecedores dos fenômenos envolvidos e coerentes com os dados experimentais disponíveis em literatura. Conclui-se que as ferramentas utilizadas são apropriadas para o estudo de tanques agitados e que possibilitam tanto o projeto como também a otimização de sistemas existentes, com economia de tempo e dinheiro. Quando comparada à técnicas experimentais, a técnica provou fornecer resultados precisos e confiáveis. A sugestão para estudos futuros é o cálculo simultâneo de reações químicas, para o entendimento de reatores químicos, especialmente em reações onde a viscosidade varia com o tempo / Abstract: Stirred vessels and mixing systems are the core of the chemical industries, and probably they are the oldest equipment in chemical processing for desired products. Due its great importance to the industry, these processes have been developed through the time, and in the last decades, computational techniques have been used in the project and optimization of these equipments. Particularly the Computational Fluid Dynamics - CFD. The objective of this work is to apply CFD techniques in the study of systems agitated by anchor impellers, generally used for higWy viscous fluids and therefore with high power consumption. The study has the objective to propose changes in the system so mixing can be optimized and the power consumption minimized, through the understanding of the flow pattems inside the tank. The computational package CFX 4.4. has been used as a CFD tool to generate the numerical results, which are useful to clarify the phenomena and are coherent with experimental data available in the literature. The study showed that the tools that have been used are appropriated to the study of stirred vessels and are able to design new systems and optimize actual systems, leading to money and time saving. .When compared to experimental techniques, the tools used showed that it is able to provide precise and reliable results. The suggestion for future studies is the simultaneous calculus of chemical reactions, which can lead to a better understanding of chemical reactors, especially those in which viscosity varies along time / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores : Rubens Maciel Filho, Aline Carvalho da Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T03:41:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_CalianeBastosBorba_M.pdf: 2181240 bytes, checksum: 2df3e5f861a1331edfee6242f55390cf (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Wagner Caradori do Amaral / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:39:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mattedi_Alessandro_D.pdf: 3928919 bytes, checksum: 38050e85fdfb0132b8d5582679c7b0f3 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um controlador preditivo baseado em modelos fuzzy funcionais para o controle de processos de polimerização. Estes processos apresentam um comportamento dinâmico altamente não linear, dificultando assim o desenvolvimento de controladores baseados em modelo convencionais. Para tanto, consideram-se dois casos de estudo da literatura: processo de copolimerização (Congalidis et aI. 1989) e policondensação (Giudici et aI. 1999). O processo de copolimerização apresenta um sistema de reciclo que ocasiona algumas perturbações na entrada do reator do processo. Soluciona-se este problema através de um controlador feedforward apresentado por Congalidis et aI. 1989. Dessa forma, pode-se tratar o reator do processo como um sistema isolado no desenvolvimento do controlador. Para o caso do processo de policondensação, tomando-se como base o modelo estacionário do reator tubular desenvolvido por Giudici et aI. 1999, foi desenvolvido um modelo dinâmico através do seqüenciamento de dez reatores de tanque agitado contínuo (CSTR). Este modelo representa satisfatoriamente o comportamento dinâmico das principais variáveis no desenvolvimento do sistema de controle. Dessa forma, cada um desses dois casos de estudo são considerados como as plantas para aplicação dos sistemas de controle. A escolha de um controlador preditivo como base de desenvolvimento do controlador proposto deve-se ao fato do sucesso na implementação dos controladores preditivos em diversos processos químicos, pois tais controladores, além apresentarem bom desempenho nos controles regulatório e servo, apresentam a possibilidade de inclusão de restrições nas variáveis manipuladas e controladas. Assim sendo, procura-se neste trabalho apresentar o desenvolvimento de uma metodologia de projeto sistemático de controlador preditivo baseando-se em modelos dinâmicos fuzzy funcionais (Takagi e Sugeno 1985) . Estes modelos apresentam uma excelente capacidade de representação de dados dinâmicos. Além disso, apresentam a possibilidade de inclusão de informações qualitativas (ou operacionais) do processo. Tomando-se como base o modelo fuzzy de Takagi e Sugeno, a determinação do modelo (número de regras e parâmetros) é obtida a partir de um conjunto de dados provenientes do processo. O tratamento desses dados para a determinação do modelo fuzzy é realizado por meio de algoritmos matemáticos de agrupamento (clustering) e mínimos quadrados. Os modelos são validados utilizando-se uma parte dos dados de identificação, denominados de dados de teste. Os resultados dessa modelagem para os dois casos de estudo considerados são apresentados com excelentes resultados. Por fim, esses modelos fuzzy são inseridos na metodologia de controle preditivo; emprega-se o controlador preditivo baseado em coeficientes da resposta à entrada degrau (DMC) como base comparativa nos resultados de controle. Nas simulações realizadas os resultados de controle obtidos com o controlador proposto foram superiores aos oriundos do DMC convencional, demonstrando o potencial de utilização do novo algoritmo proposto para o controle de sistemas não lineares / Abstract: This work presents the development of a new predictive controller based in functional fuzzy models for polymerizatíon processes. These processes present a highly non-linear dynamic behavior, thus making difficult the development of controllers based on model as conventional predictive controllers. Two case studies were considered to analyse the performance of the proposed control/er, to know: process of copolimerization (Congalidis et al. 1989) and policondensation (Giudici et ai. 1999). The copolimerization process presents a recycle system that leads to some disturbances in the reactor input of the process. This problem is solved through a feedforward controller, developed by Congalidis et al. 1989. In this way, the reactor can be interpreted as an isolated process system for the control system design. For the polycondensation process, a dynamic model was developed through the sequence of ten reactors CSTR. This model satisfactorily represents the dynamic behavior of the main process variables for the development of the control system. Taking this into consideration the success of some applications of predictive controllers in chemical processes, and also its ability to consider the restrictions on the manipulated and control/ed variables. This type of controller was used as a basis for the development of new control algorithm coupling the fuzzy concepts together with the model predictive controllers. Thus, it explicated in this work the development of a methodology for the design the predictive control/er being based on functional dynamic models fuzzy (Takagi e Sugeno, 1985). These models present an excellent capacity to represent dynamic data. Moreover, they allow the inclusion of qualitative or operational information of the process. The fuzzy model determination (rules number and model parameters) is obtained from the process database. The treatment of these data for the fuzzy model determination is carried out by means of mathematical algorithms of clustering and least squares. The modeling by the fuzzy approach showed to have a good potential for representation. The fuzzy internal models were developed based on the functional dynamic fuzzy representation (Takagi e Sugeno, 1985). The proposed fuzzy based controller were compared to the dynamic matrix controller (DMC) and the obtained results showed that the proposed controller is robust and does not require step test as conventional controllers / Doutorado / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:26:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bauer_PauloErnani_D.pdf: 18931562 bytes, checksum: 7290a7ab5ba67210cf885c6454eeb797 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O presente trabalho trata da consideração ambiental no projeto de processos químicos. O objetivo principal é o estudo da aplicabilidade de métodos, procedimentos e técnicas emergentes como ferramentas avançadas no projeto de processos químicos, visando a prevenção da poluição. Para atingir este objetivo, foi necessária inicialmente a definição de uma metodologia abrangente de estimativa do impacto ambiental. Esta metodologia compreende um método de quantificação completa de resíduos gerados por processos químicos, através das correntes de resíduos sólidos, efluentes líquidos, e emissões gasosas primárias, secundárias e fugitivas. Inclui também um método de quantificação, a partir de um banco de dados de Fatores de Caracterização, dos danos ambientais causados por estes resíduos gerados, bem como dos danos ambientais decorrentes do consumo de recursos naturais. A partir desta metodologia, o projeto de processos foi dividido nas etapas de análise e síntese. Para a análise de um processo, foram avaliadas diferentes ferramentas hoje disponíveis para estudos ambientais. Nesta avaliação, a Análise do Ciclo de Vida (ACV) mostrou-se a ferramenta analítica mais completa e abrangente. Foi então estudada a aplicabilidade das diferentes fases de uma ACV no projeto de um processo, especificamente como ferramenta auxiliar na seleção de tecnologias e avaliação de fluxogramas alternativos. As diversas abordagens de síntese de processo foram avaliadas sob o enfoque de prevenção da poluição ambienta!. A abordagem selecionada foi a Otimização Algorítmica (Programação Numérica). O problema de otimização original, do tipo Programação Mista Inteira Não-Linear, foi decomposto em subproblemas do tipo Programação Não-Linear. Esta solução evita o uso de programas específicos, os quais tendem a dar visão estritamente matemática do problema. Como o número de variáveis inteiras (alternativas de processo) normalmente é pequeno, a solução adotada é particularmente adequada, permitindo ao engenheiro de processo incluir a sua experiência de projeto. A consideração econômica e ambiental configura a otimização como sendo um problema de tomada de Decisão com Múltiplos Objetivos. Para a solução deste problema, foram avaliados os diferentes métodos disponíveis. Exemplos de estimativa de impacto ambiental, tanto na etapa de análise quanto na de síntese, são usadas para ilustrar da aplicabilidade e limitações da abordagem proposta. Embora o objetivo específico deste trabalho seja o projeto de processo químico, considerando critérios econômicos e ambientais, a metodologia desenvolvida é aplicável a uma ampla gama de problemas de tomada de decisão com múltiplos objetivos / Abstract: This thesis describes a methodology for the chemical process design with environmental consideration. The main objective is the study of applicability of methods, procedures and techniques as advanced tools in the chemical process design, with the aim of preventing pollution.To this purpose, it was necessary initially the definition of a comprehensive methodology to estimate the environmental impact. This methodology includes a method to a complete quantification of generated wastes by chemical processes, through the streams of solid waste, liquid waste, and primary, secondary and fugitive air emissions. This methodology embraces too a method to quantify, through a database of Characterization Factors, of environmental damages caused by these wastes, as well as the environmental damages originated from the natural resources consumption. With this methodology, it was possible to divide the process design in the analysis and synthesis tasks. To the process analysis, the different tools available to environmental studies were evaluated. In this evaluation, the Life Cycle Assessment (LCA) shows to be the most complete and widespread analytical tool. Then the applicability of the different phases of a LCA was studied, specifically as an auxiliary tool in the technology selection and alternative flowsheets screening. The different approaches to the process synthesis were assessed focusing in the environmental pollution prevention. The selected approach was the Algorithmic Optimization (Mathematical Programming). The original optimization problem, corresponding to a Mixed-Integer NonLinear Program, was decomposed in NonLinear Program sub problems. As normally the integer variables (design variables) number is low, the adopted solution is particularly adequate, allowing the process engineer to include his design experience. The economic and environmental consideration configures the optimization as a Decision Making with Multiple Objectives. The different methods to solve this problem were evaluated and applied. Examples of environmental impact estimation in both analysis and synthesis tasks were used to iIIustrate the applicability and limitations of the proposed approach. Although the specific objective of this work was the chemical process design considering economic and environmental criteria, the developed methodology is applicable to many others problems regarding Decision Making with Multiple Objectives / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Laercio Ender / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T22:13:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duarte_ElisRegina_M.pdf: 4140115 bytes, checksum: c88de8d68092c7f6f52e91245651dd4d (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Nos dias atuais com a globalização, competitividade do mercado e preocupações ambientais se faz necessários produtos com alta qualidade, baixo custo e baixa emissão de poluentes, sendo o controle de processos a principal maneira de se obter estes resultados. Por isso o grande avanço de pesquisas em busca de novas metodologias e concepções sobre desenvolvimento e controle para processos de todas as áreas. O objetivo deste trabalho é propor o aperfeiçoamento da estratégia de controle CoNDEG, (Controle Neural Direto Baseado no Erro Global), desenvolvida por ENDER (2002). A estratégia está baseada em redes neurais artificiais, com aprendizagem em tempo real, de acordo com as alterações que ocorrem no processo. Desta forma o controlador apresentará uma performance mais apropriada, quando comparado com o controlador que não apresenta esta atualização ao longo do tempo. Para desenvolvimento desta dissertação estudou-se o CoNDEG e foram propostas modificações na forma de ajuste do controlador e análise de diferentes configurações para aprendizagem on-line. A estratégia proposta CoNDEG Modificado foi implementada em linguagem de programação Fortran 90. Foram utilizados dois processos não lineares para avaliar a estratégia proposta, um reator catalítico de leito fixo (TOLEDO, 1999) e um processo fermentativo extrativo para produção de etanol (COSTA, 2001). As simulações em malha fechada realizadas utilizando o programa CoNDEG Modificado para ambos casos de estudo mostraram que o algoritmo de controle não linear proposto é eficiente e robusto, pois apresentaram bons resultados em problemas dos tipos servo e regulador / Abstract: In now days with the globalization, market competitivity and environmental preoccupation, there is a real need for products with high quality, low cost and low emission of pollutants. The process control is the main form to reach such objectives. That is the reason for the great advance on researches in the investigation of new methodologies and conceptions about process development and process control in several areas. The objective of the present work is to propose the improvement of CoNDEG strategy control (Direct Neural Control based on Global Error), developed by ENDER (2002). The strategy is based in artificial neural networks, with on line learning, according to modifications that occur in the process. Hence the controller based on such approach will present better performance than a controller without on-line upgrade. In order to develop the present work the CoNDEG was studied and it was proposed some modifications on the way the controller is adjusted as well as it was carried out the analysis of different configurations for the on-line learning. The proposed modified strategy CoNDEG was implemented in Fortran 90 programming language. It was used two non-linear processes to evaluate the proposed strategy, to know, a fixed bed catalytic reactor (TOLEDO, 1999) and an extractive fermentative process for the production of ethanol (COSTA, 2001). The results obtained from c1osed-Ioop simulations using the modified CoNDEG program for both studied cases showed that the proposed non-linear control algorithm is efficient and robust for servo and regulatory applications / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T18:09:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dechechi_EduardoCesar_D.pdf: 5588560 bytes, checksum: d37cf69fc8b7e06405e627faf200985a (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: O assunto principal deste trabalho é o desenvolvimento e a aplicação da técnica de controle avançado preditivo DMC (Dynamic Matrix Control) desde o controlador monovariável, DMC-SISO, ao controlador multivariável DMC-MIMO, e também do controlador multivariável adaptativo, DMC-MIMO adaptativo, denominado neste trabalho de D-AMPC. O controle multivariável desenvolvido neste trabalho foi testado, via simulação por computador, em um processo complexo encontrado em aplicações industriais de Engenharia Química, processo fermentativo industrial para produção de Etanol, operado sob condições severas de operação. O controle multivariável preditivo adaptativo, D-AMPC, foi testado no reator de hidrogenação de Fenol para Cic1ohexanol (RHODIA - Paulínia SP). Este teste foi feito em um breve intervalo de tempo, sendo o processo controlado em tempo real e sob condições normais de operação. O processo fermentativo considerado neste trabalho é um processo de dinâmica lenta e que apresenta fortes não linearidades, características de sistemas distribuídos, as quais juntamente com a presença de atraso nos instrumentos de medida da variável controlada (concentração de açúcares) dificultam, em muito, o projeto do controlador. O reator de hidrogenação de Fenol para Ciclohexanol, da Usina Química de Paulínia (RHODIA) é um reator trifásico, com a presença do catalisador sólido na mistura. Possui fenômenos complexos de transferência de calor e dinâmica rápida quando comparado com o processo fermentativo industrial. Além do mais é um processo distribuído que apresenta, entre outras dificuldades, a desativação do catalisador ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The main subject of this work is the application and development of the advanced predictive control strategy, DMC 'Dynamic Matrix Control', from the monovariable approach (DMC-SISO) to the multivariable (DMC-MIMO) as well as the multivariable with adaptive capabilities, described in this work as D-AMPC. The multivariable controller developed in this work was tested by computer simulation in a complex industrial process application, to know, the industrial fermentation process to produce Ethanol under hard operational conditions. The multivariable predictive/adaptive controller was tested in the Phenol hydrogenation reactor to produce Cyclohexanol (RHODIA - Paulínia - SP - Brazil). This test could be made in a short time interval and the process was controlled in Real time under typical operational conditions. The fermentation process considered in this work is a process with low dynamic response, high non-linearities with typical characteristic of distributed systems. This behaviour and the large time delay in the measurement of the controlled variable (total sugar reductor) contribute to make the design of the controller very difficult. The Phenol hydrogenation reactor to obtain Cyclohexanol, a RHODIA unit in Paulínia SP (Brazil), is a three phase reactor with solid catalyst in the reaction mixture. This process has complex heat transfer mechanisms and fast dynamic behaviour when compared with the industrial fermentation process considered in this work ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Sergio Persio Ravagnani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T20:42:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cardoso_Marcelo_D.pdf: 4834526 bytes, checksum: d2ac3eb3a19492a319e2dfef11eeae88 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: O presente trabalho tem como objetivo analisar a unidade de recuperação do processo "Kraft" avaliando novas alternativas de processamento do licor negro de eucalipto. Estas alternativas se referem a concentrar mais o licor na etapa de evaporação. No método de produção "Kraft" de pasta celulósica, os cavacos de madeira são aquecidos em um vaso de pressão, digestor, com licor de cozimento, consistindo de uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) e de sulfeto de sódio ('Na IND. 2¿S), Após o cozimento, os cavacos são transformados em fibras individuais, formando a pasta de celulose. Já o licor passa para a unidade de recuperação, com a finalidade de adequar a sua composição para a sua reutilização. A unidade de recuperação desse licor no processo "Kraft" é composta, basicamente, pelos evaporadores de múltiplo efeito, responsáveis pela concentração do licor até cerca de 75% de sólidos e pela caldeira de recuperação ou fornalha, na qual este licor concentrado é queimado liberando energia para a geração de vapor. Sabe-se por estudos anteriores que para o licor de pinho, há uma significativa melhora na operação da caldeira de recuperação quando aumenta-se o teor de sólidos no licor alimentado. Tal aumento resulta não só na elevação da temperatura de operação da caldeira, como também, numa maior eficiência térmica com maior geração de vapor. A elevação da temperatura na fornalha favorece, também, as reações de formação de fumos, provocando uma redução das emissões de 'SO IND. 2¿ Outra grande vantagem em operar com o licor mais concentrado na caldeira é a maior estabilidade das reações de combustão, tornando o equipamento mais seguro e permitindo um aumento na sua capacidade nominal de projeto. Este trabalho é constituído de três etapas, a saber: caracterização do licor negro de eucalipto; simulação do sistema de evaporação múltiplo efeito e da caldeira de recuperação e levantamento da sensibilidade do licor negro de eucalipto perante as novas técnicas de processamento do licor a altas concentrações. Baseado nos resultados das três etapas anteriores, analisa-se a unidade de recuperação, avaliando novas alternativas de processamento do licor negro de eucalipto. Os resultados experimentais de caracterização do licor negro de eucalipto comprovam que estes diferem do licor de pinho. Os licores de eucalipto possuem uma maior concentração e uma menor massa molecular de lignina, além de uma transição de fluido newtoniano para fluido pseudo-plástico em menores concentrações de sólidos. Já os resultados da simulação mostraram que, com o aumento de 72% para 100% de sólidos na concentração do licor alimentado na caldeira de recuperação, obtém-se um aumento de '160 GRAUS¿C em média nas temperaturas das regiões de combustão do licor, proporcionando assim um acréscimo de 10% na produção de vapor. Pode-se observar ainda que o licor negro de eucalipto é menos sensível que o licor de pinho quanto à técnica de redução de viscosidade através do tratamento térmico ou à técnica de redução de viscosidade através da adição de sais de tiocianato / Abstract: The scope of this work is to analyze the recovery unit of "Kraft" process in order to evaluate new altematives for eucalyptus black liquor's processing. These altematives are focused on the production of a more concentrated black liquor during evaporation step. On the "Kraft" process of cellulose pulp production, the wood chips are heated in a pressure vessel, digester, with cooking liquor that consists of an aqueous solution of sodium hidroxide (NaOH) and sodium sulfide ('Na IND. 2¿S), After the cooking, the chips are changed into individual fibers, forming the cellulose pulp. The resulting liquor goes to the recovery unit to adjust its composition for reutilization. The recov~ry unit of this liquor on the "Kraft" process is composed, basically, by multiple effect evaporators, responsable for liquor's concentration at about 75% of solids, and by the recovery boiler, where the concentrated liquor is bumed to give energy for vapor generation. Earlier studies show that for pine black liquor there is a significative improvement on the recovery boiler operation when the solids concentration on black liquor is increased. This increase results not only on the operational temperature elevation in the boiler, but also on an increase of the thermal efficiency and vapor production. The elevation of temperature in the boiler propitiates also the reactions of fume production, resulting on a reduction of 'SO IND. 2¿ emission. Another advantage on operarting with a more concentrated liquor on the boiler is the better stability of combustion reactions, increasing the equipment safety and allowing an increase on the project's nominal capacity. This work consists on three steps, like: eucaliptus black liquor's characterization, simulation of the multiple effect evaporation system and the recovery boiler, and evaluation of black liquor sensibility conceming new techniques for black liquor' s processing at high solids / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Ana Maria Frattini Fileti, João Alexandre F. R. Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-25T15:26:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PereiraFilho_RenatoDutra_M.pdf: 4626648 bytes, checksum: b709f9357b51fd1ac5cf5e0827f9d24b (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Esta dissertação estudou a aplicação da lógica nebulosa no controle de processos químicos e descreveu o desenvolvimento e a implementação de controladores nebulosos aplicados à destilação em batelada de misturas binárias. Em uma primeira etapa os algoritmos de controle nebulosos, análogos aos controladores P, PI e PID tradicionais, foram desenvolvidos, codificados em linguagem de programação FORTRAN. e testados utilizando um simulador dinâmico da destilação em batelada, disponível em linguagem de programação C. A etapa de simulação permitiu avaliar os parâmetros de projeto dos controladores nebulosos desenvolvidos, a fim de permitir um melhor domínio das influências e interações destes parâmetros com o desempenho dos controladores nebulosos. Os resultados em simulação demonstraram que os parâmetros de escala têm grande influência na resposta dinâmica do controlador, tanto em termos de qualidade do desempenho do controlador com respeito a manutenção do valor de referência e tempo de resposta, quanto à ocorrência de oscilações. A etapa experimental do trabalho consistiu em utilizar os algoritmos de controle nebulosos na automação da operação de uma coluna piloto de destilação em batelada. Foram separadas misturas binárias compostas de n-hexano e n-heptano. A composição no topo e no fundo da coluna foi calculada através de inferenciação a partir dos valores de temperatura, usando dados de equilíbrio líquido-vapor ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: This work is concerned in the application of fuzzy logic in chemical process control. Fuzzy controllers development and implementation were described and applied to a binary system batch distillation. Algorithms of fuzzy control that are similar to conventional P, PI, PID controllers were developed and implemented in FORTRAN. First of all, algorithms were tested coupled to a batch distillation dynamic simulator, available in C language. Both influence and interaction of design parameters were evaluated over fuzzy controller performance. Simulation results showed that scale parameters hardly affect the controller dynamic response: set point maintenance, time response and oscillations showed different behaviours. Fuzzy control algorithms were then experimentally used in the on line operation of a pilot batch distillation column. N-hexane/n-heptane mixtures were distilled. Top and bottom compositions were obtained from temperature measurements and inferred through liquid-vapour equilibrium data. Two different composition policies were used for distillate withdrawn: a fixed set point composition and a predetermined set point trajectory of top composition. Different distillate cuts could be obtained during a batch operation under second strategy. Using fixed set point strategy, PI and PID fuzzy controllers performances were compared to conventional PI (velocity form) and PID (position and velocity form) respectively. Experimental results showed that fuzzy controllers performance is superior to conventional P, PI and PID controllers ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Maria Teresa Moreira Rodrigues, Luis Gimeno Latre / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T05:40:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alvarenga_WesleydeLima_M.pdf: 5020896 bytes, checksum: d4336b6749fd759a638383f0257ea42b (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O problema abordado é o de programação de produção {scheduling) em plantas operando em batelada.Considera-se problemas de curto prazo (short-term) com restrições fortes sobre a capacidade de produção da planta e de armazenagem de produtos intermediários, situação que ocorre na indústria de processos com freqüência. A abordagem proposta visa a utilização da informação sobre gargalos de capacidade dos equipamentos como forma de orientar o procedimento de busca pela solução, através da sucessiva redução do espaço de busca. Para esse fim, foram implementadas as principais técnicas de propagação de restrições sobre recursos unitários existentes na literatura, e é proposta uma estratégia de propagação de restrições baseada nas restrições de armazenagem de produtos intermediários. Também foram propostas estratégias de identificação e avaliação das restrições do problema, de modo melhor a orientar o procedimento de busca pela solução. A abordagem proposta identifica as restrições e avalia quais são mais duras, ou seja, mais propensas a serem violadas, e toma decisões sobre as varáveis envolvidas nessas restrições que permitam resolver o problema de programação de produção mantendo a maior liberdade possível para as decisões restantes, de forma que as restrições não sejam violadas. Os resultados mostram um ganho de eficiência na busca por uma solução no sentido de um menor número de nós visitados na árvore de busca para atingir uma solução final, assim como menor número de nós infactíveis visitados (soiuções parciais que não podem ser completadas). Esse ganho resulta em menor gasto de tempo e recursos computacionais empregados em elementos de pouca influência sobre a resolução do problema / Abstract: The problem considered is short term scheduling of batch chemical plants. Constraints over plant capacity are taken as well as intermediate storage constraints since they are frequent in the process industries area. The proposed approach utilizes a constraint based search technique based on bottlenecks identification to guide the search procedure and reduce the search space. To reach this goal, the usual constraint propagation techniques over unitary resources are implemented, and it is proposed a new intermediate storage constraints propagation technique. New bottlenecks identification and measurement strategies are proposed to have a more efficient search procedure. The search procedure identifies the hardest constraints, and takes decisions that keep the greater flexibility for the remaining variables. The results show a big efficiency gain in the search procedure by reaching a complete solution with less visited nodes in the search tree, as well as visiting fewer infeasible nodes. The result is a reduction of computational time and resources / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química