Orientador: Maria Alvina Krahenbuhl / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T00:23:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miguel_CelsoViana_M.pdf: 2172997 bytes, checksum: 9075fe56f90ad4240387bf05662c1c5f (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Este trabalho apresenta uma contribuição ao estudo do equilíbrio líquido-vapor de substâncias poluentes, em especial aos solventes e pesticidas. Foi estudado o equilíbrio líquido-vapor dos sistemas isobáricos nas pressões de 250 e 650mmHg. Os sistemas foram formados pelas combinações das misturas binárias dos compostos 1,2-Dicloroetano, Tric1oroetileno e l-Butanol. Os dados foram determinados em ebuliômetro de recirculação das fases líquida e vapor, apropriado para regiões de baixas e médias pressões. A qualidade dos dados medidos P-T-x-y foi verificada pela aplicação do teste de consistência termodinâmica de Van Ness-Fredenslund. A equação virial foi utilizada para representação dos desvios da idealidade da fase vapor. Parâmetros de interação binária para modelos de coeficiente de atividade da fase líquida, representados pelos modelos de Wilson, NRTL e UNIQUAC, foram ajustados para todos os sistemas nas condições estabelecidas pelo método da máxima verossimilhança. Foram determinadas as curvas de pressão de vapor dos compostos puros formadores dos sistemas cobrindo toda a faixa de pressão entre 250 e 650mmHg / Abstract: This work is a contribution to the study of vapor-liquid equilibrium of pollutant substances, mainly solvents and pesticides. It was studied the vapor-liquid equilibrium of isobaric systems at the pressures of 250 and 650mmHg. The systems were formed by the combination of the binary mixtures of 1,2-Dichloroethane, Trichloroethylene and l-Butanol. The data were obtained in a ebulliometer with liquid and vapor phase recirculation, appropriate to low and middle pressures zones. The quality of the measured P-T-x-y data was verified by applying the thermodynamic consistency test of Van Ness Fredenslund. The virial equation was used for representation of the deviations of vapor phase. The binary interaction parameters for the liquid phase activity coefficients models of Wilson, NRTL and UNIQUAC have been adjusted for all the systems by maximum likelihood principIe. The vapor pressure curves of the pure compounds of the systems were determined over the pressure zone between 250 and 650mmHg / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Roger Josef Zem / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T09:38:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dal'Boit_Silvia_M.pdf: 447965 bytes, checksum: c94324c82fb6fa904907ff7875b11ae1 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo : Esse trabalho tem como objetivo o estudo da viabilidade de se utilizar se redes neurais artificiais (RNAs) para a predição de equilíbrio líquido-vapor (EL V), utilizando a abordagem do método de contribuição de grupos, método UNIF AC. Foram feitas duas propostas de trabalho, uma substituindo o método UNIF AC para o cálculo do coeficiente de atividade (?) pelas RNAs e outra calculando diretamente a composição da fase vapor (y) através das RNAs. A principal vantagem da utilização de uma rede neural reside na sua capacidade de modelar o sistema em equilíbrio sem a necessidade da definição prévia de um modelo de equilíbrio específico, como ocorre, por exemplo, no método UNIF AC. Foram estudados dois sistemas, um sistema constituído de misturas binárias álcoois água com cinco grupos funcionais UNIF AC e outro com misturas binárias de: álcoois, água, aldeídos e cetonas, com oito grupos funcionais UNIF AC. Foram usadas redes neurais do tipo feedforward com uma camada escondida. Utilizou-se o software Matlab 7.0 como ferramenta para esse trabalho. Nesse trabalho o número de neurônios na camada escondida foi estimado por três métodos diferentes. No entanto, os melhores resultados não foram obtidos por nenhum .destes e sim por redes com números de neurônios bem menores. Esse resultado demonstrou a independência de teorias e postulados na área de redes neurais artificiais, já que não existe como prever o seu desempenho e nem como escolher através de uma forma ótima e única os seus algoritmos e funções. Os resultados obtidos mostraram uma. boa capacidade de predição da rede, com desvios na mesma ordem de grandeza que os métodos baseados no uso de um modelo específico para a descrição do comportamento de equilíbrio líquido-vapor, mas sem a necessidade de se definir um modelo ou de seretp calculados parâmetros de interação ou constantes ajustáveis. Esse resultado é relevànte, uma vez que os sistemas estudados apresentam não idealidades acentuadas / Abstract : In this work the suitability of artificial neural networks (ANN) for the prediction of vapour-liquid equilibrium (VLE) is analyzed, using molecular groups that describe the components as input. Two different approaches were studied. In the first proposal the ANN is used to predict activity coefficients, in a similar way as done by the UNIF AC method. In the second proposal, vapour composition and equilibrium temperature are computed by the neural network without intermediate activity coefficient calculation. The main gain of the neural network is it capability to model the VLE without a previous definition of a specific equilibrium mo dei, like the UNIF AC mode!, for instance. Two different systems were studied, one of these is consisting of only binary mixtures for alcohols-water components with five UNIF AC functional groups. The other one is composed of binary mixtures of alcohols, water, aldehydes and ketones components with eight UNIF AC functional groups. The ANN used in this work is a feedforward network with one hidden layer, the networks was implemented in Matlab 7.0 software. In this work the numbers of hidden layers was estimating by three different methods. However the best results weren't found by none of these methods, but by a . smaller number of neurons than the indicated methods. These results show the independency of theories and postulates in the ANN area. There isn't a simple way to preview the network performance nor hüw to chose the optimum and unique form its algorithms and functions. The results showed that the proposed networks are capable of predicting VLE within a reasonable error margin, comparable to methods using specific thermodynamic models, without the necessity to define a mo dei, to calculate interaction parameters or adjustables constants. This result is relevant, respecting the systems presented here have a highly non-ideal behaviour / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Antonio José de Almeida Meirelles, Jürgen Gmehling / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-23T15:44:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Belting_PatriciaCastro_D.pdf: 4041052 bytes, checksum: 985b093f692b3bc9a1072474787582f8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Propriedades termodinâmicas são úteis para a realização de projetos confiáveis, otimização e modelagem de processos que envolvam separação térmica e para a seleção de solventes usados em processos de extração. Tais propriedades são também necessárias no desenvolvimento de novos modelos termodinâmicos e no ajuste de parâmetros de modelos preditivos. Este trabalho de tese teve como objetivo principal ampliar o banco de dados de propriedades termodinâmicas para compostos graxos através da determinação sistemática do coeficiente de atividade à diluição infinita ( ), entalpia de excesso ( ) e dados de equilíbrio líquido-vapor (ELV) de sistemas contendo ácidos graxos e óleos vegetais. A primeira parte deste trabalho apresenta os dados de para vários solutos orgânicos diluídos em ácidos graxos saturados e insaturados, medidos pelo método de cromatografia gás-líquido na faixa de temperatura entre 303,13 K e 368,19 K. Através dos resultados obtidos, puderam ser identificadas diferentes tendências para compostos polares e não polares, tanto na série de ácidos graxos como também em relação à temperatura. Foi verificado que tanto a presença quanto o número de insaturações na cadeia carbônica do ácido graxo têm influência nas interações solvente-soluto e, consequentemente, nos valores de . A segunda parte deste trabalho tratou de medidas realizadas em sistemas contendo óleos vegetais refinados. Os óleos de soja, girassol e canola foram submetidos a determinações de , e ELV. As medidas de para n-hexano, metanol e etanol diluídos nos óleos vegetais foram determinadas pela técnica do Dilutor na faixa de temperatura entre 313,15 K e 353,15 K. Os dados experimentais obtidos foram comparados com os resultados gerados pelos métodos UNIFAC original e modificado (Dortmund) e para este último modelo, foi proposta uma extensão para os triacilgliceróis. Os dados de foram medidos para 11 misturas contendo solventes e os óleos vegetais relacionados anteriormente na faixa de temperatura de 298,15 K a 383,15 K. Todos os sistemas investigados apresentaram desvio em relação ao comportamento ideal e os valores de apresentaram-se, na maioria, positivos. Dados isotérmicos de ELV foram medidos para misturas entre os mesmos óleos vegetais e metanol, etanol e n-hexano a 348,15 K e 373,15 K através de um método estático. Para misturas com n-hexano, foi observado desvio negativo da lei de Raoult e um comportamento homogêneo, enquanto que as misturas com álcool apresentaram desvio positivo da idealidade e imiscibilidade. Os dados experimentais de ELV foram representados satisfatoriamente pelo modelo UNIQUAC, enquanto que os modelos UNIFAC modificado (Dortmund) e sua extensão proposta para triacilgliceróis foram capazes de predizer os sistemas apenas de forma qualitativa. Finalmente, dados isobáricos de ELV foram medidos para misturas com etanol + óleo de soja a 101,3 kPa e n-hexano + óleo de algodão a 41,3 kPa utilizando o ebuliômetro de Othmer modificado. Os resultados da correlação UNIQUAC também apresentaram boa concordância com os dados experimentais. Este trabalho resultou em um total de 1829 novos dados que irão expandir o banco de dados disponível para compostos graxos, permitindo uma descrição mais precisa do comportamento real de sistemas contendo tais substâncias / Abstract: Thermodynamic properties are useful for the reliable design, optimization and modelling of thermal separation processes as well as for the selection of solvents used in extraction processes. They are also required for the development of new thermodynamic models and for the adjustment of reliable model parameters. In order to improve the thermodynamic properties data bank of fatty compounds, the systematic determination of activity Coefficients at infinite dilution ( ), excess enthalpies ( ) and vapor-liquid equilibria (VLE) data of systems containing fatty acids and vegetable oils was performed. The first part of this work presents data for several organic solutes dissolved in saturated and unsaturated fatty acids measured by gas-liquid chromatography at temperatures from 303.13 K to 368.19 K and the comparison to available literature data. Different trends for polar and non-polar compounds could be identified both in the series of fatty acids and as function of temperature. It appears that both the presence and the number of cis double bonds in the fatty acid alkyl chain have influence on the solvent-solute interactions and hence on the values of . The second part of this work deals with measurements performed on systems with refined vegetable oils. Soybean, sunflower and rapeseed oils were submitted to measures of , , and VLE. The measurements of for n-hexane, methanol and ethanol dissolved in these vegetable oils were determined by gas stripping method (dilutor technique) in the temperature range of 313.15 K to 353.15 K. The experimental data were compared with the results of the group contribution methods original UNIFAC and modified UNIFAC (Dortmund) and an extension of the latter method to triacylglycerols was proposed. The data were measured for eleven mixtures containing solvents (organic and water) and the prior mentioned vegetable oils in the temperature range from 298.15 K to 383.15 K. All systems investigated showed deviation from the ideal behavior and their experimental data are mostly positive. Isothermal VLE data have been measured for methanol, ethanol, and n-hexane with the same vegetable oils at 348.15 K and 373.15 K using a computer-driven static apparatus. For mixtures with n-hexane it was observed a negative deviation from Raoult¿s law and a homogeneous behavior, while mixtures with alcohols had a positive deviation from ideal behavior and, in some cases, with miscibility gap. The experimental VLE data were satisfactorily represented by the UNIQUAC model, while the mod. UNIFAC (Dortmund) method and its proposed extension for triacylglicerols were capable of predicting the experimental data only in a qualitative way. Finally, isobaric VLE data were measured for mixtures of ethanol with refined soybean oil at 101.3 kPa and for n-hexane and cottonseed oil at 41.3 kPa using a modified Othmer-type ebulliometer. The results of the UNIQUAC correlation also showed good agreement with the experimental results. This work resulted in a total of 1829 new data that will expand the available fatty compounds data base, allowing a more accurate description of the real behavior of fatty systems / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Roger Josef Zemp, Ana Maria Frattini Fileti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:59:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ribeiro_ValeriaSantana_M.pdf: 3503404 bytes, checksum: 3030e0b52819fa164dbcd760c731404b (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Na literatura são apresentados vários modelos termodinâmicos para o ajuste de dados de equilíbrio líquido-vapor (ELV) multicomponentes. Entretanto, devido à complexidade destes modelos termodinâmicos para interpolar dados para pressões onde dados experimentais não são disponíveis, foi proposto o uso das Redes Neurais Artificiais. Inicialmente a resolução de equações de equilíbrio líquido-vapor foi feita através de cálculos do ponto de Bolha T para o sistema ternário 2-buranol 2-butanona- água a fin de se obter uma grande quantidade de dados para serem usados nos treinamentos das redes. O modelo termodinâmico usado na representação da fase líquida foi NRTL (Non-Random-Two-Liquid). Estes dados foram então usados para treinar e testar os modelos de redes neurais, e nós verificamos que as redes neurais foram capazes de descrever o comportamento de equilíbrio com pequenos desvios nas composições preditas para o vapor em sistemas isobáricos. Um modelo neural foi então desenvolvido no MATLAB para fazer predição das propriedades termodinâmicas para o sistema 2-butanol-2-btanona-água, usando dados em diferentes pressões para treinas a rede, e predizer a composição de vapor e temperaturas em pressões na usadas no treinamento das redes. Como esperado, resultados muito pobres foram obtidos quando dois conjuntos de dados isobáricos usados para predizer o comportamento de ELV em uma pressão intermediária... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Many thermodynamic models for the data correlation of multicomponent liquid-vapor equilibrium (LVE) can be found in the literature. However, due the difficulty of these thermodynamic models to interpolate data at pressures where experimental data is not available, the use of Artificial Neural Networks was considered. Initially the resolution of liquid-vapour equilibrium equations was made through calculations of the bubble-point T for the ternary system 2-butanol / 2-butanone / water in order to get a reasonable amount of data to be used in the training of the networks. The thermodynamic model used in the representation of the liquid phase was NRTL (Non-Random-Two-Liquid). These data were then used to train and test neural network models, and we verified that the neural nerworks were capable of describing the equilibrium behavior with small deviations in predicted vapor composition, for isobaric systems. A neural model was then developed in MATLAB to make predictions of thermodynamic properties for the 2-butanol / 2-butanone / water system, using data at different pressures to train the network, and predict vapor composition and temperature at pressures nor used to train the network. As expected, a very poor result was obtained when two isobaric sets of data were used to predict LVE behavior at an intermediate pressure... 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

Submitted in fulfillment of the academic requirements for the degree of Master in Engineering, Durban University of Technology, Durban, South Africa, 2017. / Phase equilibrium data plays a significant role in the design and optimization of industrial separation schemes, such as distillation and absorption units. These separation processes are utilised for the purification of valuable chemicals, which play a pivotal role in daily human life. Separation units are operated at various conditions of temperature and pressure, however it is common for most units to operate in the moderate pressure region (100-500 kPa). On the contrary, there is a lack of phase equilibrium data available in the moderate pressure region, thus prompting an interest in this area. In this study, a new static synthetic cell was tested, and the experimental apparatus was successfully set up and commissioned. Some key features of this design include a total working cell volume of 60 cm3 (which reduces the amount of chemicals required compared to conventional static synthetic cells) and equilibrium is achieved faster. In addition, two high-accuracy Teledyne Isco pumps were utilised for the feed loading, as it is vital that the volume of chemicals dispensed into the cell be accurately determined. The necessary calibrations were conducted and the overall uncertainties were found to be 0.06 K, 0.36 kPa and 0.1 ml for temperature, pressure and volume respectively. The following test systems were measured to determine the reproducibility of the apparatus and to verify the experimental technique: • water (1) + 2-butanol (2) at 323.16 K • n-hexane (1) + 2-butanol (2) at 329.21 K • n-pentane (1) + 1-propanol (2) at 317.18 K • n-pentane (1) + 2-butanol (2) at 303.17 K • n-pentane (1) + ethanol (2) at 303.11 K The test systems measured produced a good fit with the literature data, and thus the experimental apparatus was commissioned. New systems, previously unmeasured in the open literature, were measured in this study. These systems include: • n-hexane (1) + perfluoro-n-heptane (2) at 313.21 and 333.12 K • n-pentane (1) + 2-propanol (2) at 313.11, 323.11 and 333.12 K The data was modelled on Aspen Plus®. Since the method of operation is of the static synthetic type, no analysis of the vapour and liquid phases took place, and instead an algorithm was developed using the combined method (γ-ϕ) together with the method of Barker (1953), to convert the overall composition (zi) to liquid mole fraction (xi). The Wilson and Non-Random Two-Liquid (NRTL) activity coefficient models together with the Ideal Gas law and Hayden O’Connell second virial coefficient were utilised to regress the data. For both the fluorinated and alkane + alcohol systems, the experimental i data produced an excellent fit with the activity coefficient models. For both systems, azeotropes were observed, indicating poor separation of these binary combinations at specific mole fractions. This is due to the boiling point of both components being similar under certain conditions. The calculated pressure residuals were well within the overall combined uncertainty for pressure, whilst the calculated temperature residuals were slightly above the overall combined uncertainty for temperature. / M

Flash boiling may be defined as the finite-rate mechanism that governs phase change in a high temperature liquid that is depressurized below its vapor pressure. This is a transient and complicated phenomenon which has applications in many industries. The main focus of the current work is on modeling flash boiling in injectors used in engines operating on the principle of gasoline direct injection (GDI). These engines are prone to flash boiling due to the transfer of thermal energy to the fuel, combined with the sub-atmospheric pressures present in the cylinder during injection. Unlike cavitation, there is little tendency for the fuel vapor to condense as it moves downstream because the fuel vapor pressure exceeds the downstream cylinder pressure, especially in the homogeneous charge mode. In the current work, a pseudo-fluid approach is employed to model the flow, and the non-equilibrium nature of flash boiling is captured through the use of an empirical time scale. This time scale represents the deviation from thermal equilibrium conditions. The fuel composition plays an important role in flash boiling and hence, any modeling of this phenomenon must account for the type of fuel being used. In the current work, standard, NIST codes are used to model single component fluids like n-octane, n-hexane, and water, and a multi-component surrogate for JP8. Additionally, gasoline-ethanol blends are also considered. These mixtures are azeotropic in nature, generating vapor pressures that are higher than those of either pure component. To obtain the properties of these fuels, two mixing models are proposed that capture this non-ideal behavior. Flash boiling simulations in a number of two and three dimensional nozzles are presented, and the flow behavior and phase change inside the nozzles is analyzed in detail. Comparison with experimental data is performed in cases where data are available. The results of these studies indicate that flash boiling significantly affects the characteristics of the nozzle spray, like the spray cone angle and liquid penetration into the cylinder. A parametric study is also presented that can help understand how the two different time scales, namely the residence time in the nozzle and the vaporization time scale, interact and affect the phenomenon of flash boiling.

Orientador: Antonio Jose de Almeida Meirelles / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T20:44:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_TelmaPorcinaVilasBoas_M.pdf: 800597 bytes, checksum: eee5814b7dd33c7fe35806dce5b84d48 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os álcoois superiores são provenientes, em sua maior parte, de transformações de aminoácidos durante o processo de fermentação. São álcoois com números de átomos de carbono entre três e cinco, como o álcool propílico, álcool amílico e seus isômeros, responsáveis pelo odor de algumas bebidas alcoólicas. Eles estão presentes na composição do óleo fúsel, que é a fração alcoólica menos volátil obtida durante a destilação do etanol. Embora o óleo fúsel seja um dos principais subprodutos da destilação do álcool, não é devidamente aproveitado pelas indústrias. Devido à presença desses álcoois superiores no processo de destilação do etanol, este trabalho tem como objetivo estudar o equilíbrio líquido vapor (ELV) desses componentes. O estudo foi feito com sistemas isobáricos a pressões de 760 e 560 mmHg, formados pelos álcoois superiores 2-propanol, 2-metil-1-propanol e 3-metil-1-butanol. O equipamento empregado na obtenção dos dados de equilíbrio (_ 9 _ 9 _ 9 _: foi um ebuliômetro FISCHER ® e a composição das fases em equilíbrio (líquida e vapor condensado) foi determinada utilizando cromatografia gasosa. Os sistemas estudados foram os binários 3-metil-1-butanol + 2-metil-1-propanol a 760 mmHg, 2-propanol + 3-metil-1-butanol a 760 mmHg e 560 mmHg e o ternário 2-propanol + 3-metil-1-butanol + 2-metil-1-propanol a 760 mmHg e 560 mmHg, procurando cobrir toda a faixa de composição, incluindo os compostos puros. Os dados de ELV obtidos experimentalmente foram submetidos ao teste de consistência termodinâmica. Outra contribuição consistiu na obtenção dos parâmetros de interação binária de modelos de coeficientes de atividade da fase líquida como as equações de Wilson, UNIQUAC e NRTL. Estas equações são comumente usados em simuladores de processos. Para o ajuste de parâmetros e o teste de consistência foi utilizado o simulador Aspen Plus ®. Os testes de consistência termodinâmica confirmaram a boa qualidade dos dados obtidos pelo ebuliômetro FISCHER ® para os sistemas binários estudados. Os modelos de Wilson, NRTL e UNIQUAC mostraram-se adequados na representação do ELV de todos os sistemas estudados, binários e ternários, obtendo-se desvios de temperatura e de composição da fase vapor muito próximos para todos os modelos utilizados / Abstract: The higher alcohols are derived, mainly, from the amino acids changes during the fermentation process. These are alcohols with carbon numbers between three and five, such as propyl alcohol, amyl alcohol and their isomers, responsible for the odor of most alcoholic beverages. They are present in the composition of fusel oil, which is the least volatile alcoholic fraction obtained during the ethanol distillation. Although the fusel oil is one of the main by-products of alcohol distillation, it is not properly harnessed by industry. Due to the presence of higher alcohols in the ethanol distillation process, this work aims at studying the vapor-liquid equilibrium (VLE) of these components. The study was developed with isobaric systems at pressures of 760 and 560 mmHg, formed by higher alcohols 2-propanol, 2-methyl- 1-butanol and 3-methyl-1-butanol. The equipment used in obtaining the equilibrium data (P ¿ T ¿ x ¿ y) was an ebuliometer FISCHER and the composition of the equilibrium phases (liquid and condensed steam) was determined using gas chromatography. The studied systems were the binary 3-methyl-1-butanol + 2- methyl-1-propanol at 760 mmHg, 2-propanol + 3-methyl-1-butanol at 760 mmHg and 560 mmHg and the ternary 2-propanol + 3 - methyl-1-butanol + 2-methyl-1- propanol at 760 mmHg and 560 mmHg, always trying to cover the entire composition range including the pure compounds. The VLE data obtained were experimentally tested for thermodynamic consistency. Another contribution was the binary interaction parameters obtained by adjusting the activity coefficient models of the liquid phase (Wilson, NRTL and UNIQUAC) to the experimental data. These equations are commonly used in process simulators. The Aspen Plus simulator was used to adjust the parameters and to test the consistency of the experimental data. The thermodynamic consistency tests confirmed the good data quality obtained by the FISCHER ebuliometer for the binary systems studied. The models Wilson, NRTL and UNIQUAC proved to be adequate for representing the VLE of all studied systems, binary and ternary ones, and the temperature and vapor composition deviations between experimental and calculated data were low for all the models used / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Antonio Jose de Almeida Meirelles, Roberta Ceriani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenahria de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-12T23:20:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Taham_Thiago_M.pdf: 2455225 bytes, checksum: c1d9574336bac7f84b970238a9896a58 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A etapa de desacidificação por via física deve ser delineada de forma a aproveitar a grande diferença na volatilidade dos compostos indesejáveis e do óleo neutro sob altas temperaturas e vácuo, sem causar danos importantes aos nutracêuticos, sem produção excessiva de ácidos graxos trans e sem perda elevada de óleo neutro. Aprimorar as condições operacionais desta importante etapa do refino de óleos vegetais é um assunto relevante atualmente. Neste sentido, o uso de ferramentas computacionais na análise dos efeitos das variáveis de processo e da variabilidade da matéria-prima na qualidade do produto final torna-se bastante interessante. No entanto, a modelagem matemática de sistemas químicos complexos, como os óleos vegetais, demanda o levantamento de uma grande variedade de propriedades físicas e métodos preditivos, cuja acurácia pode ser questionada. Dentro deste contexto, o presente trabalho investigou experimentalmente o processo de desacidificação por via física em batelada de sistemas-modelos graxos de composição conhecida (triacilgliceróis + ácidos graxos + tocoferol), seguindo planejamentos fatoriais, e validou os resultados finais das respostas de interesse, acidez final, concentração de nutracêuticos e perda de óleo neutro, gerados por simulação computacional nas mesmas condições de processo. Os desvios médios encontrados foram satisfatórios e comprovaram a capacidade da ferramenta de simulação de prever os valores finais próximos dos reais / Abstract: The steam deacidification step must be designed in order to take into account the high difference in the volatility of undesirable compounds and the neutral oil under high temperatures and vacuum, without causing damage to nutraceutical compounds, excessive production of trans fatty acids and neutral oil loss. To improve the process conditions of this important stage of vegetable oils refining is a relevant topic nowadays. Thus, using computacional simulation in the effect analysis of the process variables and the variability of raw material in the final product quality becomes relevant. However, the mathematical modeling of complex chemical systems, such as edible oils, requires knowledge of a wide variety of physical properties and predictive methods, whose accuracy can be questioned. This work studied experimentally the steam deacidification process of fatty model-systems with known composition (triacylglycerol + fatty acids + tocopherol), following experimental designs, and tried to validate the results responses of interest (final acidity, neutral oil loss and nutraceutical content), generated by computational simulation under the same process conditions. The mean deviation was satisfactory and showed the computational simulation ability to predict final results close to the real ones / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Maria Alvina Krahenbuhl, Antonio Jose de Almeida Meirelles / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T05:54:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Falleiro_RafaelMauricioMatricarde_M.pdf: 2025398 bytes, checksum: 267d9b60efd1dc4f0a2818661c23761d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Esse trabalho irá contribuir com alguns dados inéditos de equilíbrio líquido-vapor de compostos que constituem o biodiesel, pelo interesse imediato que este último tem despertado no mundo. Dados de Equilíbrio Líquido-Vapor (ELV) para três misturas binárias de ácidos graxos saturados foram medidos com sucesso através da Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC). Esses dados são de grande interesse para as indústrias, principalmente as de biodiesel, já que processos como a cristalização ou a separação indesejada de componentes pode ser minimizada a partir do levantamento desses dados. Contudo, mudanças na célula de pressão do calorímetro e o uso de panelas herméticas com furo na tampa (f = 250 µm) foram necessárias para que a técnica analítica fosse possível de ser aplicada, apresentando precisão nos resultados, uso de pouca quantidade de amostra e menor tempo de operação. Foram determinados experimentalmente a 50 mmHg dados ELV dos seguintes sistemas: ácido mirístico (C14:0) + ácido palmítico (C16:0), ácido mirístico (C14:0) + ácido esteárico (C18:0), ácido palmítico (C16:0) + ácido esteárico (C18:0). Na pressão de 8 mmHg investigou-se o sistema ácido linoléico (C18:2) + ácido oléico (C18:1). Para estes quatro sistemas foram preparadas pequenas quantidades de amostras (2,5 a 4,5 mg) em diferentes composições cuja fração molar do componente mais volátil variara de 0 a 1,0 em intervalos de 0,1. Os coeficientes de fugacidade para os componentes da fase vapor foram calculados usando o método de Hayden e O'Connell (Fredenslund et al., 1977) e o coeficiente de atividade para a fase líquida foi correlacionado pelos modelos tradicionais de gE : NRTL (Renon and Prausnitz, 1968), UNIQUAC (Abrams and Prausnitz, 1975) e Wilson (Prausnitz et al., 1999). Os ajustes dos parâmetros foram então comparados afim de determinar quais dos ajustes representava melhor o ELV. A modelagem termodinâmica é importante para o desenvolvimento de equipamentos para a produção de biodiesel e fundamentais nos processos de purificação. / Abstract:This work will contribute to some unpublished data of phase equilibria of compounds that form the biodiesel, which arouses the interest immediately. Vapor-liquid equilibrium (VLE) data for three binary mixtures of saturated fatty acids have been successfully measured through differential scanning calorimetry (DSC). These data are of great interest to the industries mainly of biodiesel, since processes such as crystallization or separation of undesired components can be minimized from such data. However, changes in the calorimeter pressure cell and the use of hermetic pans with caps with holes (f = 250 µm) have been necessary so that this analytical technique was possible to be applied, showing accuracy in results, shorter sample quantity and operational time. The systems studied at 50 mmHg in this work were: myristic acid (C14:0) + palmitic acid (C16:0), myristic acid (C14:0) + stearic acid (C18:0) e palmitic acid (C16:0) + stearic acid (C18:0). The linoleic acid (C18:2) + oleic acid (C18:1) binary mixture was investigated in the pressure of 8 mmHg. The binary systems were prepared using small quantities (2.5 to 4.5 mg) of samples in different mole fractions varying between 0.0 and 1.0 in relation to the most volatile component of each diagram. The fugacity coefficients for the components in the vapor phase have been calculated using the Hayden and O'Connell's method (Fredenslund et al., 1977) and the activity coefficients for the liquid phase have been correlated to the traditional gE models: NRTL (Renon and Prausnitz, 1968), UNIQUAC (Abrams and Prausnitz, 1975) and Wilson (Prausnitz et al., 1999). The set of parameters were then compared in order to determine which adjustments would best represent the VLE. The thermodynamic modeling is important for the development of equipment for the biodiesel production and purification. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Ana Maria Frattini Fileti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T14:31:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopreato_LuizGuilhermeRoquette_M.pdf: 1170459 bytes, checksum: af98261941e40b4030182bcc609c0fa6 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A aplicação de redes neurais artificiais (RNA) na solução de problemas de equilíbrio líquido-vapor de misturas multicomponentes apresenta resultados consistentes com valores experimentais observados. Sua principal vantagem, frente às abordagens tradicionais, reside na capacidade de modelar o sistema em equilíbrio sem a necessidade da definição prévia de um modelo específico, tarefa muitas vezes árdua. No presente trabalho utilizam-se dados de três sistemas binários para o treinamento de modelo neural com o objetivo de predizer o equilíbrio de sistema ternário em condições isobáricas. O algoritmo de treinamento utilizado foi o de Levenberg-Marquardt com Regularização Bayesiana, implementado por meio do software MATLAB. A estrutura de rede que apresentou os melhores resultados contém as frações molares dos três componentes na fase líquida, como parâmetros de entrada, e as frações molares dos três componentes na fase vapor e a temperatura como parâmetros de saída. O escalonamento dos dados foi realizado entre 0 e 1, sendo utilizada a função de ativação sigmoidal na camada oculta da rede e a função linear na camada de saída. O desempenho dos modelos foi analisado a partir dos coeficientes de correlação, coeficientes regressão linear, resíduos entre os valores experimentais e preditos, além da raiz dos desvios quadráticos médios (RMSD). O principal sistema estudado foi Acetona-Metanol-Água, sendo os conceitos desenvolvidos extrapolados para os sistemas polares Metanol-Etanol-Água, Metanol-2-Propanol-Água e para o sistema apolar Benzeno-Ciclohexano-Hexano. Os resultados obtidos indicam que a predição de equilíbrio através do modelo neural se mostra consistente com os dados experimentais e as predições realizadas via modelo UNIQUAC. Destaca-se que a construção do modelo neural baseia-se no uso de dados de sistemas binários para a predição de sistemas ternários, enquanto que o modelo UNIQUAC utiliza parâmetros regredidos a partir de dados experimentais para o equilíbrio ternário. Dessa forma, os conceitos utilizados nas duas modelagens são bastante distinto sendo, à priori, favoráveis ao modelo termodinâmico, fato não condizente com os resultados obtidos no presente estudo. / Abstract: Modeling multicomponent vapor-liquid equilibrium (VLE) by means of Artificial Neural Networks (ANN) showed to be able to successfully reproduce observed experimental points. The main advantage of this approach, regards to the traditional approaches, resides in the capacity to modeling the equilibrium condition without the necessity of the prior definition of a specific model, which is a task very often strenuous. In the present work data of three binary systems were used to training a neural network model with the objective to predict the equilibrium of a ternary system at isobaric conditions. The training algorithm used was Levenberg-Marquardt with Bayesian Regularization, implemented through the software MATLAB. The best network structure contains the molar fractions of three components in the liquid phase, as input parameters, and the molar fractions of three components at vapor phase besides the temperature as the output parameters. The data normalization was carried out in the interval between 0 and 1. The sigmoid activation function was used in the hidden layer and linear function was used in the calculations of the exit layer. The performance of the models was analyzed from the coefficients of correlation, linear regression coefficients, residues between the experimental and predicted values, besides the root of the quadratic middle diversions (RMSD). The principal system studied was Methanol-Acetone-Water, being the developed concepts extrapolated to the polar systems Ethanol-Methanol-Water, Methanol-2-propanol-Water and to the nonpolar system Benzene-Cyclohexane-Hexane. Results presented indicate that vapor-liquid equilibrium prediction through neural network is consistent with experimental data and UNIQUAC model predictions. Moreover, when comparing the ANN model with the thermodynamic model it is important to notice that the first model uses binary systems to predict ternary system equilibrium, whereas the thermodynamic model uses parameters obtained from experimental ternary data regressions. Thus, the concepts used in both models are quite different, being favorable to the thermodynamic model. Even so the ANN model showed to be very reliable, in the present study. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química