Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2015-05-18T18:24:59Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE - Thibério - Parte escrita - 81 - FINAL.pdf: 8671428 bytes, checksum: 626d3d6a70a811bf559ef1ba89a7d967 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-18T18:24:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE - Thibério - Parte escrita - 81 - FINAL.pdf: 8671428 bytes, checksum: 626d3d6a70a811bf559ef1ba89a7d967 (MD5) Previous issue date: 2015-04-04 / CAPES / Nos últimos anos o biodiesel se tornou uma alternativa para a demanda crescente de combustível no país e no mundo. O próximo passo é conseguir produzir um biodiesel economicamente competitivo com o diesel fóssil em um processo a nível industrial. Uma tecnologia que vem ganhando espaço ultimamente é a destilação reativa. O objetivo deste trabalho foi estudar do ponto de vista computacional e experimental a produção de biodiesel por destilação reativa. Para isso, foi construída uma coluna piloto com 1,5 m de altura em vidro, dotada de toda parte de controle automático para a aquisição de dados. Foi utilizado o Aspen Plus® para realizar as simulações com base nos resultados obtidos experimentalmente. Também foi realizado neste trabalho uma modelagem cinética da transesterificação do óleo de algodão em rota etílica a fim de se obter parâmetros da reação para serem inseridos no simulador. Em seguida, foi comparada a viabilidade da rota etílica com a metílica via simulação e sugerido um processo de extração com o próprio glicerol. Os resultados mostraram que a destilação reativa apresenta melhor desempenho quando comparado a outros processos como por exemplo reatores PFR também estudados neste trabalho. Por fim, foi sugerido um projeto de uma coluna de destilação reativa, extrativa e absortiva para a produção de biodiesel.

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Gláucia Maria Ferreira Pinto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T04:47:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fregolente_PatriciaBogalhosLucente_D.pdf: 1646847 bytes, checksum: 3d6492736154ef2a22cb3203e984dd70 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A produção de monoacilglicerol (MAG) e diacilglicerol (DAG) foi conduzida de forma enzimática catalisada por diferentes lipases comerciais. MAG é importante emulsificante utilizado nas indústrias de alimentos, farmacêuticas e cosméticas. DAG, assim como os MAG, são utilizados como emulsificantes e atualmente pesquisas têm apontado os DAG como substituto aos óleos de triacilglicerol (TAG) em alimentos. A produção de MAG e DAG pode ocorrer por via química ou enzimática. A rota enzimática, mais limpa ambientalmente, dispõe ainda de duas alternativas de processo: sistema livre de solventes ou sistema utilizando solventes orgânicos. Além da preocupação em utilizar tecnologia enzimática a fim de desenvolver processos que não agridam o meio ambiente, a produção de MAG e DAG vem como alternativa para a utilização da glicerina excedente do processo de produção de biodiesel. A proposta de integrar ambos os processos de produção de ésteres com a glicerólise para produção de MAG e DAG utilizando a glicerina sem que haja descarte inadequado é uma alternativa que viabiliza a própria produção de biodiesel. Durante a produção de MAG e DAG, observou-se a possibilidade de reutilização de lípases imobilizadas sem que houvesse retirada dos biocatalisadores do meio reacional e sem necessitar de tratamento para posterior utilização (filtração das lípases, limpeza, estocagem). A lipase imobilizada foi reutilizada por, no mínimo, 9 ciclos de reação semicontínua sem perdas significativas na conversão de TAG. Do mesmo modo que para a lipase imobilizada, a lipase livre também foi reutilizada no processo por 8 ciclos de reação, demonstrando ser possível, nesse caso em particular, o reuso de lípases não imobilizadas. Após as reações enzimáticas, MAG e DAG foram separados por destilação molecular sem degradação térmica dos produtos em temperaturas de destilação de no máximo 250 oC. Foram utilizados dois equipamentos de destilação molecular: um destilador molecular centrifugo de escala laboratorial importado e um destilador molecular centrífugo de escala piloto desenvolvido com tecnologia nacional pelo grupo de pesquisa do Laboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação (LDPS) onde este trabalho de tese foi desenvolvido. Foram obtidos MAG com 80% (m/m) de pureza e óleo rico em DAG com concentração (m/m) de 53%. Os produtos destilados foram caracterizados segundo suas massas molares massa específica e temperatura de degradação / Resumo: A produção de monoacilglicerol (MAG) e diacilglicerol (DAG) foi conduzida de forma enzimática catalisada por diferentes lipases comerciais. MAG é importante emulsificante utilizado nas indústrias de alimentos, farmacêuticas e cosméticas. DAG, assim como os MAG, são utilizados como emulsificantes e atualmente pesquisas têm apontado os DAG como substituto aos óleos de triacilglicerol (TAG) em alimentos. A produção de MAG e DAG pode ocorrer por via química ou enzimática. A rota enzimática, mais limpa ambientalmente, dispõe ainda de duas alternativas de processo: sistema livre de solventes ou sistema utilizando solventes orgânicos. Além da preocupação em utilizar tecnologia enzimática a fim de desenvolver processos que não agridam o meio ambiente, a produção de MAG e DAG vem como alternativa para a utilização da glicerina excedente do processo de produção de biodiesel. A proposta de integrar ambos os processos de produção de ésteres com a glicerólise para produção de MAG e DAG utilizando a glicerina sem que haja descarte inadequado é uma alternativa que viabiliza a própria produção de biodiesel. Durante a produção de MAG e DAG, observou-se a possibilidade de reutilização de lípases imobilizadas sem que houvesse retirada dos biocatalisadores do meio reacional e sem necessitar de tratamento para posterior utilização (filtração das lípases, limpeza, estocagem). A lipase imobilizada foi reutilizada por, no mínimo, 9 ciclos de reação semicontínua sem perdas significativas na conversão de TAG. Do mesmo modo que para a lipase imobilizada, a lipase livre também foi reutilizada no processo por 8 ciclos de reação, demonstrando ser possível, nesse caso em particular, o reuso de lípases não imobilizadas. Após as reações enzimáticas, MAG e DAG foram separados por destilação molecular sem degradação térmica dos produtos em temperaturas de destilação de no máximo 250 oC. Foram utilizados dois equipamentos de destilação molecular: um destilador molecular centrifugo de escala laboratorial importado e um destilador molecular centrífugo de escala piloto desenvolvido com tecnologia nacional pelo grupo de pesquisa do Laboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação (LDPS) onde este trabalho de tese foi desenvolvido. Foram obtidos MAG com 80% (m/m) de pureza e óleo rico em DAG com concentração (m/m) de 53%. Os produtos destilados foram caracterizados segundo suas massas molares massa específica e temperatura de degradação / Abstract: Monoacylglycerol (MAG) and diacylglycerol (DAG) were produced through lipasecatalyzed glycerolysis reaction employing commercial lipases. The first product MAG is widely used as emulsifiers in foods, cosmetics and pharmaceutical products. DAG, the same way of MAG, is usually used as emulsifiers. Nowadays, DAG replacing triacylglycerol (TAG) oil in food has been studied. MAG and DAG production can be carried out through chemical or enzymatic syntheses. The enzymatic route, more friendly environmentally, can be done by solvent-free system or employing organic solvents. To obtain more quality products, produced by green technologies and minimizing the production of toxic waste, this research focused preferably on the solvent-free lipasecatalyzed process. Besides the concern of using enzymatic technology to develop processes friendly to the environment, the MAG and DAG production is an alternative for glycerol from biodiesel production. The proposal to incorporate both processes of esters (biodiesel) with the glycerolysis to MAG and DAG production is an alternative that enables the biodiesel production, employing the glycerol surplus adding value to it avoiding the discard. During the enzymatic syntheses of the emulsifiers MAG and DAG, it was observed that additional processes of separation and preparation of immobilized lipases for new cycles of enzymatic reaction could be avoided. The immobilized lipase could be used at least for nine times without essential loss of TAG conversion. As the same way, the free lipase could be reused at least for 8 times, showing that, for this particular case, the reuse of non-immobilized lipase was possible. After the enzymatic reactions, MAG and DAG were separated through molecular distillation process without thermal degradation of products in distillation temperatures of 250 oC at most. Two equipments were used for the molecular distillations: an imported centrifugal molecular distiller, laboratory scale, and a centrifugal molecular distiller, pilot scale, a national technology developed by this research group at the Laboratory of Separation Process Development (LDPS). MAG of 80% of purity was obtained and also na oil rich in DAG (53 wt%). The distilled products were characterized according to their characteristics of molar weight, density and degradation temperature / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Antonio José de Almeida Meirelles, André Ricardo Alcarde / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T13:22:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Scanavini_HelenaFinardiAlvares_D.pdf: 6070064 bytes, checksum: 2c2bfef7344287c6a155aba72568aad6 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A relevância da cachaça no agronegócio nacional é evidenciada pelo alto volume produzido, de 1,3 bilhão de litros/ano, volume que a coloca como o primeiro destilado mais consumido no Brasil e o terceiro no mundo. As exportações anuais correspondem a somente 1 % deste volume, indicando um grande potencial de crescimento no mercado internacional, que, nos últimos anos, tem aumentado a uma taxa de 10 %. Em vista deste mercado promissor, se faz necessário um estudo mais detalhado da destilação da aguardente de cana, visando melhorias na qualidade do produto final e também sua padronização a partir de variações nas condições de processamento, bem como na configuração dos equipamentos. Assim, neste trabalho foi realizado um estudo da destilação de cachaça, para avaliar os efeitos das condições de processo no produto final e em seus congêneres, tanto em uma destilação em alambique simples como em batelada com refluxo. O processo também foi estudado através da aplicação de um modelo transiente na simulação do processo de destilação de cachaça; e a validação do programa de simulação foi feita através da comparação com os resultados dos experimentos em laboratório, realizados nas mesmas condições de processo. Uma boa concordância foi obtida entre os resultados experimentais e as simulações, principalmente em termos de graduação alcoólica, temperatura e perfil de destilação de alguns compostos como acetato de etila e propanol. Grandes aprimoramentos foram feitos na simulação, como a possibilidade de cálculo da vazão de vaporização através de um coeficiente de transferência de calor experimental / Abstract: The relevance of the cachaça in the Brazilian agribusiness is evidenced by its high production volume of 1.3 billion liters per year, a volume that places it as the most consumed distillate in Brazil and the third in the world. Annual exports represent only 1% of the volume, indicating a great potential for growth in the international market that, in recent years, has increased at a rate of 10%. In view of this promising market, it is necessary a more detailed study of the distillation of this sugar cane spirit, aimed at improving the quality of the final product and also its standardization from variations in processing conditions and the characteristics of equipment. In this work a study of the distillation of cachaça was conducted in order to evaluate the effects of process conditions in the final product and its congeners, in a single step distillation and also in a batch distillation with reflux. The process was also studied by applying a transient model to simulate the process of distillation of cachaça; and the validation of the simulation program was made by comparing with the results of laboratory experiments, conducted on the same process conditions. A good agreement was obtained between the experimental results and simulations, especially in terms of alcohol content, temperature profiles and the distillation of some minor compounds, such as ethyl acetate and propanol. Improvements were made in the simulation program, such as the possibility of calculating the vaporization rate based on a experimental heat transfer coefficient / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T12:51:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_NiveadeLimada_D.pdf: 2136605 bytes, checksum: ab175650a38749e53fb7d2cb57a91051 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O biodiesel (ésteres) é um combustível que pode ser produzido a partir de óleos vegetais, gorduras animais e óleo de origem microbiana (algas, fungos e bactérias). As matérias-primas são convertidas em biodiesel por meio de uma reação química envolvendo álcool e catalisador. Esta reação é chamada de transesterificação ou etanólise, caso o álcool for o etanol. Neste trabalho, foi realizada a produção de biodiesel utilizando os seguintes sistemas: reator em batelada, processo de destilação reativa e reator de alta rotação. A produção e caracterização dos biocombustíveis provenientes de diferentes matérias primas foram realizadas e alternativas para o uso do subproduto da produção do biodiesel (glicerina) também foram apresentadas. Inicialmente, foi realizado um estudo comparativo das propriedades do biodiesel proveniente de óleos de soja bruto, de mamona, de palma, gordura animal, resíduos de óleo de fritura e de óleo de coco. Nesse estudo, foi verificado que algumas propriedades do biodiesel são influenciadas pela matéria-prima utilizada. Na segunda etapa, os parâmetros cinéticos da reação de transesterificação do resíduo de fritura e do óleo de mamona foram determinados. Na terceira etapa, a influência da variável do processo de transesterificação de óleo de mamona foi investigada. A massa molar do óleo de mamona foi determinada por meio da osmometria de pressão de vapor. Essa técnica apresentou bons resultados e pode ser utilizada em substituição à cromatografia gasosa, com menor custo. Na quarta etapa, a influência das variáveis de processo na produção de biodiesel utilizando uma coluna de destilação reativa foi investigada. Esse sistema integra as etapas de reação e separação em um único equipamento. O melhor resultado obtido foi conversão em éster etílico de 98,14 %m/m após 6 minutos de reação. Na quinta etapa, uma alternativa para a redução da viscosidade do biodiesel de óleo de mamona foi apresentada. A viscosidade do biodiesel de óleo de mamona é 4 vezes superior às especificações da ANP; esse fato restringe a utilização desse biodiesel como combustível. Conclui-se que blends de biodiesel de mamona em etanol contendo entre 30 - 50 %v/v de etanol apresentam viscosidade dentro das especificações. Na sexta etapa, a influência das variáveis de processo na produção de biodiesel utilizando um reator de alta rotação foi investigada. Foram obtidas conversões em ésteres superiores a 99 %m/m, utilizando 1,35 % de catalisador (NaOH) e razão molar etanol: óleo de soja de 6:1 e após 11 min de reação. Em seguida, foi estudada a pirólise da glicerina visando a obtenção de gás de síntese; esse gás é constituído de hidrogênio e monóxido de carbono. O uso de glicerina na produção de biocombustíveis como hidrogênio e gás de síntese é uma alternativa promissora. A maior conversão em hidrogênio obtida foi de 40,36 %molar e em monóxido de carbono foi de 47,12 %molar. Finalmente, foi realizada a purificação da glicerina residual proveniente do processo de produção de biodiesel sendo obtida glicerina com 99,9 %m/m de pureza (produto grau farmacêutico). / Abstract: Biodiesel is a fuel made from vegetable oils, animal fats and microbial oil (algae, bacteria and fungi). The raw materials are converted to biodiesel through a chemical reaction involving ethanol and catalyst. This reaction is called transesterification or ethanolysis. This work presents the biodiesel production using batch reactor, reactive distillation process and ultra-shear reactor. The biodiesel raw materials were characterized and alternatives to biodiesel by product use were presented. At first, a comparative study of biofuels from crude soybean oil, castor oil, palm oil, animal fat, frying oil and coconut oil are presented. The results showed that some biodiesel properties are influenced by the original feedstock. At second, the kinetic parameters of the frying oil and castor oil transesterification were determined. The reaction rate constants and the activation energies from experimental observation were determined. At third, the influence of the process variable on castor oil transesterification was investigated. The castor oil molar mass was determined using vapour pressure osmometry technique (VPO). The results showed that VPO technique is a robust alternative methodology for determining vegetable oil molar mass presenting lower cost than gas chromatography analysis. At fourth, the influence of the process variable on biodiesel production using reactive distillation columns was investigated. This system is the simultaneous implementation of reaction and separation within a single unit of column. The best result obtained was 98.18 wt% of ester after 6 min of the reaction. At fifth, an alternative to castor oil viscosity decrease was presented. The viscosity of castor oil ethyl ester (COEE) is about 4 times larger than the biodiesel viscosity specification according to the Brazilian National Agency of Petroleum, Natural gas and Biodiesel (ANP) norms, and consequently this restricts the use of this biofuel. The results show that blends with ethanol from 30 to 50 vol% reach ANP viscosity specifications. At sixth, the biodiesel production was carried out using a multiple-stage Ultra-Shear reactor. Ethyl ester conversion above 99 wt% were obtained with catalyst content of 1.35 %, ethanol:soybean oil molar ratio of 6:1 and reaction time of 11 min. The following study was the syngas production from glycerol pyrolysis. The syngas composition is hydrogen and carbon monoxide. The glycerol pyrolysis is a promising way to produce biofuels such as hydrogen and syngas. The best hydrogen conversion obtained was 40.36 mol%, and carbon monoxide of 47.12 mol%. Finally, the purification of biodiesel by-product was realized and glycerol with 99.9 wt% of purity was obtained. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Cesar Benedito Batistella / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T09:50:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_PaulaSbaiteDuartedos_D.pdf: 13184059 bytes, checksum: 1404cab88adf29540b081166a12b3ec9 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Destilação Molecular é um processo de separação que utiliza alto vácuo, temperaturas de operação reduzidas e curta exposição do material à temperatura operacional. O termo resíduo de vácuo (frações pesadas de petróleo) se refere ao fundo da destilação à vácuo, que tem uma temperatura atmosférica equivalente (TAE) acima de 540oC. A determinação da curva de Ponto de Ebulição Verdadeiro (PEV) é bem estabelecida para frações de petróleos que alcançam o PEV de aproximadamente 565oC por meio da Sociedade Americana de Testes e Materiais. Para temperaturas mais elevadas, não existe, ainda, um método padronizado. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um método novo e apropriado para estender a curva PEV para ser utilizada na caracterização de resíduos de vácuo de petróleos pesados. Por meio de um destilador molecular de filme descendente, experimentos foram realizados usando frações pesadas de petróleos brasileiros, onde as temperaturas operacionais foram aumentadas sistematicamente. As frações obtidas em cada uma das temperaturas pré-estabelecidas foram coletadas, quantificadas e caracterizadas para ambas as correntes do destilador. Com uma melhor caracterização dos petróleos brasileiros, que são considerados pesados, será possível aumentar os rendimentos operacionais nas refinarias, além da obtenção de produtos de alto interesse comercial. De acordo com os resultados obtidos, foi possível estender a curva PEV através do processo de Destilação Molecular com boa precisão utilizando a correlação FRAMOL desenvolvida. Isto é de extrema importância, uma vez que permite definir melhores estratégias e condições operacionais para o processamento de petróleo, representando um progresso considerável na análise de frações pesadas de petróleo. Os desenvolvimentos realizados nesse trabalho são muito importantes desde que nenhuma metodologia padronizada está disponível para cálculo da curva PEV estendida e devido à grande quantidade de petróleo pesado encontrado hoje / Abstract: Molecular Distillation is a separation process which explores high vacuum, operation at reduced temperatures and brief exposition of the material to the operating temperature. The term vacuum residue (heavy petroleum fractions) refers to the bottom of the vacuum distillation, which has an atmospheric equivalent temperature (AET) above 540oC. The determination of the True Boiling Point (TBP) curve is well established for petroleum fractions that reach the TBP up to 565°C by the American Society for Testing and Materials (ASTM). Even so, for higher temperatures, these does not exist a standard methodology as yet. The objective of this work is to develop a new and more appropriated method to extend the TBP curve in order to use it for characterizing vacuum residue of heavy petroleum. Through falling film molecular distillator, experiments were carried-out using heavy fractions of Brazilian petroleum, where operating temperatures were increased systematically. The fractions obtained in each one of the pre-established temperatures were collected, quantified and characterized for both streams of the distillator. With a better characterization of the Brazilian petroleum, which is considered heavy, it will be possible to increase the operational yields in refineries, besides obtaining products of greater commercial interest. Regarding the results obtained, it is possible to extend the TBP curve through Molecular Distillation process with very good precision using the FRAMOL / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Mario de Jesus Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T02:27:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Baraldi_IltonJose_M.pdf: 1389804 bytes, checksum: d74d33870241a616d741b8f406e1aea4 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Neste trabalho, simulou-se colunas de destilação binária com o objetivo de controlar este processo de separação utilizando um controlador LM.C., para controlar as composições do destilado e do produto de fundo da coluna. Para o projeto do controlador LM.C. foi necessário desenvolver um modelo linear reduzido que fosse simples e representasse bem o processo.Utilizando-se dos modelos reduzidos desenvolvidos, projetou-se um controlador I.M.C. que foi implementado utilizando-se de algoritmos de controle digital que apresentou resultados de controle satisfatório, demostrando a simplicidade e a validade do sistema de controle proposto / Abstract: Dual-control of distillation columns is both an operationally important and a technically challenging problem. This work first analyses the reduced-order modeling of binary distillation columns. A basic second-order model was developed and then suitably modified to account for the lag-time due to the plate liquid holdup. This model was then used to implement a LN dual-control I.M.C. strategy of the column. The results obtained show that this strategy is clearly superior to the conventional two-Ioop PID dual-control / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Mario de Jesus Mendes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T09:29:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Poiani_LuizMarcio_D.pdf: 6523322 bytes, checksum: 30a1efb12160f9afcd23fd1c65ba6abd (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: Este trabalho se propõe a estudar a modelagem matemática, a simulação e o controle de colunas de destilação de elevada pureza. Analisam-se inicialmenteos aspectos fenomenológicos do comportamento dinâmico de colunas, objetivando-se desenvolver um modelo que contenha todas as informações fenomenológicas principais e que ao mesmo tempo seja suficientemente flexível, confiável e de real significado prático. Estuda-se a seguir a simulação do comportamento dinâmico de colunas, com concentração de impureza no produto de topo variando de ¿10 POT. 3¿ a ¿10 POT. 6¿ ppm. Utiliza-se como exemplo aplicativo o sistema metanol-água Com base nos resultados discute-se o potencial do modelo para ser usado na análise de sistemas de controle de colunas de elevada pureza, procurando-se explorar diferentes aspectos da teoria do controle: seleção da configuração de controle dual mais adequado, análise dinâmica das iterações (método da matriz dos ganhos), controle dual ideal x real (atraso), controle não linear (função desacopladora) e controle antecipativo-retroativo / Abstract: The main objective of the present study is the mathematical modelling, simulation and control of distillation columns processing high-purity overhead products. The phenomenological aspects of the dynamic behavior of columns are analysed at first to obtain a model which takes into account the main variables, beeing also flexible, reliable and practical. The next step is the simulation of the dynamic behavior of columns with overhead impurities in the range of ¿10 POT. 3¿ to ' 10 POT. 6¿ ppm. Methyl alcohol system was selected as an illustrative case. The potential of the model in the analysis of control systems is discussed, with emphasis in several aspects of the control theory: selecting the most adequate dual control theory: dynamic analysis of interactions (gain matrix methods), ideal versus real dual control (delay), non-linear control (decoupling function) and forward-feedback control / Doutorado / Sistema de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T14:37:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pescarini_MariaHelena_M.pdf: 6323397 bytes, checksum: c0812b5345607a9db3c155260fe67ddf (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Para eliminar completamente fatores de correção empíricos, como as eficiências utilizadas no modelo de estágios de equilíbrio, Krishnamurthy e Taylor, em 1985, descreveram um modelo de estágios de não equilíbrio para processos de separação multicomponentes que considera a transferência simultânea de massa e energia entre as fases líquida e vapor. Enquanto no modelo de estágios de equilíbrio, descrito pelas equações MESH, existem 2nc+1 equações para cada estágio (nc é o número de componentes), no modelo de estágios de não equilíbrio existem 5nc+3 equações para cada estágio: balanços de massa por componente na fase líquida, balanço de energia na fase líquida, balanços de massa por componente na fase vapor, balanço de energia na fase vapor, balanços de massa por componente na interface, balanço de energia na interface, equações de somatório na interface e relações de equilíbrio por componente na interface. Neste trabalho, é desenvolvido um algoritmo para resolver as equações do modelo de estágios de não equilíbrio resultantes de simulações em estado estacionário.O algoritmo é formulado de maneira que as equações que descrevem o modelo e o método de solução são independentes dos métodos utilizados para predizer os fluxos de transferência de massa e energia, e das propriedades físicas, de transporte e termo dinâmicas do sistema. As equações não lineares são resolvidas simultaneamente utilizando o procedimento descrito por Naphtali e Sandholm e o método de convergência de Newton-Raphson. Para o condensador e o refervedor, as equações do modelo de estágios de equilíbrio são utilizadas, dependendo das especificações feitas (fluxo de destilado, razão de refluxo, fração molar do componente mais volátil, produto de fundo, calor no refervedor, calor no condensador) e do tipo de condensador (total ou parcial). Os perfis de composição e temperatura para cada fase, preditos pelo software DISNON desenvolvido para a simulação de colunas de destilação multicomponente de pratos, utilizando o algoritmo do modelo de estágios de não equilíbrio descrito neste trabalho, são comparados com os perfis do modelo de estágios de equilíbrio utilizando a eficiência global de Murphree para diversos sistemas multicomponentes, ideais e não ideais. No trabalho, os perfis do modelo de estágios de não equilíbrio ficaram próximos dos perfis do modelo de estágios de equilíbrio com 50% de eficiência. Verificou-se que os valores dos coeficientes de transferência de massa influenciam em todos os perfis, enquanto que os coeficientes de transferência de energia somente influenciam nos perfis de temperatura. A exatidão do modelo de estágios de não equilíbrio é basicamente limitada pela exatidão da correlação utilizada para calcular os coeficientes de transferência de massa. A consideração de equilíbrio térmico não altera os perfis de composição ou de temperatura na fase líquida e interface, somente altera o perfil de temperatura na fase vapor, e conseqüentemente, o calor que deve ser fornecido ao refervedor e o calor que deve ser removido do condensador. Os resultados obtidos, neste trabalho, revelam o grande potencial da modelagem de estágios de não equilíbrio na simulação dos processos de separação, por se tratar de um modelo bem realista, mas, tem a desvantagem de requerer um tempo computacional alto / Abstract: To completely eliminate empirical correction factors like efficiencies used in the equilibrium stage model, Krishnamurthy and Taylor in 1985, described a nonequilibrium stage modeI for multicomponent separation processes which accounts the simultaneous mass and energy transfers between the liquid and vapor phases. While in the equilibrium stage model, described by the MESH equations, there are 2nc+1 equations for each stage (nc is the number of components), in the nonequilibrium stage model there are 5nc+3 equations for each stage: vapor phase component material balances, liquid phase component material balances, interface component material balances, vapor phase enthalpy balance, liquid phase enthalpy balance, interface enthalpy balance, interface equilibrium relationships and interface summation equations. In this work, it is developed an algorithm to solve the nonequilibrium stage model equations resulting from steady state simulations. The algorithm is formulated in such a way as to make the describing equations and the method of solving them, independent of the methods used to predict the transfer rates, as well as physical and thermodynamic properties of the system. The nonlinear equations are solved simultaneously using the Naphtali and Sandholm procedure and the Newton-Raphson method with reasonable initial estimates. For the condenser and reboiler the equilibrium stage model equations are used, depending on the specifications made (distillate, reflux ratio, fraction of the key component, bottom product, reboiler heat, condenser heat), and the type of condenser (total or partial). The composition and temperature profiles for each phase, predicted by the DISNON software developed to simulate multicomponent distillation in bubble-cap-tray columns, using the nonequilibrium stage model described in this work, are compared with the profiles given by the conventional equilibrium stage model using the global Murphree efficiency for several multicomponent ideal and nonideal systems. In the work, the nonequilibrium stage model profiles converged to equilibrium stage model profiles with global efficiency around 50%. It was also verified, that the mass transfer coefficients values alter all the profiles, while the energy transfer coeficients only alter the temperature profiles. The accuracy of the nonequilibrium stage model is limited by the accuracy of the correlation used to estimate the mass transfer coeficients. The assumption of thermal equilibrium gives the same composition, interface and bulk liquid temperature profiles but the buIk vapor temperature profile and the input of heat in the reboiler and the output of heat in the condenser are considerably modified. The results, in this work, reveal that the nonequilibrium stage model has a large potential for separation processes simulations because it is a realistic model; but, has the disadvantage of requiring a large computer time / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

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

Orientador: Saul Gonçalves d'Avila / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T21:29:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_MariaHelenaCanode_D.pdf: 6454399 bytes, checksum: d8f7d34f42048b34e4082e2868681b18 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Este trabalho é uma contribuição ao estudo de processos de separação de misturas de líquidos onde há a possibilidade de ocorrência do equilíbrio entre duas fases líquidas e uma fase vapor, tal como o que ocorre na separação de misturas azeotrópicas. Três problemas foram abordados: (1) Cálculo do Equilíbrio Multifásico: é apresentado um programa capaz de calcular o equilíbrio líquido-líquido-vapor ou qualquer combinação destas fases. Não são necessárias estimativas iniciais das variáveis nem o conhecimento prévio do tipo de cálculo de equilíbrio a ser efetuado. Além disso, o algoritmo desenvolvido é aplicável aos seis tipos mais usuais de especificação; (2) Representação Termodinâmica do Equilíbrio Multifásico: é proposto um algoritmo de tratamento de dados experimentais de equilíbrio, fundamentado no Princípio da Máxima-Verossimilhança, capaz de correlacionar simultaneamente dados de equilíbrio líquido-líquido, equilíbrio líquido-vapor e equilíbrio líquido-líquido-vapor; (3) Simulação de Colunas de Destilação Trifásicas: foi desenvolvido um programa de simulação de colunas de destilação trifásicas, aplicável à separação de misturas multicomponentes. O programa contém uma metodologia para gerar os perfis iniciais de temperatura, vazão e composição dos componentes e, também, uma metodologia para identificação das regiões de equilíbrio bifásico (equilíbrio líquido-vapor) e de equilíbrio trifásico (equilíbrio líquido-líquido-vapor) / Abstract: This work is a contribution to the study of distillation processes of liquid mixtures where there is the possibility of occurrence of equilibrium between two liquid phases and one vapor phase. Separation of azeotropic mixtures is an example.Three aspects are discussed: (1) Multi-Phase Equilibrium Calculations: a program to calculate the liquid-liquid-vapor equilibrium or any combination of those phases is presented. Neither the initial estimates of the variables nor the knowledge of the type of equilibrium calculation are necessary. The algorithm is applicable to the six specifications more frequently used; (2) Thermodynamic Modelling of Multi-Phase Equilibrium: An algorithm for data reduction using the Maximum Likelihood principle has been proposed. The new algorithm is able to simultaneously correlate liquid-liquid equilibrium, liquid-vapor equilibrium and liquid-liquid-vapor equilibrium data; (3) Simulation of Three-Phase Distillation Columns: a program to simulate three-phase distillation columns of multicomponent mixtures has been developed. The program uses a methodology to generate the initial profiles of temperature, molar flux and composition for all components, and another one to identify the regions of occurrence of two phase equilibrium (liquid-vapor equilibrium) and three phase equilibrium (liquid-liquid-vapor equilibrium) / Doutorado / Doutor em Engenharia Química