Orientadores: Rubens Maciel Filho, Marcelo Embiruçu de Souza / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T01:11:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesus_NormandoJoseCastrode_M.pdf: 6786007 bytes, checksum: 034034b98cece355067368ea609916f0 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Em face a acirrada disputa de mercado, vivida por um mundo globalizado, o engenheiro ocupa o importante papel de responsável pela interminável busca de reduções de custos e do ponto ótimo de operação. Em meio a esse cenário, automação, controle e otimização de processos são encaradas como poderosas ferramentas nesta empreitada. Nesta tese, o caso em estudo é uma fracionadora de propileno instalada na COPENE Petroquímica do Nordeste. É feita uma profunda avaliação do sistema de controle atual e proposto sistemas de controles mais adequados para a coluna investigada. A fracionadora de propileno é uma coluna de alta pureza, classificada como uma superfracionadora. Tais colunas têm sido encaradas na área de controle de processos como um grande desafio técnico. Na abordagem do problema de controle, foi primeiramente realizado um estudo em controle de colunas de alta pureza (o que inclui as superfracionadoras), com ênfase nas características do processo importantes para o seu controle, e em experiências na aplicação de diversos sistemas de controle para processos similares ao investigado. Na etapa seguinte, um estudo detalhado da fracionadora industrial permitiu conhecer características específicas do sistema, além de avaliar a situação atual das malhas de controle. A terceira etapa é a modelagem (estacionária e dinâmica) do processo, envolvendo a realização de experimentos na planta industrial. Os modelos são urna poderosa ferramenta para o entendimento e estudo do processo, além de servir como plataforma para o projeto dos controladores e para os testes de controlabilidade. De posse do modelo são realizados estudos do grau de não linearidade e do grau de acoplamento das variáveis manipuladas. Por fim, são avaliados os desempenhos de diferentes sistemas de controles, sendo avaliados diversos aspectos, tais corno sintonia, estratégia, algoritmo e estrutura feedforward. São alcançados excelentes resultados com os sistemas de controle propostos. Problemas de saturação de sinal, instabilidade e resposta lenta são resolvidos / Abstract: Nowadays, in the strong marketing dispute due to a globalize world, the engineer has an important role in looking for cost reduction and optimum operation point. In this scenery the automation, control and optimization are been sought as powerful tools to obtain gains. In this thesis, the study case is a propylene fractionator installed in COPENE Petroquímica do Nordeste. A deep evaluation is made of actual control and it is proposed a control system more suitable to the column. The propylene fractionator is a high purity column classified as superfractionator. This column class has been faced in to segment of control as a great challenge. The problem control approach was first made by a control study of the high purity column, that includes the superfractionator, with emphasis on the process characteristics that are important for its control and on experiences of applications in several control system for process similar to the one investigated. In the next step, a detailed study of industrial fractionator made possible to know specific characteristics of the system, besides evaluating the actual situation of the control loop. The third step is the modeling (stationary and dynamic) of the process, involving experiments at the industrial plant the models are a powerful tool for the understand and the study of the process, besides serving as a platform for the project of the controllers and for the controllability tests. Having the models in hand, studies are made of the degree of non-linearity and the degree of coupling of the manipulated variables. Finally, the performance of the different control systems are evaluated, under several aspects, like tuning, strategy, algorithm and feedforward structure. Excellent results are obtained with the control systems proposed. Signal saturation problems, instability and slow response are resolved. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T16:03:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CuadrosBohorquez_JoseFernando_M.pdf: 955377 bytes, checksum: 373ed9ca95fec71c8fc315f656b0a361 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A extração de petróleo no Brasil produz, em grande parte, petróleos pesados. Este tipo de óleo é de difícil processamento e gera grande quantidade de resíduos provenientes das torres de destilação atmosférica e de vácuo. É necessário fracionar esse tipo de petróleo pesado, com a finalidade de incrementar a produção de frações leves, principalmente o Diesel. A caracterização do petróleo é feita mediante as curvas PEV (Ponto de Ebulição Verdadeiro), através das normas padronizadas ASTM (American Society fot Testing and Materials); porém, a curva de destilação só pode ser obtida mediante as normas ASTM até 565ºC. Uma extensão acima dessa temperatura limite, 565ºC, foi desenvolvida pelo grupo de pesquisa do Laboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação (LDPS) e do Laboratório de Otimização, Projeto e Controle Avançado (LOPCA), da Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas (FEQ/ UNICAMP), como apresentado em diversos trabalhos prévios (SBAITE, 2005). A metodologia desta extensão envolve o processo de Destilação Molecular, tornando possível a caracterização de frações pesadas de petróleo acima de 565ºC. A caracterização feita com a extensão da curva PEV (nova curva PEV ou DESTMOL) foi usada nesta dissertação que fez uso do simulador de processos Hysys.Plant®, mediante a geração de pseudocomponentes, para fazer a caracterização da alimentação do sistema no processo de refino. Nesta dissertação, foi desenvolvida uma metodologia de simulação para avaliar as curvas PEV estendidas no esquema de separação após o reator de FCC (Fluid Catalytic Cracking). Nesta unidade, são obtidos diferentes produtos: GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), gasolina e diesel. O esquema de separação e um processo complexo, incluindo diferentes correntes de reciclo. Os resultados das simulações de dois tipos de resíduos de petróleo foram comparados com dados industriais, obtendo-se bons resultados. Deste trabalho, foi possível concluir que a avaliação das curvas PEV no sistema de separação após o FCC, depende das condições de projeto e de operação desta unidade, uma vez que para valores da curva PEV na alimentação acima de 550ºC, não ocorre a vaporização de alimentações com óleos mais leves, afetando significativamente a operação da unidade. Depois de fazer comparações entre os dados industriais e os dados da simulação, pode-se concluir que a avaliação deste tipo de análise (Curva PEV estendida) deveria ser feita em outro tipo de unidade, por exemplo o riser de FCC, pois este tem a capacidade de processar frações pesadas de petróleo, que é o que esta sendo representado mediante a curva PEV estendida, em frações mais leves como: gases combustíveis, GLP e nafta de craqueamento, obtidas após sua separação na unidade de fracionamento e recuperação de produtos. / Abstract: The oil extraction in Brazil is predominantly of heavy oil. This type of oil is difficult to process and it produces great quantity of residues from atmospheric and vacuum columns. It is necessary to upgrade such kind of residues in order to increase productivity of light fractions, mainly diesel. Oil characterization is made with the aid of the True Boiling Point (TBP) curve through ASTM standard test methods; however, it is possible to have this curve only until 565 ºC. An extension beyond this temperature limit was developed by this research group and it is presented in previous works in the literature, (SBAITE, 2005). For such purpose, molecular distillation process was used, which uses high vacuum as separating agent. In this sense, extension of the True Boiling Point (TBP) curve was obtained using the molecular distillation process, making possible the characterization of the heavy oil fractions of TBP higher than 565ºC. The characterization made with the extension of the TBP was used in this work in the process simulator Hysys.Plant® by the generation of pseudocomponents for characterizing the systems feeding distillation columns in the refining process. In this work, it was developed a simulation methodology in order to evaluate all the separation sequencing after the FCC (Fluid Catalytic Cracking) reactor, in order to produce different products, like (LPG), gasoline and diesel. A complex configuration characterizes this step of the refining process, including several recycle streams. The simulation results of two types of petroleum residues, Alpha 565C+ and Gamma 545C+ were compared with industrial data, yielding, very good match. From this work, it was possible to conclude that the evaluation of the TBP curves in the FCC separation steps depends on the design conditions of this unit, considering that feed at fractionation temperature above 550 ºC remains in liquid state affecting significantly the fractionator tower operation. These results are new in the open literature. After the comparisons between industrial and simulation results, can be concluded that the evaluation of this type heavy oil analysis should be performed in another unit capable to convert these products, called heavy gasoil in noble products, which can be used in the downstream FCC. This conversion process can be performed in the FCC riser. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho, Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T09:35:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Custodio_AlineFerrao_D.pdf: 2173448 bytes, checksum: 27b046c8dc2de1781ef672eb1c4ab063 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho de tese propôs um processo para a produção de acetato de etila através da reação de esterificação do ácido acético com o etanol, utilizando conceitos de intensificação de processos e de Engenharia Verde (Zero Avoidable Pollution com renweable feedstock). A contribuição principal desta pesquisa é a proposta de uma planta conceitual com alta pureza de todas as correntes do processo, o que diminui desperdícios, de modo que o produto indesejado ou os reagentes não convertidos não estejam presentes nas correntes de saída do sistema. No processo proposto, todos os reagentes são de origem renovável. O acetato de etila é um solvente orgânico importante utilizado na produção de vernizes, de tintas, de resinas sintéticas e de agentes adesivos, sendo produzido normalmente, através da reação reversível do ácido acético com o etanol, com ácido sulfúrico com catalisador. O processo deste sistema de obtenção é bastante complexo porque o produto (acetato de etila) não é o componente mais volátil nem o menos volátil no sistema, de modo que a etapa de separação não é fácil de definir. O projeto conceitual proposto inclui um reator de tanque contínuo (CSTR) acoplado a um retificador, um decantador e duas colunas de purificação, para a água e o acetato de etila. O software comercial ASPEN PLUS® foi utilizado para a realização dos estudos do processo proposto através de simulação computacional em estado estacionário, e o simulador ASPEN DYNAMICS® foi utilizado para a simulação dinâmica / Abstract: This work proposes a process for ethyl acetate production via esterification of acetic acid with ethanol using concepts of process intensification and zero avoidable pollution. The main contribution of this work is the high-purity of all process streams, including the wastes ones, so that undesired product or unconverted reactants are not present in any throughput streams. Ethyl acetate is an important organic solvent widely used in the production of varnishes, ink, synthetic resins, and adhesive agents and it is normally produced via reversible reaction of acetic acid with ethanol, with sulfuric acid as catalyst. The process design of such system is complex because the ethyl acetate product is neither the lightest nor the heaviest component in the system, so that the separation stage is not an easy task. The proposed process design includes a continuous-stirred tank reactor (CSTR) coupled with a rectifier, a decanter and two purification columns for water and ethyl acetate. The commercial ASPEN PLUS® software was used to steady state simulation and ASPEN DYNAMICS® was used to dynamic simulation / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T23:30:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 QuinteroPerez_HendersonIvan_M.pdf: 5296726 bytes, checksum: d5b7f9703a780332ae4b5f19905a3810 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O biolubrificante é um lubrificante alternativo obtido a partir de fontes renováveis e representa um importante avanço nos produtos de lubrificação por ele ser biodegradável e não tóxico para os seres humanos e para o ambiente. O desenvolvimento destes produtos vem crescendo devido a eles adquirirem melhores propriedades requeridas para os lubrificantes como alto índice de viscosidade, volatilidade baixa e boa lubricidade. Neste trabalho foi realizada a síntese do biolubrificante pela transesterificação de óleo de mamona com o álcool isoamílico em presença de hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio como catalisador. O óleo de mamona foi selecionado devido a que ele tem características singulares porque contém aproximadamente 90% de ácido ricinoleico, que apresenta 03 oxigênios em sua molécula, e permite proporcionar à molécula produzida boa estabilidade térmica e boa viscosidade. Através do planejamento fatorial foi analisada a influência na conversão das variáveis do processo de transesterificação, sendo estudados os efeitos da temperatura de reação, concentração de catalisador, nível de agitação e razão molar álcool isoamílico: óleo de mamona. Com os resultados do planejamento foi obtido um modelo codificado de segunda ordem que descreve a conversão em éster em função das variáveis analisadas, utilizando-se este modelo foram geradas as superfícies de resposta para determinar os pontos que fornecem maior conversão. Os melhores resultados foram obtidos a razão molar álcool isoamilico: óleo de mamona igual a 15:1, 1,5% p/p de hidróxido de potássio e temperatura de reação de 65°C tendo sido atingida uma conversão em éster de 93%. Neste estudo foi utilizada a destilação molecular para a separação dos produtos e co-produtos da reação, tendo sido de grande utilidade na separação de produtos ésteres com as características dos biolubrificantes por se tratar de moléculas termicamente sensíveis e de alto peso molecular. A caracterização do produto foi realizada avaliando-se propriedades importantes como: Teor de umidade, índice de acidez, densidade, viscosidade dinâmica e cinemática, índice de viscosidade e análises térmicas e reológicas. / Abstract: Biolubricant is an alternative lubricant made from renewable sources; it is an important advance to lubrication products because it is biodegradable and non toxic for humans and the environment. The development of these products is increasing because they have better lubricant properties such as high viscosity index, low volatility and good lubricity. In this work, it was performed the biolubricant synthesis by transesterification of castor oil with isoamyl alcohol in the presence of sodium hydroxide or potassium hydroxide as catalyst. It was selected the castor oil due to its unique characteristics because it contains approx 90 % of ricinoleic acid which has three oxygen atoms in its molecule, and this allows to promote good thermal stability and good viscosity to the molecule developed. Through the factorial design it was analyzed the influence to ester conversion of the transesterification process variables and the effects of reaction temperature, catalyst concentration and agitation level and alcohol-oil molar ratio were studied. One secondorder model was obtained to predict the ester conversion as a function of analyzed variables and this model was used to generate the response surface to identify areas that provide higher conversion. Ester conversion of 93 % was obtained at 65 °C, with 15:1 isoamyl alcohol: castor oil molar ratio and catalyst concentration of 1.5% of potassium hydroxide by weight of castor oil. In this study, it was used the molecular distillation for separation of the reaction products. This technique has great utility in the separation of ester products with biolubricants characteristics because those molecules are thermally sensitive and they have high molecular weight. Biolubricant characterization was performed to validate important properties such as water content, acidity index, dynamic and Kinematic viscosity, viscosity index, thermal and rheological analysis. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T12:56:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mallmann_EvandroStoffels_M.pdf: 5927500 bytes, checksum: 1142d105683d77d9dfbe069513e8abce (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O Petróleo obtido nas bacias brasileiras é do tipo pesado e ultra pesado, apresentando alta viscosidade, que dificulta sua exploração (retirada do petróleo dos campos submarinos) e também as operações de refino para obtenção de combustíveis outros derivados. Os processos de refino atualmente em atividade nas refinarias não permitem a operação de óleos pesados e ultra pesados, de forma que estes são misturados a óleos leves para seu processamento. Este procedimento leva à dependência do Brasil em importação de petróleo, assim como a não completa valoração do óleo encontrado no país. Dentro deste contexto, a utilização da Destilação Molecular se apresenta como alternativa à operação inicial de óleos pesados e ultra pesados. Experimentos realizados nos Laboratórios de Desenvolvimento de Processos Separação (LDPS) e de Otimização, Projeto e Controle Avançado (LOPCA) mostraram a viabilidade de seu emprego. Porém, é necessária uma ampla investigação para desenvolvimento de políticas operacionais que levem a operação de destiladores moleculares com alto desempenho para refino de petróleo. Para tanto, é necessário o desenvolvimento de simulações que permitam um extensivo estudo cobrindo as possíveis faixas operacionais, que são funções das características do petróleo. Propõe-se assim, neste trabalho, o desenvolvimento de simulações para a destilação molecular tipo filme descendente fazendo-se uso do simulador comercial Aspen Plus®, que possui facilidades de pacotes termodinâmicos para a realização da tarefa. Dados experimentais já disponíveis foram usados para a análise e avaliação das simulações. / Abstract: The petroleum gotten in the Brazilian basins is of the types heavy and ultra-heavy, presenting high viscosities that make difficult its exploration (remove of the oil from submarine fields) and also the operations of refining for fuel attainment and other derivatives. The processes of refining, currently in activity, in the refineries, do not allow the heavy and ultra-heavy oil operation, so that these are mixed with light oils for its processing. This procedure leads to the dependence of Brazil in importation of oil, as well as not complete valuation of the oil found in the country. Inside this context, the use of molecular distillation is presented as an alternative to initial operation of heavy and ultra-heavy oil. Experiments carried through in the Laboratories of Development of Processes of Separation (LDPS) and Optimization, Project and Advanced Control (LOPCA) had shown the viability of this operation. However, is necessary an ample inquiry for development of operational politics that take the operation of molecular distillers with high performance for oil refining. For this purpose, the development of simulations that allow an extensive study covering the possible operational bands, that are functions of the characteristics of the oil, is necessary. It is considered thus, in this work, the development of a descendant filmed distiller simulations using the commercial simulator Aspen Plus®, that possess easiness of thermodynamic packages for the accomplishment of the task. Available experimental data were used for the analysis and evaluation of the simulations. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Cesar Benedito Batistella / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T01:48:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RiosPinto_LuisaFernanda_M.pdf: 20048663 bytes, checksum: 6a98f3cef912af2be266020d94b174a8 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Na atualidade, a substituição de insumos artificiais utilizados nas áreas alimentícias, farmacêuticas e de cosméticos por produtos de origem natural, vem ganhando forte destaque mundialmente. Neste sentido, o Brasil se coloca em posição de realce pela enorme potencialidade de seus recursos naturais e agrícolas. Entretanto, a reduzida capacidade tecnológica do Pais de processar tais recursos, coloca o Brasil na situação de importador de matérias primas, desperdiçando a oportunidade do interessante mercado que se aflora para produtos naturais. Todos estes produtos dependem, em algum estagio do processo produtivo, da destilação ou da extração supercritica. A destilação molecular apresenta vantagens em relação as outras técnicas para a separação e/ou concentração, porque não ha a necessidade de introduzir outros componentes aos produtos naturais, e isto e desejado pelo mercado. Neste trabalho, foi realizado um estudo do processo de destilação molecular para a recuperação de carotenos a partir do óleo de palma, com as condições exigidas pelo mercado, não somente nacional, mas com qualidade para a exportação. Entre as funções desempenhadas pelos carotenóides podem ser elencadas a prevenção e o tratamento de patologias como câncer, doenças cardiovasculares, catarata, desordens fotossensíveis e do sistema imune, alem disso, tem propriedades antioxidantes e atividade provitaminica A. Para fazer a extração dos carotenos se partiu do óleo de palma bruto, sendo necessárias etapas anteriores ao processo de destilação molecular para se trabalhar em condições mais brandas. Estas etapas foram reações de neutralização e transesterificação, apos isso, o óleo transesterificado foi introduzido ao destilador molecular se conseguiram recuperações de carotenos de 306 ppm ate 25900 ppm de concentração. Alem disso, dois produtos importantes durante a concentração dos carotenos foram obtidos, sendo um deles o biodiesel com as condições exigidas pelo mercado e o outro produto foi o sabão, formado a partir dos ácidos graxos tirados durante a etapa da neutralização. Assim sendo este processo bem mais limpo e viável economicamente / Abstract: Currently, the substitution of artificial supplies by natural products in food, pharmaceutical and cosmetics areas, is acquiring an important worldwide position. In this regard, Brazil is placed on a prominent due to its great potential in natural resources and agriculture products. However, the low technological capacity for processing these resources turns Brazil into an exporter of raw materials, losing in this way, the large market opportunity that emerges for natural products. The production process of all these products depends on molecular distillation process or supercritical extraction process in some of their stages. Molecular distillation presents advantages in comparison to others separating and/or concentration techniques, because there is no need of introducing other components to the natural products, which is a desired characteristic by the market. This dissertation studied the recovery of the carotenoids from palm oil by molecular distillation process, with the specifications demanded by national and international markets. Among the roles played by carotenoids, it could be mentioned the prevention and treatment of diseases such as cancer, cardiovascular disease, cataracts, and photosensitive disorders of the immune system. In addition, they have antioxidant and provitamin A properties The carotenes extraction began with the treatment of the crude palm oil. It was necessary some steps prior to molecular distillation process to work in milder conditions. These steps were neutralization and transesterification reactions. After this, the oil was added to the molecular distiller, where it can be obtained a carotenes recovery from 306 ppm to 29000 ppm of concentration. In addition to the carotenoids, another two important products were obtained; one was biodiesel, with market demands, and the other one was soap, which was produced with the fatty acids formed along the neutralization step / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Antonio Jose de Almeida Meirelles / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-10T19:35:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batista_FabioRodolfoMiguel_M.pdf: 1838684 bytes, checksum: 5205db338c9fdc61b200ef4036426bca (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Do processo de industrialização da cana-de-açúcar, obtêm-se diversos produtos de importância econômica para o país como o álcool (anidro e hidratado) e a cachaça. Com o advento do PROÁLCOOL, a produção alcooleira ganhou um grande impulso, fazendo com que o país, em pouco tempo, se tornasse o maior produtor e exportador mundial de álcool combustível. Levando-se em conta a importância econômica do etanol, bem como a grande aceitabilidade da cachaça no mercado externo e interno, esse trabalho tem por objetivo estudar, por simulação computacional, um sistema típico de produção de álcool hidratado e neutro, visando a otimização do primeiro, bem como a produção de cachaça por meio contínuo. Todo o trabalho foi conduzido com auxílio do simulador comercial Aspen Plus 12.1. Tanto para a simulação da produção de álcool hidratado como de cachaça, foi considerado um vinho com uma grande quantidade de componentes, a fim de representar, o mais fielmente possível, o processo industrial. Com o auxílio da ferramenta de planejamento experimental, buscou-se otimizar uma configuração industrial típica para produção de álcool hidratado. Variaram-se alguns parâmetros de controle das colunas envolvidas, identificando quais desses parâmetros eram estatisticamente significativos, sendo os mesmo utilizados em seguida em um planejamento experimental completo. Como resultado, não se verificou grandes diferenças em relação à configuração padrão, obtendo-se um álcool com 93,1 %, em massa, de teor alcoólico; 96,96 % de recuperação de etanol como álcool de primeira e 2,82 % como álcool de segunda; 105 mg/kg de teor de etanol na flegmaça e vinhaça e um consumo total de vapor de 2,02 kg de vapor por litro de álcool produzido. Posteriormente, investigou-se a produção de álcool neutro, produto utilizado na indústria de alimentos, a partir da planta otimizada de álcool hidratado. No que se refere à produção contínua de cachaça, foi estudada a influência do refluxo e da vazão de cachaça na coluna, sobre os principais contaminantes da mesma, além de se estudar o papel da degasagem no controle de qualidade da bebida / Abstract: The sugar cane has a key role in the Brazilian economy. In the process of industrialization of this product, it is possible to get a large number of products of fundamental economic importance like sugar, alcohol (anhydrous and hydrated) and Cachaça. With the advent of PROALCOOL, in the seventies and eighties, the production of alcohol grew to the point of making Brazil the world largest producer and exporter of this fuel. Nowadays, with the global call for the design of an alternative fuel to oil, the production of alcohol gains an even greater weight in the Brazilian economy. Bearing in mind the economic importance of ethanol, and the large acceptability of cachaça in the external and internal market, this work aims to study, by computer simulation, a typical system for the production of hydrated alcohol and neutral alcohol, with the objective of optimization of the process for hydrated alcohol, and study the production of cachaça by continuous distillation. All the work was conducted with the help of the commercial simulator Aspen Plus 12.1. Both for the simulation of the production of hydrated alcohol as cachaça, a wine was considered with a lot of minor components, in order to represent, as faithfully as possible, the industrial process. With the aid of the tool of experimental design, some parameters for control of the columns involved, as number of trays, reflux ratio was investigated being selected those parameters which showed statistically significant for a full experimental planning. As a result, wasn¿t find big differences in relation of default configuration, obtaining a product with 93.1% by weight of ethanol concentration; 97 % of ethanol recovery as first quality alcohol and 2,86 % as second quality alcohol; 105 mg/kg of concentration of ethanol in flegmaça and stillage, and a total consumption of steam 2.02 kg of steam per liter of alcohol produced. After it, was investigated the production of neutral alcohol, a product used in the manufacturing of alcoholic bevarages. For the continuous production of cachaça, it was studied the influence of reflux and the flow of cachaça on the main contaminants of this product. In addition, it was studied the role of degasing in quality control of cachaça / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T21:00:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_MelinaSavioli_M.pdf: 732672 bytes, checksum: e13f0234f0e921262e228532b60abd4f (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O etanol perdido por evaporacao durante o processo de producao por fermentação pode ser recuperado por uma coluna de absorcao, a qual requer um sistema de controle robusto de acordo com sua complexidade. Este equipamento tambem e utilizado no tratamento do CO2, um co-produto deste processo. Neste sentido, no presente trabalho foi proposto e testado, o emprego de controladores feedforward-feedback, baseados em modelo inverso de redes neurais, os quais manipulam as vazoes de solvente que sao alimentados as colunas, para controlar a concentracao de etanol na corrente gasosa a saida da primeira coluna, e a concentracao de agua residual no efluente gasoso da segunda. Simulacoes foram feitas, sendo abordado tanto o problema regulatorio quanto o problema servo para as duas colunas de absorcao do processo estudado. O desempenho do controlador neural foi superior ao apresentado por um controlador convencional PID, para ambas as colunas de absorcao estudadas, pois o tempo de resposta, assim como o overshoot foi menor. A superioridade do controlador neural foi comprovada pelos valores obtidos para os parametros ITAE (integral do erro absoluto ponderada pelo tempo), IAE (integral do erro absoluto) e ISE (integral do quadrado do erro). Outro objetivo deste trabalho foi avaliar a influencia das incertezas nos sensores sobre o desempenho do sistema de controle. Foram testados tres niveis: 5, 10 e 15%, sendo as incertezas inseridas nas variaveis de entrada do tipo concentracao de etanol/agua residual na corrente gasosa. Para a coluna de recuperacao de etanol, tanto para o problema regulatorio quanto servo, nenhum controlador conseguiu estabilizar a variavel controlada no set point, no entanto, quando empregado o controlador neural a amplitude da faixa de oscilacao da variavel controlada foi menor para todos os niveis de incerteza testados. Já para a coluna de tratamento de CO2, os controladores encontraram dificuldades em manter a estabilidade do sistema. Neste sentido, o controlador neural apresentou um desempenho satisfatorio para incertezas de 5 e 10%, enquanto que o PID nao conseguiu manter o sistema estavel para incertezas superiores a 5%. Com base nos testes realizados foi constatado que o controlador neural proposto constitui uma opcao atrativa para o controle das colunas de absorcao do processo deproducao de etanol por fermentacao, principalmente quando os niveis de incerteza forem de ate 10%. / Abstract: Some of ethanol lost by evaporation during its fermentation production process may be recovered using an absorption column, which requires a robust control system. This equipment also is used on carbonic gas treatment, a by-product of this process. In the present work, the development of nonlinear feedforward-feedback controllers, based on a neural network inverse model, was proposed and tested to manipulate the absorbent flow rates in order to control the residual ethanol concentration in the effluent gas phase at the first absorption column, and the residual water at the second one. Simulation studies were carried out for the regulator and servo problem, for both absorption columns studied. The neural controller proposed outperformed a conventional PID, because the response time, and also the overshoot were smaller when the neural controller was applied. The results were confirmed by the ITAE (integral of time multiplied by the absolute error), IAE (integral of absolute error) and ISE (integral of square error) parameters. The measurement uncertainties influence on control system performance was tested for three levels: 5, 10 and 15%. The uncertainties were introduced on ethanol/residual water concentration on gas phase. For the ethanol recovery column, neither PID nor the neural controller drove the controlled variable exactly to the set point, however, the neural controller provided a smaller oscillation for all uncertainty levels tested, for regulator and servo problem. The neural controller also outperformed PID in CO2 treatment column. For the regulator and servo problems the neural controller successfully proceeded when the uncertainty level was 5% or 10%, while the PID did not deal adequately with uncertainties above 5%. Therefore, the proposed neural controller proved be an attractive control solution for the absorption columns of ethanol production process by fermentation, especially when the input variables carry small uncertainties ( less than 10%) from the sensors. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Este trabalho apresenta todos os passos para a implementação de técnicas de controle preditivo em uma coluna de destilação. Inicialmente a tese introduz basicamente o funcionamento e a meta do processo de destilação. Modelos linearizados em tempo contínuo da coluna de destilação são obtidos a partir de ensaios experimentais da coluna em diferentes pontos de operação. Com base nestes modelos, várias topologias de controladores preditivos baseados em modelo são implementadas. Um otimizador em tempo real é integrado aos controladores preditivos para a redução do custo operacional da planta. Resultados simulados e resultados experimentais de todas as topologias de controladores preditivos estudados são apresentados. / This work presents all the steps to the implementation of predictive control techniques in a distillation column. First the thesis basically introduces the working and the goal of the distillation process. Linearized models in continuous time of the distillation column are obtained from experimental tests of the column in different operating points. Based on this models, several model based predictive controllers topologies are implemented. A real time optimizer is integrated with the predictive controllers to the reduction of the plant operational cost. Simulated results and experimental results of all studied predictive controllers topologies are presented.

O trabalho visa substituir processos comercialmente usados na indústria para purificação da glicerina obtida a partir de biodiesel. A purificação da glicerina até grau técnico ou P.A. (99,5 % em massa) implica em um grande consumo de energia nos processos de evaporação e destilação, pela necessidade de altos vácuos. Como alternativa, a desidratação da glicerina pode ser realizada por destilação azeotrópica heterogênea usando baixas temperaturas e a pressão atmosférica. O objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade técnica do processo de desidratação da glicerina por meio da destilação azeotrópica com tolueno e comparar o consumo de energia com os processos tradicionais. Para atingir o objetivo, avaliou-se a influencia das variáveis de processo: vazão de alimentação de glicerina (g/s) (X1 codificado), vazão de alimentação do vapor de tolueno (g/s) (X2 codificado), concentração inicial de glicerina (% em massa) (X3 codificado), temperatura de alimentação da glicerina (°C) (X4 codificado), na concentração final de glicerina. A construção do modelo foi feita a partir de um planejamento fatorial composto de segunda ordem, usando glicerina P.A. A concentração final foi estimada mediante o índice de refração e massa específica. Obteve-se o seguinte modelo: 2 1,96X2 13,18X3 6,42X1X3 2,24X2X3 1 %GLI = 79,42 8,88X1 + 4,72X + + + que mostrou que a temperatura de alimentação (X4 codificada) não exerceu influencia na concentração final de glicerina. Observou-se pelo modelo que é preferível utilizar valores máximos de X2.e mínimos de X1. Com estes ensaios foi possível obter uma glicerina 99% pura, porém apresentava um ligeiro cheiro de tolueno, que foi eliminado mediante arraste com ar (stripping). Para verificar o modelo empregou-se glicerina bruta oriunda do biodiesel previamente tratada. O processo prévio consistiu de: acidificação, neutralização, salting out com isopropanol, evaporação do álcool e troca iônica. A glicerina obtida após o processo de troca iônica, aparentemente só água e glicerina com 38,6 % em massa, foi usada para a verificação do modelo. Obteve-se por destilação azeotrópica uma glicerina com 92 % em massa, quando o valor predito pelo modelo foi 99 %. Esta glicerina tratada apresentou um desvio do modelo devido a presença de resíduos de sabões, porém ficou demonstrado a possibilidade de desidratação de glicerina por este processo necessitando apenas de melhorias nas etapas de purificação até a troca iônica. Também, avaliou-se a eficiência da coluna comparando a separação dada pela coluna com a dada por um único estágio de equilíbrio nas mesmas condições de vazão e concentração, concluindo-se que era da ordem de 10 %. Finalmente, este processo consome cerca de 57,72 % de energia em relação aos processos de evaporação e destilação a vácuo tradicionalmente usados. / This study aims to replace commercially processes used in industry for glycerine purification obtained from biodiesel. The purification of glycerine up to technical degree or PA (99.5% by weight) involves a large consumption of energy in the evaporation and distillation processes due to need operate at high vacuum. Alternatively, dehydration of glycerine can be achieved by heterogeneous azeotropic distillation using low temperature and atmospheric pressure. The objective of this work was to study the technical feasibility of the dehydration process of glycerine through azeotropic distillation with toluene and compare the energy consumption with traditional processes. To reach this objective, the influence of process variables: feed flow rate of glycerine (g/s) (X1 coded), feed flow rate of steam toluene (g/s) (X2 coded), initial concentration of glycerine (% by weight) (X3 coded), the temperature of food glycerine (°C) (X4 coded) has been studied in the final concentration of glycerine. The empirical model was built through fitting of data obtained from a factorial second order design, using glycerine PA. The final concentration was estimated by refractive index and density. The fitted model was: 2 1,96X2 13,18X3 6,42X1X3 2,24X2X3 1 %GLI = 79,42 8,88X1 + 4,72X + + + The model appoints that the feed (inlet glycerine solution) temperature (X4 coded) had no influence in the outlet concentration of glycerine. Moreover, it has been observed that is better to use maximum X2.and minimum X1. From these tests were possible to obtain a glycerine 99% purely, but it had a light smell of toluene, which was removed by stripping with air. In order to verify the empirical model, it has been used raw glycerine from biodiesel production. This glycerine was previously treated following the steps: acidification, neutralization, salting out with isopropanol, evaporation of isopropanol and ion exchange. The obtained glycerine after the process of ion exchange, presented 38.6% in weight, apparently only glycerine in water, has been used to check the model. Content of glycerine by this distillation was 92% in weight, when the predict value by the model was 99%. The deviation from the model was due to the presence of soap residues, but it has been demonstrated the possibility of dehydration of glycerine by this process requiring only some improvements in purification steps up to the ion exchange. In addition, it has been estimated the column efficiency by comparison of the separation in both column and single stage at the same flow rate and concentration conditions, concluding that it was 10 %. Finally, this process consumes approximately 57.72% of energy in relation to the processes of evaporation and vacuum distillation traditionally used.