Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-23T15:08:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alves_JoseJailsonNicacio_D.pdf: 8337754 bytes, checksum: 677214454b8c1e6f9d55d01e7142949e (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Reatores de Leito Fluidizado Circulante são bastante utilizados na industria química e petroquímica, principalmente em processos de craqueamento catalítico e de combustão. A simulação numérica é ferramenta indispensável para o desenvolvimento e otimização destes reatores. Neste trabalho, um modelo fluidodinâmico baseado no modelo de dois fluidos, no qual o gás e as partículas são tratados como fases contínuas e totalmente interpenetrantes, foi utilizado na simulação da fluido dinâmica de reatores de leito fluidizado circulante. Analisa-se a sensibilidade do modelo fluido dinâmico com relação a parâmetros da teoria cinética do escoamento de materiais granulares. Analisa-se também o efeito do termo de transferência de energia cinética turbulenta entre as fases gasosa e particulada na fluidodinâmica. Utiliza-se o modelo de turbulência k-epislon para estimativa dos coeficientes de transporte da fase gasosa. Para a fase particulada, o modelo invíscido, o modelo newtoniano com viscosidade obtida experimentalmente (da literatura) e o modelo cinético do escoamento de materiais granulares (KTGF) foram utilizados e os resultados analisados. No modelo cinético do escoamento de materiais granulares os coeficientes de transporte dependem da temperatura granular, para a qual tem-se uma equação de conservação. A temperatura granular depende de parâmetros da teoria cinética do escoamento de materiais granulares e da sua condição de entrada. Os resultados comprovam que as partículas tendem a concentrarem-se nas regiões de menor temperatura granular e também mostram uma sensibilidade do modelo a estes parâmetros, mais fortemente aos coeficientes de restituição partícula-partícula e partícula-parede. Mostraram ainda que o termo de transferência de energia cinética do movimento flutuante é importante em sistemas com recirculações internas. O método dos volumes finitos com arranjo colocalizado foi utilizado na discretização do modelo. A solução foi obtida iterativamente resolvendo-se linha por linha com TDMA (Tri-Diagonal Matrix Algorithm). Com relação ao método numérico, mostra-se. que a interpolação do momentum e não da velocidade propriamente dita, para o cálculo das velocidades da fase particulada, nas faces do volume de controle, elimina as oscilações numéricas observadas para o caso de interpolação das velocidades no cálculo dos fluxos nas faces / Abstract: Circulating Fluidized Bed (CFB) reactors are used in a variety of industrial applications especially related to combustion and catalytic cracking. The fluid dynamic prediction of CFB is fundamental in its development and optimisation. In this work, a computer code for the simulation of the fluid dynamics of Circulating Fluidized Bed Reactors was developed. The Finite Volume Method was used to make the discretization of the mathematical model. The fluid dynamic model is based on the two fluid model, in which both the gas and particle phases are considered to be continuos and fully interpenetrating. With relation to mathematical model of CFB reactors, the sensitivity of the model to parameters of the Kinetic Theory of Granular Flows was analyzed. The effect of the turbulence transfer between the gas and particle phases was also analyzed. The k-Epsilon turbulence model, modified to consider the presence of the particle phase, was used to calculate the effective viscosity of the gas phase. Since there is no consensus about the effective stresses in the particle phases, the inviscid model, the Newtonian fluid model with experimentally obtained viscosity constant and the model of the emerging kinetic theory of granular flows (KTGF) have been used to simulate the fluid dynamics of the CFB reactors and the results were analysed. In the kinetic theory of granular flows the particle phase transport coefficients are dependent on the granular temperature, which intern has a transport equation. The granular temperature depends on parameters of the kinetic theory and also of the inlet conditions. The results confirm that the particles tends to concentrate in the regions of lower granular temperature, also showing a high sensitivity of the model to the parameters of the kinetic theory of granular flows, especially to the particle-particle and particle-wall coefficients of restitution. Further analyses showed that the interface turbulence transfer is very important for systems with high particle concentration and internal recirculations. With relation to the numerical method, in order to calculate the particle velocities at the faces of the control volumes, the results show that numerical oscillations are present when the calculation is carried out using linear interpolation of the particle phase velocities, in the collocated grid. The results also show that the numerical oscillation is eliminated by calculating the particle phase velocities at the faces of the control volumes by interpolating the particle phase momentum. The results were obtained by using a computer code developed by the authors. The finite volume method with the collocated grid, the hybrid interpolation scheme, the false time step strategy and the SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations) algorithm were used to obtain the numerical solution / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Jose Ricardo Figueiredo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T01:48:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodriguezSilverio_RodolfodeJesus_D.pdf: 11961114 bytes, checksum: 2666162185ce602e6b5a31eb7154c9db (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: O presente trabalho procura obter uma detalhada simulação numérica de uma máquina de produção de gelo em escamas que opera sob um ciclo de absorção utilizando o par água - amónia. Com este objetivo é apresentado um modelo matemático que engloba os fenômenos termodinâmicos, de transferência de calor e de mecânica dos fluidos. Tal modelo constitui-se numa importante ferramenta para análise e posterior aperfeiçoamento do sistema. E apresentado primeiramente um modelo em regime permanente que ajuda a entender e aprofundar os processos que transcorrem em cada componente, e como estes afetam a operação e o desempenho da instalação global. Em segundo lugar é elaborado o modelamento do evaporador em sua operação transitória. Em terceiro rescreve-se a simulação do sistema para incluir o modelo da operação em regime transitório de cada componente. Ao serem acoplados o segundo e o terceiro modelos é efetuada a simulação dinâmica do sistema. Ambos modelamentos, permanente e transiente, fornecem os principais parâmetros de operação do sistema em função das caraterísticas construtivas da máquina e das variáveis externas tais como temperatura de bulbo úmido e pressão do vapor de aquecimento / Abstract: The present work searches for a detailed numerical simulation of an scale ice-maker operating on an absorption cycle using the pair water - ammonia. With such aim a mathematical model was constructed embodying thermodynamics, heat transfer and fluid mechanics phenomena. Such model turns to be an important tool for analysis and development of the system. Firstly a steady state model is presented that helps understanding the processes going on each component and how those affect the operation and performance of the whole installation. Secondly the transient model of the evaporator is developed. Third the whole system simulation is rewritten to include models of the transient regime operation of each component. By coupling the second and the third models the dynamic simulation of the system is built. Both steady state and transient modeling provide the main operating parameters of the system as function machine constructive characteristics and of the external variables such as wet bulb temperature and heating steam pressure / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Alvina Krahenbuhl / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-26T19:24:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Romanielo_LucienneLobato_D.pdf: 6218244 bytes, checksum: 4a4eceb296a4d09e4e32e9931a8e1645 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Objetivando-se elucidar a relevância das principais variáveis do fenômeno, tais como as interações sólido-fluido e fluido-fluido, a heterogeneidade do sólido e o tamanho relativo das moléculas, sobre a capacidade preditiva de modelos para a predição do equilíbrio na adsorção, realizou-se um estudo comparativo de modelos fundamentados na termodinâmica clássica e estatística, quanto à predição da adsorção de misturas gasosas a partir de dados de isoterma dos componentes puros. Os seguinte modelos foram selecionados: Solução de Vazios, Estatístico Simplificado, de Ocupação de Múltiplos Sítios e de Fluido Bidimensional para superfícies heterogêneas. Afim de avaliar o efeito da heterogeneidade energética do sólido na capacidade preditiva de um modelo, utilizou-se a hipótese de superfície "patchwise" para estender o Modelo de Ocupação de Múltiplos Sítios a superfícies heterogêneas, sendo testadas as funções de distribuição de probabilidade de Gauss assimétrica e uniforme. O efeito do tamanho relativo das moléculas adsorvidas foi avaliando comparando-se o desempenho dos modelos de Ocupação de Múltiplos Sítios e de Fowler-Guggenheim, em ambas as formas homogênea e heterogênea, pois o primeiro modelo recai no segundo quando a hipótese de ocupação de mais de um sítio por molécula é relaxada. Os modelos foram testados em sistemas onde a diferença de tamanho é significativa. A partir do estudo da sensibilidade do modelo de Ocupação de Múltiplos ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The aim of this work is to investigate the relative importance of some adsorption parameters such as: adsorbate-adsorbent interaction; adsorbate-adsorbate interaction, surface heterogeneity and the relative size of mo1ecules, over the availability of models to predict the adsorption behavior in equilibrium. Initially, a comparative study about the ability of some models, based on Classical and Statistical thermodynamics, to predict gas adsorption mixtures, using only pure isotherm component data, was done. The chosen models were: Vacancy Solution Model, Simplified Statistical Model, an MuIti-Site Occupancy Model and a Two-Dimensional Fluid Model to heterogeneous surfaces. The solid heterogeneity effect was tested. The patchwise theory was used to extend the Multi-Site Occupancy Model to heterogeneous surfaces. Two distribution function were used: the assymetric Gauss distribution and the uniform distribution. The effect of molecules relative size was tested by comparison between the Multi-Site Occupancy Model and the Fowler-Guggenheim Model in homogeneous and heterogeneous form. These models were tested in many mixtures that show large molecular size difference. A new role to calculate the cross interaction adsorbate-adsorbate parameter was proposed to be applied at the Multi-Site Ocupancy Model. The new rule uses some pure component parameters, as the Henry's constant and the molecule size to weigh the pure adsorbate-adsorbate parameter. ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Cesar Costapinto Santana / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-26T20:59:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_FabioRibeiroCamposda_D.pdf: 4466659 bytes, checksum: f306f5a6d60de7f1d8f2a3acd22d8658 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: As inulinases são enzimas com grande potencial comercial, pois atuam hidrolisando a inulina e gerando produtos importantes para a indústria de alimentos, tais como frutose e oligômeros de frutose. A separação e purificação dessas enzimas, com eficiência e custos compatíveis, é de grande importância para o desenvolvimento de técnicas e protocolos de adsorção que possam otimizar e que permitam a ampliação de escala da operação. Este trabalho tem como objetivo dar uma contribuição à utilização de técnicas experimentais e de modelagem matemática no estudo da adsorção de enzimas do tipo inulinases em resinas trocadoras de íons. No presente trabalho são determinados os parâmetros característicos de equilíbrio e da cinética de adsorção, realizando-se experimentos em tanques agitados contendo adsorventes CM- Sepharose CL-6B e Accel Plus QMA, permitindo convalidar os modelos de difusão do sorbato na superfície e nos poros do sólido com os dados experimentais. Realizou-se experimentos de saturação dos adsorventes em coluna de leito expandido com a resina Accell Plus QMA e também operações em leito fixo sobre os dois adsorventes, baseando-se no método de cromatografia por análise frontal, com uma mistura comercial de inulinases Fructozyme®. Utilizando-se um modelo matemático completo, no qual são consideradas a dispersão axial e a resistência à transferência de massa, foram obtidos os parâmetros através da solução numérica das equações do balanço de massa com uso do método de colocação ortogonal associado ao método de otimização não-linear multivariável para obtenção dos coeficientes otimizados de transferência de massa e dispersão axial. Os valores médios dos coeficientes foram 0,633 10-7 m2.s-1 e 0,10 10-8 m.s-l em inulinases­ CM-Sepharose CL-6B e 0,747 10-7 m2.s-1 e 0,258 10-8 m. S-I em inulinases-Accell Plus QMA. As enzimas foram identificadas com massa molecular de 80 kDa (exo-inulinase) e 63 kDa ( endo-inulinase) após filtração em gel Sephacryl S 100 HR / Abstract: The inulinases are enzymes with great commercial potencial, as they hydrolise inulin producing important products for the food industry such as fructose and fructose oligomeres. The separation and purification of these enzymes, with efficiency and compatible costs, is of great importance to the development of adsorption techniques and protocols which may optimize and amplify the operation. The objective of this work is to contribute to the improvement of the experimental techniques and mathematical modeling in the adsorption study of the inulinase enzymes on ion-exchange resins. In this work the characteristic equilibrium and adsorption kinetics parameters are determined via experiments in stirred tanks containing CM-Sepharose CL-6B and Accel Plus QMA adsorvents, allowing a good agreement between models of diffusion of sorbate on the surface and in the pores of the solid with the experimental data. Saturation experiments were made in expanded bed column with Accell Plus QMA resin and fixed bed with the two adsorvents, based on frontal analysis chromatography with a commercial mixture of inulinases-FructozymeTM. Using a complete mathematical model, where axial dispersion and resistence to mass transfer are considered, the parameters were obtained by numerical solution of the mass balance equation using the orthogonal colocation method associated with the non-linear multivariable optimization method for the obtention of the optimized mass transfer and axial dispersion coefficients. The medium values of coefficients were 0,633 1O-7m2.s-1 and 0,10 10-8 m.s-l in inulinases-CM-Sepharose CL-6B 0,747 1O-7m2.s-1 and 0,258 10-8 m.s-l in inulinases-Accell Plus QMA. The enzymes were characterised with molecular weight in 80 kDa (exo-inulinase) and 63 kDa (endo­inulinase) after gel filtration in Sephacryl S 1OO HR / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-26T22:04:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gouveia_VeraLuciaReisde_M.pdf: 2839283 bytes, checksum: 59ec5eced6f71be7216d4ccb93a8d768 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Os bioprocessos estão ganhando cada vez mais espaço nos processos produtivos por sua versatilidade, alta taxa de produção em produtos específicos e alto valor agregado dos produtos gerados. A característica comum destes processos é que apresentam um comportamento complexo onde diversos mecanismos estão envolvidos para a obtenção de produtos específicos. Este projeto de pesquisa tem como principal objetivo o desenvolvimento de modelos híbridos para descrição do comportamento dinâmico de bioprocessos. Estes modelos híbridos são desenvolvidos acoplando-se Redes Neurais Artificiais (RNA) a modelos determinísticos sendo úteis, como representações matemáticas, para aplicações em controle e otimização em tempo real e principalmente como "soft-sensors". O bioprocesso tratado neste trabalho, como caso de estudo, é a produção de etanol via fermentativa utilizando-se o microrganismo Saccharomyces cerevisae. O processo é representado por um modelo determinístico, constituído por um sistema de equações diferenciais ordinárias, resolvido pelo método Runge-Kutta de 4! ordem. Este modelo foi devidamente validado e é utilizado como fonte de dados para estudos da dinâmica, e de desenvolvimento de modelos baseados em RNA e bt'bridos. Para construção do modelo híbrido (modelo "Caixa Cinza") foi treinada uma RNA que prediz a velocidade específica de crescimento quando fornecidos os valores das concentrações de produto, células e substrato. Após o ajuste esta RNA foi acoplada ao modelo determinístico fornecendo os perfis dinâmicos das variáveis: 8, X e P (para os quatro reatores), rendimento e produtividade. Foi desenvolvido também um modelo tipo "Caixa Preta" do bioprocesso. Este modelo, baseado em RNA, fornece o perfil dinâmico de 8(4), X(4) e P(4) durante 20h de processo. Todos os modelos foram devidamente testados sendo comprovadas suas eficiências / Abstract: The biological processes are each time more important in the productive processes due to its versatility, high production rate in specific products and high value of the generated products. These processes present a complex behavior where several mechanisms are involved to obtain specific products. The main goal of this research project is the development of hybrid models for description of the dynamic behavior of biological processes. These models are developed by coupling Artificial Neural Networks (ANN) and deterministic models. The hybrid models will be used as mathematical representations of the process, for applications in real time control and otimization and mainly as soft-sensors. The biological process studied in this work is related with the fennentative ethanol production using the microorganism Saccharomyces cerevisae. The process is represented by a detenninistic model, constituted by a system of differential ordinary equations, that is solved by 4th order Runge-Kutta method. This model was validated proper1y in industrial scale and it is used as data source for studies of the dynamics of the process, development of the models with ANN as well as of the hybrid models. For the construction of the hybrid model ("Gray Box" model) it was accomplished the training of a ANN that predicts the specific speed of growth of the microorganism when supplied the values of the product, celIs and substract concentrations. After adjustment of the ANN, it is coupled to the deterministic model supplying the dynamic profiles of the variables: 8, X and P (for the four reactors), efficiency and productivity. It was also developed a "Black Box" model of the biological processo This model, based in ANN, supplies the dynamic profile of 8(4), X(4) and P(4) during 20h of processo AlI the models were proper1y tested and their efficiency were verified. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Liliane Maria Ferrareso Lona / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T00:02:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_Sueli_M.pdf: 5014172 bytes, checksum: 54dca8791ae3ad2c0740543b8047dfb6 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: A dextrana é polissacrideo obtido a partir da sacarose, matéria prima barata e abundante no mercado Brasileiro. Sua aplic.ação depende fortemente de seu peso molecular, o qual pode variar de alguns milhares a milhões de daltons. A enzima utilizada para obtenção de dextrana é exógena e estável nas condições ótimas de síntese, o que toma a síntese enzimática viável. Entretanto a dextrana é tradicionalmente obtida por fermentação devido ao alto custo da enzima. O objetivo deste trabalho é o estudo da viabi1idade da utilização de um sistema contínuo para obtenção de dextrana através da síntese emimática,em escala industrial. O sistema proposto é baseado no processo CARE onde ocorre adsorção e dessorção da enzima, sendo a mesma continuamente reciclada no processo e reutilizada. Essa prática permite o reaproveitamento da enzima e conseqüentemente a redução dos custos. A adsorção e dessorção da enzima ocorre em tanques perfeitamente agitados, sendo que a reação enzimática ocorre com a enzima livre no estágio de dessorção. O processo CARE é constituído de dois tanques agitados e foi proposto para purificação de proteínas. A proteina é adsorvida no primeiro estágio, onde ocorre a separação dos produtos indesejados, sendo posteriormente dessorvída no segundo estágio e recuperada. O sistema proposto neste trabalho é constituído de três tanques agitados, sendo dois deles destinados a adsorção da enzima e um deles a dessorção e reação enzimática. Com a modelagem do sistema foram realizadas diversas simulações. Os resultados obtidos com o sistema triplo estágio, proposto neste trabalho, foram comparados com os obtidos com a utilização de um modelo duplo estágio. Um modelo mais realístico que leva em conta as de resistências à transferência de massa na modelagem do sistema duplo estágio também foi desenvolvido. Foi também considerada a presença do tampão de dessorção na modelagem do sistema. Foi realizado um estudo da viabilidade da utilização de redes neurais para determinação da taxa de reação enzimática. Para isso foi realizada uma modelagem híbrida do sistema duplo estágio. O estudo da viabilidade da aplicação do sistema em processos industriais foi baseado em dados experimentais de rendimentos em escala industrial. Esse procedimento aproxima os resultados obtidos por simulação das condições reais de síntese. A síntese enzimática é uma alternativa interessante, pois apresenta uma maior facilidade de controle do processo além de um maior rendimento. Os resultados obtidos levam a conclusão da viabilidade de aplicação do sistema proposto em escala industrial, tendo sido inclusive realizada uma estimativa do possível faturamemo com a comercialização dos produtos / Abstract: Dextran is a polysacharide obtained fiom sucrose, a common and cheap raw material in Brazil. Its application depends on its molecular weight, that presents a large range. There are dextrans of molecular weight fiom thousands to millions of daltons. The enzymatic synthesis of dextran is possible because the enzyme used to obtain dextran is stable under large conditions, although the tradition process for dextran production is the fermentative one. The goal of this work is to study the viability of dextran enzymatic synthesis using a continuos system. The proposed system is based on the CARE process where the adsorption and dessorption of the enzyme are carried out in stirred tanks and the enzyme is recycled. In this way, the enzyme can be recovered and the production costs are reduced. The enzymatic reaction is carried out in the dessorption tank with the dessorbed enzyme. The CARE process was proposed protein purification. The system consists on two stirred tanks where the protein is adsorbed in the first tank and dessorbed and recoverd in the second tank. In this work a system is proposed which consists on three stirred tanks. In two of them the enzyme is adsorbed and in the another one the enzyme is dessorbed and the enzymatic reation takes place. The results obtained throughout the simulations using the three tanks system, proposed in this work, was compared to the ones obtained with a two tanks. A more realistic model, that takes in account the mass transfer resistances related to enzyme was also developed. The buffers flow rates were also considered in the system modeling. A hybrid model with neural networks was developed to predict the behavior of the two tanks system, in which the enzymatic reaction rate was obtained trough neural network. Based on experimental yields obtained under industrial conditions, the viability of the proposed system was verified for industrial applications / 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 2018-07-27T03:52:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Simoes_AlexandreRodrigues_M.pdf: 3484513 bytes, checksum: f412203a0df7736887e63d3c2e42752f (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Uma das maiores dificuldades encontradas no estudo dos processos de separação por estágios é a grande dimensão dos modelos do processo. Assim, a simulação desses processos envolve um elevado número de equações algébrico-diferenciais não-lineares ocasionando um elevado esforço computacional. Vários pesquisadores têm proposto estratégias que reduzam a dimensão dos modelos, estas técnicas recebem o nome de métodos de redução de ordem e os modelos por ela obtidos são denominados modelos de ordem reduzida. Este trabalho tem como objetivos o desenvolvimento de modelos de ordem reduzida para sistemas de processos de separação por estágios usando a metodologia da colocação ortogonal discreta, a seleção da melhor estratégia de colocação, assim como a seleção do algoritmo mais adequado para a solução das equações do modelo reduzido visando selecionar aquela combinação de estrutura de modelo e de algoritmo que permita obter uma simulação adequada e custo computacional mínimo. 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 do método da colocação ortogonal tanto para a solução de equações diferenciais quanto para a de equações às diferenças. Os resultados obtidos nas simulações realizadas demonstram a viabilidade da aplicação da colocação ortogonal discreta na simulação de colunas de destilação em estado estacionário. O esquema de colocação ortogonal mista levou a uma melhor aproximação em relação à colocação ortogonal mista modificada, além de uma redução considerável no tempo computacional em comparação com o modelo completo / Abstract: One of the largest difficulties found in the analysis of staged separation processes is the great dimension of their models. Thus, the simulation of these processes involves a high number of algebraic-differential equations, causing a high computational effort. Several researchers have been proposing order reduction strategies, that is reduce the dimension of the models. This work has as objectives the development of reduced order models for systems of staged separation processes through collocation strategies, the selection of the best collocation strategy, as well as the selection of the algorithm more adapted for the solution of the equations of the model seeking that combination of model structure and of algorithm that allows to obtain an appropriate simulation and minimum computational cost. The application of the method of orthogonal collocation is extended to the solution of differences equations, starting from the development of a methodology that unifies the use of orthogonal collocation for the solution of differential equations as well as for the one of differences equations. The results obtained in the simulations demonstrate the viability of the application of discrete orthogonal collocation in the simulation of distillation columns in stationary state. The discrete mixed orthogonal collocation led to a better approach than the modified mixed orthogonal collocation. Besides, a considerable reduction in the computational time in comparison to the complete model was obtained. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T17:31:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_Edwin_M.pdf: 1546663 bytes, checksum: 9bcb694a37827f48a2ea613478ebed27 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi estudar experimentalmente a hidrodinâmica de reatores tipo "air-lift" e desenvolver um modelo que pudesse descrever os fenômenos observados em um sistema reacional de uma mistura orgânica em reatores "air-lift", para ser posteriormente incorporado a um modelo geral do reator. O fenômeno abordado foi a taxa de aeração e sua relação com a velocidade de recirculação de líquido e velocidade de gás. Foram realizadas também medidas de diâmetro de bolhas e propostas correlações para a determinação do diâmetro das bolhas em água e água/butanol. As correlações são usadas para a determinação da área interfacial. As experiências foram realizadas em um reator "air-lift" em escala piloto, utilizando-se como sistemas ar/água, ar/água-butanol e um sistema Nz/líquido industrial, bem como três diferentes distribuidores de gás. Foram aplicadas e comparadas diferentes formas de tratamento de sinal de pressão para identificação de mudança no regime hidrodinâmico, definindo-se para cada sistema o ponto de transição com uma precisão maior que a utilizada convencionalmente. Na modelagem hidrodinâmica foram adotados dois grupos bem distintos de equações: um baseado em balanços de quantidade de movimento e energia e um outro grupo formado por correlações ajustadas a partir de experimentos realizados. Esta abordagem permite extrapolar para reatores de diferentes geometria, além de servir de referência para levantamento de parâmetros para sistemas líquidos com características diferentes. Os resultados do modelo foram satisfatórios, sendo condizentes com dados experimentais / Abstract: The pourpose of this work was study the hydrodynamic of air-lift reactors with liquids with non-coalescing behaviour. A lD hydrodynamic model has been developed for gas hold-up and liquid circulation velocity prediction in air-lift reactors. The model is based on momentum balance equations and has been adjusted to experimental data collected on a pilot plant reactor equipped with three different gas distributors and using water, water/butanol and a organic industrial mixture as the liquid phase. In addition, measurements of bubble diameter in the water and water/butanol medium are presented and were propose correlations for determinations ofbubble diameter. Theyare used for interfacial area calculation. Different techniques of signal analysis have also been applied to pressure fluctuations in order to extract information about flow regimes and regime transitions. A good knowledge of the flow partem is essential to establish adequate correlations for the hydrodynamic model. It has been shown that this technique is a good tool to support for hydrodynamic modelling. Comparison between model and pilot experimental data is quite satisfactorily / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Sergio Persio Ravagnani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T19:55:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Neves_SergioBello_D.pdf: 6504601 bytes, checksum: 8db3d2443679814e54a9e19cee56cd3b (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Processos de adsorção vêm tendo importância crescente na indústria de processamento químico e petroquímico, bem como em áreas como biotecnologia, farmacêutica e química fma. Dentre esses processos, o de adsorção em Leito Móvel Simulado (LMS) tem destaque para diversas aplicações onde a separação é muito difícil, por fazer uso da operação em contracorrente. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de um modelo e de um programa computacional para a simulação dinâmica do comportamento de uma unidade de adsorção em Leito Móvel Simulado e sua aplicação em diversas situações práticas. O desenvolvimento do modelo de LMS parte do modelo de uma coluna de adsorção multicomponente em leito fixo que leva em conta as cinéticas de transferência de massa interna e externa à partícula de absorvente. A descrição dos fenômenos envolve um sistema de equações diferenciais parciais onde as concentrações dos componentes intra e extra-partícula são funções da posição na coluna e do tempo. O sistema foi resolvido numericamente usando o método de colocação ortogonal para a discretização da solução ao longo do comprimento da coluna e diferenças finitas para o cálculo da solução no tempo. Foram desenvolvidos modelos e programas para a condição ideal do LMS, sem a existência de zona morta entre os leitos, e mais dois modelos alternativos para levar em conta a existência de zona morta e do atraso na mudança dos leitos, analisando a influência destes fatores no desempenho da unidade por comparação com o modelo ideal de LMS. Critérios de convergência numérica e de estabelecimento do estado estacionário cíc1ico foram adotados. O programa e o modelo foram testados para diferentes sistemas disponíveis na literatura. Foi buscado um entendimento do processo de LMS pela sua utilização em estudos de sensibilidade para predizer os efeitos das variáveis de operação no desempenho do LMS, com aplicações em projeto e otimização de unidades. Os resultados obtidos foram satisfatórios, reproduzindo bem dados experimentais disponíveis e prestando-se como ferramenta de projeto de novas unidades. A abordagem proposta de usar um modelo de coluna de adsorção em leito fixo como ponto de partida para a modelagem do processo de Leito Móvel Simulado mostrou-se apropriada, resultando num modelo rigoroso que tem aplicações em diversas situações práticas. A partir do modelo obtido abrem-se portas para novas investigações, tais como a otimização energética de uma unidade completa de LMS e o treinamento de redes neurais / Abstract: Adsorption processes are becoming increasingly important in the chemical and petrochemical industries, as well as in the areas of biotechnology, pharmaceuticals and fine chemistry. Among these processes the 8imulated Moving Bed (8MB) adsorption process is specially important when separation is difficult, as it makes use of coutercurrent operation. The objective of this work is to develop a computational model for the dynamic simulation of a 8imulated Moving Bed adsorption unit and its application on several practical situations. In this work the development of an 8MB mo deI starts from a multicomponent fixed bed adsorption column model and takes into account internal and externaJ. Mass transfer coefficients in the adsorbent particle. Phenomena description involves a system of partial differential equations in which concentrations inside and outside adsorbent particle deppends on time and column length. The system is solved numerically by the orthogonal collocation method along column length and finite differences to calculate solution through time. Three versions of the model have been developed. The first is the ideal situation where there is no dead volume between adsorption beds. The other two take into account dead volume and a delay in shifting positions of beds inlet/outlet, respectivelly. Programs were evaluated and some mIes were created concerning numerical convergence and cyclic steady state. Programs and models were evaluated for several different systems available in literature. The 8MB performance was evaluated in sensitivity studies to predict the effects of operational variables, with applications in design and optimization case studies. The results show the mo deI is reliable in reproducing experimental data and as a tool for process design. The use of a fixed bed adsorption eolumn mode! as starting point to simulate the Simulated Moving Bed adsorption unit has shown to be a suitable approaeh. A rigorous model was obtained with applieations in several praetieal situations. This model ean be used in new investigations like energy integration of an 5MB unit and neural network training / Doutorado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: João Alexandre F. R. Pereira, Valdemir Alexandre dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T09:25:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vasconcelos_ElianeCardosode_D.pdf: 3754860 bytes, checksum: 9e207da528729142928aee3672104b7c (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Os biorreatores de leito fluidizado trifásico (Tree-Phase Fluidized-Bed-Bioreactor ¿ 3PFBB) apresentam vantagens como simplicidade de construção e elevados coeficientes de transferências de calor e massa. Entretanto, tem sido constatada a falta de modelos matemáticos adequados para descrever a fluidodinâmica dos mesmos, em função da complexidade do escoamento; restringindo sua utilização industrial. Uma das principais deficiências na elaboração dos modelos existentes tem sido a adoção de uma distribuição homogênea de biomassa. O presente trabalho tem como objetivo demonstrar a existência de uma distribuição não homogênea do perfil axial da fração volumétrica de biomassa, em um 3PFBB, através da modelagem e simulação desse perfil em diferentes condições operacionais. A técnica de atenuação de um feixe de luz visível foi adaptada para permitir a realização de medidas diretas da fração volumétrica de biomassa e foi aplicada a várias seções transversais do escoamento de um 3PFBB, desenvolvido para produzir etanol com auxílio de leveduras floculantes, em escala de laboratório. Um modelo semi-empírico elaborado com auxílio da análise dimensional ajustou-se satisfatoriamente aos dados experimentais. Os resultados da simulação demonstram uma grande dependência do perfil axial da fração volumétrica de biomassa com a altura relativa, ou distância da base do leito, para diferentes vazões da fase líquida... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The Three-Phase Fluidized-Bed-Bioreactor-3PFBB have advantages as construction simplicity and high mass and heat transfers coefficients. However, has been verified a lack of mathematical models adapted to describe the fluid dynamics of the same; restricting its industrial use. One of the main deficiencies in the elaboration of the existent models is the adoption of a homogeneous biomass distribution. The present work has a objective to demonstrate the existence of a non homogeneous distribution in the axial profile of the biomass holdup, in a 3PFBB, through the modeling and simulation of that profile in different operational conditions. The technique of attenuation of a visible light beam was adapted to allow the accomplishment of direct measures of the biomass holdup and it was applied to several traverse sections of the 3PFBB flow, developed to produce ethanol with aid of flocculent yeasts, in laboratory scale. A semi-empiric model elaborated with aid of the dimensional analysis was adjusted satisfactorily to the experimental data. The results of the simulation demonstrate a great dependence of the axial profile of the biomass holdup with the relative height, or distance or the bed base, for different liquid flow rate. The simulate profiles also demonstrated an important dependence with this parameter of the process and the reduction of the concentration gradient with the increase of the liquid flow rate... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química