Cada vez mais muitos processos industriais convencionais de separação, tais como destilação, centrifugação e extração com solventes, entre outros, estão sendo substituídos pelos processos de separação por membranas em virtude desses apresentarem vantagens em relação aos processos convencionais, além de serem considerados uma tecnologia limpa. Entre estas vantagens pode-se citar a economia de energia, pois não envolvem mudança de fase; a possibilidade de processamento de substâncias termolábeis, pois podem operar à temperatura ambiente; a maior seletividade; a facilidade de scale – up, pois são modulares e não extensivos em mão de obra, entre outros. Uma característica limitante destes processos é a existência de uma camada de elevada concentração de partículas ou moléculas que se forma próxima à superfície da membrana e que ocasiona uma redução no fluxo permeado, podendo modificar as características de retenção da membrana. Este fenômeno é conhecido como polarização por concentração. O entendimento dos mecanismos de polarização é considerado de grande importância neste campo e o estudo e validação de modelos matemáticos preditivos torna-se necessário para se obter sucesso na aplicação dos processos com membranas no meio industrial O objetivo geral deste trabalho consiste na análise teórico-experimental do processo de microfiltração tangencial com suspensão aquosa de partículas de sílica. O objetivo específico é a utilização de dados experimentais para a estimação de um parâmetro do modelo matemático que descreve o perfil de concentração na superfície da membrana ( membrana). A configuração tangencial implica que a alimentação, contendo as partículas a serem removidas ou concentradas, flui paralelamente à superfície da membrana reduzindo, assim, o fenômeno de polarização por concentração. Os experimentos foram efetuados em uma unidade de bancada de microfiltração tangencial, também conhecido como fluxo cruzado, em um módulo para membrana plana com canal de escoamento retangular sob condições de escoamento laminar. Os seguintes parâmetros foram variados durante os experimentos: pressão transmembrana, velocidade tangencial e concentração de partículas de sílica Os dados experimentais foram utilizados em uma modelagem matemática, baseada nas equações fundamentais da mecânica dos fluidos e da transferência de massa, que considera as propriedades físicas da suspensão, viscosidade dinâmica e difusividade mássica, variáveis com a concentração de sílica para se estimar a concentração máxima de sílica junto à superfície da membrana. Esta modelagem engloba os parâmetros operacionais, bem como as características da membrana nesta única variável. Com a finalidade de se verificar como a concentração máxima sobre a membrana é afetada pelas condições operacionais e, conseqüentemente, como esta afeta o fluxo permeado, a concentração máxima sobre a superfície da membrana é apresentada em função das condições operacionais variadas durante os experimentos de microfiltração. Finalmente, após a estimação desta variável, pôde-se concluir que ela é influenciada pelas condições operacionais típicas do processo de microfiltração tangencial, tais como velocidade tangencial de escoamento, pressão através da membrana e concentração da alimentação.

Nesse trabalho, é proposto um modelo fenomenológico para a polimerização de estireno em solução, validado com dados de uma planta industrial. Um modelo matemático para a polimerização do estireno via radicais livres é desenvolvido para predizer o comportamento estacionário e dinâmico do processo contínuo de produção de poliestireno. O modelo inclui a cinética de polimerização, em dois reatores CSTR auto-refrigerados em série, o equilíbrio líquido-vapor na seção de reação e as propriedades do produto final. Os resultados obtidos através do modelo desenvolvido são utilizados para determinar quais são os efeitos da composição de alimentação, temperatura e concentração do iniciador na conversão do monômero, massas molares, polidispersão, formação de dímeros e trímeros, densidade, viscosidade, índice de fluidez, propriedades térmicas e tensão de ruptura. Para o equilíbrio líquido-vapor, um modelo termodinâmico também foi desenvolvido para reatores auto-refrigerados, que usam o calor de evaporação para remover o calor gerado por reações químicas fortemente exotérmicas, e modelado através de uma equação cúbica de estado e uma regra de mistura aplicada ao equilíbrio líquido-vapor a baixas pressões para soluções poliméricas através do emprego de um único parâmetro de interação. O modelo desenvolvido pode ser utilizado para avaliação de estruturas de controle, simulação e otimização do processo de polimerização do estireno.

Nas indústrias de processo, algumas variáveis como as composições de topo de colunas de destilação são quantificadas através de análises laboratoriais e ou de analisadores em linha. Este tipo de controle apresenta algumas limitações tais como custos de manutenção e o tempo de amostragem (em geral análises laboratoriais ocorrem de 1 a 3 vezes ao dia). Para melhoria destes métodos, as variáveis podem ser continuamente estimadas a partir de sua relação com as variáveis medidas diretamente no processo. Através de um algoritmo matemático, um analisador virtual de propriedades pode ser construído, sendo necessário para o seu desenvolvimento um modelo simplificado do processo. Este trabalho teve como objetivo a construção de dois analisadores virtuais para estimação das composições de topo de duas colunas fracionadoras de tolueno presentes em uma indústria petroquímica. Para tal, estudou-se as metodologias existentes para construção de analisadores voltados para aplicações em colunas de destilação. O desenvolvimento de analisadores virtuais tem como base três etapas: seleção de variáveis secundárias, construção de modelos e correção/adaptação de modelos. Tais etapas, baseadas principalmente em métodos estatísticos, foram estudadas e as técnicas que melhor se adaptaram ao caso em questão foram empregadas com resultados satisfatórios. Realizaram-se também estudos comparativos entre modelos estacionários e dinâmicos e modelos construídos a partir de dados de simulação e de processo. As simulações foram conduzidas nos softwares Aspen PlusÒ e Aspen DynamicsÒ e o software usado para implementação dos analisadores na indústria foi o Aspen IQÒ.

Orientador: Rahoma Sadik Mohamed. / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T01:39:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Girao_JoaquimHelderSaraiva_M.pdf: 28946566 bytes, checksum: 456cd7018511851569dde008feea77af (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Dentre uma variedade de técnicas de recuperação suplementar de petróleo desenvolvidas com a finalidade de manter a produção, após esgotadas as chances de fazê-Io através das recuperações primária e secundária, está a injeção de dióxido de carbono. Dependendo da condição termodinâmica, o 'CO IND. 2¿ pode dissolver-se no petróleo contido no reservatório, causando redução na viscosidade e inchamento do mesmo. O gás carbônico pode ainda extrair os componentes voláteis do petróleo, o que conduz à possibilidade de completa miscibilida de como petróleo que se encontra a jusante do poço injetor. Esse trabalho contém informações úteis na elaboração de um projeto de injeção de 'CO IND. 2¿, uma vez que fornece ao projetista algumas estimativas a respeito do comportamento de fases de uma dada mistura de petróleo-'CO IND. 2¿ na condição de reservatório. A fim de levantar esses subsídios, três sistemas petróleo-'CO IND. 2¿ foram analisados com as frações pesadas sendo caracterizadas usando dados experimentais de destilação/cromatografia. As propriedades termodinâmicas das amostras foram obtidas usando o modelo termodinâmico de Peng-Robinson, sendo que as propriedades críticas das frações pesadas foram calculadas utilizando correlações. O modelo termodinâmico foi ajustado de acordo com os resultados de uma análise de sensibilidade das variáveis envolvidas. O modelo foi usado para prever propriedades volumétricas das amostras com os resultados melhorados aplicando-se a translação de volumes. O modelo baseado em conceitos termodinâmicos ao invés de correlações empíricas foi usado para estimar pressões mínimas de miscibilidade usando o método de contato de célula por célula e os dados previstos foram dispostos em diagramas ternários. Os resultados reportados aqui revelam que as amostras analisadas desenvolveram miscibilidade com o gás carbônico a pressões superiores às de seus respectivos reservatórios, nas temperaturas predominantes nos mesmos. Os erros relativos se encontram dentro das faixas reportadas na literatura / Abstract: Among the variety of enhanced oil recovery techcniques designed to mantain oil prodution, after primary depletion, is the injection of carbon dioxide. The technique is commonly named 'CO IND. 2¿-flooding. Depending on the thermodynamic condition, the 'CO IND. 2¿ may disolve in the reservoir oi!, causing a redution in viscosity and a swelling of the reservoir fluidoMoreover, the 'CO IND. 2¿ exctracts the light components ofthe oilleading to the possibility of complete miscibility with the downstream oil of the injection well. This work brings usefull information for the design of 'CO IND. 2¿ flooding project, as it provides the designer with a description of the fase behavoir description of a 'CO IND. 2¿-oil system at reservoir conditions. With this intent in mind, three 'CO IND. 2¿-oil systems were analyzed with the heavy fractions being caracterized using experimental destilationlcrhomatograth data. The thermodynamic properties were obtained using the thermodynamic modei of Peng-Robinson with critical properties of the heavy fractions obtained from correlations. The thermodynamic model was adjusted according to the results of a sensitivity analysis of the variables envolved. The model was used to predict volumetric properties of the samples with the results improved through volume translation. The model, based on thermodynamic concepts rather than empirical correlations, was used to estimate the minimum miscibility pressures and the predicted data are shown on temary diagrams. The results reported here revealed that the analyzed samples would develop miscibility with 'CO IND. 2¿ under pressures greater than the reservoir pressures, at the prevailing reservoir temperatures. The relative errors for minimum miscibility pressure are in the range reported in the literature / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientadores: Milton Mori, Ettore Bresciani Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T08:26:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ambrosio_WesleyBonicontro_M.pdf: 4110470 bytes, checksum: c1a59f8fb54c3f342bd5fb0cf67dbb57 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Desde a abertura do mercado brasileiro a partir do final da década de 80, a concorrência internacional à indústria brasileira tem se intensificado. No setor químico, especialmente na área farmacêutica, a redução ou eliminação das barreiras alfandegárias e tributárias permitiu, por um lado, um forte crescimento das importações visando atender à demanda interna, e por outro, que empresas transnacionais com filiais no Brasil passassem a poder abastecer seus mercados exteriores com produtos fabricados no país a partir de suas bases industriais aqui instaladas, utilizando matérias-primas importadas. No contexto do mercado globalizado é necessário conformidade não somente às especificações físico químicas dos produtos, mas também aos requisitos legais dos mercados de destino. Notadamente no caso dos mercados farmacêuticos norte-americano e europeu, atender aos requisitos de Good Manufacturing Practices (Boas Práticas de Fabricação) é condição indispensável de entrada.O objetivo deste trabalho é avaliar a evolução da complexidade do sistema de controle da qualidade de uma empresa industrial do setor químico-farmacêutico, quando da implementação dos requisitos GMP (Good Manufacturing Practices) sobre um sistema de controle da qualidade certificado ISO-9002. Como ferramenta para avaliação de complexidade será utilizado o modelo de representação concebido pela Sistêmica (Teoria do Sistema Geral), denominado Sistemógrafo. Adicionalmente serão apresentadas outras ferramentas úteis para a modelagem de sistemas complexos (As sete Ferramentas Gerenciais da Qualidade), e um exemplo de aplicação de algumas delas no sistema analisado será descrito.O trabalho mostra que o uso da sistemografia e das demais ferramentas permitiu a modelagem, a avaliação da complexidade e a identificação de diversas incompletudes e deficiências no sistema ISO, que foram melhoradas com a implantação dos requisitos GMP. A inclusão destes requisitos resultou também num aumento da complexidade do sistema.Os resultados práticos do trabalho sobre o produto fabricado pela unidade industrial em estudo mostram uma melhoria sensível dos parâmetros de qualidade físico-químicos analisados após a implantação dos requisitos GMP / Abstract: Since the internationalization of the Brazilian market, in the end eighties, the international competition to the Brazilian industry has been intensifying. In the chemical industry, especially in the pharmaceutical area, the reduction or elimination of the customs duties allowed, in one hand, a strong growth of the imports in order to assist the internal market, and in the other hand, that transnational companies branched in Brazil could provision their external markets with products manufactured here, using imported raw materials. However, to assist these markets, it is necessary not only conformity to the physical-chemical specifications of the products, but also to the legal requirements of the destiny markets. Specially in the case of the North American and European pharmaceutical markets, compliance to the Good Manufacturing Practices requirements (GMP) is an indispensable condition of entrance. The objective of this work is to evaluate the evolution of the complexity of the quality control system of a chemical-pharmacist company, after the implantation of the GMP requirements on its ISO-9002 quality control system. The Systemography, a representation model conceived by the General System Theory will be used as a tool for complexity evaluation. Additionally other useful tools for the complex systems modeling (The Seven Managerial Tools of the Quality) will be presented, and an application example of some of them will be described.The use of the General System Theory and of the other tools allowed the system model construction, the evaluation of its complexity and the identification of several deficiencies in the ISO-9002 quality control system, that were improved with the GMP requirements implantation. The complexity of the system increased due to the GMP implantation. As practical results, the product manufactured by the industrial unit showed a sensitive improvement of its physical-chemical quality parameters after the GMP requirements implantation / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Mario de Jesus Mendes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T16:19:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fontes_CristianoHoradeOliveira_D.pdf: 7414548 bytes, checksum: d95ad0a38b46847870c960793703c4d8 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O controle de reatores de polimerização é particularmente desafiante devido à dificuldade de medição das variáveis controladas, existência de interações, tempos mortos e restrições, além do seu caráter multivariável e não linear. Estes fatos tornam inapropriada a aplicação de esquemas tradicionais de controle por retroalimentação tendo muitas plantas um controle heurístico, não automático, onde o operador faz o papel do controlador. Este trabalho apresenta o desenvolvimento das atividades de modelagem, identificação e controle em um reator comercial de copolimerização em lama de etileno (monômero) e buteno-l (comonômero) com catálise "Ziegler-Natta". São estabelecidas, portanto, três etapas bem definidas, quais sejam, a modelagem dinâmica fenomenológica englobando-se desde a escala cinética até o comportamento macroestrutural do reator, a identificação de modelos empíricos baseados em Redes Neurais Artificiais, e a implementação computacional de um algoritmo de controle preditivo com modelo interno não linear. O processo compreende a produção de polietileno de alta densidade em um reator do tipo tanque agitado. Juntamente com o etileno e o buteno-l, são alimentados ao reator hidrogênio, nitrogênio, n-hexano (solvente), cocatalisador e catalisador, ambos em solução de n-hexano. O polímero é insolúvel no n-hexano e a lama (fases líquida e sólida) é retirada continuamente para posterior secagem. O modelo fenomenológico tem a capacidade de predizer o comportamento dinâmico de variáveis operacionais como a taxa de produção e a temperatura, e de variáveis relacionadas ao polímero como o peso molecular e o índice de polidispersão. Ao longo de todo o trabalho, o modelo fenomenológico é adotado como representativo do processo (planta) sendo útil, portanto, na geração de dados para a identificação e a validação de modelos empíricos, assim como na simulação e na avaliação do algoritmo de controle preditivo. Este trabalho oferece uma contribuição nas áreas de engenharia de polimerização, identificação de sistemas químicos e controle de processos. A etapa de modelagem dinâmica estabelece uma alternativa satisfatória e viável de simulação integrada de todas as escalas de modelagem, e propõe uma estratégia de tratamento numérico para a descrição do crescimento da partícula de polímero baseada em colocação ortogonal. A etapa de identificação atesta a possibilidade de obtenção de bons modelos empíricos para cada variável de saída do sistema e estabelece uma metodologia para a geração dos dados, avaliação de desempenho e seleção dos modelos, dentre outros. A etapa de implementação do algoritmo de controle preditivo apresenta a estruturação de um problema de otimização para o sistema em estudo, propõe adaptações necessárias e avalia o desempenho do controle preditivo não linear para os problemas regulador e servo, diante inclusive de fatores complicadores adicionais como tempo morto e múltiplas taxas de amostragem nas variáveis controladas / Abstract: The difficult to measure controlled variables, the existence of interactions, dead time and constraints, added to the nonlinear and multivariable nature, poses a challenger problem for the control of polymerization reactor. These features turn unsuitable the implementation of classical control strategies and, in many polymerization plants, there is an heuristic strategy to control the output variables where the adjustments are made by the operator. This work presents the modelling, identification and control of an industrial copolymerization reactor for of ethylene (monomer) and l-butene (comonomer) with Ziegler-Natta catalysis. Three steps are established: the achievement of a complete phenomenological model that contains since the kinetic aspects until the macroscopic balances, the identification of empirical models based on Artificial Neural Networks, and the computational implementation of a predictive control algorithm with nonlinear internal modeI. The process comprises the production of high density poyethylene in a stirred tank reactor. Together with ethylene and l-butene, hydrogen, nytrogen and n-hexane (solvent), catalyst and cocatalyst (both in n-hexane solution) are fed continuously. The polyemer is insoluble in the solvent and the slurry is discarged for posterior drying. The complete model is capable of predicting the dynamic behaviour of operation variables such as production rate and temperature, and variables associated with the polymer properties such as molecular weight and polydispersity index. The phenomenological model emulated the process plant and was useful for the data generation, during the identification step, and for the simulation and analysis of the control algorithm. This work offers an expressive contribution in the areas of polymerization engineering, identification of chemical systems and process controI. The dynamic modelling allows an effective way for the simulation of alI modelling scales and proposes one strategy for the numerical treatment of polymer particle growth using orthogonal collocation. The identification step shows the achievement of good empirical models for each output variables and presents a procedure for the data generation, evaluation and selection the models. The control algorithm implementation presents an optimization problem for the system, proposes necessary adjustments and simulates the nonlinear control for the regulatory and servo problems, including additional aspects such as dead time and multi-rate sampling in the controlled variables / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T12:25:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ender_Laercio_D.pdf: 6297058 bytes, checksum: 79b5899b5460e5a3374c2f6976f27582 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: As Redes Neurais Artificiais (RNA) são ferramentas computacionais, com um grande número de aplicações em técnicas de modelagem e controle de processos. Tal fato deve-se à sua capacidade em aprender com suficiente exatidão o comportamento do sistema, gerando modelos genéricos com potencial para projeto de controle não linear, quando equações do modelo são desconhecidas ou somente informações parciais de estados do processo estão disponíveis. Os modelos obtidos através de redes neurais permitem levar em consideração as não linearidades do processo, bem como as interações entre as suas variáveis. O trabalho desenvolvido explora o uso de redes neurais em estratégias de controle multivariável, enfatizando situações em que estas são utilizadas como modelos dinâmicos na geração de predições, bem como na definição de estratégias de controle totalmente baseadas em redes neurais com aprendizagem on-line. A aprendizagem on-line das redes utilizadas permite a sua adaptação continuamente ao longo do tempo, treinando-as em situações não abordadas na etapa de aprendizagem off-line. A aprendizagem oif-line das redes neurais é realizada a partir de um conjunto consistente de dados históricos de perturbações e respostas do processo, a qual deverá garantir, no mínimo, um desempenho satisfatória da rede neural, para a partida do sistema de controle. Explora-se também, a utilização de modelos estáticos do processo, baseados em redes neurais, acoplados à rotina de otimização on-line, objetivando identificar as melhores condições operacionais deste processo para atender especificações de referências preestabelecidas. Dentro deste contexto, foram desenvolvidas estratégias de controle multivariável explorando as potencial idades das redes neurais, seja como modelo de processos e/ou como controladores, enfatizando a aprendizagem on-line. Para o desenvolvimento deste trabalho foram implementados diversos programas computacionais, em linguagem de pragramação Fortran 90, relativos aos algoritmos de controle propostos/avaliados Os resultados alcançados mostram a eficiência das técnicas abordadas, comprovando o potencial do uso das redes neurais em estratégias de controle / The artificial neural networks are computational tools with a great number of applications in modeling techniques and process control. Such fact is due its capacity to learn sufficiently accurate models and give good nonlinear control when model equations are not known or only partial state information is available. Neural network approach allows taking into account in an elegant and adequate way process non-linearities as well as variable interactions. The developed work explores the use of the neural networks in multivariable control strategies as dynamic models for predictions as well as in the definition of the control strategy based on neural networks with on-line learning. The off-line learning of the neural networks is accomplished with a consistent group of historical data of perturbations and responses of the process, which should guarantee at least a satisfactory performance of the neural network for starting of the control system. It is also explored the use of static models of the process, based on neural networks, coupled with a on-line optimization routine, objectifying to identify the best operational conditions to attend specifications of the process. In this context, multivariable control strategies were developed exploring the potentialities of the neural networks as process model and/or as controllers, emphasizing the on-line learning. Several computational programs were implemented for the developrnent of this work in Fortran 90 language program relative to the control algorithms proposed and evaluated. The obtained results show the efficiency of the approached techniques, checking the potential of the use of the neural networks in control strategies / Doutorado / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira, Roger Josef Zem / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:36:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BounousRodriguez_Gaston_M.pdf: 3883781 bytes, checksum: 1b217dd247c73d9b0be9947f109696c4 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O etileno é um dos principais intermediários da indústria petroquímica, sendo que sua principal rota de obtenção industrial é através da pirólise de etano. A reação de pirólise é realizada em um fomo que consiste num longo reator tubular colocado no interior de uma fornalha, sendo que a reação é rápida, altamente endotérmica e a distribuição de produtos é fortemente dependente das condições operacionais. O presente trabalho apresenta a modelagem fenomenológica do fomo de pirólise de etano e uma estratégia para o controle do mesmo, utilizando o simulador desenvolvido. A abordagem empregada consiste na resolução dos balanços transientes de massa, energia e queda de pressão no interior do reator tubular em conjunto com o balanço transiente de energia que descreve a transferência de calor da fornalha para o mesmo. O conjunto de equações diferenciais parciais obtido é resolvido mediante a aplicação do Método das Diferenças Finitas e de Runge-Kutta-Fehlberg em um programa computacional desenvolvido em linguagem Fortran. A simulação do modelo proposto permite obter e analisar a dinâmica do fomo de pirólise de etano para diferentes perturbações, assim como os perfis de temperatura, conversão de etano, pressão e distribuição dos produtos ao longo do reator tubular. A seletividade do processo para o etileno, variável importante para a economia do mesmo, é analisada para diferentes condições operacionais, observando-se a dependência da mesma com a carga térmica fornecida a mistura reacional. A estratégia de controle proposta para o fomo de pirólise de etano, consiste em controlar a temperatura dos produtos efluentes do fomo de pirólise, que na industria é um importante indicador do seu funcionamento, atuando na vazão de combustível na fornalha. Inicialmente é utilizada uma técnica de controle convencional empregando-se um controlador PI digital. Em face aos resultados é proposta a aplicação da técnica de controle preditivo por matriz dinâmica ("Dynamic Matrix Contra/" - DMC). A influência dos parâmetros de sintonia no desempenho de ambos controladores é analisada, sintonizando-se os mesmo pelo método da integral do erro absoluto (IAE). Os comportamentos da variável controlada e da variável manipulada obtidos com os controladores PI e DMC propostos são comparados. Observa-se um melhor desempenho do controlador DMC, especialmente devido ao fato de implementar ações de controle menos severas que o controlador PI / Abstract: Ethylene is one of the main intermidiates of the petrochemical industry, being the ethane pyrolisis the main industrial route for its obtention. The pyrolisis reaction takes place in a furnace that consists of a long tubular reactor enclosed inside a combustion chamber, being fast, highly exothermic and whose products distrubition is strongly dependent of the opperational conditions. In the present work is developed a phenomenological modelling of the pyrolisis furnace and a control strategy for it, using the developed simulator. The approach employed consists in the resolution of the transient mass, energy and pressure drop balances inside the tubular reactor along with the transient energy balance which describes the heat transfer between the combustion chamber and the reactor. The obtained set of partial differential equations is solved by the apllication of the Finite Differences Method and Runge-Kutta-FeWberg using a developed computer program in Fortran. The simulation of the proposed model allows to obtain and analyse the furnace dynamic response to different loads, as well as the temperature, ethane conversion, pressure and products distribution profiles along the tubular reactor. The selectivity of the process to ethylene, which is an important variable for the process economy, is analized for differents operational conditions, observing its dependence with the thermal load supplied to the reactional mixture. The proposed control strategy for the pyrolisis furnace consists in controlling the temperature of the eff1uent stream from the furnace, witch is an important industrial indicator of its performance, manipulating the fuel flow to the combustion chamber. First1y, a conventional control technique is applied using a digital PI controller. Then, it is applied the predictive control technique known as Dynamic Matrix Control (DMC). The influence of the tunning parameters in the performance of both controllers is analyzed, tunning them using the integral of the absolute value of the error method (IAE). The behaviours of the controlled and manipulated variables obtained with the PI and DMC controllers are compared. A better performance of the DMC controller can be observed, especially due to the fact that it applies control actions less severe than the PI controller / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Sandra Lucia da Cruz, Roger Josef Zem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-25T00:10:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arruda_AlexandreDenes_D.pdf: 3521584 bytes, checksum: 0e013e4ac0a5d82fcfde9bc6d13d8c49 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Este trabalho visa o estudo do processo de desproporcionamento do tolueno. Industrialmente estas unidades são constituídas pela (i) seção de reação, (ii) seção de separação e (iii) seção de reciclo. Com o aumento da demanda de benzeno a seção de separação torna-se potencialmente favorável a redução dos custos de processamento. Este estudo se dirige portanto, no sentido de diminuir o custo total da seção de separação, realizada por destilação, dos produtos da reação. Métodos de síntese e integração de seqüências de colunas de destilação são as ferramentas utilizadas para a análise deste problema. Nos capítulos iniciais são apresentadas as técnicas mais utilizadas em síntese e integração de colunas: os métodos heurísticos (a partir da experiência de projetos anteriores), as equações preditivas, a inteligência artificial e os métodos aproximados são os mais aplicados. Nas técnicas de integração energética, destaca-se o LQ8T e a programação não linear. Os produtos da reação de desproporcionamento do tolueno e portanto, alimentação das colunas, se realizam com diferentes composições. a método utilizado parte de um balanço de energia no trocador de integração que no final resultará no acréscimo de um refervedor ou de um condensador na coluna integrada. Independente do acréscimo destes equipamentos, cada coluna de destilação na seqüência integrada possui um condensador e um refervedof.. a método proposto é computacional, e fornece o custo total de uma detenninada seqüência de destilação, bem como, as possíveis melhores formas de integração. a mesmo procedimento é realizado para seqüências apresentando colunas com saída lateral. Comparações são realizadas entre as seqüências não integradas de modo a se obter a seqüência mais econômica. Por fim a integração destas seqüências é analisada e seu resultado é incorporado aos dados anteriores obtidos para avaliação. Neste trabalho estão incluídos o desenvolvimento de um método simplificado baseado nas temper*as de topo e base das colunas na seqüência. E uma análise de como a alimentação (componentes, volatilidade, vazão, etc) afeta a escolha da melhor seqüência de destilação convencional e com saída lateral / Abstract: This work's goal is to study the process of disproportionation oftoluene. lndustrially this process is composed of the units (i) reaction section, (ü) separation section and (iii) recycling section. The incline in the demand of benzene makes the separation section become potentially favourable to the reduction of processing costs. Therefore the orientation of this study is to reduce the total cost of the separation section of the products reaction performed by distillation. The tools used in the analysis of the problem are the synthesis methods and the sequential integration of the distillation columns. The first chapters presents the techniques often used in the synthesis and integration of columns: the heuristic methods (based on experiences from previous projects), the predictive equations, artificial intelligence and the approximate methods are mostly applied. During the integration, the SQ?T and the non-linear programming are more relevant. The products from the disproportionation of toluene and subsequently from the columns' feeding take place via different compositions. The computational method was selected as it offers the total cost of an established sequence of distillation, as well as the best possible forms of integration. The same procedure is done on sequences presenting lateral exits for their columns. Comparisons are performed among non-integrated sequences to obtain the most economic sequence. Finally the integration of these sequences is analysed and its results incorporated to previous data collected for the evaluation. This work includes the development of a simplified method for obtaining integrated sequences as well as the analysis of how feeding (components, volatility, flowing, etc) affects the choice of the best distillation sequence. This study also covers columns with lateral exit / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-25T19:23:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Toledo_EduardoCoselliVascode_D.pdf: 6989061 bytes, checksum: 7e4c9efd95963e164e67dee467cae49d (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho são apresentados modelos pseudo-homogêneos bi e unidimensionais de reatores catalíticos de leito fixo, os quais incorporam as capacidades térmicas do fluido e do sólido, (pCp)f e (pCp)s, respectivamente. Os modelos propostos reproduzem o comportamento dinâmico esperado de um reator catalítico de leito fixo, inclusive o fenômeno da resposta inversa. A solução dos modelos bidimensionais geralmente requerem excessivo tempo computacional, uma vez que uma descrição detalhada das variáveis é levada em conta na formulação do modelo, resultando em modelos matemáticos de difícil solução. Para superar esta dificuldade, fez-se uso de técnicas de redução de modelos, as quais permitem gerar modelos com dimensões espaciais menores (com redução dimensional) ou cuja solução se torna menos complexa (sem redução dimensional). Portanto, neste trabalho também é apresentado um estudo comparativo do desempenho destas técnicas. Com relação aos modelos reduzidos, alguns apresentaram uma boa concordância com o modelo bidimensional, possibilitando a utilização segura e rápida dos mesmos para estudos de controle e otimização. Outro estudo realizado neste trabalho foi a análise de sensibilidade paramétrica do reator catalítico de leito fixo visando obter o conhecimento dos efeitos primários e de interação dos parâmetros operacionais do reator necessários à implementação da estratégia de controle no reator de forma adequada. Para obter estes conhecimentos utilizou-se o método do planejamento fatorial, o qual foi capaz de captar os efeitos primários e de interação no comportamento dinâmico do reator. Outro detalhe importante é que o método do fatorial completo forneceu também os efeitos ao longo do tempo, conhecimento este não disponível quando se utiliza, por exemplo, o método do RGA. Finalmente, após o desenvolvimento de modelos dinâmicos adequados para aplicações em tempo real e de posse dos conhecimentos do comportamento dinâmico e da análise de sensibilidade paramétrica, realizou-se o estudo da análise de desempenho de alguns algoritmos de controle avançados. Utilizou-se para o estudo da análise de desempenho dos controladores avançados, os algoritmos de controle preditivos, DMC ("Dynamic Matrix Control") e GPC ("Generalized Predictive Control"), e o adaptativo preditivo, STGPC (GPC acoplado ao identificador de parâmetros RLS), tanto na forma monovariável, SISO, como multivariável, MIMO. Estes controladores também foram comparados com o controlador clássico PI. Observou-se que os controladores GPC e STGPC proporcionaram os melhores resultados, mostrando a necessidade de se utilizar controladores avançados para obter um comportamento seguro e eficiente do reator catalítico de leito fixo / Abstract: In this work, pseudo-homogeneous bi- and uni-dimensional fixed bed catalytic reactors are presented. Such models incorporate the fluid and solid thermal capabilities, (pCp)f e (pCp)s, respectively. The proposed models reproduce a dynamic behaviour expected in a fixed bed catalytic reactor, including the inverse response phenomenon. The bi-dimensional models solution usually requires excessive computing (CPU) time since a detailed description of the variables is considered in the formulation of the model, which results in mathematical models of difficult solution. To circumvent this difficulty, techniques of model reduction were used, which permitted the generation of smaller space dimensions (with dimension reduction) or whose solution is less complex (without dimension reduction). Therefore, a comparative work of both techniques performance is also presented in this work. Some of the reduced models presented a good agreement with the bi-dimensional model, thus enabling their safe and fast utilization for studies of control and optimization. Another study performed in this work was the parametric sensitivity analysis of the fixed bed catalytic reactor, with the purpose of knowing the primary effects and the interaction of the reactor operating parameters, which are necessary for the implementation of a suitable control strategy. A method of factorial planning was used to acquire this knowledge. It was capable of getting the primary and interaction effects on the reactor dynamic behaviour. Another important detail is that the complete factorial method also provided some effects against time; this kind of knowledge is not available when the method RGA is used. Last, with the development of dynamic models for applications in real time and with the knowledge of the dynamic behaviour and the parametric sensitivity analysis, an analysis of the performance of some advanced control algorithms was made. In the study of the analysis of the performance of advanced controllers, the control algorithms used were predictive, DMC and GPC, and adaptive predictive, STGPC (GPC coupled to the parameters identifier RLS), both in the monovariable (SISO) and multivariable (MIMO) forms. These controllers were also compared to the classic controller PI. It was observed that the controllers GPC and STGPC provided the best results, showing the need of using advanced controllers to obtain a reliable and efficiente behaviour for the fixed bed catalytic reactor / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química