Na busca pelo aumento da rentabilidade dos processos, muitas indústrias têm procurado a melhoria contínua de seus sistemas de controle. Esta dissertação trata da aplicação de técnicas de controle avançado em uma Unidade Recuperadora de Propano, sendo motivada por fatores vinculados a benefícios econômicos, tais como: aprimoramento do controle de qualidade, economia de energia, minimização do custo variável e maximização da produtividade. O desenvolvimento da estrutura de controle associado ao desempenho ótimo dessa unidade e a utilização de soluções simples, com técnicas de controle avançado adequadas ao desempenho desejado para o processo em questão são objetos de estudo dessa dissertação. Inicialmente se fez uso das técnicas clássicas da literatura para re-avaliar a estrutura da camada de controle regulatória, neste caso a escolha do emparelhamento mais adequado entre as entradas e saídas. Após foram utilizadas as técnicas de identificação de modelos dinâmicos de processo para obter a inferência da composição do contaminante no propano recuperado da unidade. Realizou-se também um estudo comparativo entre os modelos obtidos pela técnica MLR (Multiple Linear Regression) adaptada para obtenção de modelos dinâmicos e o modelo construído a partir do software Pavilion8, baseado no método auto-regressivo ARX (Autoregressive with eXogenous inputs). A viabilidade e ganhos potenciais são verificados através da implementação da nova estrutura de controle regulatório, do analisador virtual e do controlador na planta industrial. Baseado nesta implementação, estima-se poder reduzir as perdas de propano em cerca de 2% do custo variável total de propano da planta e o consumo energético por carga processada em 2,3 %. Este resultado ilustra em termos práticos o sucesso da estratégia proposta e implementada. / In order to increase the profitability of processes, many industries have sought to continuously improve their control systems. This paper discusses the application of advanced control techniques in a Propane Recovery Unit, being motivated by factors linked to economic benefits such as improved quality control, energy saving, cost variable savings and maximizing productivity. In this dissertation the development of the control structure associated with the optimal performance of this unit and the use of simple solutions, with advanced control techniques appropriate to the desired performance for the process are studied. Initially, classical techniques were used to re-evaluate the structure of the regulatory control layer, that is the most appropriate choice of the pairing between the inputs and outputs. After that, techniques were used to identify dynamic process models able to infer the contaminant in the Propane Recovered Unit. It was also a compared the models obtained by the technique MLR (Multiple Linear Regression) adapted to obtain dynamic models and the model built from the Pavilion8 software based on the method autoregressive ARX (Autoregressive with Exogenous inputs). The feasibility and potential gains are verified by implementing the new structure of regulatory control, the virtual analyzer and controller in the plant. Based on this implementation, it is estimated propane reduce losses of 2% of the variable cost of the plant of propane and steam consumption by 2.3% in processed production. This result illustrates in practical terms the success of the strategy proposed and implemented.

Em consonância com os princípios de efetividade e aumento de competitividade, a programação da produção promove melhorias no uso de matérias-prima e aumento de produtividade (desengargalamento), através da otimização do fluxo de material e uso de unidades comuns a diversas operações, considerando as características operacionais tais como a flexibilidade da planta com relação aos roteiros de produção e a estrutura do processo: contínuo ou batelada. Logo, o presente trabalho de pesquisa tem como principal objetivo a investigação dos métodos de programação de produção em batelada para posterior aplicação na indústria de couros - uma vez que esta constitui um expressivo segmento sócio-econômico brasileiro - como meio de aumentar seu nível competitivo. Utiliza-se o modelo de programação inteira mista proposto por Maravelias e Grossmann (2003) para representar o estudo de caso, onde as operações são caracterizadas por modo batelada. O modelo é baseado na representação STN-contínua. A implementação é feita na linguagem de modelagem GAMS, utilizando o pacote de otimização CPLEX. Os resultados mostraram a importância da utilização de parâmetros de controle do algoritmo branch and bound, quando se trabalha com problemas de grande escala. A utilização de dados reais de planta demonstrou que a representatividade do modelo procede com a prática industrial. Por fim, métodos de otimização e modelos para programação da produção podem ser utilizados como ferramentas no desenvolvimento de soluções pertinentes ao uso eficiente de recursos no processo produtivo, auxiliando no processo de tomada de decisão, pois podem ser aplicados para investigar diferentes cenários econômicos e de produção. / To improve the process productivity, many companies are scheduling their production solving a mathematical programming problem. The scheduling optimizes the material flow and the equipment assignments, which often are common to various operations. In the meantime, the operations features are considered to proper scheduling, like the production plant flexibility in respect to the production recipe, and the process structure: continuous or batch. Therefore, the main objective of the present work was to study and to investigate the scheduling methodologies. Afterwards, the methodology was applied in the tannery industry – because it is an important Brazilian social-economic area – as a way to increase its competitive level. It was used the model proposed by Maravelias and Grossmann (2003) to describe the case study, where the operations are characterized by working in the batch mode. The resulting MILP formulation is based in STN-continuous time representation, and it was implemented in GAMS/CPLEX code. The results demonstrate the importance of the branch and bound algorithm components, when working with a real-world case study. The real base data employed, to obtain a schedule, shows the model representativeness for practical application. Finally, optimization methods and scheduling models can be used as tools for the development of pertinent solutions that accomplishes the effective usage of the resources available for manufacture. They support the decision making process, because they can be applied to investigate different production and economic scenarios.

Biopolímeros polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres sintetizados por inúmeras bactérias e armazenados em corpos de inclusão nas células como reserva de energia, são produzidos a partir de fontes renováveis, e sua principal característica é a biodegradabilidade. Neste trabalho realizou-se a produção do PHA poli(3- hidroxibutirato) (P3HB) em cultivos submersos da bactéria Bacillus megaterium em meio mineral, utilizando-se sacarose como fonte de carbono e sulfato de amônio como fonte de nitrogênio. Esta bactéria apresenta comportamento diferente das bactérias comumente utilizadas para produção de biopolímero, sendo capaz de produzir grandes quantidades de P(3HB) sem limitação de nitrogênio. Experimentos em estufa incubadora rotatória foram realizados, segundo planejamento fatorial 22 composto central rotacional e três repetições no ponto central, a fim de se avaliar a melhor concentração inicial de sacarose e a razão inicial carbono/nitrogênio. Nestes experimentos, obteve-se um acúmulo de P(3HB) nas células de cerca de 75%. Não houve limitação de nitrogênio e sacarose para a maioria dos casos e observou-se uma forte correlação entre o acúmulo de P(3HB) e o pH do meio. Em biorreator foram realizados experimentos com controle de oxigênio dissolvido e pH, e com a condição de substrato inicial escolhida em função do planejamento de experimentos realizado. Obteve-se acúmulo de P(3HB) de 30%, inferior ao obtido em estufa incubadora rotatória. Modelos fenomenológicos de cinética microbiana, produção de polímero e consumo de substratos foram estudados, propondo-se modificações. Os parâmetros dos modelos foram estimados com os dados obtidos experimentalmente no biorreator. O modelo proposto obteve um desempenho superior aos demais estudados e com um número menor de parâmetros. Simulações foram realizadas a fim de verificar o comportamento do modelo frente a variações nas condições iniciais. / Polyhydroxyalkanoates (PHAs) biopolymers are polyesters synthesized by numerous bacteria and are accumulated on inclusion bodies in the cytoplasm of the cells as energy storage, they are produced from renewable carbon sources and its manly characteristic is the biodegradability. In this work it was carried the production of PHA poly(3-hydroxybutyrate) (P3HB) out in submerse cultures of bacteria Bacillus megaterium in the mineral medium, using sucrose as carbon source and ammonium sulphate as nitrogen source. This bacteria shows different behavior from bacteria commonly used on biopolymer production, and it is able to produce large amounts of P(3HB) without nitrogen limitation. Shaker experiments were realized, according to a central composite design and three repetitions in the central point, in order to evaluate the best initial sucrose concentration and carbon-to-nitrogen ratio. In these experiments, P(3HB) was accumulated in the cell about 75%. In most of the cases, there was no limitation in the sucrose or nitrogen, and a strong correlation between P(3HB) accumulated and the medium pH was observed. Bioreactor experiments were carried out with controlled dissolved oxygen and pH. Substrate initial concentration was chosen according to the experiment design. P(3HB) accumulation in bioreactor was lower than in shaker, about 30%. Phenomenological models of microbial kinetics, polymer production, and substrate consumption were studied and improvements were proposed. The models parameters were estimated using the experiment data from the bioreactor. The proposed model showed a better performance than the available models, with a smaller number of parameters. Simulations were performed with the purpose of verifying the model behavior for initial conditions changes.

Devido aos constantes avanços computacionais, bem como o desenvolvimento de eficientes métodos para a solução de problemas de otimização não-lineares, tem-se tornado interessante a realização de otimização em tempo real e como conseqüência o uso de estimadores on-line em processos químicos não lineares. Neste sentido, a atualização automática de modelos de processos torna-se interessante permitindo a realização de estimativas em tempo real de variáveis infreqüentemente medidas e/ou imensuráveis e de variáveis estados e parâmetros desconhecidos que são variantes no tempo. Usualmente, a atualização automática de modelos é feita baseado em algumas variáveis secundárias que são medidas on-line, como temperatura, pressão, composição e vazão. Nos estimadores baseados no filtro de Kalman, como o EKF e CEKF, os esforços computacionais são relativamente pequenos, variando de um simples cálculo algébrico de um ganho, por exemplo, o EKF, até a resolução de problema de otimização quadrático, como exemplo o CEKF. Estes pequenos esforços computacionais permitem rápidos resultados com relativa acuracidade, mas estes estimadores baseados no filtro de Kalman podem falhar quando o sistema tem acentuada não-linearidade, por exemplo. De outra maneira, a formulação MHE é capaz de tratar uma vasta gama de sistemas não-lineares, como aqueles que têm inversão do sinal de ganho de acordo com o ponto de operação. No entanto, na formulação MHE tem-se a necessidade de se resolver um problema NLP não convexo com muitas equações de desigualdade e graus de liberdade, e como conseqüência o tempo de processamento torna-se maior que o tempo de amostragem, fazendo impraticável a execução de ações de controle sobre o sistema em tempo real. Assim, é necessário a implementação de eficientes técnicas para resolver de maneira rápida os problemas de otimização dinâmica envolvidos na formulação MHE. Neste trabalho as estratégias seqüencial e simultânea são exploradas, almejando-se a aceleração da solução dos estágios de integração e otimização dinâmica do estimador MHE, permitindo uma ampla avaliação entre o estimador MHE e os estimadores baseados no filtro de Kalman. Os estimadores foram aplicados para sete estudos de caso, como a planta de quatro tanques cilíndricos, o modelo do reator isotérmico com a reação de van de Vusse e o modelo de um CSTR exotérmico instável. A partir dos resultados, as vantagens e desvantagens da formulação via horizonte móvel são discutidas de modo a justificar o elevado esforço empregado na avaliação e projeto deste, comparado com os estimadores EKF e CEKF, quando o sistema tem acentuada não linearidade, incertezas no modelo e distúrbios e/ou ruídos nas medições. / Due to the constant computational advances, as well as the development of efficient methods for solving nonlinear optimization problems, it has become interesting to carry out dynamic optimizations in real time and the consequent use of on-line estimators on nonlinear chemical processes. In this framework, the automatic updating of process models becomes attractive to allow the accomplishment of real-time estimates of unmeasured or infrequent-measured variables, states variables and unknown or time-variant model parameters. Usually, the process model updating is made based on some auxiliary variables that are measured on-line, such as temperature, pressure, composition, and flow rate. In the traditional Kalman filter-based estimators, such as EKF and CEKF, the computational efforts are relatively small, ranging from a simple algebraic calculation of a gain, as in the EKF case, to the resolution of a quadratic optimization problem, like in the CEKF case. These small computational efforts allow faster results with relative accuracy, but these Kalman filter-based estimators may fail when the system has meaningful nonlinearities. On the other hand, the MHE formulation is able to treat a large range of nonlinear systems, as those that have the gain sign inversion according to the operating point. However, it has the necessity to solve possible non-convex NLP problem with many inequality equations and degrees of freedom, and as consequence, the processing time may become larger than the sampling time, making impracticable the execution of the control actions over the system in real time. Thus, it is necessary to implement efficient techniques to solve in a fast way the integration and dynamic optimization problems embedded in the MHE formulation. In this work, sequential and simultaneous strategies are explored to solve the estimators, aiming to speed up the solution of the integration and dynamic optimization stages, allowing a comprehensive evaluation between MHE and Kalman filter-based estimators. The estimators were applied to seven case studies, like the quadruple tank system, van de Vusse isothermal CSTR model and a more non-linear and unstable exothermal CSTR model. From the results, the advantages and drawbacks of the moving horizon formulation are brought up to justify the high effort spent in the design and evaluation phases, compared to the EKF and CEKF estimators, when the system has relatively high nonlinearities, model uncertainties and measurement disturbances.

A identificação de sistemas em malha fechada assume papel importante no contexto atual, já que reduz o custo operacional do processo de identificação no estágio de testes, evitando, por exemplo, a geração de produtos fora de especificação. Entretanto, requer uma série de cuidados especiais no tratamento dos dados a serem analisados para a obtenção dos modelos. Nesta dissertação um estudo acerca da identificação de sistemas monovariáveis lineares a partir de dados de operação em malha fechada, avaliando diferentes métodos e técnicas de identificação em malha fechada já consolidados é apresentado. Um novo método, recentemente proposto por Agüero (2005), o Virtual Closed Loop ouMétodo da Malha Virtual, que consiste na adição e remoção virtual de um controlador à malha analisada, de forma a filtrar a ação de controle real em um procedimento totalmente offline, é estudado em detalhes e uma adaptação é realizada na metodologia, com a simplificação do filtro virtual e forma de obtenção do modelo da malha aberta. O desenvolvimento e estudo da metodologia estão baseados em uma série de sistemas SISO distintos, com dinâmicas variáveis. Além disso, diferentes cenários com características peculiares são aplicados ao estudo, como distúrbios não medidos e ruído de medição, ilustrando de forma simples possíveis comportamentos dinâmicos encontrados em plantas industriais. / The identification of closed loop systems has taken on an important role in the current context, since it reduces the operational costs of the identification process in the testing stage, thus avoiding, for instance, the creation of non-specified products. However, it requires special care in the treatment of data to be analyzed for the obtainment of models. In this work, we present a study on the identification of linear models from closed loops operational data, evaluating different consolidated methods and techniques of closed loop identification. A new method is studied in detail in this work: the Virtual Closed Loop, which was proposed by Agüero (2005). It consists of the virtual addition and removal of a controller to the analyzed loop, so as to filter the input of the system in a completely offline procedure. It is also presented modifications on this methodology resulting in an simplification of the virtual filter and in the ways to obtain the open loop model. The development and study of this methodology are both based on different SISO systems, with variable dynamics. Other interesting characteristics, peculiar to the study, are considered in this work, as noise and dither signals. It illustrates, in a simple way, possible dynamic behavior patterns found in industrial plants.

Atualmente os combustíveis fósseis derivados do petróleo, tais como, gasolina, diesel e carvão são as principais fontes de energia. No entanto, essas fontes tendem ao esgotamento nos próximos 40 a 50 anos, além de sua utilização provocar problemas que vão desde a emissão de gases responsáveis pelo efeito estufa ao aumento nos preços desses combustíveis. Uma alternativa que vem sendo bastante utilizada é o etanol de primeira geração obtido principalmente do milho e da cana-de-açúcar. Apesar do etanol ser considerado uma energia limpa, por não emitir gases poluentes e auxiliar no sequestro de carbono, apresenta um problema relacionado à diminuição da oferta de alimentos e o consequente aumento de preços dos produtos que o utilizam como matéria-prima. Devido a esses fatores, vem crescendo os estudos por fontes de energias renováveis, como a obtenção do etanol de segunda geração, no qual, utiliza resíduos lignocelulósicos como matéria-prima. Nesse contexto, este trabalho objetivou avaliar a produção de etanol de segunda geração, tendo com matérias-primas os seguintes resíduos lignocelulósicos: bagaço de cana-de-açúcar, capim-elefante, serragens de Pinus sp. e Eucalyptus sp, pré-tratados com os líquidos iônicos 1-etil-3-metilimidazólio acetato e 1-butil-3-metilimidazólio acetato, separadamente. Após o pré-tratamento efetuou-se a hidrólise das biomassas lignocelulósicas com as enzimas produzidas pelo fungo Penicillium echinulatum, prosseguindo para a fermentação dos açúcares liberados na hidrólise, empregando as leveduras Saccharomyces cerevisiae e Schizosaccharomyces pombe Y 698, e a bactéria Geobacillus thermoglucosidasius. As maiores concentrações de açúcares redutores obtidas após as hidrólises enzimáticas foram 681,89 mg.g-1 para bagaço de cana-de-açúcar, 474,30 mg.g-1 para capim-elefante, 237,84 mg.g-1 para serragem de Eucalyptus sp. e 233,62 mg.g-1 para serragem de Pinus sp., sendo todos os pré-tratamentos com o líquido iônico 1-etil- 3-metilimidazólio acetato. O microrganismo que apresentou maior eficiência no consumo de açúcares redutores foi S. cerevisiae. Porém, o maior rendimento em etanol, cerca de 96 mg.g- 1, foi obtido para o bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com 1-butil-3-metilimidazólio acetato na fermentação com S. pombe. G. thermoglucosidasius apresentou potencial para consumo de xilose e glicose simultaneamente, porém a produção de etanol foi reduzida (21 mg.g-1 para bagaço de cana-de-açúcar). Este dados contribuem para ampliar os conhecimentos sobre os efeitos do pré-tratamento com líquidos iônicos na produção de etanol de segunda geração. / Fossil fuels, such as gasoline, diesel and coal, are the main sources of energy nowadays. In addition to generate problems, from the emission of greenhouse gases to the increase in fuel prices, these energy sources are likely to be depleted in the next 40 to 50 years. A widely used alternative to fossil fuels is first-generation ethanol, produced mainly from corn and sugarcane. Although ethanol is considered a clean source of energy because it does not emit polluting gases and helps in carbon sequestration, it is linked to a decrease in food supply and the consequent rise in food prices. Therefore, new studies on renewable energy sources, such as second-generation ethanol from feedstock and other lignocellulosic residues, are commonly found in the literature. In this context, this study aimed to evaluate the production of secondgeneration ethanol from the following lignocellulosic residues: sugarcane bagasse, elephant grass, Pinus sp. sawdust and Eucalyptus sp. sawdust, pretreated separately with the ionic liquids 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate and 1-butyl-3-methylimidazolium acetate. Hydrolysis of lignocellulosic biomass with enzymes from Penicillium echinulatum was carried out after the pretreatment. Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe Y 698 and the bacterium Geobacillus thermoglucosidasius were used for the fermentation of sugars released during hydrolysis. The highest concentrations of reducing sugars obtained after enzymatic hydrolysis were 681.89 mg. g -1 for sugarcane bagasse, 474.30 mg.g -1 for elephant grass, 237.84 mg.g -1 for Eucalyptus sp. sawdust and 233.62 mg. g -1 for Pinus sp. sawdust, all pretreated with 1-ethyl-3- methylimidazolium acetate. S. cerevisiae was the microorganism with the highest efficiency in the consumption of reducing sugars. However, the highest ethanol yield (96 mg.g -1) was obtained for sugarcane bagasse pretreated with 1- butyl-3-methylimidazolium acetate and fermented by S. pombe. G. thermoglucosidasius showed potential for the simultaneous consumption of xylose and glucose, but ethanol production was low (21 mg.g -1 for sugarcane bagasse). These data contribute to expand the knowledge about the effects of ionic liquid pretreatments for the production of secondgeneration ethanol.

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-22T02:14:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Assis_AdilsonJosede_M.pdf: 6117843 bytes, checksum: e7466b69e9dc35610617ff1e07e8975f (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Com a necessidade crescente de controladores de processos químicos com desempenho cada vez mais precisos tem sido propostas várias estratégias de controle avançado, como por exemplo o Controle Adaptativo, na solução deste problema. No presente trabalho é apresentada uma revisão geral do Controle Adaptativo, das técnicas mais comuns de estimativa de estado e identificação do processo, bem como aplicações dessas técnicas a relevantes processos químicos e biotecnológicos. Apresenta-se um tratamento sistemático tanto para o Filtro de Kalman como para o Filtro de Kalman Estendido (FKE) quando aplicados na estimativa recursiva de estados e identificação de parâmetros de sistemas estocásticos, utilizando a metodologia espaço-de-estados. Como caso estudo, considerou-se o processo de fermentação de cerveja em batelada. Este processo requer a identificação simultânea dos estados do sistema e dos parâmetros do modelo com finalidades de monitoramento automático do meio reacional. Estudou-se a influência do tempo de amostragem, presença de medidas imprecisas, e condições de convergência do FKE. Resultados obtidos por simulação são apresentados e discutidos. Neste trabalho também é apresentada uma metodologia geral para o projeto de controladores adaptativos aplicados a reatores biotecnológicos. Tomou-se como caso estudo o processo contínuo de fabricação de etanol em escala industrial. Os controladores adaptativos foram projetados utilizando as estratégias LQG e variança mínima, ambos na formulação espaço-deestados. Adotou-se um modelo simplificado do processo para finalidades de controle sendo que esse modelo é identificado em tempo real empregando um algoritmo derivado do Filtro de Kalman. Resultados obtidos por simulação mostram que os controladores adaptativos apresentam um melhor desempenho do sistema em malha fechada quando comparado com o desempenho do sistema sob a ação de um controlador clássico PID. Finalmente, apresenta-se um breve tratamento dos problemas a serem considerados no desenvolvimento de algoritmos de controle avançado do tipo adaptativo para colunas de destilação em batelada / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-26T05:26:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vasconcelos_ClaudiaJovitaGarcia_M.pdf: 8282471 bytes, checksum: 7451a148b19e524e62d88dfdaaed9e48 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Misturas que apresentam comportamento não-ideal são frequentemente encontradas nas indústrias de processamento. A separação dessas misturas em seus componentes puros não pode ser feita em colunas de destilação convencional, por isso são empregados outros processos que possibilitam a separação. Neste trabalho, são estudados e comparados três processos usados para esse tipo de separação: extração líquido-líquido, destilação extrativa e destilação azeotrópica. Os três processos estudados envolvem a adição de um agente de separação (solvente). Os objetivos do trabalho são a caracterização termodinâmica de sistemas ternários, simulação e otimização dos processos e comparação quanto ao consumo de energia e estabilidade operacional. Tomou-se como caso base a produção de etanol com elevada pureza. Esse sistema é de grande interesse industrial, devido ao potencial do etanol como fonte renovável de energia, sendo usado como aditivo ou substituto completo para a gasolina. Além desta aplicação em particular, os desenvolvimentos e resultados aqui obtidos servirão de base para outras aplicações que se utilizam destes três processos, uma vez que este sistema reúne potencial para estudos de não idealidades. Para o processo de extração líquido-líquido, o solvente é caracterizado pelo coeficiente de distribuição e solubilidade. Para os processos de destilação foi usado o conceito de superfícies de equilíbrio para caracterização termodinâmica dos sistemas ternários. Os processos foram otimizados levando-se em conta variáveis operacionais e de projeto para a minimização do consumo de energia. Para o processo de destilação azeotrópica, que apresenta o comportamento mais complexo, foi dada ênfase em aspectos como sequenciamento de colunas, metodologia para obter convergência nas simulações e otimização através de um planejamento estatístico. Outro aspecto abordado no trabalho foi a verificação da existência de múltiplos estados estacionários em colunas de destilação azeotrópica homogêneas e heterogêneas. Ainda é discutida a simulação dinâmica e o controle para o processo de destilação extrativa / Abstract: Mixtures that present non-ideal behavior arc frequently found in the processing industries. The separation of these mixtures in their pure components cannot be made in conventional distillation columns, therefore, it must be used other processes that make the separation possible. [n this work, it was studied and compared three processes used for this kind of separation: liquid-liquid extraction, extractive distillation and azeotropic distillation. These processes need a separating agent (solvent). The objectives of this work are the thermodynamic characterization of ternary systems, simulation and optimization of the processes and comparison in terms of the energy consumption and operating stability. It was taken as case study the production of pure ethanol. This system is of great industrial interest due to the potential of the etanol as a renewable source of energy, being used as addictive or complete substitute for the gasoline. Besides this application in particular, the developments and results obtained here will be useful as base for other applications that use these three processes, since this system has potential for non-ideality studies. For the liquid-liquid extraction process, the solvent is characterized by the distribution coefficient and solubility. For the distillation processes the concept of equilibrium surfaces was used for thermodynamic characterization, of the ternary systems. The processes were optimized taken into account operating and design variables to the energy consumption minimization. To die azeotropic distillation process, that presents the most complex behavior, emphasis was given to aspects as column sequences, methodology to obtain convergence in the simulations and optimization through a statistical design. Another aspect studied in the work was the verification of the existence of multiple steady states in homogeneous and heterogeneous azeotropic distillation columns. It is still discussed the dynamic simulation and control of the extractive distillation, process / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Reginaldo Guirardello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T08:18:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_RafaelMenegasside_D.pdf: 10866159 bytes, checksum: 4bd6a2150cb2f83f827ec8b6dc6a40a3 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Esta dissertação apresenta a obtenção de modelos cinéticos das reações de hidroconversão de resíduo de vácuo Marlim. O presente trabalho fez parte de um convênio com a PETROBRAS. Inicialmente, foram efetuados diversos experimentos de hidroconversão em reator de mistura batelada, empregando-se RV Marlim misturado a óleo decantado de FCC (80/20%p/p) como carga. Os experimentos foram efemados a diversas razões óleo/catalisador (catalisador comercial NiMo em alumina), temperaturas e tempos na temperatura de reação (de O a 4h), a uma pressão de 110 har com t1uxo de hidrogênio. O produto líquido foi analisado no CENPES, sendo obtidos hidrodesmetalização (HDM referente à V) de até 100%, hidrodcssulfurização (HDS) de até 90% e conversões de até 70%. Carga e produtos foram separados em pseudocomponentes de interesse no refino (RV, gasóleo, diesel, nafta e gás). Foram propostas diversas cinéticas de conversão e hidrotratamento (HDS, HDM), envolvendo reações térmicas e catalíticas. As funções minimizadas para ajuste do modelo foram do tipo mínimos-quadrados. Para os dados multiresposta (conversões) foi também utilizado o critério de Box e Draper. Os modelos consistiram de sistemas de equações diferenciais, que foram solucionados ao longo do tempo, levando em conta os perfis experimentais de temperatura. Os métodos de otimização usuais para ajuste de parâmetros apresentaram dificuldades no ajuste devido à existência de muitos mínimos locais. O método de minimização por simulated annealing mostrou melhores resultados, escapando de mínimos locais, ao custo de muitos cálculos da função. Alternativamente, a cada etapa do resfriamento simulado, foi proposta a aplicação de minimização do tipo Newton como aceleração, resultando em um método híbrido. Diversos modelos foram testados, permitindo descriminar efeitos térmicos e catalíticos e tomando as cinéticas próprias para emprego em modelos de reatores de leito expandido ou lama (com diversas concentrações de catalisador) / Abstract: In this work kinetic models are obtained for the Marlim vacuum residua (VR) hydroconversion. This is a joint work with PETROBRAS SA. First, several hydroconversion experiments were held on a stirred batch reactor, the feedstock being Marlim VR mixed with FCC decant oil in a 80/20% weight basis. Several temperatures and oil/catalyst ratios were used (catalyst is a commercial NiMo in y­alumina) at different times (O to 4h), at a 110 bar pressure, being kept hydrogen t1ux. The collected product was analysed at PETROBRAS Research Center 1'acilities (CENPES), being obtained hydrodemetalization (HDM) convcrsion 01' up to 100% (vanadium), hydrodesulfurization (HOS) of up to 90% and hydrocracking (HCC) convcrsion up to 70%. Feedstock and products were separatcd in pseudocompounds 01' intcrest in refining industry (VR, gasoil, diesel oil, naphtha and gas). Several HOM, HOS and HCC kinetics were proposed, involving thermal and catalytic contributions. The resulting models consisted of systcms 01' di1'fcrential equations, which were solved along the time taking into account the experimental temperature profile. The Chi-squarc and Box and Oraper criteria objective 1'unctions were minimised to adjust modcl paramctcrs. The usual optimisation methods (gradientless Nelder & Mead Simplex, and gradicnt local minimisation Newton-kind methods) werc not c1'fcctive , duc to thc cxistencc 01' many local minima. A si11lulated annealing continuous minimisation method showed to be effective. A new more cffective hybrid proposed method was developed, applying a Newton-like method between certain si11lulated annealing steps. Several modcls wcre tested, allowing to unscramblc thermal and catalytic e1'fects in the developed kinetics, allowing them to be applied to different catalyst conccntration reactor hydrodynamic models (likc expandcd or bubble-column rcactors) / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Elias Basile Tambourgi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T02:06:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_AmenoniaMariaFerreira_D.pdf: 8928817 bytes, checksum: adae0f7cc1ba62c41e7595bc4dd74788 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A metodologia desenvolvida estabelece alternativas que possibilitam a quantificação do óleo estacionado no volume poroso dos reservatórios de petróleo. Foi admitido que, o conhecimento do coeficiente de partição do radônio entre o óleo e a água presentes no reservatório, viabilizará a determinação da Saturação Residual, levando-se em conta o aumento da quantidade de radônio na fase aquosa em relação à quantidade presente antes de ser iniciada a recuperação secundária, quando o óleo é expulso pela injeção de água. Foram executados testes, em escala de laboratório, em um corpo de prova composto por um meio poroso construído de forma a simular as características de um reservatório. O corpo de prova, elaborado a partir de uma rocha sedimentar de minério de urânio, foi acondicionado em um coreholder onde foram reproduzidas as etapas desde a formação até o esgotamento de um reservatório...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: A method has been developed for the quantification of the amount of petroleum remaining within the porous volume of oil reservoirs using radon as a natural tracer. The Oil Saturation is estimated, taking into account the partition coefficient of radon between the organic and aqueous phases in the reservoir is known and the increase in the amount of radon in the aqueous phase, relatively to the amount initially present is accounted for. The methodology has been tested in experiments carried in reduced laboratory scale. A porous medium block prepared in such a way to approximately reproduce the reservoir characteristics has been used in the tests. The block was built out of a sandstone rock containing uranium ore whose radon emanation rate allows precise measurements in small volume samples placed in a coreholder. The steps leading from the formation to the depletion of the reservoir have been simulated...Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química