Orientador: Silvio Roberto Andrietta / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T08:57:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Porto_LiadeMendonca_D.pdf: 3965643 bytes, checksum: af08099e2fd964cfed91edc4842675e0 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho consiste em determinar o modelo que melhor descreve a fermentação alcoólica industrial, em sistemas contínuos de reatores de mistura em série. Para determinação dos parâmetros cinéticos foi desenvolvido um programa utilizando os dados de análises feitas em amostras retiradas de usinas em operação. Dos modelos testados, o Tosseto (2002), Lee; Pagan; Rogers (1983) e Levenspiel (1980), não apresentaram incoerência física nem problema de convergência sendo estes indicados para descrever a cinética da fermentação alcoólica. Os parâmetros cinéticos comuns aos modelos apresentaram valores semelhantes, onde o parâmetro Ks' limitação pelo substrato, foi de 3,0:t 0,4, o valor da concentração limite pelo produto inibidor, Pmáx' foi 92:t 9 e o fator exponencial de inibição pelo produto, YN, foi 5,3:t 0,9. O fator de inibição pelo substrato do modelo Tosseto (2002), Ki, foi 27:t 5 . O parâmetro X máx ' inibição pela massa celular, e YM, fator exponencial desta inibição, para o modelo Lee; Pagan; Rogers (1983) foram 1O0:t 1 e 0,9:t 0,1, respectivamente. A escolha pelo modelo Tosetto (2002) para implementação do programa de simulação do processo foi devido à tentativa de uma maior abrangência na obtenção das constantes cinéticas devido à possibilidade de inibição pelo substrato. A simulação em regime permanente trata-se da resolução equações algébricas dos balanços de massa do sistema e é capaz de dimensionar a etapa de fermentação de novas plantas a serem implantadas, enquanto que a simulação em regime transiente, tem o intuito de avaliar modificações durante a operação da usina e as equações diferenciais obtidas a partir dos balanços de massa devem ser resolvidas por método numérico, que neste caso foi utilizado o Runge-Kutta de quarta ordem / Abstract: This work aimed to determinate a model that best describes the industrial scale alcoholic fermentation in continuous serial mixing reactors. Software was developed in order to establish the kinetics parameters, using analysis data performed on samples from operating plants. The models described by Tosseto (2002), Lee; Pagan; Rogers (1983) and Levenspiel (1980), did not display physical incoherence or even convergence problems that described alcoholic fermentation kinetics. The kinetics parameters shown in all models presented similar values, like K (substrate limitation) was 3,0:t 0,4, Pmáx (limited product concentration) was 92:t 9 and YN (product inhibition power factor) was 5,3:t 0,9. The K (substrate inhibition) studied by Tosseto (2002) was 27:t 5. X máx (cell mass inhibition) and YM (cell mass inhibition factor power) were respectively 1O0:t 1 and 0,9:t 0,1 to Lee; Pagan; Rogers (1983). The kinetics parameters abranger due the substrate inhibition obtained by Tosetto (2002) this model was chosen in order to implement the simulating software. The stady state simulation is about system' s mass balance algebric equations resolution and is capable to dimension the fermentation step in new plants to be implanted while the unstady state simulation have the intention to evaluate modifications during the plant operation and the differential equations obtained from mass balance must be resolved by numerical methods, in this case, was used the fouth order Runge-Kutta / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Jose Roberto Nunhez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T09:02:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_LuisAntonioGalhego_M.pdf: 1106385 bytes, checksum: 6b2e2fa17d2a53c5051005b064878165 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Com aplicações nos mais variados ramos industriais, tais como o alimentício, o químico, o farmacêutico, o de bebidas e o de toucador, entre outros, a operação unitária de agitação ou mistura de fluidos desempenha importante papel nos processos industriais. Os misturadores estáticos constituem uma alternativa aos vasos agitados tradicionais, sendo aplicados em processos contínuos. Os atuais fabricantes nacionais de misturadores estáticos têm apresentado dificuldade em definir o tipo adequado de misturador para as aplicações de um modo geral, como selecionar um misturador que, apesar de promover a mistura apresenta um alto consumo de energia para a aplicação. A constante preocupação em se reduzir o consumo de energia exige um cuidado especial com relação à escolha do misturador adequado ao processo. Dois misturadores denominados ALETAS e EDA foram selecionados de um trabalho anterior que desenvolveu e otimizou misturadores estáticos, utilizando a ferramenta fluido-dinâmica computacional (CFD), sendo que um destes se opera em regime laminar (ALETAS) e o outro em regime turbulento (EDA). O presente estudo buscou complementar o desenvolvimento destes novos tipos de misturadores estáticos, sob a forma de ensaios experimentais, em regimes laminar e turbulento. Como resultado dos ensaios experimentais pôde-se concluir que o misturador tipo ALETAS é adequado para se operar em regime laminar e o EDA pode ser utilizado em ambos regimes, laminar e turbulento, com alguns cuidados especiais para o caso de regime laminar. Os mesmos foram comparados com misturadores bastante estudados na literatura (Kenics e Sulzer SMX) apresentando desempenho similar a estes dois misturadores comerciais / Abstract: Mixing is a unit operation with applicability in many industrial fields, such as food, chemical, petrochemical, beverages and pharmaceutical, just to say some fields. The static mixers appear with an alternative to the traditional agitated vessels. They could be used such in batch mixing operation as in continuous processes, but mainly in continuous processes. The Brazilian suppliers had some problems in choosing the adequate equipment, and it is not rare that they choose an equipment that really does the proper mixture, but with a very high consumption of energy. The recently concern about saving energy demands a special care about the choosing of the best static mixer for the particular task.It was selected two models (ALETAS and EDA) from another work that developed static mixers using computational fluid-dynamic (CFD) method, the ALETAS mixer for laminar mixing and EDA for turbulent mixing. This work searches to complete this study, by experimental tests in laminar and turbulent mixing conditions.The results show that ALETAS static mixer can be used in laminar mixing, as the EDA static mixer but the EDA can be used in laminar mixing with some particular cares. The EDA can also be used in the turbulent mixing. Both models of static mixers were also compared with the Kenics and Sulzer SMX commercial static mixers using the data available in the literature with very similar results / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Hydrogen is considered an important energy carrier for the XXI century. One of the processes involved in the production are the catalytic membrane reactors (CMR, Catalytic Membrane Reactor). This device is responsible for the production of synthesis gas (CO + H2) by the partial oxidation of fuels, such as methane. The families of LnMO3 perovskites (Ln = rare earth, M = transition metal) and its derived compositions represent an important class of materials with different electroceramic and of great interest from a technological standpoint properties, and may also be used for the manufacture of reactors membrane. In this context, this work aims at the synthesis and characterization of perovskite-type La0,6Sr0,4MO3 (M = Co, Mn, Fe) prepared by the amorphous citrate modified technique derived from the Pechini process. For the definition of synthetic samples of cobaltite doped lanthanum strontium (La0,6Sr0,4 CoO3) and manganite doped with strontium (La0,6Sr0,4MnO3) lanthanum procedure univariate and multivariate type 2x2 plans were made. While for the sample of lanthanum ferrite (LaFeO3) A slightly different approach was used. The main parameters (variables) considered in planning were: molar mass of hydroxyethyl cellulose (HEC), citric acid ratio: metal cation (AC:CM); drying temperature of the gel, and finally, temperature and time of calcination of the precursor. From the type of planning done in each case it was possible to define the most suitable conditions for obtaining a single-phase material, as well as a smaller crystallite size. The characterization techniques used were X-ray diffraction, thermal analysis, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). A notable aspect of this work is the sensitivity of the crystallographic phase obtained depending on the synthesis conditions. For this reason, knowledge of the chemical species present during the synthesis step is paramount to be obtained a material with appropriate characteristics. / O hidrogênio é considerado um vetor energético importante para este século XXI. Um dos processos que permitem a sua produção são os reatores de membrana catalítica (CMR, Catalytic Membrane Reactor). Este dispositivo é responsável pela produção de gás de síntese (CO + H2) através da oxidação parcial de combustíveis, por exemplo, o metano. As perovskitas da familía LnMO3 (Ln = terra rara; M = metal de transição) e suas composições derivadas representam uma classe importante de materiais eletrocerâmicos com propriedades diversas e de grande interesse do ponto de vista tecnológico, podendo inclusive serem utilizadas para a fabricação dos reatores de membrana. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo a síntese e a caracterização de perovskitas do tipo La0,6Sr0,4MO3 (M = Co, Mn, Fe) preparadas através do processo do citrato amorfo modificado, técnica derivada do método Pechini. Para a definição do procedimento de síntese das amostras de cobaltita de lantânio dopada com estrôncio (La0,6Sr0,4CoO3 ) e de manganita de lantânio dopada com estrôncio (La0,6Sr0,4MnO3) foram realizados planejamentos univariados e multivariados do tipo 2x2. Enquanto que para a amostra de ferrita de lantânio (LaFeO3) uma abordagem um pouco distinta foi utilizada. Os principais parâmetros (variáveis) considerados no planejamento foram: massa molar da hidroxietilcelulose (HEC); proporção ácido cítrico : cátion metálico (AC:CM); temperatura de secagem do gel, e finalmente, temperatura e tempo de calcinação do precursor. A partir do tipo de planejamento realizado em cada caso foi possível definir as condições mais adequadas para a obtenção de um material monofásico, assim como um menor tamanho de cristalito. As técnicas de caracterização utilizadas foram: difração de Raios X, análise térmica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Um aspecto notório deste trabalho é a sensibilidade da fase cristalográfica obtida em função das condições de síntese. Por este motivo, o conhecimento das espécies químicas presentes durante a etapa de síntese é primordial para que seja obtido um material com características adequadas.

Orientador: João A. F. da Rocha Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T02:32:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teixeira_AntonioCesar_D.pdf: 10706432 bytes, checksum: 6751ec412833a32b317b83af03ed2fe0 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Redes Neurais Artificiais (RNA) têm demonstrado um excelente desempenho em detecção e diagnóstico de falhas em muitas aplicações de engenharia. O grande problema quando se usa redes neurais está no fato de qua as redes somente funcionam bem para dados para os quais foi treinada. Isto significa que é necessário usar tantos dados quantos possíveis a fim de se cobrir uma larga faixa de condições operacionais do processo. Muitos dos trabalhos publicados em detecção de falhas estãor relacionados ao comportamento no estado estacionário, e o presente trabalho leva em conta a dinâmica do processo na detecção e diagnóstico de falhas. Um sistema computacional eficiente, baseado em redes neurais com Funções Base Radiais, foi desenvolvido para analisar a influência do comportamento dinâmico de plantas químicas complexas para detectar e diagnosticar falhas. A retropropagação usando a regra delta generalizada (RDG) para o cálculo do gradiente para o treinamento de RNA's não é conveniente para sistemas com grande quantidade de dados. Foi proposta também uma metodologia a qual permite agrupar dados para o estudo e análise de sistems complexos, o que permite a detecção e o diagnóstico em grandes sistemas / Abstract: Artificial Neural Networks (ANN) have demonstrated excellent performance in automatic fault detection and diagnosis in many engineering applications. The great problem when using neural networks, is that neural networks perform only as robustly as the data from which they are trained. This means that is necessary to use as much data as possible in order to cover the wider range of possible operational conditions of the processo Most of the published work on fault detection are related to steady state behavior, and the present work was undertaken to study the process dynamics effects on fault detection. A computational system based on neural networks was developed to analyze the influence of the dynamic behavior of a complex chemical plants to detect and to diagnose faults. An efficient artificial neural network which may be trained through large data sets has also been developed. Although backpropagation using a generalized delta mIe (GDR) for gradient calculation has been popularized as a method of training ANN, it is clear that that this methodology is unsuitable for large data systems. For large data systems we found the great efficiency of neural networks using Radial Basis Functions. Finally, is proposed a methodology which permits to group data from simple lumped systems to study and analyze complex systems which makes possible the detection and diagnosis of the large set of possible of fauIts / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Ana Maria Frattini Fileti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T07:13:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fujiki_TatianaLie_M.pdf: 4171897 bytes, checksum: 8d38eee477ead69185c0d88b51cbeccd (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A demanda de mercado com relação à qualidade dos produtos, à produtividade e lucratividade dos processos e à questão ambiental tem forçado as indústrias a buscar melhorias nos processos. Com esta finalidade, os engenheiros têm buscado no Controle de Processos soluções para sistemas não lineares e/ou transientes. Sistemas de controle avançados, baseados em Redes Neurais Artificiais (RNA), por serem adequados para modelar relações não lineares, podem ser indicados como soluções para estes casos. Neste trabalho, as equações algébricas de um modelo neural foram implementadas numa planilha do Microsoft Excel. O modelo neural foi treinado com o algoritmo de Levenberg- Marquardt, utilizando o toolbox de redes neurais do MATLAB e os pesos e bias encontrados foram inseridos na planilha. O monitoramento do sistema foi feito através de uma rede digital Fieldbus, configurada através do software Syscon. O sistema supervisório utilizado foi o Indusoft Web Studio, sendo a comunicação entre estes dois programas feita através do protocolo Ole for Process Control (OPC). A atualização das variáveis de entrada do modelo neural foi realizada através do sistema Open Data Base Connectivity (ODBC), responsável pela troca de informações entre o Indusoft e o Excel. A variável controlada um instante de amostragem à frente é automaticamente calculada a cada instante de amostragem e usada como função-objetivo no Solver do Excel (minimizar o erro quadrático). Restrições foram adicionadas ao método do gradiente descendente generalizado para que uma solução adequada fosse encontrada dentro de uma faixa de valores da variável manipulada. Como caso-estudo, este sistema de controle alternativo foi utilizado para controlar a temperatura interna de um tanque de precipitação de bromelina com etanol a frio, para evitar desnaturação da enzima. O processo de precipitação a partir de caldo de abacaxi foi realizado num tanque encamisado operando em regime de batelada alimentada, com agitação constante. O controle da temperatura do meio precipitante é feito através da manipulação da rotação da bomba de fluido refrigerante (propilenoglicol). Dados experimentais (75% do banco de dados de ensaios em malha aberta) foram utilizados para treinar a rede feed forward multicamadas. As variáveis de entrada da RNA, atualizadas a cada 4 segundos, são: temperatura do etanol, temperatura do meio precipitante (variável controlada), temperaturas de entrada e de saída do propilenoglicol, nível de líquido, rotação da bomba de propilenoglicol (variável manipulada) e degrau na bomba de propilenoglicol. Na camada intermediária, a função de ativação tangente hiperbólica foi aplicada a 14 neurônios. A variável de saída da rede é a temperatura do meio um instante de amostragem à frente, com a função de ativação linear. Testes offline com dados não vistos no treinamento mostraram que a RNA foi capaz de prever a temperatura do tanque, já que os coeficientes angular e linear dos gráficos de dispersão (saída calculada versus saída real) aproximavam-se de um e zero, respectivamente. O controlador alternativo foi implementado e os resultados experimentais mostraram sua efetividade em manter a temperatura do meio em torno do set-point (5°C). / Abstract: Intelligent systems, based on Artificial Neural Networks (ANN) have been studied as alternative solutions for ill-defined plants or nonlinear and transient systems, due to the worldwide market requirements for high standard products and safe and environmentally friendly processes. In this work, the algebraic equations of a neural model were implemented in a Microsoft Excel worksheet. This ANN was previously trained with Levenberg-Marquardt algorithm, using the ANN toolbox of MATLAB and the optimized weights and biases were inserted in the worksheet as well. By means of a digital Fieldbus network architecture, configured by Syscon Software, the data acquisition and process control were performed. The Indusoft Web Studio was employed as supervisory software and the communication between these two softwares was achieved through Ole for Process Control protocol. Since the data acquisition system is supposed to update the ANN input variables in the worksheet, information is exported from Indusoft to Excel through Open Data Base Connectivity system, which was properly configured. The onestep-ahead controlled variable is automatically predicted every sample time and then used in the objective function of the Excel Solver (quadratic error minimization), implemented via Visual Basic programming. Restrictions were added to the quasi-Newton optimization method so that a smooth solution could be found inside a suitable range of the manipulated variable. As a case-study, this alternative system was implemented to control the temperature of a bromelain precipitation tank. The bromelain recovery from pineapple juice was carried out in a fed-batch stirred tank, using precipitation with ethanol at low temperature to avoid protein denaturation. The coolant (propylene glycol) flow rate was manipulated through a variable speed pump. Experimental data (75% of the database from open-loop tests) was used to train a multi-layered feed forward ANN. The ANN input layer variables, updated every 4 seconds, were chosen as follows: ethanol temperature, bulk temperature (controlled variable), coolant inlet temperature and coolant outlet temperature, liquid volume, pump flow rate (manipulated variable) and pump flow rate variation. In the hidden layer a hyperbolic tangent function was applied to 14 neurons. The output variable was the one-step-ahead bulk temperature, using the linear activation function. Offline tests with unseen data proved that the ANN successfully predicted the tank temperature, as the linear fitting slope coefficient of the dispersion plots (network output versus target vector) was close to the unity and the interception coefficient was around zero. The alternative controller was implemented and experimental results showed its effectiveness in maintaining the bulk temperature around the set-point (5°C). From the present results it was clearly shown that this methodology is a promising new way to face complex process control problems and the tendency is to increase their range of applicability in industrial processes. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Roger Josef Zemp, Flavio Vasconcelos da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T20:37:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Waki_Renata_M.pdf: 3835384 bytes, checksum: c0857e96e600a266ca359e3df135543d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Esta dissertação descreve a montagem de um sistema de resfriamento deságua e as avaliações nele realizadas visando sua utilização para o ensino de sistemas de processos para alunos de graduação. O ensino de sistemas de processos restringe-se, normalmente, à modelagem e simulação computacional, sendo poucas as vezes que o aluno tem um contato com o processo real. Buscando contribuir para uma melhorar aprendizagem nesta área e aplicar conceitos teóricos na prática, estruturou-se o referido sistema. Este sistema foi construído em escala de planta-piloto e é formado pelos subsistemas trocador de calor e torre de resfriamento. Para medição das variáveis de processo, foi feita uma instrumentação industrial padrão nos subsistemas com sensores de temperatura, umidade, vazão e pressão diferencial. Estes instrumentos foram conectados a um módulo de aquisição e registro de variáveis (datalogger) que possui comunicação serial RS485 com protocolo MODBUS. O uso deste aparelho possibilita o envio dos parâmetros do processo a terminais de computadores para acompanhamento on-line ou para armazenamento e posteriores análises. Para melhor visualização do processo, foram feitas telas supervisórias utilizando-se para isso o software Indusoft Web Studio v6.1. Por fim, foram realizados testes no subsistema torre de resfriamento para verificação de seu funcionamento e correção dos erros encontrados. Neste projeto, foi desenvolvida também uma equação empírica para o cálculo direto da temperatura de bulbo úmido do ar, facilitando, assim, sua determinação principalmente quando se deseja fazer um monitoramento contínuo desta. / Abstract: This work describes proposal for complementing Process Systems Engineering (PSE) undergraduate learning. Traditional teaching of PSE is normally restricted to modeling and computer simulations, with very little contact with actual processes. We felt that applying theoretical concepts to practical problems would be very welcome by the students and improve their understanding of PSE. For this purpose we designed and built an experimental setup consisting of a process system (a heat exchanger) and a utility system (a cooling tower). A set of industrial-standard instrumentation was used for measuring process variables: flow, temperature, humidity and pressure drop sensors. All instruments are connected to an industrial data-logging device. The measured process parameters are sent from the datalogger to a computer using the MODBUS/RS485 standard, and displayed to the user as process flowsheets. The flowsheets and additional screens were developed using the industrial-standard supervisory control and data acquisition system InduSoft Web Studio v6.1. Data can be continuously monitored or stored in files for further off-line processing. Some tests were made on the cooling tower system to verify its behaviour and correct the problems found. In this work, it was also developed an empirical equation through which it is possible to calculate the air wet bulb temperature in a direct way. This is specially interesting in its continuous monitoring in a process. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Teresa Moreira Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:04:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EstombeloMontesco_RichardAndres_D.pdf: 4286461 bytes, checksum: eb67a872094b54e948fda33c92db4f3a (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A tendência nos últimos anos é de utilizar eficientemente a capacidade instalada de plantas de produção descontínua (flexível, multipropósito) de forma a analisar a viabilidade das demandas sem padrão dos diferentes produtos. O objetivo principal de produção é atender aos pedidos em um tempo relativamente curto, direcionado ao cliente e permitindo flexibilizar a planta. O objetivo deste trabalho é de propor uma análise de integração das etapas de planejamento e programação. Esta integração deve permitir medir corretamente as possibilidades reais de execução de planejamentos alternativos, e assim, propor um novo modelo a partir das variáveis comuns destes sistemas. Inicialmente analisou-se o método de propagação de restrições como um elo comum das duas etapas o qual, além de garantir que durante o processo de propagação de restrições não sejam eliminadas soluções factíveis, também permite recalcular as novas soluções integradas. Com esta integração consegue-se que as variáveis externas em determinadas etapas do processo de solução evitem re-processos computacionais, os quais em sistemas de grande porte podem significar gastos de tempo importante. As características do novo modelo são: utilização de janelas de processamento, planta descontínua, produção em batelada com restrições sobre os recursos compartilhados (equipamentos) e sobre armazenagem, com modo de operação na planta por atendimento de pedidos (direcionada ao cliente) / Abstract: The efficient use of installed capacity in discontinued production plants (flexible, multi-purpose) in such a way as to analyze the feasibility of standard-less demands of different products is a trend in recent years. The main objective of the production problem is to fulfill orders in a relatively short time, in a way that it is client-focused and enables keeping the plant flexible. The objective of this work was to introduce an analysis of the integration of the production planning and scheduling stages. This integration allows the correct measurement of the actual performance possibilities of alternative plans, introducing a new model based on the common variables of these systems. Initially, we analyzed the method of constraint propagation as a common bond of two stages, and besides, we guarantee the search space also allowed to recalculate the new integrated problems. With this integration, it was determined that the external variables at certain points in the solution process avoid re-computational processes in which large systems can mean spending important time. The characteristics of this new model are: usage of processing-windows; the use of discontinued plants; batch production with constraints on shared (equipment) and storage resources; and on-demand operation mode (client-focused) / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Roger Josef Zem / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T09:37:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pires_VictorFloresdaMatta_M.pdf: 1892182 bytes, checksum: c990e6a52afe4eaf849fcd1d3d10d3af (MD5) Previous issue date: 2003 / Pires, Victor Flores da Matta / Resumo: A constante busca pela redução dos custos energéticos na indústria petroquímica, proporcionou o desenvolvimento de novas metodologias de otimização energética, dentre as quais se destaca a Análise Pinch. Esta metodologia apresenta bons resultados quando aplicada a processos isolados, porém, quando a análise é estendida a todo um complexo industrial, o resultado final não é satisfatório, uma vez que o sistema de utilidades e a interdependência entre os processos não são considerados. O presente trabalho apresenta a Análise Energética Global ("Total SUe"), que amplia a Análise Pinch da escala de processo para todo o complexo, incluindo o sistema de utilidades como parte integrante do problema, permitindo uma melhor compreensão da interface processo-utilidade, e um aumento do potencial de ganho energético. A metodologia é baseada nos Perfis Térmicos do complexo, obtidos a partir da Análise Pinch de cada processo individual, e sua interação com o sistema de utilidades, que possibilita a determinação das metas de consumo total de combustível, vapor, refrigeração, trabalho de co-geração e emissões atmosféricas do complexo. Com estas metas, é possível obter diagnósticos claros da eficiência energética do complexo, mostrando possibilidades de otimização, mesmo em unidades como alto grau de integração e eficiência energética. No trabalho ainda é proposta uma abordagem especial para as utilidades importadas e exportadas pela central de utilidades do complexo. A Análise Energética Global é aplicada a uma central de matérias pnmas e utilidades de um Polo Petroquímico, para cálculo de suas metas de energia. Também é realizado uma série de estudos abordando paradas de unidades; entrada em operação de nova unidade; modificações de processo; e modificações no sistema de utilidades. Os resultados obtidos confirmam a metodologia como uma excelente ferramenta de análise, que pode ser utilizada tanto na fase inicial do projeto, para auxiliar a construção da melhor configuração energética do complexo, como em complexos existentes, na análise de impactos no seu perfil energético, causados por mudanças nos processos / Abstract: The constant search of energy costs reduction in the petrochemical industry, provided the development of new energy optimization methodologies, which Pinch Analysis stand out. However, the goods results achieved in single process, with this methodology, were not materialised at the site boundary. This problem is caused by the interdependence of the processes and the utility sistem, that are neglected. The present work presents the Total Site Analysis, that extends Pinch Analysis from process leveI to site level, including the utilitiy system as a part of the problem, providing a better understanding of process-utility interface, and increasing the potential of energy profit. The methodology is based on the site's Thermal Profiles, build from Pinch Analysis of each individual process, and its interaction with the utilities system, that makes possible the determination of the targets of fuel consumption, steam, refrigeration, cogeneration work and emissions of the site. With these targets, is possible to obtain a clear diagnostic of the energy efficiency of the site, showing optimization possibilities, for even units with a high degree of integration and energy efficiency. The work presents a special approach to handle the imported and exported utilities by the site's utilities central. The Total Site Analysis is applied to a raw material and utilities central of a Petrochemical Complex, for calculation of its energy targets. Also, a series of studies is carried through, approaching stops of units; start-up of new units; process modifications; and utilities system modifications. The results confirm the methodology as''tll excellent analysis tool, that can be used as in the initial phase of the project, to assist the construction of the best energy configuration ofthe site, as in existing sites, to analyse site's energy profile impacts, caused by changes in the processes / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

O presente estudo teve como objetivo avaliar e comparar os processos de polpação sodaantraquinona e bissulfito base magnésio para Bambusa vulgaris Schrad. com 2 anos de idade oriundos de plantios comerciais no Maranhão Brasil visando a produção de polpa celulósica branqueável e não branqueável (números kappa 30±2 e 50±2 respectivamente). A matéria-prima foi caracterizada com relação à densidade básica, composição química e dimensões de fibras; para aos processos de polpação avaliou-se o tempo total de cozimento, o fator H, o rendimento bruto, rendimento depurado, teor de rejeitos, carga de reagentes químicos e propriedades físicomecânicas das polpas. Os resultados obtidos mostram que a matéria-prima apresentou valores típicos para a espécie em questão no que diz respeito à densidade básica, dimensões e índices morfológicos das fibras e composição química. Para o processo de polpação soda-antraquinona os níveis de deslignificação determinados (números kappa) foram obtidos com cargas alcalinas de 15 e 19% (base NaOH) respectivamente e fator H de 1218; para o processo bissulfito base magnésio as polpas celulósicas com os níveis de deslignificação estabelecidos foram obtidas com uma mesma carga de reagentes químicos 26% (base SO2) e fator H de 1218 para polpas com número kappa 30±2 e 828 para polpas com número kappa 50±2; o tempo total de cozimento para o processo soda-antraquinona necessário para obtenção das polpas celulósicas desejadas são, em média, 3,8 vezes menores aos do processo bissulfito base magnésio. Adicionalmente os rendimentos depurados foram 3,0 e 4,6 pontos porcentuais superiores para as polpas com números kappa 30±2 e 50±2 respectivamente no processo soda-antraquinona. Os ensaios físicomecânicos mostram as diferenças entre as polpas tanto no que diz respeito ao processo de polpação empregado quanto no nível de deslignificação, sendo este último um fator de diferenciação dos produtos (papel) que podem ser obtidos a partir das polpas celulósicas. Comparando-se os processos de polpação no que diz respeito às propriedades físico-mecânicas observa-se a superioridade das polpas soda-antraquinona exceto nos parâmetros de drenabilidade e densidade aparente. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que para a produção de polpa celulósica a partir de Bambusa vulgaris o processo soda-antraquinona é superior ao processo bissulfito base magnésio tanto nos aspectos de engenharia de processo (quantitativos) como nos aspectos relacionados à qualidade da polpa obtida. / The present study had as objective evaluates and to compare the soda-antraquinone and magnesium base bisulfite pulping processes for Bambusa vulgaris Schrad. with 2 years old originating from commercial plantings in Maranhão Brazil seeking the production of bleachable and unbleachable cellulosic pulp grade\'s (kappa numbers 30±2 and 50±2 respectively). The raw material was characterized regarding the basic density, chemical composition and dimensions of fibers; for to the pulping processes was evaluated the total time of cooking, H factor, total yield, screened yield, rejects, load of chemical reagents and physicalmechanical properties of the pulps. The obtained results show that the raw material presented typical values for the species in subject in what says respect to the basic density, dimensions and morphologic indexes of the fibers and chemical composition. For the soda-antraquinone pulping process the certain levels of delignification (kappa numbers) were obtained with alkaline loads of 15 and 19% (NaOH base) respectively and a H factor of 1218; for the magnesium base bisulfite process the cellulosic pulps with the established levels of delignification were obtained with a fix load of chemical reagents 26% (SO2 base) and H factor of 1218 for pulps with kappa number 30±2 and 828 for pulps with kappa number 50±2; the necessary total time of cooking to the sodaantraquinone process to obtain the wanted cellulosic pulps are, on average, 3,82 time less when compared with the bisulfite process. Additionally the screened yields were 3 and 4,63 percent superior for the pulps with numbers kappa 30±2 and 50±2 respectively in the soda-antraquinone process. The physical-mechanical tests show the differences among the pulps in what says respect to the used pulping process as in the delignification level, being this last one a factor of differentiation of the products (paper) that can be obtained starting from the cellulosic pulps. Comparing the pulping processes as what concerns of physical-mechanical properties the superiority of the soda-antraquinone pulps is observed except in freeness and density parameters. The results obtained in this work show that for the production of cellulosic pulp from Bambusa vulgaris the soda-antraquinone process it is superior than the magnesium base bisulfite process as much in the aspects of engineering process (quantitative) as in the aspects related to the quality of the obtained pulp.

Orientadores: Flávio Vasconcelos da Silva, Pedro Leite de Santana / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T16:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesus_JosiasMaximode_D.pdf: 3058451 bytes, checksum: e1bd549f7ad9180f71742e7b191881cb (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Os reatores de leito fixo constituem importantes sistemas da engenharia química, com muitas aplicações em diversos processos industriais, notadamente no campo das indústrias de refino do petróleo e petroquímica. Do ponto de vista da analise de processos químicos, se mostra relevante o estabelecimento de modelos matemáticos representativos que possam ser aplicados ao projeto, a otimização e ao controle desses sistemas. Neste trabalho, apresenta-se a modelagem matemática fenomenológica de um reator de leito fixo para a síntese de anidrido ftalico por oxidação de o - xileno, considerando-se as resistências difusionais mássicas e térmicas externas associadas ao processo de reação catalítica, o qual e realizado com catalisadores não porosos a base de óxidos de vanádio e titânio. O modelo matemático foi implementado como um modulo computacional para simulação do processo nos estados estacionário e dinâmico, a partir do qual se fez um estudo de sensibilidade paramétrica que mostrou à forte influencia da temperatura e da concentração de o - xileno na corrente de alimentação, bem como da temperatura do fluido térmico, no comportamento global do reator. Essas constatações permitiram a proposição de estruturas de controle com o objetivo de regular a concentração do produto na saída do reator e manter uma condição térmica operacional segura. Para o controle do reator foram consideradas duas estruturas: (i) um esquema de controle direto da concentração utilizando um controlador convencional PI e um controlador por lógica fuzzy (Fuzzy-PI) e (ii) um esquema de controle cascata concentração-temperatura utilizando também controladores convencionais PI e Fuzzy-PI nas duas malhas (primaria e secundaria) que compõem a estrutura cascata. Cada controlador teve seu desempenho analisado mediante perturbações do tipo degrau impostas nas condições de alimentação dos reagentes (composição e temperatura). Os resultados evidenciaram um bom desempenho das estruturas de controle cascata, que se mostraram eficientes para controlar a concentração do produto na saída do reator e garantir ao mesmo tempo um regime térmico seguro. Na presença de ruído, os controladores Fuzzy-PI apresentaram um desempenho superior ao dos controladores PI convencionais / Abstract: Fixed bed reactors are important systems in chemical engineering with several applications in many industrial processes, mainly in petroleum refining and petrochemical industries. A comprehensive view on these systems through mathematical modeling is crucial for design, optimization and control issues. This work presents a phenomenological mathematical model for a fixed bed reactor applied to the phthalic anhydride synthesis from o-xylene oxidation using supported non-porous V2O5-TiO2 catalyst. All resistances due to mass and heat flows from the fluid phase to the catalytic particle surface are considered in the mathematical formulation. The mathematical model consisted of a Matlab based computational code for the process simulation both in dynamic and steady-state conditions, providing a parametric sensitivity study that showed the intensive influence of the feed conditions in terms of temperature and o-xylene concentration, as well as the effect of thermal fluid temperature on the global reactor behavior. These observations provided control structures to regulate product concentration leaving the reactor and to avoid the formation of excessive hot spots along the catalytic bed, what is a necessary condition to maintain a safe thermal system operation. It were proposed two structures to control the reactor: (i) a straightforward scheme to control the concentration of phthalic anhydride in the reactor outlet using conventional PI and fuzzy PI controllers, and (ii) another scheme based on a cascade control temperature-concentration also using conventional and fuzzy PI controllers in two (primary and secondary) loops. The behavior of each controller was analyzed by imposing stepwise perturbations in inner o-xylene concentration and in the temperature of the feed. The results showed a good performance of cascade-type controllers, providing the proper regulation of the controlled variable and a safe thermal regime for the system operation. On the other hands, fuzzy logic controllers exhibited better performance for the reactor regulation when measurement noise was taken in account / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química