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Previous issue date: 2015-04-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Brazil is the largest producer of cane sugar and the largest producer and exporter of sugar being the state of São Paulo the responsible for over 60% of the national production of sugar, and the region is where is located the city of São Carlos is main producer region of Brazil, this fact becomes a motivation for this project. The crystallization process is the most important in the production of sugar and responsible for the quality of the final product. This work deals with the modeling and simulation of this process through three different approaches: the ideal crystallizer (MSMPR), the integrated sugar production without description of crystals, approach called "gray-box", and the industrial crystallizer.
The models were developed in the software EMSO. The EMSO is a program developed in Brazil and has a great advantage compared to other programs, it's a free program, without the need to
license purchase. By allowing full access to the developed mathematical models, facilitates the insertion of new models such as the present study about crystallization and allow the improvement of existing models, allowing also the development of specific software libraries. The first held approach, MSMPR, aims to introduce a protocol currents description containing solids and the crystallization process in the
EMSO, for in his library there is no model that describes the crystallization or even containing solids, unlike other widely used commercial programs for the simulation of processes such as Aspen Plus, having a model MSMPR. So when performing this first approach, the EMSO can match other programs in relation to the crystallization process. The mass averaged crystal size (MA) obtained with the parameters set as default, L43 = 1.18 mm is much greater than the expected value L43 = 0.5 to 0.55 mm, but with the variation of the kinetic parameters can be obtained results within the desired range .
The second approach is a simplified model called "gray-box" in order to facilitate the paying in of crystallization models with models referring to others process. The sugar production obtained in this model was similar than that reported in the literature, but the model can be useful in paying in of process
models which constitute a industrial plant. The third and most important approach corresponds to the model of an industrial crystalliser with intent to represent real process of sugar production using data from literature. The discussion was carried out on the variables: temperature, brix, crystal mass and MA. The variations of temperature and brix relative to time obtained are consistent with each step of the process. The crystal mass produced in the simulation is approximately 50% lower than that found in
the literature, whereas the MA is also below, but achieves excellent results in the change of the kinetic parameters. The final results obtained in the simulations do not coincide with the expected results, but the easy access to developed models makes these models a good instrument to parameters analysis, reaching with some changes in the kinetic parameters, in satisfactory results that well represent the real process. / O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e o maior produtor e exportador de açúcar sendo que o estado de São Paulo é responsável por mais de 60% da produção nacional de açúcar, sendo o interior paulista a principal região produtora do Brasil, tal fato torna-se uma motivação para o presente projeto, pois é onde localiza-se a cidade de São Carlos.
A etapa de cristalização é a mais importante na produção de açúcar, por ser a responsável pela qualidade do produto final. O presente trabalho trata da modelagem e simulação desse processo através de três diferentes abordagens: o cristalizador ideal (MSMPR), o processo integrado de produção de açúcar sem descrição dos cristais, abordagem denominada “caixacinza”,
e o cristalizador industrial. Os modelos foram desenvolvidos no software EMSO. O EMSO é um programa desenvolvido no Brasil e possui um grande diferencial em relação aos demais programas de ser de uso gratuito, sem a necessidade de compra de licença. Por possibilitar acesso total aos modelos matemáticos desenvolvidos, facilita a inserção de novos modelos, como os de cristalização do presente trabalho e permitem o aprimoramento de modelos já existentes, possibilitando, ainda, o desenvolvimento de bibliotecas específicas no software. A primeira abordagem realizada, o MSMPR, tem como objetivo
introduzir um protocolo de descrição de correntes contendo sólidos e o processo de cristalização no EMSO, pois em sua biblioteca não existe nenhum modelo que descreva a cristalização ou até mesmo que contenha sólidos, diferente de
outros programas comerciais muito utilizados para a simulação de processos, como o Aspen Plus, que possui um modelo de MSMPR. Então ao realizar essa primeira abordagem o EMSO pode se igualar a outros programas em relação ao processo de cristalização. O tamanho médio mássico obtido com os parâmetros estabelecidos como padrão, L43 = 1,18 mm é muito maior que o valor esperado L43 = 0,5 a 0,55 mm, porém com a variação dos parâmetros cinéticos os resultados obtidos estão na faixa desejada. A segunda abordagem trata de um modelo simplificado denominado “caixa-cinza” com o objetivo de facilitar a integralização da cristalização com modelos referentes a outros processos. A produção de açúcar obtida nesse modelo foi similar à apresentada na literatura, sendo assim, o modelo pode ser útil em uma estimativa de produção do processo e na
integralização de modelos de processos que constituem uma usina.
A terceira e mais importante abordagem corresponde ao modelo de um cristalizador industrial, com a intenção de representar o processo real na produção de açúcar utilizando dados provenientes da literatura. A discussão dos resultados procedeu-se sobre as variáveis: temperatura, brix, massa de cristais e tamanho médio mássico. As variações da temperatura e do brix em relação ao tempo obtidas condizem com cada etapa do processo. A massa de cristal produzida na simulação é proximadamente 50% menor do que a encontrada na literatura, enquanto que o tamanho médio também está abaixo mas atinge ótimos resultados com a alteração dos parâmetros cinéticos. Os resultados finais obtidos nas simulações não coincidiram com os resultados esperados, porém o fácil acesso aos modelos desenvolvidos torna esses modelos bons instrumentos de análises de parâmetros, podendo chegar com algumas mudanças nos parâmetros cinéticos, a resultados satisfatórios que representem bem o processo real.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/7393 |
| Date | 24 April 2015 |
| Creators | Marciniuk Junior, Melécio |
| Contributors | Giulietti, Marco, Bernardo, André |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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