Universidade do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Azeotropia é um fenômeno termodinâmico onde um líquido em ebulição produz um
vapor com composição idêntica. Esta situação é um desafio para a Engenharia de Separação,
já que os processos de destilação exploram as diferenças entre as volatilidades relativas e, portanto,
um azeótropo pode ser uma barreira para a separação. Em misturas binárias, o cálculo
da azeotropia é caracterizado por um sistema não-linear do tipo 2 × 2. Um interessante e raro
caso é o denominado azeotropia dupla, que pode ser verificado quando este sistema não-linear
tem duas soluções, correspondendo a dois azeótropos distintos. Diferentes métodos tem sido
utilizados na resolução de problemas desta natureza, como métodos estocásticos de otimização
e as técnicas intervalares (do tipo Newton intervalar/bisseção generalizada). Nesta tese apresentamos
a formulação do problema de azeotropia dupla e uma nova e robusta abordagem para
a resolução dos sistemas não-lineares do tipo 2 × 2, que é a inversão de funções do plano no
plano (MALTA; SALDANHA; TOMEI, 1996). No método proposto, as soluções são obtidas
através de um conjunto de ações: obtenção de curvas críticas e de pré-imagens de pontos arbritários,
inversão da função e por fim, as soluções esperadas para o problema de azeotropia. Esta
metodologia foi desenvolvida para resolver sistemas não-lineares do tipo 2 × 2, tendo como
objetivo dar uma visão global da função que modela o fenômeno em questão, além, é claro, de
gerar as soluções esperadas. Serão apresentados resultados numéricos para o cálculo dos azeótropos
no sistema benzeno + hexafluorobenzeno a baixas pressões por este método de inversão.
Como ferramentas auxiliares, serão também apresentados aspectos numéricos usando aproximações
clássicas, tais como métodos de Newton com técnicas de globalização e o algorítmo de
otimização não-linear C-GRASP, para efeito de comparação. / Azeotropy is a thermodynamic phenomenon where a boiling liquid produces a vapor
phase with identical composition. This situation is a challenge for Separation Engineering, since
distillation processes explore differences between relative volatilities and, then, an azeotrope
can be a barrier for the separation. In binary mixtures, the azeotrope calculation is represented
by a 2×2 nonlinear algebraic system. An interesting and rare case is known as double azeotropy,
that occurs when this nonlinear system exhibits two solutions, corresponding to two distinct
azeotropes. Several numerical methods have been used in the solutions of this kind of problem,
as stochastic optimization approaches and interval techniques (as interval Newton/generalized
bisection methods). In this work, we present the formulation of the double azeotrope problem
solved by a new and robust framework for 2 × 2 nonlinear systems, called the inversion of
functions from the plane to the plane (MALTA; SALDANHA; TOMEI, 1996). In this method,
the solutions were obtained by a set of procedures: generation of critical curves and pre-images
of arbitrary points, construction of paths in the image and the corresponding ones in the domain
and, finally, the expected solutions for the azeotropy problem. We present numerical results for
the calculation of azeotropes in the benzene + hexafluorobenzene system at low pressures using
this technique. As auxiliary tools, we also present extensive numerical results using Newton
methods with globalization techniques and using the metaheuristic Continuous-GRASP (CGRASP).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:UERJ:oai:www.bdtd.uerj.br:4317 |
| Date | 28 November 2013 |
| Creators | Aline de Lima Guedes |
| Contributors | Gustavo Mendes Platt, Francisco Duarte Moura Neto, Fernando Cunha Peixoto, Roberto Pinheiro Domingos, Fran Sérgio Lobato, Ricardo Fabbri |
| Publisher | Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, UERJ, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ, instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro, instacron:UERJ |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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