Modelagem simulação e controle de um reator radial empregado na isomerização de xilenos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ribeiro, Vanja Celia Sales
Data de Publicação: 2002
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1592467
Resumo: Orientadores: João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira, Maria de Fatima dos Santos Lopes
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spelling Modelagem simulação e controle de um reator radial empregado na isomerização de xilenosIsomerizaçãoControle preditivoOrientadores: João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira, Maria de Fatima dos Santos LopesTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: O grande interesse comercial pelo processo de isomerização de xilenos é devido à utilização do para-xileno na obtenção de produtos que lhe conferem elevado valor agregado. O reator industrial típico usado nesse processo é adiabático de leito fixo com escoamento radial e fluxo centrípeto. Durante a operação ocorre a redução da atividade do catalisador, provocada por formação e depósito de compostos de carbono, levando a conversão a níveis antieconômicos. A temperatura do reator é mantida através do aquecimento da corrente de alimentação num fomo industrial do tipo caixa com tubos. Os objetivos deste estudo são a elaboração de modelos para o processo catalítico submetido à desativação do catalisador e para o fomo de aquecimento da mistura reagente, e a implementação de uma estratégia de controle avançado para a automatização da planta. O modelo dinâmico desenvolvido para o reator considera a desativação do catalisador. O fomo foi representado por um modelo simplificado onde o tempo é a variável independente. Os resultados obtidos na simulação do sistema evidenciam a validade dos modelos utilizados que permitem a avaliação preliminar qualitativa do comportamento do processo. A característica não estacionária do processo, com grande interação entre as variáveis operacionais, requer o desenvolvimento de sistemas de controle de elevado desempenho, obtidos através da utilização de técnicas digitais avançadas. Foi sugerida uma estratégia de controle em cascata onde a malha primária controla a concentração de para- xileno na saída do reator através da manipulação da temperatura de entrada deste e a malha secundária controla a temperatura de saída do fomo, em função dos dados obtidos no reator, através da manipulação da vazão de combustível. Foram utilizadas as técnicas de controle preditivo com modelo interno !MC e do PID convencional. Os resultados obtidos mostram que a estratégia de controle proposta é eficiente para o controle da concentração de para-xileno na saída do reator. O controlador !MC preditivo apresentou melhores resultados sendo o mais indicado entre os tipos estudadosAbstract: The great commercial interest in xylenes isomerization process is due to the high aggregated value conferred to p-xylene in many industrial applications. Typical industrial adiabatic fixed-bed reactor with radial centripet flow is used in this process. During operation catalyst activity decay uccurs due carbon compounds formation and deposition, reducing reaction conversion to not-economicallevels. Reactor temperature is obtained by the feed flow heating inside an industrial box and tube furnace. The reactor dynamic model developed considers catalyst deactivation. The furnace was represented by a simplified model where time is the independent variable. The objective of this study is the development of process models for the catalitic reaction with decaing activity system and for the feed flow heating furnace system, and the implementation of an advanced control strategy for plant automatization. System Simulation results show the used models validity. They avoid qualitative preHminar evaluation of process behaviour. The process not-estationary characteristic, combined with the great operational vaariables interaction, apply for development of high performance control systems, which use advanced digital design techniques. A cascade control strategy was proposed, where primary control loop has p-xilene concentration as controlled variable and manipulates the reactor input temperature, and the secondary control loop uses the fuel flow as manipulated variable to control the output furnace temperature. The predictive internal model control and PID conventional feedback control techniques were used. The results show the efficiency of the proposed strategy in controlling reactor outlet p-xilene concentration. The predictive !MC controller shows the best results being indicated as the best controller fo that purposeDoutoradoSistemas de Processos Químicos e InformáticaDoutor em Engenharia Química[s.n.]Pereira, João Alexandre Ferreira da Rocha, 1945-Lopes, Maria de Fatima dos SantosFileti, Ana Maria FrattiniRavagnani, Sergio PersioUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação não informadoUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASRibeiro, Vanja Celia Sales20022002-07-31T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf168p. : il.(Broch.)https://hdl.handle.net/20.500.12733/1592467RIBEIRO, Vanja Celia Sales. Modelagem simulação e controle de um reator radial empregado na isomerização de xilenos. 2002. 168p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1592467. 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