Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pereira, Paulo Roberto Alves, 1968-
Data de Publicação: 2007
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/20.500.12733/1609518
Resumo: Orientador: Ana Maria Frattini Fileti
id UNICAMP-30_f68a75a19b3e403f8965d17cf1854782
oai_identifier_str oai::445281
network_acronym_str UNICAMP-30
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository_id_str
spelling Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDPDynamic optimization of a batch polymerization reactor by the apllication of IDP methodologyPolimerização em emulsãoProgramação dinâmicaMATLAB (Programa de computador)Metil metacrilatoPolímerosReatores químicosBatch polymerizationDynamic programmingIDPMATLABPMMAOrientador: Ana Maria Frattini FiletiTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: Um grande número de indústrias químicas, bioquímicas e farmacêuticas, utiliza reatores de polimerização em batelada para a produção de polímeros especiais de alto valor agregado. Para tanto, são requeridas ferramentas de controle que forneçam informações confiáveis e otimizem as principais variáveis envolvidas na reação, conferindo propriedades específicas aos polímeros. Para o presente trabalho, adotou-se a reação de polimerização em batelada do metacrilato de metila (MMA) via radicais livres em solução, formando o polimetacrilato de metila (PMMA). O peróxido de benzoíla foi usado como iniciador e o acetato de etila como solvente. Para as etapas da reação do MMA, utilizou-se um modelo matemático fenomenológico conhecido e testado experimentalmente. Para o controle ótimo da temperatura do reator (T), manipulou-se a vazão do líquido de resfriamento (Fcw) e a potência de aquecimento on/off (Q) para o reator em batelada, composto de vidro encamisado, com capacidade para um litro de mistura reacional e um litro de fluido de resfriamento em sua jaqueta. Para a otimização do sistema MMA-PMMA, optou-se pela metodologia IDP (Iterative Dynamic Programming). Desenvolveu-se um programa IDP em Matlab, cuja confiabilidade foi testada com sucesso por um exemplo disponível na literatura especializada. Os resultados mostraram que o programa IDP é capaz de otimizar diferentes características de interesse como a conversão do monômero (Xm), representando um potencial de melhoria econômica. A comparação dos resultados das trajetórias de T e de Fcw obtidos pela otimização off line via IDP, com os resultados experimentais obtidos por Nunes (2004) e Antunes et al. (2005), apresenta comportamentos discrepantes ao longo do tempo. Esta discrepância pode explicar o rendimento experimental de 0,4 para Xm, cujo setpoint para T foi fixado em 63 ºC (336 K) e o seu controle executado pelo modelo PIDFuzzy, contra 0,6 da otimização off line via IDP, que considera os valores de Xm obtidos em cada estágio P para indicar novos setpoints de T. Logo, pode-se inferir que não é o controle de T através de um setpoint fixo que irá permitir um valor máximo de Xm, mas o controle de T para setpoints variáveis em cada estágio de tempo P, definidos pela trajetória de Xm obtida na otimização off line. Esta constatação pode ser considerada a grande contribuição da metodologia IDP para este trabalho. Portanto, pode-se afirmar que o programa IDP desenvolvido é adequado para a otimização off line do processo de polimerização do MMA.Abstract: A considerable number of chemical, biochemical and pharmaceutical industries, make use of batch polymerization reactors in their processes, mainly to produce polymers with special characteristics and high aggregated value. In order to supply products with high quality standards required by the market, control tools are necessary to provide as fast as possible reliable processes information and at the same time, to optimize the main variables involved in the reaction and attribute special properties to the polymers. This work is concerned with the methyl metacrilate (MMA) free-radical batch solution polymerization reaction, which produces the polymethyl methacrilate (PMMA). Ethyl acetate is used as solvent and benzoyl peroxide as the reaction initiator. To represent the MMA polymerization reaction, a known and experimented phenomenological mathematical model was used. For the reaction optimal temperature (T) control were defined as manipulated variables the inlet cooling water flow rate (Fcw) and the heating power (Q). The equipment is a glass reactor of one liter capacity surrounded by a glass jacket for the heat exchange with the cooling water. To optimize the MMA-PMMA system, a program based on IDP (Iterative Dynamic Programming) technique was developed in Matlab and successfully tested through an example from the specialized literature. The results showed that the IDP program is capable of optimizing different characteristics of interest as the monomer conversion (Xm), and may represent a potential of economic improvement. The comparison between the results of trajectories T and Fcw from the off line optimization via IDP, with the experimental results presented by Nunes (2004) and Antunes et al. (2005), shows discrepant behaviors along the reaction time. This discrepancy may explain the poor experimental value of 0.4 for Xm, once the set point for T was set up in 336 K and its control performed by a PID-Fuzzy model during the runs, against a value of 0.6 for Xm from the off line optimization trough IDP program, which suggests new set points based on the results of Xm for each stage P. Therefore, it is possible to affirm that the use of a fixed set point to control T during the reaction probably will not lead the reaction to a maximum value of Xm, but the use of variable set points for each time stage P, according to off line optimization results for Xm. This description may be considered the major contribution from the IDP methodology for this work. Therefore, the program IDP developed in this work can be considered suitable for the off line optimization of MMA polymerization reaction.DoutoradoSistemas de Processos Químicos e InformáticaDoutor em Engenharia Química[s.n.]Fileti, Ana Maria Frattini, 1965-Fontes, Cristiano Hora de OliveiraSilva, Flávio Vasconcelos daZemp, Roger JosefKwong, Wu HongUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPereira, Paulo Roberto Alves, 1968-2007info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf103 p. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1609518PEREIRA, Paulo Roberto Alves. Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP. 2007. 103 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1609518. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/445281porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-02-18T05:32:39Zoai::445281Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-02-18T05:32:39Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
dc.title.none.fl_str_mv Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP
Dynamic optimization of a batch polymerization reactor by the apllication of IDP methodology
title Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP
spellingShingle Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP
Pereira, Paulo Roberto Alves, 1968-
Polimerização em emulsão
Programação dinâmica
MATLAB (Programa de computador)
Metil metacrilato
Polímeros
Reatores químicos
Batch polymerization
Dynamic programming
IDP
MATLAB
PMMA
title_short Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP
title_full Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP
title_fullStr Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP
title_full_unstemmed Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP
title_sort Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP
author Pereira, Paulo Roberto Alves, 1968-
author_facet Pereira, Paulo Roberto Alves, 1968-
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Fileti, Ana Maria Frattini, 1965-
Fontes, Cristiano Hora de Oliveira
Silva, Flávio Vasconcelos da
Zemp, Roger Josef
Kwong, Wu Hong
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
dc.contributor.author.fl_str_mv Pereira, Paulo Roberto Alves, 1968-
dc.subject.por.fl_str_mv Polimerização em emulsão
Programação dinâmica
MATLAB (Programa de computador)
Metil metacrilato
Polímeros
Reatores químicos
Batch polymerization
Dynamic programming
IDP
MATLAB
PMMA
topic Polimerização em emulsão
Programação dinâmica
MATLAB (Programa de computador)
Metil metacrilato
Polímeros
Reatores químicos
Batch polymerization
Dynamic programming
IDP
MATLAB
PMMA
description Orientador: Ana Maria Frattini Fileti
publishDate 2007
dc.date.none.fl_str_mv 2007
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/20.500.12733/1609518
PEREIRA, Paulo Roberto Alves. Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP. 2007. 103 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1609518. Acesso em: 3 set. 2024.
url https://hdl.handle.net/20.500.12733/1609518
identifier_str_mv PEREIRA, Paulo Roberto Alves. Otimização dinamica de um reator de polimerização pela aplicação da metodologia IDP. 2007. 103 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1609518. Acesso em: 3 set. 2024.
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.none.fl_str_mv https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/445281
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
103 p. : il.
dc.publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
instname_str Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron_str UNICAMP
institution UNICAMP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.mail.fl_str_mv sbubd@unicamp.br
_version_ 1809189008285106176

Registros relacionados