Modelagem e simulação de colunas de destilação reativa

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Steffen, Vilmar
Data de Publicação: 2010
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
Texto Completo: http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/1888
Resumo: Reactive distillation is the combination of chemical reaction and separation by distillation in only one equipment (these processes generally take place separately and in sequence in the industries of chemical processes). The integration of these two operations can increase the global performance of the production line. Thus, becomes necessary a previous study of the possibility to join these processes in a single equipment. The tool to start the study on a new process or the optimization of a process in operation is the modeling and simulation. The mathematical models for reactive distillation columns are constituted of a system of non linear equations. Several algorithms for simulation of distillation columns in steady state with different degrees of precision and consequently of difficulties were developed in the last decades. However, these algorithms don't supply a procedure to obtain the initial guesses, that are fundamental for the convergence of the method used to solve the system of non linear equations. In this work was developed an algorithm for the solution of mathematical model that describes the reactive distillation process in columns that operates in steady state. In the developed algorithm was defined a procedure to obtain reasonable initial guesses that facilitates the convergence of the method. The great majority of methods for simulation of distillation column in stead-state solve all the equations simultaneously by a system of non linear equations solution s method. In this work was developed an algorithm step-by-step, to facilitate it s understanding, where the system of non linear equations solution s method is necessary just for the group of equations that models the chemical reactions, so that, two system of non linear equations solution s methods were used, the method of Broyden (a variation of the Newton-Raphson s method) and the homotopy continuation method (or homotopy). The mathematical model was obtained from mass balances, energy balances, sum equations, phase equilibrium and chemical equilibrium or chemical kinetics. The modeling of phase equilibrium is rigorous by means of the calculation of activity and fugacity coefficients, the modeling of the thermal effects is also rigorous by means of the calculation of the residual and excess enthalpies. The developed algorithm was evaluated from examples of the literature and in all cases the obtained results were similar to those found in the literature.
id UNIOESTE-1_93f2973d106bcf9376d46c6f6539305b
oai_identifier_str oai:tede.unioeste.br:tede/1888
network_acronym_str UNIOESTE-1
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
repository_id_str
spelling Silva, Edson Antônio Alves daCPF:64656675920http://lattes.cnpq.br/9304493875700070Corazza, Marcos LúcioCPF:02383673986http://lattes.cnpq.br/7736310371948014Palú, FernandoCPF:86338250900http://lattes.cnpq.br/5272104493905559CPF:04242592906http://lattes.cnpq.br/7825069033309429Steffen, Vilmar2017-07-10T18:08:13Z2010-08-202010-02-18STEFFEN, Vilmar. Modelling and simulation of reactive distillation columns. 2010. 209 f. Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento de Processos) - Universidade Estadual do Oeste do Parana, Toledo, 2010.http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/1888Reactive distillation is the combination of chemical reaction and separation by distillation in only one equipment (these processes generally take place separately and in sequence in the industries of chemical processes). The integration of these two operations can increase the global performance of the production line. Thus, becomes necessary a previous study of the possibility to join these processes in a single equipment. The tool to start the study on a new process or the optimization of a process in operation is the modeling and simulation. The mathematical models for reactive distillation columns are constituted of a system of non linear equations. Several algorithms for simulation of distillation columns in steady state with different degrees of precision and consequently of difficulties were developed in the last decades. However, these algorithms don't supply a procedure to obtain the initial guesses, that are fundamental for the convergence of the method used to solve the system of non linear equations. In this work was developed an algorithm for the solution of mathematical model that describes the reactive distillation process in columns that operates in steady state. In the developed algorithm was defined a procedure to obtain reasonable initial guesses that facilitates the convergence of the method. The great majority of methods for simulation of distillation column in stead-state solve all the equations simultaneously by a system of non linear equations solution s method. In this work was developed an algorithm step-by-step, to facilitate it s understanding, where the system of non linear equations solution s method is necessary just for the group of equations that models the chemical reactions, so that, two system of non linear equations solution s methods were used, the method of Broyden (a variation of the Newton-Raphson s method) and the homotopy continuation method (or homotopy). The mathematical model was obtained from mass balances, energy balances, sum equations, phase equilibrium and chemical equilibrium or chemical kinetics. The modeling of phase equilibrium is rigorous by means of the calculation of activity and fugacity coefficients, the modeling of the thermal effects is also rigorous by means of the calculation of the residual and excess enthalpies. The developed algorithm was evaluated from examples of the literature and in all cases the obtained results were similar to those found in the literature.Destilação reativa é a combinação de reação química e separação por destilação em um único equipamento (geralmente estes processos acontecem separadamente e em seqüência nas indústrias de processos químicos). A integração destas duas operações pode aumentar o desempenho global da linha de produção. Desta forma, torna-se necessário um estudo prévio da possibilidade de se reunir estes processos em um só equipamento. A ferramenta para se iniciar o estudo sobre um novo processo ou a otimização de um processo em operação é a modelagem e simulação. Os modelos matemáticos para a coluna de destilação reativa são constituídos de um sistema de equações não lineares. Vários algoritmos para simulação de colunas de destilação em regime permanente com diferentes graus de precisão e consequentemente de dificuldades foram desenvolvidos nas últimas décadas. Entretanto, estes algoritmos não fornecem um procedimento para a obtenção de estimativas iniciais, que são fundamentais para convergência do método utilizado para resolver o sistema de equações não lineares. Neste trabalho foi desenvolvido um algoritmo para resolução do modelo matemático que descreve o processo de destilação reativa em colunas que operam em regime permanente. No algoritmo desenvolvido definiu-se um procedimento de obtenção de estimativas iniciais razoáveis que facilitem a convergência do método. A grande maioria dos métodos para simulação de coluna de destilação em estado estacionário resolve todas as equações simultaneamente com um método de solução de sistema de equações não lineares. Neste trabalho foi desenvolvido um algoritmo passo-a-passo, para facilitar a compreensão do mesmo, onde o método de solução de sistemas de equações não lineares é necessário apenas para o conjunto de equações que modelam as reações químicas, para tal, foram utilizados dois métodos de solução de sistemas de equações não lineares, o método de Broyden (uma variação do método de Newton-Raphson) e o método da continuação homotópica (ou homotopia). O modelo matemático utilizado foi obtido a partir de balanços de massa, balanços de energia, equações de somatória, equilíbrio de fases e equilíbrio químico ou cinética química. A modelagem do equilíbrio de fases é rigorosa por meio do cálculo de coeficientes de atividade e fugacidade, a modelagem dos efeitos térmicos também é rigorosa por meio do cálculo das entalpias residual e de excesso. O algoritmo desenvolvido foi avaliado a partir de exemplos da literatura e em todos os casos os resultados obtidos foram semelhantes àqueles encontrados na literatura.Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vilmar Steffen.pdf: 1051925 bytes, checksum: 9d709f48cee722e3da025481c9af852b (MD5) Previous issue date: 2010-02-18Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorapplication/pdfporUniversidade Estadual do Oeste do ParanaPrograma de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia QuímicaUNIOESTEBRDesenvolvimento de ProcessosDestilação reativaModelagemSimulaçãoIntensificação de processosProcessos químicos - ModelagemProcessos químicos - SimulaçãoColunas de destilaçãoReactive distillationModelingSimulationProcess intensificationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICAModelagem e simulação de colunas de destilação reativaModelling and simulation of reactive distillation columnsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTEinstname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)instacron:UNIOESTEORIGINALVilmar Steffen.pdfapplication/pdf1051925http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/1888/1/Vilmar+Steffen.pdf9d709f48cee722e3da025481c9af852bMD51tede/18882017-07-10 15:08:13.228oai:tede.unioeste.br:tede/1888Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede.unioeste.br/PUBhttp://tede.unioeste.br/oai/requestbiblioteca.repositorio@unioeste.bropendoar:2017-07-10T18:08:13Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE - Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)false
dc.title.por.fl_str_mv Modelagem e simulação de colunas de destilação reativa
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Modelling and simulation of reactive distillation columns
title Modelagem e simulação de colunas de destilação reativa
spellingShingle Modelagem e simulação de colunas de destilação reativa
Steffen, Vilmar
Destilação reativa
Modelagem
Simulação
Intensificação de processos
Processos químicos - Modelagem
Processos químicos - Simulação
Colunas de destilação
Reactive distillation
Modeling
Simulation
Process intensification
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
title_short Modelagem e simulação de colunas de destilação reativa
title_full Modelagem e simulação de colunas de destilação reativa
title_fullStr Modelagem e simulação de colunas de destilação reativa
title_full_unstemmed Modelagem e simulação de colunas de destilação reativa
title_sort Modelagem e simulação de colunas de destilação reativa
author Steffen, Vilmar
author_facet Steffen, Vilmar
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Silva, Edson Antônio Alves da
dc.contributor.advisor1ID.fl_str_mv CPF:64656675920
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9304493875700070
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Corazza, Marcos Lúcio
dc.contributor.referee1ID.fl_str_mv CPF:02383673986
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7736310371948014
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Palú, Fernando
dc.contributor.referee2ID.fl_str_mv CPF:86338250900
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5272104493905559
dc.contributor.authorID.fl_str_mv CPF:04242592906
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7825069033309429
dc.contributor.author.fl_str_mv Steffen, Vilmar
contributor_str_mv Silva, Edson Antônio Alves da
Corazza, Marcos Lúcio
Palú, Fernando
dc.subject.por.fl_str_mv Destilação reativa
Modelagem
Simulação
Intensificação de processos
Processos químicos - Modelagem
Processos químicos - Simulação
Colunas de destilação
topic Destilação reativa
Modelagem
Simulação
Intensificação de processos
Processos químicos - Modelagem
Processos químicos - Simulação
Colunas de destilação
Reactive distillation
Modeling
Simulation
Process intensification
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
dc.subject.eng.fl_str_mv Reactive distillation
Modeling
Simulation
Process intensification
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
description Reactive distillation is the combination of chemical reaction and separation by distillation in only one equipment (these processes generally take place separately and in sequence in the industries of chemical processes). The integration of these two operations can increase the global performance of the production line. Thus, becomes necessary a previous study of the possibility to join these processes in a single equipment. The tool to start the study on a new process or the optimization of a process in operation is the modeling and simulation. The mathematical models for reactive distillation columns are constituted of a system of non linear equations. Several algorithms for simulation of distillation columns in steady state with different degrees of precision and consequently of difficulties were developed in the last decades. However, these algorithms don't supply a procedure to obtain the initial guesses, that are fundamental for the convergence of the method used to solve the system of non linear equations. In this work was developed an algorithm for the solution of mathematical model that describes the reactive distillation process in columns that operates in steady state. In the developed algorithm was defined a procedure to obtain reasonable initial guesses that facilitates the convergence of the method. The great majority of methods for simulation of distillation column in stead-state solve all the equations simultaneously by a system of non linear equations solution s method. In this work was developed an algorithm step-by-step, to facilitate it s understanding, where the system of non linear equations solution s method is necessary just for the group of equations that models the chemical reactions, so that, two system of non linear equations solution s methods were used, the method of Broyden (a variation of the Newton-Raphson s method) and the homotopy continuation method (or homotopy). The mathematical model was obtained from mass balances, energy balances, sum equations, phase equilibrium and chemical equilibrium or chemical kinetics. The modeling of phase equilibrium is rigorous by means of the calculation of activity and fugacity coefficients, the modeling of the thermal effects is also rigorous by means of the calculation of the residual and excess enthalpies. The developed algorithm was evaluated from examples of the literature and in all cases the obtained results were similar to those found in the literature.
publishDate 2010
dc.date.available.fl_str_mv 2010-08-20
dc.date.issued.fl_str_mv 2010-02-18
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2017-07-10T18:08:13Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv STEFFEN, Vilmar. Modelling and simulation of reactive distillation columns. 2010. 209 f. Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento de Processos) - Universidade Estadual do Oeste do Parana, Toledo, 2010.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/1888
identifier_str_mv STEFFEN, Vilmar. Modelling and simulation of reactive distillation columns. 2010. 209 f. Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento de Processos) - Universidade Estadual do Oeste do Parana, Toledo, 2010.
url http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/1888
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual do Oeste do Parana
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia Química
dc.publisher.initials.fl_str_mv UNIOESTE
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Desenvolvimento de Processos
publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual do Oeste do Parana
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
instname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
instacron:UNIOESTE
instname_str Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
instacron_str UNIOESTE
institution UNIOESTE
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
bitstream.url.fl_str_mv http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/1888/1/Vilmar+Steffen.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 9d709f48cee722e3da025481c9af852b
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE - Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
repository.mail.fl_str_mv biblioteca.repositorio@unioeste.br
_version_ 1811723363205251072