Otimização e controle integrado de variáveis-chave: unidade de destilação de peróxido de hidrogênio

• Autor(a) principal: Carvalho, Paulo Afonso Alves de
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/17100
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES CARACTERISTICAS DE PROCESSOS BIOQUIMICOS; Peróxido de hidrogênio; Destilação; Vapores; Controladores PID; Controle preditivo; Hydrogen peroxide; Distillation; Vapors; PID controllers; Predictive control

O consumo de vapor demandado por colunas de destilação de peróxido de hidrogênio (H2O2) é bastante representativo. Visando a redução do custo anual energético, propõe-se a simulação de um sistema de controle integrado que busque a operação contínua da unidade dentro das especificações desejadas e com a mínima vazão de vapor necessária. Para o desenvolvimento desta estratégia de controle, considera-se, por simplificação, como variáveis-chave de processo: a vazão de alimentação de H2O2, a vazão de refluxo, a vazão de vapor, o arraste de H2O2 pelo topo da coluna e a concentração de H2O2 produto final. Em um primeiro momento, tanto a modelagem da vazão de vapor quanto do arraste de topo da coluna com base na influência das demais variáveis-chave de processo são desenvolvidas. Admitindo que a concentração do produto final desejada seja constante e igual a 70,3% em massa e que a máxima perda permissível de H2O2 arrastado pelo topo da coluna seja de 1000 ppm, a máxima economia da unidade está associada à operação que garanta estas especificidades com a mínima vazão de refluxo e consequentemente com a mínima vazão de vapor possível. Neste contexto, uma metodologia com fundamentação estatística é empregada para prever, sem a necessidade de uma carga de testes exagerada, um modelo preditivo de bom ajuste para a vazão de refluxo e consequentemente para a vazão de vapor. Justamente estes modelos, quando aplicados, e alimentados pela vazão de alimentação de H2O2, variável-livre de controle (selecionada pela equipe de Produção), e pelo set-point de máximo arraste permissível pelo topo da coluna é que garantirão primeiramente a minimização da vazão de refluxo e conquentemente da vazão de vapor da unidade. Além dos modelos preditivos utilizados para a otimização do processo, as funções de transferência, em malha aberta, tanto da vazão de refluxo quanto da vazão de vapor também são buscadas. Por fim, o ajuste do PID de cada malha é executado, de tal forma que as mesmas se tornem integradas. As malhas de refluxo e de vapor podem ser classificadas como integradas, uma vez que o valor da vazão de saída (PV) otimizado do controlador de refluxo será alimentado no modelo preditivo contido no controlador de vapor para obtenção da nova vazão mínima de vapor para o processo. Além de resultar em ganhos financeiros, no caso de implementação, o projeto contempla uma alternativa inovadora para controle de processos que pode ser difundida para outras áreas de processo.