Controle de colunas de destilação

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MODELAGEM, SIMULAÇÃO E CONTROLE DE COLUNAS DE DESTILAÇÃO APROPRIADAS À PRODUÇÃO DE ETANOL EM PEQUENA ESCALA

MODELAGEM, SIMULAÇÃO E CONTROLE DE COLUNAS DE DESTILAÇÃO APROPRIADAS À PRODUÇÃO DE ETANOL EM PEQUENA ESCALA

Embora as técnicas de controle avançado forneçam um importante caminho para o controle de colunas de destilação, os controladores de ação PID ainda são amplamente utilizados no controle em indústrias, pois são controladores eficazes e de fácil implementação. Eles possuem muitas funções importantes, entre elas a eliminação de distúrbios no estado estacionário por meio da ação integral e a capacidade de prever o comportamento do processo a partir da ação derivativa. Esses controladores são suficientes para controlar diversos processos, particularmente nos quais os requisitos de desempenho são um pouco mais modestos. De acordo com Astrom e Hagglund (2001), mais de 90% das malhas de controle de processos industriais utilizam controladores da família PID. Em processos químicos, variáveis como temperatura, pressão, vazão, abertura de válvulas entre outras são usualmente controladas por controladores PID. Processos multivariáveis podem ser controlados por controladores PID multivariáveis descentralizados, fazendo-se necessária uma sintonia destes de modo que considere as interações existentes entre diferentes variáveis do sistema.
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Analisadores virtuais baseados em modelo neural para monitoramento e controle de colunas de destilação com aquecimento distribuído

Analisadores virtuais baseados em modelo neural para monitoramento e controle de colunas de destilação com aquecimento distribuído

Em processos de destilação, a qualidade dos produtos depende de um sistema de controle bem ajustado, o qual por sua vez, depende de medições de algumas variáveis do processo, uma delas a composição de saída das colunas. Infelizmente a medição precisa e rápida da composição dos produtos em uma torre de destilação é um problema antigo e típico na indústria, conforme afirmado por vários pesquisadores (QUINTERO-MARMOL e LUYBEN, 1992; BARATTI et al., 1995; KANO et al., 2000; BAHAR e ÖZGEN, 2008). Para avaliação da qualidade de um produto geralmente são utilizadas análises de laboratório e analisadores de processo. Porém, as deficiências desses métodos são o elevado tempo para obtenção das respostas e a baixa confiabilidade, respectivamente. Além de que as análises de laboratório não podem ser utilizadas para controle on-line e são empregadas apenas para ajustes e correções. A maioria das colunas industriais não dispõe de analisadores em linha para medir a composição da carga ou dos produtos, em função da complexidade e do elevado custo, tanto de investimento quanto de manutenção. Segundo Meneguelo (2007) uma situação comum no meio industrial é a existência de analisadores de processo apenas nas unidades de maior motivação econômica.
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SISTEMA DE CONTROLE FUZZY DE COLUNAS DE DESTILAÇÃO DE ETANOL

SISTEMA DE CONTROLE FUZZY DE COLUNAS DE DESTILAÇÃO DE ETANOL

RESUMO – Apresenta-se, neste trabalho, um sistema para controle fuzzy para colunas de destilação e que tem sido utilizado com sucesso em usinas de produção de etanol, com o objetivo de controle da densidade de saída do produto e do controle da vazão de vinho. O sistema é implantado em um computador que troca mensagens com o controlador lógico programável (CLP), via comunicação OPC. O operador do processo tem disponível a opção de escolher o controle convencional, ou o controle fuzzy, diretamente da tela do sistema supervisório de operação do processo. Caso haja algum problema, o controle do processo retorna para o operador, simultaneamente à ocorrência de alarme específico. O controle da vazão de vinho de entrada e da densidade do etanol são implementados por meio de controladores fuzzy que incluem até cinco variáveis de entrada. Cada variável está associada a três funções de pertinência, que contribuem para a atualização da variável de controle. Desta forma, a base de regras gerada contempla todas as possíveis circunstâncias, atuando de forma repetitiva, com o objetivo de redução do erro de controle. Neste trabalho, são apresentados os detalhes desses controladores.
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Desenvolvimento de um simulador para o estudo de estratégias de controle em colunas de destilação com aquecimento distribuído

Desenvolvimento de um simulador para o estudo de estratégias de controle em colunas de destilação com aquecimento distribuído

Nos últimos anos diversas técnicas avançadas de controle vêm sendo testadas em colunas de destilação visando diminuir seus transientes de operação. Além disto, existem estudos que propõem a mudança da configuração convencional da coluna, como é o caso da estratégia de controle baseada em ação distribuída. O método consiste na inserção de pontos intermediários de aquecimento ao longo da coluna de destilação, diferentemente do método convencional onde o calor é fornecido exclusivamente em sua base. Essa estratégia foi inicialmente testada de forma experimental por Marangoni (2005), em uma unidade piloto que foi projetada e construída como parte de seu trabalho. Na mesma linha de pesquisa, Werle (2007) modificou as condições de operação da planta, buscando uma melhora na redução dos transientes, além de realizar uma avaliação do gasto energético do processo.
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Dinamica e controle de colunas de destilação : aplicação a sistemas de elevada pureza

Dinamica e controle de colunas de destilação : aplicação a sistemas de elevada pureza

Para por em evidência a interação entre malhas na coluna em análise, foi feita a simulação dinâmica da coluna para diferentes situações de controle, e para urna[r]

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Inferencia na otimização e controle de colunas de destilação via funções racionais

Inferencia na otimização e controle de colunas de destilação via funções racionais

Inicialmente simulou-se o comportamento da coluna para as mudanças nas variáveis da alimentação (composição, vazão e temperatura) apresentadas nas tabelas 5.1 e 5.2[r]

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Controle de colunas de destilação de alta pureza: um caso industrial.

Controle de colunas de destilação de alta pureza: um caso industrial.

o fato da mesma não ter efeito duradouro sobre o mesmo não era inequívoco, visto que a ocorrência de outras perturbações e ruídos na coluna e na planta não permitem enxergar o fenómeno [r]

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Modelo estaticos e dinamicos para o controle de colunas de destilação

Modelo estaticos e dinamicos para o controle de colunas de destilação

di~cil variar somente os fluxos internos, sem que haja uma alteração nos fluxos extermos, os modelos de primeira ordem são satisfatórios para as proposta de cont[r]

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Efeito da pressão sobre a dinâmica e o controle de colunas de destilação com retirada lateral.

Efeito da pressão sobre a dinâmica e o controle de colunas de destilação com retirada lateral.

Foram acompanhados os resultados para a composicao do isobutano e do hexeno na corrente lateral e na corrente de topo (destilado Hquido), vazao da retirada lateral, vazao do destilado [r]

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Controle otimo no tempo de colunas de destilação

Controle otimo no tempo de colunas de destilação

Consequentemente, neste trabalho foi escolhido, além do método SQP, prometendo ser um método muito rápido, também o método IDP, tanto para testar a sua capacidade em resolver[r]

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"Controle dual de colunas de destilação utilizando I. M. C."

"Controle dual de colunas de destilação utilizando I. M. C."

Podemos perceber a importância do modelo do processo na síntese de controladores, mesmo para controladores PID onde o modelo não participa da estrutura da malha d[r]

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Controle "on-line" de colunas de destilação em batelada de alta pureza

Controle "on-line" de colunas de destilação em batelada de alta pureza

Nas corridas em malha fechada visando o controle da composição do destilado, o perfil de composição ao longo de toda a coluna não é necessário no cálculo da estratégia de contro[r]

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Controle preditivo com otimização distribuída aplicado a colunas de destilação

Controle preditivo com otimização distribuída aplicado a colunas de destilação

Neste trabalho apenas a coluna de destila¸c˜ao cont´ınua ser´a utilizada, mais especifica- damente as colunas com prato. Um prato consiste de um equipamento colocado ao longo da coluna, onde uma camada de l´ıquido se acumula em sua parte superior enquanto os va- pores ascendentes podem atravess´a-lo, permitindo assim trocas de calor e massa e gera¸c˜ao de vapor o mais pr´oximo poss´ıvel do equil´ıbrio com o l´ıquido [52]. Este ´e o tipo de coluna de destila¸c˜ao mais comum, constitu´ıdo de uma seq¨ uˆencia vertical de est´agios que geralmente utiliza vapor para fornecer o calor necess´ario para o processo de destila¸c˜ao. Na Figura 2.1 est´a representado este sistema.
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Integração térmica de colunas de destilação alcóolica multicomponente

Integração térmica de colunas de destilação alcóolica multicomponente

Analisando os resultados obtidos em todas as validações, nota-se que as maiores diferenças entre os valores experimentais e os resultados gerados pelo simulador estão relacionadas à falta de informações completas sobre o processo. Industrialmente, não há o controle preciso de muitas variáveis necessárias na simulação, dificultando a validação. Apesar disso, o simulador comercial Aspen Plus conseguiu reproduzir de forma satisfatória o processo de destilação alcoólica industrial. No caso dos componentes majoritários etanol e água, a reprodução dos resultados experimentais foi boa em termos qualitativos e quantitativos. Já no caso dos compostos minoritários, os desvios observados são consideravelmente maiores, mas em geral a mesma ordem de grandeza foi constatada nos valores simulados em comparação aos experimentais, indicando que o processo foi reproduzido adequadamente pelo menos do ponto de vista qualitativo.
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Contribuições a análise e modelagem de operações transientes de colunas de destilação

Contribuições a análise e modelagem de operações transientes de colunas de destilação

limitado pela disponibilidade de uma relação entre uma única temperatura com composição e pureza. Um método alternativo é inferir a conversão ou pureza por medidas de múltiplas temperaturas e então implementar uma estratégia de controle. SNEESBY e TADÉ (1999) desenvolveram um modelo linear de inferência de dois termos. A principal dificuldade de se usar este modelo foi principalmente devido às não linearidades existentes no processo de destilação reativa. Este problema já existe quando se trabalha com destilação convencional. Os autores trabalham com uma coluna de dez estágios, um condensador total e um refervedor parcial. Citam os dois modelos para o processo da destilação, modelo de equilíbrio (EQ) e modelo de não equilíbrio (NEQ – modelos baseados na taxa). Sabe-se que o processo é naturalmente baseado nas taxas, porém, são modelos que ainda estão em desenvolvimento e necessitam de um número de parâmetros extremamente grandes, além de especificações de parâmetros de construção como tipo e forma do leito. Desta forma, os autores optaram por trabalhar com modelo em EQ. No trabalho seis temperaturas foram escolhidas, sendo que as temperaturas do condensador e prato de topo foram excluídas. As demais temperaturas foram base e topo da seção reativa, do estágio 8 e do refervedor, sendo que a coluna foi numerada do topo para base.
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Desenvolvimento de modelagens de não equilibrio para caracterização e aplicação em simulação de colunas de destilação complexas

Desenvolvimento de modelagens de não equilibrio para caracterização e aplicação em simulação de colunas de destilação complexas

representa o regime transiente de uma coluna de destilação. Gani et al. (1986) e Cameron et al. (1986) discutem sobre alguns métodos matemáticos na resolução deste sistema de equações algébricas e diferenciais. Can et al. (2002) desenvolveu um modelo rigoroso para simular o comportamento dinâmico de colunas de destilação. Os autores analisaram a influência de alguns efeitos, como hidrodinâmica e transferência de massa, estabilidade do laço de controle durante operações fora do padrão e condições operacionais de segurança e produtividade. Os resultados de simulação foram validados com dados experimentais, mas ainda precisam de corroboração em escala piloto. Jiménez et al. (2002a) analisa uma série de simuladores comerciais que possuem a opção dinâmica: BATCHFRAC TM , CHEMCAD TM , BATCH TM e HYSYS.Plant TM , concluindo que os que apresentaram melhores performances, quando comparados a resultados experimentais, foram os simuladores HYSYS.Plant TM e BATCHFRAC TM .
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Comparação entre colunas de destilação e paradestilação : analise do comportamento hidrodinamico e da eficiencia de separação

Comparação entre colunas de destilação e paradestilação : analise do comportamento hidrodinamico e da eficiencia de separação

Com o propósito de aumentar a eficiência no processo de destilação convencional, e conseqüentemente diminuir o consumo excessivo de energia, inúmeras alternativas foram propostas na literatura. Uma destas metodologias, denominada paradestilação, é baseada na divisão da corrente gasosa em duas partes iguais no fundo de uma coluna de separação. Para este esquema de fluxo, uma divisória é colocada centralmente em toda a altura da coluna, e a corrente líquida contata, em estágios alternados, ambas as correntes do vapor. As vantagens deste processo incluem um aumento no número de estágios e uma diminuição na queda de pressão por unidade de altura da coluna convencional. Apesar das vantagens apresentadas em trabalhos computacionais, faz-se necessário o estudo experimental envolvendo os dois tipos de colunas sob as mesmas condições de operação. Assim, este trabalho apresenta um estudo comparativo entre uma coluna de destilação e outra de paradestilação, contendo respectivamente, 4 e 6 pratos perfurados, dotados de vertedores circulares. Para tanto, as colunas foram construídas de acordo com as recomendações de dimensionamento da literatura, de modo a fornecerem uma mesma eficiência de separação. Os experimentos foram realizados utilizando uma mistura de etanol- água, à pressão atmosférica e em condições de refluxo total e parcial. A comparação entre os processos foi realizada através da análise do comportamento hidrodinâmico e da eficiência de pratos de Murphree, avaliando-se parâmetros como a velocidade superficial da fase vapor, limites operacionais, tipo e altura da dispersão formada sobre o prato e perfil de composição da fase líquida ao longo das colunas. Verificou-se que as colunas de destilação e paradestilação apresentam uma faixa de operação muito semelhante. Sob condições de refluxo parcial, a coluna alternativa é menos sensível a uma variação na razão de refluxo. Ainda, as eficiências de Murphree foram fortemente influenciadas pelas propriedades do sistema destilante, composição da fase líquida e velocidades das fases líquida e gasosa. Os maiores valores de eficiência foram encontrados sob condições de refluxo total e em baixas velocidades da fase vapor.
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Estrategias de controle em destilação batelada

Estrategias de controle em destilação batelada

sua transitoriedade como uma sequência de estados estacionários. Par a cada intervalo de tempo pseudo-estacionário é aplica do o Método da Curva de Reação do Proces[r]

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Estudo comparativo da eficiencia de separação entre colunas de destilação convencional e de paradestilação

Estudo comparativo da eficiencia de separação entre colunas de destilação convencional e de paradestilação

Para 2 % de etanol, a paradestilação apresentou maior incidência de dispersões do tipo celular e homogêneo que a destilação, contribuindo para o melhor desempenho da primeira. Quando a fração molar inicial no refervedor aumentou para 3 % houve maior distribuição de etanol ao longo da coluna e muitas das dispersões foram do tipo celular e homogêneo para ambas as colunas. O aumento da incidência destas dispersões, principalmente na destilação, permitiu que esta apresentasse melhor desempenho para 3 % de etanol. De acordo com simulações de trabalhos anteriores, a coluna de paradestilação deve possuir mais pratos (em torno de 33 % a mais) que a de destilação para alcançar o mesmo grau de separação. Vale lembrar que neste trabalho, as colunas possuem o mesmo diâmetro. Com isso, os pratos da paradestilação possuem a metade da área dos pratos da coluna convencional. A destilação convencional de 3 pratos por exemplo, possui a mesma área de pratos e aproximadamente a mesma altura de coluna que a paradestilação de 6 pratos (ou 6 “meios” pratos).
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Estudo de nova configuração de colunas de destilação aumentando eficiência energética

Estudo de nova configuração de colunas de destilação aumentando eficiência energética

O objetivo dessa dissertação foi o de comparar, através de simulações utilizando o software Aspen Plus ® os gastos energéticos de uma coluna de destilação usual com relação a uma Coluna de Destilação com Integração Interna de Calor (CDIIC), para o mesmo fim. A destilação é um processo que consome muita energia sendo que possui uma baixa eficiência energética (em torno de 10%). A CDIIC atua aumentando a temperatura da seção de retificação colocando esta em contato direto com a seção de esgotamento, fazendo-as trocar calor, provendo parte, ou toda energia, necessária a ser adicionada e retirada da coluna. Trata-se de uma recente tecnologia com a vantagem de uma menor degradação energética ao longo da coluna e, conseqüente, maior eficiência. Nas simulações foram realizadas concentrações (em percentual mássico de etanol) de uma mistura de etanol - água a 92,6% a partir da concentração que a mistura de vinho fermentado de-levedurado do processo batelada alimentada contendo 8% em massa. A mistura etanol-água foi estudada porque hoje existe um grande interesse no Brasil em tecnologias que diminuam o seu custo de produção. Sendo a destilação a etapa fundamental do processo de concentração dessa mistura, e a mesma se tratar de um processo que demanda muita energia, o projeto se encaixa justamente na prerrogativa da diminuição dos gastos na obtenção do produto de interesse. Os resultados mostram uma economia energética na coluna CDIIC próxima de 80% com relação à coluna convencional. Por não possuir o valor experimental do coeficiente global para a mistura e este ser essencial para o calculo da troca térmica (assim como a área efetiva de troca térmica) na CDIIC, utilizou-se correlações para seu cálculo, estas tiveram grande enfoque teórico/metodológico no trabalho e influenciaram diretamente nos resultados.
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