Orientador: Mario de Jesus Mendes

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica

Resumo: Um dos maiores problemas encontrados no estudo dos processos de separação por estágios é a grande dimensão dos modelos do processo. Deste modo, a simulação desses processos geralmente envolve um grande número de equações algébrico-diferenciais não-lineares cuja solução requer um elevado...

Resumo: Um dos maiores problemas encontrados no estudo dos processos de separação por estágios é a grande dimensão dos modelos do processo. Deste modo, a simulação desses processos geralmente envolve um grande número de equações algébrico-diferenciais não-lineares cuja solução requer um elevado esforço computacional. Técnicas para reduzir a dimensão destes modelos facilitariam muito a aplicação da otimização on-line e do controle avançado de tais processos. Estas técnicas são chamadas de métodos de redução e os modelos por elas gerados recebem o nome de modelos reduzidos. Neste trabalho a aplicação do método da colocação ortogonal é estendida à solução de equações às diferenças, a partir do desenvolvimento de uma metodologia que unifica o uso da colocação ortogonal tanto para a solução de equações diferenciais quanto para a de equações às diferenças. O objetivo básico do trabalho é o desenvolvimento de modelos reduzidos para processos de separação por estágios. Para tal, as equações de balanço de massa e energia do modelo pratoa-prato original são reescritas na forma de equações às diferenças finitas e em seguida essas diferenças são aproximadas por técnicas de colocação ortogonal discreta. Os resultados obtidos na simulação de alguns casos exemplos apresentaram uma concordância muito boa com os do modelo prato-a-prato, tanto no estado estacionário quanto no transiente, além de uma redução considerável na ordem do sistema e no tempo de processamento

Abstract: One major problem in the study of stage-based separation process is the large dimensionof the process models. Hence, the sim!Jlationof these processes normallyrequires the solution of a large number of algebraic and differentialequations, associated with prohibitive computacional effort....

Abstract: One major problem in the study of stage-based separation process is the large dimensionof the process models. Hence, the sim!Jlationof these processes normallyrequires the solution of a large number of algebraic and differentialequations, associated with prohibitive computacional effort. For on-line optimization and advanced control, models with mallerdimensionswould be desirable. In this work the technique of orthogonal collocation is extended to the solution of difference equations, based on the development of an unified approach for the solution of differentialand difference equations. The main objective ofthis work is the development ofreduced-order models for staged separation processoThe mass and energy balance equations for the original tray-by-tray model are rewritten in the form of finite difference equations, and those are then solved by discrete orthogonal collocation.
The results obtained ftom the new approach compare very well with the original trayby-tray model results, both for steady-state and dynamicsconditions. The decrease in computational effort is considerable in the magnitude ofthe problem formulation as well as in the time required for the solution