The increasing availability of high performance and parallel computer environments has stimulated... more The increasing availability of high performance and parallel computer environments has stimulated depth studies of complex reactor systems in chemical engineering. Using computational fluid dynamics approach, better description and comprehension of the most important phenomena taking place in the system can be accomplished, resulting in more efficient reactor and process design. Fluidized bed is a relevant system in many applications in process industries. Fluidized bed combustors are important alternatives to conventional ones, due to the fact that they promote large contact area between gas and solids and intense gas mixing throughout the bed, leading to cleaner burning and less pollutants emission, because the relatively low operating temperatures and isothermal profiles. In this work, computational fluid dynamics simulation of a natural gas fed fluidized bed was carried out. The simulated reactor bed was composed by inert particles (sand) with 350 µm. A two-stage kinetics model for methane combustion was used. Natural gas, the cleanest fossil fuel, was used in the simulated fluidized bed combustor, minimizing pollutant emissions even more. Dynamic simulations were developed with disturbances imposed into process input variables. The behavior of the simulated combustor was analyzed, and then compared to experimental data from literature.
La principale motivation de ce travail est l'etude de l'application de la commande non li... more La principale motivation de ce travail est l'etude de l'application de la commande non lineaire geometrique a un reacteur biologique pour la production de Saccharomyces cerevisiae. Ce procede conduit en mode semi-continu possede un comportement extremement non lineaire. Pour l'application de la commande, un modele mathematique du procede est necessaire ; dans ce but, on utilise un modele physiologique pour la croissance de la levure. Le modele decrit les trois phases de production de la biomasse qui sont: la fermentation du glucose, la respiration de l'ethanol et la respiration du glucose. Le procede fonctionne d'abord en mode discontinu, en boucle ouverte, puis en mode semi-continu, en boucle fermee. Les deux techniques de commande non lineaire geometrique, la linearisation exacte entree/sortie et la linearisation exacte entree/etat, ont ete appliquees a la poursuite d'une trajectoire de reference. La sortie consideree est la concentration en glucose dans le...
Revista Principia - Divulgação Científica e Tecnológica do IFPB
This paper describes a dynamic mathematical model developed to simulate a diolefin reactor curren... more This paper describes a dynamic mathematical model developed to simulate a diolefin reactor currently used in an existing naphtha hydrotreating process. Diolefins polymerize at temperatures above 200°C, which is reached in a reactor of hydrotreatment of naphtha. Therefore, the diolefins must be removed before they reach the hydrotreating reactors. This hydrotreating unit has an essential role in modern refineries as it specifies the naphtha of different units, such as distillation and delayed coker. A mathematical model of a three-phase reactor was developed, and it was used to obtain the kinetics of the diolefin and olefin saturation reaction in a range of temperature of 180-200°C, and pressure of 3.5-4 MPa. The kinetic model was developed by the experimental data from a Brazilian refinery. The reactor model includes correlations for determining mass-transfer coefficients, kinetics reaction rates, and properties of the compounds under process conditions. The kinetic model predicted the temperature profile along the reactor length with a minor absolute error. The developed model offers reliable simulated results when compared to experimental data.
Um estimador baseado em redes neurais artificial (RNA) para a determinação da fração molar de vap... more Um estimador baseado em redes neurais artificial (RNA) para a determinação da fração molar de vapor de estireno nas correntes de topo e de fundo da coluna de destilação foi desenvolvido baseado em um modelo simplificado simulado via Aspen Plus. Através de parâmetros do processo, como, por exemplo, vazão de entrada de tolueno e metanol, temperatura, pressão, entre outras, pôde-se realizar uma configuração não linear empírica para treinamento da rede e determinação de parâmetros do estimador. Pretendeu-se complementar dados de medições com um sensor virtual, tipo RNA, para estimar mais variáveis do processo.
Mikele C. S. Sant’Anna*, Wenna R. Cruz, Gabriel F. Silva, Ricardo A Medronho and Sergio Lucena Un... more Mikele C. S. Sant’Anna*, Wenna R. Cruz, Gabriel F. Silva, Ricardo A Medronho and Sergio Lucena Universidade Federal de Sergipe; Av. Marechal Rondon, São Cristóvão, Brazil, 49100-000 Universidade Tiradentes Av. Murilo Dantas, 300Farolândia, Aracaju, Brazil, 49032-490 Universidade Federal do Rio de Janeiro Av. Athos da Silva Ramos, 149, Ilha do Fundão, Rio de Janeiro, Brasil, 21941-909. Universidade Federal de Pernambuco Av. Prof. Moraes Rego, 1235, Recife, Brasil, 50670-901 E: [email protected]
RESUMO-A unidade de coqueamento retardado é responsável por converter as frações pesadas do petró... more RESUMO-A unidade de coqueamento retardado é responsável por converter as frações pesadas do petróleo em produtos de maior valor agregado, especialmente, em diesel. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático para o forno industrial de craqueamento térmico utilizando um modelo cinético Singh, na caracterização da carga de alimentação por pseudocomponentes e lumps, e modelos para o forno que englobam os balanços de massa e energia, cálculos de propriedades e uso de correlações empíricas para o cálculo de holdup , perda de carga e equilíbrio termodinâmico.
Dates from Brazilian energy balance show that ethanol accounted about 4.7% of all energy consumed... more Dates from Brazilian energy balance show that ethanol accounted about 4.7% of all energy consumed in the country in 2011. An alternative for increasing the production of fuel and ensure the internal demand is the hydrolysis of lignocellulosic materials. Aim to contribute with the development of this process a virtual plant to produce ethanol by hydrolysis of sugarcane bagasse was built in this paper. The results were compared with those of a conventional mill, and they show that the integration of conventional process with the hydrolysis process increased the yield at 26% ethanol by volume. However this increase in the production also led to greater energy consumption for the plant.
Leitos fluidizados podem ser utilizados em inúmeros processos industriais, dentro dos quais, dest... more Leitos fluidizados podem ser utilizados em inúmeros processos industriais, dentro dos quais, destaca-se a gaseificação de biomassa. Estes equipamentos promovem um maior contato sólido-gás. Compreender a hidrodinâmica nestes sistemas é importante para otimizar o processo de gaseificação. Neste trabalho, foram empregados resultados experimentais da literatura na validação do modelo computacional utilizado na simulação do leito fluidizado, usando uma geometria 2D. Após a validação, foi possível aplicar as mesmas condições para o equipamento real (mantendo-se a simplificação 2D). Como resultados, foram obtidos valores para queda de pressão e expansão do leito, bem como os perfis longitudinais de fração volumétrica e pressão. Os erros relativos entre as simulações realizadas e os dados experimentais foram inferiores a 5,0 % durante a fluidização borbulhante. Na comparação entre duas geometrias distintas, os erros relativos máximos para os parâmetros fluidodinâmicos: queda de pressão, alt...
Resumo O crescimento econômico brasileiro exige cada vez mais energia e, portanto, uma maior nece... more Resumo O crescimento econômico brasileiro exige cada vez mais energia e, portanto, uma maior necessidade de combustível, no entanto, o uso de combustíveis fósseis aumenta os níveis de poluição devido à emissão de gases gerados na sua queima. Esses fatores estimulam o uso de fontes alternativas de energia, como os biocombustíveis, no qual o etanol tem um papel central para a sua utilização como combustível para automóveis. A produção de bioetanol a partir de cana-de-açúcar está aumentando, e para ser capaz de atender à crescente demanda de forma sustentável é necessário desenvolver tecnologias inovadoras para o aumento da produção de etanol, como a produção de etanol por hidrólise do bagaço chamado etanol de segunda geração. Palavras-chave: hidrólise do bagaço, combustível, bioetanol.
A gaseificacao e o processo termoquimico que converte insumos solidos, liquidos ou gaosos em gase... more A gaseificacao e o processo termoquimico que converte insumos solidos, liquidos ou gaosos em gases com caracteristicas basicamente combustiveis, atraves de sua oxidacao parcial a temperaturas intermediarias. Para este processo diversos tipos de metodologias e equipamentos foram desenvolvidos nos ultimos anos, tendo em vista o destaque que as energias alternativas ganharam para as proximas decadas, em substituicao aos combustiveis fosseis. Para a realizacao da busca de patentes utilizou-se a base da World Intellectual Property Organization (WIPO), do Banco de dados do Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI) e do European Patent Office (Espacenet). Para o monitoramento de publicacoes literarias utilizou-se as colecoes indexadas do portal dos periodicos da CAPES e as bases indexadas do Scopus e Scielo. Como resultados, a base de patentes que apresentou maiores percentuais de registros foi Espacenet, seguido por WIPO e por ultimo INPI. O maior quantitativo de publicacoes literarias encontram-se nos periodicos do Scopus, seguida das bases CAPES e Scielo. As patentes foram apresentadas por ano de deposito, classificacao internacional e pais de deposito. Os artigos foram classificados pelo numero de publicacoes por base indexadas, idiomas de publicacao, principais paises e periodicos.
Neste trabalho modelou-se e simulou-se a dinâmica do leito de redução catalítica do NOX, chamado ... more Neste trabalho modelou-se e simulou-se a dinâmica do leito de redução catalítica do NOX, chamado leito RCS. Este leito constitui reatores de unidades de abatimento de emissões atmosféricas, como o do processo SNOX da Haldor Topsoe®, que é constituído por dois leitos catalíticos, o primeiro providencia a redução de NOX, e o segundo a oxidação do SO2. Como parte do estudo de modelagem e simulação do leito RCS técnicas de análise de sensibilidade global foram aplicadas determinando-se a influência de alguns parâmetros sobre a concentração de NO, NH3 e SO3, na saída do reator. Nesta análise verificou-se que os parâmetros de maior influência sobre as concentrações de NO e NH3 são o teor de NO na corrente de alimentação, o comprimento do canal monolítico e a razão molar NH3/NO. Entretanto, a concentração de SO3 é fortemente influenciada pela temperatura de alimentação do reator.
O leito fluidizado proporciona um excelente contato gás-sólido e elevadas taxas de transferência ... more O leito fluidizado proporciona um excelente contato gás-sólido e elevadas taxas de transferência de calor e massa. A fim de otimizar os processos nas últimas décadas, intensificaram-se o uso de técnicas computacionais como a Fluidodinâmica Computacional, CFD, que resolve as equações de conservação através da discretização, no método dos volumes finitos. Nas simulações foram utilizadas o pacote comercial ANSYS FLUENT 15.0 e sistema de simulação contendo ar e areia. O teste de Modelo foi realizado para identificar o modelo de turbulência mais adequado para as simulações (k-ε ou SST). A geometria foi construída em 2D e foi realizado um teste de malha, para verificar se a malha influenciava nos resultados. A interação entre as fases foi determinada pela equação…
The increasing availability of high performance and parallel computer environments has stimulated... more The increasing availability of high performance and parallel computer environments has stimulated depth studies of complex reactor systems in chemical engineering. Using computational fluid dynamics approach, better description and comprehension of the most important phenomena taking place in the system can be accomplished, resulting in more efficient reactor and process design. Fluidized bed is a relevant system in many applications in process industries. Fluidized bed combustors are important alternatives to conventional ones, due to the fact that they promote large contact area between gas and solids and intense gas mixing throughout the bed, leading to cleaner burning and less pollutants emission, because the relatively low operating temperatures and isothermal profiles. In this work, computational fluid dynamics simulation of a natural gas fed fluidized bed was carried out. The simulated reactor bed was composed by inert particles (sand) with 350 µm. A two-stage kinetics model for methane combustion was used. Natural gas, the cleanest fossil fuel, was used in the simulated fluidized bed combustor, minimizing pollutant emissions even more. Dynamic simulations were developed with disturbances imposed into process input variables. The behavior of the simulated combustor was analyzed, and then compared to experimental data from literature.
La principale motivation de ce travail est l'etude de l'application de la commande non li... more La principale motivation de ce travail est l'etude de l'application de la commande non lineaire geometrique a un reacteur biologique pour la production de Saccharomyces cerevisiae. Ce procede conduit en mode semi-continu possede un comportement extremement non lineaire. Pour l'application de la commande, un modele mathematique du procede est necessaire ; dans ce but, on utilise un modele physiologique pour la croissance de la levure. Le modele decrit les trois phases de production de la biomasse qui sont: la fermentation du glucose, la respiration de l'ethanol et la respiration du glucose. Le procede fonctionne d'abord en mode discontinu, en boucle ouverte, puis en mode semi-continu, en boucle fermee. Les deux techniques de commande non lineaire geometrique, la linearisation exacte entree/sortie et la linearisation exacte entree/etat, ont ete appliquees a la poursuite d'une trajectoire de reference. La sortie consideree est la concentration en glucose dans le...
Revista Principia - Divulgação Científica e Tecnológica do IFPB
This paper describes a dynamic mathematical model developed to simulate a diolefin reactor curren... more This paper describes a dynamic mathematical model developed to simulate a diolefin reactor currently used in an existing naphtha hydrotreating process. Diolefins polymerize at temperatures above 200°C, which is reached in a reactor of hydrotreatment of naphtha. Therefore, the diolefins must be removed before they reach the hydrotreating reactors. This hydrotreating unit has an essential role in modern refineries as it specifies the naphtha of different units, such as distillation and delayed coker. A mathematical model of a three-phase reactor was developed, and it was used to obtain the kinetics of the diolefin and olefin saturation reaction in a range of temperature of 180-200°C, and pressure of 3.5-4 MPa. The kinetic model was developed by the experimental data from a Brazilian refinery. The reactor model includes correlations for determining mass-transfer coefficients, kinetics reaction rates, and properties of the compounds under process conditions. The kinetic model predicted the temperature profile along the reactor length with a minor absolute error. The developed model offers reliable simulated results when compared to experimental data.
Um estimador baseado em redes neurais artificial (RNA) para a determinação da fração molar de vap... more Um estimador baseado em redes neurais artificial (RNA) para a determinação da fração molar de vapor de estireno nas correntes de topo e de fundo da coluna de destilação foi desenvolvido baseado em um modelo simplificado simulado via Aspen Plus. Através de parâmetros do processo, como, por exemplo, vazão de entrada de tolueno e metanol, temperatura, pressão, entre outras, pôde-se realizar uma configuração não linear empírica para treinamento da rede e determinação de parâmetros do estimador. Pretendeu-se complementar dados de medições com um sensor virtual, tipo RNA, para estimar mais variáveis do processo.
Mikele C. S. Sant’Anna*, Wenna R. Cruz, Gabriel F. Silva, Ricardo A Medronho and Sergio Lucena Un... more Mikele C. S. Sant’Anna*, Wenna R. Cruz, Gabriel F. Silva, Ricardo A Medronho and Sergio Lucena Universidade Federal de Sergipe; Av. Marechal Rondon, São Cristóvão, Brazil, 49100-000 Universidade Tiradentes Av. Murilo Dantas, 300Farolândia, Aracaju, Brazil, 49032-490 Universidade Federal do Rio de Janeiro Av. Athos da Silva Ramos, 149, Ilha do Fundão, Rio de Janeiro, Brasil, 21941-909. Universidade Federal de Pernambuco Av. Prof. Moraes Rego, 1235, Recife, Brasil, 50670-901 E: [email protected]
RESUMO-A unidade de coqueamento retardado é responsável por converter as frações pesadas do petró... more RESUMO-A unidade de coqueamento retardado é responsável por converter as frações pesadas do petróleo em produtos de maior valor agregado, especialmente, em diesel. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático para o forno industrial de craqueamento térmico utilizando um modelo cinético Singh, na caracterização da carga de alimentação por pseudocomponentes e lumps, e modelos para o forno que englobam os balanços de massa e energia, cálculos de propriedades e uso de correlações empíricas para o cálculo de holdup , perda de carga e equilíbrio termodinâmico.
Dates from Brazilian energy balance show that ethanol accounted about 4.7% of all energy consumed... more Dates from Brazilian energy balance show that ethanol accounted about 4.7% of all energy consumed in the country in 2011. An alternative for increasing the production of fuel and ensure the internal demand is the hydrolysis of lignocellulosic materials. Aim to contribute with the development of this process a virtual plant to produce ethanol by hydrolysis of sugarcane bagasse was built in this paper. The results were compared with those of a conventional mill, and they show that the integration of conventional process with the hydrolysis process increased the yield at 26% ethanol by volume. However this increase in the production also led to greater energy consumption for the plant.
Leitos fluidizados podem ser utilizados em inúmeros processos industriais, dentro dos quais, dest... more Leitos fluidizados podem ser utilizados em inúmeros processos industriais, dentro dos quais, destaca-se a gaseificação de biomassa. Estes equipamentos promovem um maior contato sólido-gás. Compreender a hidrodinâmica nestes sistemas é importante para otimizar o processo de gaseificação. Neste trabalho, foram empregados resultados experimentais da literatura na validação do modelo computacional utilizado na simulação do leito fluidizado, usando uma geometria 2D. Após a validação, foi possível aplicar as mesmas condições para o equipamento real (mantendo-se a simplificação 2D). Como resultados, foram obtidos valores para queda de pressão e expansão do leito, bem como os perfis longitudinais de fração volumétrica e pressão. Os erros relativos entre as simulações realizadas e os dados experimentais foram inferiores a 5,0 % durante a fluidização borbulhante. Na comparação entre duas geometrias distintas, os erros relativos máximos para os parâmetros fluidodinâmicos: queda de pressão, alt...
Resumo O crescimento econômico brasileiro exige cada vez mais energia e, portanto, uma maior nece... more Resumo O crescimento econômico brasileiro exige cada vez mais energia e, portanto, uma maior necessidade de combustível, no entanto, o uso de combustíveis fósseis aumenta os níveis de poluição devido à emissão de gases gerados na sua queima. Esses fatores estimulam o uso de fontes alternativas de energia, como os biocombustíveis, no qual o etanol tem um papel central para a sua utilização como combustível para automóveis. A produção de bioetanol a partir de cana-de-açúcar está aumentando, e para ser capaz de atender à crescente demanda de forma sustentável é necessário desenvolver tecnologias inovadoras para o aumento da produção de etanol, como a produção de etanol por hidrólise do bagaço chamado etanol de segunda geração. Palavras-chave: hidrólise do bagaço, combustível, bioetanol.
A gaseificacao e o processo termoquimico que converte insumos solidos, liquidos ou gaosos em gase... more A gaseificacao e o processo termoquimico que converte insumos solidos, liquidos ou gaosos em gases com caracteristicas basicamente combustiveis, atraves de sua oxidacao parcial a temperaturas intermediarias. Para este processo diversos tipos de metodologias e equipamentos foram desenvolvidos nos ultimos anos, tendo em vista o destaque que as energias alternativas ganharam para as proximas decadas, em substituicao aos combustiveis fosseis. Para a realizacao da busca de patentes utilizou-se a base da World Intellectual Property Organization (WIPO), do Banco de dados do Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI) e do European Patent Office (Espacenet). Para o monitoramento de publicacoes literarias utilizou-se as colecoes indexadas do portal dos periodicos da CAPES e as bases indexadas do Scopus e Scielo. Como resultados, a base de patentes que apresentou maiores percentuais de registros foi Espacenet, seguido por WIPO e por ultimo INPI. O maior quantitativo de publicacoes literarias encontram-se nos periodicos do Scopus, seguida das bases CAPES e Scielo. As patentes foram apresentadas por ano de deposito, classificacao internacional e pais de deposito. Os artigos foram classificados pelo numero de publicacoes por base indexadas, idiomas de publicacao, principais paises e periodicos.
Neste trabalho modelou-se e simulou-se a dinâmica do leito de redução catalítica do NOX, chamado ... more Neste trabalho modelou-se e simulou-se a dinâmica do leito de redução catalítica do NOX, chamado leito RCS. Este leito constitui reatores de unidades de abatimento de emissões atmosféricas, como o do processo SNOX da Haldor Topsoe®, que é constituído por dois leitos catalíticos, o primeiro providencia a redução de NOX, e o segundo a oxidação do SO2. Como parte do estudo de modelagem e simulação do leito RCS técnicas de análise de sensibilidade global foram aplicadas determinando-se a influência de alguns parâmetros sobre a concentração de NO, NH3 e SO3, na saída do reator. Nesta análise verificou-se que os parâmetros de maior influência sobre as concentrações de NO e NH3 são o teor de NO na corrente de alimentação, o comprimento do canal monolítico e a razão molar NH3/NO. Entretanto, a concentração de SO3 é fortemente influenciada pela temperatura de alimentação do reator.
O leito fluidizado proporciona um excelente contato gás-sólido e elevadas taxas de transferência ... more O leito fluidizado proporciona um excelente contato gás-sólido e elevadas taxas de transferência de calor e massa. A fim de otimizar os processos nas últimas décadas, intensificaram-se o uso de técnicas computacionais como a Fluidodinâmica Computacional, CFD, que resolve as equações de conservação através da discretização, no método dos volumes finitos. Nas simulações foram utilizadas o pacote comercial ANSYS FLUENT 15.0 e sistema de simulação contendo ar e areia. O teste de Modelo foi realizado para identificar o modelo de turbulência mais adequado para as simulações (k-ε ou SST). A geometria foi construída em 2D e foi realizado um teste de malha, para verificar se a malha influenciava nos resultados. A interação entre as fases foi determinada pela equação…
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