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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22087
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Optimal design of sieve trays in distillation columns |
Título(s) alternativo(s): | Projeto óptico de pratos perfurados em colunas de destilação |
Autor: | Souza, Aline Rayboltt da Cruz ![]() |
Primeiro orientador: | Costa, André Luiz Hemerly |
Primeiro coorientador: | Bagajewicz, Miguel Jorge |
Primeiro membro da banca: | Fernandes, Heloísa Lajas Sanches |
Segundo membro da banca: | Ahón, Víctor Rolando Ruiz |
Terceiro membro da banca: | Alberton, André Luís |
Resumo: | A abordagem tradicional do projeto de colunas de destilação é o procedimento heurístico, baseado no método de tentativa e erro. Nas últimas décadas, a literatura apresenta diversos trabalhos de otimização de colunas de destilação integrados, em sua maioria, a um simulador comercial. Entretanto, nestes trabalhos somente há a preocupação do dimensionamento do diâmetro e altura da coluna, que fazem parte do custo total da coluna, as outras variáveis importantes para a funcionalidade da coluna não são dimensionadas. Neste contexto, o presente trabalho apresenta a otimização do projeto ótimo de pratos de colunas de destilação usando duas técnicas diferentes: programação não linear inteira mista e Set Trimming. Além disso, se propõe a aperfeiçoar os parâmetros das correlações de inundação e arraste da literatura, a fim de melhorar a acurácia da formulação do projeto. O objetivo desta otimização é dimensionar todas as variáveis geométricas do prato, respeitando as restrições hidráulicas do mesmo (inundação, arraste, gotejamento e downcomer backup). Duas possíveis funções objetivas são testadas, a minimização do custo da coluna e a minimização da massa da coluna. A abordagem proposta é aplicada em um exemplo da literatura, o resultado ótimo obtido através da programação matemática e Set Trimming são comparados com o resultado obtido pelo procedimento heurístico (retirado da literatura e descrito no texto) e as diferentes técnicas são comparadas entre si. A comparação indica que ambas as técnicas apresentam resultados melhores que o procedimento heurístico, porém o Set Trimming é mais robusto que a programação matemática. Na estimação dos parâmetros das correlações utilizou-se programação matemática. Os novos parâmetros são aplicados em três exemplos de projetos de colunas da literatura e comparados com as correlações já existentes. Os resultados obtidos apresentaram uma redução significativa no erro médio e máximo das correlações em relação aos dados originais. |
Abstract: | The traditional approach to distillation column design is the heuristic procedure, based on the trial-and-error method. In recent decades, the literature presents several works on the optimization of distillation columns, mostly integrated with a commercial simulator. However, these works are only concerned with the sizing of the diameter and height of the column, which are part of the total cost of the column; the other important variables for the functionality of the column are not measured. In this context, this work presents the optimization of the optimal design of distillation column trays using two different techniques: mixed integer nonlinear programming and Set Trimming. In addition, it is proposed to refine the parameters of the flooding and entrainment correlations in the literature in order to improve the accuracy of the design formulation. The objective of this optimization is to size all the geometric variables of the tray while respecting its hydraulic constraints (flooding, entrainment, weeping, and downcomer backup). Two possible objective functions are tested, the column cost minimization and the column mass minimization. The proposed approach is applied to an example from the literature, the optimal result obtained by mathematical programming and Set Trimming are compared with the result obtained by the heuristic procedure (taken from the literature and described in the text), and the different techniques are compared with each other. Mathematical programming was used to estimate the parameters of the correlations. The new parameters are applied to three example column designs from the literature and compared with preexisting correlations. The results obtained showed a significant reduction in the mean and maximum error of the correlations compared to the original data. |
Palavras-chave: | Engenharia química Engenharia de processos Destilação Otimização Projeto Estimação de parâmetros Set Trimming Distillation Optimization Design Parameter estimation |
Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA |
Idioma: | eng |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
Citação: | SOUZA, Aline Rayboltt da Cruz. Optimal design of sieve trays in distillation columns. 2022. 164 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22087 |
Data de defesa: | 4-Nov-2022 |
Aparece nas coleções: | Doutorado em Engenharia Química |
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Tese - Aline Rayboltt da Cruz Souza - 2022 - Completa.pdf | 6,41 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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