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OTIMIZAÇÃO MULTIOBJETIVO DE UM FLASH REATIVO Guilherme Augusto de Almeida Gonçalves Setembro/ 2012 COPPE – UFRJ – PROGRAMA DE ENGENHARIA QUÍMICA COQ 897.

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1 OTIMIZAÇÃO MULTIOBJETIVO DE UM FLASH REATIVO Guilherme Augusto de Almeida Gonçalves Setembro/ 2012 COPPE – UFRJ – PROGRAMA DE ENGENHARIA QUÍMICA COQ 897 – OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS

2 Objetivo Calcular em tempo real os setpoints para a simulação de um flash reativo de maneira a maximizar a produção e a conversão

3 O problema

4 Modelo e Objetivos

5 Função Objetivo

6 Estratégia de otimização Dados da simulação fornecidos a camada de otimização Calculo dos setpoints para pela rotina fmincon (MATLAB)® Simulação com os novos setpoints utilizando a rotina DASSLC

7 Arquitetura montada

8 Construção do gráfico de Pareto

9 Partida do reator com os parâmetros padrão VariávelValor ótimo Vazão metanol 533 kmol/h Temperatura358 K Refluxo0.5

10 Acionamento do Otimizador Setpoints calculados pelo Otimizador VariávelValor ótimo Vazão metanol kmol/h Temperatura K Refluxo9,9

11 Perturbação na corrente C4

12 Acionamento do Otimizador Mínimo local ruim: Solução: VariávelValor ótimo Vazão metanol kmol/h Temperatura349 K Refluxo0.8313

13 Busca de um novo ótimo VariávelValor ótimo Vazão metanol kmol/h Temperatura K Refluxo8.0654

14 Conclusões O método de otimização em tempo real pode melhorar muito a operação do reator O conhecimento do gráfico de Pareto pode fornecer detalhes para uma operação mais satisfatória A formulação do problema e o algoritmo de otimização devem ser robustos, para não colocar a planta em um ponto ruim de operação

15 Referências Otimização [1] Nikacevic, N.M., Huesman, E.M.A., Van den Hof, P.M.J., Stankiewicz A. I. (2012) Opportunities and challenges for process control in process intensification. Chemical Engineering and processing: Process intensification [2] Tatjewski, P. (2007) Advanced Control of Industrial Processes: structures and algorithms. London, Springer-Verlag. [3] Secchi, A.R. (2007) DASSLC Users Manual version 3.2. GIMSCOP, Porto Alegre, Brasil [4] Svandova, Z., Kotora M., Jelemensky L.(2006), Dynamic Behaviour of a CSTR with reactive distillation. Chemical Engineering Journal [5] Taylor R. Krishna R.(2000) Modelling reactive distillation. Chemical Engineering Science [6] Rehfinger A., K. Ulrich, H. (1989) Kinetics of MTBE phase synthesis catalyzed by ion exchange resin I- intrinsic rate expression in liquid phase activities. Chemical Engineering Science 45 – [7] MATLAB (2011) Optimization Toolbox Users Guide.

16 Referências Modelagem e Simulação Taylor R. Krishna R.2000 Modelling reactive distillation. Chemical Engineering Science Schrans S., Wolf S., Baur R.1996 Dynamic simulation of reactive distillation an MTBE case study. Computers and Chemical Engineering. 20 – Sneesby M. G., Tadé M. O., Smith T. N.,1997 Steady state transitions in the ractive distillation of MTBE. Computers and Chemical Engineering. 22 – Prauznitz J. M., Reid R. C., B. E. Poling The properties of gases and liquids. 4 ed. New York, McGrawl-Hill. Smith J.M., Van Ness H. C., Abbot M. M., 2005 Introdução a Termodinâmica da Engenharia Química. 7 ed. Rio de Janeiro, LTC. Green, Don W.; Perry, Robert H Perry's Chemical Engineers' Handbook 8 Ed,New York, McGraw-Hill. Yaws, Carl L; Narasimhan, Prasad, K.; Gabbula, Chaitanya Yaws' Handbook of Antoine Coefficients for Vapor Pressure (2nd Electronic Edition). Secchi, A.R. Simulação Dinâmica de Processos químicos pelo método da relaxação em forma de onda em computadores paralelos Tese de doutorado. COPPE/UFRJ. R.C. Vieira, E.C. Biscaia Direct methods for consistent initialization of DAE systems. Computers and Chemical Engineering Asher U.M, Petzold L.R., (1997) Computer Methods for Ordinary Differential Equations and Differential-Algebraic Equations. L. R. Petzold (1989). Recent Developments in the numerical solution of differential algebraic systems. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. L.R. Petzold (1982). A Description of DASSL: A Differential/Algebraic System Solver. Sandia National Laboratories, Livermore CA. Gonçalves F.M., Castier M., Araújo (2007) O.Q.F. Dynamic Simulation of Flash Drums Using Rigorous Physical Property Calculations, Braz. J. Chem. Eng. 24, 277. Lima E.R.A., Castier, M., Biscaia Jr. E.C. (2008) Differential-Algebraic Approach to Dynamic Simulations of Flash Drums with Rigorous Evaluation of Physical Properties Secchi, A.R. Simulação Dinâmica de Processos químicos pelo método da relaxação em forma de onda em computadores paralelos. Tese de doutorado. COPPE/UFRJ. L.R. Petzold (1982) DAE are not odes. SIAM Journal of Sci. Stat. Comput – 384.


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