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

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

O problema  

Modelo e Objetivos  

Função Objetivo  

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

Arquitetura montada

Construção do gráfico de Pareto  

Partida do reator com os parâmetros padrão Variável Valor ótimo Vazão metanol 533 kmol/h Temperatura 358 K Refluxo 0.5

Acionamento do Otimizador Setpoints calculados pelo Otimizador Variável Valor ótimo Vazão metanol 348.218 kmol/h Temperatura 354.91 K Refluxo 9,9

Perturbação na corrente C4

Acionamento do Otimizador Mínimo local ruim: Solução: Variável Valor ótimo Vazão metanol 65.045 kmol/h Temperatura 349 K Refluxo 0.8313

Busca de um novo ótimo Variável Valor ótimo Vazão metanol   Variável Valor ótimo Vazão metanol 230.274 kmol/h Temperatura 352.16 K Refluxo 8.0654

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

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. 52. 1-15. [2] Tatjewski, P. (2007) Advanced Control of Industrial Processes: structures and algorithms. London, Springer-Verlag. [3] Secchi, A.R. (2007) DASSLC User’s 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. 119 - 113-120 [5] Taylor R. Krishna R.(2000) Modelling reactive distillation. Chemical Engineering Science. 55. 5183 -5229. [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 – 6 .1605-1617 [7] MATLAB (2011) Optimization Toolbox™ User’s Guide.

Referências Modelagem e Simulação Taylor R. Krishna R.2000 Modelling reactive distillation. Chemical Engineering Science. 55. 5183 -5229. Schrans S., Wolf S., Baur R.1996 Dynamic simulation of reactive distillation an MTBE case study. Computers and Chemical Engineering. 20 – 1619- 1624. Sneesby M. G., Tadé M. O., Smith T. N.,1997 Steady state transitions in the ractive distillation of MTBE. Computers and Chemical Engineering. 22 – 879-892. Prauznitz J. M., Reid R. C., B. E. Poling. 1987 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. 2008. Perry's Chemical Engineers' Handbook 8 Ed,New York, McGraw-Hill. Yaws, Carl L; Narasimhan, Prasad, K.; Gabbula, Chaitanya 2009. 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 1992. Tese de doutorado. COPPE/UFRJ. R.C. Vieira, E.C. Biscaia. 2001 Direct methods for consistent initialization of DAE systems. Computers and Chemical Engineering. 25. 1299-1311. 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. 3. 367 – 384.