Cristalização assistida por destilação por membranas aplicada ao reuso de água: comparação com outros métodos de reuso, análise do processo e projeto hierárquico de processo.

No presente trabalho foram avaliados processos alternativos de dessalinização visando a recuperação e reuso da água contida em salmouras concentradas, sendo o processo de cristalização assistida por destilação por membranas (MDC) investigado com profundidade. Foi desenvolvido um modelo diferencial para o processo de destilação por membranas por contato direto (DCMD), contemplando métodos termodinâmicos rigorosos para sistemas aquosos de eletrólitos fortes, bem como mecanismos de transferência de calor e massa e efeitos de polarização de temperatura e concentração característicos deste processo de separação. Com base em simulações realizadas a partir do modelo matemático assim desenvolvido, foram investigados os principais parâmetros que influenciam o projeto de um módulo de membranas para DCMD. O modelo foi posteriormente estendido com equações de balanço de massa e energia adicionais para incluir a operação de cristalização e desta forma representar o processo de MDC. De posse dos resultados das simulações e do modelo estendido, foi desenvolvido um método hierárquico para o projeto de processos de MDC, com o objetivo de conferir características de rastreabilidade e repetibilidade a esta atividade. Ainda a partir do modelo MDC foram discutidos aspectos importantes em MDC como a possibilidade de nucleação e crescimento de cristais sobre a superfície das membranas, bem como o comportamento do processo com sais com diferentes características de solubilidade e largura da zona metaestável. Verificou-se que para sais cuja solubilidade varia muito pouco com a temperatura e que possuem zona metaestável com pequena largura, caso do NaCl, a operação com resfriamento no cristalizador não é viável pois aumenta excessivamente o consumo energético do processo, sendo nesses casos preferível a operação \"isotérmica\" - sem resfriamento no cristalizador - e o convívio com a possibilidade de nucleação no interior do módulo. No extremo oposto, observou-se que para sais com grande variabilidade da solubilidade com a temperatura, um pequeno resfriamento no cristalizador é suficiente para garantir condições de subsaturação no interior do módulo, sem grande ônus energético para o processo. No caso de sais com pequena variabilidade da solubilidade com a temperatura, mas com largura da zona metaestável elevada, existe certo ônus energético para a operação com resfriamento do cristalizador, porém não tão acentuado como no caso de sais com zona metaestável estreita. Foi proposto um fluxograma alternativo para o processo de MDC, onde foi introduzido um circuito de pré-concentração da alimentação antes do circuito de cristalização, para o caso de alimentação com soluções muito diluídas. Este esquema proporcionou um aumento do fluxo permeado global do processo e consequentemente uma redução na área total de membrana requerida. Verificou-se que através do processo com préconcentração da alimentação de 5% até 10% em massa - no caso de dessalinização de uma solução de NaCl - foi possível reduzir-se a área total da membrana em 27,1% e o consumo energético específico do processo em 10,6%, quando comparado ao processo sem pré-concentração. Foram desenvolvidas ferramentas úteis para o projeto de processos de dessalinização por MDC em escala industrial.

Aplicação e avaliação de desempenho de um sistema de otimização em tempo real em uma unidade de produção de propeno.

Com o objetivo de aumentar o lucro de plantas químicas, a Otimização em Tempo Real (RTO) é uma ferramenta que busca determinar as condições ótimas operacionais do processo em estado estacionário, respeitando as restrições operacionais estabelecidas. Neste trabalho foi realizada a implementação prática de um ciclo RTO em um processo de destilação por recompressão de vapor (VRD), propileno-propano, da Refinaria de Paulínia (Petrobras S.A.), a partir de dados históricos da planta. Foram consideradas as principais etapas de um ciclo clássico de RTO: identificação de estado estacionário, reconciliação de dados, estimação de parâmetros e otimização econômica. Essa unidade foi modelada, simulada e otimizada em EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization), um simulador de processos orientado a equações desenvolvido no Brasil. Foram analisados e comparados dois métodos de identificação de estado estacionário, um baseado no teste estatístico F e outro baseado em wavelets. Ambos os métodos tiveram resultados semelhantes e mostraram-se capazes de identificar os estados estacionários de forma satisfatória, embora seja necessário o ajuste de parâmetros na sua implementação. Foram identificados alguns pontos estacionários para serem submetidos ao ciclo RTO e foi possível verificar a importância de partir de um estado estacionário para a continuidade do ciclo, já que essa é uma premissa do método. A partir dos pontos analisados, os resultados deste estudo mostram que o RTO é capaz de aumentar o ganho econômico entre 2,5-24%, dependendo das condições iniciais consideradas, o que pode representar ganhos de até 18 milhões de dólares por ano. Além disso, para essa unidade, verificou-se que o compressor é um equipamento limitante no aumento de ganho econômico do processo.

Estudo de sistema de absorção de 1,3-butadieno em NMP.

O propósito deste trabalho foi o desenvolvimento de um procedimento simulador de processo reproduzindo a etapa de destilação extrativa de uma unidade de extração de butadieno a partir de uma corrente de hidrocarbonetos na faixa de quatro átomos de carbono, através da adição do solvente n-metil-2- pirrolidona (NMP). Os resultados obtidos foram comparados e validados com dados de processo obtidos por uma unidade industrial de extração de butadieno. O aprofundamento nos conceitos do processo de separação através de uma ferramenta em simulador de processo capaz de predizer condições de operação permitiu avaliações de aumento de capacidade. A capacidade dos elementos internos dos equipamentos envolvidos na separação pode ser avaliada e a identificação do ponto inicial de engargalamento da unidade foi possível. O procedimento proposto também permite reduzir incertezas para identificação de novos pontos de engargalamento a partir de uma nova configuração dos elementos internos identificados como ineficientes com a elevação de carga processada.

Real time optimization in chemical process: evaluation of strategies, improvements and industrial application.

The increasing economic competition drives the industry to implement tools that improve their processes efficiencies. The process automation is one of these tools, and the Real Time Optimization (RTO) is an automation methodology that considers economic aspects to update the process control in accordance with market prices and disturbances. Basically, RTO uses a steady-state phenomenological model to predict the process behavior, and then, optimizes an economic objective function subject to this model. Although largely implemented in industry, there is not a general agreement about the benefits of implementing RTO due to some limitations discussed in the present work: structural plant/model mismatch, identifiability issues and low frequency of set points update. Some alternative RTO approaches have been proposed in literature to handle the problem of structural plant/model mismatch. However, there is not a sensible comparison evaluating the scope and limitations of these RTO approaches under different aspects. For this reason, the classical two-step method is compared to more recently derivative-based methods (Modifier Adaptation, Integrated System Optimization and Parameter estimation, and Sufficient Conditions of Feasibility and Optimality) using a Monte Carlo methodology. The results of this comparison show that the classical RTO method is consistent, providing a model flexible enough to represent the process topology, a parameter estimation method appropriate to handle measurement noise characteristics and a method to improve the sample information quality. At each iteration, the RTO methodology updates some key parameter of the model, where it is possible to observe identifiability issues caused by lack of measurements and measurement noise, resulting in bad prediction ability. Therefore, four different parameter estimation approaches (Rotational Discrimination, Automatic Selection and Parameter estimation, Reparametrization via Differential Geometry and classical nonlinear Least Square) are evaluated with respect to their prediction accuracy, robustness and speed. The results show that the Rotational Discrimination method is the most suitable to be implemented in a RTO framework, since it requires less a priori information, it is simple to be implemented and avoid the overfitting caused by the Least Square method. The third RTO drawback discussed in the present thesis is the low frequency of set points update, this problem increases the period in which the process operates at suboptimum conditions. An alternative to handle this problem is proposed in this thesis, by integrating the classic RTO and Self-Optimizing control (SOC) using a new Model Predictive Control strategy. The new approach demonstrates that it is possible to reduce the problem of low frequency of set points updates, improving the economic performance. Finally, the practical aspects of the RTO implementation are carried out in an industrial case study, a Vapor Recompression Distillation (VRD) process located in Paulínea refinery from Petrobras. The conclusions of this study suggest that the model parameters are successfully estimated by the Rotational Discrimination method; the RTO is able to improve the process profit in about 3%, equivalent to 2 million dollars per year; and the integration of SOC and RTO may be an interesting control alternative for the VRD process.

Review and extension of the McCabe-Thiele method covering multiple feeds, products and heat transfer stages

The McCabe-Thiele method is a classical approximate graphical method for the conceptual design of binary distillation columns which is still widely used, mainly for didactical purposes, though it is also valuable for quick preliminary calculations. Nevertheless, no complete description of the method has been found and situations such as different thermal feed conditions, multiple feeds, possibilities to extract by-products or to add or remove heat, are not always considered. In the present work we provide a systematic analysis of such situations by developing the generalized equations for: a) the operating lines (OL) of each sector, and b) the changeover line that provides the connection between two consecutive trays of the corresponding sectors separated by a lateral stream of feed, product, or a heat removal or addition.

Some examples of modeling in chemical engineering: thermal treatment of polymers, phase equilibrium calculations and process design

Presentation submitted to PSE Seminar, Chemical Engineering Department, Center for Advanced Process Design-making (CAPD), Carnegie Mellon University, Pittsburgh (USA), October 2012.

Identification of yeast genes that confer resistance to chitosan oligosaccharide (COS) using chemogenomics

Background: Chitosan oligosaccharide (COS), a deacetylated derivative of chitin, is an abundant, and renewable natural polymer. COS has higher antimicrobial properties than chitosan and is presumed to act by disrupting/permeabilizing the cell membranes of bacteria, yeast and fungi. COS is relatively non-toxic to mammals. By identifying the molecular and genetic targets of COS, we hope to gain a better understanding of the antifungal mode of action of COS. Results: Three different chemogenomic fitness assays, haploinsufficiency (HIP), homozygous deletion (HOP), and multicopy suppression (MSP) profiling were combined with a transcriptomic analysis to gain insight in to the mode of action and mechanisms of resistance to chitosan oligosaccharides. The fitness assays identified 39 yeast deletion strains sensitive to COS and 21 suppressors of COS sensitivity. The genes identified are involved in processes such as RNA biology (transcription, translation and regulatory mechanisms), membrane functions (e.g. signalling, transport and targeting), membrane structural components, cell division, and proteasome processes. The transcriptomes of control wild type and 5 suppressor strains overexpressing ARL1, BCK2, ERG24, MSG5, or RBA50, were analyzed in the presence and absence of COS. Some of the up-regulated transcripts in the suppressor overexpressing strains exposed to COS included genes involved in transcription, cell cycle, stress response and the Ras signal transduction pathway. Down-regulated transcripts included those encoding protein folding components and respiratory chain proteins. The COS-induced transcriptional response is distinct from previously described environmental stress responses (i.e. thermal, salt, osmotic and oxidative stress) and pre-treatment with these well characterized environmental stressors provided little or any resistance to COS. Conclusions: Overexpression of the ARL1 gene, a member of the Ras superfamily that regulates membrane trafficking, provides protection against COS-induced cell membrane permeability and damage. We found that the ARL1 COS-resistant over-expression strain was as sensitive to Amphotericin B, Fluconazole and Terbinafine as the wild type cells and that when COS and Fluconazole are used in combination they act in a synergistic fashion. The gene targets of COS identified in this study indicate that COS’s mechanism of action is different from other commonly studied fungicides that target membranes, suggesting that COS may be an effective fungicide for drug-resistant fungal pathogens.

Graphical Representation of the Changes of Sector for Particular Cases in the Ponchon Savarit Method

A graphical and systematic analysis of particular cases where the compositions of the streams developed in the rectification column coincide with one of the vapor (yGFk) or liquid (xGFk) portions generated from the GFk can be found in this material (i.e.: yGFk=yk+1,1 or xGFk=xk,NTk).

Gibbs Energy of Mixing Function: Topological Analysis in Azeotropic Systems

ESAT 2014. 27th European Symposium on Applied Thermodynamics, Eindhoven University of Technology, July 6-9, 2014.

Optimization of Chemical Processes Using Surrogate Models Based on a Kriging Interpolation

Superstructure approaches are the solution to the difficult problem which involves the rigorous economic design of a distillation column. These methods require complex initialization procedures and they are hard to solve. For this reason, these methods have not been extensively used. In this work, we present a methodology for the rigorous optimization of chemical processes implemented on a commercial simulator using surrogate models based on a kriging interpolation. Several examples were studied, but in this paper, we perform the optimization of a superstructure for a non-sharp separation to show the efficiency and effectiveness of the method. Noteworthy that it is possible to get surrogate models accurate enough with up to seven degrees of freedom.

The complete confectioner, or, Housekeeper's guide to a simple and speedy method of understanding the whole art of confectionary : the various ways of preserving and candying, dry and liquid, all kinds of fruit, nuts, flowers, herbs, &c. And the method of keeping them fresh and fine all the year round; the different ways of clarifying sugar; with directions for making fruit pastes, bomboons, pastils, compotes, fruit ices, cream ices, marmalades, jellies, jams, cakes, puffs, biscuits, tarts, custards, cheesecakes, sweetmeats, fritters, creams, syllabubs, blanc-mange, flummeries, ornaments for grand entertainments, dragees, syrups of all kinds, nicknacks and trifles for desserts, strong cordials, oils, simple waters, milk punch that will keep 20 years, and all sorts of English wines. Also, the art of making artificial fruit, with the stalks in it, so as to resemble the natural fruit. To which are added, some bills of fare for desserts for private families /

Originally published under title: The compleat confectioner. Cf. Bitting, K.G. Gastronomic bib., p. 190.

Mackenzie's ten thousand receipts : in all the useful and domestic arts : constituting a complete and practical library.

Includes index.

Pyrolytic oils : characterization and data development for continuous processing /

Mode of access: Internet.

British manufactures.

[Vols. 4-6] are called "Series IV-VI."

Rapid determination of aluminum in plutonium peroxide cake /

A carrier distillation spectrochemical method has been successfully adapted to direct reading spectrometry. Direct reading techniques have been developed for the rapid analyses of aluminum in plutonium peroxide to demonstrate the capability of direct reading for process impurity control.