Construção de procedimento de inicialização para simulação de colunas de destilação em simulador de processos orientado a equações

• Processo: 24/05814-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2025
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Felipe Fernando Furlan
• Beneficiário: Breno Henrique Ferreira Batista
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Colunas de destilação Modelos matemáticos Simulação de processos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Colunas de Destilação | modelagem matematica | simulação de processos | Simuladores orientados a equações | Engenharia de Sistemas em Processos

Resumo

A destilação é uma das principais operações unitárias da indústria química, apesar de apresentar alto consumo energético. Por causa disso, a otimização do projeto e operação das colunas de destilação é essencial para a eficiência energética das plantas. Para isso, são necessários modelos que descrevam de forma acurada o comportamento destes equipamentos. Os modelos gerais da operação em estado estacionário são amplamente aplicados para descrever esta operação unitária nos principais simuladores de processos. Porém, realizar a simulação rigorosa de uma coluna de destilação não é uma tarefa computacionalmente fácil uma vez que demanda a resolução de um sistema complexo de equações não-lineares. A resolução desses modelos é particularmente complexa para simuladores orientados a equações, nos quais todas as equações são resolvidas simultaneamente, impedindo a utilização de procedimentos de cálculo numérico específicos para a resolução do sistema. Nesses simuladores, a convergência do sistema de equações está intimamente ligada à correta inicialiazação das variáveis, fornecendo valores iniciais próximos à solução. Tal inicialização é complexa devido ao elevado número de variáveis e à falta de conhecimento da solução do sistema. Uma abordagem possível é utilizar modelos simplificados do sistema de equações, que são de fácil resolução, para fornecer valores iniciais para as variáveis de forma automática. Diferentes simplificações e ordens de resolução desses modelos simplificados são possíveis. Nesse sentido, o presente projeto busca estudar a implementação de métodos para a inicialização e convergência do sistema utilizando um simulador orientado a equações, o EMSO. Uma vez implementado um modelo genérico contendo diversos tipos de modelos simplificados, será investigada a ordem e tipos de modelos simplificados que conferem maior robustez e eficiência na resolução do sistema de equações. Os resultados desse procedimento proposto serão comparados aos do simulador de processos ASPEN, amplamente utilizado para simulação de processos químicos industriais.