O principal objetivo do trabalho foi o desenvolvimento de um modelo matemático de um pasteurizador a placas visando a determinação da distribuição de temperatura e de letalidade ao longo dos canais do trocador de calor em todas as suas seções, nas conexões tubulares e no tubo de retenção para a avaliação do decaimento logarítmico da concentração de um microorganismo alvo ou da atividade de uma enzima alvo em um processo de pasteurização contínua. A modelagem matemática foi composta pelo balanço diferencial de energia e letalidade nos canais do trocador, no tubo de retenção e nas suas conexões, levando em conta a perda de calor para o ambiente nos tubos. O modelo construído apresentou um conjunto de equações diferenciais ordinárias de primeira ordem e sua resolução foi feita pelo método das diferenças finitas usando o software gPROMS. Um estudo de caso foi analisado e a modelagem descreveu de forma coerente o processo térmico e a letalidade e futuramente ela poderá ser utilizada para a otimização do processo de pasteurização em trocadores de calor a placas, visando a obtenção de produtos seguros e de alta qualidade. A verificação do processo de pasteurização que o modelo desenvolvido contempla foi realizada a partir da validação experimental utilizando um integrador tempo-temperatura e ensaios laboratoriais com indicador enzimático (fosfatase alcalina em tampão fosfato)...

A pasteurização é um processo térmico para inativar micro-organismos patogênicos e deterioradores em alimentos líquidos. O controle do processo é fundamental para a manutenção da temperatura de pasteurização, de forma que a modelagem dinâmica se torna útil no desenvolvimento, nos testes de controladores e nos procedimentos de operação. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e a validação experimental da modelagem dinâmica de um pasteurizador a placas com três seções de troca térmica para estudar sua operação em regime transiente. A modelagem consiste em balanços diferenciais de energia entre canais e placas do trocador, perda de calor para o ambiente do tubo de retenção e conexões e as respectivas condições iniciais e de contorno. Os coeficientes de troca térmica do equipamento foram determinados experimentalmente. Na simulação foram adotados métodos de diferenças finitas e a resolução matemática foi realizada através do software gPROMS. O modelo foi aplicado para representar o comportamento de um pasteurizador a placas de escala laboratorial (Armfield FT43A), operando em duas condições: sem e com a influência da incrustação na seção de aquecimento do trocador. Para a validação do modelo foram realizados ensaios experimentais da partida e de perturbação das vazões de alimentação do processo. Foram inseridos termopares em diversos pontos do equipamento e as temperaturas foram registradas com um sistema de aquisição de dados. Para estudar a influência da incrustação na pasteurização...

O presente trabalho é parte integrante de um projeto multidisciplinar cujo objetivo é construir uma ferramenta computacional capaz de simular a operação de uma Usina Termoelétrica tratando, especificamente, da câmara de reação (local da caldeira onde se desenvolve a queima do combustível). Foi desenvolvido um modelo matemático dinâmico, pseudo-homogêneo, unidimensional e, com propriedades físicas variáveis, com o objetivo de descrever a conversão do calor gerado pela combust em energia térmica, que está baseado em balanços de massa e energia. Este modelo foi implementado no simulador gPROMS e seus parâmetros foram estimados utilizando o módulo gEST deste software (método da máxima verossimilhança), com base em dados de operação da Usina e dados cinéticos de literatura. Para a simulação dinâmica da câmara de reação foi utilizado um método de integração implícita de passos múltiplos com ordem e passo variáveis. A câmara de combustão foi dividida em três zonas, sendo realizados, em cada zona, os balanços de massa e energia, adotando-se a hipótese de mistura perfeita. O modelo desenvolvido prevê o perfil de temperatura ao longo da câmara, as correntes de saída e a composição dos gases de combustão em cada zona; incluindo uma previsão aproximada da concentração dos poluentes formados...

Processos de polimerização de polietileno linear de baixa densidade em fase gás normalmente removem monômeros e outros hidrocarbonetos dissolvidos do polímero formado através de um sistema de stripping com nitrogênio ou vapor. A remoção é necessária para reduzir as perdas com monômero, assegurar baixos teores de componentes voláteis no polímero final exigidos pela legislação ambiental e reduzir riscos de explosão em silos e embalagens. Para construir uma metodologia de modelagem destes equipamentos especiais, os fenômenos de solubilidade e equilíbrio polímero-hidrocarboneto, bem como da difusividade multicomponente para polímeros são revistos e acoplados em um sistema de equações de transferência de massa e energia para um sistema de leito descendente com nitrogênio ou vapor em contracorrente. As equações diferenciais parciais para o modelo de leito descendente construído com as considerações acima são resolvidas através de diferenças finitas para as coordenadas axiais e por colocação ortogonal pelo método de elementos finitos para a coordenada radial utilizando o software gPROMS. Os resultados do modelamento são comparados com dados de equipamentos industriais utilizando nitrogênio e vapor. Para ajustar as condições industriais com o modelo proposto...

Um processo de adsorção por modulação de pressão para a obtenção dos diferentes componentes do ar: azoto, árgon e oxigénio é abordado neste trabalho. Começa-se por revisar o processo/tecnologia pioneiros na produção dos diferentes componentes do ar (destilação criogénica), abordando processos alternativos, desenvolvidos nas últimas décadas, baseados em membranas/adsorção com modulação de pressão. Foram recolhidos na literatura dados experimentais das isotérmicas de adsorção e estes ajustados ao modelo DSL, base para os resultados obtidos com as simulações. Abordam-se os mecanismos de transferência de massa, isotérmicas de adsorção e os modelos envolvidos e utilizados em simulações realizadas num programa implementado em gPROMS. A simulação de um processo de adsorção com modulação de pressão (PSA) para a produção de oxigénio é baseada no modelo desenvolvido por Teague e Edgar (1999), onde se destaca a utilização da equação da válvula no cálculo das perdas de carga do sistema. Finalmente é considerado o sistema de controlo por realimentação simples, utilizado um controlador PI. Foi verificado que, actuando sobre a válvula de descarga que liga na parte superior ambas colunas do PSA...

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica; De modo a ultrapassar as limitações da cromatografia em Batch são utilizados processos de separação de cromatografia de leito móvel, Nesta tese é utilizado um modelo de leito móvel simulado (SMB) utilizando duas colunas. Tendo em conta que industrialmente a composição da alimentação e as condições de operação não são constantes e tendo em consideração que as condições óptimas de operação se alteram com a temperatura, caudais e composição da mistura, é interessante conseguir simular o que acontece em diferentes cenários de operação das colunas, e encontrar o novo ponto óptimo de operação. Uma vez que o SMB é bastante sensível às condições de operação, é importante conseguir ter acesso a este tipo de informação na interface de monitorização, automação e controlo, de forma a utiliza-la nos algoritmos de automação e controlo. Nesta tese foi desenvolvida uma interface em Labview de modo a comunicar através de Shared Memory com o gProms (ferramenta de simulação), AMPL (ferramenta de optimização), sendo possível a visualização gráfica, na própria interface de monitorização, de resultados simulados e comparar diferentes condições de operação. Por outro lado também se recorreu aos resultados de optimização obtidos utilizando AMPL/IPOPT de forma directa na interface de modo a estabelecer as condições de automação do modelo utilizado. Através da utilização desta interface passa a ser possível o utilizador alterar as condições de operação de uma unidade SMB de acordo com os resultados das simulações e optimizações efectuadas...

We discuss computational superstructures that, using repeated, appropriately initialized short calls, enable temporal process simulators to perform alternative tasks such as fixed point computation, stability analysis and projective integration. We illustrate these concepts through the acceleration of a gPROMS-based Rapid Pressure Swing Adsorption simulation, and discuss their scope and possible extensions.

Liquid-phase catalytic hydrolysis of sodium borohydride (NaBH4) for hydrogen production necessitates long-term stability of base-stabilized NaBH4 solutions at higher temperatures. The present paper reports the kinetics of aqueous-basic solutions containing 20 wt% NaBH4 with 1-15 wt% sodium hydroxide (NaOH) at 80 0C. The established kinetic model employs a modified isoconversional method assuming single-step kinetics. The estimation of kinetic parameters is performed by gPROMS (general PRocess Modeling System) parameter estimation tool. The reaction kinetics differs from low to highly-concentrated NaOH solutions. In highly-basic (.10 wt% NaOH), aqueous solutions of NaBH4, the rate is independent of NaOH concentration, while for lower-basic (< 10 wt% NaOH) solutions, the dependence is -0.57, confirming the inhibition of hydrolysis kinetics by NaOH.

This work is part of a joint project to built a computational tool for power plant simulation, dealing specifically with the reaction chamber (place of the boiler where the fuel is burned). In order to describe the conversion of chemical energy to thermal energy, an onedimensional pseudo-homogeneous mathematical model, with variable physical properties, and based on mass and energy balances, was developed. The equations were implemented in the gPROMS simulator and the model parameters were estimated using the module gEST of this software, with experimental data from a large-scale coal-fired utility boiler and kinetic data from the open literature. The results showed that the model predicts the composition of the outlet combustion gas satisfactorily.

A rigorous dynamic model of anaerobic biofilm reactor (Mussati et al., 1998) is used to optimize and evaluate different loading strategies in anaerobic wastewater treatment systems. This work includes variations in the original model so that the results of process simulation also represent the initial events of the start up operation as regards the biofilm growth. The model was implemented in gPROMS (General Process Modeling System). Different dynamic optimization formulations are evaluated. Start up strategies are considered and discussed. A sensitivity analysis regarding kinetic data on optimal start up policies under two different conditions is included. The first condition consists of a fixed maximum load, and the other one is the maximum load supported by the system, which varies according to the kinetic data being used. Changes in maximum specific growth rate, half saturation constant and specific death rate of Monod's model generate different optimal start up periods; whereas optimal start up time did not change when the maximum allowed load for each reactor is considered.