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Título [Principal]: Dinamica e controle de um forno de pirolise de etano
Autor(es): Gaston Bounos Rodriguez
Palavras-chave [PT]:

Controle de processos quimicos , Simulação e modelagem , Pirolise , Dinamica
Área de concentração: Sistemas de Processos Quimicos e Informatica
Titulação: Mestre em Engenharia Quimica
Banca:
João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira [Orientador]
Maria Angela de Almeida Meireles
Sergio Persio Ravagnani
Resumo:
Resumo: O etileno é um dos principais intermediários da indústria petroquímica, sendo que sua principal rota de obtenção industrial é através da pirólise de etano. A reação de pirólise é realizada em um fomo que consiste num longo reator tubular colocado no interior de uma fornalha, sendo que a reação é rápida, altamente endotérmica e a distribuição de produtos é fortemente dependente das condições operacionais. O presente trabalho apresenta a modelagem fenomenológica do fomo de pirólise de etano e uma estratégia para o controle do mesmo, utilizando o simulador desenvolvido. A abordagem empregada consiste na resolução dos balanços transientes de massa, energia e queda de pressão no interior do reator tubular em conjunto com o balanço transiente de energia que descreve a transferência de calor da fornalha para o mesmo. O conjunto de equações diferenciais parciais obtido é resolvido mediante a aplicação do Método das Diferenças Finitas e de Runge-Kutta-Fehlberg em um programa computacional desenvolvido em linguagem Fortran. A simulação do modelo proposto permite obter e analisar a dinâmica do fomo de pirólise de etano para diferentes perturbações, assim como os perfis de temperatura, conversão de etano, pressão e distribuição dos produtos ao longo do reator tubular. A seletividade do processo para o etileno, variável importante para a economia do mesmo, é analisada para diferentes condições operacionais, observando-se a dependência da mesma com a carga térmica fornecida a mistura reacional. A estratégia de controle proposta para o fomo de pirólise de etano, consiste em controlar a temperatura dos produtos efluentes do fomo de pirólise, que na industria é um importante indicador do seu funcionamento, atuando na vazão de combustível na fornalha. Inicialmente é utilizada uma técnica de controle convencional empregando-se um controlador PI digital. Em face aos resultados é proposta a aplicação da técnica de controle preditivo por matriz dinâmica ("Dynamic Matrix Contra/" - DMC). A influência dos parâmetros de sintonia no desempenho de ambos controladores é analisada, sintonizando-se os mesmo pelo método da integral do erro absoluto (IAE). Os comportamentos da variável controlada e da variável manipulada obtidos com os controladores PI e DMC propostos são comparados. Observa-se um melhor desempenho do controlador DMC, especialmente devido ao fato de implementar ações de controle menos severas que o controlador PI

Abstract: Ethylene is one of the main intermidiates of the petrochemical industry, being the ethane pyrolisis the main industrial route for its obtention. The pyrolisis reaction takes place in a furnace that consists of a long tubular reactor enclosed inside a combustion chamber, being fast, highly exothermic and whose products distrubition is strongly dependent of the opperational conditions. In the present work is developed a phenomenological modelling of the pyrolisis furnace and a control strategy for it, using the developed simulator. The approach employed consists in the resolution of the transient mass, energy and pressure drop balances inside the tubular reactor along with the transient energy balance which describes the heat transfer between the combustion chamber and the reactor. The obtained set of partial differential equations is solved by the apllication of the Finite Differences Method and Runge-Kutta-FeWberg using a developed computer program in Fortran. The simulation of the proposed model allows to obtain and analyse the furnace dynamic response to different loads, as well as the temperature, ethane conversion, pressure and products distribution profiles along the tubular reactor. The selectivity of the process to ethylene, which is an important variable for the process economy, is analized for differents operational conditions, observing its dependence with the thermal load supplied to the reactional mixture. The proposed control strategy for the pyrolisis furnace consists in controlling the temperature of the eff1uent stream from the furnace, witch is an important industrial indicator of its performance, manipulating the fuel flow to the combustion chamber. First1y, a conventional control technique is applied using a digital PI controller. Then, it is applied the predictive control technique known as Dynamic Matrix Control (DMC). The influence of the tunning parameters in the performance of both controllers is analyzed, tunning them using the integral of the absolute value of the error method (IAE). The behaviours of the controlled and manipulated variables obtained with the PI and DMC controllers are compared. A better performance of the DMC controller can be observed, especially due to the fact that it applies control actions less severe than the PI controller
Data de Defesa: 15-12-2004
Código: vtls000311490
Informações adicionais:
Idioma: Português
Data de Publicação: 2003
Local de Publicação: Campinas, SP
Orientador: João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira
Instituição: Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Engenharia Quimica
Nível: Dissertação (mestrado)
UNICAMP: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Quimica

Dono: admin
Criado: 04-11-2005 10:43
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