Desenvolvimento de método simultâneo para a destilação de misturas contínuas usando caracterização adaptativa - Chicralla, Felipe Cardoso (UFRJ, 2017)
[PT] Misturas contínuas são estudadas há décadas. Representar uma mistura complexa em uma forma contínua usando uma distribuição de frações molares é uma forma eficiente de lidar com misturas de petróleo, por exemplo. Para formular as equações do modelo de colunas de destilação, a abordagem da termodinâmica contínua é usada. No entanto, para que as distribuições de frações molares das correntes no interior da coluna pudessem ser calculadas de forma adaptativa, ou seja, com a caracterização variando em cada estágio de equilíbrio, o método dos momentos fechados por quadratura foi usado na forma direta (DQMoM). As equações MESH, discretizadas pela metodologia DQMoM, foram então resolvidas simultaneamente usando o método de Newton. A metodologia da resolução simultânea das equações MESH-DQMoM foi testada usando uma corrente de alimentação que segue uma perfil monomodal e outro caso com um perfil bimodal. Em ambos os casos, a metodologia proposta foi capaz de convergir para valores próximos do caso de referência, de modo que as simulações com 8 pontos apresentaram erros médios quadráticos de menos de 5% para 3 dos 4 casos simulados. Além disso, o método permitiu a adaptabilidade das abscissas, de modo que os pseudocomponentes de menor fração molar se deslocaram com maior expressividade. Com relação ao custo computacional, a metodologia proposta se mostrou extremamente vantajosa quando comparados os custos das simulações usando o método e as simulações de referência, justificando a abordagem da quadratura de Gauss-Christoffel para a resolução de problemas de coluna de destilação.[EN] Continuous mixtures have been studied for decades. A complex mixture can be represented by using a molar fraction distribution, which is an efficient way of dealing with, for instance, petroleum mixtures. In order to formulate the distillation column model, the continuous thermodynamics approach is used. However, the molar fraction distribution functions must be adaptive, that is, the mixture characterization varies inside the column, which was accomplished by using the direct quadrature method of moments (DQMoM). The MESH equations, discretized by the DQMoM methodology, were then solved simultaneously using the Newton’s method. The methodology for solving the MESH-DQMoM equations was tested using a monomodal and a bimodal distribution functions. In both cases, the proposed methodology was capable of converging to values that were close to the reference case, in a way that simulations with 8 points presented mean square errors of less than 5% for 3 of 4 simulated cases. Besides, the method allowed the abscissas to adapt in such a way that the pseudocomponents with smaller molar fraction moved substantially. In relation to the computational cost, the proposed methodology proved to be extremely advantageous, since the simulations were much faster than the reference cases, justifying the approach of the Gauss-Christoffel quadrature to solve distillation problems.