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http://hdl.handle.net/11422/26054
| Type: | Tese |
| Title: | Optimization and nonlinear model predictive control of some simulated moving bed process variants |
| Author(s)/Inventor(s): | Calderón Supelano, Reinaldo |
| Advisor: | Secchi, Argimiro Resende |
| Co-advisor: | Barreto Junior, Amaro Gomes |
| Abstract: | O interesse na tecnologia de leito móvel simulado (SMB) tem se voltado para suas variantes devido ao maior desempenho na separação e purificação de diferentes compostos, como enantiômeros. Essas variantes estão relacionadas ao relaxamento de alguns parâmetros ou aos arranjos não convencionais do trem de colunas cromatográficas que compõem a tecnologia SMB. Duas das mais relevantes e populares são os processos ModiCon e VariCol, obtidos pelas modulações periódicas da concentração da alimentação e do comprimento dos arranjos de colunas, respectivamente. Os estudos de otimização e controle para cada uma dessas variantes são essenciais, pois ajudam a descobrir novos recursos e a criar diretrizes para selecioná-los e operá-los. Neste trabalho, ModiCon, VariCol, ModiCon + VariCol (operação híbrida) foram estudados em detalhes, e seus desempenhos ótimos foram comparados. A aplicação do controle preditivo não linear (NMPC) também foi avaliada para os processos ModiCon e VariCol. Diferentes exemplos de separações enantioméricas foram considerados nos estudos de otimização e controle. Como resultado, a complexidade do problema de otimização de projeto do processo VariCol foi reduzida de MINLP (programação não linear inteira mista) para NLP (programação não linear). O rendimento ideal dos processos ModiCon e ModiCon + VariCol foi quase o dobro do processo SMB convencional. O controlador respondeu satisfatoriamente a diferentes distúrbios. A pureza do refinado e do extrato e a máxima economia do processo foram atendidas em todos os casos estudados. |
| Abstract: | The interest in the simulated moving bed (SMB) technology has turned towards its variants due to the higher performance in separating and purifying different compounds such as enantiomers. Those variants are related to the relaxation of some parameters or the non-conventional arrangements of the train of chromatography columns that make up the SMB technology. Some of the most relevant and popular are the ModiCon and the VariCol processes, obtained by the periodic modulations of feed concentration and the length of arrangements of columns. Optimization and control studies for each of these variants are essential as they help discover new features and create guidelines for selecting and operating them. In this work, ModiCon, VariCol, ModiCon+VariCol (hybrid operation) were studied in detail, and their optimal performances were compared. The application of nonlinear model predictive control (NMPC) was also evaluated for the ModiCon and the VariCol processes. Different examples of enantioseparations were considered in the optimization and control studies. As a result, the complexity of the design optimizing problem of the VariCol process was reduced from MINLP (mixed-integer nonlinear programming) to an NLP (nonlinear programming). The ModiCon and the ModiCon+VariCol processes’ optimal throughput was almost doubled that of the conventional SMB process. The controller responded satisfactorily to different disturbances. In all cases, it fulfilled the purity of raffinate and extract and optimized the process’s economics. |
| Keywords: | Leito móvel simulado Enantioseparação VariCol ModiCon Controle preditivo não linear Cromatografia de enantiosseparação Colunas cromatográficas Engenharia de processos |
| Subject CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS BIOQUIMICOS |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
| Production unit: | Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | Sep-2021 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | eng |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | SUPELANO, Reinaldo Calderón. Optimization and nonlinear model predictive control of some simulated moving bed process variants. 2021. 185 f. Tese (Doutorado) - Programa de Engenharia Química, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021. |
| Appears in Collections: | Engenharia Química |
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