Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/12855
Type: Tese
Title: Population balance modeling of crystallization for monitoring and optimal control
Author(s)/Inventor(s): Marcellos, Caio Felippe Curitiba
Advisor: Secchi, Argimiro Resende
Co-advisor: Souza Junior, Maurício Bezerra de
Co-advisor: Lage, Paulo Laranjeira da Cunha
Abstract: A Equação do Balanço da População (PBE) descreve a mudança na distribuição do tamanho de partícula. Este estudo avalia a PBE com nucleação, crescimento e dissolução. Processos com nucleação e crescimento são conhecidos por serem problemáticos devido aos perfis descontínuos que causam. A dissolução requer o conhecimento do número de partículas no tamanho estável mínimo, de modo que as partículas instáveis sejam removidas da fase particulada. Essas condições requerem o uso de métodos numéricos especializados para sua modelagem matemática. Nesta tese, é dada ênfase ao Moving Section Method (MSM) que combina o método das classes com o método das características para mitigar erros de difusão numérica. O trabalho concentrou-se na aplicação do PBE para a cristalização enantiosseletiva de sistemas formadores de compostos racêmicos. Inicialmente, a conservação dos momentos da distribuição foi analisada para o MSM com mecanismos de crescimento e nucleação e propôs-se métodos para a adição de novos elementos da malha do tamanho de partículas. A estimação de parâmetros cinéticos foi abordada para a dissolução de NaCl em soluções de monoetilenoglicol (MEG) a partir de dados de padrões de cores (RGB), o que pode ser obtido por aparato experimental de baixo custo. Um método para determinar as condições de operação para o cristalizador em batelada com base no diagrama ternário é descrito. Posteriormente, mostram-se que as informações obtidas no diagrama ternário, como o rendimento máximo obtido pelo processo devido à termodinâmica, podem ser usadas para formular restrições para um método de controle baseado em otimização não linear para obter as características desejadas do produto.
Abstract: The Population Balance Equation (PBE) describe the change in the particle size distribution occasioned by a variety of mechanisms. This study evaluate the PBE with nucleation, growth and dissolution. The nucleation with growth process is known to be problematic due to the sharp profiles that it causes. The dissolution process requires the knowledge of the number of particles at the minimal stable size, such that unstable particles are removed from the particulate phase. These conditions require the use of specialized numerical method for mathematical modeling. In this thesis, an emphasis is given in the Moving Sectional Method, which combines the method of classes with the method of characteristics to mitigate numerical diffusion errors. The work focused on the PBE application for the enantioselective crystallization of racemic compounding forming systems. Initially, the conservation of the moments of the distribution was analyzed for the MSM with growth and nucleation mechanisms and methods were proposed for the addition of new elements of the particle size mesh. The estimation of kinetic parameters was approached for the dissolution of NaCl in solutions of monoethyleneglycol (MEG) from data of color patterns (RGB), which can be obtained by experimental apparatus of low cost. A method for determining the operating conditions for the batch crystallizer based on the ternary diagram is described. Subsequently, it is shown that the information obtained in the ternary diagram, such as the maximum yield obtained by the process due to thermodynamics, can be used to formulate constraints for a control method based on non-linear optimization to obtain the desired characteristics of the product.
Keywords: Cristalização
Enantiómeros
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
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: Aug-2018
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Química

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