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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38619
Tipo: Dissertação
Título: Análise de desempenho de controladores preditivos com estratégia Hot Vapor Bypass em um processo de Destilação com Oscilação de Pressão (PSD)
Autor(es): Soares, Priscila Veloso Nogueira
Orientador: Morais Júnior, Arioston Araújo de
Coorientador: Brito, Karoline Dantas
Membro da Banca: Farias Neto, Gilvan Wanderley de
Membro da Banca: Neves, Thiago Gonçalves das
Resumo: A destilação por oscilação de pressão (PSD) é uma alternativa promissora para a separação de misturas azeotrópicas, como acetonitrila-água, mas sua operação envolve desafios significativos devido ao forte acoplamento entre variáveis, não linearidades e sensibilidade a perturbações. Nesse contexto, este trabalho avaliou o desempenho de diferentes estratégias de controle preditivo emuma planta PSD com integração térmica total e uso da estratégia hot vapor bypass (HVP), recurso aplicado para auxiliar o controle de pressão e melhorar a estabilidade e a eficiência energética. Conceitos relacionados à formação de azeótropos, estratégias de separação, alternativas de controle de pressão e as características de controladores convencionais e preditivos, com destaque para o Controle Preditivo com Horizonte Infinito Estendido (EIHMPC) e sua variação com ação antecipatória feedforward (EIHMPCFF), foram aprofundados na fundamentação teórica. A simulação do processo feita no Aspen Plus™ e Aspen Dynamics™, identificação do modelo dinâmico com inserção de perturbações em malha aberta e desenvolvimento de modelos multivariáveis implementados no MATLAB, onde foram testados os controladores PID, LMPC, EIHMPC e EIHMPCFF. As análises comparativas consideraram cenários de perturbações na alimentação e composição da coluna de baixa pressão e mudanças de setpoint, avaliando o tempo de resposta e a rejeição a distúrbios. Os resultados mostraram que o LMPC obteve desempenho superior ao PID, embora ainda apresentasse desvios em regime permanente; o EIHMPC corrigiu essas limitações, garantindo maior estabilidade e precisão; e o EIHMPCFF destacou-se ao antecipar os efeitos de distúrbios, oferecendo respostas mais rápidas e com menor acúmulo de erro. Dessa forma, conclui-se que o EIHMPCFF foi o controlador de melhor desempenho, confirmando a relevância de estratégias preditivas avançadas para processos industriais complexos.
Abstract: Pressure-swing distillation (PSD) is a promising alternative for the separation of azeotropic mixtures, such as acetonitrile–water, but its operation involves significant challenges due to strong variable coupling, nonlinearities, and sensitivity to disturbances. In this context, this work evaluated the performance of different predictive control strategies in a PSD plant with full heat integration and the use of the hot vapor bypass (HVP) strategy, applied to assist pressure control and improve stability and energy efficiency. Concepts related to azeotrope formation, separation strategies, pressure control alternatives, and the characteristics of conventional and predictive controllers, particularly the Extended Infinite Horizon Model Predictive Control (EIHMPC) and its variation with implicit feedforward action (EIHMPCFF), were explored in the theoretical framework. The process was simulated using Aspen Plus™ and Aspen Dynamics™, followed by dynamic model identification through open-loop disturbances and the development of multivariable models implemented in MATLAB®, where PID, LMPC, EIHMPC, and EIHMPCFF controllers were tested. Comparative analyses considered scenarios of disturbances in the feed to the low-pressure column and setpoint changes, evaluating response time, and disturbance rejection. The results showed that LMPC achieved better performance than PID, although it still presented steady-state deviations; EIHMPC corrected these limitations, ensuring greater stability and accuracy; and EIHMPCFF stood out by anticipating disturbance effects, providing faster responses with lower accumulated error. Therefore, it is concluded that EIHMPCFF was the best-performing controller, confirming the relevance of advanced predictive strategies for complex industrial processes.
Palavras-chave: Destilação azeotrópica
Controladores preditivos
Desvio de vapor quente
Acetonitrila
Pressure Swing Distillation
Hot Vapor Bypass
Acetonitrile
Predictive Controllers
EIHMPCFF
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Química
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38619
Data do documento: 31-Jul-2025
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química

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