Simulation and multiobjective optimization of a biodiesel process plant

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Pereira, Gustavo Leite Dias
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/35916/0013000008t0c
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Estadual de Maringá
Departamento de Engenharia Química
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Maringá, PR
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Biodiesel
Transesterificação - Óleo de soja
Metanol
Otimização multiobjetivo
665.3
Engenharias
Engenharia Química
Link de acesso: http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/8774
Resumo: Orientador: Prof.ª Dr.ª Caliane Bastos Borba Costa
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spelling Simulation and multiobjective optimization of a biodiesel process plantBiodieselTransesterificação - Óleo de sojaMetanolOtimização multiobjetivo665.3EngenhariasEngenharia QuímicaOrientador: Prof.ª Dr.ª Caliane Bastos Borba CostaCoorientador: Prof. Dr. Mauro Antonio da Silva Sá RavagnaniDissertação (mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Maringá, 2024RESUMO: Tendo em conta a procura cada vez maior por biocombustíveis, o biodiesel (BD) apresenta uma alternativa interessante às fontes tradicionais à base de petróleo. Embora o BD seja ambientalmente mais benéfico que combustíveis fósseis, sua produção por transesterificação do óleo de soja com metanol (SBO-Trans) não só tem que ser economicamente viável como também requer um elevado rendimento em ésteres metílicos de ácidos graxos (FAMEs). Estes objetivos podem ser conflitantes entre si, o que torna a implementação de SBO-Trans custosa. A otimização multi-objetivo considera diversos fatores e encontra soluções-compromisso para consolidar projetos dentro das limitações do problema. Neste trabalho, utilizou-se de Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA- II) e surrogate models (SMs) para minimizar três funções-objetivo que levaram em consideração o rendimento em FAME (Yd), o índice exergético de renovabilidade (?) e o retorno do investimento (ROI). Sete variáveis de processo compunham o vetor de variáveis de busca. Foram encontradas sete soluções principais, sendo que os intervalos recomendados produzem BD com um número de cetano entre 58,666 e 58,686, valores de poder calorífico superior entre 20,586 e 20,706 MJ/kg, valores de poder calorífico inferior entre 19,188 e 19,225 MJ/kg e fração molar de FAME entre 93,55 e 93,67%. As condições otimizadas são ambientalmente favoráveis (1,473 ? ? ? 1,488), rentáveis (40,94% ? ROI ? 43,91%) e possuem alto rendimento em FAME (acima de 80,24%). Também se realizaram análises de processo, de exergia e de fatores econômicosABSTRACT: Given the ever-increasing demand for biofuels, biodiesel (BD) presents an interesting alternative to traditional petroleum-based sources. Although BD is ecologically more beneficial than fossil fuels, its production by soybean oil transesterification with methanol (SBO-Trans) not only has to be economically viable but also requires a high yield of fatty acid methyl esters (FAMEs). These objectives can conflict with each other, which makes SBO-Trans costly to implement. Multiobjective optimization techniques take many of these objectives and find a tradeoff among them to consolidate projects within the problem constraints. In this work, a Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) and surrogate models (SMs) were used to minimize three objective functions regarding FAME yield (Yd), renewability exergy index (?), and return on investment (ROI). The vector of search variables was composed of seven process variables. Seven main solutions were found, with the recommended ranges producing BD with a cetane number between 58.666 and 58.686, high heating values between 20.586 and 20.706 MJ/kg, lower heating values between 19.188 and 19.225 MJ/kg, and FAME mole fraction between 93.55 and 93.67%. The optimized conditions are environmentally favourable (1.473 ? ? ? 1.488), profitable (40.94% ? ROI ? 43.91%), and have a high FAME yield (above 80.24%). Process, exergy, and economic analyses were also performed167 f. : il. (algumas color.).Universidade Estadual de MaringáDepartamento de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaMaringá, PRCentro de TecnologiaCosta, Caliane Bastos BorbaRavagnani, Mauro Antonio da Silva SáBernardo, AndréOsipi, Sara ReginaPereira, Gustavo Leite Dias2025-03-11T12:56:45Z2025-03-11T12:56:45Z2024info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfPEREIRA, Gustavo Leite Dias. Simulation and multiobjective optimization of a biodiesel process plant. 2024. 167 f. Dissertação (mestrado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Maringá, 2024, Maringá, PR.http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/8774ark:/35916/0013000008t0cenginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)instname:Universidade Estadual de Maringá (UEM)instacron:UEM2025-03-17T14:23:35Zoai:localhost:1/8774Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.uem.br:8080/oai/requestrepositorio@uem.bropendoar:2025-03-17T14:23:35Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM) - Universidade Estadual de Maringá (UEM)false
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