Modelagem híbrida do processo de troca iônica em colunas de leito fixo

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2011
Autor(a) principal: D'arisbo, Thiago lattes
Orientador(a): Silva, Edson Antônio Alves da lattes
Banca de defesa: Eyng, Eduardo lattes, Klen, Márcia Regina Fagundes lattes
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Estadual do Oeste do Parana
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia Química
Departamento: Desenvolvimento de Processos
País: BR
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/1898
Resumo: Ion exchange is a process that is used in the treatment of aqueous industrial effluents containing organic compounds and heavy metals. The fixed bed columns are longer applied by allowing the process to occur continuously (cycles of regeneration). The design and process optimization of the ion exchange column requires the use of mathematical models. Phenomenological models of these systems involve the solution of partial differential and algebraic equations. The equilibrium data for ion exchange processes are usually described by the Mass Action Law (MAL), which can be considered non-ideality of aqueous and solid phases. Artificial Neural Networks (ANN) are being used successfully for the study of equilibrium data because they are empirical models and don t demand a mathematical rigor. This work aimed to evaluate the applicability of the hybrid model to describe the dynamics of ion exchange in fixed beds of binary systems. This system consists of partial differential equations obtained from mass balance in fluid phases in the ion exchanger and ANN to describe the balance. LAM was adjusted to experimental data of ion exchange equilibrium and then were generated 4200 data sets for each binary pair studied, which served as training for RNA. We tested networks with different structures, with one and two input layers. The 3-3-2 structure was used in the simulations of the hybrid model because it was the best represented the systems during the training phase. The differential equations were solved by the lines method. A computer program in FORTRAN language was developed for solving the model equations. DASSL subroutine was used to solve the equations. The performance of the hybrid model was evaluated from the results obtained with the phenomenological model, in which case the equilibrium description was made with the use of MAL. It also was the analysis of results from the comparison of experimental data. To evaluate the model we used data from the literature of ion exchange in Amberlite IR 120 resin on the systems Cu-Na and Zn-Na and in NaY zeolite on Fe-Na and Zn-Na. Both models were efficient to describe the dynamics of ion-exchange fixed bed columns, and the hybrid model had the advantage of the reduced computational time (82% reduction on average) as a result of not needing to solve a nonlinear equation.
id UNIOESTE-1_d8038871c19723a3759e07a093555f79
oai_identifier_str oai:tede.unioeste.br:tede/1898
network_acronym_str UNIOESTE-1
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
repository_id_str
spelling Silva, Edson Antônio Alves daCPF:64656675920http://lattes.cnpq.br/9304493875700070Borba, Carlos EduardoCPF:03533333957http://lattes.cnpq.br/0750048720229101Eyng, EduardoCPF:00693653930http://lattes.cnpq.br/1101075438495044Klen, Márcia Regina FagundesCPF:62935178904http://lattes.cnpq.br/4348885757947045CPF:03324902975http://lattes.cnpq.br/9052035949347127D'arisbo, Thiago2017-07-10T18:08:16Z2012-03-132011-02-24D'ARISBO, Thiago. Hybrid modelling of ion exchange process in fixed bed column. 2011. 79 f. Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento de Processos) - Universidade Estadual do Oeste do Parana, Toledo, 2011.http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/1898Ion exchange is a process that is used in the treatment of aqueous industrial effluents containing organic compounds and heavy metals. The fixed bed columns are longer applied by allowing the process to occur continuously (cycles of regeneration). The design and process optimization of the ion exchange column requires the use of mathematical models. Phenomenological models of these systems involve the solution of partial differential and algebraic equations. The equilibrium data for ion exchange processes are usually described by the Mass Action Law (MAL), which can be considered non-ideality of aqueous and solid phases. Artificial Neural Networks (ANN) are being used successfully for the study of equilibrium data because they are empirical models and don t demand a mathematical rigor. This work aimed to evaluate the applicability of the hybrid model to describe the dynamics of ion exchange in fixed beds of binary systems. This system consists of partial differential equations obtained from mass balance in fluid phases in the ion exchanger and ANN to describe the balance. LAM was adjusted to experimental data of ion exchange equilibrium and then were generated 4200 data sets for each binary pair studied, which served as training for RNA. We tested networks with different structures, with one and two input layers. The 3-3-2 structure was used in the simulations of the hybrid model because it was the best represented the systems during the training phase. The differential equations were solved by the lines method. A computer program in FORTRAN language was developed for solving the model equations. DASSL subroutine was used to solve the equations. The performance of the hybrid model was evaluated from the results obtained with the phenomenological model, in which case the equilibrium description was made with the use of MAL. It also was the analysis of results from the comparison of experimental data. To evaluate the model we used data from the literature of ion exchange in Amberlite IR 120 resin on the systems Cu-Na and Zn-Na and in NaY zeolite on Fe-Na and Zn-Na. Both models were efficient to describe the dynamics of ion-exchange fixed bed columns, and the hybrid model had the advantage of the reduced computational time (82% reduction on average) as a result of not needing to solve a nonlinear equation.A troca iônica é um processo muito utilizado no tratamento de efluentes industriais aquosos contendo compostos orgânicos e metais pesados. As colunas de leito fixo são mais aplicadas por permitir que o processo ocorra de maneira contínua (ciclos de regeneração). O projeto e a otimização de processos de troca iônica em coluna requer o uso de modelos matemáticos. Os modelos fenomenológicos destes sistemas envolvem a resolução de equações diferenciais parciais e algébricas. Os dados de equilíbrio de processos de troca iônica geralmente são descritos pela Lei da Ação das Massas (LAM), na qual podem ser consideradas as não idealidades das fases aquosa e sólida. As Redes Neurais Artificiais (RNA) estão sendo utilizadas com sucesso para o estudo destes dados de equilíbrio por serem modelos empíricos e não demandarem tal rigor matemático. Esta dissertação teve por objetivo avaliar a aplicabilidade do modelo híbrido para descrever a dinâmica do processo de troca iônica em leito fixo de sistemas binários. Este sistema é constituído de equações diferenciais parciais obtidas por meio de balanço de massa nas fases fluida e no trocador iônico e de RNA para descrever o equilíbrio. A LAM foi ajustada a dados experimentais de equilíbrio de troca iônica e, então, foram gerados conjuntos de 4200 dados para cada par binário estudado, os quais serviram como treinamento para a RNA. Foram testadas redes com diferentes estruturas, com uma e com duas camadas de entrada. A estrutura 3-3-2 foi utilizada nas simulações do modelo híbrido, pois foi a que melhor representou os sistemas na etapa de treinamento. As equações diferenciais foram resolvidas pelo método das linhas. Um programa computacional em linguagem FORTRAN foi desenvolvido para a resolução das equações do modelo. Foi utilizada a sub-rotina DASSL para resolver as equações. O desempenho do modelo híbrido foi avaliada a partir dos resultados obtidos com o modelo fenomenológico, sendo que neste caso a descrição do equilíbrio foi feita pelo uso da LAM. Também foi feita a análise dos resultados a partir da comparação dos dados experimentais. Para avaliar o modelo foram utilizados dados da literatura de troca iônica em resina Amberlite IR 120 dos sistemas Cu-Na e Zn-Na e na zeólita NaY dos sistemas Fe-Na e Zn-Na. Ambos os modelos foram eficientes para descrever a dinâmica de troca iônica de colunas de leito fixo, sendo que o modelo híbrido apresentou como vantagem o menor tempo computacional (82% de redução em média) em decorrência de não necessitar resolver a equação não-linear.Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thiago DArisbo.pdf: 2108504 bytes, checksum: 7b8aad29ec7d75a6fd370e54a95cd849 (MD5) Previous issue date: 2011-02-24Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorapplication/pdfporUniversidade Estadual do Oeste do ParanaPrograma de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia QuímicaUNIOESTEBRDesenvolvimento de ProcessosTroca iônicaRedes Neurais ArtificiaisModelagem híbrida (Engenharia química)Leito fixoLei da Ação das Massas (Modelos matemáticos)Metais pesados - Mecanismo de retenção - Leito fixoRedes neurais (Computação)Modelos matemáticosIon exchangeArtificial Neural NetworksHybrid modelingFixed bedMass Action LawCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICAModelagem híbrida do processo de troca iônica em colunas de leito fixoHybrid modelling of ion exchange process in fixed bed columninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTEinstname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)instacron:UNIOESTEORIGINALThiago DArisbo.pdfapplication/pdf2108504http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/1898/1/Thiago+DArisbo.pdf7b8aad29ec7d75a6fd370e54a95cd849MD51tede/18982017-07-10 15:08:16.862oai:tede.unioeste.br:tede/1898Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede.unioeste.br/PUBhttp://tede.unioeste.br/oai/requestbiblioteca.repositorio@unioeste.bropendoar:2017-07-10T18:08:16Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE - Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)false
dc.title.por.fl_str_mv Modelagem híbrida do processo de troca iônica em colunas de leito fixo
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Hybrid modelling of ion exchange process in fixed bed column
title Modelagem híbrida do processo de troca iônica em colunas de leito fixo
spellingShingle Modelagem híbrida do processo de troca iônica em colunas de leito fixo
D'arisbo, Thiago
Troca iônica
Redes Neurais Artificiais
Modelagem híbrida (Engenharia química)
Leito fixo
Lei da Ação das Massas (Modelos matemáticos)
Metais pesados - Mecanismo de retenção - Leito fixo
Redes neurais (Computação)
Modelos matemáticos
Ion exchange
Artificial Neural Networks
Hybrid modeling
Fixed bed
Mass Action Law
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
title_short Modelagem híbrida do processo de troca iônica em colunas de leito fixo
title_full Modelagem híbrida do processo de troca iônica em colunas de leito fixo
title_fullStr Modelagem híbrida do processo de troca iônica em colunas de leito fixo
title_full_unstemmed Modelagem híbrida do processo de troca iônica em colunas de leito fixo
title_sort Modelagem híbrida do processo de troca iônica em colunas de leito fixo
author D'arisbo, Thiago
author_facet D'arisbo, Thiago
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Silva, Edson Antônio Alves da
dc.contributor.advisor1ID.fl_str_mv CPF:64656675920
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9304493875700070
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Borba, Carlos Eduardo
dc.contributor.advisor-co1ID.fl_str_mv CPF:03533333957
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0750048720229101
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Eyng, Eduardo
dc.contributor.referee1ID.fl_str_mv CPF:00693653930
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/1101075438495044
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Klen, Márcia Regina Fagundes
dc.contributor.referee2ID.fl_str_mv CPF:62935178904
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/4348885757947045
dc.contributor.authorID.fl_str_mv CPF:03324902975
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9052035949347127
dc.contributor.author.fl_str_mv D'arisbo, Thiago
contributor_str_mv Silva, Edson Antônio Alves da
Borba, Carlos Eduardo
Eyng, Eduardo
Klen, Márcia Regina Fagundes
dc.subject.por.fl_str_mv Troca iônica
Redes Neurais Artificiais
Modelagem híbrida (Engenharia química)
Leito fixo
Lei da Ação das Massas (Modelos matemáticos)
Metais pesados - Mecanismo de retenção - Leito fixo
Redes neurais (Computação)
Modelos matemáticos
topic Troca iônica
Redes Neurais Artificiais
Modelagem híbrida (Engenharia química)
Leito fixo
Lei da Ação das Massas (Modelos matemáticos)
Metais pesados - Mecanismo de retenção - Leito fixo
Redes neurais (Computação)
Modelos matemáticos
Ion exchange
Artificial Neural Networks
Hybrid modeling
Fixed bed
Mass Action Law
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
dc.subject.eng.fl_str_mv Ion exchange
Artificial Neural Networks
Hybrid modeling
Fixed bed
Mass Action Law
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
description Ion exchange is a process that is used in the treatment of aqueous industrial effluents containing organic compounds and heavy metals. The fixed bed columns are longer applied by allowing the process to occur continuously (cycles of regeneration). The design and process optimization of the ion exchange column requires the use of mathematical models. Phenomenological models of these systems involve the solution of partial differential and algebraic equations. The equilibrium data for ion exchange processes are usually described by the Mass Action Law (MAL), which can be considered non-ideality of aqueous and solid phases. Artificial Neural Networks (ANN) are being used successfully for the study of equilibrium data because they are empirical models and don t demand a mathematical rigor. This work aimed to evaluate the applicability of the hybrid model to describe the dynamics of ion exchange in fixed beds of binary systems. This system consists of partial differential equations obtained from mass balance in fluid phases in the ion exchanger and ANN to describe the balance. LAM was adjusted to experimental data of ion exchange equilibrium and then were generated 4200 data sets for each binary pair studied, which served as training for RNA. We tested networks with different structures, with one and two input layers. The 3-3-2 structure was used in the simulations of the hybrid model because it was the best represented the systems during the training phase. The differential equations were solved by the lines method. A computer program in FORTRAN language was developed for solving the model equations. DASSL subroutine was used to solve the equations. The performance of the hybrid model was evaluated from the results obtained with the phenomenological model, in which case the equilibrium description was made with the use of MAL. It also was the analysis of results from the comparison of experimental data. To evaluate the model we used data from the literature of ion exchange in Amberlite IR 120 resin on the systems Cu-Na and Zn-Na and in NaY zeolite on Fe-Na and Zn-Na. Both models were efficient to describe the dynamics of ion-exchange fixed bed columns, and the hybrid model had the advantage of the reduced computational time (82% reduction on average) as a result of not needing to solve a nonlinear equation.
publishDate 2011
dc.date.issued.fl_str_mv 2011-02-24
dc.date.available.fl_str_mv 2012-03-13
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2017-07-10T18:08:16Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv D'ARISBO, Thiago. Hybrid modelling of ion exchange process in fixed bed column. 2011. 79 f. Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento de Processos) - Universidade Estadual do Oeste do Parana, Toledo, 2011.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/1898
identifier_str_mv D'ARISBO, Thiago. Hybrid modelling of ion exchange process in fixed bed column. 2011. 79 f. Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento de Processos) - Universidade Estadual do Oeste do Parana, Toledo, 2011.
url http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/1898
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual do Oeste do Parana
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia Química
dc.publisher.initials.fl_str_mv UNIOESTE
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Desenvolvimento de Processos
publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual do Oeste do Parana
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
instname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
instacron:UNIOESTE
instname_str Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
instacron_str UNIOESTE
institution UNIOESTE
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
bitstream.url.fl_str_mv http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/1898/1/Thiago+DArisbo.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 7b8aad29ec7d75a6fd370e54a95cd849
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE - Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
repository.mail.fl_str_mv biblioteca.repositorio@unioeste.br
_version_ 1801124651716313088