Optimização de Processos

Mestrado em Tecnologia Química
6 ECTS; 1º Ano, 2º Semestre, 30,0 T + 16,0 PL + 14,0 TP

Docente(s)
- Paula Alexandra Geraldes Portugal

Pré-requisitos
Conhecimentos sobre engenharia química, envolvendo projeto,operação e gestão de unidades industriais, análise matemática, álgebra e métodos numéricos.

Objetivos
Os alunos deverão ser capazes de identificar problemas de otimização nos processos químicos, formulá-los matematicamente, selecionar estratégias adequadas à sua resolução e utilizar software de otimização em ambientes integrados de resolução de problemas e solvers algorítmicos.

Programa
PARTE I ? Teoria

1. Introdução e Motivação
Formulação de problemas de otimização linear e não linear no
âmbito da tecnologia química.

2. Programação Linear
(a) Formas de representação de um programa linear e resolução de
programas lineares simples usando o método gráfico.
(b) Método simplex.
(c) Dualidade linear.

3. Programação Linear Inteira
(a) Introdução e propriedades fundamentais.
(b) Método do plano de corte.
(c) Algoritmos brach-and-bound, branch-and-cut, branch-and-price.

4. Programação Dinâmica
(a) Introdução e propriedades fundamentais;
(b) Equação de Bellman.

PARTE II ? Formulação e Resolução de Problemas de Optimização em
Tecnologia Química

1. Aplicação à Gestão Industrial, à Gestão da Produção e ao Flowsheeting
(a) Seleção de projetos;
(a) Otimização da produção em unidades industriais sujeita a
restrições internas e externas;
(b) Distribuição ótima de matérias;
(c) Seleção do flowsheet ótimo.

2. Aplicação à Transferência de calor e conservação de energia
(a) Recuperação de calor ;
(b) Otimização do projeto de evaporadores de múltiplo efeito;
(c) Otimização de sistemas geradores de vapor.

3. Aplicação ao Transporte de fluidos
(a) Diâmetros de tubagens ótimos;
(b) Minimização do trabalho de compressão adiabática.

4. Aplicação aos Processos de separação
(a) Otimização do projeto e da operação de colunas de destilação
fracionada;
(b) Otimização da operação de filtros;
(c) Otimização da operação de flotadores em série.

5. Aplicação aos Reatores Químicos e Biológicos
(a) Determinação de tempos de residência ótimos;
(b) Optimização multiobjetivo da seletividade e do rendimento de um
sistema reacional;
(c) Otimização de um thermal cracker.

PARTE III - Métodos Computacionais de Otimização

(a) Solvers de programação linear: introdução ao CPLEX e ao MINOS.
(b) Uso do ambiente GAMS em Programação Linear Inteira.
(c) Linhas orientadoras para a execução do trabalho de projeto
prático/computacional.

Metodologia de avaliação
Aval contínua: freq (peso 12 val) e projeto comput (peso 8 val). Aprov se tiver nota mínima de 3 val (em 12 val) na freq e de 4 val (em 8 valores) no projeto, e se a soma das duas for igual ou sup a 9,5 val. Aval exame: Aprov nota igual ou sup a 9,5

Bibliografia
- Lasdon, L. e Himmelblau, D. e Edgar, T. (2001). Optimization of Chemical Processes. New York: McGraw-Hill.
- Hiller, F. e Lieberman, G. (1989). Introduction to Operations Research. New York: McGraw-Hill
- Magalhães, A. e Guerreiro, J. e Ramalhete, M. (1994). Programação Linear. Lisboa: McGraw-Hill

Método de interação
Exposição teórica de métodos de optimização. Resolução de problemas aplicados à tecnologia química.

Software utilizado nas aulas
General Algebraic Modeling System (GAMS)