Modelação e simulação dinâmica de um disgestor Kamyr

Abstract

The main goal of this work is the implementation of a dynamic model of a Kamyr digester. The digester is the key equipment of the pulp production line and is where the transformation of wood into pulp occurs through a series of chemical reactions. Due to the high residence time, the development of a dynamic state model is of paramount importance in order to ,make the application of more advanced control methodologies possible. The implemented model, in the programming language Octave, was that developed by Fernandes (2007) and uses the kinetic model proposed by Nóbrega e Castro (1997). However, the discontinuities presented by the kinetic model were treated differently, through a smoothing technique developed by Abbo and Sloan (1995). Additionally, the injection of liquid was treated as a perfect and instant radial mixture, instead of the liquid displacement description adopted by Fernandes (2007). Due to the small differences between the model here implemented and the original (Fernandes, 2007), a readjustment of the kinetic parameters was required.The model was validated, having revealed a good prediction ability of the system's most important variables. A sensitivity analysis was also conducted and it showed that the model presents hypersensitivity in the response of the kappa number to some variations in some operating conditions. The hypersensitivity presented by the model (regarding the real digester) indicates the need to refine some parameters in order to make the sensitivity of the model coherent with the sensitivity of the digester in certain operation variables. Finally, a dynamic study of the model was conducted with the prediction of the most relevant output variables of the process.-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

O presente trabalho tem como objetivo principal a implementação de um modelo em estado transiente de um digestor Kamyr. O digestor, equipamento-chave da linha de produção de pasta, é onde se processa a transformação da madeira em pasta através de uma série de reações químicas. Devido aos elevados tempos de residência é fundamental o desenvolvimento de um modelo em estado transiente por forma a ser possível a aplicação de metodologias de controlo mais avançadas. O modelo implementado, na linguagem de programação Octave, foi o desenvolvido por Fernandes (2007) que utiliza a cinética proposta por Nóbrega e Castro (1997). Porém, as descontinuidades apresentadas pelo modelo cinético foram tratadas de forma diferente, através de uma suavização recorrendo à técnica desenvolvida por Abbo e Sloan (1995). Adicionalmente, a injeção de líquido nas circulações foi aqui entendida como ocorrendo por mistura radial perfeita e instantânea, em vez de deslocamento de líquido como em Fernandes (2007). Devido às pequenas diferenças entre o modelo aqui implementado e o original proposto por Fernandes (2007), procedeu-se a um reajuste dos parâmetros cinéticos . Efetuou-se a a validação do modelo, tendo este revelado uma boa capacidade de previsão das variáveis mais importantes do sistema. Foi também efetuado uma análise de sensibilidade que mostrou que o modelo apresenta hipersensibilidade na resposta do índice kappa a algumas variações em determinadas condições operatórias. A hipersensibilidade apresentada pelo modelo (relativamente ao digestor real) indicia a necessidade de refinar alguns parâmetros para tornar a sensibilidade do modelo mais coerente com a sensibilidade do digestor a certas variáveis operatórias. Finalmente, procedeu-se ao estudo dinâmico do modelo, com a previsão das variáveis de saída mais relevantes do processo. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------