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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41087| Título: | Otimização de uma coluna de destilação binária com algoritmo genético |
| Título(s) alternativo(s): | Optimization of a binary distillation column using genetic algorithm |
| Autor(es): | Farinhuk, Matheus |
| Orientador(es): | Reinaldo, Francisco Antonio Fernandes |
| Palavras-chave: | Destilação Indústria química Algorítmos genéticos Estatística - Métodos gráficos Termodinâmica Distillation Chemical industry Genetic algorithms Statistics - Graphic methods Thermodynamics |
| Data do documento: | 1-Jul-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Francisco Beltrao |
| Citação: | FARINHUK, Matheus. Otimização de uma coluna de destilação binária com algoritmo genético. 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2026. |
| Resumo: | A destilação é uma das operações de separação mais utilizadas na indústria química, especialmente em processos que envolvem misturas líquidas com diferentes volatilidades. Neste trabalho, teve-se como objetivo otimizar uma coluna de destilação binária por meio da integração entre modelagem termodinâmica, método de McCabe–Thiele e algoritmo genético. Foram avaliadas as misturas benzeno–tolueno e etanol–água, considerando diferentes composições de alimentação e de destilado. As curvas de equilíbrio líquido–vapor foram construídas a partir da equação de Antoine e da lei de Raoult modificada, com uso de coeficientes de atividade para representar desvios da idealidade. O método de McCabe–Thiele foi empregado para estimar o número de estágios teóricos e representar graficamente a separação. Em seguida, utilizou-se um algoritmo genético para otimizar o fator de alimentação e a razão de refluxo, considerando uma função objetivo associada à carga térmica total e ao custo operacional relacionado aos pratos da coluna. Os resultados indicaram que o algoritmo foi capaz de identificar condições operacionais coerentes com as restrições impostas ao modelo. Para o sistema benzeno–tolueno, observou-se comportamento mais regular, com menor variação no número de estágios teóricos e na carga térmica total. Para o sistema etanol–água, devido a sua não idealidade e a aproximação da região azeotrópica resultaram em maior sensibilidade às variáveis de decisão. Os diagramas de McCabe–Thiele permitiram verificar a coerência gráfica das linhas de operação e dos estágios calculados. Conclui-se, portanto, que a metodologia proposta foi adequada para otimizar as condições operacionais da coluna, identificando combinações de fator de alimentação e razão de refluxo compatíveis com as restrições do modelo, juntamente à redução da função objetivo associada ao consumo energético e ao número de estágios teóricos. |
| Abstract: | Distillation is one of the most widely used separation operations in the chemical industry, especially in processes involving liquid mixtures with different volatilities. This study aimed to optimize a binary distillation column by integrating thermodynamic modeling, the McCabe–Thiele method and a genetic algorithm. The benzene–toluene and ethanol–water mixtures were evaluated considering different feed and distillate compositions. The vapor–liquid equilibrium curves were constructed using the Antoine equation and the modified Raoult’s law, with activity coefficients applied to represent deviations from ideality. The McCabe–Thiele method was used to estimate the number of theoretical stages and to graphically represent the separation. Then, a genetic algorithm was applied to optimize the feed factor and the reflux ratio, considering an objective function associated with the total heat duty and the operating cost related to the column trays. The results indicated that the algorithm was able to identify operating conditions consistent with the restrictions imposed on the model. For the benzene–toluene system, a more regular behavior was observed, with lower variation in the number of theoretical stages and in the total heat duty. For the ethanol–water system, its non-ideality and proximity to the azeotropic region resulted in greater sensitivity to the decision variables. The McCabe–Thiele diagrams made it possible to verify the graphical consistency of the operating lines and of the calculated stages. Therefore, it is concluded that the proposed methodology was suitable for optimizing the operating conditions of the column, identifying combinations of feed factor and reflux ratio compatible with the model restrictions and with the reduction of the objective function associated with energy consumption and the number of theoretical stages. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41087 |
| Aparece nas coleções: | FB - Engenharia Química |
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