Desenvolvimento de ambiente integrado para simulação e otimização estática da produção de etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar por rota bioquímica

Sugarcane bagasse is an interesting option for second generation ethanol production. However, its use for this purpose is constrained by the energetic self-suficiency of the industrial plant, apart from the necessary economic considerations, given other possible uses for sugarcane bagasse. It was proposed in this work the development of a tool to assist economic and process-related decisions regarding the production of ethanol from sugarcane juice and bagasse, through stationary simulation and optimization of the first and second generation ethanol production process. A new approach for distillation columns simulation using equation-based simulators was presented, using multilinear interpolation. This approach allowed the simulation of the process of ethanol production, which employs a set of distillation columns for ethanol purification, that would otherwise present convergence problems, especially during the optimization step in which several conditions are tested. Results show that the methodology was able to reproduce the nonlinear behavior of the set of distillation columns with enough precision for the work developed here. The tool was tested for second generation ethanol production using organosolv as pretreatment. The results show that the implemented stochastic optimizer was able to find the optimal condition for an objective function representing the cash ow of the plant, which was confirmed by the contour plots obtained for this function. The tool also allows the analysis of steam consumption distribution for each section of the industrial plant, which enables the determination of the impact of second generation ethanol production on the general process.Universidade Federal de Minas GeraisO bagaço de cana-de-açúcar tem se mostrado uma escolha interessante para a produção de etanol de segunda geração. Entretanto, sua utilização para este fim esbarra na restrição imposta pela autossuficiência energética da planta, além de serem necessárias considerações econômicas frente outras possíveis aplicações para o material. Este trabalho se propôs a desenvolver uma ferramenta para auxiliar nas decisões econômicas e de processo referentes à produção de etanol a partir do caldo e do bagaço de cana-de-açúcar, através da simulação e otimização estacionária de uma planta de produção de etanol de primeira e segunda geração. Uma nova abordagem para simulação de colunas de destilação estacionárias em simuladores baseados em equações foi proposta, empregando interpoladores multilineares. Tal abordagem permitiu a simulação do processo de produção de etanol, o qual emprega um trem de colunas de destilação na etapa de purificação do etanol que, de outra forma, teria apresentado problemas de convergência, especialmente durante a etapa de otimização, na qual diversas condições são testadas. Os resultados mostram que o interpolador conseguiu reproduzir o comportamento não linear do trem de colunas de destilação com precisão suficiente para o trabalho desenvolvido. A ferramenta desenvolvida foi testada para o caso da produção de etanol de segunda geração empregando o pré-tratamento organosolv. Os resultados mostram que o otimizador estocástico implementado foi capaz de encontrar a condição ótima para uma função objetivo representativa do fluxo de caixa da planta, o que é confirmado pelas curvas de nível obtidas para tal função. A ferramenta também permitiu a análise da distribuição do consumo de vapor na planta por setor, o que possibilita a determinação do impacto da segunda geração na demanda energética do processo