cstr: multiplicidade de soluções e análise de estabilidade argimiro r. secchi programa de...

43
CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação e Otimização de Processos Químicos EQ/UFRJ março de 2014

Upload: miles-richard

Post on 19-Dec-2015

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade

Argimiro R. SecchiPrograma de Engenharia Química – COPPE/UFRJ

Rio de Janeiro, RJ

EQE038 – Simulação e Otimização de Processos Químicos

EQ/UFRJmarço de 2014

Page 2: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

2

-Multiplicity of steady states

-Linearization

-System stability

-Complex dynamic behaviors (limit cycles, strange attractors)

-Parametric sensitivity and input sensitivity

System AnalysisSystem Analysis

Page 3: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

3

Non-isothermal CSTR

Fe , CAf , CBf , Tf

Fwe , Twe

Fws , Tw

Fs , CA , CB , T

V , T

A k B

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 4: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

4

In a non-isothermal continuous stirred tank reactor, with diameter of 3.2 m

and level control, pure reactant is fed at 300 K and 3.5 m3/h with concentration

of 300 kmol/m3. A first order reaction occur in the reactor, with frequency factor

of 89 s-1 and activation energy of 6 x 104 kJ/kmol, releasing 7000 kJ/kmol of

reaction heat. The reactor has a jacket to control the reactor temperature, with

constant overall heat transfer coefficient of 300 kJ/(h.m2.K). Assume constant

density of 1000 kg/m3 and constant specific heat of 4 kJ/(kg.K) in the reaction

medium. The fully-open output linear valve has a constant of 2.7 m2.5/h.

Process description

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 5: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

5

•perfect mixture in the reactor and jacket;

•negligible shaft work;

•(-rA) = k CA;

•constant density;

•constant overall heat transfer coefficient;

•constant specific heat;

•incompressible fluids;

•negligible heat loss to surroundings;

(internal energy) (enthalpy);

•negligible variation of potential and kinetic energies;

•constant volume in the jacket;

•thin metallic wall with negligible heat capacity.

Model assumptions

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 6: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

6

dt

dVFF

dt

Vdsef

)(

se FFdt

dV

)( AAsfAeA

AA rVCFCFdt

dVC

dt

dCV

dt

VCd

Mass balance in the reactorOverall:

Component:

(2)VrCCFdt

dCV AAfAe

A )()(

(1)

eF

V (3)

CSTR modeling

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 7: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

7

(4)

2 2

ˆˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ2 2f s

e f f f f s s r s

v vdV U K F U P V gz F U PV gz q q w

dt

ˆ ˆ ˆH U PV

ˆ ˆ( ) ˆ ˆ ˆe f s r

d VH dH dVV H F H F H q q

dt dt dt

Energy balance in the reactor:

where

ˆˆ ˆ( )e f r

dHV F H H q q

dt

qqTTCpFdt

dTVCp rfe )(

CSTR modeling

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 8: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

8

(5)where

qr = (-Hr) V (-rA)

k = k0 exp(–E/RT)

(-rA) = k CA

V = A h

Fs = x Cv h

Tw = f(T)

(7)

(6)

(8)

(10)

(12)

Temperature control (14)

At = A + D h (11)

q = U At (T – Tw)

A = D2/4 (9)

x = f(h) Level control (13)

CSTR modeling

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 9: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

9

variable units of measurement

Fe, Fs m3 s-1

V m3

t, s

CA, CAf kmol m-3

rA kmol m-3 s-1

kg m-3

Cp kJ kg-1 K-1

T, Tf, Tw K

qr, q kJ s-1

U kJ m-2 K-1 s-1

At, A m2

h, D m

Cv m2.5 h-1

x –

Hr, E kJ kmol-1

R kJ kmol-1 K-1

k, k0 s-1

Consistency analysis

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 10: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

10

variables: Fe, Fs, V, t, CA, CAf, rA, , Cp, T, Tf, Tw, qr, q, U, At, A, h, D, Cv, x, Hr, E, R, k, k0, 27constants: , Cp, U, D, Cv, Hr, E, R, k0 9

specifications: t 1driving forces: Fe, Tf, CAf 3

unknown variables: Fs, V, CA, rA, T, Tw, qr, q, A, At, h, x, k, 14

equations: 14

Degree of Freedom = variables – constants – specifications – driving forces – equations = unknown variables – equations = 27 – 9 – 1 – 3 – 14 = 0

Dynamic Degree of Freedom (index < 2) = differential equations = 3

Needs 3 initial condition: h(0), CA(0), T(0) 3

Consistency analysis

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 11: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

11

Running EMSO

Open MSO file

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 12: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

12

Consistency Analysis

Results

Page 13: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

13

Page 14: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

14

The CSTR example at the steady state satisfy:

0

0

( )1( ) ( )

1

E

RTr Aft

f w EP RT

P

H k e CU AT T T T

V CC k e

e

V

F

01

AfA E

RT

CC

k e

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 15: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

15

Rewriting the energy balance:

( ) ( )R GQ T Q T0

0

( )( )

1

E

RTr Af

G E

RTP

H k e CQ T

C k e

Q T a T bR ( )

aU A

V Ct

P

1

f t w

P

T U A Tb

V C

T

Q

QG

QR3QR2QR1

1 2

3

4

5

GR dQdQ

dT dT

stable:

GR dQdQ

dT dT

unstable:

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 16: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

16

( , )dx

F t xdt ( ) 0F x

1( 1) ( ) ( ) ( )( ) ( ) , 0,1,2,k k m kx x J x F x k Newton-Raphson:

( )( ) ( )

( )k

k iij

j

F xJ x

x

and 0 1m k

Path FollowingPath Following

Homotopic Continuation: ( ; ) (1 ) ( ) ( ) 0 , 0 1H x p p F x pG x p

(0) (0)( ) ( ) ( )G x J x x x (0)( ) ( ) ( )G x F x F x

affine homotopy

Newton homotopy

Multiples solutions can be obtained by continuously varying the parameter p

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 17: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

17

Parametric Continuation: [ ( ); ( )] 0F x s p s where s is some parameterization, e.g., path arc length

( ) ( ) 0 , eF F dx dp

x s p s x px p ds ds

F FDF

x p

Frechet derivative

a point (xo, po) is:

( , )o oF x p

x

- Regular if is non-singular

( , )o oF x p

x

- Turning point if is singular and DF has rank = n

( , )o oF x p

x

- Bifurcation if is singular and DF has rank < n

reparameterization

Path FollowingPath FollowingMultiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 18: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

18

Solutions: 1) CA = 13,13 kmol/m3 and T = 659,46 K 2) CA = 132,87 kmol/m3 and T = 523,01 K 3) CA = 299,86 kmol/m3 and T = 332,72 K

Example: a) execute flowsheet in file CSTR_noniso.mso with initial condition of 578 K and compare with result changing the initial condition to 579 K; b) find the three steady states using file CSTR_sea.mso by changing the initial guess for T and CA (use the section GUESS).

Multiplicity of Steady StatesMultiplicity of Steady States

Page 19: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

19

LinearizationLinearization

Generate linearized model at given operating point.

Implicit DAE:

Considering the specification as input, u(t), (SPECIFY section in EMSO):

And identifying the algebraic variables as y(t):

( ,́ , , , ) 0F x x y u t

( ,́ , ) 0F x x t

ˆ ˆ( ,́ , , ) 0F x x u t

Page 20: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

20

Differentiating F:

and extracting:

The partition:

Define the linearized system:

Linearization

´ 0x x y uF dx F dx F dy F du

1

x y x u

dx dxF F F F

dy du

1

x y x u

A BF F F F

C D

'x A x Bu

y C x Du

(index < 2)

Page 21: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

23

Example: execute the flowsheet in file CSTR_linearize.mso with the option Linearize = true and evaluate the characteristic values of the Jacobian matrix (matrix A). Repeat the example with the value of Cp 10 times smaller, i.e., 0.4 kJ / (kg K). Compare the ratio between the greater and the smaller characteristic values in module.

Non-isothermal CSTR: linearizationNon-isothermal CSTR: linearization

Page 22: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

24

Stability AnalysisStability Analysis

)(tx

( )dx

F xdt 0 0( ) ( )x t y t ( ) ( )x t y t

Liapunov Stability: is stable (or Liapunov stable) if, given > 0, there exists a = () > 0, such that, for any other solution, y(t), of

satisfying , then for t > t0.

Page 23: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

25

Stability AnalysisStability Analysis

)(tx

0 0( ) ( )x t y t b Asymptotic Stability: is asymptotic stable if Liapunov stable and there exists a constant b > 0 such that, if then 0)()(lim

tytx

t

( ) ( ) ( )y t x t x t Defining deviation variables:

2[ ( )]( ) ( ( ))

dx F x tF x F x t y O y

dt x

( ( ) )dx dx dy

F x t ydt dt dt

Expanding in Taylor series:

Linearization: [ ( )] ( )dy

J x t y A t ydt

Page 24: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

26

( )x tFor an equilibrium point = x*, the stability is characterized by the characteristics values of the Jacobian matrix J(x*) = A:

x* is a hyperbolic point if none characteristics values of J(x*) has zero real part.

x* is a center if the characteristics values are pure imaginary. Fixed point non-hyperbolic.

x* is a saddle point, unstable, if some characteristics values have real part > 0 and the remaining have real part < 0.

x* is stable or attractor or sink point if all characteristics values have real part < 0.

x* is unstable or repulsive or source point if at least one characteristic value have real part > 0.

Stability AnalysisStability Analysis

Page 25: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

27

For a second-order linear system:2det( ) ( ) det( ) 0A I tr A A

2( ) ( ) 4det( )

2

tr A tr A A

Stability AnalysisStability Analysis

Page 26: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

28

0 0( ) , (0)E

RTeAA A A A Af

FdCC C k e C C C

dt V

00

( ) ( )( ) , (0)

E

RTe r A t w

fp p

F H k e C UA T TdTT T T T

dt V C V C

Considering the CSTR example with constant volume:

0 02

0 02

( , )( ) ( )

E E

RT RTeA

E EART RT

r e r A t

p p p

F Ek e k e C

V RTJ C T

H k e F H k e C UAE

C V RT C V C

Stability AnalysisStability Analysis

Page 27: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

29

3 4

3 4

1.6458 10 3.4282 10(13.13, 659.46)

2.7542 10 4.8934 10J

4 4

4 4

1.6260 10 3.1753 10(132.87, 523.01)

1.5852 10 4.4509 10J

5 7

8 4

7.2050 10 6.6220 10(299.86, 332.72)

5.9285 10 1.0944 10J

5

4

7.2051 10

1.0944 10

5

4

6.3659 10

3.4614 10

3

4

1.0205 10

1.3604 10

2) Saddle Point, unstable

1) Stable node

3) Stable Node

Stability AnalysisStability Analysis

Page 28: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

300 50 100 150 200 250 300 350

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

CA

T

file: CSTR_nla/traj_cstr.m

Stability AnalysisStability Analysis

Page 29: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

31

Complex Dynamic BehaviorComplex Dynamic Behavior

Tw

Tw

CA

THopf point

Tw = 200,37 K

unstable solutions

stable solutions

CSTR example:

Page 30: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

32

t (h)

t (h)

unstable limit cycle

A limit cycle is stable if all characteristics values of exp(J p) (Floquet multipliers) are inside the unitary cycle, where J is the Jacobian matrix in the cycle, p = 2 / is the oscillation period and = |Hopf|.

file: CSTR_auto/cstr_bif.mso

Complex Dynamic BehaviorComplex Dynamic Behavior

Page 31: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

33

Interface EMSO-AUTOInterface EMSO-AUTO

parameters

Equation system

Jacobian matrix

First steady-state solution

Page 32: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

34

Interface EMSO-AUTOInterface EMSO-AUTO

21 ( )1 11 x tdx t

x t p x t edt

222 13 14 1 x tdx t

x t p x t edt

2 2

2 2

1

1

1 (1 )( )

14 3 14 (1 )

x x

x x

p e p x eJ x

p e p x e

p = 0: x* = (0, 0) (J) = (-1, -3)

Page 33: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

35

Interface EMSO-AUTOInterface EMSO-AUTO

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

x1

x 2

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

x1

x 2

0.134 0.136 0.138 0.14 0.142 0.144 0.146 0.148

0.63

0.64

0.65

0.66

0.67

0.68

0.69

x1

x 2

Parameter p Eigenvalues Phase plane

p < 0.06361 Real negatives eigenvalues – stable nodep = 0.05 = [-1.13, -2.06]

p = 0.06361 Repeated real negatives eigenvalues – stable node (star) = [-1.4372, -1.4372]

0.06361 < p < 0.0889 Complex eigenvalues with negative real part - stable focusp = 0.085 = -1.095 0.565 i

Page 34: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

36

Interface EMSO-AUTOInterface EMSO-AUTO

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

x1

x 2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

1

2

3

4

5

6

7

x1

x 2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

1

2

3

4

5

6

7

x1

x 2

p = 0,0889unstable node gives rise to two points: unstable node and saddle point p > 0.0889

Turning point (fold): One stable solution (focus) and other unstable (node). (point 3 in figure below) = -1.009 0.605 i = [0, 3.432]

0.0889 < p < 0.0933 One stable solution (focus) and two unstable (saddle and node)p = 0.09 = -0.982 0.614 i = [-0.213, 3.332] = [0.364, 3.151]

0.0933 < p < 0.10574at p = 0.105738931 the first point goes from stable focus to stable node: = [-0.055, -0.046]

One stable solution (focus) and two unstable (saddle and focus)p = 0.10 = -0.652 0.651 i = [-0.439, 1.953] = 1.431 1.851 i

Page 35: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

37

Interface EMSO-AUTOInterface EMSO-AUTO

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

1

2

3

4

5

6

7

x1

x 2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

2

4

6

8

10

12

t

x

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

2

4

6

8

10

12

x1

x 2

0.8 0.82 0.84 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98 13

3.5

4

4.5

5

5.5

6

x1

x 2

p = 0.10574the stable node gives rise to two points: stable node and saddle forp < 0.10574

Turning point (fold): One stable solution (node), other unstable (focus), and one sable limit cycle. (point 2 in figure below) = [-0.097, 0] = 1.186 2.478 i

0.10574 < p < 0.1309 One unstable solution (focus) and one stable limit cyclep = 0.12 = 0.528 3.487 i

p = 0.1309 Hopf bifurcation: pure imaginary eigenvalues. (point 4 in figure below) = 4.008 i

Page 36: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

38

Interface EMSO-AUTOInterface EMSO-AUTO

0.8 0.82 0.84 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98 13

3.5

4

4.5

5

5.5

6

x1

x 2

p > 0.1309 Complex eigenvalues with negative real part - stable focusp = 0.15 = -0.952 4.627 i

p

x 2

Page 37: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

39

Interface EMSO-AUTOInterface EMSO-AUTO

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

Re()

Im(

)

Hopf

Hopf

1st turning point

2nd turning point

Trajectories:stable pointsaddle pointunstable point

Page 38: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

40

Interface EMSO-AUTOInterface EMSO-AUTO

Example: copy files auto_emso.exe and r-emso.bat (Windows) or @r-emso (linux) in “bin” folder of EMSO to the folder CSTR_auto and execute the command below in a prompt of commands (shell):

Windows: r-emso cstr_bif

Linux: ./@r-emso cstr_bif

The results are stored in file fort.7. In Linux the graphic tool PLAUT can be used to plot the results using the command @p.

Page 39: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

41

Sensitivity AnalysisSensitivity Analysis

Objective: determine the effect of variation of parameters (p) or input variables (u) on the output variables.

Steady-state simulation: );,(

0);,(

puxHy

puxF

Sensitivity analysis

local:

global: bifurcation diagram, surface response

,

iy

j x p

yW

p

,

ix

j x p

xW

p

(case study)

1

x

F FW

x p

y x

H HW W

x p

,

j iy

i j x p

p yW

y p

Normalized form:

Page 40: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

42

Sensitivity AnalysisSensitivity Analysis

Dynamic simulation: 0 0( , , , ; ) 0 , ( ; ) ( )

( , ; )

F t x x u p x t p x p

y H x u p

00( ) ( ) 0 , ( )x x x

xF F FW t W t W t

x x p p

p

HtW

x

HW xy

)(

where ( ) xx

dWW t

dt( )x

xW t

p

Page 41: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

43

Sensitivity AnalysisSensitivity Analysis

Page 42: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

44

Sensitivity AnalysisSensitivity Analysis

Page 43: CSTR: Multiplicidade de Soluções e Análise de Estabilidade Argimiro R. Secchi Programa de Engenharia Química – COPPE/UFRJ Rio de Janeiro, RJ EQE038 – Simulação

45

ReferencesReferences

DAE Solvers:

DASSL: Petzold, L.R. (1989), http://www.enq.ufrgs.br/enqlib/numeric/numeric.html

DASSLC: Secchi, A.R. (1992), http://www.enq.ufrgs.br/enqlib/numeric/numeric.html

MEBDFI: Abdulla, T.J. and J.R. Cash (1999), http://www.netlib.org/ode/mebdfi.f

PSIDE: Lioen, W.M., J.J.B. de Swart, and W.A. van der Veen (1997), http://www.cwi.nl/cwi/projects/PSIDE/

SUNDIALS: Serban, R. et al. (2004), http://www.llnl.gov/CASC/sundials/description/description.html