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Title: Otimização do rendimento da etapa de precipitação para aumento de produtividade do Processo Bayer
Other Titles: Optimization of the yield of the precipitation stage to increase the productivity of the Bayer Process
???metadata.dc.creator???: RAFAEL, Maria Beatriz Leite Ramos.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: VASCONCELOS, Luis Gonzaga Sales.
???metadata.dc.contributor.referee1???: RAMOS, Wagner Brandão.
???metadata.dc.contributor.referee2???: OLIVEIRA, Laercio Gomes de.
Keywords: Python;Modelagem híbrida;Aprendizado de máquina;Precipitação;Processo bayer;Python;Hybrid modeling;Machine learning;Precipitation;Bayer process
Issue Date: 2-Jun-2025
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: RAFAEL, Maria Beatriz Leite Ramos. Otimização do rendimento da etapa de precipitação para aumento de produtividade do Processo Bayer. 2025. 95 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologias, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2025.
???metadata.dc.description.resumo???: O processo Bayer, principal rota para a produção de alumina, possui na etapa de precipitação um gargalo potencial para o aumento da produtividade global. A otimização do rendimento desta fase é crucial para aprimorar a eficiência e a economia do processo. O presente trabalho realiza a otimização do rendimento da etapa de precipitação do processo Bayer através do desenvolvimento de um modelo híbrido inovador. Esta abordagem combina os fundamentos da modelagem fenomenológica, que descreve os mecanismos físico-químicos subjacentes ao processo, com a capacidade preditiva de modelos baseados em técnicas de aprendizado de máquina para identificar condições operacionais otimizadas. Desta forma, tem-se a possibilidade de superar as limitações dos modelos puramente fenomenológicos, que podem apresentar dificuldades em lidar com a complexidade inerente aos processos industriais. A integração com técnicas de aprendizado de máquina permite a exploração de grandes volumes de dados operacionais e a identificação de padrões complexos, possibilitando a predição do rendimento da precipitação em função de diversas variáveis de processo. Para atingir o objetivo proposto, a metodologia adotada envolve a elaboração de um modelo fenomenológico detalhado da etapa de precipitação do processo Bayer, incorporando os principais fenômenos de nucleação, crescimento e aglomeração de partículas de hidróxido de alumínio. Para que o modelo fosse mais robusto e realista, foram consideradas a dissociação das espécies químicas e o pH. Em seguida, foi implementado um algoritmo de aprendizado de máquina em linguagem Python, utilizando dados sintéticos gerados a partir do modelo fenomenológico. Realizou-se a comparação de diferentes arquiteturas de modelagem híbrida: série, paralela e série-paralela. Através da análise comparativa das arquiteturas de modelagem híbrida, observa-se qual delas apresenta o melhor desempenho na predição do rendimento da precipitação. A implementação do modelo híbrido resulta em um aumento da produtividade, demonstrando o potencial da integração de modelagem fenomenológica e aprendizado de máquina para a otimização de processos químicos complexos.
Abstract: The Bayer process, the main route for alumina production, has a potential bottleneck for increasing overall productivity in its precipitation step. Optimizing the yield of this phase is crucial to improving the efficiency and economics of the process. The present work optimizes the yield of the precipitation step of the Bayer process through the development of an innovative hybrid model. This approach combines the fundamentals of phenomenological modeling, which describes the physicochemical mechanisms underlying the process, with the predictive capability of models based on machine learning techniques to identify optimized operational conditions. This way, it is possible to overcome the limitations of purely phenomenological models, which may have difficulties in dealing with the complexity and nonlinearities inherent in industrial processes. The integration with machine learning techniques allows for the exploration of large volumes of operational data and the identification of complex patterns, enabling the prediction of precipitation yield as a function of various process variables. To achieve the proposed objective, the adopted methodology first involves the elaboration of a detailed phenomenological model of the precipitation step of the Bayer process, incorporating the main phenomena of nucleation, growth, and agglomeration of aluminum hydroxide particles. For the model to be more robust and realistic, the dissociation of chemical species and pH were considered. Subsequently, a machine learning algorithm was implemented in Python, using synthetic data generated from the phenomenological model. A comparison of different hybrid modeling architectures was performed: series, parallel, and series-parallel. Through the comparative analysis of the hybrid modeling architectures, it is observed which one presents the best performance in predicting the precipitation yield. The implementation of the hybrid model results in an increase in productivity, demonstrating the potential of integrating phenomenological modeling and machine learning for the optimization of complex chemical processes.
Keywords: Python
Modelagem híbrida
Aprendizado de máquina
Precipitação
Processo bayer
Python
Hybrid modeling
Machine learning
Precipitation
Bayer process
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Química
URI: https://dspace.sti.ufcg.edu.br/jspui/handle/riufcg/42551
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Química

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