Optimal Design of Distillation Columns Using a Combined Optimisation Approach

Chia, Dian Ning; Duanmu, Fanyi; Sørensen, Eva

doi:10.1016/b978-0-323-88506-5.50025-5

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“…We choose the PSO algorithm because we have previous experience using it, and it performed well for similar problems ( Javaloyes et al, 2013) . We also included the GA because it is one of the most popular stochastic global search methods, and it has been used for simulation-based optimization problems in the literature, for instance in Chia et al, 2021, Ibrahim et al, 2017, Vazquez-Castillo et al, 2009, Leboreiro and Acevedo, 2004and Gross and Roosen, 1998 As mentioned in section 2, DFO algorithms are particularly appropriate for sequential modular process simulators as the issue with obtaining accurate derivatives is avoided directly. In addition, if the flowsheet convergence fails for a given set of design variables during the optimization procedure, then, the approach to continue with the optimization it is more straightforward than in the case of derivative-based solvers.…”

Section: Comparison Of Solutions Obtained Using the Ecp Solver And Two Stochastic Global Search Methodsmentioning

confidence: 99%

Simulation-based optimization of distillation processes using an extended cutting plane algorithm

Javaloyes-Antón

Kronqvist

Caballero

2022

Computers & Chemical Engineering

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The use of commercial flowsheeting programs enables straight-forward use of rigorous, but user hidden, mathematical formulations of chemical processes. The optimization of such black-box models is a challenging task due to nonconvexity, absence of accurate derivatives, and simulation convergence failures which can prevent classical optimization procedures from continuing the search. Here, we present an optimization framework based on the extended cutting plane algorithm with additional heuristic techniques and strategies designed to improve its practical performance for solving nonconvex simulationbased MINLP problems. The new algorithmic features include two approaches for dealing with nonconvexities; the first technique expands the search space to restore feasibility of the MILP subproblems, and the second is a restarting technique to avoid premature termination to non-optimal solutions. We also propose two approaches for handle simulation failures, based on no-good cuts and backtracking. The proposed optimization framework is successfully applied to four case studies dealing with the economic optimization of distillation processes.

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Section: Comparison Of Solutions Obtained Using the Ecp Solver And Two Stochastic Global Search Methodsmentioning

confidence: 99%

Simulation-based optimization of distillation processes using an extended cutting plane algorithm

Javaloyes-Antón

Kronqvist

Caballero

2022

Computers & Chemical Engineering

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“…The objective function for optimization problems are normally the maximization of the net present value (NPV) [351] or the minimization of the total annualized cost (TAC) [352][353][354][355][356]. The initial step for both situations is to calculate the capital cost, which includes the cost of constructing the plant and the operating costs.…”

Section: Superstructure Optimization Approachmentioning

confidence: 99%

Avaliação dos processos de conversão de CO2 em produtos de valor agregado.

Pacheco

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A perspectiva do dióxido de carbono (CO 2 ) de ser considerado um resíduo para se tornar um recurso valioso com potencial como fonte de carbono e alternativa aos combustíveis fósseis é explorada nesse trabalho. A Utilização do Dióxido de Carbono (UDC) concentra-se em avançar além das tecnologias de captura e armazenamento de carbono, as estratégias para reciclar o CO 2 em vetores de energia e intermediários químicos, e avaliar o potencial de produtos derivados do CO 2 . Ao utilizar o CO 2 como base de carbono, produtos químicos podem ser produzidos com custos competitivos e impacto ambiental reduzido. A adoção de matérias-primas alternativas, como CO 2 , pode trazer mudanças disruptivas para a indústria. O CO 2 pode ser integrado à indústria química existente por meio de produtos químicos fundamentais, como metanol, ou como uma possível base de carbono C 1 . Ao avaliar uma tecnologia de UDC, fatores como potencial de redução de emissões, restrições termodinâmicas e viabilidade comercial devem ser considerados. Para enfrentar o desafio de avaliar tecnologias de utilização de CO 2 e identificar produtos promissores, uma abordagem sistemática utilizando uma análise de decisão multicritério foi desenvolvida. Critérios específicos para a conversão do dióxido de carbono são estabelecidos, e uma avaliação em três níveis é aplicada para selecionar os produtos mais adequados com base na viabilidade econômica, maturidade tecnológica e relevância científica. Carbonato de dimetila, éter dimetílico e ácido acético são identificados como produtos favoráveis, com recomendação de estudos de projeto de processo. Um processo inovador para a produção de ácido acético a partir do CO 2 usando a rota de hidrocarboxilação do metanol foi desenvolvida, incorporando ajustes nas matérias-primas, faixas de temperatura, pressão e unidades de separação eficientes. O estudo contribui para o campo de síntese de processo para a conversão do CO 2 em produtos de alto valor agregado, abordando a escassez de dados literários sobre os processos de produção de ácido acético. Além disso, uma avaliação da conversão de CO 2 em metanol e éter dimetílico foi conduzida. É proposto um framework para otimizar as plantas químicas, considerando tanto o custo anualizado total quanto as emissões de CO 2 resultantes do uso de utilidades. Modelos simplificados, como redes neurais, representaram com precisão o comportamento da planta, possibilitando uma otimização eficiente. Os esforços de otimização de processos têm produzido resultados positivos tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental. A redução no custo total anualizado demonstra maior eficiência financeira, enquanto a diminuição nas emissões de CO 2,eq significa um passo em direção à sustentabilidade. No geral, este trabalho apresenta avaliações importantes sobre a utilização de CO 2 como um recurso, otimizando a planta química e direcionando a indústria para práticas mais sustentáveis e eficientes. Mais pesquisas nessas áreas contribuirão para uma economia mais sustentável e circular.

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