Projekti / Programi
Procesna sistemska tehnika
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.00 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T350 |
Tehnološke vede |
Kemijska tehnologija in inženirstvo |
| T120 |
Tehnološke vede |
Sistemsko inženirstvo, računalniška tehnologija |
modeliranje, simuliranje, optimiranje, integracija procesov, minimiranje odpadkov, uščipna tehnika, sinteya procesov, MINLP, integrirni sistem
Raziskovalci (15)
Organizacije (1)
Povzetek
Raziskali smo metode naertovanja energijsko zahtevnih osnovnih operacij, zlasti reakcij in separacij, hkratne snovne in energetske integracije, raeunalniškega optimiranja kontinuirnih in šaržnih kemijskih procesov. Poleg zniževanja porabe energentov (pare, goriva, hladiv) skušamo z raziskavami sistematieno znižati porabo vode in kemikalij v kemijskih in petrokemijskih procesih. Tudi v drugih procesnih industrijah s sodobnimi metodami znižujemo nastajanje odpadkov v samem procesu.Razvoj strategij, postopkov in programske opreme za celovito sintezo procesnih podsistemov (reakcijskega, separacijs- kega, pogonskega) oz. celotnih procesnih shem na osnovi mešano-celoštevilskega nelinearnega programiranja (MINLP). Pristop omogoea hkratno strukturno (izbor alternativnih procesnih enot ali njihovih povezav) in parametrieno (tempera-ture, pretoki, tlaki, velikost opreme) optimiranje. Razvoj je usmerjen k obvladovanju kompleksnih industrijskih proble-mov. Gre za razširitev metodologije sinteze procesov tudi na optimalni izbor reakcijskih poti, s eemer bi bilo mogoee inovirati obstojeee procese. Osnovna strategija je razvoj osrednjega dela integriranega sistema (skupaj s CAPEC-DTU, Danska in CMU, ZDA) za:a) identifikacijo kemijskih komponent (molekularno modeliranje) in izbor izvedljivih procesnih alternativ (termodinam- ska analiza),b) MINLP optimiranje sistema alternativ inc) rigorozna analiza dobljene procesne sheme (procesni stacionarni in dinamieni simulatorji, itd.) s poudarkom na vo-dljivost procesa (fleksibilnost, regulabilnost, varnost, ekologija).Raziskave bi potekale na treh nivojih:- izboljšava optimizacijskih postopkov s posebnim poudarkom na avtomatiziranju uporabe tehnik globalnega optimiranja in izboljšavi robustnosti optimizacijskih postopkov za nelinearno (NLP) in mešano celoštevilsko programiranje (MILP) in s tem posredno tudi MINLP,- razvoj integrirne metodologije za MINLP optimiranja in sinteze procesov na vee nivojih zahtevnosti, od enostavnega NLP optimiranja do hkratnega MINLP optimiranja strukture in parametrov, do hkratne toplotne integracije, do hkratne fleksibilnosti za operabilnost procesa pri razlienih kombinacijah nedoloeenih parametrov, do hkratnega upoštevanja okoljevarstvenih zahtev,- razvoj uporabniku prijazne programske opreme (PROSYN-MINLP, integrirni sistem) za analizo in inoviranje obstoje-eih in novih industrijskih procesov.
Pomen za razvoj znanosti
Program pomeni prispevek k svetovni znanosti na področju procesne sistemske tehnike. Izsledki so bili zato predstavljeni na evropskih in svetovnih konferencah ter objavljeni v vrhunskih znanstvenih revijah. V preteklih letih smo skupaj z graško univerzo (A) sodelovali v projektu EUREKA. Trenutno sodelujemo v dveh evropskih projektih DG III in DG XII.Po oceni strokovnjakov laboratorija za procesno sistemsko tehniko na Imperial College, London, bo optimiranje, načrto-vanja, sinteze, planiranja in obratovanja procesov najpomembnejša tehnologija na začetku prihodnjega stoletja za pove-čanje profita, zmanjšanje porabe energije in emisije polutantov. Naš prispevek je ndaljni razvoj tehnologije MINLP za optimalno sintezo in optimiranje procesov in navezava te tehnologije v integrirni sistem. Gre za vrhunske postopke MINLP optimiranja za kontinuirne in šaržne procese ter druge tehniške strukture (npr. strukture v mehaniki). S povečan-jem robustnosti postopkov in z računalniško implementacijo bi tehnologijo primarno približali industrijski praksi. Ome-niti velja, da smo na osnovi MINLP tehnologije že razvili v svetu edinstveno prototipsko verzijo procesnega sintetizerja PROSYN-MINLP (s prof. I.E. Grossmannom, ZDA) in jo nadgradili v integrirni sistem (s prof. R. Ganni, CAPEC, DTU Danska), ki je prav tako novost na področju računalniško podprte procesne tehnike (CAPE) za inoviranje procesov od sinteze molekul do integriranih procesov.
Pomen za razvoj Slovenije
Program je pomemben za Slovenijo. Izsledki našega dela so uporabni za rekonstruiranje in optimiranje obstojeeih proce-sov. Z njimi je mogoee znižati porabo pare, hladiv in drugih vrst energije. Kot testne primere naših raziskav smo jemali procese slovenske kemijske in petrokemijske industrije (žveplove kistline, metanola, formaldehida) in pri tem ugotovili možnosti prihrankov, skupno v višini nad 5 milijonov dolarjev letno.Pomen v širšem smislu velja tudi za Slovenijo, še posebej, ker bi uporaba omenjenih pristopov pomenila bližnjico k ino-viranju obstojeeih in novih procesov v Sloveniji. Izkušnje pri izdelavi nekaterih komparativnih študij kažejo, da je mogo-ee z optimiranjem doseei znaten porast dodane vrednosti, ne le zaradi zmanjšanja stroškov energije in surovin, ampak tudi zaradi optimalnega prilagajanja proizvodnje dinamiki tržišea ob procesnih rešitvah, ki okolje manj obremenjujejo. Predlagani program zato predstavlja srce za prenos in razvoj te vrhunske tehnologije v domaeem prostoru. Predvidevamo tudi usposobitev profesionalne ekspertne skupine, ki bi skrbela za prenos tega znanja v industrijo. Raeunalniško podprto naertovanje, sinteza in optimiranje ter raeunalniško vodenje (in-line optimiranje) potrebujejo sorazmerno majhna vlagan-ja in veliko znanja, rezultati pa kažejo bistveno konkureneno prednost. Zato predlagan program pomeni inicializacijo tistega dela kritienih tehnologij, ki je za Slovenijo prednostnega pomena in dolgoroeno obvladljiv.Poseben poudarek in naporti bodo usmerjeni v razvoj prijaznega uporabniškega okolja za uporabo sicer matematieno in raeunalniško zelo zahtevnih tehnik. S tem prieakujemo množienost uporabe naših rezultatov in hkrati dvig znanja tehniškega osebja.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
