Cilji projekta

Napredni sintezni koncepti, algoritmi in strategije

1. Implementacija in nadaljnji razvoj najnaprednejših algoritmov in strategij, ki temeljijo na logiki, za doseganje globalnih ali rešitev blizu globalnega optimuma. Glavne naloge so implementacija in testiranje več sodobnih postopkov in strategij reševanja.
2. Implementacija naprednih rešitvenih strategij, s katerimi bom lahko reševali širok spekter problemov. Te vključujejo: i) na LCA osnovane algoritme za večkriterijsko optimizacijo (VKO) in sintezo (VKS) za identifikacijo trajnostnih rešitev; ii) procedure za obravnavanje sistemov diferencialnih in algebrskih enačb (DAE), ki bodo omogočale optimizacijo reakcijskih omrežij in kemijske kinetike; iii) formulacijo večperiodnih problemov MINLP za trajnostno sintezo procesov preko celotne življenjske dobe; iv) večnivojski pristop MINLP z dinamičnim razvojem superstrukture za reševanje problemov kemijske oskrbovalne verige na različnih strukturnih in modelirnih detajlih; v) hibridno reprezentacijo modelov z uporabo zunanjih računskih rutin za obravnavanje kompleksnejših rigoroznih modelov in vi) izzive operabilnosti, kot so fleksibilnost, zanesljivost in varnost, za sintezo inherentno operabilnejše sisteme.   

Modeliranje in razvoj orodij sintetizatorja

1. Razvoj novega optimizacijskega programa in lupine MIPSYN-Global. Temelječ na dosedanjih izkušnjah, predlagamo razvoj učinkovitega globalnega optimizerja in njegovo implementacijo v trenutni verziji MIPSYNa. MIPSYN-Global bomo razvijali kot splošni globalni MINLP reševalnik in/ali kot lupino (ang. shell) za različne aplikacije.
2. Razvoj integriranega računalniškega sistema MIPSYN-Global za sintezo ali rekonstrukcijo različnih industrijskih problemov in problemov oskrbovalnih mrež npr. regionalnih čezmejnih oskrbovalnih mrež biomase za proizvodnjo energije in hrane. Integriran sistem MIPSYN-Global bomo razvili z integracijo različnih orodij PST: i) povezave s procesnim simulatorjem (npr. Aspen Plus) in orodjem za usklajevanje podatkov (ang. data reconciliation), ki je nujno za validacijo industrijskih podatkov; ii) grafičnega uporabniškega vmesnika (GUI); iii) več baz podatkov (npr. lastnosti čistih komponent, investicijske korelacije, eco-cost koeficienti in druge okoljske podatkovne baze); iv) večnivojskega modeliranja procesnih enot in vozlišč za zgodnje načrtovanje, kakor tudi za kasnejšo podrobnejšo stopnjo procesne integracije. 
3. Napovedovanje kemijske kinetike za sintezo kemijskih oskrbovalnih verig. Napovedovanje konstant reakcijskih hitrosti z računalniškimi metodami je potrebno, da bi lahko v superstrukturo kemijske oskrbovalne verige vključili kemijske reakcije, za katere eksperimentalni kinetični podatki niso znani. Osnovna ideja je, da izračunamo aktivacijsko prosto energijo, ki je neposredno povezana s konstanto reakcijske hitrosti, kot razliko Gibbsovih prostih energij prehodnega stanja in reaktantov. Takšen pristop še ni bil uporabljen pri sintezi kemijskih oskrbovalnih verig. V povezavi s predhodnim presejalnim pregledom kemijskih komponent na osnovi napovedovanja lastnosti bo ta pristop izjemno učinkovit za doseganje novih inovativnih rešitev.

Uporaba lupine MIPSYN-Global za primere proizvodnje zelenih produktov iz kmetijskih ostankov in odpadkov iz prehranske oskrbovalne verige

1. Procesni MINLP sintetizator. Lupino MIPSYN-Global bomo aplicirali na probleme sinteze procesnih shem, s čimer bomo identificirali trajnostne rešitve danih problemov.
2. Bio-procesni MINLP procesni sintetizator. Lupino bomo nadgradili za sintezo bio-osnovanih procesov za namene pretvorbe agrikulturnih in prehrambnih odpadkov.
3. MINLP mikro-procesni sintetizator. Lupino bomo nadgradili za izvedbo sintez mikro-procesov, kar bo omogočalo sintezo močno intenzificiranih in varnejših procesov, kakor tudi hitrejši razvoj procesov, omogočalo kontinuirano obratovanje, znižalo ogljični odtis in proizvodnjo odpadkov.
4. Sintetizator oskrbovalnih verig agrikulturnih obnovljivih virov energije in hrane. Sintetizator bo zasnovan na štiriplastni superstrukturi (žetev oz. pobiranje, predobdelava, biorafinerija in uporaba) za sintezo regionalnih oskrbovalnih verig za proizvodnjo energije in bioproduktov , razširjeni za možnosti različnih obnovljivih virov in v sklopu projekta nadgrajeni za oskrbo z različnimi prehrambnimi produkti z namenom maksimiranja samooskrbe s hrano in energijo.