A Modular Mixed-Integer Non-Linear Programming Algorithm for Synthesis of Chemical Processes

Authors


Abstract

A modular approach to the formulation and a solution of mixed-integer non-linear programming (MINLP) problems are presented, which reduce the size of MINLP and the computational expenses effectively. The method decomposes the synthesis task into three hierarchical levels—the superstructure, the structure, and the modules, with the layer of modules being the most critical to the problem solution. The strategy has been implemented in a simulation environment in which the variables of interest are defined as implicit functions of the optimization variables. The implicit relationships are handled using a data-oriented process simulation technique (DOPS) that significantly simplify the simulation. The method has been effectively applied to two case studies, one from literature for the synthesis of hydrodesalkylation, and another from industrial process manufacturing methylene diphenylene diisocyanates.

Abstract

On présente une méthode modulaire pour aborder la formulation et la résolution des problèmes de programmation non linéaire à nombres entiers mixtes (MINLP), qui permet de réduire l'ampleur de la MINLP et les dépenses de calcul de manière efficace. Cette méthode décompose la tâche de synthèse en trois niveaux hiérarchiques, la superstructure, la structure et les modules, la couche des modules étant la plus critique pour la résolution des problèmes. La stratégie a été appliquée dans un contexte de simulation dans lequel les variables d'intérêt sont définies comme étant des fonctions implicites des variables d'optimisation. Les relations implicites sont manipulées à l'aide d'une technique de simulation des procédés orientées sur les données (DOPS), ce qui simplifie grandement la simulation. La méthode a été appliquée avec succès à deux études de cas, l'une venant de la littérature scientifique pour la synthèse de l'hydrodésalkylation, et l'autre d'un procédé industriel pour fabriquer des diisocyanates de méthylène-diphénylène.

Ancillary