Optimal MSF plant design

The aim of this paper is to present a rigorous model for Multi-Stage Flash Evaporation System (MSF). The MSF system is represented as a No Linear Programming (NLP) model. The model incorporates a high number of non-linear restrictions; so the achievement of the global optimum is difficult. Here, the study of an algorithm for the system optimisation is presented.Fil: Mussati, Sergio Fabian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Aguirre, Pio Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Scenna, Nicolás J.. No especifíca

Análisis Económico de un Proceso Basado en Reactores Discontinuos Secuenciales (SBR) para la Reducción de Nutrientes Biológicos de Aguas Residuales

En este trabajo se presenta un análisis económico de un proceso discontinuo cíclico para remoción de materia orgánica, nitrógeno y fósforo de efluentes líquidos mediante barros activados. El proceso es del tipo reactores discontinuos secuenciales con nitrificación externa. Se evalúan y comparan mediante simulación los costos operativos y de inversión de dos configuraciones de proceso alternativas para distintos caudales de diseño que cumplen con los límites de descarga exigidos. Se determinó la escala de tratamiento (caudal de diseño) que conduce al mínimo costo total anual específico para cada configuración estudiada. Desde el punto de vista económico, se concluye que es más conveniente para tratar grandes caudales de efluente instalar plantas pequeñas en paralelo operando al caudal nominal que determina el mínimo costo total anual específico de tratamiento que una planta de gran dimensión

Reducción del modelo ASM1 mediante invariantes de reacción : Aplicación a etapas batch

En todo sistema existen algunas propiedades, elementos, cantidades o relaciones que permanecen inalteradas a pesar de las transformaciones que se apliquen sobre ellos, denominados invariantes del sistema. Para un sistema de reacción en recinto cerrado con n reacciones linealmente independientes y m componentes (n<m), existen combinaciones lineales de las concentraciones que no son afectadas por las velocidades de reacción y, por lo tanto, independientes del progreso de las reacciones: son los invariantes de reacción. Se recurre al concepto de invariante de reacción para implementar una metodología de reducción de modelos para su aplicación al modelo de barros activados ASM1 de IWA para remoción de C y N de aguas residuales municipales e industriales. El propósito de contar con una metodología sistemática y eficiente de reducción de modelos se fundamenta en la necesidad de incorporar en las estrategias de optimización dinámica y control, desarrolladas en sistemas orientados a ecuaciones de tipo algebraico, modelos de pequeño tamaño y/o que disminuyan la complejidad numérica -tanto como sea posible-, pero que capturen fielmente la dinámica del sistema. El objetivo que se persigue aquí es disminuir tal complejidad numérica a través de la sustitución de ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales que describen los estados del sistema por relaciones algebraicas lineales de esos estados, conservando la dinámica exacta del modelo original. A diferencia de otros casos, el interés central no radica en disminuir los tiempos de cómputo sino en describir la dinámica exacta del fenómeno con el mínimo número de ecuaciones diferenciales. La metodología seguida es apta para su aplicación a un sistema reaccionante de cualquier naturaleza operado en modo discontinuo o batch. La metodología se aplica a dos casos de estudio: el primero (1 invariante) es lo suficientemente sencillo y pequeño para describir la metodología puntualmente; el segundo (5 invariantes) es más realista, aplicado a la fase anóxica de la etapa de bioconversión de un proceso del tipo SBR (sequenced batch reactor). Se compara el comportamiento dinámico que predice el modelo original y su versión reducida.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa (SADIO

Reducción del modelo ASM1 mediante invariantes de reacción : Aplicación a etapas batch

En todo sistema existen algunas propiedades, elementos, cantidades o relaciones que permanecen inalteradas a pesar de las transformaciones que se apliquen sobre ellos, denominados invariantes del sistema. Para un sistema de reacción en recinto cerrado con n reacciones linealmente independientes y m componentes (n<m), existen combinaciones lineales de las concentraciones que no son afectadas por las velocidades de reacción y, por lo tanto, independientes del progreso de las reacciones: son los invariantes de reacción. Se recurre al concepto de invariante de reacción para implementar una metodología de reducción de modelos para su aplicación al modelo de barros activados ASM1 de IWA para remoción de C y N de aguas residuales municipales e industriales. El propósito de contar con una metodología sistemática y eficiente de reducción de modelos se fundamenta en la necesidad de incorporar en las estrategias de optimización dinámica y control, desarrolladas en sistemas orientados a ecuaciones de tipo algebraico, modelos de pequeño tamaño y/o que disminuyan la complejidad numérica -tanto como sea posible-, pero que capturen fielmente la dinámica del sistema. El objetivo que se persigue aquí es disminuir tal complejidad numérica a través de la sustitución de ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales que describen los estados del sistema por relaciones algebraicas lineales de esos estados, conservando la dinámica exacta del modelo original. A diferencia de otros casos, el interés central no radica en disminuir los tiempos de cómputo sino en describir la dinámica exacta del fenómeno con el mínimo número de ecuaciones diferenciales. La metodología seguida es apta para su aplicación a un sistema reaccionante de cualquier naturaleza operado en modo discontinuo o batch. La metodología se aplica a dos casos de estudio: el primero (1 invariante) es lo suficientemente sencillo y pequeño para describir la metodología puntualmente; el segundo (5 invariantes) es más realista, aplicado a la fase anóxica de la etapa de bioconversión de un proceso del tipo SBR (sequenced batch reactor). Se compara el comportamiento dinámico que predice el modelo original y su versión reducida.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa (SADIO

Optimización del Proceso de Separación de Gases por Membranas

Este trabajo trata sobre la optimización del diseño del proceso de captura de CO2 por membranas a partir de gases generados en una planta de combustión de carbón. Diferentes configuraciones alternativas son embebidas simultáneamente en una superestructura a partir de la cual se deriva el modelo matemático que permite determinar la configuración óptima del proceso de separación, el área de membrana y consumo de potencia en cada etapa, y las correspondientes condiciones de operación. Precisamente, se propone minimizar el área total de membrana, adoptando como metas de diseño una recuperación de CO2 del 85.00% y pureza de 98.00% en la corriente enriquecida de CO2. Dicho problema se resolverá para dos tipos de flujos: contra-corriente y co-corriente. Las soluciones óptimas obtenidas para cada tipo de flujo son analizadas y comparadas en términos de la distribución de áreas, flujos, composiciones y la contribución individual de cada compresor al consumo total de potencia

Estudio comparativo de sistemas SBR para eliminación de C, N y P. convencional versus nitrificación externa

Se presentan resultados de la simulación dinámica de sistemas SBR para la remoción de C, N y P de efluentes líquidos, en base al modelo de barros activados ASM3+BioP. Se incluyen resultados de la comparación entre el proceso SBR convencional y SBR con nitrificación externa, en base a la eficiencia de remoción de contaminantes y costos de inversión, operación y total, para diferentes condiciones de operación que cumplen con los límites de descarga considerados. Para el efluente estudiado, ambos procesos permiten cumplir los límites de descarga sin la adición de una fuente externa de C. El proceso SBR con nitrificación externa alcanza mayor remoción de N-nitratos y P total, mientras que la remoción de N-amoniacal se ve limitada. Si bien ambos procesos presentan costos totales específicos similares, el proceso SBR tiene un menor costo específico de inversión, mientras que el proceso SBR con nitrificación externa presenta menores costos de operación debido a una mayor eficiencia. Dado el elevado número de compromisos existentes entre las variables de operación, surge la necesidad de formular un modelo de optimización algorítmica que permita determinar simultáneamente las condiciones de operación que minimicen costos bajo especificaciones de descarga.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativ

Estudio comparativo de sistemas SBR para eliminación de C, N y P. convencional versus nitrificación externa

Se presentan resultados de la simulación dinámica de sistemas SBR para la remoción de C, N y P de efluentes líquidos, en base al modelo de barros activados ASM3+BioP. Se incluyen resultados de la comparación entre el proceso SBR convencional y SBR con nitrificación externa, en base a la eficiencia de remoción de contaminantes y costos de inversión, operación y total, para diferentes condiciones de operación que cumplen con los límites de descarga considerados. Para el efluente estudiado, ambos procesos permiten cumplir los límites de descarga sin la adición de una fuente externa de C. El proceso SBR con nitrificación externa alcanza mayor remoción de N-nitratos y P total, mientras que la remoción de N-amoniacal se ve limitada. Si bien ambos procesos presentan costos totales específicos similares, el proceso SBR tiene un menor costo específico de inversión, mientras que el proceso SBR con nitrificación externa presenta menores costos de operación debido a una mayor eficiencia. Dado el elevado número de compromisos existentes entre las variables de operación, surge la necesidad de formular un modelo de optimización algorítmica que permita determinar simultáneamente las condiciones de operación que minimicen costos bajo especificaciones de descarga.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativ

Número Óptimo de Etapas de Equilibrio en un Proceso de Destilación Extractiva Etanol-Agua-Etilenglicol

This paper deals with the optimal design of a production process of anhydrous ethanol by extractive distillation using ethylene glycol as a solvent. The process has two distillation towers, an extractive where ethanol is separated and a recovery from which the solvent is recycled. A mixed integer nonlinear programing (MINLP) model based on a superstructure that embeds all the attractive and technologically feasible configurations is proposed. The proposed model allows to determine the optimal number of equilibrium stages, the feed location and optimal operating conditions of both towers simultaneously. The model is implemented in GAMS, and the results were successfully validated with those thrown by commercial simulators (HYSYS). A case of application is presented to show the ability of the model and discuss the results.Este trabajo aborda el diseño óptimo de un proceso de producción de etanol anhidro mediante destilación extractiva utilizando etilenglicol como solvente. El proceso cuenta con dos torres de destilación, una extractiva donde se separa el etanol y otra de recuperación a partir de la cual se recircula el solvente. Se propone un modelo matemático de optimización mixto entero no lineal (MINLP) basado en una superestructura que embebe todas las configuraciones atractivas y factibles tecnológicamente. El modelo propuesto permite determinar el número óptimo de etapas de equilibrio, la ubicación de la alimentación y las condiciones óptimas de operación de ambas torres en simultáneo. El modelo se implementó en GAMS, y los resultados obtenidos fueron validados satisfactoriamente con aquéllos arrojados por simuladores comerciales (HYSYS). Un caso de aplicación es presentado para mostrar la capacidad del modelo y discutir los resultados