Un Método heurístico simple para la síntesis sistemática Inicial

Un método heurístico simple para la síntesis sistemática de las secuencias iniciales de separaciones de multicomponentes es propuesto y aplicado a una serie de problemas de síntesis que han sido resueltos previamente utilizando otros métodos. Sobre la base de re-costos portados, se demuestra que las secuencias iniciales para sintetizar  problemas de prueba por el nuevo método heurístico son más baratas que los obtenidos por otros métodos heurísticos. Estas secuencias iniciales son también idénticos a, o en la mayoría a los porcentajes más altos en costes que en las secuencias óptimas obtenidos por otro algoritmo, métodos heurísticos-algorítmicas y métodos heurísticos-evolutiva. El nuevo método es sencillo de aplicar a mano y no requiere ningún fondo matemático y la habilidad de cálculo por parte del usuario.

V. M. Nadgir

Departamento de Ingeniería Química

Universidad de Auburn

Auburn Universlty, AL 36849

Y. A. LIU

Departamento de Ingeniería Química

Instituto Politecnico de Virginia  y

Universidad Estatal

Blacksburg, VA 24061

Un problema de diseño de proceso importante es la síntesis sistemática de secuencias de separación de multicomponentes que se ocupa de la selección sistemática del método y secuencias para separar mezclas multicomponentes en varios productos de especies relativamente puros. Las técnicas generales que se han desarrollado para resolver el problema de la secuencia de separación han incluido: enfoques algorítmicos que implican algunos principios de optimización establecido (Hendry y Hughes, 1972); estableciendo métodos heurísticos basados en el uso de las reglas de pulgar (Rudd et al., 1973,pp. 155-208); evolutivas  en el que se realizan mejoras sistemáticamente a una secuencia de separación (e.g.,Stephanopoulos y Westerberg, 1976); creado inicialmente y métodos termodinámicos que involucran aplicaciones de los principios termodinámicos (e.g., Hohmann et. al.,1980).

En algunas situaciones, dos o más de estas técnicas se han utilizado en conjunto en la síntesis

(e.g., Seader yWesterberg, 1977). Una revisión de estudios anteriores sobre la secuenciación de separación de múlti componentes se puede encontrar en nishida et al. (1981)

Una desventaja de las técnicas algorítmicas y evolutivos puede existente tal como fue revisado por Nishida et al. es que sus aplicaciones requieren bases matemáticas especiales y habilidad computacional del usuario.

aunque las reglas heurísticas para guiar el orden de la secuencia separación han sido durante mucho tiempo disponible, muchas de las heurísticas conocidas contradicen a otros; y los procedimientos para resolver

Estos conflictos no se han desarrollado adecuadamente. Recientemente, un cierto éxito se ha informado sobre la aplicación de ciertas heurísticas junto con las estrategias evolutivas para la secuenciación de separación de componentes múltiples.

En este trabajo, se propone un método heurístico simple para la síntesis sistemática de las secuencias iniciales para separaciones de múltiples componentes. Una comparación del nuevo método heurístico con otros métodos recientes, en particular los métodos heurísticos-evolutiva byseader y Westerberg y por Nath y Motard, se presenta. Un número de ejemplos ilustrativos se dan a demostrar la simplicidad y la eficacia como del método propuesto.

Este trabajo propone y demuestra un método heurístico simple para la síntesis sistemática de las secuencias iniciales de separaciones de múltiples componentes. El nuevo método implica las aplicaciones secuenciales de los siguientes siete heurísticas: (1) están a favor de destilación ordinaria y retirar la masa agente de separación en primer lugar; (2) evitar la destilación al vacío y refrigeración; (3) favorecer el conjunto de productos más pequeña; (4) eliminar los componentes corrosivos y peligrosos en primer lugar; (5) realizar separaciones difíciles último; (6) eliminar el componente más abundante en primer lugar; y (7) están a favor equimolal (50/50) dividida. los dos primeros heurística deciden los métodos de separación que se utilizarán. los próximos tres heurísticas dan directrices sobre las divisiones prohibidas debido a las especificaciones del producto, así como la esencial  primera y la última separación. Los dos últimos heurística se utilizan para sintetizar las secuencias de separación  y eficacia real inicial, junto con un buen rendimiento. Además, el nuevo método es sencillo de aplicar a mano y no lo hace

Con la ayuda de un parámetro de la secuencia auxiliar, llamado el coeficiente de facilidad de separación (CES) (Ecuación 1).

El nuevo método heurístico se ha aplicado a una serie de problemas de síntesis que se han resuelto previamente utilizando otros métodos. Basado en los costes reportados para los ejemplos ilustrativos presentados, se muestra que las secuencias iniciales sintetizados por el nuevo método heurística son más baratos que los obtenidos por otros métodos heurísticos ordenados de Seader y Westerberg (1977) y de Nath y Motard (1981). estas secuencias iniciales son también idénticos a, o en la mayoría de unos porcentajes más altos en costos que esas secuencias óptimas obtenidas por otra algorítmica (Hendry y Hughes, 1972) heurística-algorítmica (Thompson y King 1972), y la heurística evolutiva (Seader y Westerberg 1977; Nath y Motard, 1981) métodos.

el nuevo método heurístico ofrece las ventajas de simplicidad requieren ninguna formación matemática y habilidad computacional del usuario

Los sistemas de separación de componentes múltiples se encuentran en uso generalizado en las industrias química y del petróleo. un importante problema de diseño del proceso en las separaciones multicomponente es la secuencia de separación, que se refiere a la selección del método óptimo y la secuencia para la separación. este problema a menudo se resuelve disponiendo primero los componentes en la mezcla a separar en algunas listas de clasificados de propiedades físicas y / o químicas apropiadas, tales como volatilidad relativa o solubilidad en agua. la lista clasificada resultante para cada propiedad le da el nombre del componente y su clasificación de la propiedad en relación con otros componentes en la mezcla. Esta lista también permite una etapa de separación para ser considerada como una operación de lista de la división, en la que los componentes por encima de un cierto valor de la propiedad se separan de componentes por debajo de ese valor.

La generación de una secuencia de la separación implica TH selección de una lista de propiedades adecuadas y la elección de claves de separación dentro de la lista. por ejemplo, secuencias para la separación de una mezcla de tres componentes de A, B y C en componentes puros por dos columnas de destilación ordinarias se pueden encontrar disponiendo primero los componentes en una lista clasificada de volatilidad relativa de más volátil (A) a menos volátil ( C) y, a continuación, examinar las diferentes divisiones en las dos columnas. una secuencia posible consiste en hacer la división A / AC en la primera columna, seguida de la división B / C en la columna de la segunda. Otra posible secuencia corresponde a hacer la división AB / C en la primera columna y la fracción de A / B en la segunda columna. una excelente discusión de los antecedentes relacionados con el problema de la secuencia de separación se puede encontrar en los libros de texto por Rudd et al. y Henley y Seader. Una revisión de estudios anteriores sobre el tema se puede encontrar en Nishida et al. (1981).

UN MÉTODO SIMPLE HEURÍSTICA

Esencialmente todas las reglas heurísticas reportados para la secuenciación de separación se pueden clasificar en cuatro categorías: (1) la heurística de método (designado como heurística M) que favorecen el uso de ciertos métodos de separación bajo especificaciones del problema dado; (2) la heurística de diseño (designado como heurística D) que favorecen secuencias de separación específicos con ciertas propiedades deseables; (3) la heurística de especies (designado como heurística S), que se basa en las diferencias de propiedad entre las especies a separar; y (4) la composición heurística (designado como C heurística) que están relacionados con los efectos de las composiciones de alimentación y de producto en los costes de separación. en cuenta que estas clasificaciones de las heurísticas son los mismos que los descritos por Henificadores (1975), excepto que la heurística de método.

En lo que sigue, un método heurístico ordenada simple para la síntesis sistemática de las secuencias iniciales TH para separaciones de múltiples componentes es proponer. este método implica el uso sistemático de los siete siguientes heurísticas, que han de ser aplicadas una a una en el orden dado. si cualquier heurística no es importante en, o no se aplica a, el problema de síntesis, la siguiente en el método es considerado.

1. heurística M1 (Favor de destilación ordinaria y retire la masa primera separación de agente). (A) todas las demás cosas son iguales, favorecer métodos de separación utilizando únicamente la energía agentes (destilación ordinaria) de separación, y evitar el uso de métodos de separación (destilación extractiva) que requieren el uso de especies que normalmente no están presentes en el procesamiento, es decir, el agente de masas que separa (MSA). Sin embargo, si el factor de separación.

o la volatilidad relativa de los componentes clave.

No se recomienda el uso de destilación ordinaria αLK,HK <1.05. un MSA se puede usar, a condición de que mejora la volatilidad relativa entre los componentes clave. (B) cuando se usa un MSA, y eliminar en el separador inmediatamente después de la una en la que se utiliza.

2. heurística M2 (Evitar destilación al vacío y refrigeración). Todas las cosas en igualdad de condiciones, evitar excursiones de temperatura y presión, pero apuntar más alto en lugar de más bajo. si se requiere una operación de vacío de destilación ordinaria, extracción líquido-líquido con diversos disolventes podría ser considerado. si se requiere refrigeración (para separar los materiales de bajo punto de ebullición con altas volatilidades relativas como productos destilados), podrían considerarse alternativas más baratas a la destilación como absorción

3. D1 heurística (favorecer conjunto más pequeño de productos). favorecer secuencias que producen la cantidad mínima necesaria de los productos. equivalentemente, evitar secuencias que separaban componentes que en última instancia deben estar en el mismo producto. en las otras palabras, cuando los productos de múltiples componentes se especifican, favorecer secuencias que producen estos productos directamente o con un mínimo de mezcla a menos volatilidades relativas son sensiblemente inferiores a las de una secuencia que requiere separadores y de mezcla adicionales.

4. Heuristica S1 (Eliminar agresivos y peligrosos componentes primero). Eliminar los materiales corrosivos y peligrosos primero (Rudd eta]., 1973, p. 170).

5. heurístico S2 (Difícil Realizar separaciones pasado). Todas las demás cosas son iguales, realizan las separaciones difíciles último (Harbert, 1957;. Rudd et al, 1973, pp 171-174.). En particular, las separaciones donde las volatilidades relativas de los componentes clave se acercan a la unidad se debe realizar en la ausencia de componentes sin clave. En otras palabras, tratar de seleccionar secuencias que no causan componentes sin clave que estén presentes en las separaciones, donde los componentes principales están muy cerca de la volatilidad relativa o factor de separación (el cielo, 1969; King, 1980, p 715.).

6. heurístico C1 (Eliminar más abundante primer componente). Un producto de componer una gran fracción de la alimentación debe ser separado primero, a condición de que el factor de separación o volatilidad relativa es razonable para la separación (Nishimura y Hiraizumi, 1971; Rudd et al, 1973, pp 167-169;.. King, 1980 , p. 715).

7. heurístico C2 (Favor 50/50 Split). Si composiciones de componentes no varían ampliamente, las secuencias que dan una más cerca de 50/50 o equimolal división de la alimentación entre destilado (D) y el fondo (B) los productos deben favorecerse, siempre que el factor de separación o de la volatilidad relativa es razonable para la division (Harbert, 1957; el cielo, 969; king, 1980, p 715.). Si es difícil juzgar qué división está más cerca de 50/50 y con un factor de separación razonable o volatilidad relativa, lleve a cabo la escisión con el valor más alto del coeficiente de facilidad de separación (CES) primero.

El coeficiente de facilidad de separación (CES) como se propone en heurística C2 se define como

CES =f X [pic 1]

Donde f = la relación de las velocidades de flujo molares de los productos (destilado y el fondo) B / D o D / B, dependiendo de cual de las dos relaciones, B / D y D / B, es menor que o igual a la unidad; y la diferencia de  = T = punto de ebullición entre los dos componentes a separar, o  = (α- 1) x 100 con un ser la volatilidad relativa o factor de separación de los dos componentes a separar.[pic 2][pic 3][pic 4]