Corso di simulazione e ottimizzazione dei processi

Lezione 1 • Requisiti e Fonti dei Dati

Individua i dati di input necessari per costruire modelli affidabili e dove reperirli. Una scarsa qualità dei dati è la causa principale di simulazioni inaccurate.

Lezione 2 • Concetti Fondamentali della Modellazione

Introduce i bilanci di massa e di energia come ossatura matematica dei modelli di processo. Collega le leggi di conservazione alle equazioni del simulatore.

Lezione 3 • Interfaccia del Simulatore e Flusso di Lavoro

Orienta gli studenti verso un ambiente di simulazione di processo generico e un flusso di lavoro standard. Costruisce sicurezza prima di realizzare modelli completi.

Lezione 4 • Pacchetti di Proprietà Termodinamiche

Spiega come i simulatori calcolano le proprietà fisiche usando modelli termodinamici. La scelta corretta del pacchetto influisce direttamente sull'accuratezza dei risultati.

Lezione 1 • Simulazione degli Scambiatori di Calore

Tratta le modalità di verifica e di progetto per scambiatori a fascio tubiero e a piastre. Collega i calcoli del carico termico al bilancio energetico complessivo del processo.

Lezione 2 • Operazioni Unitarie di Separazione

Simula colonne di distillazione, assorbimento ed estrazione liquido-liquido. Vengono introdotti metodi rigorosi piatto per piatto accanto ad approcci semplificati.

Lezione 3 • Operazioni con Solidi e Multifase

Estende la modellazione a cristallizzatori, essiccatori e contattori gas-liquido. I sistemi multifase richiedono correlazioni specializzate oltre i modelli fluidi standard.

Lezione 4 • Flusso dei Fluidi e Reti di Tubazioni

Modella la perdita di carico e la distribuzione del flusso nei sistemi di tubazioni. Un'accurata idraulica è alla base delle prestazioni delle operazioni unitarie a valle.

Lezione 1 • Tecniche di Validazione del Modello

Confronta i risultati della simulazione con i dati di impianto e le specifiche di progetto. La validazione quantifica la credibilità del modello prima di iniziare l'ottimizzazione.

Lezione 2 • Strategie di Convergenza

Affronta i fallimenti di convergenza comuni e la scelta del risolutore. Una convergenza robusta è il prerequisito per un'ottimizzazione affidabile.

Lezione 3 • Modellazione di Sistemi con Riciclo e Spurgo

Gestisce i circuiti di riciclo con correnti di spurgo per prevenire l'accumulo di inerti. I sistemi con riciclo sono tra gli elementi del diagramma di flusso più difficili da far convergere.

Lezione 4 • Documentazione del Modello Stazionario

Stabilisce gli standard per la registrazione delle ipotesi del modello, degli input e dei risultati. I modelli documentati supportano audit, passaggi di consegne e futuri lavori di ottimizzazione.

Lezione 1 • Integrazione dei Circuiti di Controllo

Aggiunge regolatori PID e strutture di controllo ai diagrammi di flusso dinamici. I circuiti di controllo sono essenziali per un comportamento transitorio realistico.

Lezione 2 • Dai Modelli Stazionari a quelli Dinamici

Spiega il passaggio matematico dalle equazioni algebriche a quelle differenziali in modalità dinamica. Gli studenti convertono i diagrammi di flusso stazionari esistenti nei loro equivalenti dinamici.

Lezione 3 • Analisi dei Disturbi e dei Fuori Servizio

Simula disturbi nell'alimentazione, guasti alle apparecchiature e perdite di utilità. I risultati guidano la progettazione della strategia di controllo e il dimensionamento dei sistemi di sicurezza.

Lezione 4 • Simulazione di Avviamento e Arresto

Modella le sequenze pianificate di avviamento e arresto per identificare i rischi operativi. Gli estremi transitori spesso superano i limiti di progetto stazionari.

Lezione 1 • Ottimizzazione Stocastica e Globale

Introduce metodi meta-euristici e stocastici per problemi non convessi. Questi metodi sfuggono agli ottimi locali dove i risolutori basati sul gradiente si bloccano.

Lezione 2 • Programmazione Mista Intera

Gestisce decisioni discrete come la selezione delle apparecchiature e la topologia di processo. MILP e MINLP estendono l'ottimizzazione continua alle scelte strutturali.

Lezione 3 • Analisi di Sensibilità e Parametrica

Quantifica come le soluzioni ottime cambiano al variare dei parametri. L'analisi di sensibilità rivela quali vincoli e parametri influenzano maggiormente l'ottimo.

Lezione 4 • Struttura del Problema di Ottimizzazione

Definisce le funzioni obiettivo, le variabili decisionali e i vincoli nel contesto ingegneristico. La corretta formulazione del problema determina se un risolutore può trovare una soluzione utile.

Lezione 1 • Ottimizzazione Multi-Obiettivo

Bilancia obiettivi concorrenti come costo rispetto all'impatto ambientale. La generazione del fronte di Pareto rivela i compromessi per un processo decisionale informato.

Lezione 2 • Ottimizzazione in Condizioni di Incertezza

Incorpora la variabilità dell'alimentazione e l'incertezza parametrica nell'ottimizzazione. La programmazione robusta e stocastica produce soluzioni che funzionano bene in tutti gli scenari.

Lezione 3 • Gestione dei Vincoli nell'Ottimizzazione di Processo

Gestisce i vincoli di sicurezza, qualità e capacità durante le esecuzioni di ottimizzazione. Le soluzioni non ammissibili devono essere rilevate e gestite senza interrompere il risolutore.

Lezione 4 • Ottimizzazione di Processo a Singolo Obiettivo

Ottimizza un obiettivo, come l'energia minima o la resa massima, su un intero diagramma di flusso. Gli studenti applicano i risolutori NLP all'interno dell'ambiente di simulazione.

Lezione 1 • Retrofit e Debottlenecking

Applica i metodi di integrazione energetica a impianti esistenti con apparecchiature fisse. Il retrofit differisce dalla progettazione di base imponendo vincoli strutturali.

Lezione 2 • Programmazione Matematica per HEN

Formula la sintesi della rete di scambiatori di calore come un problema MILP o MINLP. I metodi matematici trovano reti globalmente ottime oltre la portata euristica.

Lezione 3 • Ottimizzazione del Sistema di Utilità

Ottimizza i sistemi a vapore, acqua di raffreddamento e refrigerazione insieme al processo. La progettazione del sistema di utilità influisce significativamente sul costo energetico totale del sito.

Lezione 4 • Metodologia dell'Analisi Pinch

Utilizza le curve composite e il punto di pinch per fissare gli obiettivi minimi di utilità. L'analisi pinch è il punto di partenza standard del settore per l'integrazione energetica.

Lezione 1 • Ottimizzazione della Sostenibilità e delle Emissioni

Incorpora metriche di impronta di carbonio, rifiuti e acqua negli obiettivi di ottimizzazione. I vincoli di sostenibilità sono sempre più obbligatori nella pratica industriale.

Lezione 2 • Casi Studio Industriali Finali

Applica tutte le competenze del corso a problemi industriali su scala reale nella raffinazione, nella chimica e nei servizi di utilità. Gli studenti presentano soluzioni con giustificazione economica e tecnica.

Lezione 3 • Sistemi di Ottimizzazione in Tempo Reale

Integra i dati di impianto online con modelli stazionari per l'ottimizzazione continua. I sistemi RTO chiudono il ciclo tra simulazione e operazione dell'impianto.

Lezione 4 • Integrazione del Controllo Predittivo basato su Modello

Collega i modelli di simulazione dinamica alla progettazione e al test del controllore MPC. L'MPC si basa su modelli dinamici accurati per prevedere e ottimizzare il comportamento futuro.