Γενικά

Περιεχόμενο του μαθήματος

Το μάθημα καλύπτει προχωρημένες υπολογιστικές μεθοδολογίες που εφαρμόζονται στη Βιομηχανική Προσομοίωση (Process Flowsheeting), στη Σύνθεση (Process Synthesis) και στη  Βελτιστοποίηση Χημικών Διεργασιών. Οι διαλέξεις καλύπτουν δύο Ενότητες. Η πρώτη εξηγεί τη διαφοροποίηση της Βιομηχανικής Προσομοίωσης από άλλα είδη προσομοίωσης, βασικές υπολογιστικές έννοιες (tearing, επαναληπτική επίλυση γραμμικών και μη γραμμικών εξισώσεων), κατηγοριοποιήσεις τεχνικών (sequential modular, simultaneous modular, equation-based) και τεχνικές διαχείρισης και αποικοδόμησης μεγάλων συστημάτων στα απλούστερα που απαιτούνται να επιλυθούν επαναληπτικά. Υπολογιστικά εργαστήρια εξηγούν τεχνικές σε εμπορικό λογισμικό. Στη δεύτερη Ενότητα εισάγονται τεχνικές για την επιλογή, σύνθεση και την ολοκλήρωση Χημικών Διεργασιών. Η Ενότητα εισάγει την έννοια της υπερδομής, έννοιες και κριτήρια βελτιστοποίησης, και διάφορες τεχνικές  βελτιστοποίησης (γραμμικών, μη-γραμμικών και μικτών-ακέραιων συστημάτων). Παράλληλα παρουσιάζονται εφαρμογές σε προβλήματα σύνθεσης ροο-διαγραμμάτων, ενεργειακών συστημάτων, ολοκληρωμένων διαχωρισμών, και σύνθεσης δικτύων εναλλαγής θερμότητας. Υπολογιστικά εργαστήρια εξηγούν τη χρήση λογισμικού και την πρόσβαση σε εμπορικούς επιλυτές.

Ενότητα Ι - Βιομηχανική προσομοίωση

1.     Εισαγωγικά

           i.        Προσομοίωση διεργασιών και ροοδιαγραμμάτων

         ii.        Τεχνικές αποκοπής (tearing)

        iii.        Κατηγορίες και τεχνικές προσομοίωσης

   -   Σειριακή προσομοίωση

   -   Συγχρονισμένη προσομοίωση

   -   Προσομοίωση ανοικτών συστημάτων

2.     Τεχνικές επίλυσης και διαχείρισης υπολογιστικών συστημάτων

            i.        Προκλήσεις και παθογένεια συστημάτων

          ii.         Βασικές τεχνικές στην επίλυση γραμμικών συστημάτων

        iii.         Τεχνικές επίλυσης μη-γραμμικών συστημάτων

-   Newton-Raphson και γενικευμένη Secant

-   Επαναληπτικές επιλύσεις και η μέθοδος Broyden

-   Επιμερισμός και Wegstein

3.     Μέθοδοι αποικοδόμησης

          i.        Τάξη συστήματος και διαχείριση αραιών συστημάτων

        ii.        Τεχνικές καταμερισμού (partitioning)

       iii.        Διαβάθμιση, επιμερισμός και αποικοδόμηση

 

Ενότητα II – Βελτιστοποίηση

1.     Θεωρητικές βάσεις

             i.    Κυρτά σύνολα, αντικειμενικές συναρτήσεις και Lagrange

           ii.    Αναγκαίες και ικανές συνθήκες βελτιστοποίησης - ΚΚΤ

          iii.    Βελτιστοποίηση με περιορισμούς σε γραμμικά και μη γραμμικά συστήματα  (NLPs)

          iv.    Επισκόπηση υπολογιστικών τεχνικών

           v.    Δέντρα διακλάδωσης και αποκοπής

          vi.    Μικτός-ακέραιος προγραμματισμός με γραμμικούς και μη γραμμικούς περιορισμούς (MILPs, MINLPs)

2.     Εφαρμογές σε προβλήματα Χημικής Μηχανικής

           i.    Σύνθεση ροο-διαγραμμάτων και υπερδομές (ΜΙLP)

         ii.    Σύνθεση δικτύων ενεργειακής ολοκλήρωσης (LP, MILP)

        iii.    Σύνθεση διαχείρισης νερού (ΝLP, MILP)

        iv.    Συστοιχίες και ολοκληρωμένα συστήματα διαχωρισμού (MILP)

         v.    Συστήματα χημικών αντιδραστήρων (MINLP)