CORO (Capex-Opex Robust Optimizer) : an automatic simulation-based process optimization tool

In the framework of industrial feasibility analysis, the need for reliable information at the conceptual design stage raises interest in tools capable of producing such information quickly and accurately. At this stage, different alternatives have to be measured in terms of profitability in order to optimize the investment of time and resources. Process simulation allows to gain knowledge of a plant before its construction, therefore it is an essential tool in the design phase. However, simulation software tools for cost estimation and process optimization turn out to be, respectively, lacking flexibility and inadequate in the resolution of non-convex problems characterized by multiple local minima. The objective of this thesis project is to develop a system application capable of automatically performing cost estimation and robust optimization of industrial chemical processes, interfacing with a commercial process simulation software to retrieve the required data. The tool is designed in a two-layer architecture: a user interface consisting of an Excel file, containing macros written in VBA language, designed to enable data visualization and interaction; an algorithm for data-processing developed in C++ language, which implements the desired functionalities. The developed software has proven to be particularly efficient when applied to demonstrative case studies. Particularly, the cost estimation of a complex ammonia separation plant has demonstrated more flexibility and accuracy than the cost estimation tool of a commercial chemical process simulation software. Furthermore, the optimization carried out on a specifically designed process has shown satisfactory efficiency and speed. Therefore, the exploitation of the software developed in this project can generate added value in decision-making processes related to industrial plant design.

Nell’ambito degli studi di fattibilità di processi industriali, la necessità di disporre di informazioni affidabili nella fase di progettazione concettuale genera interesse in strumenti che siano capaci di produrre tali informazioni velocemente e accuratamente. In questa fase, è necessario essere in grado di misurare la profittabilità di diverse opzioni in modo da ottimizzare l’investimento in termini di tempo e risorse. La simulazione di processo permette di acquisire conoscenza di un impianto prima che lo stesso sia costruito, per questo motivo rappresenta uno strumento essenziale nella fase di progettazione. Tuttavia, nei programmi di simulazione, gli strumenti per la stima dei costi e l’ottimizzazione di processo risultano, rispettivamente, carenti dal punto di vista della flessibilità e inadeguati nella risoluzione di problemi non convessi caratterizzati da molteplici minimi locali. L’obiettivo del presente progetto di tesi è lo sviluppo di un’applicazione di sistema capace di eseguire automaticamente la stima dei costi e l’ottimizzazione robusta di processi chimici industriali, interfacciandosi con un software commerciale di simulazione di processo per il reperimento dei dati necessari. Lo strumento è progettato in un’architettura a due livelli: un’interfaccia utente costituita da un file Excel, contenente blocchi di istruzioni scritte in linguaggio VBA, volta a dare la possibilità di visualizzare i dati e interagire con essi; un algoritmo per il trattamento dei dati sviluppato in linguaggio C++, il quale implementa le funzionalità desiderate. Il software sviluppato ha dimostrato di essere particolarmente efficiente quando applicato a casi studio dimostrativi. In particolare, la stima dei costi di un complesso impianto di separazione dell’ammoniaca ha dimostrato flessibilità e precisione aggiuntiva rispetto al corrispondente strumento di un programma di simulazione di processo. Inoltre, l’ottimizzazione effettuata su un processo appositamente disegnato, ha evidenziato soddisfacente efficienza e velocità. Pertanto, l’utilizzo del software sviluppato nell’ambito del presente progetto può generare valore aggiunto nei processi decisionali legati alla progettazione di impianti industriali.