Development of an object-oriented programming framework for dynamic simulation of chemical processes : MADSim

In recent years, dynamic simulators have become fundamental in many aspects of a chemical plant lifecycle. They are able to predict the dynamic response of a chemical process to disturbances and changes, taking into account design factors, control strategies, and process conditions. A C++ programming framework for the dynamic simulation of chemical processes, MADSim, has been developed in this work. It is designed in a way that allows the user to add models, algorithms, and theories in an easy way and without the modification of its existing code. The simulation algorithm implemented uses an Equation-Oriented approach for the solution of the Pressure-Flow Network and a Sequential-Modular one for the successive update of models within the process flowsheet. The MADSim framework has been used to model the dynamics of a zeolite-based homogeneous liquid-phase ethylbenzene production process. The results obtained are compared with the ones present in the literature showing that MADSim is able to simulate in an accurate and fast way the process flowsheet under study. Lastly, a sensitivity analysis has been conducted to show the independence of the results obtained from the integration step size chosen

L’utilizzo di simulazioni dinamiche è diventato sempre più frequente e fondamentale in vari ambiti riguardanti gli impianti chimici. Esse sono in grado di riprodurre il comportamento di un processo chimico in risposta a disturbi e cambiamenti, tenendo in considerazione il suo design, le strategie di controllo e le condizioni di processo. Nel corso di questa tesi si è sviluppato MADSim, un framework per la simulazione dinamica di impianti chimici scritto in C++. Tale programma è stato pensato per permettere una facile aggiunta di modelli, teorie e algoritmi da parte dell’utente senza bisogno di apportare modifiche al codice già esistente. L’algoritmo di simulazione attualmente implementato utilizza un approccio Equation-Oriented per la soluzione dello schema di pressione e portate, mentre un approccio Sequential-Modular viene utilizzato per la successiva integrazione dei vari componenti dell’impianto. MADSim è stato testato modellando la dinamica di un processo di produzione di etilbenzene condotto in fase liquida e con catalizzatore a base di zeoliti, ottenendo risultati in accordo con i quelli presenti in letteratura. Un’analisi di sensitività è stata infine condotta per verificare l’indipendenza dei risultati dalla dimensione dello step di integrazione utilizzato.