Integración másica de procesos basada en propiedades considerando simultáneamente aspectos económicos y ambientales

Abstract

En este trabajo se presenta un modelo de optimización multiobjetivo para la síntesis de redes de intercambio de masa basado en propiedades considerando simultáneamente los costos del proceso y el impacto ambiental. La función objetivo económica considera el costo de las materias primas y el costo de tratamiento de las corrientes de desecho para aliviar sus propiedades, mientras que la función objetivo que cuantifica el impacto ambiental utiliza la estrategia del Análisis del Ciclo de Vida a través del eco-indicador 99. El problema es representado por una superestructura que segrega las corrientes de proceso antes del tratamiento a fin de eliminar las no linealidades del sistema. De esta manera, es posible formular un modelo de programación mixto entero no lineal multiobjetivo que garantiza la solución óptima global del problema. El modelo considera requerimientos en los equipos de proceso con base a propiedades de las corrientes, tales como composición, densidad, viscosidad, pH y reflectividad, entre otras, así como regulaciones ambientales para las corrientes de desecho en términos de la composición de materiales altamente peligrosos, toxicidad, demanda química de oxígeno, color, olor, etc. Una de las ventajas de los balances de propiedades es que permiten modelar adecuadamente a las corrientes de desecho constituidas por un gran número de componentes, cuya caracterización es prohibitiva para propósitos de optimización por medio de técnicas de simulación y/o laboratorio, así como por correlaciones matemáticas. Cuatro ejemplos son resueltos para mostrar la aplicabilidad del modelo propuesto. Los resultados muestran que la solución con un mínimo costo corresponde a la solución con el máximo impacto ambiental. También se observa que, incluso para un problema de gran tamaño, el tiempo de cómputo es pequeño.

En este trabajo se presenta un modelo de optimización multiobjetivo para la síntesis de redes de intercambio de masa basado en propiedades considerando simultáneamente los costos del proceso y el impacto ambiental. La función objetivo económica considera el costo de las materias primas y el costo de tratamiento de las corrientes de desecho para aliviar sus propiedades, mientras que la función objetivo que cuantifica el impacto ambiental utiliza la estrategia del Análisis del Ciclo de Vida a través del eco-indicador 99. El problema es representado por una superestructura que segrega las corrientes de proceso antes del tratamiento a fin de eliminar las no linealidades del sistema. De esta manera, es posible formular un modelo de programación mixto entero no lineal multiobjetivo que garantiza la solución óptima global del problema. El modelo considera requerimientos en los equipos de proceso con base a propiedades de las corrientes, tales como composición, densidad, viscosidad, pH y efectividad, entre otras, así como regulaciones ambientales para las corrientes de desecho en términos de la composición de materiales altamente peligrosos, toxicidad, demanda química de oxígeno, color, olor, etc. Una de las ventajas de los balances de propiedades es que permiten modelar adecuadamente a las corrientes de desecho constituidas por un gran número de componentes, cuya caracterización es prohibitiva para propósitos de optimización por medio de técnicas de simulación y/o laboratorio, así como por correlaciones matemáticas. Cuatro ejemplos son resueltos para mostrar la aplicabilidad del modelo propuesto. Los resultados muestran que la solución con un mínimo costo corresponde a la solución con el máximo impacto ambiental. También se observa que, incluso para un problema de gran tamaño, el tiempo de cómputo es pequeño.