Optimización de layout mediante programación matemática empleando CEIBO

DIEGO PONZONE; SANTIAGO ORELLANO; PAOLA S. BISCOTTI; SCENNA, NICOLAS JOSE

Santa Fr

Congreso; X Congreso Argentino de Ingeniería Química; 2019

Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

La filosofía de diseño inherentemente seguro trata de identificar y mitigar los riesgos desde una etapa temprana del diseño de procesos. En este trabajo se presentan los avances en el desarrollo de una herramienta informática para la evaluación de riesgos en plantas químicas, en la etapa de diseño, simulando los posibles escenarios que se pueden presentar, para así tomar medidas tempranas tendientes a reducir la magnitud de los riesgos.La importancia de la optimización del diseño del layout es evidente por motivos tanto económicos como de seguridad. Desde la perspectiva económica, los costos de las tuberías pueden representar hasta el 80% del costo de los equipos y entre el 15 y el 70% de los costos de operación dependen directamente del diseño del layout. Un buen diseño del layout no compensará el mal diseño del proceso, pero un mal diseño del layout puede conducir fácilmente a una planta sin éxito o insegura.Para encarar esta problemática, se ha avanzado en el diseño de un prototipo para una herramienta informática (CEIBO) que se integra a un simulador de procesos (HYSYS), pero que también, es acoplable a cualquier otro simulador. Dado que HYSYS permite resolver los balances de materia y energía, como así también el dimensionamiento de los diversos equipos, para una gran variedad de procesos químicos, petroquímicos, biorefinerías, sistemas de producción de energía, entre otros; y es una herramienta muy utilizada en la industria, resulta muy importante acoplarla a sistemas que permitan avanzar hacia un diseño sustentable.Dentro de este contexto, CEIBO permite dialogar al simulador de procesos con diversos programas de evaluación de consecuencias y generar el layout con la distribución de los equipos de la planta a partir de un caso simulado en HYSYS, para así poder evaluar diferentes escenarios (Ponzone et al., 2017).El módulo de generación automática de layout, recupera todos los equipos existentes en el flowsheet de un caso simulado en HYSYS, con las dimensiones (si estuviera diseñado) y las interconexiones existentes entre ellos. En todo momento el usuario puede agregar los datos faltantes o modificar los existentes. Este módulo trabaja acoplado a un modelo de optimización desarrollado en GAMS. El mismo minimiza los costos vinculados a dicha etapa de diseño: costo del terreno, costo de las conexiones entre las unidades (equipos de proceso o edificios) considerando las distancias mínimas de seguridad entre ellos. Dicha relación genera un layout tentativo, que luego el usuario puede modificar si así lo deseara en una fase posterior. El mismo, sujeto a un conjunto de hipótesis, permite la obtención del óptimo global debido a que ha sido programado linealmente (MILP), linealizando las restricciones con el método BigM y el producto bilineal de la función objetivo surgido del cálculo del área a través de la relajación de McCormick. Recurriéndose a la división del dominio original en subdominios, empleando decisiones discretas (Orellano et al., 2018).En este tipo de optimización, el tiempo de ejecución puede convertirse en un problema, puesto que aumenta exponencialmente con el número de unidades consideradas. Es por este motivo que en CEIBO se implementa una optimización jerárquica en dos etapas. En primer lugar, el usuario debe agrupar los equipos por sectores (playa de tanques de almacenamiento, sector de proceso, etc.). En la segunda etapa, el software optimiza la distribución de los equipos (o sectores que los contienen) optimizándose la disposición de los mismos (Layout blockout).En el presente trabajo se mostrará además de la metodología incorporada, la aplicación del mismo a la optimización del layout de una planta de biodiesel