Model-based conceptual design and optimization of continuous chemical processes under uncertainty

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Diese Dissertation präsentiert ein Rahmenwerk und ein Werkzeug zur Modellierung und Optimierung von Fließbildsuperstrukturen in frühen Phasen der Prozessentwicklung. In dieser Phase sind Informationen begrenzt und die Qualität der vorhandenen Daten heterogen. Die Entscheidungsfindung wird durch die Vielzahl an Prozessalternativen erschwert. Um dieses Problem zu lösen, wird die Zweistufige Stochastische Optimierung mit operationellen Freiheitsgraden als zentrales Werkzeug eingesetzt, da sie den Designprozess gut abbildet. Entscheidungen können sowohl während der Planung als auch im Betrieb des Prozesses getroffen werden, wobei im Betrieb mehr Informationen zur Verfügung stehen. Die Optimierungsprobleme wurden in der objektorientierten Modellierungssprache Modelica implementiert und mithilfe eines hybriden evolutionären Algorithmus gelöst. Ein neu entwickeltes Computerwerkzeug namens FSOpt (Flowsheet Superstructure Optimization) wurde in C# implementiert. FSOpt unterstützt die Modellierung von Fließbildsuperstrukturen durch drei Eingabeformalismen (tabellarisch, graphisch, Modelica). Die in FSOpt modellierten Superstrukturen werden automatisch in ausführbare Optimierungsprogramme übersetzt, wobei hierarchische Strukturen aufgelöst und die ersten sowie zweiten partiellen Ableitungen der Gleichungen berechnet werden. Die Entwicklungsmethode und das Werkzeug finden Anwendung in zwei Fallstudien.