Università di Trieste e Padova Ingegneria Chimica

Il titolo della tesi di dottorato: Progettazione assistita al calcolatore di processi industriali sostenibili

Motivazione dellargomento lindustria è un elemento decisivo per la crescita economica molte variabili sono coinvolte quando si prende la decisione di investire nei paesi in via di sviluppo i paesi in via di sviluppo offrono diversi servizi ad un prezzo basso la decisione di investire e costruire un impianto in questi posti e molto allettante lo scopo e quello di migliorare limpatto ambientale e nello stesso tempo mantenere la performance economica ce un grande interesse per lo sviluppo di metodi che possano essere usati per la prevenzione, o, almeno per la diminuzione dellinquinamento e possibile ridurre la generazione degli scarti e il loro impatto modificando il design del processo i simulatori di processo sono usati per lo sviluppo e per limplementazione di nuovi processi o per modificare i processi gia esistenti

È uno strumento usato per valutare limpatto ambientale di un processo chimico. La valutazione si fa attravero gli indici d impatto ambientale. Si basa su equazioni di bilancio d impatto ambientale Cosè Lalgortimo WAR? WAR Algorithm

Lavoro svolto: I anno - tecniche per la prevenzione dellinquinamento - studio dellalgoritmo WAR - scelta degli strumenti per limplementazione dellalgoritmo WAR(la metodologia CAPE-OPEN) - forma iniziale per i programmi di supporto - esempi II anno - ottimizzazione programmi di supporto - accesso alla base di dati tossicologica - sviluppo e implementazione del processo di generazione di energia - esempi

Presentazione del lavoro Limplementazione dellalgoritmo WAR nei simulatori di processo Step 1- Sviluppo interfaccia iniziale per il setaggio dei pesi delle categorie dimpatto ambientale (Weighting factors interface) Step 2- Sviluppo moduli CAPE OPEN (CO) 2.1 WAR implementato in CO 2.2 Processo di generazione di energia implementato in CO Step 3- Interfaccia finale- calcolo degli indici dimpatto ambientale (Final interface -PEI calculation) in collaborazione con il Centro Internazionale per la Scienza e lAlta Tecnologia (ICS-UNIDO), Trieste

Schema generale dell implementazione

STEP1 Sviluppo dellinterfaccia per il setaggio dei pesi delle categorie dimpatto ambientale

Linterfaccia…

STEP 2 Sviluppo dei moduli Cape Open(CO) Limplementazione è stata fatta usando la metodologia CAPE OPEN (Computer Aided Process Engineering) Lo scopo della metodologia CAPE è di permettere linterfacciamento di diversi componenti software provenienti da fonti eterogenee La scelta di questa metodologia è stata fatta proprio perche si vuole ottenere un modulo standard capace di interagire con tutti i simulatori di processo esistenti sul mercato Strumenti utilizzati:

2.1 Limplementazione dellalgoritmo WAR nei simulatori di processo (la metodologia CAPE OPEN) Il modulo CO contiene: unentrata unuscita tre parametri

2.2 Il processo di generazione di energia Assunzioni 1. Lenergia si ottiene dalla combustione del carbone 2. Solo i flussi gassosi vengono considerati nel calcolo dellimpatto ambientale 3. I bilanci di materia e di energia della combustione del carbone sono state implementate in un modullo CO

Schema generale del processo di generazione di energia

Associati alle uscite (PEI/h o PEI/kg di prodotto): total rate of impact output total impact output per mass of products Associati alla generazione: total rate of impact generation total impact generated per mass of products STEP 3 Sviluppo dellinterfaccia finale per il calcolo degi indici dimpatto ambientale Gli indici dellimpatto ambientale:

Osservazioni: Minori sono i valori di questi indici, maggiore è lefficienza del processo Agire prudentemente consiste nel generare meno PEI possibile, tenendo conto dei vincoli ingegneristici e delle necessità della società

Sviluppo dellinterfaccia finale per il calcolo degli indici dimpatto ambientale

Accesso alla base di dati tossicologica La base di dati contiene 1707 sostanze Informazioni sulle sostanze: - CAS-Number - la classe - la formula - valori delle categorie dimpatto ambientale - fonti dei valori delle categorie dimpatto ambientale.

Il processo di produzione dellacido acrilico Il processo di produzione dellanhidride ftalica Il processo di produzione della formaldeide a partire da metanolo Il processo dincenerazione dei composti pesanti presenti nel suolo Il processo di ricovero dei composti presenti nel gas naturale tramite DGA Il processo di produzione di dimetil etere Esempi di applicazione

Caso studio Il processo di produzione di dimetil etere(DME)

Assunzioni: La produzione desiderata è di tonnellate di DME / anno Deidrogenazione del metanolo usando come cattalizzatore dei zeoliti Si assume che la conversione del metanolo nel reattore e dell 80%

Simulazioni effetuate Sono stati simulati due casi: 1. Il processo senza lintegrazione energetica 2. Il processo con lintegrazione energetcia

Comparazione fra i processi:

Collaborazione con CO-LaN CO-LAn CAPE-OPEN Laboratories Network Collaborazione: 1. Casi studio sviluppati + materiale forniti 2. Testare il nuovo Wizard(versione 1.0)

Conclusioni: È possibile ridurre la generazione degli scarti e il loro impatto ambientale modificando il design del processo Lalgoritmo WAR può essere usato nella progettazione dei nuovi impianti o negli impianti gia esistenti (per la scelta della soluzione ottimale dal punto di vista ambientale) Lalgoritmo WAR è stato implementato usando una nuova tecnica (CAPE OPEN) Limpatto amibientale vienne calcolato no solo per il processo chimico ma anche per il processo di generazione di energia conesso al processo chimico Sono stati sviluppati i programmi di supporto addizionali Lalgoritmo è stato testato usando due simulatori di processo diversi (Aspen Plus e PROII)

Sviluppi passati e futuri

Conferenze: - A CAPE-OPEN Unit Operation for the Evaluation of Environmental Impact of a Chemical Process, CO-LaN Annual General Meeting, 7-9 Marzo, Heidelberg, Germania - A Hierarchical Approach for the Estimation of Environmental Impact of a Chemical Process: from Molecular Modelling to Process Simulation, ESCAPE17, maggio 2007, Bucharest, Romania - Development of a framework, Process Sustainable Prediction (PSP), for the prediction of process sustainability, ICheaP-8, June 2007 Ischia, Italia

Ringraziamenti Ing. Gennaro Longo Direttore – Area Ambiente (Earth, Environmental and Marine Science Technologies ICS-UNIDO, Trieste Support teams: Aspen Tech PROII CO-LaN- Michel Pons