Performance enhancement of commercial ethylene oxide reactor by artificial intelligence approach

多目标优化 帕累托原理 工艺工程 原材料 计算机科学 人工神经网络 遗传算法 工程类 化学 运营管理 人工智能 机器学习 有机化学
作者
Somnath Chowdhury,Sandip Kumar Lahiri,Abhiram Hens,Samarth Katiyar
出处
期刊:International Journal of Chemical Reactor Engineering [De Gruyter]
卷期号:20 (2): 237-250 被引量:12
标识
DOI:10.1515/ijcre-2020-0230
摘要

Abstract The present work emphasizes the development of a generic methodology that addresses the core issue of any running chemical plant, i.e., how to maintain a delicate balance between profit and environmental impact. Here, an ethylene oxide (EO) production plant has been taken as a case study. The production of EO takes place in a multiphase catalytic reactor, the reliable first principle-based model of which is still not available in the literature. Artificial neural network (ANN) was therefore applied to develop a data-driven model of the complex reactor with the help of actual industrial data. The model successfully built up a correlation between the catalyst selectivity and temperature with other operational parameters. A hybrid multi-objective metaheuristic optimization technique, namely ANN-multi-objective genetic algorithm (MOGA) algorithm was used to develop a Pareto diagram of selectivity versus reactor temperature. The Pareto diagram will help the plant engineers to make a strategy on what operating conditions to be maintained to make a delicate balance between profit and environmental impact. It was also found that by applying this hybrid ANN-MOGA modeling and optimization technique, for a 720 KTA ethylene glycol plant, approximately 32,345 ton/year of carbon-di-oxide emission into the atmosphere can be reduced. Along with the reduction of environmental impact, this hybrid approach enables the plant to reduce raw material cost of nine million USD per annum simultaneously.
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