Involving safety in the optimal design of chemical processes

Abstract

The economic factor is often the determinant one in the design of a chemical process; however, the current problem related to environmental damage and social problems, demands to include criteria that consider a sustainable design. The social and environmental impacts of a process can be measured from the risk that this has, due to the fact that when a catastrophe occurs, it causes the loss of human lives as well as damage to the ecosystem surrounding the process. The current trend in the design of a process consists in the formulation of Multi-objective optimization problems that allow to obtain an economic design involving low safe and of low environmental impacts. These formulations should allow us to find balanced solutions among these objectives, having as main attribute the selection of the best operating conditions, capacity and location, and in general the process design, taking into account the specifications and restrictions for each objective. The ideal is to formulate quantitative models based on the physical properties of the substances, allowing in this way to find numerical solutions that satisfy these three objectives. Thus, for the economic and environmental objectives, there are widely developed metrics, which are able to quantify the impact of a proposed solution. On the other hand, the metrics developed to measure the risk of a process allow to propose solutions that guarantee a lower consequence in the event that an accident is caused or the reduction of the frequency of occurrence of an accident. The way in which the concept of safety is incorporated in the design of a chemical process depends to a great extent on the type of process, the information available and the scope of the other objectives.

El factor económico es tradicionalmente el determinante en el diseño de un proceso químico; sin embargo, el problema actual relacionado con el daño ambiental y los problemas sociales, exige incluir criterios que consideren un diseño sustentable. Los impactos sociales y ambientales de un proceso se pueden medir a partir del riesgo que esto tiene, debido al hecho de que cuando ocurre una catástrofe, causa la pérdida de vidas humanas y daños al ecosistema que rodea el proceso. La tendencia actual en el diseño de un proceso consiste en la formulación de problemas de optimización multi-objetivo que permitan obtener un diseño económico que implique un bajo riesgo e impacto ambiental. Estas formulaciones deben permitirnos encontrar soluciones equilibradas entre estos objetivos, teniendo como principal atributo la selección de las mejores condiciones de operación, capacidad y ubicación, y en general el diseño del proceso, teniendo en cuenta las especificaciones y restricciones para cada objetivo. Lo ideal es formular modelos cuantitativos basados en las propiedades físicas de las sustancias, permitiendo de esta manera encontrar soluciones numéricas que satisfagan estos tres objetivos. Por lo tanto, para los objetivos económicos y ambientales, existen métricas ampliamente desarrolladas, que pueden cuantificar el impacto de una solución propuesta. Por otro lado, las métricas desarrolladas para medir el riesgo de un proceso permiten proponer soluciones que garanticen una menor consecuencia en caso de que se produzca un accidente o la reducción de la frecuencia de ocurrencia de un accidente. La forma en que se incorpora el concepto de seguridad en el diseño de un proceso químico depende en gran medida del tipo de proceso, la información disponible y el alcance de los otros objetivos.