Multi-scale sustainable engineering: Integrated design of reaction networks, life cycles, and economic sectors
Multi-scale sustainable engineering: Integrated design of reaction networks, life cycles, and economic sectors
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多尺度可持续工程：反应网络、生命周期和经济部门的综合设计
DOI：
10.1016/j.compchemeng.2021.107578
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发表时间：
2022
影响因子：
4.3
通讯作者：
Bakshi, Bhavik R.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Thakker, Vyom;Bakshi, Bhavik R.
对可持续工程的努力扩大了系统边界，将生命周期与经济和环境目标一起考虑。许多设计问题涉及从许多备选方案中选择反应，也发展了选择反应路径的系统方法。为了防止负担转移，反应路径的选择需要考虑生命周期和经济中更大规模的活动。在这项工作中，我们开发了这样一个框架。由此产生的P2P-RNFA框架通过一种新的多尺度多目标优化公式将反应网络流量分析(RNFA)和过程到星球(P2P)框架相结合。这一框架能够从包含替代解决方案的上层建筑网络中以集成的方式设计化学反应路径、生命周期价值链和经济现金流。在工业生物燃料3-甲基四氢呋喃的合成中的应用，展示了该方法及其特点。P2P-RNFA框架可以设计新的化学路径，同时注意将影响转移到更大范围。
Efforts toward sustainable engineering have expanded the system boundary to consider the life cycle along with economic and environmental objectives. Many design problems involve selection of reactions from many alternatives, and systematic methods for choosing reaction pathways have also been developed. To prevent burden shifting, selection of reaction pathways needs to consider activities at larger scales of the life cycle and economy. In this work we develop such a framework. The resulting P2P-RNFA framework combines Reaction Network Flux Analysis (RNFA) and Process-to-Planet (P2P) frameworks by means of a novel multi-scale multi-objective optimization formulation. This framework is capable of designing chemical reaction pathways, life-cycle value-chains, and economic cash flows in an integrated manner from a superstructure network containing alternative solutions. Application to synthesizing industrial biofuel, 3-methyl-tetrahydrofuran, demonstrates the method and its features. The P2P-RNFA framework can design novel chemical pathways while being mindful about shifting impacts to larger scales.
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