Multi-criteria structure and parameter optimisation of chemical engineering processes by means of evolutionary algorithms considering non-sharp separation processes as an example

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Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens soll ein neuer Ansatz für die mehrkriterielle Struktur- und Parameteroptimierung komplexer verfahrenstechnischer Prozesse entwickelt und an der Problemklasse der unscharfen destillativen Trennprozesse erprobt werden. Die Optimierung derartiger Prozesse ist aufgrund der Komplexität des Suchraums und der Zielfunktionstopologien ein bisher ungelöstes Problem, das mit Standardansätzen aus der nichtlinearen Optimierung nicht gelöst werden kann. Die Komplexität erhöht sich weiter, wenn die Optimierung zur Unterstützung von Planungsentscheidungen bei mehrfacher Zielsetzung eingesetzt werden soll (z. B. gleichzeitige Minimierung des Energieeinsatzes und der Gesamtkosten). Zur Lösung sollen evolutionäre Algorithmen (EA) eingesetzt werden, die sich bereits grundsätzlich für derart komplexe Aufgabenstellungen bewährt haben. Die Anwendung bestehender Algorithmenkonzepte ist hierbei nicht zielführend, da diese i.d.R. eine unzulässige Vereinfachung der Problemstellung erfordern und der komplexen Struktur des Suchraums nicht gerecht werden. Vielmehr sollen neue, leistungsfähige Methoden des anwendungsorientierten Entwurfs von EA zur Entwicklung neuer EA für die verfahrenstechnische Prozessoptimierung eingesetzt werden. Hierzu sind Problemrepräsentationen und geeignete Suchoperatoren zu entwickeln. Außerdem ergeben sich durch die mehrfache Zielsetzung und die problemspezifischen Restriktionen Forschungsprobleme. Die prinzipiellen Ergebnisse können dann über das hier betrachtete Anwendungsbeispiel hinaus auf eine große Anzahl von Synthese- und Optimierproblemen in der Verfahrenstechnik übertragen werden.