Optimization Methods in Process Engineering

By the end of this course, students will be able to:

  1. Understand the fundamental concepts of optimization and its importance in chemical and process engineering.

  2. Formulate optimization problems by defining objective functions, decision variables, and constraints relevant to engineering systems.

  3. Differentiate between local and global optima, and apply mathematical tools such as gradients and Hessians to characterize optimal points.

  4. Apply optimization methods for single-variable and multivariable functions, with or without constraints.

  5. Use direct and indirect search methods, including Newton, Quasi-Newton, Gradient, and Simplex algorithms, to locate optimal solutions.

  6. Analyze the behavior of objective functions, distinguishing between convex, concave, unimodal, and multimodal surfaces.

  7. Solve constrained optimization problems using Linear Programming (LP) techniques and graphical or analytical approaches.

  8. Develop algorithmic approaches for solving engineering optimization problems in process design, control, and operation.

  9. Implement numerical methods in MATLAB to solve real-world optimization cases in process engineering.

  10. Interpret optimization results and apply them to improve energy efficiency, production yield, and cost reduction in industrial systems.


                                                                                                                 

                                                                                              

Fundamentals of Modeling in Process Engineering

By the end of this course, students will be able to :

Understand the role and scope of modeling in process engineering and its relationship with simulation, design, control, and optimization.

  1. Formulate mathematical models for chemical and physical processes using fundamental conservation laws (mass, energy, momentum).
  2. Apply thermodynamic principles to model phase equilibria using equations of state and activity-coefficient approaches.
  3. Develop differential and algebraic equations describing the dynamic and steady-state behavior of chemical process units (CSTR, PFR, distillation, extraction, etc.).
  4. Interpret model assumptions and simplifications, assess model validity, and estimate model parameters.
  5. Use numerical methods and software tool to solve and analyze process models.
  6. Critically analyze model results to support process design, optimization, and scale-up decisions.

METHODES PHYSICO-CHIMIQUE D'ANALYSE

Définition
Les méthodes physico-chimiques d'analyse sont des techniques qui utilisent les propriétés physiques et chimiques des substances pour les identifier, les quantifier ou caractériser leur structure. Elles sont largement utilisées dans les domaines de la chimie, biochimie, pharmacie, environnement et industrie.

 
Classification Principale
1. Méthodes Spectroscopiques
Basées sur l'interaction entre la matière et le rayonnement électromagnétique.

a) Spectroscopie UV-Visible

Principe : Absorption de lumière UV/visible
Applications : Dosage des composés chromophores, études cinétiques
b) Spectroscopie Infrarouge (IR)

Principe : Absorption des rayonnements IR
Applications : Identification des groupes fonctionnels, analyse structurale
c) Spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN)

Principe : Interaction noyaux atomiques/champ magnétique
Applications : Détermination structure 3D, étude de la pureté
d) Spectrométrie de Masse

Principe : Séparation selon le rapport masse/charge
Applications : Identification, détermination de masse moléculaire
2. Méthodes Chromatographiques
Basées sur la séparation des composés d'un mélange.

a) Chromatographie en Phase Gazeuse (CPG)

Pour composés volatils
Applications : Contrôle qualité, analyse environnementale
b) Chromatographie Liquide (HPLC)

Pour composés non volatils
Applications : Pharmacie, biochimie
c) Chromatographie sur Couche Mince (CCM)

Méthode rapide de screening
Applications : Contrôle de pureté, identification
3. Méthodes Électrochimiques
Basées sur les propriétés électriques des solutions.

a) Potentiométrie

Mesure de différence de potentiel
Applications : pH-métrie, électrodes spécifiques
b) Conductimétrie

Mesure de conductivité
Applications : Dosage sels, pureté de l'eau
4. Méthodes Thermiques
a) Analyse Thermique Différentielle (ATD)

Mesure différence de température
Applications : Étude des transitions de phase
b) Calorimétrie

Mesure des chaleurs de réaction
Applications : Étude de stabilité

REACTEURS POLYPHASIQUES

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