La simulazione di un processo è un elemento indispensabile per la sua progettazione, la successiva gestione ed una sua ottimizzazione. La disponibilità di un modello di simulazione validato svolge un ruolo strategico di grande importanza a livello gestionale dell'impianto, potendo seguirne i rendimenti e permettendo di stimare in futuro le prestazioni dello stesso. Inoltre, lo stesso permette la progettazione e la simulazione di sistemi di controllo associati, che comportano benefici di rendimento, qualità del prodotto, economici e di sicurezza. Nell'ambito dell'Ingegneria Chimica, Aspen Hysys è software di riferimento ed è in grado di eseguire simulazioni di tipo dinamico. All'interno di questo software si trova un database di molte unità in uso all'Ingegneria Chimica, come ad esempio scambiatori di calore, colonne di adsorbimento e distillatori, ma manca dei processi a membrana. Obiettivo di questa proposta di progetto è la realizzazione in ambito Aspen Hysys di un'unità custom che possa simulare correttamente i processi a membrana, sulla base di dati sperimentali. In particolar modo, si porrà attenzione allo sporcamento delle membrane nel tempo (fouling), che influenza direttamente le prestazioni e la durata della stessa. In questa maniera, sarà possibile simulare un sistema di controllo avanzato sui processi a membrane, di tipo adattivo predittivo, che sarà in grado di evitare condizioni irreversibili di sporcamento della stessa per lunghi periodi.
Il grado di innovazione della ricerca qui proposta è da considerarsi elevato.
Il problema di sviluppo di un sistema di controllo avanzato nell'ambito delle tecnologie a membrana appare poco affrontato sia in ambito di ricerca (mancanza di adeguata bibliografia), industriale (presenza di soli sistemi di controlli di tipo feedback sulla maggior parte degli impianti esistenti) che simulativa (assenza di processi a membrane nei maggiori pacchetti software in uso all'Ingegneria Chimica come Aspen Hysys e Pro-II).
D'altra parte, il problema del fouling impegna sensibilmente l'ingegneria sia in fase di progettazione che di operazione del processo. Negli ultimi anni, sono molti i casi segnalati di impianti a membrane sotto-performanti dovuti ad un design insufficiente del processo. Questo spinge il process design a soluzioni più cautelative, che prevedano un maggior uso di membrana di quanto sia effettivamente necessario. La conseguenza è un aumento dei costi che limita uno dei benefici principali della tecnologia qui in esame.
Sviluppare un'unità custom di processo a membrane nell'ambito del software Aspen Hysys che preveda di simulare l'andamento del fouling nel tempo appare di grande vantaggio sia nell'ambito dell'ingegneria (process design e disponibilità di un'unità custom per questo tipo di processo chimico nel software di maggior impiego nell'ambito dell'Ingegneria Chimica), della ricerca (in particolar modo riguardante sviluppo di sistemi di controllo avanzati) ed industriali (applicazione con acquisizione dei benefici di una vita dei moduli a membrana più lunga), oltre a vantaggi di tipo ambientale e sostenibilità (riduzione dei consumi energetici e della necessità di overdesign dei processi).
Data l'elevata conoscenza del gruppo di lavoro di appartenenza del richiedente sul tema del fouling a membrane, in particolare sullo sviluppo e l'applicazione del concetto di boundary flux, e vista la disponibilità in laboratorio di impianti membrane da utilizzare, la ricerca qui proposta è da considerarsi del tipo low risk, high gain.