Systematic Methodology for Design of Tailor-Made Blended Products: Fuels and Other Blended Products

Abstract

Et skræddersyet, flydende blandingsprodukt er defineret som en formulering af forskellige kemikalier i flydende tilstand med det formål at opnå en flydende blanding med et specifikt sæt af ønskede egenskaber og kvaliteter. Eksempler på flydende blandingsprodukter er syntetiske brændstoffer samt smøremidler. Sådanne produkter er meget vigtige i dagligdagen, ikke kun til transport, men også for at sikre at maskiner og udstyr arbejder problemfrit. Formålet med dette arbejde var at løse blandingsproblemer ved hjælp af computer assisterede værktøjer i den indledende fase af produktdesign. Der er blevet udviklet en systematisk metode til design af skræddersyede blandingsprodukter, som har fire hovedtrin. I første omgang skal designproblemet defineres: her bliver produktets behov defineret, oversat til ønskede egenskaber, og grænser for de definerede egenskaber bliver opstillet. For det andet bliver egenskabsmodeller for de ønskede egenskaber hentet fra et model bibliotek. For det tredje bliver en blandingsdesign algoritme anvendt til at formulere de blandinger, der matcher designmålet. Resultatet er et sæt af blandinger, hvis egenskaber opfylder de opsatte grænser, selve sammensætningen af de kemikalier, som indgår i blandingen, og værdierne af de ønskede egenskaber. Endeligt bliver de ønskede egenskaber kontrolleret ved hjælp af detaljerede modeller for egenskaber og blandingerne. Udover hovedbidraget, som består af selve metoden, indgår de målrettede værktøjer, der er blevet udviklet til at udføre hver opgave også som væsentlige bidrag i dette forskningsarbejde. Anvendeligheden af den udviklede metode og værktøjer blev gennemtestet via to case studies. I det første case study, blev to problemer involverende benzinblandinger løst. I det andet case study, blev fire smøremiddeldesignproblemer løst.A tailor-made blended liquid product is defined as a formulation of various chemicals in the liquid state to obtain a liquid mixture with a specific set of desired characteristics and qualities. Examples of blended liquid products are synthetic fuels and lubricants. This type of products is very important in daily life, since they not only keep people moving around, but also guarantee that machines and equipment work smoothly. The objective of this work is to tackle the blending problems using computer-aided tools for the initial stage of the product design.A systematic methodology for design of tailor-made blended products has been developed, which has four main tasks. First, the design problem is defined: the product needs are identified, translated into target properties and the bounds for each target property are defined. Secondly, target property models are retrieved from a property model library. Thirdly, a mixture/blend design algorithm is applied to obtain the mixtures/blends that match the design targets. The result is a set of blends that match the constraints, the composition of the chemicals present in the blend, and the values of the target properties. Finally, the mixture target property values are verified by means of rigorous models for the properties and the mixtures. Besides the methodology, as the main contribution, specific supporting tools that were developed to perform each task are also important contributions of this research work.The applicability of the developed methodology and tools was tested through two case studies. In the first case study, two different gasoline blend problems have been solved. In the second case study, four different lubricant design problems have been solved