High Performance Computing helpt Solvay
Het Belgisch chemiebedrijf Solvay stelde op de ULB de resultaten voor van een project dat het bedrijf samen met enkele partners heeft uitgebouwd. Het centrale thema is de productie van natriumbicarbonaat, een stof die onder meer wordt gebruikt bij de productie van reinigingsmiddelen, voedingsstoffen en geneesmiddelen. Om dat proces te optimaliseren werd een systeem ontwikkeld, gebaseerd op High Performance Computing (HPC).
Natriumbicarbonaat wordt geproduceerd in ‘BIR-Columns’, grote glazen installaties waarin een vloeistof (natriumcarbonaat) circuleert die wordt vermengd met water en CO2. Bij die circulatie worden bubbels gecreëerd, en die zouden idealiter zo veel mogelijk van de CO2 moeten opnemen. Met de huidige technologie gaat echter 50% van de CO2 verloren en op die manier schaadt het productieproces het milieu. Het doel van het samenwerkingsverband tussen de verschillende spelers is het optimaliseren van die CO2-opname.
Virtueel model
Om het productieproces van natriumbicarbonaat te wijzigen, moeten er aanpassingen aan de BIR-columns gebeuren. Alvorens een grote industriële installatie te bouwen, wordt eerst een testinstallatie geproduceerd om die aanpassing te testen. Het gaat dan om een kleinere variant van het uiteindelijke apparaat, maar die kost ook al gauw 25.000 euro, veel geld voor een minimale aanpassing aan het apparaat. HPC maakt alles nu wat makkelijker en vooral goedkoper.
De onderzoeksteams van Solvay en de ULB zijn in zee gegaan met enkele partners uit de IT-wereld. Nu computersystemen steeds grotere rekenkracht genereren, is het immers mogelijk om zo’n test virtueel uit te voeren. Op die manier moet er voor elke aanpassing geen nieuwe testinstallatie worden gebouwd. Nu empirisch onderzoek zijn grenzen heeft bereikt kan virtueel onderzoek nog een stap verder gaan.
Ieder draagt z’n steentje bij
Om die virtualisatie mogelijk te maken wordt beroep gedaan op software van het Engelse Ansys. Het bedrijf is gespecialiseerd in Computional Fluid Dynamics software (CFD), programma’s die de gedragingen van vloeistoffen in specifieke omstandigheden virtueel kunnen genereren. De software die voor het Solvay-project werd gebruikt is Fluent 6.3.
Om dergelijke complexe berekeningen uit te voeren is uiteraard een grote rekenkracht nodig, en die wordt geleverd door HP en Intel. De cluster platform server van HP wordt uitgerust met de nieuwe quad-core Xeons van Intel. Die apparaten worden aangestuurd door Microsoft’s Windows Compute Cluster Server 2003.
Cellen van CAD-modellen
Een virtueel model wordt in Fluent 6.3 aangemaakt door een CAD-model van de installatie te importeren, en het op te delen in duizenden cellen. Wanneer dat model is aangemaakt, kan de flow van een vloeistof die erin beweegt worden gesimuleerd, door de reactie van de vloeistof op elke individuele cel van het model te berekenen. Aan het begin van die berekeningen genereren de cellen nog resultaten die mekaar tegenspreken, maar dan worden de berekeningen opnieuw uitgevoerd tot er een match wordt gevonden. Uiteindelijk wordt op die manier door middel van trail & error voor elke individuele cel een berekening gemaakt, die tot 95% strookt met de realiteit.
“Als we onze BIR-columns hebben geïmporteerd in het systeem, kunnen we virtuele aanpassingen doen aan de installatie,” verduidelijkt dr. Thierry Cartage van Solvay. “Het systeem gaat dan berekenen wat de effecten van die wijziging zijn op het productieproces. Zo kunnen we het trachten te optimaliseren, zonder effectief tot de bouw van een testinstallatie over te gaan.” Wanneer de virtuele test succesvol blijkt, kan worden overgegaan tot de bouw van een proefinstallatie. Vervolgens kan het nieuwe ontwerp door de chemische industrie worden overgenomen.
De huidige computerkracht levert een gevoelige snelheidwinst op: “Waar het systeem vroeger maar liefst drie maanden nodig had om een aanpassing van de columns te berekenen, is dat proces nu teruggedrongen tot enkele weken,” zegt Alfredo Bonafede van High Preformance Computing bij HP. Ook dr. Thierry Cartage van Solvay is enthousiast: “De eerste testinstallatie die met dit systeem is ontworpen, wordt binnenkort al geproduceerd. En we zijn nog maar enkele maanden bezig.” De samenwerking tussen de vijf spelers wordt ondertussen verder gezet.
