Development of inoperability assessment and optimization for an integrated plastic recycling network
Date of Publication
11-2025
Document Type
Dissertation
Degree Name
Doctor of Philosophy in Chemical Engineering
Subject Categories
Chemical Engineering
College
Gokongwei College of Engineering
Department/Unit
Chemical Engineering
Thesis Advisor
Raymond Girard R. Tan
Defense Panel Chair
Kathleen B. Aviso
Defense Panel Member
Michael Angelo B. Promentilla
Angelyn R. Lao
Lanndon A. Ocampo
Joost R. Santos
Abstract (English)
Plastics have become one of the most ubiquitous materials in the modern world. However, their extensive use has also led to the accumulation of plastic waste. Recycling remains a key solution to mitigating this problem, yet only a small fraction of plastic waste is currently recycled. To improve recycling efficiency, one promising approach is to create an Integrated Plastic Recycling Network (IPRN). This network integrates various recycling processes and technologies which enhances resource and energy efficiency compared to isolated systems. Furthermore, it facilitates the processing of various types of plastic waste inputs and allows for input substitutions. However, the high degree of interconnectivity within IPRNs makes them susceptible to cascading failures. Disruption or inoperability in one unit can propagate throughout the network and affect overall system performance. Moreover, uncertainties in supply, which is a common cause of failures in several plastic recycling startups, can further exacerbate these risks. To address these challenges, this study develops a comprehensive inoperability assessment and optimization framework for IPRNs. First, a Disruption Impact Index (DII) is proposed to quantify the effects of unit-level disruptions within the network and rank units based on their criticality. The DII overcomes the limitations of the previously developed Criticality Index by accounting for multiple outputs and enabling its application to systems where certain products are entirely consumed as intermediates. Different optimization models are then developed to determine optimal operational adjustments under various disruption scenarios. These models incorporate partial input substitution to enable more flexible and adaptive operational strategies. Finally, a resilience assessment framework is also developed using the optimization model during recovery to measure the ability of the IPRN to recover from disruptions. Together, the unified inoperability assessment and optimization framework offers plant owners and operators practical tools for disruption preparedness and adaptive decision-making. By supporting better planning and resource allocation, these contributions can enhance the robustness and resilience of IPRNs.
Abstract Format
html
Abstract (Filipino)
Ang plastik ay isa sa pinakakaraniwang materyales sa makabagong panahon, subalit ang malawakang paggamit nito ay nagiging sanhi ng matinding suliranin ngayon pagdating sa polusyon sa plastik. Isa sa mga nakikitang solusyon dito ang pagre-recycle, ngunit maliit lamang na bahagi ng mga basurang plastik ang aktuwal na napoproseso. Upang maparami ito, maaaring buuin ang Integrated Plastic Recycling Network (IPRN). Sa ganitong network, nagiging mas epektibo ang paggamit ng mga materyales at enerhiya dahil sa pagsasama-sama ng iba’t ibang teknolohiya sa pagre-recycle. Kaya rin nitong iproseso ang iba’t ibang uri ng basurang plastik kung saan posible ang substitusyon ng mga input. Gayunpaman, dahil sa mataas na antas ng konektibidad ng mga yunit sa IPRN, anumang pagkagambala sa produksyon ng isang yunit ay maaaring kumalat sa iba at magdulot ng mas malawak na epekto sa buong network. Sa konteksto ng pagre-recycle ng plastik, ang pagkagambala dulot ng kawalan ng kasiguraduhan sa supply ay isang karaniwang suliranin na madalas humahantong sa pagsara ng mga planta ng pagre-recycle. Binuo sa pag-aaral na ito ang isang komprehensibong framework upang masuri at ma-optimize ang IPRN tuwing may mga pagkakagambala sa operasyon nito. Ipinakilala dito ang Disruption Impact Index (DII) upang masukat ang epekto ng pagkagambala ng isang unit sa operasyon ng buong IPRN at matukoy kung aling mga yunit ang pinakakritikal. Natutugunan nito ang limitasyon ng naunang nailathalang Criticality Index dahil naisasama nito sa pagsusuri ang lahat ng produkto ng bawat yunit at nagagamit din ito sa mga yunit na ang produkto ay ginagamit nang buo sa loob ng network. Binuo rin ang iba’t ibang modelong pang-optimize para matukoy ang tamang pagbabago sa operasyon ng IPRN sa harap ng iba’t ibang senaryo ng pagkagambala. Isinasama dito ang bahagyang substitusyon ng mga input para sa mas angkop na estratehiya. Kasabay nito, ipinakilala rin ang framework sa pagsusuri ng resilience ng network gamit ang isa sa mga modelo upang masukat ang kakayahan ng IPRN na makabalik sa normal na operasyon matapos ang pagkagambala. Ang kabuuang framework na dinisenyo ay maaaring magamit ng mga may-ari o namamahala ng mga planta upang mas epektibong mapaghandaan at mapangasiwaan ang mga pagkagambala. Sa pamamagitan ng tamang pagpaplano at alokasyon ng mga input, mapalalakas nito ang robustness at resilience ng mga IPRN.
Abstract Format
html
Language
English
Format
Electronic
Keywords
Plastics—Recycling
Recommended Citation
Santos, B. (2025). Development of inoperability assessment and optimization for an integrated plastic recycling network. Retrieved from https://animorepository.dlsu.edu.ph/etdd_chemeng/3
Upload Full Text
wf_yes
Embargo Period
11-2026
