间歇过程

例题
单产品间歇生产过程包括四个步骤，分别为： ➢ 反应时间4小时， ➢ 溶剂混合1小时， ➢ 分离2小时， ➢ 干燥1小时， 批次处理量1000kg。如何减少覆盖操作的
周期和间歇器尺寸。
方法（1）：增加阶段1，即反应器 的平行设备
第一步 第二步 第三步 第四步
循环周期2小时 4小时
4小时
A
B
A
12 1 B
21
4 1 2 1 4 1 21 4
总操作时间30小时
时间
四、物料转移策略
零等待策略（ZW)：即在生产过程中当某单元过 程完成后，不能在该单元设备内停留，必须马上 将物料转移到下一工序的设备内，即物料在单元 设备内的等待时间是零。
无中间储罐（NIS）：指当物料完成某单元过程 的操作后，可以在该单元设备内停留，但没有中 间储罐。
生产两产品A和B的间歇过程，每个产品包含2个步骤， A的总产量为：125吨/年，B的产量为75吨/年，总的生产时间为6000hrs， 单一产品生产策略 ：选择一个生产期限长度，1000小时，有效时间992小时 一年中这样的生产将重复6次。
处理时间（hrs）
步骤1
步骤2
A
8
3
B
6
3
清理时间：4hrsA到B，B到A
作业
第六章p199页 第2、3、7题
tA
4
尺寸因子（升/公斤产品）
步骤1
步骤2
2
1.2
2.1
1
tB
4
1000小 时
在每一生产期限内A和B的生产量分别为125,000/6＝20,833 公斤和75,000/6＝12,500公斤。根据每批产品产量相等的 经验规则，以及限制生产时间为992小时，可得以下两个 方程：

20833 tA /8
假设一个间歇过程，目标产品C的产量为600吨/年，假定 每年设备的运行时间为6000小时。具体配方如下：
混合1千克A和1千克B，反应4小时生成产物C，产率为40 ％（wt），混合物密度为ρm＝2千克/升。加1千克溶剂D， 然后离心分离1小时得到含95％C的产品，混合物密度为ρm ＝2.5千克/升。
no.batches 6000hrs /(4hrs./ batch) 1500batches 产品C的总量为600吨，故每批次需生产的产品量为：
B 600,000/1500 400kg
间歇过程各操作步骤所需间歇设备的容积分别为：
V1 S1B 1.316l / kg * 400 kg 526.4l V2 S2 B 1.579l / kg * 400 kg 631 .6l
第二步
3
3
3
第一阶段发酵12小时，第二阶段分离需3小时。 假定批处理量为1000kg。
添加平行设备的发酵过程
第一步 平行设备
第二步
12
12
12
12
3
3
3
3
循环周期6小时
第一阶段设立异步平行发酵罐，循环周期缩短
添加中间储罐的发酵过程
第一步 第二步
12
12
3 3 3 33 3 33
第二阶段分离设备尺寸所小至250kg， 中间储罐最大存放量750kg。
无限中间储罐（UIS） ：指当物料完成某单元过 程的操作后，物料可以转移到中间储罐内，这里 储罐的体积无限大，而且可以停留无限长时间。
例题
生产次序为ABAB ….
第一步 第二步 第三步
A
6
4
3
B
3
2
2
零等待
循环周期11小时
6
3
6
A
B
A
42
Fra Baidu bibliotek32
3 B 42
32
无中间储罐
循环周期10小时
6
S1

0.5
l kg
2kg 0.76kg产品

1.316
l kg产品
步骤2所涉及混合物的比容为v＝0.4 l/kg ，因此其尺寸因
子为：
S2

0.4
l kg
3kg 0.76kg产品
1.579
l kg产品
各操作步骤均采用一台单元设备，且生产安排采用覆盖操 作，其循环时间为：4hr ，6000hrs能生产的批次为：
1kg 溶 剂
1kg A 1kg B
1.2kg A,B
反应
分离
0.8kg C
0.76 kg C
2.24kg A,B和 溶 剂
尺寸因子
设备j的尺寸因子：生产单位质量（或体积）的最终产品 所需的间歇设备的特征尺寸称为该产品在这个设备单元上 的尺寸因子，用Sj表示，其单位为体积/千克或面积/千克
步骤1所涉及混合物的比容为v＝1/ ρm ＝0.5 l/kg，因此可 求出该设备的尺寸因子为：

12500 tB /6

t A tB 992
联立求解可得：tA＝684小时，tB＝308小时。进而可得每 批产品的产量B为244公斤。
两个步骤中每个产品所需间歇设备的尺寸（Vij＝SijB）
设备尺寸Vij（升）
步骤1
步骤2
A
488
293
B
512
244
最后，在每步中选择的最大容量： 其中V1＝512升，V2＝293升
第五章 间歇过程
一、间歇过程简介 二、单产品间歇过程（覆盖式、非覆盖式操
作） 三、多产品间歇过程（多产品、多目的） 四、物料转移策略（零等待、无中间储罐、
无限中间储罐） 五、平行罐与中间储罐 六、单产品间歇过程设备尺寸设计 七、多产品间歇过程设备尺寸设计
一、间歇过程简介
将有限量的物料，按规定的加工顺序，在 一个或多个设备中加工，以获得有限量的 产品。
1小 时
时间
覆盖式操作
循环周期4小时
CT

max
j 1, M
j
第一步
4小 时
4小 时
第二步 第三步
第四步
总 操 作 时 间 12小 时
三、多产品间歇生产过程
（1）多产品间歇生产过程。用来生产一组 给定的产品，所有产品都循同样的生产途 径。在排序理论中称“流水作业” 。
（2）多目的间歇生产过程。可同时生产两 个或两个以上的产品，这些产品可交叉共 用过程设备。在排序理论中称“工件作 业”。
物料转移时间 1小 时
时间
不考虑物料转移时间的Gantt 图
第一步 第二步 第三步 第四步
4小 时
1小 时 2小 时 1小 时
时间
非覆盖式操作
循环周期8小时
第一步
4小 时
M
CT j j 1
4小 时
第二步
1小 时
1小 时
第三步
2小 时
2小 时
第四步
1小 时 总 操 作 时 间 16小 时
间歇过程时间表问 题可用Gantt图，即 时间-时间图描述。
等待进料 清洗
进料 加工处理
等待倒空 倒空
单产品间歇过程
B
反应器
A
A B
C
泵
泵
换热器
D 混合槽
离心分离机 液 体 A,B,D
固体物料C
泵
干燥器 包装
考虑物料转移时间的Gantt 图
第一步 第二步 第三步 第四步
4小 时
物料处理时间
1小 时 2小 时
1小时 1小时 1小时 1小时 2小时 2小时 2小时 2小时 1小时 1小时 1小时 1小时
方法（2）：设置中间储罐
第一步 第二步 第三步 第四步
循环周期4小时 4小时
4小时
1小时 1小时 1小时 1小时 2小时 2小时 2小时 2小时 1小时 1小时 1小时 1小时
六、单产品间歇过程设备尺寸设计
3
6
A
B
A
42
3
B 42
32
32
无限中间储罐
循环周期9小时
6
3
6
A
B
A
42
32
3 B 42
32
五、平行单元与中间储罐
时间最长的操作步骤控制着生产周期。我 们称之为控制步骤。
如何优化反应过程 方法有二： 1、增加平行单元 2、设置中间贮罐
例题：发酵过程时间表
第一步
12
12
12
优化：瓶颈在第一步骤，采用异步平行单元，其循环时间 为：2hr ，生产批次加倍——3000批，每批容量减半，这 种情况下尺寸如下：V1＝263.2 l ， V2＝315.8 l
权衡：每步骤一个单元总设备容积1158 l ，采用异步平行
单元总设备容积（2 V1+V2＝852.2 l）
七、多产品间歇过程设备尺寸设计
A
B
1
C
A
B
1
C
A
2
3
4
B
C
（a）流水作业
A
2
3
4
B
C
（b）工件作业
流水作业 ➢生产期限的划分 ➢生产策略：单产品生产策略；混合产品生产 策略 ➢例题－两个产品间歇生产过程时间（小时）
生产阶段
阶段1
阶段2
A
5
2
B
2
4
单产品策略：某一产品的所有批次生产完成后再进 行下一产品的生产，AAABBB
第一步 第二步
间歇操作广泛应用于食品、聚合物、药品、 分子筛、增塑剂、抗氧化剂、染料和涂料 等产品的生产。
间歇化工过程的特点
（1）对小批量生产而言更经济 （2）可灵活调整生产方案与生产速率 （3）用多用途设备生产不同的产品 （4）最适于设备需要定期清洗和消毒的情
况 （5）适用于从实验室直接放大 （6）操作和控制要求较高
间歇过程设计与优化
需利用系统工程方法为间歇过程合理设计和 操作的工程决策提供理论基础。
研究工作包括： （1）间歇系统的生产安排和操作事件表。 （2）间歇化工厂的设计,确定单元设备尺寸。
二、单产品间歇过程
生产循环周期（批 间隔）。
时间表问题或称生 产调度问题：是间 歇过程优化的主要 问题。
循环周期25小时
5
5
A
5
2
2
2
B
2
2
24
4
4
总操作时间29小时
时间
混合产品策略：按某种特定的顺序生产各种产品 ABABAB
第一步 第二步
循环周期21小时
5
2
5
2
5
2
A
B
A
B
A
B
2
4
2
4
2
4
总操作时间25小时
时间
清洗时间对循环周期的影响
第一步 第二步
清洗时间
5 12 1
A
B
循环周期27小时
51 2 1 5