化工分析與合成ppt課件 間歇過程

第五章間歇過程一、間歇過程簡介二、單產品間歇過程（覆蓋式、非覆蓋式操作）三、多產品間歇過程（多產品、多目的）四、物料轉移策略（零等待、無中間儲罐、無限中間儲罐）五、平行罐與中間儲罐六、單產品間歇過程設備尺寸設計

七、多產品間歇過程設備尺寸設計一、間歇過程簡介將有限量的物料，按規(guī)定的加工順序，在一個或多個設備中加工，以獲得有限量的產品。間歇操作廣泛應用于食品、聚合物、藥品、分子篩、增塑劑、抗氧化劑、染料和涂料等產品的生產。間歇化工過程的特點（1）對小批量生產而言更經濟（2）可靈活調整生產方案與生產速率（3）用多用途設備生產不同的產品（4）最適于設備需要定期清洗和消毒的情況（5）適用于從實驗室直接放大（6）操作和控制要求較高間歇過程設計與優(yōu)化需利用系統(tǒng)工程方法為間歇過程合理設計和操作的工程決策提供理論基礎。研究工作包括：（1）間歇系統(tǒng)的生產安排和操作事件表。（2）間歇化工廠的設計,確定單元設備尺寸。二、單產品間歇過程生產循環(huán)周期（批間隔）。時間表問題或稱生產調度問題：是間歇過程優(yōu)化的主要問題。間歇過程時間表問題可用Gantt圖，即時間-時間圖描述。單產品間歇過程考慮物料轉移時間的Gantt圖不考慮物料轉移時間的Gantt圖非覆蓋式操作循環(huán)周期8小時覆蓋式操作時間第一步第二步第三步第四步4小時4小時總操作時間12小時循環(huán)周期4小時三、多產品間歇生產過程（1）多產品間歇生產過程。用來生產一組給定的產品，所有產品都循同樣的生產途徑。在排序理論中稱“流水作業(yè)”。（2）多目的間歇生產過程?？赏瑫r生產兩個或兩個以上的產品，這些產品可交叉共用過程設備。在排序理論中稱“工件作業(yè)”。（a）流水作業(yè)（b）工件作業(yè)流水作業(yè)生產期限的劃分生產策略：單產品生產策略；混合產品生產策略例題－兩個產品間歇生產過程時間（小時）生產階段階段1階段2A52B24單產品策略：某一產品的所有批次生產完成后再進行下一產品的生產，AAABBB混合產品策略：按某種特定的順序生產各種產品

ABABAB清洗時間對循環(huán)周期的影響四、物料轉移策略零等待策略（ZW)：即在生產過程中當某單元過程完成后，不能在該單元設備內停留，必須馬上將物料轉移到下一工序的設備內，即物料在單元設備內的等待時間是零。無中間儲罐（NIS）：指當物料完成某單元過程的操作后，可以在該單元設備內停留，但沒有中間儲罐。無限中間儲罐（UIS）：指當物料完成某單元過程的操作后，物料可以轉移到中間儲罐內，這里儲罐的體積無限大，而且可以停留無限長時間。例題生產次序為ABAB….第一步第二步第三步A643B322零等待無中間儲罐無限中間儲罐五、平行單元與中間儲罐時間最長的操作步驟控制著生產周期。我們稱之為控制步驟。如何優(yōu)化反應過程方法有二：1、增加平行單元2、設置中間貯罐例題：發(fā)酵過程時間表第一階段發(fā)酵12小時，第二階段分離需3小時。假定批處理量為1000kg。

添加平行設備的發(fā)酵過程第一階段設立異步平行發(fā)酵罐，循環(huán)周期縮短添加中間儲罐的發(fā)酵過程第二階段分離設備尺寸所小至250kg，中間儲罐最大存放量750kg。例題單產品間歇生產過程包括四個步驟，分別為：反應時間4小時，溶劑混合1小時，分離2小時，干燥1小時，批次處理量1000kg。如何減少覆蓋操作的周期和間歇器尺寸。

方法（1）：增加階段1，即反應器的平行設備

方法（2）：設置中間儲罐

六、單產品間歇過程設備尺寸設計假設一個間歇過程，目標產品C的產量為600噸/年，假定每年設備的運行時間為6000小時。具體配方如下：混合1千克A和1千克B，反應4小時生成產物C，產率為40％（wt），混合物密度為ρm＝2千克/升。加1千克溶劑D，然后離心分離1小時得到含95％C的產品，混合物密度為ρm

＝2.5千克/升。尺寸因子設備j的尺寸因子：生產單位質量（或體積）的最終產品所需的間歇設備的特征尺寸稱為該產品在這個設備單元上的尺寸因子，用Sj表示，其單位為體積/千克或面積/千克步驟1所涉及混合物的比容為v＝1/ρm

＝0.5l/kg，因此可求出該設備的尺寸因子為：步驟2所涉及混合物的比容為v＝0.4l/kg，因此其尺寸因子為：各操作步驟均采用一臺單元設備，且生產安排采用覆蓋操作，其循環(huán)時間為：4hr，6000hrs能生產的批次為：產品C的總量為600噸，故每批次需生產的產品量為：間歇過程各操作步驟所需間歇設備的容積分別為：優(yōu)化：瓶頸在第一步驟，采用異步平行單元，其循環(huán)時間為：2hr，生產批次加倍——3000批，每批容量減半，這種情況下尺寸如下：V1＝263.2l

，V2＝315.8l

權衡：每步驟一個單元總設備容積1158l，采用異步平行單元總設備容積（2V1+V2＝852.2l）七、多產品間歇過程設備尺寸設計處理時間（hrs）尺寸因子（升/公斤產品）步驟1步驟2步驟1步驟2A8321.2B632.11清理時間：4hrsA到B，B到A生產兩產品A和B的間歇過程，每個產品包含2個步驟，A的總產量為：125噸/年，B的產量為75噸/年，總的生產時間為6000hrs，單一產品生產策略：選擇一個生產期限長度，1000小時，有效時間992小時一年中這樣的生產將重復6次。在每一生產期限內A和B的生產量分別為125,000/6＝20,833公斤和75,000/6＝12,500公斤。根據(jù)每批產品產量相等的經驗規(guī)則，以及限制生產時間為992小時，可得以下兩個方程：聯(lián)立求解可得：tA＝684小時，tB＝308小時。進而可得每批產品的產量B為244公斤。兩個步驟中每個產