Computer-gestützter Entwurf von absatzweise arbeitenden chemischen Mehrproduktanlagen

Transkript

1 Research Collection Doctoral Thesis Computer-gestützter Entwurf von absatzweise arbeitenden chemischen Mehrproduktanlagen Author(s): Klossner, Jürg Publication Date: 1985 Permanent Link: Rights / License: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information please consult the Terms of use. ETH Library

2 Diss. ETH Nr Computer-gestutzter Entwurf von absatzweise arbeitenden chemischen Mehrproduktanlagen ABHANDLUNG zur Erlangung des Titels eines Doktors der technischen Wissenschaften der EIDGENOSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE ZURICH vorgelegt von JURG KLOSSNER Dipl. Chem. Ing. (ETH Zurich) geboren am 12. August 1956 von Diemtigen, Kanton Bern Angenommen auf Antrag von Prof. Dr. D. W. T. Rippin - Referent Prof. Dr. J. R. Bourne - Korreferent 1985

3 ABSTRACT An approach to the design of batch-wise chemical multiproduct plants is presented. For the production of a set of products with given demand and fixed production arrangements the necessary size and number of equipment items is deter mined corresponding to minimal equipment and inventory costs. The production schedule is an additional design variable since the user may choose between four production strategies which include producing the products in a single plant or in a number of parallel plants and producing all products se quentially or, when equipment availability permits, producing some products in parallel in the same plant. The mathematical models lead to optimizations with nonlinear objective functions and linear or nonlinear constraints. A modified branch and bound algorithm is used for mixed integer optimizations. Combinatorial problems due to the production strategies are solved as set partitioning or set covering problems by a branch and bound procedure. When each product is produced only once in a multi plant or partly parallel configuration the set partitioning procedure is used to determine the best configuration. When any product may be produced more than once, for example in more than one plant or in parallel with more than one other product, the set covering procedure is used. Several examples allow comparison with other work in this area and demonstrate the possibilities of the interactive computer program developed for this task.

4 Z USAHHENFASSUNG Ein Vorgehen fur die Bestimmung der Anzahl und der Grosse von Produktionseinheiten fur absatzweise arbeitende chemische Mehrproduktanlagen wird dargestellt. Fur eine Gruppe von Produkten mit vorgegebenen Produktionsmengen und Produktionsanforderungen werden die Designvariabeln unter Beriicksichtigung von Investitions- und ev. Lagerkosten optimiert. Der Produktionsfahrplan ist insofern eine zusatzliche Designvariable, als zwischen vier Produktionsstrategien gewahlt werden kann, welche die Produktion in einer einzelnen Anlage oder in mehreren parallelen Anlagen erlauben, sowie die Pro duktion in einer sequentiellen Produktefolge oder die teil weise parallele Produktion mehrerer Produkte, welche nicht die gleichen Einheiten belegen, in einer Anlage. Die verwendeten mathematischen Modelle fiihren zu Optimierungen mit nichtlinearen Zielfunktionen und linearen resp. nichtlinearen Randbedingungen. Zusatzlich wird ein modif i- zierter Branch and Bound Algorithmus fur gemischt-ganzzahlige Optimierungen verwendet. Die als Folge der verschiedenen Produktionsstrategien auftretenden kombinatorischen Probleme werden als Set-Partitioning- Problem mit einem Branch and Bound Verfahren gelost, sofern jedes Produkt nur einmal in einer Gruppe von Anlagen und bei der teilweise parallelen Produktion auftreten darf. Falls jedes Produkt in mehreren Anlagen und mit mehreren anderen Produkten parallel produziert werden kann, wird mit dem Branch and Bound Verfahren ein Set-Covering-Problem gelost.

5 Zahlreiche Beispiele ermoglichen Vergleiche mit anderen Arbeiten auf diesem Gebiet und demonstrieren die Moglichkeiten des im Verlaufe dieser Arbeit entworfenen interaktiven Computerprogramms.