Optimal Design of Generalized Process-storage Network Applicable To Polymer Processes

고분자 공정에 적용할 수 있는 일반화된 공정-저장조 망구조 최적설계

The periodic square wave (PSW) model was successfully applied to the optimal design of a batch-storage network. The network structure can cover any type of batch production, distribution and inventory system, including recycle streams. Here we extend the coverage of the PSW model to multitasking semi-continuous processes as well as pure continuous and batch processes. In previous solutions obtained using the PSW model, the feedstock composition and product yield were treated as known constants. This constraint is relaxed in the present work, which treats the feedstock composition and product yield as free variables to be optimized. This modification makes it possible to deal with the pooling problem commonly encountered in oil refinery processes. Despite the greater complexity that arises when the feedstock composition and product yield are free variables, the PSW model still gives analytic lot sizing equations. The ability of the proposed method to determine the optimal plant design is demonstrated through the example of a high density polyethylene (HDPE) plant. Based on the analytical optimality results, we propose a practical process optimality measure that can be used for any kind of process. This measure facilitates direct comparison of the performance of multiple processes, and hence is a useful tool for diagnosing the status of process systems. The result that the cost of a process is proportional to the square root of average flow rate is similar to the well-known six-tenths factor rule in plant design.

사각파 모형은 회분식 공정-저장조 망구조의 최적설계에 성공적으로 적용되었다. 설계된 망구조는 재순환 흐름을 포함하는 회분식의 모든 생산 재고 및 분배 체계를 내포한다. 본 연구에는 사각파 모형의 적용범위를 연속 또는 회분식 공정 뿐 만 아니라 반연속 공정에 까지 확대하려 한다. 이전의 연구에서는 원료조성이나 제품수율은 알려진 상수로 취급되었다. 본 연구에서는 이러한 제약이 완화되어 원료조성이나 제품 수율이 최적화 되어져야 하는 독립변수로 취급된다. 이러한 수정은 정유공장에서 흔히 접하는 최적제품 배합문제를 취급할 수 있게 한다. 원료조성과 제품수율이 독립변수일 때 발생하는 많은 문제의 복잡성에도 불구하고 사각파 모형은 여전히 해석적인 최적용량 공식을 제공한다. 최적공장설계에 적용되는 본 연구의 유용성은 고밀도 폴리에틸렌 공장설계의 예를 통해 나타내었다. 연구결과를 토대로 모든 공정의 최적성을 비교할 수 있는 척도를 제시하였다. 이 척도는 다수의 공정의 성능을 직접 비교할 수 있게 하므로 공정의 상태를 진단하는 유용한 도구가 될 것이다. 공정의 비용이 유속의 제곱근에 비례한다는 결과는 공장설계에서 늘리 알려진 6/10 경험법칙과 유사하다.