La méthode standard est le dimensionnement des lots par campagne : allouez le temps de fonctionnement total entre les produits, calculez le nombre de lots que chaque produit peut réaliser et déterminez le volume de lot requis pour chaque produit. Pour le produit (x), le volume de lot préliminaire est calculé comme suit :

[ V_{\text{batch},x}

\frac{P_x,v_{\text{react},x}}{t_x/t_{\text{cycle},x}} ]

Le réacteur ou le mélangeur partagé est ensuite dimensionné en fonction du plus grand volume de lot réel requis après un arrondi pratique au lot entier.

L'équipement partagé est dimensionné en équilibrant les objectifs de production, les besoins en volume spécifiques aux produits, les temps de cycle et les calendriers de campagne. La capacité de l'équipement déterminante est le volume de lot maximal parmi tous les produits traités dans l'unité partagée.

Comment fonctionne le dimensionnement des équipements partagés

Définir les campagnes de production

Tout d'abord, établissez le temps de fonctionnement total disponible pour le programme de production. Si les produits A, B et C partagent une installation pilote sur 500 heures, leurs temps de campagne doivent satisfaire :

[ t_A+t_B+t_C=500\ \text{h} ]

Chaque temps de campagne représente la période pendant laquelle le réacteur ou le mélangeur partagé est dédié à un produit.

Déterminer les exigences spécifiques aux produits

Pour chaque produit, identifiez :

La quantité de production cible, (P_x), généralement en kg
Le volume de réacteur ou de mélangeur requis par unité de masse, (v_{\text{react},x}), en (\text{m}^3/\text{kg})
Le temps de cycle complet du lot, (t_{\text{cycle},x})

Le temps de cycle doit inclure le remplissage, le traitement, la vidange, le nettoyage et toute activité de stérilisation ou de changement de série requise.

Calculer le nombre de lots

Le nombre préliminaire de lots pour le produit (x) est :

[ N_x=\frac{t_x}{t_{\text{cycle},x}} ]

Ce calcul estime combien de cycles de lots peuvent tenir dans la campagne allouée au produit.

Calculer le volume de lot requis

Le volume de processus total associé à une cible de produit est :

[ P_xv_{\text{react},x} ]

Diviser ce volume par le nombre de lots disponibles donne le volume de lot préliminaire :

[ V_{\text{batch},x}

\frac{P_xv_{\text{react},x}}{N_x}

\frac{P_xv_{\text{react},x}} {t_x/t_{\text{cycle},x}} ]

Pour les mélangeurs, la même logique s'applique lorsque le volume spécifié représente le volume de travail nécessaire par unité de produit.

Comment la taille du récipient partagé est déterminée

Égaliser les volumes de lots préliminaires

Lorsque l'objectif est de trouver la taille minimale commune de l'équipement, les volumes de lots préliminaires peuvent être rendus égaux :

[ V_{\text{batch},A}

V_{\text{batch},B}

V_{\text{batch},C} ]

Avec la contrainte de temps total, ces équations peuvent être résolues pour déterminer les durées de campagne et le volume préliminaire commun du récipient.

Cela permet d'identifier un calendrier dans lequel chaque produit utilise l'unité partagée de manière efficace.

Convertir les nombres de lots en valeurs pratiques

Les nombres de lots calculés sont souvent non entiers. En pratique, un produit ne peut normalement pas exécuter une fraction de lot, donc les nombres de lots doivent être convertis en nombres entiers.

Le calendrier de campagne et les volumes de lots doivent ensuite être recalculés en utilisant ces nombres de lots entiers plutôt que de se fier uniquement à la solution mathématique continue.

Sélectionner la condition de produit limitante

Après l'arrondi, calculez le volume de lot réel requis pour chaque produit :

[ V_{\text{actual},x}

\frac{P_xv_{\text{react},x}}{N_{x,\text{integer}}} ]

Le réacteur ou le mélangeur partagé doit être dimensionné pour la plus grande de ces valeurs :

[ V_{\text{equipment}}

\max \left( V_{\text{actual},A}, V_{\text{actual},B}, V_{\text{actual},C} \right) ]

Le produit produisant ce maximum est le cas limitant ou la condition de conception déterminante.

Pourquoi le temps de campagne est important

Les objectifs de production seuls sont insuffisants

Un produit avec un objectif de production important ne détermine pas automatiquement la taille du récipient. Son volume requis par lot dépend également de son temps de cycle et de la durée de campagne qui lui est assignée.

Un produit avec un cycle plus lent peut nécessiter un volume de lot plus important car moins de lots peuvent être réalisés pendant sa campagne.

L'utilisation de l'équipement affecte le résultat

Allouer plus de temps à un produit augmente son nombre de lots disponible et peut réduire son volume de lot requis. Cependant, ce temps doit être pris sur un autre produit, donc le calendrier et la taille de l'équipement sont liés.

La méthode dimensionne donc l'équipement et évalue le calendrier de production conjointement.

L'approche s'applique aux installations pilotes flexibles

Ce calcul est particulièrement utile lorsqu'un réacteur ou un mélangeur est partagé entre plusieurs produits plutôt que dédié à un seul processus. Il soutient les décisions concernant la capacité de l'installation pilote, la planification des campagnes et la capacité d'une taille d'équipement proposée à atteindre tous les objectifs de production.

Comprendre les compromis

Les solutions continues ne sont pas des calendriers d'exploitation

Égaliser les volumes de lots produit une conception préliminaire utile, mais les nombres de lots résultants peuvent être fractionnaires. Traiter ces valeurs comme des lots exécutables peut sous-estimer la capacité requise.

Le recalcul par lots entiers est donc essentiel.

Le plus grand volume de lot n'est pas la seule contrainte

Le volume nominal d'un récipient n'est pas nécessairement son volume de travail utilisable. La performance de mélange, l'espace de tête, le transfert thermique, la suspension des solides, la formation de mousse et les limites de sécurité peuvent nécessiter une capacité supplémentaire au-delà du volume de processus calculé.

Le maximum calculé doit être traité comme l'exigence de volume de processus, suivie des marges de conception d'équipement habituelles.

Les changements de série peuvent réduire le temps disponible

Le nettoyage et la stérilisation doivent être inclus dans le temps de cycle lorsqu'ils consomment la capacité de l'équipement partagé. Les omettre surestime le nombre de lots et peut produire un récipient sous-dimensionné.

Les transitions de produits peuvent également nécessiter des changements de campagne plus longs que les lots répétés du même produit.

L'arrondi aux entiers peut créer une capacité inutilisée

L'arrondi des nombres de lots modifie l'équilibre entre les produits. Un produit peut avoir du temps de campagne libre tandis qu'un autre détermine la taille finale du récipient ; le calendrier final doit donc être vérifié à la fois pour la capacité et pour le temps de fonctionnement inutilisé.

Faire le bon choix pour votre objectif

Utilisez le calcul comme modèle de calendrier et de capacité, puis validez le résultat par rapport aux contraintes d'exploitation pratiques.

Si votre objectif principal est le volume d'équipement minimal : Allouez les temps de campagne de sorte que les volumes de lots préliminaires soient égaux, puis dimensionnez l'unité en utilisant le plus grand volume recalculé après l'arrondi aux lots entiers.
Si votre objectif principal est d'atteindre les objectifs de production de manière fiable : Incluez les temps de cycle et de changement de série complets, utilisez des lots entiers et vérifiez que le récipient sélectionné dispose d'un volume de travail et de marges d'exploitation adéquats.
Si votre objectif principal est de maximiser l'utilisation de l'installation pilote : Comparez les allocations de campagne alternatives et sélectionnez le calendrier qui atteint tous les objectifs avec le moins de temps d'inactivité et une flexibilité opérationnelle acceptable.

La méthode fiable consiste à équilibrer le temps de campagne et le nombre de lots, puis à dimensionner le réacteur ou le mélangeur partagé pour le plus grand volume de lot pratique.

Tableau récapitulatif :

Facteur de dimensionnement	Comment il est utilisé
Temps de campagne	Allouer les heures de fonctionnement disponibles entre les produits.
Temps de cycle	Inclure le remplissage, le traitement, la vidange, le nettoyage, la stérilisation et les changements de série.
Nombre de lots	Calculer les lots disponibles, puis convertir les résultats en lots entiers.
Volume de lot	Diviser le volume de processus requis de chaque produit par son nombre de lots entier.
Taille de l'équipement	Sélectionner le plus grand volume de lot pratique comme capacité déterminante.
Vérifications de conception	Prévoir le volume de travail, l'espace de tête, le mélange, le transfert thermique, la mousse et l'exploitation sécurisée.

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