本研究的主要目的為建立批式製程水網路之通用混整數非線性模式，使其成為可降低工廠設備操作成本並增加用水效率的設計工具。過去的研究大多分別探討批次排程、程序用水系統及廢水處理系統的最適化問題，但在本研究中，我們整合了三者在同一數學規劃模式中，不但可適當的考慮其間交互之影響，也可因此獲得更優越的整體設計。具體設計內容包含短期生產排程設計、緩衝槽數量及大小的選擇、水網路管線的實際管線結構及操作策略等。此外，我們也運用適當之邏輯限制式策略性地調整網路結構，並利用一系列的範例來展示此模式之有效性。

A　general　mixed-integer　nonlinear　programming　model　(MINLP)　is　developed　in　this　study　to　synthesize　water　networks　in　batch　processes.　The　proposed　model　formulation　is　believed　to　be　superior　to　the　available　ones.　In　the　past,　the　tasks　of　optimizing　batch　schedules,　process　water　reuse　subsystems　and　wastewater　treatment　subsystems　were　performed　individually.　In　this　study,　all　three　optimization　problems　are　incorporated　in　the　same　mathematical　programming　model.　By　properly　addressing　the　issue　of　interaction　between　subsystems,　better　overall　designs　can　be　generated.　The　resulting　design　specifications　include:　the　short-term　production　schedule,　the　number　and　sizes　of　buffer　tanks,　the　physical　configuration　of　pipeline　network,　and　the　operating　policies　of　water　flows.　The　network　structure　can　also　be　strategically　manipulated　by　imposing　suitable　logic　constraints.　A　series　of　illustrative　examples　are　presented　to　demonstrate　the　effectiveness　of　the　proposed　approach.

Almato,　M.,　A.　Espuna,　and　L.　Puigjaner,　“Optimization　of　Water　Use　in　Batch　Process　Industries,”　Comput.　Chem.　Eng.,　23,　1427,　1999.
Almato,　M.,　E.　Sanmarti,　A.　Espuna,　and　L.　Puigjaner,　“Rationalizing　the　Water　Use　in　Batch　Process　Industry,”　Comput.　Chem.　Eng.,　21,　s971,　1997.
Bagajewicz,　M.,　“Review　of　Recent　Design　Procedures　for　Water　
　Networks　in　Refineries　and　Process　Plants,”　Comput.　Chem.　Eng.,　24,　2093,　2000.
Bowmann,　E.　H.,　“The　Schedule-Sequence　Problem,”　Operation　Research,　
　7,　621,　1959.
Chang,　C.　T.,　and　B.　H.　Li,　“A　Mathematical　Programming　Model　for　　Discontinuous　Water　Reuse　System　Design,”　Industrial　&　Engineering　　Chemistry　Research,　2006　(accepted).
Chang,　C.　T.,　and　B.　H.　Li,　“Optimal　Design　of　Wastewater　　　
　Equalization　Systems　in　Batch　Processes,”　Comput.　Chem.　Eng.,　30,　　797,　2006.
Chang,　C.　T.,　and　B.　H.　Li,　“Improved　Optimization　Strategies　for　　Generating　Practical　Water-Usage　and　-Treatment　Network　Structures,”　　Ind.　Eng.　Chem.　Res.,　44,　3607,　2005.
Feng,　X.,　and　W.　D.　Seider,　“New　Structure　and　Design　Methodology　　for　Water　Networks,”　Ind.　Eng.　Chem.　Res.,　40,　6140,　2001.
Floudas,　C.　A.,　and　X.　X.　Lin,　“Review:　Continuous-Time　Verses　　
　Discrete-Time　Approaches　for　Scheduling　of　Chemical　Processes,”　　
　Computers　and　Chem.　Eng.,　28,　2109,　2004.
Galan,　B.,　and　I.　E.　Grossmann,　“Optimal　Design　of　Distributed　　
　Wastewater　Treatment　Networks,”　Ind.　Eng.　Chem.　Res.,　37,　4036,　　
　1998.
Hernandez-Suarez,　R.,　J.　Castellanos-Fernandez,　and　J.　M.　Zamora,　　
　“Superstructure　Decomposition　and　Parametric　Optimization　Approach　for　the　Synthesis　of　Distributed　Wastewater　Treatment　Networks,”　Ind.　　
　Eng.　Chem.　Res.,　43(9),　2175,　2004.
Huang,　C.　H.,　C.　T.　Chang,　H.　C.　Ling,　and　C.　C.　Chang,　“A　
　Mathematical　Programming　Model　for　Water　Usage　and　Treatment　Network　Design,”　Ind.　Eng.　Chem.　Res.,　38,　2666,　1999.
Hui,　C.　W.,　B.　H.　Li,　and　R.　Smith,　“Cutting　the　Wastewater　Peaks　for　Cylic　Batch　Production　Plants,”　Eng.　Life　Sci.,　3,　77,　2003.
Ierapetritou,　M.G.,　and　C.　A.　Flouda,　“Effective　Continuous-Time　
　Formulation　for　Short-Term　Scheduling.　1.　Multipurpose　Batch　
　Processes,”　Ind.　Eng.　Chem.　Res.,　37,　4341,　1998a.
Ierapetritou,　M.　G.,　and　C.　A.　Flouda,　“Effective　Continuous-Time　　
　Formulation　for　Short-Term　Scheduling.　2.　Continuous　and　　
　Semicontinuous　Processes,”　Ind.　Eng.　Chem.　Res.,　37,　4341,　1998b.
Kim,　J.　K.,　and　R.　Smith,　“The　Automated　Design　of　Discontinuous　　
　Water　Systems,”　Process　Safety　and　Environmental　Protection,　82(May),　238,　2004.
Kondili,　E.,　C.　C.　Pantelides,　and　R.　W.　Sargent,　“A　General　
　Algorithm　for　Short-Term　Scheduling　of　Batch　Operations.　Part　1:　
　Milp　Formulation,”　Computers　and　Chemical　Engineering,　17,　211,　　
　1993.
Kuo,　W.　C.　J.,　and　R.　Smith,　“Effluent　Treatment　System　Design,”　　Chem.　Eng.　Sci.,　52,　4273,　1997.
Kuo,　W.　C.　J.,　and　R.　Smith,　“Designing　for　the　Interactions　　
　Between　Water-Use　and　Effluent　Treatment,”　Trans.　Inst.　Chem.　Eng.,　76(Part　A),　287,　1998.
Lee,　K.　H.,　H.　I.　Park,　and　I.　B.　Lee,　“A　Novel　Nonuniform　　
　Discrete　Time　Formulation　for　Short-Term　Scheduling　of　Batch　and　　
　Continuous　Processes,”　Ind.　Eng.　Chem.　Res.,　40,　4902,　2001.
Li,　B.　H.,　X.　Sh.　Fan,　and　P.　J.　Yao,　“A　New　Method　for　Effluent　Treatment　System　Design,”　Chinese　Journal　of　Chemical　Engineering,　　10(3),　273,　2002.
Li,　B.　H.,　C.　W.　Hui,　and　R.　Smith,　“Wastewater　Equalization　for　　Batch　Production　Plants,”　Eng.　Life　Sci.,　2,　190.　2002a
Li,　W.　K.,　C.　W.　Hui,　B.　Hua,　and　Zh.X.　Tong,　“Scheduling　Crude　　Oil　Unloading　Storage　and　Processing,”　Ind.　Eng.　Chem.　Res.,　41,　　6723,　2002b.
Majozi,　T.,　“Wastewater　Minimization　Using　Central　Reusable　Water　　
　Storage　in　Batch　Plants,”　Computers　&　Chemical　Engineering,　29,　　
　1631-1646,　2005a.
Majozi,　T.,　“An　Effective　Technique　for　Wastewater　Minimization　in　　
　Batch　Processes,”　Journal　of　cleaner　production,　13,　1374,　2005b.
Maravelias,　C.　T.,　“Mixed-Time　Representation　for　State-Task　Network　　Models,”　Ind.　Eng.　Chem.　Res.,　44,　9129,　2005.
Maravelias,　C.　T.,　and　I.　E.　Grossmann,　“Additions　and　Corrections　　of　New　General　Continuous-Time　State-Task　Network　Formulation　for　　
　Short-Term　Scheduling　of　Multipurpose　Batch　Plants,”　Ind.　Eng.　Chem.　Res.,　42,　4422,　2003.
McLaughlin,　L.　A.,　H.　J.　McLaugh,　and　K.　A.　Groff,　“Develop　an　
　Effective　Wastewater　Treatment　Strategy,”　Chem.　Eng.　Prog.,　88(Sept),　34,　1992.
Neumann,　K.,　C.　Schwindt,　and　N.　Trautmann,　“Scheduling　of　Continuous　and　Discontinuous　Material　Flows　with　Intermediate　Storage　
　Restrictions,”　European　of　operational　research,　165,　495,　2005.
Pinto,　J.　M.,　and　I.　E.　Grossmann,　“An　Alternate　Milp　Model　for　　
　Short-Term　Schedulig　of　Process　Systems,”　Ind.　Eng.　Chem.　Eng.　
　Res.,　81,　338,　1996.
Pinto,　J.　M.,　and　I.　E.　Grossmann,　“A　Contimnous　Time　Mixed　Integer　Linear　Programming　Model　for　Short　Term　Scheduling　of　Multistage　
　Batch　Plants,”　Ind.　Eng.　Chem.　Eng.　Res.,　34,　3037,　1995.
Pinto,　J.　M.,　and　I.　E.　Grossmann,　“Optimal　Cyclic　Scheduling　of　
　Multistage　Continuous　Multiproduct　Plants,”　Computers　Chem.　Eng.,　18,　797,　1994.
Puigjaner,　L.,　A.　Espuna,　and　M.　Almato,　“A　Software　Tool　for　
　Helping　in　Decision-Making　about　Water　Management　in　Batch　Process　
　Industries,”　Waste　Management,　20,　645,　2000.
Rippin,　D.　W.　T.,　“Batch　Process　Planning,”　Chemical　Engineering,　
　May,　100,　1991.
Rippin,　D.　W.　T.,　“Simulation　of　Single　and　Multiproduct　Batch　
　Chemical　Plants　for　Optimal　Design　and　Operation,”　Computers　Chem..　Eng.,　7,　137,　1983.
Renda　et　al.　“Batch　Processing　System　Engineering,”　(Edited　by　
　Reklaitis,　G.　V.,　Sunol,　A.　K.,　Rippin,　D.　W.　and　Hortacsu,　O.),　　821,　1996.
Savelski,　M.,　and　M.　Bagajewicz,　“On　the　Necessary　Conditions　of　　
　Optimality　of　Water　Utilization　Systems　in　Process　Plants　with　
　Multiple　Contaminants,”　Chem.　Eng.　Sci.,　58(23-24),　5349　,　2003.
Shah,　N.,　C.　C.　Pantelides,　and　R.　W.　H.　Sargent,　“A　general　　
　algorithm　for　short-term　scheduling　of　batch　operations.　PartⅡ.　　
　Computational　issues.,”　Computers　and　Chemical　Engineering,　17,　229,　1993.
Tsai,　M.　J.,　and　C.　T.　Chang,　“Water　Usage　and　Treatment　Network　　Design　Using　Genetic　Algorithms,”　Ind.　Eng.　Chem.　Res.,　40,　4874,　　2001.
Takama,　N.,　T.　Kuriyama,　K.　Shiroko,　and　T.　Umeda,　“Optimal　Water　　Allocation　in　a　Petroleum　Refinery,”　Comput.　Chem.　Eng.,　4,　251,　　1980.
Wang,　B.,　X.　Feng,　and　Z.　Zhang,　“A　Design　Methodology　for　　
　Multiple-Contaminant　Water　Networks　with　Single　Internal　Water　Main,”　Comput.　Chem.　Eng.,　27,　903,　2003.
Wang,　Y.　P.,　and　R.　Smith,　“Time　Pinch　Analysis,”　Chem.　Eng.　Des.　Res.,　73(Nov.),　905,　1995.
Wang,　Y.　P.,　and　R.　Smith,　”　Wastewater　Minimization,”　Chem.　Eng.　　Sci.,　49,　981,　1994a.
Wang,　Y-P,　and　R.　Smith,　“Design　of　Distributed　Effluent　Treatment　　Systems,”　Chem.　Eng.　Sci.,　49(18),　3127,　1994b.
Yang,　Y.　H.,　H.　H.　Lou,　and　Y.　L.　Huang,　“Synthesis　of　an　Optimal　Wastewater　Reuse　Network,”　Waste　Manage.,　20,　311,　2000.