1. No category

KETA01 Kemiteknik
Processdesign 2012
Michaël Grimsberg
Inst. för Kemiteknik, LTH
10 september 2012
Bakgrund
ñ
Strategier för att utforma processer
ñ
Hur ser flödesschema ut ? Varför används de ?
ñ
Vi arbetar inom kemitekniken mycket med öppna problem
ñ
ñ
Inga exakta svar
Facit saknas!
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
Enhetsoperationer
Utför något fysiskt/kemiskt t.ex.
ñ
Blandar olika strömmar
ñ
Separerar olika komponenter, ämnen
ñ
Kemisk reaktion
ñ
Splittar(delar upp) en ström
ñ
Värmer/kyler
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
Olika typer av separationsprocesser
Teknik
Mekanisk
Inflöde
Två faser
Utflöde
Två faser
Princip
Skillnad i storlek eller densitet
Jämvikt
En fas
Två faser
Skillnad i sammansättning vid jämvikt
Hastighet
En fas
En fas
Skillnad i transporthastighet
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
Olika typer av separationsprocesser (forts.)
Filtrerering
Sedimentering
Centrifugering
Kondensation
Destillation
Absorption
Extraktion
Fast o vätska
Fast o vätska
Lakning
Fast
Ånga/Ånga o Vätska
Vätska/Ånga o Vätska
Gas
Vätska
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
Storlek
Densitet
Densitet
Kokpunkt
Kokpunkt
Löslighet av gasen i tillförd vätska
Fördelning mellan två oblandbara
vätskor
Löslighet av fasta komponenter i
tillförd vätska
Processchema
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
Hela processen (forts.)
Studera en del av processen
Kondensor
-190 oc
Luft
N2
Luft
CH4
H2O
CH4
H2O
O2
Reaktor
CH4
H2O
H2
CO2
Vi bortser från överskottet av CH4 och H2O
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
N2
Process
H2
CO2
Hela processen (forts.)
Luft
CH4
H2O
(2)
N2
Process
(4)
(1)
(3)
CH
4
+ 0.35 O
2
+ 1.3 H O
2
CO
2
+ 3.3 H
2
H2
CO2
IN − UT
+PROD = 0
˙ 3,H
0−n
+(+3.3) · ξ˙ = 0
Vätgas
+(0) · ξ˙ = 0
Kvävgas
˙2 − n
˙4
0.79 · n
˙ 1,M − 0
n
+(−1) · ξ˙ = 0
Metan
˙ 1,W − 0
n
+(−1.3) · ξ˙ = 0
Vatten
˙2
0.21 · n
˙ 3,C
0−n
˙ 3,H = 300 mol h−1
Räknebas: n
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
+(−0.35) · ξ˙ = 0
Syrgas
+(+1) · ξ˙ = 0
Koldioxid
Hela processen (forts.)
 0
 0

 1

 0

 0

 0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0.79
0
0
0.21
0
0
−1
0
0
0
0
0
1
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
0
0
0
0
0
−1
0
0
−1
0
0
0
0
0
3.3
0
−1
−1.3
−0.35
1
0
  n
˙ 1,M
˙ 1,W
  n
 
  n
˙2
 
· n
  ˙ 3,H
  n
  ˙ 3,C
  n
˙4
ξ˙


 
 
 
 
=
 
 
 
 
0
0
0
0
0
0
300










Hela processen (forts.)
>> A=[0 0 0 -1 0 0 3.3
0 0 0.79 0 0 -1 0
1 0 0 0 0 0 -1
0 1 0 0 0 0 -1.3
0 0 0.2 0 0 0 -0.35
0 0 0 0 -1 0 1
0 0 0 1 0 0 0];
>> b=[0 0 0 0 0 0 300]’;
>> x=A\b
x =
90.9091
118.1818
159.0909
300.0000
90.9091
125.6818
90.9091
Resultatet visar att vi får 125.7 mol h−1 av N2. Behovet är
100 mol h−1 .
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
Värmeväxling
Energieffektiv
Bra att använda varma strömmar till att förvärma kalla
strömmar och kalla strömmar till att kyla varma strömmar
Motflöde
Medflöde
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
Värmeväxling (forts.)
Kondensor
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
Värmeväxling (forts.)
Plattvärmeväxlare
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
Tubvärmeväxlare
Kommersiell process – Topsoe (forts.)
Desulphurisation
Svavel och Klor avlägnas (Katalysatorgifter)
Reforming
Produktion av syntesgas (CO, H2)
Shift
CO (g) + H (g)
CO (g) + H O (g)
2
2
2
Methanation
CO blir CH
4
Ingående gas till reaktorn
74.3 % H , 24.7% N
2
2
0.08 % CH , 0.03 % Ar, 1-2 ppm CO
4
200 atm, 450 ◦C
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH
Generera lösningar
Vanliga orsaker till mentala blockeringar
ñ
Definiera problem för snävt
ñ
Angrip symptomen och inte det verkliga problemet
ñ
Antag att det bara finns ett rätt svar
ñ
Låsning på första lösning
ñ
Låsning på en lösning som nästan fungerar
ñ
Distraherad av irrelevant information
ñ
Frustration p.g.a. misslyckande
ñ
För ivrig att avsluta
ñ
Tvetydig problemdefintion
Michaël Grimsberg, Inst. för Kemiteknik, LTH