Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Oppsummering TEP 4230 Energi og Prosessteknikk Rune Hoggen1.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Oppsummering TEP 4230 Energi og Prosessteknikk Rune Hoggen1."— Utskrift av presentasjonen:

1 Oppsummering TEP 4230 Energi og Prosessteknikk Rune Hoggen1

2 2 Produksjonssystemer  Definisjon av en industriell prosess  Typiske elementer i en prosess  Reaksjon, Separasjon, Miksing (blanding)  Varmeoverføring, Kompresjon, Ekspansjon  Energibruk i industrien  Statistikk  Forbruk og kvalitet  Energiformer  Kjemisk energi  Faktorer som påvirker spesifikt energiforbruk  Hvor / hvorfor / hvordan brukes energi?  Modeller for energiregnskap  Detaljert gjennomgang av noen utvalgte produksjonskjeder  Fra naturgass til mineralgjødsel  Fra bauxitt til aluminium  Fra skogen til frokostbordet  Fra råolje til bensin

3 Rune Hoggen3 Prosess som omformer Energi Material K E Råvare(r) Produkt(er) Biprodukt(er) Damp HP MP LP Kulde Damp HP MP LP Kulde Mekanisk Energi

4 Rune Hoggen4 Faktorer som påvirker spesifikt energiforbruk (I)  Valg av ”kjemi” (prosess-syntese)  Alternative råvarer og produkter  Alternative mellomprodukter (såkalte reaksjonsveier)  Dannelsesvarme teoretisk minimum  Valg / Utvikling av ny teknologi  Membraner eller absorpsjon  Nye katalysatorer  Søderberg eller ”Prebaked”-anoder?  Damp-reformering innen ammoniakk

5 Rune Hoggen5 Faktorer som påvirker spesifikt energiforbruk (II)  Lokalisering  Infrastruktur som gir synergier  Klima (luft og kjølevann)  Transportavstander  Prosessdesign  Parametre for hvert prosesstrinn  Sammenkobling av prosesstrinnene  Varmeintegrasjon mellom trinnene  Varme- / Kraftsystemer

6 Rune Hoggen6 Faktorer som påvirker spesifikt energiforbruk (III)  Drift av anleggene  Gode reguleringssystemer  On-line optimalisering  Vedlikehold  Rengjøring av varmevekslere  Generelle preventive tiltak  Prismekanismer  Priser på utstyr / energi  Statlige avgifter (f.eks. CO 2 -avgiften)

7 Fysikalsk og kjemisk likevekt Rune Hoggen7  Termodynamisk grunnlag for likevekt  Multikomponent og multifase systemer  Kjemisk potensial  Gibbs faseregel  Fugasitet  Tilstandsligninger  Ideell gasslov  Van der Waals ligning  Redlich-Kwong  Formalisering av kjemiske reaksjoner  Matriser!

8 Termodynamisk grunnlag for likevekt (IV) Rune Hoggen8  Kombinasjonen av 1. og 2.  Gir den fundamentale egenskapsrelasjonen:  Består kun av variable som er uavhengig av veien fra punkt 1 til 2.  Uavhengig av reversibilitet!

9 Likevekt Rune Hoggen9  Ved likevekt vil tilstandsvariable og tilstandsfunksjoner være konstante  dS = 0  Innsatt i den fundamentale egenskapsrelasjonen:

10 Eksempel (I) Rune Hoggen10  En sylinder med to kamre.  Godt isolert, sylinderen glir tilnærmet friksjonsfritt  Hva er situasjonen ved likevekt?

11 Gibbs Faseregel (I) Rune Hoggen11  Frihetsgrader  Antallet ubestemte variable  Mulighet til å regulere systemet  Ingen frihetsgrader, låst trykk og temperatur  Differansen mellom antallet uavhengige variable og antallet ligninger.  Uavhengige variable:  Molfraksjoner i hver fase: (n c – 1)  For alle  faser:  (n c – 1)  Trykk og temperatur  Totalt antal uavhengige variable: 2 +  (n c – 1)

12 Gibbs Faseregel (II) Rune Hoggen12  Ligninger (likevektsligningene)  Antallet ligninger: n c (  - 1)  Antallet frihetsgrader:

13 Tilstandsligninger generelt (II) Rune Hoggen13  Hva prøver ligningene å beskrive?  Hva skjer når...  Gass komprimeres ved konstant temperatur  Til duggpunktet  Gjennom tofaseområdet  Ut i væskeområdet

14 Ideell gasslov Rune Hoggen14  Begrenset gyldighetsområde  P R < 0,05  T R > 15  Enkel ligning  Uavhengig av stoff  OBS! Benevning!

15 Van der Waals ligning (I) Rune Hoggen15  Den første kubiske tilstandsligningen som kom  Mye bedre enn ideell gasslov, men likevel ikke helt god.  Illustrert ved at kompressibiliteten i kritisk punkt er konstant, uavhengig av stoff.  Populær fordi den er relativt enkel

16 Soave-Redlich-Kwong (I) Rune Hoggen16  Stort gjennombrudd!  Kan nemlig beskrive tilstanden ved høye trykk  Temperaturen er inne i a (som ikke lenger er konstant)

17 Kjemiske reaksjoner på matriseform (I) Rune Hoggen17  Grunnlag for kjemisk likevekt  System bestående av vektorer og matriser  Egner seg spesielt for systemer med flere reaksjoner  Skal i stor grad se på et konkret eksempel  Dampreformering av naturgass

18 Kjemiske reaksjoner på matriseform (III) Rune Hoggen18  Definerer komponentvektor:  Definerer en matrise av støkiometriske koeffisienter:

19 Industrielle termiske prosesser Rune Hoggen19  Termodynamisk grunnlag for sykliske prosesser  pvt-flate  Andre diagrammer  Prosessveier  Termodynamisk gjennomsnittstemperatur  Prosess-sykluser  Termisk kraftproduksjon  Gass  Damp  Varmepumpende prosesser  CO 2  LNG

20 Termodynamisk grunnlag Rune Hoggen20 v T p V = k gass fast + gass gass+ væske fast væske C pv T = k TL fast + væske

21 Rune Hoggen21 Termodynamiske sykluser

22 Rune Hoggen22 Carnot syklus varmekraft

23 Gassturbin (Brayton) Rune Hoggen23 1-2: Luft suges inn i kompressoren og komprimeres til høyere trykk. Isentropisk kompresjon ville ført til punkt 2’, men tap i kompresjonsprosessen fører til at utløpet bli i punkt : Brensel tillføres og brennes i brennkammeret. Temperaturen øker. 3-4: Luften ekspanderer over turbinen, og arbeid taes ut ved at en aksling roterer. Igjen er ikke prosessen isentropisk på grunn av tap. Deler av effekten fra turbinen brukes til å drive kompressoren.

24 Dampkraft Rune Hoggen24

25 Varmepumpende prosesser Rune Hoggen25  Kuldeanlegg

26 2-trinnsanlegg Rune Hoggen26

27 CO 2 Rune Hoggen27  TS-diagram for superkritisk prosess

28 Methane Ethylene Propane NG 12 °C -32 °C 1.4 bar 7 bar -96 °C 1.4 bar 19 bar LNG -155 °C 1.4 bar 45 bar  Flytendegjøring av naturgass Rune Hoggen28 LNG Snøhvit

29 Separasjon Rune Hoggen29  Bruksområder  Prosessfaktorer  Forskjellige fordampere  Ett til flere trinn  Varmeovergang og varmeballanser  Trykk og temperatur  Kokepunktsforhøyelse  Entalpi – Konsentrasjon  Beregningseksempel

30 Bruksområder Rune Hoggen30  Inndampere  Fjerner damp fra en væske slik at konsentrasjonen øker  Sukker  Salt  Glyserol  Lim  Melk  Appelsinjuice  Kan også være vanndampen som er interessant  Avsalting av sjøvann

31 Forskjellige fordampere Rune Hoggen31  Horisontale rør, naturlig sirkulasjon

32 Varme og masseballanse Rune Hoggen32  Total materialballanse: F = V + L  Material ballanse for fast stoff: Fx F = Lx L

33 Varme og masseballanse Rune Hoggen33  Varmeballanse: Varme inn = varme ut Fh F + SH S = Lh L + VH V + SH S  Setter inn fordampingsvarmen: Fh F + S = Lh L + VH V

34 Forward feed multi effect evaporator Rune Hoggen34

35 Destillasjon Rune Hoggen35  Separere komponenter i en væske  Komponentene har ulikt kokepunkt  Alle komponenter er i begge faser  I motsetning til inndamping der det kun er væske i gassfasen  Flash-separasjon  Kolonne

36 Destillasjonsmetoder Rune Hoggen36

37 McCabe-Thiele Rune Hoggen37  Beregner antall trinn  N = 6  Føden: 3

38 Prosessintegrasjon Rune Hoggen38  Målverdier for minimum energiforbruk  Kun basert på oppvarmings / avkjølingsbehov  Før design av selve varmevekslernettverket  Økonomiske “Trade-offs”  Driftskostnader (energi) vs. investeringer  Basis-konsepter innen “Pinch-analyser”  Enkle regler for “korrekt” integrasjon  Varmevekslernettverk  Destillasjonskolonner og inndampere  Varmepumper og turbiner

39 Rune Hoggen39 Faser i varmeintegrasjon  Dataekstraksjon  Målsetting / “Targets”  Energi, Areal, Enheter / Skall  Totale årlige Kostnader (gir  Tmin)  Prosess-modifikasjoner?  Design av Nettverk (minimum energi)  Dekomponering ved Pinch  Kvalitative og Kvantitative Verktøy  Optimalisering (gitt basis-struktur)  Løkker og Stier samt Strøm-split

40 Rune Hoggen40 Varmeintegrasjon med samlekurver T (°C) Q (kW) Q H,min Q C,min Pinch Q Recovery  T min NB: Kolonnens koker/kondensator er ikke inkludert her

41 Rune Hoggen41 Trade-off: Areal vs Energi Q (kW) Q H,min Q C,min ++ ++

42 Rune Hoggen42 Pinchpunkt og dekomponering Q H,min +  Q C,min +   Q (kW) Overskudd Underskudd

43 60C C 270C C 230C C Rune Hoggen43 Varmekaskaden 220C C 70C C 180C C H1 CW ST 160C C kW kW 400 kW 360 kW H2 880 kW 180 kW 720 kW kW 1800 kW C1 C2 500 kW 200 kW kW 800 kW 2000 kW  T min = 20°C

44 Rune Hoggen44 Valg av hjelpesystem T (°C) Q (kW) MP HP 0 LP CW Forbruk: HP:400 kW MP:600 kW CW:600 kW Produksjon: LP:200 kW Energi kostnad: 166,000 $/yr Alternativt: HP:1000 kW CW: 800 kW Energi kostnad: 216,000 $/yr Men: Husk Areal-kostnadene !!

45 Rune Hoggen45 Grafiske metoder for destillasjonskolonner T (°C) Q (kW) Q H,min Q C,min Kolonnens Data: Q R = Q C = 2000 kW T Reb = 220°C T Con = 130°C I Grand Composite: T Reb ’ = 230°C T Con ’ = 120°C QRQR QCQC

46 Rune Hoggen46 Minimum antall enheter  Eulers regel: U = N – 1  Ved dekomponering rundt pinch blir det ett nettverk over og ett under pinch.  U min = (N – 1) over + (N – 1) under  For vårt eksempel:  U min = (4 – 1) over + (3 – 1) under = 5

47 Rune Hoggen47 Til slutt  Spørretime  Fredag 2.desember kl i S8  Ellers: Hver arbeidsdag fra til på rom 516 i VTL  Krisetelefon:  Eksamen  Lørdag 3.desember kl i Nidarøhallen  Hjelpemidler: Kun kalkulator  Sensur: 24.desember  Lykke til!

48 Rune Hoggen48


Laste ned ppt "Oppsummering TEP 4230 Energi og Prosessteknikk Rune Hoggen1."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google