TKP4120 Prosessteknikk Innledningsforelesning 12. august 2003 Sigurd Skogestad

Sigurd Skogestad Siv.ing. Kjemi 1978 Norsk Hydro 1980-83 USA (Caltech), videre studier 1983-87 Professor i kjemisk prosessteknologi (kjemiteknikk) ved NTNU siden 1983 Hovedområde: Prosessregulering Kontor: K4-232 (kjemiblokk 4) email: skoge@chemeng.ntnu.no

PROSESS: “veien” fra råvare til produkt …masse spennende skjer inni rørene…. Statoil Kårstø (Haugesund)

Nycomed Lindesnes

INFORMASJON OM FAG TKP4120 PROSESSTEKNIKK, HØST 2003 Oppdatert 30. juli 2003 (SiS). Tilsvarer fag SIK2025 fra 2002 og tidligere. Læremidler: S. Skogestad, Prosessteknikk: Masse- og energibalanser, 2. utgave, Tapir 2003 375 kr.: kommer 18. august – inntil videre se hjemmeside kan også bruke 1. utgave Også anbefalt: M. Helbæk, Fysikalsk kjemi, Fagbokforlaget 1999. (Vil brukes i faget Fysikalsk kjemi våren 2004, men ekkes alternativt av Appendix A og B i Skogestad ”Prosessteknikk”)

Pensum: Forelesere: Forelesninger: Skogestad (Tapir,2003): Hele boka unntatt: kap. 9 (mekanisk energibalanse), kap. 10 (kjemisk reaksjonsteknikk), kap. 11 (prosessdynamikk). Inholdet i Appendix B er mest til orientering.. Merk: Appendix A dekkes alternativt av kap.1 og 2 i Helbæk (1999). Merk videre: Kjemisk reaksjonsteknikk (kap. 10) var pensum inntil 2001, men er nå tatt ut. I stedet legges nå litt mer vekt på kap. 8 (Arbeid fra varme, inkl. gasskraftverk og exergi). Forelesere: Professor Sigurd Skogestad, Inst. for kjemisk prosessteknologi (skoge@chemeng.ntnu.no) Førsteamanuensis Morten Helbæk, HINT (morten.helbak@hint.no) Forelesninger: Mandag 08.15-10.00, R9 Tirsdag 09.15-10.00, R10

Forelesninger Neste forelesning: Fredag 15. august 0815-1100 (R9) Omtrentlig fremdriftsplan forelesninger: Uke nr./Forel. Emne Uke 33/SS-MH Orientering om faget. Termodynamiske begreper. Ideelle gasser (Kap.1/App.A). Uke 34/MH Reelle gasser. Tilstandsligninger. Termodynamikkens 1. lov. (App.A) Uke 35/MH Anvendelse av 1. lov på ideelle og reelle gasser (App. A) Uke 36/SiS Balanseprinsippet. Massebalanser (kap. 2) Uke 37 Massebalanse med reaksjon (kap. 3) Uke 38 Energibalansen (kap. 4) Uke 39 Energibalansen/Ekstra gjesteforelesninger industri Uke 40-41 ”Tiltaksuker” med semesterprøve, prosjektarbeid og ekskursjon Uke 42 Energibalansen forts. (kap. 4) Uke 43 Varmeveksling (kap. 5) Uke 44 Akselarbeid (kompresjon, ekspansjon) (kap. 6) Uke 45 Entropi og likevekt (kap. 7) Uke 46 Arbeid fra varme, Termodynamiske diagrammer (kap. 8), Uke 47 Eksempler (gasskraftverk), ideelt arbeid og eksergianalyse (kap.8) Uke 48 Repetisjon

Følgende er stud.ass i prosessteknikk høsten 2003: Øvinger: Fredag 08.15-10.00, R9 (veiledning av regneøvinger med stud.ass’-er tilstede) Innleveringsfrist: påfølgende mandag kl. 16.00 (”Vrimle”). Utlevering rettede øvinger: Påfølgende torsdag Det legges opp til 12 eller 13 ordinære regneøvinger. 9 øvinger må være godkjent for å få gå opp til eksamen. Øvingene teller ca. 20% på karakteren i faget. NB! Nytt fra i år er at øvinger/prosjekt skal telle ca. 20% på karakteren i faget. Vi bruker følgende skala: OK+ godkjent med utmerkelse 0K godkjent OK- godkjent under tvil IKKE godkjent Ved karakterfastsettelse vil de 9 beste øvingene + begge prosjektrapportene telle. Følgende er stud.ass i prosessteknikk høsten 2003: Trine-Lise Bakksjø <trinelb@stud.ntnu.no> Anne Kristine Stokkenes Johansen <annekrj@stud.ntnu.no> Ingrid Kristine Wold <ingridwo@stud.ntnu.no> Morten Søndrol <sondrol@stud.ntnu.no> I tillegg har vi en vit.ass: Jørgen Bauck Jensen <jorgenba@stud.ntnu.no>

Øvinger Planlagt øvingsopplegg (vil kunne endres): Uke nr. Øving nr. Emne 33 1 Ideell gass, reell gass (fredag 12-14 I R3) 34 2 Ideell gass , reell gass. Tilstandsligninger. 35 3 1. lov (arbeid, varme, energi, reaksjoner..) 36 4 Massebalanser 37 5 Massebalanse reaksjon, resirkulasjon 38 6 Massebalanse EXCEL regneark (obligatorisk) 39 7 Energibalanse 40 - Prosjektarbeid (del 1) 41 - Ekskursjon 42 8 Masse- og energibalanse metanol 43 9 Kompresjon 44 - Prosjektarbeid (del 2) - hovedrapport 45 10 Reell gass kompresjon, kjølesyklus ammoniakk 46 11 Gasskraftverk 47 12 Ideelt arbeid for separasjon 48 13

Prosjekt I september og oktober vil studentene gjennomføre et prosjektarbeid. Prosjektet gjennomføres i grupper på inntil 4 og består av beskrivelse og beregninger knyttet til et prosessanlegg. Opplegget gjennomføres i samarbeid med norsk industri, og inkluderer forelesninger med forelesere fra industribedriftene, ekskursjon til anleggene, gruppearbeid og rapportering. Tidsforbruk pr. student for prosjektet: ca. 40 timer + ekskursjon Prosjektarbeidet må være godkjent for å få adgang til eksamen. Gruppene på 4 organiserer seg selv. Lister over grupper henges på kuben Tidsplan: Uke 37 (fredag 12. september): Frist til å skrive seg på grupper. Uke 38-39: Gjennomgang av prosessanlegg (2 timer pr. anlegg) Uke 40: Arbeid med prosjekt del 1. Innleveringsfrist: mandag i uke 41 Uke 41 (fredag 10. oktober): Ekskursjon til anleggene Uke 44: Arbeid med prosjekt del 2 (hovedrapport). Innleveringsfrist: mandag i uke 45.

Eksamen: Fredag 15. desember kl. 0900 – 1500 Spesifiserte hjelpemidler tillatt; sannsynligvis blir dette 2 håndskrevne ark med egne notater + SI Chemical Data Teller ca. 60% på karakteren i faget. I tillegg blir det en semesterprøve i uke 40 eller 41 som teller ca. 20% på karakteren i faget. Hjemmeside: it’slearning Mer info: http://www.chembio.ntnu.no/users/skoge/prosessteknikk/

Mer informasjon: http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/prosessteknikk/ Index of /users/skoge/prosessteknikk eksamen/ 06-Aug-2003 13:22 - english.txt 31-Jul-2003 08:46 1k extra/ 23-May-2003 15:16 - faginfo/ 11-Aug-2003 09:35 - forelesning/ 11-Nov-2002 14:21 - laerebok_utdrag/ 31-Jul-2003 15:34 - mail/ 16-May-2003 09:32 - old_sik2025/ 24-Jun-2003 06:48 oppslagstavle.txt 05-Aug-2003 10:44 1k oving/ 30-Jul-2003 15:48 - prosjekt/ 07-Oct-2002 23:29 – Her finner du informasjon om faget TKP4120 Prosessteknikk (tidligere SIK2025 og SIK2501). Siden vedlikeholdes av Sigurd Skogestad. For generell informasjon om faget: Gå til faginfo (se fil faginfo.doc) For nyheter: se oppslagstavle.txt For oppmeldte studenter: Gå til it's learning Hjemmeside lærebok

Hva dere skal lære i dette faget: Dere skal lære å foreta beregninger for virkelige prosessanlegg – spesielt for anlegg med kontinuerlig produksjon. Innledning til fysikalsk kjemi og termodynamikk (første 3 uker med gasser, senere litt om arbeid og litt mer om likevekt mot slutten) Materialbalanser (INN = UT for stasjonær prosess). Systematisk bruk av disse er prosessingeniøens viktigste redskap!! Energibalanser (INN = UT for stasjonær prosess). Også disse er viktig. Beregning av kompressorer, varmevekslere, etc Entropi, likevekt og arbeid fra varme – gasskraftverk Mye nytt (spesielt fordi det er nye konsepter) - men det kommer igjen senere - vi forventer ikke at dere blir utlærte i dette faget !

"Hvordan henger dette sammen med andre fag?" ”Kjemi”-studenter: Vår 2. klasse: Fysikalsk kjemi Vår 2. klasse: Strøming og transportprosesser Høst 3. klasse: Kjemisk reaksjonsteknikk Høst 3. klasse: Separasjonsteknikk Vår 3. klasse: Anvendt termodynamikk (oblig. for prosessteknikk og en del andre) + mer! “Petroleum”-studenter

Litt mer om prosjektet Vi planlegger å bruke følgende anlegg (hver student konsentrerer seg om ett anlegg). Ammoniakkfabrikken, Hydro, Porsgrunn Planlagt: Fredag 10.oktober. Oppmøte Hovedporten Herøya kl. 11.00. Ferdig ca. kl. 16. Hver student som deltar på ekskursjon får kr. 1000 i reisestøtte. Metanolfabrikken, Statoil, Tjeldbergodden Planlagt: Fredag 10.oktober Bussavgang NTNU kjemiblokk kl.0800. Retur ca. kl. 18. Formaldehydfabrikken, Dynea, Lillestrøm Oppmøte Lillestrøm stasjon kl. 0900. Taxi til anlegget. Retur ca. kl. 1430. Hver student som deltar på ekskursjon får kr. 800 i reisestøtte. Grupper på ca. 4 personer. NB. Det vil bli noe ordinære øvinger i parallell med prosjektarbeidet! Bruk av regneark (EXCEL) inngår i prosjektarbeidet (massebalanser for del 1).

Norsk Hydro, Ammoniakkfabrikken på Herøya (Porsgrunn)

Ekskursjon til Hydro/Porsgrunn

Statoil Tjeldbegodden (Møre/Trøndelag)

Prosjektet: Anleggene ligner hverandre: Gassfasereaktorer og tilnærmet likevekt N2 + 3 H2 = 2 NH3 (jernkatalysator, 500 C, 270 bar) CO + 2 H2 = CH3OH (kobberkatalysator, 270 C, 100 bar) CH3OH + O2 = HCHO + H2O (sølvkatalysator, 700C, 1.5 bar - forskjøvet mot høyre) Vi vil anta ideell gass ved beregningene. Avkjøling av produkt og utkondensering av produkt som væske Ammoniakk (NH3) Metanol (CH3OH) Formalin (formaldehyd HCHO + vann) Resirkulering av ureagert reaktant Resirkulasjon av N2 og H2 (må ha purge pga. inert og ikke-støkiometrisk) Resirkulasjon av CO og H2 ( -"- ) Gjenvinning av av ureagert CH3OH Dere skal beregne: Massebalanser (Inn = Ut; men for molbalanser må vi ha med støkiometri) Energibalanser (Energi inn = Energi ut) - Bestemme temperatur eller oppvarmingsbehov Kjemiske likevekter - Bestemme omsetningsgrad Kompresjon - Bestemme kraftbehov i MW Varmeoverføring - Bestemme areal for varmevekslere Presentere i rapport

Lykke til med faget! Ikke vær redde for å spørre oss Forelesere Stud.ass.’er Vit.ass.