Øving 12 TKP

Like dokumenter
TKP 4165 Prosessutforming Øving 12

Øving 12. TKP4165 Prosessutforming. Øyvind Eraker (studentnr ) Kjetil Sonerud (studentnr ) NTNU, 2. mai 2012

TKP 4165 Prosessutforming Øving 12

Prosjekt i prosessteknikk Metanolproduksjon pa Tjeldbergodden

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 17. desember 2012 Tid: kl. 09:00-13:00

Spørretime TEP Høsten Spørretime TEP Høsten 2009

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Fuktig luft. Faseovergang under trippelpunktet < > 1/71

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

1. Start. Logg deg inn på maskinen, klikk HYSYS-logoen og vent til programmet er lastet inn (søk på HYSYS dersom den ikke ligger på skrivebordet).

EKSAMEN I EMNE TEP 4215 PROSESSINTEGRASJON Onsdag 1. juni C kw 50 C Q C. R 2 = = 0 kw

TEMA: Destillasjon. Løsningsforslag: Komponentbalanse (molar basis) for acetaldehyd: F X F = B X B + D Y D

gass Faglig kontakt under eksamen/fagleg kontakt under eksamen: Professor Edd A.Blekkan, tlf.:

ELEVARK. ...om å tømme en beholder for vann. Innledning. Utarbeidet av Skolelaboratoriet ved NTNU - NKR

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET FAKULTET FOR MASKINTEKNIKK EKSAMEN I EMNE SIO 7030 ENERGI OG PROSESSTEKNIKK

Spesial-Oppsummering Høsten 2009 basert på Innspill fra Studenter

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

Detaljert modellering av 'gas blowby'

Fremgangsmåte og apparat for separering av en væske fra en gassinnstrømning i en katalytisk reaktor

Kort prosessbeskrivelse av metanolfabrikken

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Side 1 av 10 NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET (NTNU) - TRONDHEIM INSTITUTT FOR ENERGI OG PROSESSTEKNIKK

Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske

(12) PATENT (19) NO (11) (13) B1 NORGE. (51) Int Cl. Patentstyret

LØSNINGSFORSLAG. EKSAMEN I SIO 4060 PROSESSINTEGRASJON Lørdag 10. mai 2003 Q H 190 C 180 C R C 170 C 900 kw R C 140 C 100 C 90 C

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 måndag 16. august 2010 Tid:

Typisk T-v Diagram. Fasediagrammer & Projeksjoner. p-v p-t T-v. TEP 4120 Termodynamikk 1. Beregning av Egenskaper. Beregning av Egenskaper

Søkeren vedlegger beskrivelse og krav som er korrigert, og er nå i samsvar med de krav som foreligger i korresponderende søknad i EPO.

Hyperbar avfuktning, termodynamisk regneeksempel

Typisk T-v Diagram. Fasediagrammer & Projeksjoner. p-v p-t T-v. TEP 4120 Termodynamikk 1. Beregning av Egenskaper. TEP 4120 Termodynamikk 1

Eksamensoppgave i TKP4105 Separasjonsteknologi

Lørdag 20. mai C 180 C C 130 C C 60 C kw 50 C 30 C C 20 C

VENTILPRISBOK. Kap 4 Sikkerhetsventiler

VENTILPRISBOK 1/2004. Kap 4 Sikkerhetsventiler Side 111

Foreliggende oppfinnelse angår området utvekslingsreaktorer for utførelse av

Manual til laboratorieøvelse Varmepumpe

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske Aceton

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 17. august 2013 Tid:

TKP 4105 Separasjonsteknikk (kontinuasjonseksamen) 16. august 2005

ABELGØY MATEMATIKKONKURRANSE FOR 9. TRINN. 25. MARS 2010 Oppgaver med fasit

(12) PATENT (19) NO (11) (13) B1 NORGE. (51) Int Cl. Patentstyret

SIO 1027 Termodynamikk I Noen formler og uttrykk som er viktige, samt noen stikkord fra de forskjellige kapitler,, Versjon 25/

T L) = H λ A T H., λ = varmeledningsevnen og A er stavens tverrsnitt-areal. eks. λ Al = 205 W/m K

Den spesifike (molare) smeltevarmen for is er den energi som trengs for å omdanne 1 kg (ett mol) is med temperatur 0 C til vann med temperatur 0 C.

Repetisjonsoppgaver kapittel 5 løsningsforslag

HØGSKOLEN I STAVANGER

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

LØSNINGSFORSLAG. EKSAMEN I TEP 4215 PROSESSINTEGRASJON Torsdag 27. mai a) Tegner varmekaskade for de fem prosess-strømmene: Q H 182 C 162 C

Kulde- og varmepumpetekniske prosesser Mandag 5. november 2012

Jordas energikilder. Tidevann. Solenergi Fossile. Vind Gass Vann Olje Bølger År

Oppsummering av første del av kapitlet

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

Tittel: Fremgangsmåte for fjerning av karbondioksid fra en gass

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 8. august 2009 Tid:

Matematikk 1P-Y. Teknikk og industriell produksjon

CADIO AS Stiftet Beliggenhet: Trondheim Eiere: 4 gründere + Skala Fabrikk.

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

NORGE. Patentstyret (12) SØKNAD (19) NO (21) (13) A1. (51) Int Cl.

Lørdag 2. juni 2007 Q H 180 C 160 C C 130 C -300 R C 120 C Q C 80 C 60 C

a) Stempelet står i en posisjon som gjør at V 1 = m 3. Finn det totale spesikte volumet v 1 til inneholdet i tanken. Hva er temperaturen T 1?

EKSAMEN I FAG SIO 1043 STRØMNINGSLÆRE Lørdag 1. juni 2002 Tid: kl. 09:00 15:00

Eksamen MAT0010 Matematikk Grunnskoleeksamen for voksne deltakere og privatister DEL 2. Bokmål

EKSAMEN TKP 4105 SEPARASJONSTEKNOLOGI DESEMBER 2005

FYS2160 Laboratorieøvelse 1

Side 1 av 4/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK mai 2018 Tid:

Håndbok 014 Laboratorieundersøkelser

Lokalt gitt eksamen vår 2016 Eksamen

MAS117 Termodynamikk. Vanndamp som arbeidsfluid. Kapittel 10 Dampkraftsykluser del

Spørretime TEP Våren Spørretime TEP Våren 2011

MID-TERM EXAM IN TEP4125 THERMODYNAMICS 2 Friday 28 March 2014 Time: 10:30 11:30

Eksempler og oppgaver 9. Termodynamikkens betydning 17

Oppgave 1. Bestemmelse av partielle molare volum

videell P T Z = 1 for ideelle gasser. For virkelige gasser kan Z være større eller mindre enn 1.

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Tirsdag 9. desember 2008 Tid: kl. 09:00-13:00

Status for simuleringsmodeller -muligheter og begrensninger

Når man skal velge en tørrkjøler er det mange faktorer som spiller inn.

TEMA: Konseptuelt Flytskjema for Benzen-produksjon fra Toluen. Løsningsforslag:

Subsea-Muligheter for virksomhet i den maritime klyngen. Utbygging og vedlikehold av subsea anlegg Prosjektleder : Torstein Vinterstø

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

Matematikktentamen 1TY

Eksamen MAT0010 Matematikk Grunnskoleeksamen for voksne deltakere DEL 2. Bokmål

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag. Eksamen i: Fysikk for tretermin (FO911A)

Eksamen KVT2001. Kulde- og varmepumpesystem/kulde- og varmepumpesystemer. Programområde: Kulde- og varmepumpeteknikk.

Boligvarmepumpe med propan (R-290) som arbeidsmedium

Løsningsforslag Øving 1

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Eksamen i FYS Oppgavesettet, inklusiv ark med formler, er på 8 sider, inkludert forside. FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 26/3 2019

Lokalt gitt eksamen vår 2017 Eksamen

En ulempe med en slik anordning er at den komprimerte gassen etter det midtre trykktrinnet har en mye lavere temperatur enn den komprimerte gassen

Quiz fra kapittel 1. Characteristics of the atmosphere. Høsten 2016 GEF Klimasystemet

ENT3R. Oppgavehefte. Basert på tidligere eksamener for 10. klasse. Tommy Odland 2/4/2014

A 252 kg B 287 kg C 322 kg D 357 kg E 392 kg. Velg ett alternativ

Fylkeskommunenes landssamarbeid. Eksamen KJP2002 Kjemisk teknologi. Programområde: programområde for kjemiprosess Vg2.

GEO1030: Løsningsforslag kap. 5 og 6

Løsningsforslag Øving 2

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK august 2017 Tid:

Rørstyringer og krav til fastpunkter i rørledninger med kompensatorer

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Anne Borg Tlf BOKMÅL. EKSAMEN I EMNE TFY4115 Fysikk Elektronikk og Teknisk kybernetikk

Transkript:

Øving 12 724144 3.5.13

i Innhold Oppgave 1 1 a) Simulering 1 b) Estimering av størrelse på varmevekslere og separator og kompressoreffekt 1 Estimering av størrelse på varmeveksler E-101 1 Estimering av størrelse på kondensatoren 2 Estimering av størrelse på separator V-101 2 Kompressoreffekt 3 Oppgave 2 4 a) Kostnadsestimering på utstyr 4 Separator 4 Varmevekslere 4 Kompressorer 4 Reaktor 4 Totale kostnader 5 b) Total investering 5 c) Årlig drift 5 Inntekter 5 Utgifter 6 Totalt 6 d) Internrente 6 e) Lønnsomhet ved økning av reaktorstørrelse 6 Kilder 8 Vedlegg A Workbook fra UNISIM 1

1 Oppgave 1 Figur 1: Prosessflytdiagram a) Simulering Synteseloopen, vist i Figur 1, ble simulert i UNISIM. En utskrift av workbook fra UNISIM er lagt ved i vedlegg A. Avviket i massebalansen ble funnet til å være 4.8 kg/h. Dette oppfyller kravet til massebalansen gitt i oppgaven. b) Estimering av størrelse på varmevekslere og separator og kompressoreffekt Estimering av størrelse på varmeveksler E-101 Figur 2: Temperatur-entalpi-diagram for varmeveksler E-101. Antall trinn på den sorte linjen angir hvor mange skal som bør brukes i serie. I dette tilfellet er det fire.

2 I simuleringen kom det frem at varmeveksler E-101 hadde lav -faktor. Det ble derfor benyttet skall i serie, og UNISIM kom frem til at 4 skall i serie var nødvendig for å oppnå en tilstrekkelig -faktor. Dette stemmer overens med Figur 2. Det varmevekslende arealet ble beregnet ved å hente ut fra UNISIM og fra oppgaveteksten. Dermed blir det varmevekslende arealet per skall. Estimering av størrelse på kondensatoren Figur 3: Temperatur-entalpi-diagram for kondensatoren. Antall trinn på den sorte linjen angir hvor mange skall som bør brukes i serie. I dette tilfellet er det fire. I simuleringen kom det frem at kondensator hadde lav -faktor. Det ble derfor benyttet skall i serie, og UNISIM kom frem til at 4 skall i serie var nødvendig for å oppnå en tilstrekkelig - faktor. Dette stemmer overens med Figur 3. Det varmevekslende arealet ble beregnet ved å hente ut fra UNISIM og fra oppgaveteksten. Dermed blir det varmevekslende arealet per skall. Estimering av størrelse på separator V-101 Damp-væske-forholdet til separatoren er svært høyt, og en vertikal separator er derfor anbefalt, likning 10.16 [1] er derfor benyttet. Her er og henholdsvis tettheten til væske- og gassfasen hentet fra UNISIM, er settlingshastigheten. Denne hastigheten kan videre brukes i likning 10.17 [1].

3 Her er det antatt at separatoren har dimister pad slik at slik at væsken får høy settlingshastighet. I likningen overfor er den volumetriske gasstrømmen, hentet fra UNISIM. Videre er det antatt at væskeoppholdstiden er 10 min. Det totale væskevolumet i separatoren blir da Her er den volumetriske væskestrømmen, hentet fra UNISIM. Ved hjelp av kan væskehøyden i separatoren beregnes. Med bakgrunn i Figur 10.67 [1] blir den totale høyden Kompressoreffekt I Figur 1 vises det to kompressorer, C-101 og C-102. I UNISIM ble den adiabatiske kompressoreffekten satt til 0.85, og effekten på hver av kompressoren ble lest av til å være henholdsvis 10.7 MW og 461 kw.

4 Oppgave 2 a) Kostnadsestimering på utstyr Alle kostnadene er justert ved hjelp av CEPCI til jan. 2013 [2]. Kostnadene er oppgitt et basis fra US Gulf Coast, og alle formler er hentet fra tabell 6.6 [1] om ikke annet er oppgitt. Separator Et estimat for kostnaden til separatoren er utført i Tabell 1. Her er det antatt at separatoren kan ses på som en solid sylinder med flat topp og bunn, uttrykket for "vertical, 304 ss pressure vessel" er benyttet. Tabell 1: Estimering av kostnaden til separatoren. Formelen for kostnad er hentet i tabell 6.6 [1], kostnadsindeksen er justert til jan. 2013 [2] Formel Verdi tettheten til separatoren tykkelsen til separatoren ytre diameter volumet til veggen ( ) volumet til topp og bunn totalt volum total masse C kostnad ( ) Varmevekslere For varmevekslerene er formelen "U-tube shell and tube exchanger" benyttet ( ) (1) Her er arealet til varmeveksleren. Denne formelen gjelder for varmevekslere med areal mellom og. Arealet til kondensatorene ligger utenfor dette intervallet, men det er allikevel antatt at formelen gir et godt nok estimat. Prisen for hvert skall for E-101 blir dermed Og den totale kostnaden til varmeveksler E-101 blir kondensatoren og.. Tilsvarende for Kompressorer Kostnadene til kompressorene er beregnet for "centrifugal compressor", oppgitt til å være ( ) (2) hvor er effekten til kompressoren i kw. Dette gir prisen på makeup-gass-kompressoren og resirkuleringskompressoren som henholdsvis og. Reaktor Formelen for kostnaden til reaktoren er oppgitt i oppgaveteksten

5 ( ) (3) Her er volumet av katalysator i reaktoren. Katalysatorvolumet er gitt som ( ) (4) hvor er voidfraksjonen, og er totalvolumet til reaktoren. er oppgitt til å være 0.45, og er hentet fra UNISIM. som gir og en kostnad på. Totale kostnader Den totale kostnaden for de ovennevnte enhetene blir dermed $27 009 293, gitt at alle enhetene bortsett fra separatoren er i karbonstål. Dette kan omregnes til 304 rustfritt stål ved å multiplisere kostnaden med en faktor på 1.3. Dette er gjort i oppgave 2b). b) Total investering For å beregne den totale investeringen er tabell 6.4, tabell 6.5 og likning 6.14 [1] benyttet. Alle enhetene fra oppgave 2a) som ikke var beregnet med 304 rustfritt stål fikk en -verdi på, mens separatorkostnadene ble beregnet med. De øvrige verdiene er listet i Tabell 2. Det ble valgt å bruke 304 rustfritt stål for å minimalisere rustdannelse, noe som er viktig over en 20 års periode [1]. Tabell 2: Faktorene brukt i likning (5) Parameter Verdi 0.3 0.8 0.3 0.2 0.3 0.2 0.1 Offsites (OS) 0.3 Design and Engineering (D&E) 0.3 Contingency (X) 0.1 ( )( ) [( ) ] (5) Dette ga en total investering på $182 630 093. c) Årlig drift Inntekter Mengde og pris av hvert produkt er hentet fra UNISIM og oppgaveteksten og oppsummert i Tabell 3. Mengde MP Vanndamp er beregnet fra Her er varmestrålingen fra reaktoren, er massestrømmen av vann som fordampes ved (det er antatt at dette er kokepunktet ved gitt trykk slik reaktoren kjøles med kokende vann og all varmen fra reaktoren går til å fordampe vannet.). er hentet fra [3].

6 Tabell 3: Mengde og pris av hvert produkt. Produkt Mengde Pris MP Vanndamp Avtapp Råmetanol Totalt Utgifter Mengde og pris av hver utgift er hentet fra UNISIM og oppgaveteksten og oppsummert i Tabell 4. Lønnen er beregnet med bakgrunn i data fra Statistisk Sentralbyrå. Alt arbeid med unntak av operatørene er neglisjert, og driftstiden er antatt å være 8000 timer i året. Tabell 4: Mengde og pris av hver utgift. Produkt Mengde Pris Strøm Syntesegass Lønn [4] Totalt Totalt Sammenlagt blir dette en årlig inntekt på $115 616 077. d) Internrente Internrenten ble beregnet ved hjelp av Excel-ark for beregning av internrente, utdelt til Øving 10 i faget gjennom itslearning. Internrenten ble der funnet til å være 48.7 %. Dette er veldig høyt, noe som antyder at estimatene gjort i oppgave 2a), 2b) og 2c) er feil. En faktor som spiller en særlig rolle er lønnsutgiftene, hvor det bare er tatt hensyn til operatørene. Alt vedlikeholdsarbeid er neglisjert, hvor særlig utskifting av katalysator vil være en stor utgiftspost. e) Lønnsomhet ved økning av reaktorstørrelse Oppgave 1a), 1b), 2a), 2b), 2c) og 2d) ble gjentatt med en økning i reaktorstørrelsen på 20 %. Reaktorstørrelsen ble økt ved å innføre 20 % flere rør. De nye resultatene er oppsummert i Tabell 5. Tabell 5: Resultater med 20 % større reaktor. Størrelse Verdi Indre diameter på V-101 Høyde på V-101 Areal av E-101 Areal av kondensator Effekt på makeup-gass-kompressor Effekt på resirkulasjonskompressor Kostnad av V-101 (vertikal, 304 ss) $1 232 963 Kostnad av E-101 (U-tube shell and tube) Kostnad av kondensator (U-tube shell and tube) Makeup-gass-kompressor (centrifugal) Resirkuleringskompressor (centrifugal) Reaktor Kostnader totalt

7 Årlige inntekter Årlige utgifter Totalt årlig Dette gir en internrente på 46.8 %, noe som er lavere enn den originale reaktoren, det vil dermed ikke være lønnsomt å øke reaktorstørrelsen med 20 %.

8 Kilder [1] R. Sinnott og G. Towler, Chemical Engineering Design, 2009. [2] «Economic Indicators,» Chemical Engineering, vol. 120, nr. 4, p. 72, 2013. [3] M. D. Koretsky, Engineering and Chemical Thermodynamics, John Wiley & Sons, 2004. [4] Statistisk sentralbyrå, «Lønn for ansatte i industri - SSB,» 22 Januar 2013. [Internett]. Available: http://ssb.no/arbeid-og-lonn/statistikker/lonnind/aar/2013-01-22#content. [Funnet 30 April 2013].

A-1 Vedlegg A Workbook fra UNISIM Tabell 6: Workbook fra UNISIM, strømmer. Strøm # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 10 12 13 Cold Water Hot Water [ ] [ ] Tabell 7: Workbook fra UNISIM, duties. Duty C-101 C-102 R-101 [ ] Tabell 8: Workbook fra UNISIM, unit operations. Operation Name Operation Type Feeds Products Ignored Calc Level 1 2 No 500 C-101 Duty 9 10 No 500 C-102 Duty 5 6 No 500 3 4 Condenser C-101 Compressor 7 No 500 Hot Water R-101 C-102 Compressor 5 No 500 R-101 Duty Recycle Mix E-101 Heat Exchanger 3 No 500 V-101 Separator 7 12 No 500 8

A-2 Split Tee 8 9 No 500 11 Recycle Recycle 10 13 No 3500 Adjust RR Adjust No 3500 RR Spreadsheet No 500 MB Spreadsheet No 500