Prosessteknikk 1999

NB. Prosjektgruppene organiserer seg selv når det gjelder fordeling av deloppgaver.

NB. Merk at vesentlige deler av hovedrapporten (del 2) kan tas fra del 1.

PROSJEKT - Del 1

Innleveringsfrist: fredag 12. mars (gruppevis)

Anta ideell gass og konstant varmekapasitet i alle deloppgavene. Bruk komponentedata som gitt i Atkins (som er noe mer nøyaktige enn de du finner i SI Chemical Data).

Oppgave

1.

Beskriv kjemien. Hvilken katalysator benyttes? Diskuter hva som bestemmer valg av trykk og temperatur i reaktoren.

2.

Beregn $\Delta_f H$, $\Delta_f G$ og likevektskonstanten K for hovedreaksjonen ved minst tre temperaturer (298 K, reaktortemperatur og minst en til). (Følgende uttrykk kan brukes når varmekapasiteten antas konstant:

$$\Delta_{\rm r} H^{\ominus}(T) = \Delta_{\rm r} H^{\ominus}(298) + \Delta_r C_p^{\ominus}\cdot (T-298)$$

$$\Delta_{\rm r} S^{\ominus}(T) = \Delta_{\rm r} S^{\ominus}(298) + \Delta_r C_p^{\ominus}\cdot \ln{T \over 298}$$

$$\Delta_{\rm r} G^{\ominus}(T) = \Delta_{\rm r} H^{\ominus}(T) - T \Delta_{\rm r} S^{\ominus}(T)$$

$$K(T) = e^{-{\Delta_{\rm r} G^{\ominus}(T) \over RT}}$$

se også eksempelet på side 151 i kompendiet).

3.

Beregn fra flytskjemaet omsetningsgraden av begrensende reaktant i reaktoren, og beregn reaksjonsomfanget $\xi$ for reaksjonen(e). Hvor langt er hovedreaksjonen fra likevekt ved utløpet av reaktoren?

4.

Beregn verdien av ``reaksjonsvarmen'' (reaksjonsentalpien ved reaktortemperaturen T) definert ved

$$\sum_i \Delta_{\rm r} H^{\ominus}(T) \xi_i$$

Hvordan ``fjernes'' denne ``varmen'' i reaktoren? (Det brukes anførselstegn siden ``reaksjonsvarmen'' strengt tatt inngår i indre energi (og entalpi) og derved ikke er et eget identifiserbart ledd.)

5.

Beregn fra energibalansen enten kjølebehovet i reaktoren (ikke-adiabatisk reaktor) eller utløpstemperaturen (adiabatisk reaktor). (Merk at utløpstemperaturen ikke nødvendigvis er like reaktortemperaturen siden det kan skje en etterkjøling).

6.

Skaler massebalansen slik at produksjonen reduseres med 10%.

7.

Beskriv kort hva som skjer i separasjonsanlegget. Lag et forenklet flytskjema med mengder påtegnet.

8.

Bestem fra flytskjemaet fraksjonen av hver komponent i utstrømmen fra reaktoren som resirkuleres til reaktoren (splittforholdet). Beregn ny massebalanse når omsetningsgraden i reaktoren reduseres med 10% og det antas at fødestrømmen til prosessen er konstant og splittforholdene er konstante.

9.

Det tas av gass (``purge'') fra prosessen. Hvor mye energi kan utvikles fra denne ved forbrenning? (anta at det brukes luft ved 25^oC og at avgassene er ved 200^oC).

10.

Velg ut en varmeveksler i prosessen. Beregn fra data i flytskjema varmemengden som avgis fra varm side og varmemengden som tilføres kald side (varmemengdene kan være ulike pga. feil i data eller at antagelsene ikke er riktige; kommenter evt. dette). Beregn UA for varmeveksleren (Oppgave ekskursjon: Finn ut hva arealet A er, og beregn fra dette varmegjennomgangstallet U).

PROSJEKT - Del 2 (Hovedrapport)

Innleveringsfrist: fredag 9. april (gruppevis)

Plakatoppslag med hovedpunktene: fredag 16. april kl. 12-14

Det blir premiering av de plakater/rapporter som utmerker seg, men forøvrig gis ingen karakter.

Rapporten forventes å ha innhold omtrent som følger:

1.

Innledning (halv side om hva som er gjort og hvorfor dette er skrevet).

2.

Overordnet beskrivelse av hele anlegget inkl. reaktor og separasjon (oversiktlig og enkelt!). ca. 1 side.

3.

Beskrivelse av kjemi (inkl. dannelsesvarme, $\Delta G_r$, likevektskonstant, katalysator, evt. kinetikk, valg av trykk og temperatur). ca. 3 sider.

4.

Beskrivelse av reaktor og de viktigste enheter med forenklet flytskjema. ca. 3 sider.

5.

Massebalanse for alle viktige enheter. Fremgangsmåte skal forklares! ca. 2 sider.

6.

Energibalanse for de samme, inkl. kompressorer og varmevekslere. (beregne også UA for varmevekslere). Fremgangsmåte skal forklares! ca. 4 sider.

7.

Kort om miljømessige forhold og økonomi. ca. 1/2 side.

8.

Kort om ekskursjonen og hva man fikk se (spesielt om hva man lærte som man ikke lærer fra teorien). ca. 1/2 side

9.

Diskusjon

(a)

Tekniske forhold (usikkerheter og antagelser i masse- og ernergibalanser etc.)

(b)

Selve prosjektopplegget. Forslag til forbedringer.

(c)

Annet

ca. 1 side

10.

Konklusjon ca. 0.5 side

Totalt ca. 15-20 sider. (Med 1 side menes innhold tilsvarende ca. 1 maskinskrevet A4 side med normal skriftstørrelse og 1.5 linjeavstand. Rapporten kan leveres håndskrevet.)