Παροχθ πληροφοριών που λείπουν από τα προηγοφμενα ςτάδια

Transcript

1 Παροχθ πληροφοριών που λείπουν από τα προηγοφμενα ςτάδια Χατζηαβραμίδησ Δημθτρησ Καιηγητθσ ΕΜΠ Σχολθ Χημικών Μηχανικών, ΕΜΠ

2 Άδεια Χρήζης Σν παξόλ εθπαηδεπηηθό πιηθό ππόθεηηαη ζε άδεηεο ρξήζεο Creative Commons. Γηα εθπαηδεπηηθό πιηθό, όπσο εηθόλεο, πνπ ππόθεηηαη ζε άδεηα ρξήζεο άιινπ ηύπνπ, απηή πξέπεη λα αλαθέξεηαη ξεηώο.

3 Στεδιαζμός βιομητανικής παραγωγής Θέκαηα γηα εμέηαζε 1. Αμηνιόγεζε πλεπκαηηθήο ηδηνθηεζίαο (intellectual property) 2. Παξνρή πιεξνθνξηώλ πνπ ιείπνπλ από ηα πξνεγνύκελα ζηάδηα 3. Πξνζδηνξηζκόο επηπηώζεσλ ζην πεξηβάιινλ 4. Καζνξηζκόο πξνδηαγξαθώλ 5. Αλάιπζε νηθνλνκηθώλ 3

4 Όηαλ θαλείο ζρεδηάδεη έλα αθξηβό πξόγξακκα αλάπηπμεο πξντόληνο, πξέπεη λα έρεη βεβαησζεί όηη ην πξντόλ πνπ εηνηκάδεηαη γηα παξαγσγή ζα ιεηηνπξγήζεη όπσο είλαη επηζπκεηό. Μέρξη ην ζηάδην απηό, θξαηήζακε ηνπο ππνινγηζκνύο απινύο, ηνλ αξηζκό πεηξακάησλ ρακειό θαη θάλακε αλαζθόπεζε ηεο βηβιηνγξαθίαο γηα λα δνύκε αλ ε θαηαζθεπή ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ πξντόληνο είλαη εθηθηή. εκαληηθέο ιεπηνκέξεηεο πνπ έρνπλ ζρέζε κε ην πξντόλ απαηηνύλ πεξαηηέξσ έξεπλα θαη πεηξάκαηα. Δίλαη δύζθνιν λα γεληθεύζνπκε ην είδνο ησλ πιεξνθνξηώλ πνπ ιείπνπλ από ηα πξνεγνύκελα ζηάδηα. Κάζε έξγν έρεη ηηο δηθέο ηνπ ηδηνκνξθίεο θαη πξνβιήκαηα θαη νη πιεξνθνξίεο πνπ ρξεηάδεηαη θαλείο είλαη δηαθνξεηηθέο γηα θάζε πξντόλ θαη εμαξηώληαη από ην ελδηαθέξνλ πνπ ππάξρεη γηα ην ζπγθεθξηκέλν πξντόλ ζηε βηβιηνγξαθία θαη ην επίπεδν δξαζηεξηόηεηαο ηεο εηαηξείαο ζε παξόκνηα πεξηνρή. Αο κε μερλάκε όηη έλαο από ηνπο πξσηαξρηθνύο καο ζθνπνύο είλαη λα ειαρηζηνπνηήζνπκε ην ρξόλν κεηαθνξάο ηνπ πξντόληνο ζηελ αγνξά. Η ειάρηζηε απαίηεζε είλαη πεηξακαηηθή επηβεβαίσζε ησλ ζρεηηθώλ δεδνκέλσλ. ην άιιν άθξν, έλα πιήξεο πεηξακαηηθό πξόγξακκα ρξεηάδεηαη γηα λα απνδεηρζεί ε εθηθηόηεηα ησλ λέσλ θαη αδόθηκσλ δεδνκέλσλ. 4

5 Παράδειγμα Σηερικά παρεμποδιζμένες αμίνες (sterically hindered amines) Η απνκάθξπλζε όμηλσλ αεξίσλ από ξνή κίγκαηνο αεξίσλ (sweetening) είλαη ζπλεζηζκέλε εξγαζία γηα ηε ρεκηθή βηνκεραλία θαη ηα δηπιηζηήξηα. ε έλα εξγνζηάζην παξαγσγήο πδξνγόλνπ, ην κεζάλην κεηαηξέπεηαη κε αλακόξθσζε κε αηκό (steam reforming) ζε πδξνγόλν θαη δηνμείν ηνπ άλζξαθα. Σν CO 2 πξέπεη λα απνκαθξπλζεί γηα λα ιεθζεί θαζαξό πξντόλ. ην εξγνζηάζην απηό, ε απνκάθξπλζε ηνπ CO 2 είλαη ζπρλά ην ζεκείν ζπκθόξεζεο (bottleneck) γηα επέθηαζε ηεο παξαγσγηθήο ηθαλόηεηαο (capacity expansion). H εηαηξεία καο ζέιεη λα βειηηώζεη ηε δηεξγαζία απνκάθξπλζεο CO 2. Πώο ζα γίλεη απηό; Παξαδνζηαθά ε απνκάθξπλζε όμηλσλ αεξίσλ από κίγκα γίλεηαη κε ακίλεο 2R-NH 2 + CO 2 R-NH R-NH-COO - H αληίδξαζε γίλεηαη ζε πύξγν αεξίνπ-πγξνύ ζε αληηξξνή (countercurrent flow) ζε ρακειή ζεξκνθξαζία ( C) θαη αθνινπζείηαη από αλακόξθσζε ηεο ακίλεο ζε πςειή ζεξκνθξαζία (120 0 C) θαη ρακειή κεξηθή πίεζε ηνπ CO 2. Η αληίδξαζε απαηηεί 2 mole ακίλεο αλά 1 mole απνκαθξπλόκελνπ CO 2 Σν 1974, ν Sartori από ην εξεπλεηηθό ηκήκα ηεο Exxon παξαηήξεζε όηη ειαηηώλνληαο ηε ζηαζεξόηεηα ηνπ θαξβακηθνύ ηόληνο R-NH-COO -, ε ζηνηρεηνκεηξία κπνξεί λα αιιάμεη R-NH 2 + CO 2 + Η 2 Ο R-NH HCO - 3 Η αληίδξαζε απαηηεί 1 mole ακηλεο αλά 1 mole απνκαθξπλόκελνπ CO 2. Σν θαξβακηδηθό ηόλ απνζηαζεξνπνηείηαη κε ρξήζε παξεκπνδηζκέλεο ακίλεο, όπσο ε δηηζνπξνππιακίλε. 5

6 Παράδειγμα Σηερικά παρεμποδιζμένες αμίνες (sterically hindered amines) Γηηζνπξνππιακίλε Ν Η Η απνζηαζεξνπνίεζε ηνπ θαξβακηδηθνύ ηόληνο ζπκβαίλεη ιόγσ ηεο απώζεζεο ησλ ειεθηξνλίσλ από ηηο πιεπξηθέο νκάδεο θαη ηνπ γεγνλόηνο όηη νη νγθώδεηο πιεπξηθέο νκάδεο παξεκπνδίδνπλ ηελ ειεύζεξε πεξηζηξνθή ηεο όμηλεο νκάδαο. Όκσο, αλ ε ακίλε είλαη παξεκπνδηζκέλε ζε πςειό βαζκό, ν ξπζκόο ηεο αληίδξαζεο είλαη πνιύ αξγόο, ε ακίλε είλαη αλώθειε γηα ηελ απνκάθξπλζε ηνπ CO 2. Απηό πνπ ρξεηάδεηαη είλαη κηα κέηξηα παξεκπνδηζκέλε ακίλε έηζη ώζηε ε δεύηεξε αληίδξαζε πνπ παξάγεη δηηηαλζξηθά ηόληα λα ππεξηζρύεη ηεο πξώηεο πνπ παξάγεη θαξβακηδηθά. Δπίζεο ν ξπζκόο ηεο δεύηεξεο αληίδξαζεο λα είλαη ινγηθόο. Πξέπεη λα ρξεζηκνπνηεζεί κηα ακίλε παξόκνηα κε ηελ παξαπάλσ. Οη απαηηήζεηο καο είλαη νη αθόινπζεο: 1.Νέν πξντόλ πνπ ζα δηπιαζηάζεη ηελ παξαγσγηθή ηθαλόηεηα ηνπ εξγνζηαζίνπ θαη ζα κεηώζεη ην κέγεζνο ηνπ πύξγνπ απνξξόθεζεο, δειαδή, αύμεζε ηεο ρσξεηηθόηεηαο ηνπ πγξνύ-απνξξνθεηή ζε CO 2, ζύκθσλα κε ηε δεύηεξε αληίδξαζε 2.Ρπζκόο αληίδξαζεο ηνπιάρηζηνλ όζν θαη ν ξπζκόο γηα παξαδνζηαθέο ακίλεο γηαηί αιιηώηηθα ό,ηη θεξδίδνπκε ζε παξαγσγηθή ηθαλόηεηα ζα εμαιεηθζεί 6 από ην ρακειό ξπζκό απνξξόθεζεο,

7 Παράδειγμα Σηερικά παρεμποδιζμένες αμίνες (sterically hindered amines) Οη απαηηήζεηο καο είλαη νη αθόινπζεο: 1.Νέν πξντόλ πνπ ζα δηπιαζηάζεη ηελ παξαγσγηθή ηθαλόηεηα ηνπ εξγνζηαζίνπ θαη ζα κεηώζεη ην κέγεζνο ηνπ πύξγνπ απνξξόθεζεο, δειαδή, αύμεζε ηεο ρσξεηηθόηεηαο ηνπ πγξνύ-απνξξνθεηή ζε CO 2, ζύκθσλα κε ηε δεύηεξε αληίδξαζε 2.Ρπζκόο αληίδξαζεο ηνπιάρηζηνλ όζν θαη ν ξπζκόο γηα παξαδνζηαθέο ακίλεο γηαηί αιιηώηηθα ό,ηη θεξδίδνπκε ζε παξαγσγηθή ηθαλόηεηα ζα εμαιεηθζεί από ην ρακειό ξπζκό απνξξόθεζεο, 3.Οη ζπλζήθεο ζην θαηλνύξγην εξγνζηάζην ζα είλαη νη ίδηεο κε ην παιεό, δειαδή, απνξξόθεζε ζηνπο C θαη αλακόξθσζε ζηνπο C 4.ην εξγνζηάζην, ρξεζηκνπνηείηαη σο αλαζηνιέαο δηάβξσζεο (corrosion inhibitor) πιηθό πνπ πεξηέρεη V 5+ πνπ κεηαθέξεηαη ζην πγξό απνξξόθεζεο. Η ακίλε πξέπεη λα παξακέλεη ζηαζεξή παξνπζία ηνπ V 5+ Ο Sartori θαη νη ζπλεξγάηεο ηνπ βξήθαλ όηη κέηξηα παξεκπνδηζκέλεο ακίλεο επλννύλ ηε δεύηεξε αληίδξαζε όπνπ ε ζηνηρεηνκεηξία είλαη 1 mole ακίλεο δίλεη 1 mole CO 2. Με κέηξηα παξεκπνδηζκέλεο ακίλεο ε θηλεηηθή ζηαζεξά ειαηηώλεηαη κία ηάμε κεγέζνπο από απηήλ κε παξαδνζηαθέο ακίλεο. Με πςειά παξεκπνδηζκέλεο ακίλεο, βξέζεθε όηη ε θηλεηηθή ζηαζεξά ειαηηώλεηαη θαηα κία επη πιένλ ηάμε 7 κεγέζνπο από απηήλ κε παξαδνζηαθέο ακίλεο.

8 Παράδειγμα Σηερικά παρεμποδιζμένες αμίνες (sterically hindered amines) Ο ξπζκόο απνξξόθεζεο CO 2 δίλεηαη από ηε ζρέζε r = k [CO 2 ] [amine] Ο Sartori θαη νη ζπλεξγάηεο ηνπ βξήθαλ όηη o ξπζκόο απνξξόθεζεο ηνπ CO 2 ειέγρεηαη από ηε δηάρπζε ηνπ CO 2 ζην πγξό. Δπηιέγνληαο από νκάδα κέηξηα παξεκπνδηζκέλσλ ακηλώλ, βξήθαλ απηήλ πνπ απμάλεη ηελ παξαγσγηθή ηθαλόηεηα ρσξίο λα ειαηηώλεηαη ν ξπζκόο παξαγσγήο. Σα δύν θαηλνύξγηα ζηνηρεία πνπ ρξεηάζηεθαλ ήηαλ ε δηαιπηόηεηα ηεο ακίλεο ζην πγξό θαη ε ζεξκηθή ηεο ζηαζεξόηεηα. Η δηαιπηόηεηα απμάλεη όηαλ νη πιεπξηθέο νκάδεο είλαη αιθνόιεο, π.ρ., δηαηζαλνιακίλε. Σέινο, πεηξακαηηθά δείρηεθε όηη ην V 5+ απνζηαζεξνπνηεί ην θαξβακηδηθό ηόλ αιιά ζηαζεξνπνηεί ηελ ακίλε. Όια απηά ηα ζηνηρεία ελζσκαηώζεθαλ ζηνλ ηειηθό ζρεδηαζκό ηνπ πξντόληνο. 8

9 Χρημαηοδόηηζη Σν παξόλ εθπαηδεπηηθό πιηθό έρεη αλαπηπρζεί ζηα πιαίζηα ηνπ εθπαηδεπηηθνύ έξγνπ ηνπ δηδάζθνληα. Σν έξγν «Ανοικηά Ακαδημαϊκά Μαθήμαηα Ε.Μ.Π.» έρεη ρξεκαηνδνηήζεη κόλν ηε αλαδηακόξθσζε ηνπ εθπαηδεπηηθνύ πιηθνύ. Σν έξγν πινπνηείηαη ζην πιαίζην ηνπ Δπηρεηξεζηαθνύ Πξνγξάκκαηνο «Δθπαίδεπζε θαη Γηα Βίνπ Μάζεζε» θαη ζπγρξεκαηνδνηείηαη από ηελ Δπξσπατθή Έλσζε (Δπξσπατθό Κνηλσληθό Σακείν) θαη από εζληθνύο πόξνπο.