KE Johdatus prosesseihin, 2 op. Aloitusluento, kurssin esittely

Transkriptio

1 KE Johdatus prosesseihin, 2 op Aloitusluento, kurssin esittely

2 Opintojakson tavoitteena on tutustua teollisiin kemiallisiin ja biokemiallisiin prosesseihin ja niihin liittyvään laskentaan ja vertailuun esitellä reaktioon ja reaktoriin liittyviä peruskäsitteitä (reaktion nopeus, endo-, eksotermisyys, reversiibeli, irreversiibeli, tasapainotila, stationääritila, taseet, konversio, selektiivisyys ja saanto) perehdyttää yleisellä tasolla katalyysiin, vihreän kemian perusteisiin, ja prosessiteollisuuden ympäristötekniikkaan => antaa valmiudet erilaisten prosessien tarkasteluun, arviointiin ja vertailuun

3 Prosessitekniikka Tehdassuunnittelu Prosessi Termodynamiikka Kinetiikka Ohjaus ja automaatio Virtaustekniikka Laitetekniikka Yksikköoperaatiot Reaktori Reaktio Katalyytti Aineensiirto Lämmönsiirto

4 Kurssilla KE käsiteltävät asiat

5 Kurssin jälkeen opiskelija osaa kuvailla muutaman kemiallisen ja biokemiallisen prosessin sekä selittää reaktioon ja reaktoriin liittyviä peruskäsitteitä (reaktion nopeus, endo-, eksotermisyys, reversiibeli, irreversiibeli, tasapainotila, stationääritila) laskea reaktion konversion, selektiivisyyden ja saannon kun reaktorin syöttö- ja ulostulovirrat tunnetaan tai päinvastoin muodostaa ainetaseen prosessille jossa tapahtuu kemiallinen reaktio vihreän kemian periaatteet pääpiirteissään ja käyttää niitä prosessien vertailuun sekä selittää katalyytin vaikutukset prosessille vertailla biokemiallisia ja kemiallisia prosesseja sekä niiden katalyyttejä

6 Kemiallinen prosessi Prosessi on kokonaisuus, jossa tuote tehdään taloudellisesti (laite-, käyttö- ja raaka-ainekustannukset) ympäristöystävällisesti (vihreä kemia) turvallisesti (huolellisuus, tieto, laatu) Kemianteollisuuden kansainvälinen ympäristö- terveys- ja turvallisuusohjelma Responsible Care Vastuu huomisesta

7 Vastuu huomisesta tavoitteena on yhteiskunnallisesti ja luonnontieteellisesti kestävän kehityksen mukainen toiminta. yritykset ovat sitoutuneet toiminnan jatkuvaan kehittämiseen (Suomesta 103 yritystä listattuna) syntyi vuonna 1984 Kanadassa - Suomessa ohjelma käynnistyi vuonna maailmanlaajuisesti Responsible Care -ohjelmaa koordinoi kansainvälinen kemianteollisuuden yhteistyöjärjestö ICCA Euroopassa CEFIC ja Suomessa Kemianteollisuus ry

8 Ohjelman yleisperiaatteet (1/2) 1. Pidämme ympäristö-, terveys- ja turvallisuusnäkökohtia sekä haittojen rajoittamista tärkeänä ja erottamattomana osana liiketoimintaamme. 2. Koulutamme, opastamme ja kannustamme koko henkilöstöämme toimimaan ympäristön, terveyden ja turvallisuuden kannalta vastuullisella tavalla. 3. Työskentelemme jatkuvasti päästöjemme minimoimiseksi sekä raaka-aineiden ja energian käytön tehostamiseksi. 4. Arvioimme toimintaamme jatkuvasti ympäristö-, terveys- ja turvallisuusriskien tunnistamiseksi ja vähentämiseksi. 5. Selvitämme mahdollisuuksien mukaan ennalta uuden prosessin tai tuotteen ympäristö-, terveys- ja turvallisuusvaikutukset.

9 Ohjelman yleisperiaatteet (2/2) 6. Kerromme viranomaisille yrityksemme toiminnasta ja sen mahdollisista ympäristö-, terveys- ja turvallisuusvaikutuksista. 7. Kerromme ympäröivälle yhteisölle ja muille sidosryhmille tuotannostamme ja tuotteistamme sekä niiden ympäristö-, terveys- ja turvallisuusvaikutuksista ja vastaamme huolenilmauksiin. 8. Opastamme asiakkaitamme tuotteidemme turvallisessa käytössä ja hävittämisessä. 9. Odotamme yhteistyö- ja sopimuskumppaniemme noudattavan näitä periaatteita soveltuvin osin. 10. Selvitämme teknologian siirrossa vastaanottavalle osapuolelle toimenpiteet, jotka ovat tarpeen ympäristön ja terveyden suojelemiseksi sekä turvallisuuden varmistamiseksi.

10 Ohjelman kattavuus Hallintajärjestelmät investoinnit ja koulutus Päästöt veteen sulfaatti-, fosfori-, typpi-, lyijy-, elohopea- ja kadmiumpäästöt jäteveden kemiallinen hapenkulutus, COD Päästöt ilmaan typpi-, rikki- ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet, hiilidioksidi Jätteet Energian ja veden kulutus Turvallisuus ja vastuu tuotteesta Työtapaturmat omaisuusvahingot, kuljetusonnettomuudet, tuotereklamaatiot

11 Ohjelman käytännön tuloksia Esimerkkejä ohjelman 20-vuotisraportista: Jätteen tuottamisen vähentäminen vuosina % vähemmän jätettä veden kulutus 59 % pienempää Investoinnit ympäristö-, terveys- ja turvallisuustekijöiden investointien määrä kasvanut 94 % Työturvallisuus Esim. Työtapaturmista aiheutuvien poissaolojen määrän vähentäminen

12 Prosessi Prosessiin kuuluu monia erilaisia laitteita ja operaatioita sekä niiden välisiä aine- ja energiavirtoja. Mekaaniset prosessit Aineensiirto & lämmönsiirto Raakaaineet Fysikaaliset operaatiot (ei reaktiota) Kemialliset operaatiot (reaktiot) Fysikaaliset operaatiot (ei reaktiota) Tuotteet Kierrätys

13 Fysikaaliset käsittelyt Mekaaniset prosessit esimerkkejä: kuljetus, varastointi, hienonnus, seulonta, luokitus, laskeutus, linkous, suodatus, erotus, sekoitus, rakeistus, leijutus Aineensiirtoprosessit esimerkkejä: tislaus, haihdutus, absorptio, adsorptio, uutto, kiteytys, kuivaus, käänteisosmoosi Lämmönsiirtoprosessit esimerkkejä: lämmitys, jäähdytys, lauhdutus, kiehutus, haihdutus

14 Kemialliset käsittelyt Kemialliset reaktiot epäorgaaniset orgaaniset Biokemialliset reaktiot solujen aineenvaihdunnan reaktiot entsyymikatalysoidut reaktiot Reaktio ja sen toteuttamiseen käytetty laite eli reaktori ovat usein prosessin toiminnan kannalta keskeisessä asemassa. Reaktion aikaansaamiseen saatetaan tarvita sopiva katalyytti (tai bioprosesseissa mikro-organismi/entsyymi). Reaktorin tyyppi pyritään valitsemaan reaktion luonteen kannalta sopivimmaksi.

15 Reaktioihin liittyvät fysikaaliset käsittelyt Reaktion olosuhteet (paine, lämpötila ja reagoivien aineiden syöttösuhde) vaikuttavat reaktiotuotteeseen. Raaka-aineiden sekoitus keskenään Kontakti mahdollisen katalyytin kanssa Aineensiirto faasien (neste, kaasu ja kiinteä) välillä Lämmönsiirto reaktioseokseen tai reaktioseoksesta pois (lämmitys tai jäähdytys) Reaktioseoksen hallinta ja kontrollointi Ympäristön suojeleminen reaktioseokselta ja reaktioseoksen suojeleminen ympäristöltä

16 Prosessisuunnittelun rajat taloudelliset rajoitukset turvallisuusmääräykset prosessiolosuhteet prosessivaihtoehdot valtiovallan rajoitustoimenpiteet rakennemateriaalit Mielekkäät suunnitelmat aika standardit Mahdolliset henkilöstö suunnitelmat käytettävissä olevat menetelmät resurssit fysiikan lait