Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Proses tasarimi ii son

2,916 views

Published on

NİTROBENZENİN KATALİTİK HİDROJENASYONU İLE ANİLİN ÜRETİMİ

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

Proses tasarimi ii son

  1. 1. PROSES TASARIMI II NİTROBENZENİN KATALİTİK HİDROJENASYONU İLE ANİLİN ÜRETİMİ 1AC GRUBU 10051042 ESRA ALTUN 11051803 AYŞE ÇELİK
  2. 2. İÇERİK • ANİLİN ve ÖZELLİKLERİ • KULLANIM ALANLARI • KAPASİTE • PROSES AKIŞ DİYAGRAMI • EKONOMİK ANALİZ a. Sabit Sermaye Maliyeti Kestirimi b. Toplam Sermaye Maliyeti Kestirimi c. Üretim Maliyeti Kestirimi d. Karlılık Analizi • SONUÇ ve TARTIŞMALAR
  3. 3. ANİLİN
  4. 4. ANİLİNİ TANIYALIM • FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ • Anilin; renksiz, oldukça rahatsız edici kokulu, yağsız bir sıvıdır. • Işık ve hava etkisiyle yükseltgenerek kahverengileşir. • Suda çok az çözünür. ( 3,6 g /100 ml 18ºC’de) • Etanol, benzen, kloroform ve başlıca organik çözücülerle karışır.
  5. 5. FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLER Özellikler Değer Özellikler Değer Kimyasal formülü C6H5NH2 Kırılma indisi n20 1,585 Molekül Ağırlığı 93,12 g/mol Yanma Isısı 3389,72 kJ/mol Özgül Ağırlığı 1,022 g/l Gizli Buharlaşma Isısı 478,55 J/g Kaynama Noktası 184 - 186 ºC Parlama Noktası (Kapalı Kapta) 70 - 76ºC Donma Noktası -6,3 ºC Parlama Noktası (Açık Kapta) 75,5 ºC Alevlenme Noktası (Kapalı Kap) 70 ºC Kritik Sıcaklık 425,6 ºC Kendiliğinden Tutuşması Noktası 371 ºC Kritik Basınç 5,30 MPa Viskozite (20 ºC'de) 4,423 poise
  6. 6. Boyar Madde Yapımı İlaç Patlayıcı Deri Rengini Koyulaştırma KULLANIM ALANLARI
  7. 7. TOKSİKOLOJİK ÖZELLİKLER • Anilin solunduğunda, deri ile temasında ve yutulduğunda toksik bir maddedir. • Gözlerde irritasyon, yaşarma, görüşte bulanıklık, fotofobiye neden olabilmektedir. Korneaya zarar verebilmektedir. • Yutulduğunda, hemoglobin ve methemoglobini etkiler. Mesleki sinir sisteminde asfeksiye neden olur. • Suda yaşayan canlılar için son derece zararlıdır.
  8. 8. NİTROBENZENİN SIVI FAZDAKİ KATALİTİK HİDROJENASYONU İLE ANİLİN ÜRETİMİ
  9. 9. KAPASİTE VE GEREKLİ HAMMADDE MİKTARI
  10. 10. • Proseste yıllık üretim kapasitesi 2000 ton/yıl olarak belirlenmiştir. Besleme Nitrobenzen 3,2 kmol/h 393,96 kg/h 𝟑𝟐𝟐𝟏, 𝟓𝟗 ton/yıl Hidrojen 9,6 kmol/h 19,35 kg/h 158,23 ton/yıl Ürün Anilin 2,63 kmol/h 244,64 kg/h 2000 ton/yıl
  11. 11. PROSES AKIŞ DİYAGRAMI P-101 C-101 M-101 E-101 R-101 E-102 V-101 P-102 T-101 C-102 C-103 E-103 Pompa Kompresör Karıştırıcı Isı Değiştirici Reaktör Isı Değiştirici Flash Pompa Distilasyon Kulesi Kompresör Kompresör Isı Değiştirici
  12. 12. Ekipman Parametre Değer Gerekli Veriler P-101 Pompası Giriş basıncı 1 atm W= 0,00578 kW Çıkış basıncı 1,5 atm P-102 Pompası Giriş basıncı 1,5 atm W= 0,043 kW Çıkış basıncı 5 atm C-101 Kompresörü Giriş sıcaklığı 298 K W= 3,791 kW Çıkış sıcaklığı 369,76 K C-102 Türbini Giriş basıncı 5 atm W= -0,378 kW Çıkış basıncı 1 atm C-103 Türbini Giriş basıncı 5 atm W= -0,98 kW Çıkış basıncı 1 atm V-101 Faz ayırıcı Hacim 0,062 m3 Dikey konumlandırılmıştır. Çap 0,27 m Yükseklik 1,08 m Ekipman boyutlandırma özeti
  13. 13. Ekipman Parametre Değer Gerekli Veriler R-101 Faz ayırıcı Hacim 60,71 m3 Yatay konumlandırılmıştır.Çap 2,684 m Yükseklik 10,736 m E-101 Isı değiştirici Giriş sıcaklığı 47,5 ºC Alan= 2,7 m2 Çıkış sıcaklığı 253 ºC E- 102 Isı değiştirici Giriş sıcaklığı 250 ºC Alan= 1,75 m2 Çıkış sıcaklığı 49,1 ºC E- 103 Isı değiştirici Giriş sıcaklığı 185 ºC Alan= 1,015 m2 Çıkış sıcaklığı 25 ºC T-101 Distilasyon Kolonu Alan 0,015 ft2 Çap 0,043 m Kaynatıcı debisi 270,1 kg/h Yoğuşturucu debisi 4969,3 kg/h Raf sayısı 15 raf
  14. 14. Sabit Sermaye Maliyetinin Kestirimi Yıl Endeks değeri 1968 113,7 2013 572 Çizelge 6.1 CEPCI maliyet endeksi* 𝑈𝐹 = 𝐵𝑢𝑔ü𝑛𝑘ü 𝑚𝑎𝑙𝑖𝑦𝑒𝑡 𝑒𝑛𝑑𝑒𝑘𝑠𝑖 𝑇𝑒𝑚𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑙𝑖𝑦𝑒𝑡 𝑒𝑛𝑑𝑒𝑘𝑠𝑖 = 572 113,7 = 5,03′ 𝑑𝑢𝑟. http://www.chemeng.queensu.ca/courses/CHEE332/files/CEPCI_2014.pdf
  15. 15. • Malzeme; dökme demir • Fm = 1 • İşletme sınırları; T= 77 F, P= 7,35 psig • F0=1 alınmıştır. MBF= 1’dir*. • Santrifüj pompası için; • S= C/F = 1,45*22,04 = 31,958 gpm*psig • Bu S değeri için α = 0,17 seçilmiştir. • 𝐶 = 𝐶0 𝑆 𝑆0 𝛼 = 0,39 × 103 31,958 10 0,17 = 475$ • 475$ < 200.000$ olduğundan MF2 alınır. Burada MF2= 3,38’ dir. • Güncellenmiş çıplak modül maliyeti = UF (BC) (MBF+MF-1) • Güncellenmiş çıplak modül maliyeti = 5,03* 475* (1+3,38-1) = 8.075$ • Kompresör hesabı pompa gibidir. • *Bolat, E., Salt İ., Salt, Y., Duranoğlu D., Açıkalın K., Dilmaç Ö.F., (2012- 2013), Yıldız Teknik Üniversitesi Proses Tasarımı Ders Notları, İstanbul.
  16. 16. • Reaktörün maliyeti, basınçlı kap hesaplamaları kullanılarak hesaplanmıştır. • D= 2,684 m= 8,806 ft >1,2 m olduğundan yatay konumlandırılmıştır. • L= 35,223 ft • Basınçlı kap için cihaz maliyeti: • 𝐶 = 𝐶0 𝐿 𝐿0 𝛼 𝐷 𝐷0 𝛽 • Yatay kap için bulunan değerler (Bolat, E., 2012): • 𝐶0 = 600 𝐿0 = 4,0 𝐷0 = 3,0 𝛼 = 0,78 𝛽 = 0,98 • BC= 600x(35,223/4,0)0,78x(8,806/3,0)0,98= 9.405$ • Cihaz maliyeti 200.000 $’ın altında olduğundan MF2 değeri alınır (Bolat, E., 2012) • 𝑀𝐹2 = 3,18 • Malzeme olarak karbon çeliği seçildi. Fm=0; Fd=0; Fs=1. MBF=1 alınmıştır. • Güncellenmiş kurulmuş cihaz maliyeti = 5,03x9405x(1+3,18-1)= 150.436 $ • Faz ayrıştırıcısı hesabı da reaktör gibidir.
  17. 17. • A= 29,06 ft2 • Isı değiştirici için cihaz maliyeti: • 𝐶0 = 300 $ 𝑆0 = 5,5 𝛼 = 0,024 • 𝐶 = 300 29,06 5,5 0,024 = 312,2 $ • Cihaz maliyeti 200.000 $’ın altında olduğundan MF2 değeri kullanılır (Bolat, E., 2012). MF2=1,83 • 𝐹𝑑 = 0,85 𝐹𝑝 = 0 𝐹𝑚 = 1 • 𝑀𝐵𝐹 = 𝐹𝑑 + 𝐹𝑝 𝐹𝑚 = 0,85 + 0 1 = 0,85 • Güncelleşmiş kurulmuş cihaz maliyeti = 5,03x312,2x( 0,85+1,83-1) = 2.638 $
  18. 18. • D= 0,139 ft ; L= 54,63 ft • • Tepsi yığınlı basınçlı kapların değerleri: • 𝐶0 = 180 $ ; 𝐿0 = 10,0 ; 𝐷0 = 2,0 ; 𝛼 = 0,97 ; 𝛽 = 1,45 • 𝐶 = 180 54,63 10 0,97 0,139 2 1,45 = 19,56$ • Cihaz maliyeti 200.000 $’ın altında olduğundan MF2 değeri kullanılır (Bolat, E., 2012). 𝑀𝐹2 = 1 • Tepsi malzemesi paslanmaz çelik, tepsi aralığı 24’’ ve tepsi tipi elek olan ekstraksiyon kolonu için: • 𝐹𝑑 = 0 𝐹𝑠 = 1,0 𝐹 𝑚 = 1,7 • 𝑀𝐵𝐹 = 𝐹𝑑 + 𝐹𝑠 + 𝐹 𝑚 = 0 + 1 + 1,7 = 2,7 • Güncelleşmiş kurulmuş cihaz maliyeti = 4,99x19,56x( 2,7+1-1)= 266 $
  19. 19. Toplam Cihaz Çıplak Modül Maliyeti Cihaz Kurulum Maliyeti ($) P-101 Pompası 8.075 P-102 Pompası 10.132 C-101 Kompresörü 36.291 C-102 Türbini 6.954 C-103 Türbini 14.853 R-101 Reaktörü 150.436 V-101 Ayırma Kolonu 5.382 E-101 Isı Değiştirici 2.638 E-102 Isı Değiştirici 2.610 E-103 Isı Değiştirici 2.577 T-101 Distilasyon Kolonu 266 Toplam 240.214
  20. 20. Kaynaklar Sabit Sermaye Yüzdesi Maliyetler ($) Kurulmuş cihaz fiyatı % 35 240.214 Proses borulama % 15 84.075 Alet-teçhizat % 12 36.032 Yapı ve konum geliştirme % 12 28.825 Servisler % 30 72.064 Dış hatlar % 10 24.021 Fiziksel Tesis Toplamı 485.231 Fiziksel Tesis Toplam Yüzdesi Mühendislik ve yapım % 35 169.830 Öngörülmeyen olaylar % 20 97.046 Boyut faktörü % 5 24.261 Toplam Sabit Sermaye 776.368
  21. 21. • Sabit sermaye maliyeti toplam sermayenin %80’ini oluşturmaktadır. • Toplam sermaye maliyeti; • 𝟕𝟕𝟔. 𝟑𝟔𝟖 × 𝟏𝟎𝟎 𝟖𝟎 = 𝟗𝟕𝟎. 𝟒𝟔𝟎 $ olarak bulunur.
  22. 22. • Nitrobenzen; 3221,59 ton/yıl* • Hidrojen; 158,23 ton/yıl • Nitrobenzenin maliyeti; • Nitrobenzenin birim maliyeti $850/ton • Nitrobenzen maliyeti= 3221,59*850 = 2.738.351 $/yıl • Hidrojen maliyeti; • Hidrojen birim maliyeti $2,91/kg • Yıllık hidrojen maliyeti = 158.230*2,91 = 460.450 $/yıl • *ChemCAD
  23. 23. Ekipman Kullanılan Enerji Türü Enerji Yükü Birim Maliyet Pompa ve kompresör Elektrik Enerjisi 0,06 $/ kWh Reaktör ve Ayırma kolonu Doğalgaz 2,5 $/GJ E-101 ısı değiştiricisi (ısıtma) Kızgın Buhar 0,334 GJ/h 4,9 $/GJ E-102 ısı değiştiricisi (soğutma) Soğutucu Akışkan 0,568 GJ/h 32 $/GJ E-103 ısı değiştiricisi (soğutma) Soğutucu Akışkan 0,127 GJ/h 60 $/GJ Distilasyon kolonu Yoğuşturucu Soğutucu Akışkan 0,623 GJ/h 32$/GJ Isıtıcı Kızgın Buhar 0,728 GJ/h 3,17$/GJ • Gerekli veriler ChemCAD’den alınmıştır. Formülasyonlar ders notlarından alınmıştır (Bolat vd., 2012). • Servis Maliyeti Hesabı= Gerekli Birim*24*365*Akım Faktörü*Birim Maliyet • P-101 pompası; 0,00578*24*365*0,9335*0,06 $ = 2,84 $/yıl
  24. 24. Cihazlar Maliyetler ( $/yıl ) Pompa ve kompresörler 2.550 Ayırma kolonu ve reaktör 32.505 Isı değiştiriciler 244.328 Distilasyon kolonu 181.897 TOPLAM 470.270
  25. 25. Cihaz Tipi Cihaz Sayısı Operatör/(Vardiya)(Cihaz) Operatör/Vardiya Pompalar 2 0,00 0,00 Kompresörler 3 0,15 0,45 Reaktörler 1 0,50 0,50 Kuleler 1 0,35 0,35 Ayırma Kolonları 1 0,00 0,00 Isı Değiştiriciler 3 0,10 0,30 Trafolar 1 0,00 0,00 Toplam 1,6 • Vardiya başına gerekli operatör sayısı = 1,6 • İşgücü = 1,6* 4,5 = 7,2 Yaklaşık 7 operatör; • Birim operatör maliyeti; 1.258 TL/ay= 609 $ /ay • İşgücü maliyeti = 7*609*12 = 51.156 $/yıl (COL)
  26. 26. Atık suyun akış debisi 11.99 m3/h ‘tir (ChemCAD). İkincil filtrasyon gideri 41 $/ 1000 m3’tür (Bolat vd., 2012). Atık su giderleri= 4.020 $/yıl (CWT)
  27. 27. • COM = (CRM+CUT +CWT)* 1,23+0,304 FCI+2,73 COL • COM = (3.198.801+441.280 +4.020)* 1,23+0,304* 776.368+2,73* 51.156 • COM = 4.857.915 $/yıl
  28. 28. 𝑑 𝑘 𝐷𝐷𝐵 = 2 𝑛 𝐹𝐶𝐼𝐿 − 𝑗=0 𝑗=𝑘−1 𝑑𝑗 (Bolat, E., 2012) Arazi hariç sabit sermaye (FCIL ) 776.368-28.825= 747.543 $ Hurda değeri (Sn) 0 Ekipman ömrü (n) 10 yıl Amortismana tabi yıl (k) 7 yıl Hesaplamalarda Gerekli Veriler
  29. 29. Yıl (k) dk DDB 0 0 1 747.543*2/7 = 213.583 2 (747.543-213.583)*2/7= 152.560 3 (533.960-152.560)*2/7= 108.971 4 (382.400-108.971)*2/7= 78.122 5 (273.429-78.122)*2/7= 55.802 6 (195.307-55.802)*2/7= 48.991 7 139.505-48.991= 90.514 8 0 9 0 10 0 Toplam 747.543
  30. 30. Hesaplamalarda Gerekli Veriler Toplam Sabit sermaye yatırımı (FCIL) 747.543 $ Toplam arazi maliyeti (L) 28.825 $ Hurda değeri (Sn) 0 İşletme Sermayesi (W) 194.092 $ Yıllık satış geliri (R) 2000,53*2500 $ = 5.001.325 $/yıl COMd 4.761.646 $ Vergilendirme oranı (t) 0.30 Proje ömrü 10 yıl Toplam yatırım 970.460 $ Son yıl yatırım değeri 222.917 $
  31. 31. Yıl sonu (k) Yatırım dk FCIL- Ʃdk R COMd (R-COMd-dk)* (1-t)+dk Nakit Akışı Toplam Nakit Akışı 0 (9,7) - 7,47 - - - (9,7) (9,7) 1 - 2,13 5,98 50 48 2,04 2,04 (7,66) 2 - 1,52 4,78 50 48 1,85 1,85 (5,81) 3 - 1,09 3,82 50 48 1,73 1,73 (4,08) 4 - 0,78 3,05 50 48 1,63 1,63 (2,45) 5 - 0,55 2,44 50 48 1,56 1,56 (0,89) 6 - 0,49 1,96 50 48 1,55 1,55 0,66 7 - 0,90 - 50 48 1,67 1,67 2,33 8 - - - 50 48 1,4 1,4 3,73 9 - - - 50 48 1,4 1,4 5,13 10 2,22 - - 50 48 1,4 3,62 8,75
  32. 32. İndirgenmemiş nakit akışın geri ödeme süresi 5,57 yıl Toplam nakit durumu (CCP) 8,75.105 $ Toplam nakit oranı (CCR) 18,44/9,7 = 1,9 Yatırım geri dönüş hızı (ROROI) % 11,7
  33. 33. Yıl sonu (k) İndirgenmemiş Nakit Akışı İndirgenmiş Nakit Akışı Toplam İndirgenmiş Nakit Akışı 0 (9,7) (9,7) (9,7) 1 2,04 2,04/1,1=1,85 (7,85) 2 1,85 1,85/1,12=1,53 (6,32) 3 1,73 1,73/1,13=1,3 (5,02) 4 1,63 1,63/1,14=1,11 (3,91) 5 1,56 1,56/1,15=0,97 (2,94) 6 1,55 1,55/1,16=0,87 (2,07) 7 1,67 1,67/1,17=0,86 (1,21) 8 1,4 1,4/1,18=0,65 (0,56) 9 1,4 1,4/1,19=0,59 0,03 10 3,62 3,62/1,110=1,39 1,42 Burada indirgenme oranı 10%’dur.
  34. 34. İndirgenmiş geri ödeme süresi (DPBP) 8,94 yıl Net bugünkü değer (NPV) 1,42.105 $ Bugünkü değer oranı (PVR) Pozitif nakit akışlar/ Negatif nakit akışlar 11,12/9,7 = 1,15
  35. 35. SONUÇ ve TARTIŞMALAR • Bu projede anilin, nitrobenzenin katalitik hidrojenasyonu ile üretilmektedir. Üretim esnasında optimum verim sağlanması çalışılmıştır. Hedefler doğrultusunda çevreci ve verimli bir üretim gerçekleştirilmiştir. • Proseste 5,8 yılda kara geçilebilmektedir. Bu da prosesin uygulanabilir olduğunu göstermektedir. Bu karın elde edilebilmesi için nitrobenzen ve hidrojen maliyetinin mümkün olduğunca minimum tutulması gerekmektedir. Ayrıca işçi masrafları da maliyeti çok artırmaktadır. Otomasyon sistemlerinin yaygın kullanımı hem üretimin daha hatasız gerçekleşmesini sağlayacak hem de işçi giderlerinin oldukça azalmasını sağlayacaktır. Üretim Çin’de gerçekleştirilerek işçi masrafı en aza indirilebilir. Bu önerilerin bir veya birkaçı uygulanarak daha karlı bir üretim yapılabilir. • Proseste atık su ve atık hidrojen tekrar bir membran sisteminden geçirilerek gerek servis akımı gerekse besleme akımı olarak kullanılabilir. Bunun için uygun bir membran sistemi geliştirilebilir. • Atık su arıtma tesisinde biyolojik arıtma sisteminden faydalanılabilir. • Reaktör akışkan yataklı tercih edilip verim daha da artırılabilir. • Sonuç olarak anilin üretimi uygulanabilir bir prosestir. Ülkemizdeki anilin ihtiyacını karşılamak ve bu alanda dışarı bağımlılığı azaltmak için böyle bir tesis kurulmalıdır.
  36. 36. • Bolat, E., Salt İ., Salt, Y., Duranoğlu D., Açıkalın K., Dilmaç Ö.F., (2012-2013), Yıldız Teknik Üniversitesi Proses Tasarımı Ders Notları, İstanbul. • http://www.chemeng.queensu.ca/courses/CHEE332/files/CEP CI_2014.pdf • http://turkish.alibaba.com/product-gs/nitrobenzene- 1677382249.html • http://www.ika.rwth-aachen.de/r2h

×