TY - THES A1 - Degenkolbe, Sven T1 - Untersuchungen zur Selbstentzündung von Fettsäure in benetzten Strukturen T1 - A study of the self-ignition of fatty acids in wetted structures N2 - Sind poröse Strukturen, wie z. B. Wärmedämmung oder Gewebepackungen, mit organischem Material benetzt, kann eine Reaktion mit Sauerstoff zu einer Selbstentzündung führen. Regel-mäßig treten in der Industrie Vorfälle auf, die auf solche Selbstentzündungen zurückzuführen sind. Für Stäube und Schüttungen sind Selbstentzündungsvorgänge bereits gut untersucht. Es existieren Standards und Normen zur Durchführung der Untersuchungen und zur Bewertung der Selbstentzündungstemperatur (SET). Für die Bewertung der SET benetzter poröser Strukturen gibt es demgegenüber noch keine Standards. Diese Arbeit liefert einen Beitrag dazu, diese Lücke zu schließen. Die vorgeschlagenen Bewertungsmethoden beinhalten Simulationsansätze und effektive Verfahren zur Ermittlung zentraler Simulationsparameter, welche unter Einsatz des zu bewertenden Systems und der für SET-Versuche bekannten experimentellen Infrastruktur bestimmt werden. Das Verfahren zur Bestimmung der wärmetechnischen Parameter beruht auf einem dynamischen Experiment. Das Verfahren zur Bestimmung der reaktionskinetischen Parameter basiert auf einem überadiabaten Versuch. Die Anwendung der vorgeschlagenen Bewertungsmethoden wird anhand der Systeme Steinwolle/Fettsäure Ti05 und Gewebepackungen (LEX, LDX)/Fettsäure Ti05 demonstriert. N2 - A combination of a residual film of flammable organic substance on a porous structure like insulation material or structured packing in contact with air may result in a self-ignition. In industrial practice incidents caused by those self-ignitions are observed regularly. For dusts the self-ignition process is well examined. Several standards for the determination of the ignition behavior and the self-ignition temperature (SIT) exist. In contrast no standards for the determination of the self-ignition temperature in wetted porous structures exist. This work is a contribution to close this gap. The proposed methodologies consist of a simulation approach and effective methods for the determination of important simulation parameters for the system under evaluation with the use of experimental apparatus, used for SIT experiments. The determination of the heat transfer data relies on a dynamic experiment. The reaction kinetic data is determined with an over-adiabatic experiment. The proposed methods are demonstrated for the systems stone wool/fatty acid Ti05 and structured packing (LEX, LDX)/fatty acid Ti05. KW - Selbstentzündung KW - Selbstentzündungstemperatur KW - Gewebepackungen KW - Steinwolle KW - Fettsäure KW - Self-ignition KW - Self-ignition temperature KW - Structured packing KW - Stone wool KW - Fatty acid KW - Fettsäure KW - Selbstentzündung KW - Steinwolle KW - Computersimulation Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36430 ER - TY - THES A1 - Günther, Thomas T1 - Entwicklung einer Bewertungsmethodik zur Standortplanung und Dimensionierung von Wasserstoffanlagen T1 - Development of valuation method for location planning and dimensioning of hydrogen plants N2 - Gewöhnlich wird über Standorte von Produktionsanlagen nach Kriterien wie z.B. der Verfügbarkeit von Rohstoffen, Energie, Infrastruktur und damit verbundene Kosten entschieden. Die Dimensionierung der Produktionskapazitäten erfolgt unter anderen nach der absetzbaren Produktmenge sowie den erzielbaren Gewinnen. Voraussetzung ist die ständige Verfügbarkeit der benötigten Energie. Für Konzepte zur Nutzung überschüssiger Energien, besonders fluktuierender Windenergie zur Wasserstoffproduktion sind die gewöhnlichen Methoden nur bedingt geeignet. Daher wurde mit dieser Arbeit eine Bewertungsmethodik entwickelt, die Dauer und Menge der verfügbaren Energie in die Standortentscheidung sowie die Anlagendimensionierung integriert. Zunächst wird die Wasserstoffanlage modularisiert und in die Teilprozesse Energieversorgung, Wasserversorgung, Wasserelektrolyse, Kühlung, Speicherung und Verdichtung für den Transport unterteilt. Nach Vorgabe technologischer und wirtschaftlicher Parameter werden für jede Teilanlage die Stoff- und Energieströme sowie die Kosten berechnet. Auf Basis der gegebenen Randbedingungen erfolgen die Anlagenkonfigurierung sowie die Ermittlung der Standortspezifischen Produktionskosten. Durch Parametervariationen bei Technologie und Kosten können Sensitivitätsanalysen durchgeführt und unterschiedliche Betriebsszenarien analysiert werden. Die Anwendung der Bewertungsmethodik wird an Fallbeispielen demonstriert. Eine am Industriepark positionierte Wasserstoffanlage dient als Referenzanlage für den kontinuierlichen Betrieb mit Netzenergie. Am Beispiel einer durch Windenergie betriebenen Wasserstoffanlage werden die Einflüsse von verfügbarer Energiemenge und Versorgungsdauer gezeigt. Bei vorgegebenen Wasserstoffpreisen werden die Zusammenhänge zwischen optimaler Anlagenkapazität und Anlagenauslastung dargestellt sowie die daraus erzielbaren Stromkostenbudgets zur Vergütung der Windparkleistung ermittelt. N2 - Common decisions for locations of production plants are based on criteria such as availability of commodities, energy, infrastructure and costs related with these. Sizing of product capacities depends on other things such as production quantities to be sold and profits to be obtained. The condition is an permanent availability of the required energy. For concepts of using surplus renewable energies especially wind energy for hydrogen production common methods are only partly suitable. Thus in this work an evaluation methodology was developed which integrated duration and amount of available energy for decisions of locations and dimensioning of the plant. Initially the hydrogen plant is modularised and segmented to the sub processed energy supply, water supply, water electrolyses, cooling, storing and compression for transport. After the specification of technological and economical parameters, the material and energy streams as well as the costs are calculated for every individual plant. Based on the given conditions, the configuration of plant and also the investigation of site-specific production costs is done. By variation of technology and costs parameters, feasibility studies and different operating scenarios can be demonstrated. The application of this evaluation methodology is demonstrated by case studies. A hydrogen plant situated at an industry park serves as a reference plant for the continuous operation with grid energy. Using a wind energy propelled hydrogen plant as an example, the effects of amount and duration of the usable energy are shown. Based on predefined hydrogen prices, the correlation between optimal plant capacity and plant utilization is described and the difference between the predefined price and the operation costs is calculated. This difference can be used to finance the wind farm operation. The results serves among others for the development of optimal operation concepts and also for first cost estimations, prior to a detailed plant design. KW - Bewertungsmethodik KW - Standortplanung KW - Dimensionierung KW - Wasserstoffanlage KW - Elektrolyseur KW - Hydrogen plant KW - Valuation method KW - Location planning KW - Dimensioning KW - Electrolyzer KW - Wasserstoff KW - Technische Anlage KW - Bemessung KW - Standortplanung KW - Elektrolyse Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-30864 ER - TY - THES A1 - Fröhlich, Robby T1 - Zur allgemeingültigen Festlegung der sicherheitstechnischen Betriebsgrenzen von Alkoxilierungsreaktoren N2 - Alkoxilierungsreaktionen enthalten u.a. aufgrund der hohen Reaktionsenthalpie und der Stoffeigenschaften ein hohes Gefährdungspotential. Die Absicherung der Reaktoren hinsichtlich durchgehender Reaktionen kann durch konstruktive Maßnahmen sowie prozesstechnische Vorkehrungen erfolgen. Die Begrenzung der Konzentration des Epoxids als alternatives Schutzkonzept gewinnt zunehmend an Bedeutung, wobei selbst ein spontanes Durchgehen der Reaktion nicht zu einer Gefährdung führt. Diese Arbeit ist primär auf die Anwendung der zuletzt angeführten Methode ausgerichtet. Ein experimenteller Ansatzes findet seine Grenzen in der Vielzahl der zu untersuchenden Stoffsystemkombinationen. Der in dieser Arbeit zugrunde gelegte theoretische Ansatz zielt demgegenüber auf eine durchgängige und allgemeingültige Vorausberechnung der sicherheitstechnischen Betriebsgrenzen von Alkoxilierungsreaktoren unter Berücksichtigung der Design- und Betriebsparameter. N2 - Alkoxylationreactions contain a high hazard potential due to the high reaction enthalpy and the material properties. The security of the reactors regarding runaway reactions can take place via constructional measures as well as process-technical precautions. The limitation of the concentration of the epoxy is getting more and more important as a alternative protection concept, so that even spontaneous runaway of the reaction does not lead to an serious danger situation. This work is primarily aligned to the application of the last named method. Experimental approach has his borders in the multiplicity of the material system combinations which have to be examined. The theoretical approach put in this work aims in contrast to this at a continuously and generally predetermination of the safety-relevant operation limits of Alkoxylationreactions with consideration of the Design and operating parameters. KW - Alkoxylierung KW - Exotherme Reaktion KW - Chemischer Reaktor KW - Betriebssicherheit KW - Prozessmodell KW - Sicherheitsgrenze von Reaktoren KW - Alkoxilierungsreaktion KW - Ethylenoxid KW - Propylenoxid KW - Fettstoff Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000356 ER - TY - THES A1 - Suhendra, T1 - Integrated improvement of distillation unit using multicriteria decision making analysis T1 - Integrierte Verbesserung der Destillationsanlage mit Multikriterien Entscheidungsbildung Analyse N2 - Stringent safety and environmental regulations, and competitions have challenged the chemical process industries to bring products to market at low lifecycle costs without compromising on safety and environmental standards. Frequently, a large number of alternatives with different structure design and process alternatives of distillation unit can be found to satisfy the demanded criteria of improvement target. Therefore, a systematic method for the improvement of distillation unit is of the considerable interest in order to evaluate the improvement objectives of design alternatives that include economic, environmental and safety criteria. Accordingly, this thesis presents integrated improvement of distillation unit based on careful and simultaneous evaluation of economic, environmental and safety criteria of the design alternatives. The approach for integrated plant improvement in this paper bears the consequence that economically attractive plant might not be the ultimate criteria as the decision tools to choose the best design, but put this economic criteria in a degree of preference in comparison to other criteria. Then, the evaluation of safety and environmental objectives in one side and total cost objectives in other side should be taken into account as a critical step in the plant improvement scenario. This research proposes a fundamental work on evaluation of economic, safety and economic criteria in distillation technology in an integrated manner. Economic evaluation will be calculated based on total annualized cost calculation. Environmental evaluation relies on the calculation of potential environmental impact associated with generated heat and mass balances generated by process simulation. Safety evaluation will be based on dynamic simulation of the investigated distillation unit during disturbance or non-standard operation as well as inherent safety index calculation. At the end, this thesis proposed a methodology for the improvement of distillation unit based on a framework of multi criteria decision making analysis. An analytic hierarchy process methodology is used to support decision upon the criteria for selection, rate the relative importance of the criteria and its advantages/ disadvantages as well as to combine the ratings to obtain an overall rating for each choice of design improvement. The concept will be applied in an existing plant as case study. It is supposed that the proposed integrated-scenario is applicable to support a decision making in chemical industries that always deal all the time with improvement tasks. N2 - Verschärfte Sicherheit- und Umweltgesetze, geringere Lebenszykluszeiten sowie intensiver Wettbewerb stellen eine Herausforderung für die Prozessindustrie dar. Diese wird u.a. durch die Weiterentwicklung der Anlagen, z.B. der Destillationsanlagen, begegnet. Werden zur Umsetzung von z.B. Destillationsprozessen verschiedene Designalternativen entwickelt, dann gilt es die beste Lösung herauszufinden. Dafür ist eine systematische Methode, die u.a. Wirtschaftlichkeit, Umweltfreundlichkeit und Sicherheit als Bewertungskriterien enthält, hilfreich. Der in dieser Arbeit vorgestellte Bewertungsansatz berücksichtigt neben den ökonomischen Aspekten noch beispielhaft die weiteren oben genannten Gesichtspunkte. Für jede Designalternative werden zunächst die jährlichen Gesamtkosten und die Sicherheits- und Umweltaspekte bewertet. Die Umweltbewertung beruht einerseits auf die durch Prozesssimulation bzw. Wärme- und Massenbilanzen ermittelte problemspezifische Datenbasis und andererseits auf die auf Standards basierende Auswirkungsanalyse. Die Betriebssicherheit wird über die Kriterien a) Risiko und b) inhärente Sicherheit erfasst. Dabei liefert die dynamische Simulation von Prozessstörungen die Bewertungsbasis. Zur mehrkriteriellen Bewertung der Designalternativen wird die AHP – Methode eingesetzt. Sie liefert schließlich durch Kombination von Einzelbewertungen eine Rankfolge der Lösungsalternativen. Nach der Methodik werden die der Methodik zugrund liegenden Aspekte im Rahmen einer Fallstudie vertieft. Dafür liefert eine technische Destillationsanlage die Grundlage. KW - Destillation KW - Multikriteria-Entscheidung KW - Destillationsanlage KW - Mehrkriterielle Optimierung KW - Umweltbewertung KW - Sicherheitsbewertung KW - Distillation unit KW - Multicriteria decision making analysis KW - Environmental evaluation KW - Safety evaluation Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-1701 ER - TY - THES A1 - Tijani, Alhassan Salami T1 - Development of an energy module for the multi-objective optimisation of complex distillation processes T1 - Zur Entwicklung eines Energiemoduls für komplexe Destillations-Verfahren unter Berücksichtigung der multikriteriellen Optimierung N2 - Reduction of energy consumption has increasingly come into sharp focus in the chemical process industry. This is of great value not only for existing plant but also for the development of new processes. Therefore, the challenge for process design engineers to develop an integrated chemical process that simultaneously satisfies economic and environmental objectives has increased considerably. Particularly, multi-objective optimization in the chemical industry has become increasingly popular during the last decade. The main problem lies, in selecting the alternative best design during decision making with multiple and often conflicting objectives. This thesis work presents a methodology for the multi-objective optimization of process design alternatives under economic and environmental objectives and also to establish the linkage between exergy and the environment. Four distillation units design alternatives with increasing level of heat integration were considered. Each design is analysed from exergy, potential environmental impact (PEI) and economic point of view. A non-dominated solution known as the “Pareto optimal solution” is generated for decision making. The thermodynamic efficiency indicates where exergy losses occur. The demand for industrial process heat by means of solar energy has generated much interest because it offers an innovative way to reduce operating cost and improve clean renewable electric power. Concentrated Solar Thermal Power (CSP) can provide solution to global energy problems within a relatively short time and is capable of contributing to carbon dioxide reduction, which is an important step towards zero emissions in the process industries. This work provides an overview of a simulation model to evaluate the environmental and economic performance of two case studies of solar thermal power plants. A methodology is presented to integrate solar thermal power plant into industrial processes and this is then compared with an existing hydrocarbon recovery (HCR) plant that depends on coal as its energy source. The two process design alternatives where simulated using the process simulator Aspen PlusTM. This thesis work also evaluates two types of power plants based on coal. The plants considered provide utility systems such as steam and electrical energy to the process plants. Exergy analysis was performed for each type of plant. The standard PEI calculation procedure has been modified for consideration of specific energy resources or power plants. N2 - Die multikriterielle Optimierung hat in der chemischen Industrie eine zunehmende Bedeutung für die Entscheidungsfindung bei der Auswahl des besten Entwurfs erhalten. Gleichzeitig mehrere Ziele, wie z.B. Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz zu verfolgen, ist eine Herausforderung für Verfahrensingenieure. Die Verminderung des Energieverbrauchs gewinnt in der chemischen Verfahrensindustrie zunehmend an Gewicht. nicht nur für existierende Anlagen, sondern auch für die Entwicklung von neuen Verfahren. Die vorliegende Arbeit präsentiert einen Ansatz für eine multikriterielle Optimierung von Verfahrensentwurfsalternativen unter Betrachtung von Ökonomie und Umweltschutz als auch Exergy und Umweltschutz. Vier Destillationsalternativen mit unterschiedlich intensiver Wärmeintegration wurden untersucht. Es wurden jeweils die Exergy, die potenzielle Umweltwirkung (PEI) und Ökonomie analysiert. Die direkte Erzeugung von Dampf mittels Sonnenenergie (Concentrated Solar Thermal Power, CSP) hat viel Interesse erzeugt, weil dadurch Betriebskosten verringert und gleichzeitig Umweltbelastungen (Kohlendioxidemission) reduziert werden können. In dieser Arbeit wird beispielhaft anhand von zwei Fallstudien gezeigt, wie die Verknüpfung thermischer Solarkraftwerke mit industriellen Prozessen vorgenommen werden kann. Die zwei Prozessalternativen wurden unter Verwendung des Prozesssimulators Aspen PlusTM und das Solarkraftwerk unter Einsatz von Genius simuliert. Für die Bewertung der Umweltbelastung nach dem PEI - Berechnungsverfahren wurden Alternativen entwickelt. KW - Destillation KW - Verfahrensindustrie KW - Exergie KW - Mehrkriterielle Optimierung KW - Exergy KW - Potenzielle Umweltwirkung (PEI) KW - Multikriterielle Optimierung KW - Solarkraftwerk KW - Destillation KW - Exergy KW - Potential environmental impact (PEI) KW - Multi-objective optimization KW - Solar thermal power (CSP) KW - Destillation Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-18905 ER -