PROSES TASARIMI II

NİTROBENZENİN KATALİTİK HİDROJENASYONU İLE ANİLİN ÜRETİMİ

1AC GRUBU

10051042 ESRA ALTUN

11051803 AYŞE ÇELİK

İÇERİK

• ANİLİN ve ÖZELLİKLERİ• KULLANIM ALANLARI• KAPASİTE• PROSES AKIŞ DİYAGRAMI• EKONOMİK ANALİZa. Sabit Sermaye Maliyeti Kestirimib. Toplam Sermaye Maliyeti Kestirimic. Üretim Maliyeti Kestirimid. Karlılık Analizi• SONUÇ ve TARTIŞMALAR

ANİLİN

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.

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

Boyar Madde Yapımı

İlaç

PatlayıcıDeri Rengini Koyulaştırma

KULLANIM ALANLARI

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.

NİTROBENZENİN SIVI FAZDAKİ KATALİTİK HİDROJENASYONU İLE ANİLİN ÜRETİMİ

KAPASİTE VE

GEREKLİ HAMMADDE MİKTARI

• Proseste yıllık üretim kapasitesi 2000 ton/yıl olarak belirlenmiştir.

Besleme

Nitrobenzen 3,2 kmol/h 393,96 kg/h𝟑𝟐𝟐𝟏, 𝟓𝟗ton/yıl

Hidrojen 9,6 kmol/h 19,35 kg/h 158,23 ton/yıl

Ürün Anilin2,63 kmol/h

244,64 kg/h 2000 ton/yıl

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

Ekipman Parametre Değer Gerekli Veriler

P-101 PompasıGiriş basıncı 1 atm

W= 0,00578 kWÇıkış basıncı 1,5 atm

P-102 PompasıGiriş basıncı 1,5 atm

W= 0,043 kWÇıkış basıncı 5 atm

C-101 KompresörüGiriş sıcaklığı 298 K

W= 3,791 kWÇıkış sıcaklığı 369,76 K

C-102 TürbiniGiriş basıncı 5 atm

W= -0,378 kWÇıkış basıncı 1 atm

C-103 TürbiniGiriş basıncı 5 atm

W= -0,98 kWÇıkış basıncı 1 atm

V-101 Faz ayırıcı

Hacim 0,062 m3

Dikey

konumlandırılmıştır.Çap 0,27 m

Yükseklik 1,08 m

Ekipman boyutlandırma özeti

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 değiştiriciGiriş sıcaklığı 47,5 ºC

Alan= 2,7 m2

Çıkış sıcaklığı 253 ºC

E- 102 Isı değiştiriciGiriş sıcaklığı 250 ºC

Alan= 1,75 m2

Çıkış sıcaklığı 49,1 ºC

E- 103 Isı değiştiriciGiriş 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

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

• 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 = 𝐶0𝑆

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.

• 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 = 𝐶0𝐿

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.

• A= 29,06 ft2

• Isı değiştirici için cihaz maliyeti:

• 𝐶0 = 300 $ 𝑆0 = 5,5 𝛼 = 0,024

• 𝐶 = 30029,06

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 $

• 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 = 18054,63

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 𝐹𝑚 = 1,7• 𝑀𝐵𝐹 = 𝐹𝑑 + 𝐹𝑠 + 𝐹𝑚 = 0 + 1 + 1,7 = 2,7

• Güncelleşmiş kurulmuş cihaz maliyeti = 4,99x19,56x( 2,7+1-1)= 266 $

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

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

• Sabit sermaye maliyeti toplam sermayenin %80’ini oluşturmaktadır.

• Toplam sermaye maliyeti;

• 𝟕𝟕𝟔. 𝟑𝟔𝟖 ×𝟏𝟎𝟎

𝟖𝟎= 𝟗𝟕𝟎. 𝟒𝟔𝟎 $ olarak

bulunur.

• 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

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

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

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)

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)

• 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

𝑑𝑘𝐷𝐷𝐵 = 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

Yıl (k) dkDDB

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

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 $

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

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

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.

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

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.

• 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/CEPCI_2014.pdf

• http://turkish.alibaba.com/product-gs/nitrobenzene-1677382249.html

• http://www.ika.rwth-aachen.de/r2h