Scaling of the modular synthesis of a cellulose derivative

Abstract

The target of this Bachelor’s thesis was to study distributed manufacturing by means of a flexible modular containerised process. A cellulose derivative synthesis well-known in literature was selected as a case for the project in order to examine the scalability of the containerised modular plant.

This thesis started by gathering information about the synthesis process and by determining what unit processes it would include. Some process units, such as the mill, were predetermined. Other equipment was determined and dimensioned during this thesis.

Output for the balance calculations was selected based on the synthesis reactor’s working capacity. The next task was to find the parameters relating to the balance calculations. Having chosen the machinery and using the information from the balance calculations, the unit processes could now be dimensioned. Only the primary unit processes were dimensioned accurately. The rest would be determined later during cost estimation.

Regulations and legislation relating to the process were studied as well. Of interest were restrictions relating to the increase of output and the amount of chemicals used and produced. It was necessary to find out whether there existed a certain limit of produced/used chemicals that would increase the regulatory workload significantly.

Finally, the scaling was done to the different capacities and the related costs. The specific calculations were done with a single capacity for demonstration. A graph with capacities and expenses was obtained to model the interaction.

Työn tarkoitus oli tutkia hajautettua tuotantoa kontteihin asennettavilla prosessikokonaisuuksilla. Tutkimuksen kohteeksi valittiin selluloosan johdannaisen syntetisointi. Erityisesti prosessin skaalausta tuli tarkastella.

Työ alkoi synteesiprosessiin ja prosessilaitteisiin perehtymisellä. Jotkin laitteet olivat ennalta määritettyjä tilaajan puolesta, esimerkiksi jauhin. Muut laitteet määritettiin työn aikana.

Tuotantomäärä määritettiin synteesireaktorin kapasiteetin perusteella taselaskentaa varten. Loppu tieto taselaskentaa varten haettiin kirjallisuudesta tai oletettiin. Taselaskennan avulla mitoitettiin prosessilaitteet. Ainoastaan pääprosessilaitteet mitoitettiin tarkasti. Loput määritettiin kustannuslaskennassa.

Myös prosessiin liittyvät lait ja määräykset käytiin läpi. Mielenkiinnon kohteena olivat rajoitukset, jotka liittyivät käytettyihin kemikaaleihin tai tuotantomäärän kasvattamiseen. Tarkoitus oli löytää mahdollinen raja-arvo, jonka ylittäminen tuottaisi huomattavasti enemmän töitä lakien ja määräyksien parissa.

Lopuksi prosessi skaalattiin. Tarkat laskut suoritettiin yhdelle kapasiteetille havainnollistamisen vuoksi. Kapasiteettien ja kustannusten avulla piirrettiin käyrä kuvaamaan yhteisvaikutusta.