CHEMCAD-simulointiohjelmiston hyödyntäminen

Abstract

Tampereen ammattikorkeakoulussa Biotuotetekniikan tutkinto-ohjelmassa opetetaan kemianteollisuuden prosessien simulointia CHEMCAD-ohjelmistolla tällä hetkellä vain Tehdassuunnittelu ja prosessien mallintaminen -opintojaksolla. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli laajentaa simulointiopetusta myös muille opintojaksoille. Tarkoituksena oli laatia opiskelijatasoisia simulointitehtäviä CHEMCADillä esimerkiksi Aineensiirto ja kemialliset yksikköprosessit -opintojaksolle.

Opinnäytetyö alkoi ohjelmistoon tutustumisella, joka tapahtui virallisen CHEMCAD-käyttöoppaan tutkimisella ja esimerkkisimulaatioiden tekemisellä. CHEMCAD-ohjelmistolla tehtyjä esimerkkisimulaatioita löytyi YouTube-videopalvelusta sekä Tampereen ammattikorkeakoulun Nor-Par-yhteistyöhenkilöltä saadusta työpajasta. Nor-Par a.s on Norjassa sijaitseva CHEMCADin jakeluyritys, joka toimii myös CHEMCADin kehittäneen Chemstation inc:n tuki- ja koulutuskeskuksena. Työn edetessä päädyttiin rajaamaan kehitettävien tehtävien aihe tislaukseen ja tislauskolonneihin, koska CHEMCAD sisältää laajan tietokannan kemiallisia komponentteja ja useita yksikköprosesseja sekä niihin liittyviä toimintoja.

Opinnäytetyön tuloksena syntyi viisi tehtävää, joista yksi poimittiin ja suomennettiin Nor-Par-työpajasta. Tehtävät ovat kaikki tislaukseen tai tislauskolonneihin liittyviä ja eri vaikeustasoisia, joista yksinkertaisimmat soveltuisivat simuloinnin sekä tislauksen teorian perusteiden opetteluun. Mitoituksia ja tutkimuskysymyksiä käsittelevät tehtävät puolestaan ovat monimutkaisempia ja syventävät simulointitaitoja. Tehtävissä yhdistyvät simulointiohjelmiston laskennallinen puoli sekä tislauksen teoria, joten ne voitaisiin hyvin sisällyttää tislausta käsittelevälle Aineensiirto ja kemialliset yksikköprosessit -opintojaksolle.

Koska CHEMCAD sisältää monipuolisesti erilaisia yksikköprosesseja ja Tampereen ammattikorkeakoulun Biotuotetekniikan tutkinto-ohjelmassa käsitellään kemiallisia prosesseja eri opintojaksoilla, CHEMCAD-tehtäviä voitaisiin kehittää edelleen muitakin kemiallisia prosesseja varten. Jatkotutkimuksessa erityisen hyödyllinen olisi Nor-Par-työpaja, joka sisältää eri vaikeustasoisia ja monipuolisia prosessisimulointitehtäviä. Näitä tehtäviä voitaisiin jatkossa suomentaa ja jaotella mahdollisesti muillekin biotuotetekniikan opintojaksoille, tai ainakin hyödyntää uusien simulointitehtävien kehittämisessä.

The thesis was commissioned by Tampere University of Applied Sciences degree programme of Bioproduct Engineering where process simulation of chemical industry by CHEMCAD simulation software is only taught in Industrial plant design and process simulation study module. The goal of this thesis was to extend the simulation education for other study modules, too. The purpose was to create student-level simulation exercises with CHEMCAD e.g., for Mass transfer and chemical unit processes study module.

First the CHEMCAD User Guide was studied and example simulations performed. The example simulations were discovered from YouTube online video platform and from a workshop received from a partner of Tampere University of Applied Sciences. The partner works for Nor-Par a.s, which is a Norway-based distribution company of CHEMCAD, as well as a support and training center for Chemstations Inc, the creator of CHEMCAD. As the thesis proceeded, it was decided that the theme of created exercises should be limited to distillation and distillation columns as CHEMCAD includes an extensive database of chemical components and many unit processes and their functions.

The thesis resulted in five exercises where one of them was picked and translated into Finnish from the Nor-Par workshop. All the exercises are related to distillation and have different difficulty levels. The simplest ones are suitable for learning the basics of simulation and theory of distillation. The exercises related to sizing and case studies are on the other hand more complicated and advance simulation skills. In the exercises, the calculated side of the simulation software and the theory of distillation come together in a way that the exercises could well be included in the Mass transfer and chemical unit processes study module, where the theory of distillation is studied.

As CHEMCAD includes wide-ranging different unit processes and in the degree programme of Bioproduct Engineering different chemical processes are taught, more CHEMCAD exercises could be developed further for other chemical processes, too. The Nor-Par workshop could be especially useful for further research since it includes different types of simulation exercises with different difficulty levels. These exercises could be translated into Finnish and possibly divided for other study modules of Bioproduct Engineering, or at least utilized for creation of new process simulation exercises.