Faasitasapainokennon käyttöönotto ja testaus

Abstract

Insinöörityössä koottiin ja testattiin uusi tutkimus- ja mittauslaitteisto Aalto-yliopistolle. Kyseessä oli muuttuvatilavuuksinen kenno, jolla oli tarkoitus tutkia faasitasapainoja. Kennolla oli tarkoitus päästä yli 200 °C lämpötiloihin ja lähes 100 bar paineeseen. Laitteistolla mitattavia perussuureita ovat lämpötila, paine ja tilavuus. Ennen työn aloittamista tehtiin pienimuotoinen HAZOP-riskienarviointi mahdollisten vaaratekijöiden minimoimiseksi. Laitteen kokoamisvaiheessa tutkittiin eri vaihtoehtoja kennon tiivistetyypeille, liitännöille, venttiileille sekä mittauslaitteistoille. Kokoonpano- ja testausvaiheessa ongelmien ratkai-sussa pyrittiin ottamaan huomioon, mihin kennoa tulevaisuudessa insinöörityön jälkeen tul-taisiin käyttämään. Kennon toimivuutta testattiin muutamalla mittaustyypillä. Testauksissa käytetyksi kemikaa-liksi oli valittu n-heksaani ja saatuja tuloksia vertailtiin tieteellisissä artikkeleissa ja kirjoissa ilmoitettuihin n-heksaanin ominaisuuksien arvoihin. Kennoon asennetuille antureille suori-tettiin kalibrointimittauksia ja kalibrointien jälkeen mitattiin n-heksaanin höyrynpaineita kahdella eri mittausmenetelmällä. Kennon paineanturille asennettiin kamera ja määritettiin me-netelmä kennon tilavuuden mittaamiselle kennosta otetun valokuvan perusteella. Tilavuuden avulla voidaan määrittää ominaistilavuus. Työssä tutkittiin myös n-heksaanin käyttäytymistä kriittisessä pisteessä. Käyttöönoton jälkeen laitteiston käyttämiseen koulutettiin henkilö, joka tulisi jatkamaan laitteistolla tehtävää tutkimusta. Laitteistolla saatiin mitattua n- heksaanin höyrynpaineita ja tulokset olivat lähellä kirjallisuuslähteiden arvoja. Tehtyjen tiivisteratkaisujen ja laitteiston kytkentävalintojen jälkeen saatiin kenno toimintakuntoon ja lisäksi saatiin tietoa millaisia muutoksia laitteistoon tulisi vielä tehdä.

In this thesis, a measuring and research device was assembled in co-operation with Aalto University. The device was a variable volume cell which can be used to study phase equilibrium. This cell could be used at temperatures exceeding 200 °C and at pressures as high as 100 bar. The variables that could be measured with the device are temperature, pressure and volume. Before running the device, a small HAZOP risk analysis was made to minimize the possible hazardous risks. In the assembling stage, different alternatives were considered for sealing, connections, val-ves and measuring devices. In the assembly and testing stages, all the possible obstacles were tackled bearing in mind in what way the equipment would be used in the future. The cell was tested by using a few different methods. The chemical that was used was n-hexane, and the results from the tests were compared to results from studies and values that had been found in literature and publications. The sensors were calibrated, and mea-surements for the n-hexane vapor pressures were performed. A camera was installed to the device which could be used to evaluate the volume of the cell from the picture. From the volume it is possible to evaluate the specific volume of the substance. The critical point of n-hexane was also measured. After the assembly and testing stages, an orientation session was given to the person who was going to continue with the device. The vapor pressures of n-hexane were quite close to ones found in the literature. After the start up and assembly, conclusions were made on what would be the suitable changes that should be made to the equipment in the future.