Oppgaver under veiledning av Hugo A. Jakobsen og Jørgen Løvland:
HAJ / JL 1 Modellering og simulering av en trefase boblekolonnereaktor
I denne oppgaven skal vi ta utgangspunkt i et ikke-ideelt kjemisk system, SINTEFs trefasemetanolprosess. Hovedutfordringen nå er å utlede og implementere nødvendige modelligninger for å beskrive varmetransport og transport av kjemiske komponenter i et ikke-ideelt systemet. Det tas utgangpunkt i to eksisterende programpakker, en som inntil nå bare beskriver strømningsforholdene i reaktoren (CFD) og en annen programpakke som beskriver termodynamikken i systemet.
Oppgaven forutsetter interesse og kjennskap til FORTRAN og C- programmering.
HAJ / JL 2 Modellering og simulering av en pilotskala gasskaverne
I denne oppgaven skal vi ta utgangspunkt i et ikke-ideelt kjemisk system, naturgass, under fylling, lagring og tømming av en gasskaverne. Hovedutfordringen består i å utlede og implementere nødvendige modell-ligninger for å beskrive varmetransport og transport av kjemiske komponenter i et ikke-ideelt systemet. Det tas utgangpunkt i de samme programpakkene som nevnt i oppgave 1, en som inntil nå bare beskriver strømningsforholdene i kaverna (CFD) og en annen programpakke som beskriver termodynamikken i systemet.
Simuleringsresultatene skal sammenlignes med måledata av temperatur i en pilotskala kaverne lokalisert på Kårstø. Målingene er utført i et tidligere diplomarbeid.
Oppgaven er reservert for en tysk student fra Freiberg.
Oppgaver under veiledning av Hugo A. Jakobsen:
HAJ 1 Modellering og simulering av en tofase boblekolonne
I denne oppgaven skal vi ta utgangspunkt i et ikke-reaktivt kjemisk system, luft og vann. De nødvendige modelligningene for å beskrive fase- og boblestørrelsesfordelingen i systemet skal utledes og implementeres. Det tas utgangpunkt i en eksisterende programpakke som beskriver strømningsforholdene i reaktoren (CFD). Det har imidlertid inntil dags dato ikke blitt avklart i detalj hvorfor gassboblene har en tendens til å strømme oppover i midten av det vertikale røret som utgjør reaktoren, og ikke langs veggene som hovedtyngden av eksisterende teori predikerer. Noen mer eller mindre gjennomtenkte forslag til mekanismer eksisterer i litteraturen for å beskrive dette avviket. Vi skal forsøke å avklare og vise hvilke av disse mekanismerne som er mest sannsynlige.
Oppgaven forutsetter interesse og kjennskap til C- programmering.
Medveileder: Lars Hagesæther.
HAJ 2 Modellering og simulering av gass/væske strømning i vertikale rør
I likhet med oppgave 3 skal vi i denne oppgaven ta utgangspunkt i et ikke-reaktivt kjemisk system, luft og vann. De nødvendige modelligningene for å beskrive boblebevegelse i systemet skal utledes og implementeres i et FORTRAN program. Det skal altså utvikles en programpakke som beskriver strømningsforholdene i røret i detalj basert på en modelltype som kalles Volume Of Fluid (VOF).
Bakgrunnen for oppgaven er, som for oppgave 3, et ønske om å øke forståelsen av boblestrømning generelt. Dersom tiden strekker til, skal vi reprodusere og evaluere noen av de samme mekanismerne som er omtalt i oppgave 3.
Oppgaven forutsetter godt humør, samt en viss interesse og kjennskap til FORTRAN- programmering.
Medveileder: Helge I. Anderson, Inst. for mekanikk-, termo- og fluiddynamikk, NTNU.
HAJ 3 Modellering og simulering av en tofase fluidized bed reaktor
I denne oppgaven skal vi ta utgangspunkt i et ikke-reaktivt kjemisk system, luft og katalysatorpartikler. De nødvendige modelligningene for å beskrive fase- og partikkelfordelingen i systemet skal utledes og implementeres. Det tas utgangpunkt i en eksisterende programpakke som beskriver strømningsforholdene i reaktoren (CFD). Det har imidlertid inntil dags dato ikke blitt avklart i detalj om også partiklene (i likhet med gassbobler) har en tendens til å strømme oppover i midten av det vertikale røret som utgjør reaktoren, eller om partiklene i stedet strømmer oppover langs veggene som hovedtyngden av eksisterende teori predikerer. Noen mer eller mindre gjennomtenkte forslag til mekanismer eksisterer i litteraturen. Vi skal forsøke å avklare og vise hvilke av disse mekanismerne som er mest sannsynlige, og sammenligne resultatene med de fordelinger som er målt ved hjelp av eksperimentelle studier.
Dersom tiden strekker til, skal man også implementere og studere et reagerende system som for eksempel Fisher-Tropsch eller katalytisk cracking prosessene.
Oppgaven forutsetter interesse og kjennskap til C-programmering.
HAJ 4 Modellering og simulering av fixed bed reaktorer
I denne oppgaven skal vi ta utgangspunkt i to kjemiske system, produksjon av metanol og syntesegass. De nødvendige modelligningene for å beskrive systemene skal utledes og implementeres i et FORTRAN program. Det tas utgangpunkt i en eksisterende programpakke som er utviklet av studenter ved instituttet.
Modellen skal være dynamisk, og en viktig del av oppgaven vil være å optimalisere de numeriske algoritmene slik at simuleringene kan utføres i løpet av rimelig tid. Modellen skal utvides til en heterogen, todimensjonal dispersjonsmodell med både aksiell og radiell dispersjon.
Oppgaven forutsetter interesse og kjennskap til FORTRAN- programmering.
Medveileder Anne Kværnø, Inst. for matematiske fag.
HAJ 5 Dynamisk strømningsmodellering av kjemiske reaktorer
I denne oppgaven skal vi ta utgangspunkt i et ikke-reaktivt kjemisk system, gjerne de samme systemene som skal studeres i oppgave 2-4. De nødvendige endringene av modell-ligningene som skal til for å beskrive dynamikken i systemet skal utledes og implementeres.
Det skal altså utvikles en programpakke som gir en dynamisk beskrivelse av strømningsforholdene i reaktoren. Vi skal videreføre et program for evaluering av numeriske løsningsalgoritmer til også å omfatte strømningsvariable som trykk og hastigheter (SIMPLE, SOLA, MAC), og anvende den komplette modellen på et fysisk system i 2D.
Bakgrunnen for oppgaven er ønsket om å øke forståelsen av dynamiske strømningsfenomener i kjemiske reaktorer generelt. Dersom tiden strekker til, skal vi reprodusere og evaluere noen av de samme mekanismerne som er omtalt i de andre oppgavene.
Oppgaven forutsetter meget godt humør, og en viss interesse og kjennskap til FORTRAN- programmering.
Medveileder: Helge I. Anderson, Inst. for mekanikk-, termo- og fluiddynamikk, NTNU.
HAJ 6 Numerisk analyse av faseseparasjon i scrubbere
Oppgaven er reservert for Elisabeth Haaland.
Medveileder: Ernst Hansen, Sintef Energi.
HAJ 7 Modellering og simulering av strømningsfenomener i scrubbere
Oppgaven er reservert for Kristin Kinn.
Medveileder: Ernst Hansen, Sintef Energi.
Veiledning ved Terje Hertzberg
THz1 Verdikjedemodell
I verdikjedemodell utvikles en modell av Statoils produksjonssystem. Modellen beskriver produktenes strøm fra brønn gjennom plattform og evt. videre til behandling på Kårstø, Kollsnes og Mongstad før produktene går til kunde. Modellen utvikles i regneark og databaser. Det eksisterer modeller for Statpipe samt Åsgard, mens bl.a. Sleipner og Troll mangler. Første del av oppgaven vil være modellering av Sleipner + Kårstø og/eller Troll + Kollsnes. I andre del av oppgaven benyttes modellene til optimalisering av systemet.
Oppgaven er reservert Geir Stian Landsverk
Kontaktperson: Ann-Cathrine Holmen, 73 58 47 10
THz2 Nettverksmodell
Energieffektivisering og kapasitetsoptimalisering av Statoil-operert gassnettverk. Arbeidet skal gjøres i den eksisterende simulator/optimalisator "Nettverksmodell", så programmering vil ikke inngå i oppgaven. Programmet benytter dynamiske modeller av gassrørene kombinert med MPC (modellbasert regulering og optimalisering) pakken Septic .
Aktuelle problemstillinger:
Energioptimalisering og regularitet for flerrør-systemer (hoveddelen av oppgaven)
Validering av modeller mot historiske data, vurdering av ulike tuningsparametre
Validering av modeller i spesielle driftssituasjoner (lave rater, lave trykk mm.), her inngår litteraturstudie på modeller for varmeovergang og friksjonstap.
Oppgaven er reservert Mari Undeli
Kontaktperson: Sverre Støren, 73 58 48 91.
THz3 Dynamisk simulering i HYSYS PLANT
Hyprotech som har utviklet HYSYS-simulatoren som brukes i prosjekteringsfaget har kommet med en ny simulator HYSYS PLANT som er mere rigorøs og egnet til dynamisk prosess-simulering. Instituttet får simulatoren med det første og denne oppgaven går ut på å utprøve programmet.
Egnet case kan være metanolfabrikken på Tjeldbergodden.
I lavtrykks metanol syntesen blir syntesegass ( CO , CO2 og H2) omsatt til metanol (CH3OH) i en fixbed reaktor fylt med Cu/Zn/Al2O3 katalysator. Reaksjonen er eksoterm, og MP-damp produseres i reaktoren.
Ureagert syntesegass blir separert fra råmetanolen, komprimert og resirkulert. Syntesegassen blir varmevekslet med reaktorproduket for forvarming.
Høsten 98 ble det utført en tilsvarende studie i med gPROMS som systemverktøy.
(Gro-Anita Hillestad)
Oppgaven krever interesse for modellering og bruk av dataverktøy.
THz4 Modelldiskriminering
Ved utvikling av mekanistiske, matematiske modeller av kjemitekniske systemer basert på eksperimentelle data er man ofte i den sistuasjonen at det finnes flere modellalterternativer og problemet er å velge eksperimentelle betingelser som gir data som best skiller mellom modellene. Denne type forsøksplanlegging kalles "modelldiskriminering" og krever bruk av modellene for planlegging av forsøkene.
Ved instituttet finnes en generelt modelltilpassingssystem MODFIT for parameterestimering i matematiske modeller. MODFIT er nylig reimplementert i MATLAB i samarbeid med SINTEF Kjemi og systemet skal utvides til å tilby forskjellig verktøy for forsøksplanlegging hvor "modelldiskriminering" er en opsjon.
Oppgaven går ut på å lage et MATLAB program i tilknytting til MODFIT der forskjellige kriterier for modelldiskriminering prøves ut. Interesse for forsøksplanlegging og programmering(MATLAB) er en god forutsetning for oppgaven.
THz5 Simultan optimalisering av reservoir- og produksjonsanlegg
På Statoils offshore produksjonsanlegg utføres reservoir- og produksjonsanlegg optimalisering dekoblet. I dag gjennomføres optimaliseringen ved at PETEK (Petroleumsteknologi) ved hver driftsenhet utarbeider produksjons og injeksjonsplaner (P&I planer) basert på gitte grensebetingelser topside. (Grensebetingelsene er vanligvis trykk i innløpsseparator, samt gass/olje og vannbehandlingskapasitet). Delvis uavhengig av dette utfører prosessavdelingen ved driftsenheten prosess optimalisering basert på gitt fødesammensetninger og rater fra PETEK. Optimaliseringen som utføres av prosessavdelingen kan resultere både i setpunktsendringer og i ombygginger av anlegget.
Det forventes at en samtidig optimalisering av reservoir og produksjonsanlegg vil føre til økt kapasitetsutnytelse av Statoils produksjonsanlegg.
Oppgave:
Kandidatene skal undersøke potensialet for - og praktisk gjennomførbarhet av samtidig reservoir og topside optimalisering. Resultatet fra oppgaven skal utprøves på et av Statoils anlegg.
Reservert: Gisle Otto Eikrem og Olaf Trygve Berglihn.
Oppgaver under ledelse av Jørgen Løvland
JL1 Masseoverføring ved høye trykk
Oppgaven er en del av et prosjekt i samarbeid med Bergakademie Freiberg, og det finansieres av Statoil og VerbundNetz Gas. Det forutsettes at den som tar oppgaven først har sommerjobb ved instituttet 6 uker. Denne tiden vil bestå av opplæring i og bruk av den programvare som benyttes til å beregne de termodynamiske egenskpaer som trenges.
Selve diplomen er eksperimentell og skal utføres i Freiberg, en by på ca 50 000 innb. i nærheten av Dresden. Der bygges det nå emn apparatur for å måle masseoverføring fra venn til naturgass ved opptil 100 bar. Prinsippet er at vannet befinner seg på en skål på en vekt, og vekttapet gir masseoverføringen.
Vi har hatt studenter i Freiberg de tre foregående årene, og alle har de vært svært fornøyd med oppholdet. Det er tilbud om språkkurs også. Dessuten betales reise og boutgifter.
Medveileder: Hugo Jakobsen.
JL2 Øvingsoppgaver i Anvendt termodynamikk
Som kjent er studieplanen under omlegging, og vi skal over til 12 BT fag. Fra våren 2000 skal derfor faget Anvendt termodynamikk utvides fra 7 til 12 BT. En del av omleggingen er at det vil bli langt flere øvinger med bruk av dataprogram i faget. Denne oppgaven går ut på å lage endel oppgaver med bruk av Matlab, som studentene skal kjenne. Oppgavene vil bli basert på kubiske tilstandsligninger. Det viktigste er å finne måter til å illustrere teorien ved beregninger som er "synlige". Hvordan dette skal gjøres får vi bestemme sammen underveis, men grafikk er ett stikkord. Det kan bli aktuelt å benytte prosjektarbeid i 4. klasse til underleveranser.
JL3 Superkritiske vann-hydrokarbon systemer
En stipendiat arbeider med å beskrive sub- og superkritiske vann- hydrokarbonsystemer ved bruk av kubisk tilstandsligning, hvilket fungerer meget bra. Denne oppgaven går ut på å beskrive endel systemer hvor vi har data men som ikke er testet. Det er viktig å underøske varianter av beskrivelse, særlig for systemer hvor vi har bare væske-væske likevektsdata. Oppgaven vil gi en meget bra innsikt i praktisk termodynamikk, og innsikt i mulige anvendelser av superkritiske systemer.
Medveileder: Lucie Kudelkova
JL4 Polytropisk kompresjon og ekspansjon
Ifjor var det en som tok diplom på kompressibel rørstrømning hvor vår kubiske tilstandsligning ble benyttet til de termodynamiske beregningene. Det krever ikke så store forandringene for å endre til å beregne kompresjon. For ekspansjon ønsker vi dessuten å legge inn en løpende test på om væske skilles ut, og å ta hensyn til væsken i den videre ekspansjon. Beregningen av kompresjon kan kombineres med kurver for valg av antall trinn. Beregningsresultatene skal sammenlignes med Hysys og med minst et annet program.
JL5 Arktisk produksjonsteknologi
Oppgaven er skaffet av og reservert for Erik Norgren, og skal utføres hos Norsk Hydro, Oslo.
JL6 Oppgave fra Borealis
Oppgaven er skaffet av og reservert for Steinar Asdahl. Detaljer vil bli avklart senere.
JL7 og JL8
Oppgaver knyttet til raffineriet på Mongstad etter sommerjobb der. Oppgavene utføres hos Statoil i Trondheim.
Reservert Trond Olav Høyland og Atle Håvåg.
Diplomoppgaver som veiledes av Norvald Nesse
For alle oppgavene er det en fordel om du kjenner grunnlaget i membranteknologi.
NoN 1 Karakterisering av membraner. Bestemmelse av fuktingsegenskaper
Ved membranfiltrering vil alltid fluksen avta med tiden fordi porene i membranen blir tilstoppet og overflaten tilskitnet. Det er imidlertid kjent at membranens hydrofile/hydrofobe egenskaper kan ha stor betydning for hvor fort dette skjer. Membraner som har liten tendens til fouling er svært interessante i industriell sammenheng.
Vanligvis blir hydrofilitet bestemt ved måling av kontaktvinkelen mellom membranoverflaten og en vanndråpe som enten henger under eller ligger på overflaten. Målemetoden gir ofte sprikende resultater selv om membranene er framstilt av det samme materialet. Dette kan skyldes ulik
overflateporøsitet på de ulike membranene. Porene i overflaten er i utgangspunktet gassfylte og derved hydrofobe, og dette kan påvirke den målte kontaktvinkelen.
Hydrofiliteten er et mål for hvor lett vann bindes til materialet. Dette er en egenskap som er knyttet til forekomst og antall av hydrofile grupper (særlig OH-grupper) i overflaten. Ved tørking av hygroskopiske materialer har man også problemer med at vann bindes til hydrofile grupper i materialet. Et hjelpemiddel for å bestemme tørkeegenskapane til slike materialer er å bestemme vannaktiviteten i materialet. Dette gjøres ved å måle vanndamptrykket eller likevektsfuktigheten over materialet ved forskjellige vanninnhold.
I denne oppgaven vil man undersøke om teknikken med måling av vannaktiviteten i en fuktet membran kan anvendes som et mål for hydrofiliteten av mikro- og ultrafiltreringsmembraner.
Vi har erfaring med måling av vannaktiviteten for andre materialer. Eksperimentelt er dette relativt enkelt, og flere etablerte metoder metoder kan benyttes.
Det vil være aktuelt å foreta målinger både av kontaktvinkel og vannaktivitet for å sammenligne resultatene.
NoN 2 Ionetransport i membraner ved nanofiltrering
Ved nanofiltrering av konsentrert magnesiumklorid elektrolytt for å fjerne forurensninger av toverdige anioner har man observert at retensjonen for magnesiumklorid er nesten null, mens retensjonen for det toverdige anionet kan være i størrelsesorden 0,5 . Dette er overraskende da man normalt skulle vente en betydelig retensjon også for magnesiumklorid med de membraner som benyttes. Vi vet ikke om dette skyldes lite kjente sider ved selve transportprosessen gjennom membranen, om det er egenskapene til polarisasjonssjiktet nær membranoverflaten som gir dette resultatet, eller om det kan tenkes andre årsaker.
I samarbeid med Norsk Hydro og SINTEF tar man sikte på å kjøre forsøk med den aktuelle type nanofiltreringsmembraner for å kartlegge og klarlegge fenomenet.
I tilknytning til oppgaven tilbys det sommerjobb for å bygge og klargjøre en egnet apparatur.
Medveileder: Edvard Sivertsen ( dr.ing stipendiat innen dette området).
NoN 3 Saltfjerning fra limvann
Limvann er betegnelsen på den vannfasen man får under opparbeidelse av fiskeråstoff til fiskemel og -olje. Limvann inneholder i hovedsak løste og dispergerte proteiner og proteinfragmenter samt en del salt. Vanligvis opparbeides limvannet til fiskemel ved først å fjerne fett, deretter inndamping til 40-45 % tørrstoff hvoretter konsentratet blandes med fuktig presskake og tørkes sammen med denne. Men det er også interesse for å opparbeide limvannet til mer verdifulle produkter. Til visse
formål vil imidlertid saltmengden i limvannet være for høy, og man ønsker derfor å undersøke muligheter for å redusere denne før videre opparbeiding.
Ultrafiltrering med en passende membran vil kunne slippe gjennom salt sammen med vann i permeatet mens proteiner og andre større molekyler holdes tilbake. Avsaltingen blir da proporsjonal med den væskemengden som taes ut som permeat. Om ønskelig kan man ta ut mer salt ved å fortynne retentatet med vann og fortsette filtreringen. (Diafiltrering)
En annen mulig teknikk er elektrodialyse. Dette er en membranseparasjon der det anvendes ionebyttermembraner med et elektrisk spenningsfelt over membranene som drivende kraft.. Vannfjerningen er her minimal, det er stort sett bare ionene som fjernes selektivt fra løsningen.
Oppgaven omfatter en teoretisk og eksperimentell studie av de to teknikkene for saltreduksjon, og utføres i samarbeid med SSF (Sildolje- og sildemelsindustriens forskningsinstitutt) som ligger nær Bergen. Apparatur til begge metodene er tilgjengelig her på instituttet..
NoN 4 Studier av klor-alkali produksjon i membrananlegg
Oppgaven er reservert Johnny P. Sundby, og utføres i samarbeid med Borregaard.
Oppgaver under veiledning av Torbjørn Helle
(Oppgavene vil bli utført i PFIs nye bygning, om ikke annet oppgis.)
TH 1 Studier av absorpsjonsegenskapene for papir av returfibre
Bruken av returpapir til ulike formål øker, men returpapirmasse skiller seg fra ny papirmasse på en del fundamentale områder som gjør at returfibre ikke alltid kan erstatte nye fibre. Oppgaven fokuserer på hvordan struktur, overflatekjemi, finstoffordeling og fibermorfologi påvirker absorpsjonsegenskapene til papir laget av resirkulerte fibre. Dette er av særlig interesse for papir som skal impregneres med fenolharpiks og brukes til gulvbelegg, veggplater ol.
Penetrasjonsegenskapene til papir måles direkte ved å studere inntrengningen av den væsken man er interessert i i et Mütek absorpsjonsapparat. Ved å studere fibrenes overflatekjemi og morfologi, papirets finstoffinnhold og finstoffets fordeling i papiret, kan man avsløre hvordan disse faktorene påvirker penetrasjonsprosessen. Papirets struktur er trolig den viktigste faktoren for penetrasjonsprosessen. Papirets struktur avhenger både av egenskapene til papirmassen og papirmaskinvariable. Sammenhengen mellom struktur og penetrasjon vil være det viktigste forskningsområdet.
Oppgaven vil bli utført i tett samarbeid med papirfabrikken Peterson Linerboard Ranheim. Dr. Øyvind W. Gregersen vil være medveileder for oppgaven.
TH 2 Måling og kvantifisering av fuktighetsindusert curl i papir
Papir skal være plant! For å gå problemfritt gjennom trykkpresser og kopimaskiner er det viktig at papiret er plant og ikke krøller seg ut av planet (Curl). Det er også irriterende for sluttbrukerene (du og jeg) hvis avisen eller kopipapiret ikke er plant.
Når papiret forlater papirmaskinen er det stort sett plant, men oppfukting eller uttørking kan innføre curl. Dette har sammenheng med fiberorienteringen i arket og hvordan det har blitt tørket. PFI har skaffet et apparat som måler den tredimensjonale deformasjonen til papir når luftfukigheten som omgir papiret endres. Oppgaven består i å optimalisere dette instrumentet og bruke det til å karakterisere graden av curl i ulike papirkvaliteter fra industrien. En svært viktig del vil være å forsøke og forklare årsakene til at graden av curl varierer mellom ulike papirmaskiner, ulike papirmasser og ulike posisjoner over maskinbredden. For å få dette til må både modellforsøk, teoretiske betraktninger og målinger på industrielt produsert papir utføres. Dette krever at vi samarbeider tett med flere av de norske papirfabrikkene. Oppgaven vil på den måten gi god kontakt med industrien innen et område som er av stor kommersiell interesse for fabrikkene.
Dr. Øyvind W. Gregersen vil være medveileder for oppgaven
TH3 Bildebehandling for gjenkjenning av karakteristiske strukturelementer i papirtverrsnitt
Bruk av elektronmikroskop og bildebehandling for karakterisering av papirfibre og papiregenskaper har hatt en rivende utvikling de siste fem årene. Denne utviklingen har vært ledet av miljøet ved PFI/Treforedlingsgruppa ved NTNU. Vi ønsker nå å videreføre dette arbeidet for å karakterisere papirets tredimensjonale struktur. Dette skal gjøres ved å etablere tverrsnitt av papir innstøpt i epoxyplast og så slipe seg gradvis nedover i strukturen. For hvert slip taes et bilde. I et slikt SEM-bilde av papritverrsnittet vil papirfiberene ha alle mulige orienteringer i papirplanet og vil delvis være bundet til hverandre. Mellom fiberene vil det være hulrom. Bildebehandlingsteknikker skal brukes til å karakterisere både slike åpne volum og fiberstrukturen i papiret. En viktig oppgave blir å utvikle rutiner som kan kjenne igjen fibre fra bilde til bilde ned gjennom tverrsnittene slik at disse senere kan bindes sammen i en 3D-modell av papirstrukturen. Som et utgangspunkt ser vi for oss at oppgaven kan fokuseres mot et av følgende problemområder:
Oppgaven er aktuell både for studenter med bildebehandling/databakgrunn og studenter med treforedlingsbakgrunn. Vinklingen på oppgaven kan tilpasses studenten/studentenes bakgrunn og interesser.
Medveiledere vil være dr. Øyvind Gregersen og dr. Per Gunnar Auran, PFI.
TH4 "Sam/separatmalning av blekte langfibermasser"
Blekt trykkpapir fremstilles som regel av blandinger av lang- og kortfibrig masse. Spørsmålet er da om disse bør males separat eller i blanding. Norske Skog Research (NSR) ønsker å få nærmere innsikt i dette, idet man har varierende erfaringer her.
Man ønsker en systematisk undersøkelse av saken. Man tenker seg da maling utført i PFI-mølle såvelsom i halvteknisk skala.
Arbeidet tenkes utført i hovedsak i PFIs lokaler på Gløshaugen, men i nær kontakt med NSR og derfor kanskje også noen tid ved Tofte. Sannsynligvis vil man kunne få sommerjobb ved Tofte i tilknytning til oppgaven.
Medveileder ved NSR: Forskningssjef Bjørn Dillner, Tofte.
TH5 En litteratur-/eksperimental-basert sammenlikning av relevante egenskaper for laboratorie- og teknisk fremstilt papir til trykkformål
Man vil gjerne i laboratoriet vurdere kvalitetspotensialet for papirmasser til trykkformål. Det vil være ønskelig å gjøre det på lab-formet papir, i liten skala, og hvor man har god kontroll over fremstillingsbetingelsene. Men papirformingen på lab-arkformeren avviker sterkt fra teknisk papirfremstilling, og dette har effekt for papirstrukturen. Oppgaven går ut på å gi en oversikt over karakteristiske forskjeller mellom laboratorie- og teknisk fremstilt papir, basert på litteraturstudier og egne målinger. Av aktuelt test-utstyr ved NTNU/PFI og ved Saugbrugs/Union kan nevnes
Oppgaven tenkes utført delvis ved PFI på Gløshaugen, og delvis ved Saugbrugs/Union.
Forskningsleder Hans-Erik Høydahl, NSR vil være medveileder. Man kan regne med sommerjobb i tilknytning til oppgaven.
TH6 Sammenhengen mellom flisegenskaper og massekvalitet ved TMP-produksjon
Follum har en flisanalysator som er installert i det nye tømmer-renseriet. Den måler fliskvalitet, 24 timer i døgnet. Man samler store datamengder som kan korreleres med massekvalitetsdata fra en masseanalysator (PulpExpert) i TMP- massefabrikken.
Vi ønsker å avklare sammenhenger mellom fliskvalitet og masseegenskaper der hensyn også tas til TMP driftsvariable.
Som trinn i prosessen vil naturlig inngå
Arbeidet bør i hovedsak utføres ved Follum.
Jan W. Brill vil være medveileder ved Follum.
TH7 Raffinering av TMP ved lav konsentrasjon
Tradisjonell raffinering av mekanisk masse skjer normalt ved høy konsentrasjon, men gode erfaringer fra bl.a. raffinering av returmasse har vist at man kan spare energi dersom man i stedet raffinerer ved lav konsistens (4 — 5%) Pilot- og fullskalaforsøk har vist at man kan spare opp til 10% av energien ved en gitt styrke hos den ferdige massen, samtidig som produksjonen kan økes. Installasjon er også utført i fabrikksammenheng for å forbedre massen med liten energiinnsats. Årsaken til styrkeøkningen er imidlertid uforklart.
Lavkons.-raffineringen kan plasseres etter latency-karet og energiinnsatsen er da oftest relativt liten. En av årsakene til den økte styrken kan derfor være at rafiineringen innebærer en meget effektiv latency-behandling av massen.
Hensikten med prosjektet er å studere hvilke parametre som er viktige ved lavkonsentrasjonsraffinering (f.eks. temperatur, intensitet og konsentrasjon), og å utrede hva som er
årsak til den økte styrken for massen. Man bør også måle effektene på andre masseegenskaper samt å anvende de metoder som er utviklet ved PFI for å karakterisere fibrene med hensyn til fiberveggtykkelse, sprukne fibre og effekten av raffinering vår sommer- resp. vårvedsfibre.
Projektet planlegges utført ved PFI, Gløshaugen ved bruk av NTNUs Claflin-raffinør, i nært sameabeide med PFI og Norske Skog.
Medveileder fra PFI: Dr. Lars Johansson.
TH8 Undersøkelse av graden av fibersplitting og variasjon av tverrsnittsdimensjoner i fiberens lengderetning
Mesteparten av alt papir som produseres i Norge er treholdig trykkpapir. Etterhvert som man går over til firefarget trykking, stilles det stadig høyere krav til kvalitet på trykkoverflaten.
Man har ved Institutt for kjemisk prosessteknologi og PFI utviklet nye teknikker for karakterisering av fibertverrsnitt basert på billedbehandling av Scanning Elektron Mikroskop (SEM) bilder. Tverrsnittsdimensjonene har stor betydning for kvaliteten på papiroverflaten. Det er vist at tykkveggede sommervedsfibre er en viktig årsak til ruhet i papiroverflaten. Splitting av fibre i lengderetningen gir derimot en klar kvalitetsforbedring av overflaten. For ytterligere å kunne forbedre kvaliteten på trykkpapir, er det viktig med fundamental kunnskap om hvordan fibersplitting oppstår, og hvor på fiberen man får sprekker. Man er også interessert i å kartlegge hvordan fibertverrsnitts-dimensjonene endres langs fiberlengden. Ved PFI har man et Konfokal Laser Scanning Mikroskop (CLSM) - et instrument som egner seg meget godt for å kunne gjøre slike studier. Ved hjelp av optisk snitting kan man ta opp et tredimensjonalt bilde av en struktur. Man kan på denne måten ta opp bilder av fibertverrsnitt mange steder langs en og samme fiber.
Oppgaven går ut på å lage rutiner for å konvertere gråtonebilder man tar opp i konfokalmikroskopet til binærbilder (svart/hvitt), som man trenger for å beregne fibertverrsnittsdimensjonene ved billedbehandling. Videre skal rutinene brukes til å kartlegge hvordan tverrsnittsdimensjonene og splittingen varierer langs fiberens lengderetning for ulike typer fibre (f.eks vårvedsfibre/sommervedsfibre, fibre der midtlamellen fremdeles sitter på langs deler av fiberne og fiber som er splittet så mye at de danner brede bånd). Det er også av interesse å studere hvordan ulike industrielle prosesser påvirker disse egenskapene. Oppgaven vil bli utført i nært samarbeid med forskere ved PFI, og innenfor rammen av industrirelaterte prosjekter.
Oppgaven vil utføres ved PFI. Medveileder fra PFI: Dr. Lars Johansson
TH9 Karakterisering av kvaliteten på utskrifter fra farge-blekkskrivere
Kvaliteten på utskrifter fra blekkskrivere er svært avhengig av papiret som brukes. I dag finnes det ingen gode metoder for å karakterisere kvaliteten på utskriftene. Vanligvis blir utskriftene vurdert visuelt.
Hunsfos Fabrikker jobber med å utvikle papir for blekkskrivere. For å lette dette arbeidet, er det ønskelig med objektive og reproduserbare målemetoder for å vurdere kvaliteten på utskriftene.
Oppgaven tar sikte på å bruke bildebehandling for å karakterisere kvaliteten på utskrifter fra blekkskrivere. Fokus skal legges på å utvikle metoder som kan tallfeste de subjektive forskjellene som øyet oppfatter. Treforedlingsgruppen ved instituttet har lang og god erfaring med bruk av bildebehandling.
Papirprøver fra forskjellige produsenter skaffes av Hunsfos Fabrikker. Prøvene vil bli printet med forskjellige skrivere hos Cham-Tenero i Sveits.
Det er ikke nødvendig med forhåndskunnskap om treforedling. Derimot er det nødvendig med kunnskap om programmering i f.eks. MATLAB.
Oppgaven vil i hovedsak utføres ved PFI på Gløshaugen. Medveileder: Dr. Knut Wiik (Hunsfos Fabrikker). Det er sannsynlig at den som velger oppgaven vil kunne få sommerjobb på Hunsfos.
TH10 Karakterisering av papirs tverrsnittsstruktur ved billedanalyse
Treforedlingsgruppen ved NTNU og PFI har med stor fremgang studert fiber- og papirtverrsnitt, basert på billedanalyse av digitaliserte SEM-bilder av snittene. Flere dr.ing.-oppgaver utføres innen dette emne-området.
Vi ønsker å karakterisere hulrommene mellom fibre og fyllstoff billedanalytisk, og relatere resultatet både til prosessvariable på papirmaskinen, som grad av kalandrering og fibertype, og til papiregenskapene.
Oppgaven tenkes utført på papir av ublekt sulfat returfiber, som er foreslått brukt som basis for impregnering med fenolharpikser. Man har i markedet flere kvaliteter av tilsvarende papir fremstilt av nyfiber, som foreløpig viser bedre egenskaper. En viktig oppgave blir å søke forklart årsaken til forskjellen i absorpsjonsevne; hvorvidt det er forskjellen i porestrukturen eller i fibrenes overflatekjemi.
Oppgaven vil bli utført ved PFI på Gløshaugen, og medveiledere vil være dr. Øyvind Gregersen og dr.ing.stipendiat Gary Chinga.
TH11 Effekter av kalandrering på bestrykningsskiktets struktur
Vi har indikasjoner på at bestrøket papir har større variasjon i bestrykningsskiktets tykkelse etter kalandrering enn før. Årsaken er uklar. Det kan hende at bestrykningsskiktet blir mer komprimert og får mindre porer der det er tynt enn der det er tykt. Det kan også henge sammen med papirstrukturen under bestrykningsskiktet. Forholdet har betydelig interesse, f.eks. derved at poreandelen vil påvirke opptaket av trykkfarge, som derved vil bli varierende dersom poreandelen blir det.
Forholdet ønskes studert ved billedanalyse på digitaliserte elektronmikroskop-bilder fra PFI’s nye mikroskop, som er av høyeste klasse. Det kan bli aktuelt å se på papirer med ulike sammensetning av bestrykningsskiktet.
Rutinene for å foreta målingene er stort sett ferdige, så studenten behøver ikke å programmere. Prøver må prepareres, bilder tas. Statistisk analyse er viktig.
Oppgaven vil bli utført ved PFI. Medveileder vil være dr.ing. student Gary Chinga.
Oppgaver under veiledning av Størker Moe
StM 1 Sekvensbleking av mekanisk masse — hvordan best mulig kombinere ditionitt og peroksid
På Norske Skog Follum har man muligheter å kjøre ulike kombinasjoner av ditionitt- og peroksidbleking. Raffinørbleking med ditionitt er spesielt interessant å vurdere sammen med peroksidbleking. Det som kan forkludre sekvensblekinger at de nevnte blekemidler forbruker hverandre. Rester av ditionitt kan således forbruke en del peroksid og omvendt avhengig av hvor ren massen er og hvordan bakvannsstrømmene går. Oppgaven vil omfatte litteratursøk, kartlegging av forekomst av restdiotinitt og restperoksid i Follums blekesystemer, labforsøk, evt. modellbygging og verifisering av modellen.
StM2 Peroksidbleking av mekanisk masse — innvirkning på masseegenskaper
På Norske Skog Saugbruk produseres magasinpapir av blekt mekanisk masse. Det er indikasjoner på at ulike blekenivåer (ulike lyshetsgrader) gir ulik oppførsel av massen på papirmaskinen. Oppgaven vil gå ut på laboratoriebleking av mekanisk masse til ulik lyshet og omfattende kartlegging av masseegenskapene for de ulike massene.
StM3 Beskyttelse av cellulose under sulfittkok
Borregard ønsker så høy viskositet som mulig på sin derivatmasse. Viskositeten indikerer i hvilken grad cellulosemolekylene er angrepet under koket; lite angrep gir høy viskositet. For å få til en beskyttelse av cellulosen mot angrep kan man tenke seg to angrepsmåter:
Det siste gjøres ved produksjon av sulfatmasse, men lite er gjort for å finne stoffer som kan virke beskyttende ved sulfittkok. Diplomoppgaven vil gå ut på å studere virkningen av forskjellige tilsetningsstoffer til flisa før kok og under koket.
Medveileder: Kristin Syverud, PFI.
StM4 Sammenheng mellom kokeutbytte og karbohydratsammensetning for norske masser
Et meget kjent problem ved framstilling av kjemisk masse er bestemmelse av nøyaktig utbytte av massen. Et amerikansk arbeid har vist at det kan påvises en sammenheng mellom kokeutbyttet og en
parameter basert på karbohydratsammensetning og masseviskositet. En slik sammenheng vil kunne være meget verdifull for norske fabrikker, men det kreves endel bakgrunnsundersøkelser for å bestemme en slik sammenheng for masser framstilt av norsk råstoff. Oppgaven vil primært omfatte laboratoriearbeid
Medveileder: Kristin Syverud, PFI.
StM5 Optimalisering av karbohydratanalyse av kjemiske masser
Det er utviklet en relativt enkel analysemetode for karbohydratsammensetningen av kjemisk masse. Denne metoden fungerer meget godt for ublekte masser, men ved analyse av oksygenblekte masser får man lavt analyseutbytte fulgt av en ikke identifisert forbindelse i hydrolysatet. Oppgaven vil omfatte kjemisk karakterisering og identifisering av den ukjente komponenten med ulike analytiske metoder.
Medveileder: Kristin Syverud, PFI.
Oppgaver under veiledning av Sigurd Skogestad
SiS1 Simulering og regulering av satsvis destillasjon (Nycomed)
Oppgaven går ut på å simulere og foreslå strategi for regulering av satsvis destillasjonskolonne ved Nycomed Lindesnes.
Matlab-modeller for kolonnene foreligger som resultat av tidligere prosjektoppgaver.
Oppgaven er reservert Elin Galteland.
SiS2 Modellering og regulering av terrengindusert "slug" ved
tofasestrømning i rør
Målsettingen er å kunne unngå ustabiliteter i rørstrømningen (slik som f.eks. terrengindusert "slug") ved å bruke aktiv regulering.
Det er meget store økonomiske gevinster dersom man kan få til dette fordi man da vil kunne transportere gassen direkte fra feltet og til land uten behov for prosessering offshore..
Oppgaven vil involvere programmering i Matlab, og aktuelle kandidater bør ha spesialisering i dynamikk/regulering og erfaring/interesse for programmering.
Medveileder: Kjetil Havre, ABB Teknologi
(Oppgaven vil sannsynligvis utføres ved ABB teknologi, Billingstad).
SiS3 Reguleringsstrategi for Tennessee-Eastman prosessesen
Dette er et industrielt test-problem som er formulert av firmaet Tennessee-Eastman. Det omfatter en prosess med reaktor med resirkulasjon som er vanskelig å regulere. Vi har modellen tilgjengelig i Matlab og oppgaven går ut på å foreslå og utteste reguleringsstrukturer.
Medveilder: Dr.ing. stipendiat Truls Larsson
SiS4 Optimaliserende regulering av integrert Petlyuk destillasjonskolonne
.Selv om man kan oppnå store energibesparelse ved Petlyuk-destillasjon er det ikke klart om hvor lett det er å oppnå disse i praksis.
Man har to nemlig to ekstra frihetsgrader (splitt av væske og damp mellom hovedkolonne og prefraksjonator) som må justeres kontinuerlig pga. endringer i fødesammensetning etc. Det søkes å finne egenskaper som karakteriserer det optimale operasjonspunkt, f.eks. temperaturprofiler, som kan måles og justeres under drift.
Vi har utviklet en ny metode for "selv-optimaliserende" regulering og oppgaven går ut på å prøve denne på en integrert Petlyuk destillasjonskolonne.
Vi har allerede en stasjonær og dynamisk modell av kolonnen i Matlab.
Fra denne modellen kan man finne det optimale arbeidsforhold som funksjon av ulike forstyrrelser som fødesammensetning, fødemengde og målefeil. Spørsmålet ved "selv-optimaliserende" reguleringer hvordan den optimale løsningen i praksis skal implementeres (on-line).
I utgangspunktet skal det gjøres stasjonære betraktninger, men disse skal så implementeres i Matlab (f.eks. med PI-regulatorer).
Medveilder: Dr.ing. stipendiat Ivar Halvorsen
SiS5 Reguleringsstruktur for prosessanlegg med resirkulering
.Ein svært vanlig kombinasjon i kjemiske prosess anlegg er fabrikker med reaktor, separasjon og resirkulering av ureagert reaktant. Flere slike eksempler finnest, for eksempel metanolfabrikker, amoniakk mm.
Oppgaven går ut på å velge reguleringsstruktur for ein slik fabrikk, (evt flere). Noen ferdige matlab- modeller kan brukest, men noe modellering må påregnest.
Til det vil det krevest stasjonære (økonomi) og dynamiske (regulerbarhetsanalyser) betraktninger.
Medveilder: Dr.ing. stipendiat Truls Larsson.
SiS Modellbibliotek for plattformprosess
Målet med oppgaven er å utvikle et system for økonomisk optimalisering av plattformprosessen på Gullfaks A basert på fysikalske modeller. Det skal utvikles modeller for bruk i Septic, Statoils verktøy for modellbasert regulering og optimalisering av prosessanlegg. I første omgang utvikles enkle modeller.
I diplomarbeidet benyttes de enkle modellene til å utvikle RTO system for økonomisk optimal drift av plattformprosessen (Gylseth). De enkle modellene videreutvikles parallelt til å bli mer detaljerte, samt at ytterligere enhetsoperasjoner modelleres (Furu).
En meget detaljert simuleringsmodell av Gullfaks A prosessen finnes i verktøyet Otiss, denne simulatoren benyttes som prosess for validering av modeller samt i testing av optimaliseringsfunksjonen.
Oppgavene er reservert Per Furu og Silja Gylseth.
Kontaktpersoner: Sverre Støren, 73 58 48 91, Jørgen Opdal, 73 58 47 49.
SiS6
Medveileder: Marius Govatsmark.
SiS7
Medveileder: Tore Lid.
SiSX Andre mulige oppgaver kan være aktuelle (etter nærmere avtale).
Blant annet kan det være aktuelt med samarbeide med institutt for teknisk kybernetikk (v/ prof. Morten Hovd).
Oppgaver under veiledning av Olav Erga
OE1 Gass-væske likevekter for svoveldioksid
Selv om det har vært satset meget i industriland på rensing av svovelutslippene, er sur nedbør forårsaket av SO2 fortsatt et av de alvorligste forurensningsproblem:
- Utslippene fra nikkelverkene på Kola (i Nikel og Zapolyarny) er idag vårt lands viktigste luftforurensningsproblem
- Rapporter fra Kina forteller at 30 % av landmassen er forsuret, og SO2- utslippene fra Kina fører til store naturskader i Korea og Japan. Kinesiske myndigheter har derfor besluttet umiddelbart å starte et omfattende program til USD 50 milliarder for reduksjon av SO2- utslippene.
- Andre land som India og Russland sliter med tilsvarende store SO2- problemer.
Kalk- baserte absorpsjonsprosesser er idag dominerende i svovelrensingen. Men for tilfeller hvor det brennes kull med høye svovelinnhold sliter kalk- prosessene med store problemer, og driftssikre, regenererbare prosesser ville da være langt å foretrekke. Problemet er at slike fortsatt er mangelvare. Elsorb-prosessen er her en mulighet, spesielt dersom den kan tilpasses situasjonen i kapitalsvake land, hvor det ikke settes de samme ekstreme rensekrav til det enkelte prosessanlegg som i våre industriland.
Oppgaven tar sikte på å etablere gass- væske likevektsmodell for systemet Na2HPO4 - NaH2PO4 - SO2 over nye konsentrasjonsområder, slik at prosessen kan tilpasses de nevnte, nye driftsbetingelser. Til dette kreves nøyaktige gass-væske likevektsdata og pH- data. Apparatur og analysemetoder er enkle og er gjennomprøvet i mange tidligere arbeider.
Oppgaven er reservert Anette Amdahl.
OE2 Separasjon av fosfat fra saltblanding
For regenerative absorpsjonsprosesser (hvor absorpsjonsmidlet resirkuleres mellom absorpsjons- og regenereringstrinn) er det viktig at tapet av absorpsjonsmiddel holdes lavt nok for ikke å ødelegge økonomien i prosessen. I Elsorbprosessen foregår det en viss oksidasjon av sulfitt/bisulfitt til sulfat. Konsentrasjonen av natiumsulfat må holdes lavt for å unngå avsetninger. Dette betyr at noe absorpsjonsløsning jevnlig må avtappes fra sirkulasjonskretsen. Tapene reduseres ved at ledsagende natriumfosfat gjenvinnes fra avtapningen ved en spesiell prosess, og returneres så hovedprosessen. Det er faktisk av avgjørende betydning at dette prosessledd fungerer tilfredsstillende.
Den nevnte fosfatgjenvinningsprosess innebærer imidlertid flere prosesstrinn. I noen tilfeller (f.eks. for relativt små anlegg og for anlegg i utviklingsland) kan det imidlertid være sterke ønsker om en enklere og billigere prosess, selv om man derved må godta en noe lavere gjenvinningsgrad for natriumfosfat.
Oppgaven går ut på å studere gjenvinning av natriumfosfat fra den faste blanding av natriumsulfat og natriumfosfat som direkte kan frafiltreres inndampet buffer i regenereringstrinnet i selve Elsorbprosessen. En rikelig prøve av slikt fast materiale er for hånden. Selektivitet skal forsøkes oppnådd ved selektiv oppløsning av natriumfosfat i vann, eventuelt ved forhøyet temperatur og trykk. Viktige parametre å variere er temperatur, reaksjonstid, og partikkelstørrelse.
Vedrørende apparatur og forsøksmetodikk, har vi nyttig erfaring å bygge på fra vårt tidligere arbeide med Elsorbprosessen. Vel- etablerte analysemetoder for hurtig, spektrofotometrisk fosfatbestemmelse, og for gravimetrisk sulfatbestemmelse skal benyttes.
Oppgaven vil starte med igangkjøring av analysemetodene. Selve oppløsningsforsøkene vil foregå i lab-apparatur med røreverk og termostat som er benyttet i et tidligere diplomarbeid.
Oppgaven gis i samarbeid med Esso Slagenraffineriet.
OE3 Kjemiske løsningssystemer for CO2-absorpsjon
Instituttet har i samarbeid med SINTEF og Statoil i mange år arbeidet med studier av løsningssystemer for fjerning av CO2 fra røkgassen fra gasskraftverk ved bruk av absorpsjonsprosesser. Avgjørende for valg av absorpsjonsmedium er gass-væske likevekten for CO2, samt absorpsjonskinetikken. Forskjellen i likevektsopptaket av CO2 ved absorpsjonstemperatur og strippetemperatur gir informasjon om løsningens sykliske kapasitet.
Instituttets apparatur for likevektsmålinger ved de partialtrykk og temperaturer man har ved absorpsjonsbetingelsene er vel etablert. Den tilsvarende apparaturen for målinger ved strippebetingelsene trenger imidlertid forbedringer og ny innkjøring. Dette arbeidet vil bli gjort i løpet av sommeren 1999.
Oppgaven vil starte med en utvelgelse ("screening") av nye løsningssystemer for absorpsjon av CO2 i en enkel kinetikkcelle. Forsøksmetodikken og -apparaturen er her etablert gjennom tidligere studier. Det skal deretter gjøres likevektsforsøk både ved absorpsjons- og strippebetingelser med kjente aminsystemer og nye systemer som er funnet lovende fra screeningforsøkene. Resultatene skal brukes til utvikling av likevektsmodeller. Det er i tillegg aktuelt med et litteraturstudium.
Oppgaven gis i samarbeid med SINTEF Kjemi og Statoils Forskningssenter.
Oppgaven er reservert Luong Doan Thai.
Medveiledere:
Dr. Ing. stipendiat Karl Anders Hoff
Seniorforsker Olav Juliussen (SINTEF Kjemi)
Oppgaver under veiledning av Gunnar Thorsen
GT1 Felling fra homogene løsninger ved bruk av urea
Når en vandig oppløsning av urea varmes opp til 90-95oC vil urea spaltes til ammoniakk og karbondioksid:
(NH2)2 CO + H2O ® 2NH3 + CO2
Dette vil bringe pH opp til et basisk område (pH 8-9), avhengig av miljøets øvrige sammen- setning etc. Med eksempelvis metallioner tilstede, vil betingelsene for felling av en rekke hydroksider da være etablert, og hydroksidene vil falle ut. I sammenheng med fellinger og krystallisasjon er denne teknikken benyttet for å operere med homogene løsninger under selve felleprosessen. De innledende kjemiske betingelsene for en utfellingsprosess i en blanding av reagerende komponenter vil kunne legges til rette i hele blandingen før den varmes opp. Blandingen blir derved homogen. Når blandingen varmes opp, frigjøres ammoniakk ved spaltingen av urea, og pH kommer til det basiske nivå som vil utløse felleprosessen i den homogene blandingen. Et aktuelt system for diplomoppgaven vil være felling av kalsiumkarbonat fra vandige løsninger av kalsium- klorid og kalsiumnitrat.
Medveileder: Jens-Petter Andreassen.
GT2
Prosessutvikling for opparbeiding av gipsfellingerVed fremstilling av fosforsyre og mineralgjødsel ut fra råfosfat (apatitt) og svovelsyre vil det felles ut kalsiumsulfat som gips:
Ca10F2(PO4)6 + 10 H2SO4 + 5 H2O ® 10 CaSO4 0,5 H2O + 6 H3PO4 + 2 HF
Gipsen utgjør store deponiproblemer mange steder og det kan være av interesse å fjerne gipsen ved konvertering til andre produkter, fortrinnsvis som salgsprodukter.
Innen gjødselproduksjonen ved Norsk Hydro finnes det en rekke gipsdeponier fra tidligere produksjon, som vil egne seg for studier. Hydros prosesser er idag hovedsakelig basert på Odda-prosessen, hvor syrekomponenten er salpetersyre:
Ca10F2(PO4)6 + 20 HNO3 + 5 H2O ® 10 Ca(NO3)2 0,5 H2O + 6 H3PO4 + 2 HF
Biproduktet fra fosfaten blir derved kalsumnitrat, som vil kunne krystalliseres ut og som har kommersiell interesse.
Med Hydros teknologi som bakrunn er det gjort innledende forsøk som viser at gips vil kunne løses i vandig salpetersyre. Derved vil kalsium etter dette foreligge i en løsning av en blanding av salpetersyre og svovelsyre. Videre behandling av denne oppløsningen kan tenkes å følge alternative ruter, hvor introduksjon av ammoniakk også er aktuelt ut fra Hydros teknologi og interesseområde.
Oppgaven går ut på å klarlegge likevekter og løselighetsforhold i Ca/HNO3/H2SO4/NH3 systemet, samt kartlegge forurensninger i den gipstypen som er valgt. Arbeidet tar sitt utspring i et gipsdeponi ved Hydro Agri Immingham i England. Nærmere spesifisering av arbeidsopplegget vil bli utarbeidet.
GT3 Kjølekrystallisasjon av HMX i aceton
Oppgaven utføres ved Dyno Industrier, Forsvarsprodukter, Sætre. Bedriften er plasert på vestsiden av Oslofjorden, ca. 50 km syd for Oslo.
Oppgaven bør kombineres med sommerjobb ved bedriften.
HMX er et høyeksplosiv som produseres industrielt av Dyno Industrier, Forsvarsprodukter i Sætre på Hurumlandet. Sprengstoffet er krystallinsk med et smelte- og dekomponeringspunkt ved ca. 280oC. HMX kan opptre i fire forskjellige polymorfer hvorav b -modifikasjonen er den mest stabile. I industriell skala omkrystalliseres HMX enten i aceton eller cycloheksanon. En rekke andre løsemidler er kjent og delvis også i bruk, som for eksempel g -butyrolakton. Til tross for at aceton har et lavt kokepunkt vil krystallisasjon ved kjøling kunne være interessant i en del tilfeller. Vi tenker oss derfor en diplomoppgave der kjølekrystallisasjon i aceton studeres.
Oppgaven vil i sin helhet måtte gjennomføres lokalt ved Dynos fabrikkanlegg. Kandidaten vil få hjelp til karakterisering av krystallene. Diplomkandidaten vil få et gunstig boligtilbud og dekket reiseutgifter for nødvendige besøk til NTNU i løpet av den fastsatte arbeidsperioden.
GT4 Felling av bly fra nikkelkloridelktrolytt i røreverkstanker
Oppgaven skal utføres ved Falconbridge Nikkelverk i Kristiansand og medfører sommerjobb i bedriften.
Oppgaven er reservert for Torjus Åkre.
GT5 Krystallisasjon av nikkelkarbonat fra kloridbasert elektrolytt
Falconbridge Nikkelverk produserer Ni og Co elektrolytisk. Produksjonsprosessen er hydrometallurgisk, og både NiCl2 og CoCl2-elektrolyttene opparbeides og renses gjennom en rekke lute- og felleprosesser. Mange av fellemetodene er basert på hydrolyse og utfelling av metallhydroksid/oksider av forurensende elementer (metaller) som skal fjernes fra de respektive elektrolyttene.
I denne oppgaven er det av interesse å få studert reaksjonssystemet med krystallisering eller felling av NiCO3 for å bedre forståelsen av ulike parametres innvirkning på produktkvaliteten. Fødeløsning kan være Ni-elektrolytt fra Falconbridge Nikkelverk, og karbonat kan doseres enten som oppløst eller partikulært soda (Na2CO3) materiale.
Arbeidet skal utføres på laboratoriet ved instituttet, men vil bli nærmere spesifisert i samråd med Falconbridge Nikkelverk.
GT6 (Oslo) og GT7 (Trondheim)
Optimalisering ved satsvis krystallisasjon under definerte betingelser
Nycomed Imaging, en bedrift i Nycomed Amersham gruppen, er verdens ledende produsent av kontrastmidler for medisinsk diagnostikk med røntgen, magnetisk resonanse imaging (MRI), ultralyd og nukleardiagnostikk. De to følgende forslag er begge knyttet opp mot produksjonen ved Nycomed Imaging og med bedriftens forskningssenter i Oslo.
Et av kravene for aktive substanser i farmasøytiske produkter er høy renhet. Den mest anvendte renseoperasjon for intermediater og ferdige produkter er krystallisasjon. Begge oppgavene er basert på å studere krystalllisasjon ved eksperimentelle undersøkelser og forsøk på laboratoriet.
Forut for oppgavenes start tilbyr bedriften sommerjobb for opplæring i Oslo.Dette gjelder for begge oppgavene.
I høstsemesteret skal diplomoppgavene utføres henholdsvis i Oslo og i Trondheim.
Oppgaven i Oslo er reservert for Geir Utigard.
Valg av løsningsmiddel og betingelsene for krystallisasjonen vil bli nærmere definert av bedriften.
Arbeidet vill ha følgende deloppgaver:
Oppgaver under veiledning av Hallvard Svendsen
HSv 1 Modellering av absorpsjonslikevekter
Fjerning av sure gasser, og da spesielt CO2 fra naturgass og eksos er svært aktuelt. Den mest anvendte metode er absorpsjon i reaktive absorpsjonsløsninger. Både kapasitet og absorpsjonshastighet kan økes med reaktive absorpsjonsmidler og som modellgrunnlag er det nødvendig å kjenne likevektsforhold og reaksjonskinetikk nøyaktig. Kinetikken behandles i neste oppgave.
Reaksjonene og likevektene mellom de ulike komponentene danner sammen med balanseligningene et ofte komplisert ikkelineært ligningssystem som kan være vanskelig å løse ved hjelp av vanlige ligningsløsere som Fsolve i Matlab eller Broyden. En bedre egnet løsningsmetode kan homotopi hvor de algebraiske ligningene gjøres om til differensialligninger som så integreres. Oppgaven vil gå
ut på å løse et sett av ligninger som framkommer for CO2-absorpsjon i et system av blandede aminer, implementere dette i Matlab, og i en absorbsjonstårnsmodell.
Medveiledere: Juha Tanskanen og Hugo Jakobsen
HSv2 Kinetikk for absorpsjon av karbondioksid
Oppgaven går ut på å studere reaksjonskinetikken mellom CO2 og aminsystemer ved bruk av den fra litteraturen velkjente "kuleapparaturen". Her absorberes CO2 i væske som renner ned på overflaten av en høyglanspolert metallisk kule. Fordelen med denne apparaturen er at man har et kjent overflateareal for væsken og en klart definert væskestrømning, slik at likningene som beskriver hydrodynamikken kan løses analytisk ved bruk av fundamentale data. Instituttet disponerer en apparatur som er bygd av Norsk Hydros forskningssenter for studier av H2S-absorpsjon. Apparaturen vil gjøres driftsklar i løpet av sommeren.
Det skal i første omgang gjøres forsøk med kjente aminsystemer som en kalibrering av apparaturen. Deretter er det aktuelt å gjøre tester med nye systemer.
Oppgaven gis i samarbeid med SINTEF Kjemi og Hydros Forskningssenter.
Medveiledere: Dr. Ing. stipendiat Karl Anders Hoff, Seniorforsker Olav Juliussen (SINTEF Kjemi) og Dr. Ing. Dag Eimer (Hydros Forskningssenter)
HSv3 Modellering av endoterm reaktor for PDH-prosessen propan
dehydrogenering
Den mest brukte prosess for å fremskaffe lette olefiner er steamcracking. Produktene fra en steamcracker er eten, propen, butener og aromater. Mengdeforholdet mellom disse produktene avhenger av fødetype. Dersom føden er ren etan blir produktet i hovedsak eten, men dersom føden er propan eller tyngre dannes betydelige mengder propen, butener og aromater.
Etterspørselen etter propen øker noe raskere enn for eten og det er problematisk å dekke denne ved produksjonen fra steamcrackerne alene. Et alternativ til å fremskaffe propen er ved dehydrogenering av propan. Det finnes noen få store anlegg i drift på verdensbasis, og det finnes 2-3 etablerte teknologier. Dehydrogeneringsreaksjonene er sterkt endoterme, og en av teknologiene er basert på å tilføre varme til reaksjonssonen ved varmetransport gjennom reaktorveggen.
Oppgaven går ut på å etablere en reaktormodell basert på en todimensjonal dispersjonsmodell som inkluderer reaksjonskinetikk, masse- og varmebalanser. Videre skal modellen benyttes for å beregne temperatur- og konsentrasjonsprofiler i katalysatorskiktet. Det kan være aktuelt å se på ulike geometrier. Oppgaven bygger på tidligere oppgaver ved instituttet, og mye av modellgrunnlaget eksisterer allerede.
Kontakt Statoil: Arne Grislingås,
HSv4 Reaktor "toolbox"
Vi ønsker å etablere en "verktøykasse" av reaktormodeller og tilhørende rutiner for beregning av fysikalske-, termodynamiske- og transportdata. Dette vil forenkle arbeidet med nye reaktormodeller og bruken av dem på nye systemer.
Verktøykassen vil bestå av små enkeltmoduler som gjør bestemte oppgaver, feks beregner viskositet, dispersjonskoeffisient el.. Disse må være standardiserte i grensesnitt og struktur slik at de lett kan benyttes i nye sammenhenger. Vi vil starte med enkle allerede eksisterende reaktormodeller og hovedoppgaven vil ligge på å få til en mest mulig funksjonell dataflyt i programmet. Programspråk vil være Matlab og den som tar oppgaven bør ha interesse for data og datastrukturer.
Medveileder: Magne Lysberg SINTEF
HSv5 Produksjon av majones
Majones produseres industrielt i kontinuerlige anlegg med kapasiteter på flere tonn pr time. Prosessen går i prinsippet ut på å emulgere vegetabilske oljer, som soya-, oliven- eller raps-olje inn i en kontinuerlig vannfase. Det produseres en olje i vann emulsjon som skal være stabil i flere måneder. Som emulgeringsmiddel og som stabilisator benyttes eggeplomme.
Olje i vann emulsjonen dannes industrielt ved å benytte to blande-trinn i serie. Disse to blandetrinnene benytter to ulike mixere. Lite er kjent om de kjemitekniske forhold som eksisterer i disse blandereaktorene.
Mills er Norges desidert største majones produsent og Mills Majones har 90% markedsandel. I tillegg produseres ved vår fabrikk i Oslo også andre typer majones, hvorav en vesentlig del til eksport. Ved vår søsterbedrift i Drammen, Delikat Fabrikker, produseres også ulike typer majones som inngår i salater som f eks Rekesalat, Italiensk salat og potetsalater.
Innovasjonsavdelingen i Mills teller ca 16 årsverk og er sammensatt av ulike fagpersoner. Våre ansatte er kokker, næringsmiddelteknologer og universitetsutdannet personell (10 personer, hvorav 3 har dr. grad). Innovasjonsavdelingen i Mills er en av de sterkeste i norsk næringsmiddelindustri og er lokalisert på Grünerløkka i Oslo i samme bygg som Mills’ hovedkontor og hvor også majonesproduksjonen ligger.
Såvidt Mills bekjent, er relativt lite publisert om den kjemitekniske siden av produksjonen av majones. Det er vårt håp at publikasjoner om andre olje-i-vann emulsjoner kan bidra til å kaste lys over både de fysikalske og kjemitekniske sidene ved majonesproduksjonen.
For tre år siden installerte Innovasjonsavdelingen et topp moderne pilotanlegg med kapasitet på 60 Kg/t. Dette pilotanlegget benyttes i dag i vår utvikling av nye produkter. Både pilotanlegget og produksjonsanleggene i Oslo og Drammen er levert av samme produsent. Pilotanlegget er således i
prinsippet en tro kopi av produksjonsanleggene. Dette hindrer likevel ikke at det forekommer oppskaleringsproblemer ved overføring av produkter fra pilotskala til industriell skala.
En ekte majones består av ca 80% olje i en kontinuerlig vannfase. En slik høy oljekonsentrasjon er ikke mulig å oppnå om alle oljedråpene hadde vært av tilnærmet samme diameter. For å kunne produsere med så mye olje emulgert i den kontinuerlig vannfasen, stilles det derfor et fysiskt krav til fordelingen av diameteren til oljedråpene. Ved Mills har vi vist at midlere oljedråpestørrelse lar seg påvirke ved å forandre de kjemitekniske parametrene under produksjonen. Vårt mål er at vi vha kjemiteknisk kunnskap også skal kunne styre størrelsesfordelingen av oljedråpene.
Formålet med oppgaven:
Litteraturstudium over dannelse av olje i vann emulsjoner med hovedvekt på vegetabilske oljer.
Avdekke opp- og ned-skaleringsparametre mellom vårt pilotanlegg og våre produksjonsanlegg.
Belyse de kjemitekniske parametre som er avgjørende for god emulsjonsdannelse.
Praktisk gjennomføring:
Mills tilbyr sommerjobb ved Innovasjonsavdelingen. Det er påkrevet at sommerjobben utføres i Oslo hvor studenten vil bli introdusert til majonesproduksjon, vårt pilotanlegg og til produksjonsanleggene. Selve diplomoppgaven vil bli utført både ved Instituttet og ved vårt pilot og produksjonsanlegg i Oslo.
Kontakt Mills: Ivar Storrø. Tlf 22 86 87 79 eller 91 58 64 94(ta gjerne kontakt)
e-mail: ivar.storro@mills.no
HSv6 Modellering av temperaturprofiler i FT-reaktor
Oppgaven er reservert Geir Hansen.
Kontakt Statoil: Arne Grislingås.
HSv7 Målinger og teori rundt absorpsjonskolonner i pilotanlegg
Oppgaven er reservert for Vidar Alstad.
Kontakt Norsk Hydro: Halvor Øien.