Πετροχημική Βιομηχανία

Εμμανουήλ Κούκιος, Δημήτριος Καρώνης

Περιεχόμενο μαθήματος

  • Εισαγωγή στην Πετροχημική Βιομηχανία (ΠΒ) - Διεθνείς και Ελληνικές συνθήκες
  • Βασικές πετροχημικές δράσεις: χημικές, χημικομηχανικές και οικονομικές παράμετροι
  • Η έννοια της Βασικής Παραγωγικής Μονάδας (ΒΠΜ, Unit Process)
  • Καταλυτικό cracking - παραγωγή βασικών οργανικών προϊόντων (αιθυλενίου, προπυλενίου, βουταδιενίου, βενζενίου, τολουενίου κ.α.)
  • Άλλες ΒΠΜ: οξείδωση, νίτρωση, σουλφόνωση, υδρογόνωση, εστεροποίηση, αλογόνωση κ.α. - Ανάλυση συγκεκριμένων περιπτώσεων με χημικομηχανική μεθοδολογία
  • Οι πρώτες ύλες της ΠΒ: πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο, εναλλακτικές πρώτες ύλες
  • Η διεπιφάνεια Διυλιστηρίου Πετρελαίου/Πετροχημικού Συγκροτήματος
  • Η έννοια της Ολοκληρωμένης Παραγωγικής Διαδικασίας - Οργανικές Βιομηχανίες (ΟΒ)
  • Ανάλυση χαρακτηριστικών περιπτώσεων ΟΒ με Ελληνικό ενδιαφέρον (π.χ., βιομηχανία απορρυπαντικών, φυτοφαρμάκων, διαλυτικών κ.α.)
  • Εναλλακτικές λύσεις για την εξέλιξη της ΠΒ: νέες πηγές πρώτων υλών, νέες τεχνολογίες, νέα προϊόντα
  • Ανάλυση χαρακτηριστικών περιπτώσεων εναλλακτικών ΠΒ με Ελληνικό ενδιαφέρον (π.χ., ολεοχημικά, σακχαροεστέρες κ.α.)
  • Αναλυτικά παραδείγματα - Case Studies ΒΠΜ και ΟΒ

Μαθησιακοί στόχοι

Αντικείμενο του μαθήματος αυτού είναι η σε βάθος διδασκαλία των επιστημονικών και τεχνολογικών αρχών που διέπουν την Πετροχημική Βιομηχανία, σε συνδυασμό με την ανάπτυξη των εναλλακτικών τεχνολογικών λύσεων, όπου υφίστανται τέτοιες.

Προτεινόμενα συγγράμματα

Βιβλιογραφία

  1. P. H. Groggins: Unit Processes in Organic Synthesis. 5th Ed., McGraw-Hili Book Co. Inc., N.Y., U.S.A. 1958.
  2. N. N. Lebedev: Chemistry and Technology of Basic Organic and Petrochemi- Cal Synthesis. Mir Publishers, Moscow, U.S.S.R. 1984.
  3. K. Winnacker, L. Kuchler: Chemische Technologie. 3te Auflage. Band 3. Organi- sche Technologie I. Carl Hansen Verlag. Munchen 1971.
  4. K. Winnacker, L. Kuchler: Chemische Technologie. 3te Auflage. Band 4. Organi- sche Technologie II. Carl Hansen Verlag. Munchen 1972.
  5. H. H. Szmant: Organic Buiding Blocks of the Chemical Industry. John Wiley & Sons Inc., N.Y., U.S.A. 1996.
  6. A. Heaton (Ed.): The Chemical Industry. 2nd Ed., Blackie Academic & Professio- nal. London, U.K. 1994.
  7. H. A. Wittcoff, B. G. Reuben: Industrial Organic Chemicals. John Wiley & Sons Inc., N.Y., U.S.A. 1996.
  8. B. Selinger: Chemistry in the Marketplace. 5th Ed. Allen & Unwin, Crows Nest, NSW Australia 2002.
  9. K. Weissermel, H.-J. Arpe: Industrial Organic Chemistry. 4th Ed. Wiley - VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim, Germany 2003.
  10. H. H. Szmant: Industrial Utilization of Renewable Resources. Technomic Publishing Co. Inc., Lancaster, Penn, U.S.A. 1986.
  11. H. Zoebelein (Ed.): Dictionary of Renewable Resources. 2nd Ed. Wiley - VCH Verlag GmbH, Weinheim, Germany 2001.
  12. R. C. Brown: Biorenewable Resources. Blackwell Publishing, Iowa, U.S.A. 2003.
  13. S. V. Bhat, B. A. Nagasampagi, M. Sivakumar: Chemistry of Natural Products. Narosa Publishing House, New Delhi India 2005.
  14. L. J. Cseke, A. Kirakosyan, P. B. Kaufman, S. L. Warber, J. A. Duke, H. L. Briel- mann: Natural Products from Plants. CRC Taylor & Francis, Boca Raton, FL, U.S.A. 2006.

Μέθοδοι διδασκαλίας

Το μάθημα της Πετροχημικής Βιομηχανίας αποτελεί μάθημα της εμβάθυνσης «Οργανικές Βιομηχανίες- Πολυμερή» και διδάσκεται στο 7ο εξάμηνο της Σχολής Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ. Η εκπαιδευτική διαδικασία περιλαμβάνει τα ακόλουθα:

Θεωρητικό Μέρος/ Διαλέξεις: Το θεωρητικό μέρος του μαθήματος αποτελείται από θεωρητική διδασκαλία, ανάλυση παραδειγμάτων και χημικομηχανικοί υπολογισμοί στην ΟΒ (3 ώρες/ εβδομάδα).

Εργαστηριακές Ασκήσεις: Στο πλαίσιο αυτό λαμβάνει χώρα επίδειξη εργαστηριακών ασκήσεων. Οι ασκήσεις αυτές διασφαλίζουν την εμβάθυνση στα θέματα που αναπτύσσονται στη θεωρία. Οι εργαστηριακές ασκήσεις (2 ώρες/ εβδομάδα) διεξάγονται σε δύο εργαστηριακούς χώρους του Τομέα IV της Σχολής Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ, στο Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας και στο Εργαστήριο Καυσίμων & Λιπαντικών υπό την εποπτεία των διδασκόνων (Μέλη ΔΕΠ) και των συνεργατών του μαθήματος (στελέχη ΕΔΙΠ, ΕΤΕΠ του Τομέα, Δρ και ΥΔ της Σχολής).

Εργασία: Οι φοιτητές της εμβάθυνσης σε ολιγομελείς ομάδες αναλαμβάνουν από ένα θέμα εργασίας που εκπονούν σε όλο το εξάμηνο υπό την καθοδήγηση μελών ΔΕΠ, ΕΔΙΠ, ΕΤΕΠ και Μεταπτυχιακών φοιτητών.Το θέμα παρουσιάζεται γραπτά (έκθεση) και προφορικά παρουσία όλων.

Μέθοδοι αξιολόγησης

Βαθμολογείται τόσο η συνολική συμμετοχή στην πορεία του μαθήματος, όσο και η τελική γραπτή και προφορική επίδοση στην εκπόνηση του θέματος. Απαραίτητη προϋπόθεση για προβιβάσιμο βαθμό είναι η παρουσία σε όλες τις εργαστηριακές ασκήσεις.

Αποτίμηση: Συνδυασμός κριτηρίων

 (Α) Βαθμός γραπτής έκθεσης ομαδικού θέματος (ομαδικός βαθμός) και

(Β) Βαθμός προφορικής παρουσίασης-εξέτασης ομαδικού θέματος (ατομικός βαθμός)

(Γ) Εργαστήριο: Υποχρεωτική παρουσία

Τελικός βαθμός: Συνδυασμός (Α) και (Β)

Προαπαιτούμενα

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα για αυτό το μάθημα.

Διδάσκοντες

 Photo koukios

Εμμανουήλ Κούκιος 

Καθηγητής

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Σχολή Χημικών Μηχανικών Ε.Μ.Π.
Τομέας: Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών 

 

Γραφείο:Θ.401

Εργαστήριο: Ζ.501

Τηλέφωνο: +30210772 3191

Fax:+30210772 3163

E-Mail:koukios@chemeng.ntua.gr

Ιστοσελίδα: www.chemeng.ntua.gr/dep/koukios

 Photo Karonis

Δημήτριος Καρώνης

Αναπλ. Καθηγητής

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Σχολή Χημικών Μηχανικών Ε.Μ.Π.
Τομέας: Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών 

 

Γραφείο: Α.302

Εργαστήριο: Ζ.202

Τηλέφωνο: +30210772 3825

Fax:+30210772 3163

E-Mail: dkaronis@central.ntua.gr

 

Ομάδα στόχος

Το μάθημα της Πετροχημικής Βιομηχανίας απευθύνεται στους φοιτητές του 7ου εξαμήνου της Σχολής Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ που έχουν επιλέξει την εμβάνθυνση «Οργανικές Βιομηχανίες- Πολυμερή».  

Η Πετροχημική Βιομηχανία αποτελεί την “καρδιά” της σύγχρονης Οργανικής Βιομηχανίας, καθώς εκεί παράγονται οι βασικές πρώτες ύλες αλλά και τα απαιτούμενα χημικά μέσα για την παραγωγή των Οργανικών Βιομηχανικών Προϊόντων. Ταυτόχρονα, πρόκειται για κλάδο που δέχεται σήμερα αυξανόμενη κριτική για περιβαλλοντικούς κυρίως λόγους, η οποία και δεν θα έπρεπε να αγνοηθεί στην εκπαιδευτική προετοιμασία των νέων Χημικών Μηχανικών. 

Το πετρέλαιο είναι ένα πολύπλοκο υγρό μίγμα υδρογονανθράκων, που περιέχει μικρά ποσά αζωτούχων, οξυγονούχων και θειούχων ενώσεων. Βρίσκεται εντός της γης και έχει σχηματισθεί από ζωικές και φυτικές ύλες. Η σύστασή του ποικίλει ανάλογα της προέλευσής του ή των συνθηκών σχηματισμού του (πίεση, θερμοκρασία, διάρκεια αντιδράσεως κλπ). Για την παραγωγή πετροχημικών χρησιμοποιούνται ως πρώτη ύλη πετρέλαιο και φυσικό αέριο. Τα: αιθυλένιο, προπυλένιο, βουτυλένιο, βενζόλιο, τολουόλιο και μεθάνιο αποτελούν τη βάση της πετροχημικής βιομηχανίας.  Η Πετροχημική βιομηχανία περιλαμβάνει πέντε κατηγορίες παραγωγικής διαδικασίας:

  • Βιομηχανία εξόρυξης πετρελαίου και φυσικών αερίων
  • Βιομηχανία διυλιστηρίων
  • Χημική βιομηχανία
  • Βιομηχανία παραγωγής συνθετικών ινών
  • Εμπόριο καυσίμων και λιπαντικών

 

Λέξεις Κλειδιά: Οργανική Χημική Τεχνολογία, Πετροχημική Βιομηχανία, ανάλυση ευαισθησίας, ανάλυση ρίσκου, αραχνοειδή διαγράμματα, προσομοίωση Monte Carlo, συνδυασμένη επεξεργασία, Οξαλικό οξύ,Βιολογική παρασκευή οξαλικού οξέος, Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, Αντιρρύπανση, Παραπροϊόντα, τεχνολογία vertech, υγρή οξείδωση, υπερ-κρίσιμες συνθήκες, θερμοδυναμική, κοίτασμα, πετρέλαιο, φυσικό αέριο,


Κωδικός: CHEMENG111
Σχολή - Τμήμα: 5. ΧΗΜΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ » Προπτυχιακό
Πρόσβαση στο μάθημα: Ελεύθερη (χωρίς εγγραφή)
Χρήστες: 2 εγγεγραμμένοι
CC - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή
CC - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή

Θεματικές Ενότητες

Η Πετροχημική Βιομηχανία είναι ο βιομηχανικός εκείνος κλάδος, ο οποίος αποσκοπεί στη μετατροπή του αργού πετρελαίου και του φυσικού αερίου σε χρήσιμα προϊόντα ή πρώτες ύλες. Τα προϊόντα αυτά ονομάζονται και πετροχημικά και έχουν γίνει ένα ουσιαστικό μέρος της χημικής βιομηχανίας σήμερα. Σύμφωνα με τις θεωρίες παραγωγής του πετρελαίου το εξορυσσόμενο πετρέλαιο προέρχεται από οργανική (βιολογική κυρίως) ύλη που μετατράπηκε κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες.

Στο μάθημα μελετώνται, είτε στο πλαίσιο των παραδόσεων είτε σε αυτό των φοιτητικών θεμάτων, διάφορες κατηγορίες οργανικών ενώσεων που μπορούν να προκύψουν ως προϊόντα της επεξεργασίας του πετρελαίου στην πετροχημική βιομηχανία, και τα οποία θα αποτελέσουν πρώτες ή βοηθητικές ύλες σε μία σειρά από βιομηχανικούς τομείς όπως τα Χημικά, Πολυμερή, Απορρυπαντικά, Καλλυντικά, Φάρμακα κλπ.

Ενδεικτικά αναφέρονται τα αλκάνια, (μεθάνιο), τα αλκένια (αυθυλένιο), τα αλκαδιένια (βουταδιένιο), οι αλκοόλες (λαυρική, αιθανόλη, προπανόλη, βουτανόλη, πεντανόλη, προπυλενογλυκόλη), αιθέρες (ΜΤΒΕ), τα οργανικά οξέα (ηλεκτρικό οξύ, ασκορβικό οξύ, ακετυλοσαλικιλικό οξύ, γλουταμινικό οξύ, παντοθενικό οξύ), οι αμίνες (ΜΕΑ, ντοπαμίνη), τα αλκίνια (ακετυλένιο), οι αλδεϋδες (φορμαλδεΰδη), αλκυλαλογονίδια (χλωροφόρμιο) κλπ.

Ακόμη σε αυτή τη θεματική ενότητα αναλύονται θέματα από την βιομηχανική πράξη όπως η τεχνολογία και μηχανική του πετρελαίου (ανάντη-κοιτάσματα/εξόρυξη), αλλά και βασικές διυλιστηριακές διεργασίες (κατάντη) με παραδείγματα που αναφέρονται στην παραγωγή των οργανικών ενώσεων που προαναφέρθηκαν.

Η θεματική αυτή ενότητα στοχεύει στο να παρέχει στους φοιτητές τις εξειδικευμένες γνώσεις και τα απαραίτητα εργαλεία που θα τους βοηθήσουν να εκπονήσουν την ομαδική τους εργασία. Η ομαδική φοιτητική εργασία ανατίθεται σε τριμελείς ή τετραμελείς ομάδες φοιτητών, στην αρχή του εξαμήνου κι εκπονείται καθόλη τη διάρκεια αυτού, ενώ αφορά στην αναλυτική μελέτη ενός οργανικού μορίου το οποίο μπορεί να παραχθεί από την πετρελαϊκή βιομηχανία. Πιο συγκεκριμένα η κάθε φοιτητική εργασία θα πρέπει να καλύπτει τα παρακάτω θέματα:

i. Μόριο κι η σημασία του (εισαγωγή), ii. Χημεία, iii. Θερμοδυναμική, iv. Κινητική – Κατάλυση, v. Αντιδραστήρας – Συσκευές, vi. Διάγραμμα ροής, vii. Χρήσεις – Αγορές, viii. Οικονομικά, ix. Ενέργεια – Νερό, x. Περιβάλλον – Κοινωνία, xi. Βιωσιμότητα

Η υποστηρικτική διδασκαλία των ειδικών θεμάτων ξεκινά με  την οργανική σύνθεση στο πλαίσιο της εφαρμοσμένης οργανικής χημείας, όπου δίνεται έμφαση στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των υπό μελέτη οργανικών μορίων καθώς και των ομάδων στις οποίες ανήκουν τόσο αυτά όσο και οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τους. Ακολουθούν οι ενότητες της κινητικής και θερμοδυναμικής, όπου δίνονται, από ειδικούς, σε δύο διαδοχικά μαθήματα, η μεθοδολογία που θα πρέπει να ακολουθηθεί για να είναι εφικτή η προσεγγιστική εκτίμηση της κινητικής και θερμοδυναμικής του συστήματος παραγωγής της υπό μελέτη οργανικής ένωσης. 

Ακολουθεί η ανάπτυξη των περιβαλλοντικών θεμάτων που ενδέχεται να απασχολήσουν μία παραγωγική μονάδα των μελετούμενων πετροχημικών προϊόντων. Ειδικότερα, αναπτύσσονται θέματα όπως η σύσταση των υγρών αποβλήτων και τα εφαρμοζόμενα συστήματα επεξεργασίας τους, οι πιθανές αέριες εκπομπές κι η αντιμετώπιση τους, καθώς κι οι ενδεχόμενες αναθυμιάσεις στο χώρο παραγωγής.

Τέλος, παρουσιάζεται ο τρόπος με τον οποίο είναι δυνατό να υλοποιηθεί μια οικονομο-τεχνική μελέτη, καθώς κι οι πηγές από τις οποίες μπορούν να συλλεχθούν στοιχεία για τη συγκεκριμένη αγορά ώστε να γίνουν οι απαραίτητες προσεγγίσεις για την εκτίμηση της οικονομικής βιωσιμότητας  των υπό μελέτη ενώσεων.

Οι φοιτητικές εργασίες αποτελούν αναπόσπαστο μέρος της διδακτικής μεθοδολογίες που ακολουθείται στο μάθημα. Έτσι, έχει δημιουργηθεί μία βιβλιοθήκη από εργασίες παρελθόντων ετών, οι οποίες αφορούν στην πετροχημική σύνθεση διαφόρων ενώσεων. Η βιβλιοθήκη αυτή των επιλεγμένων εργασιών αποσκοπεί στο να καθοδηγήσει τους επισκέπτες της ιστοσελίδας ως προς τα αναμενόμενα αποτελέσματα των φοιτητικών εργασιών. Οι ενδεικτικές εργασίες που έχουν επιλεγεί και παρουσιάζονται σε αυτή την ενότητα είναι στα ακόλουθα θέματα: πετροχημική σύνθεση απορρυπαντικών, παντοθενικού οξέος, βουταδιενίου και οξαλικού οξέος.

Η Βιβλιοθήκη περιλαμβάνει αφενός βιβλιογραφικές παραπομπές που θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες για την περαιτέρω μελέτη και καλύτερη κατανόηση εξειδικευμένων θεμάτων, αφετέρου υλικό κι εργαλεία που θα επιτρέψουν τους φοιτητές να ανταποκριθούν καλύτερα στην ταχέως μεταβαλλόμενη αγορά εργασίας των μηχανικών.

Σημειώνεται ότι η εξελισσόμενη «κοινωνία και οικονομία της γνώσης» κάνει ολοένα πιο σαφή, στενή και αναντικατάστατη τη σύνδεση τεχνολογικών γνώσεων και επιχειρηματικών δραστηριοτήτων. Ως δυναμικά στελέχη επιχειρήσεων ή ως (μικροί ή μεγάλοι) επιχειρηματίες, πολλοί από τους νέους μηχανικούς θα αναλάβουν την ευθύνη επιχειρηματικών αποφάσεων. Για το λόγο αυτό στη θεματική αυτή ενότητα αναπτύσσονται περαιτέρω οικονομικές όψεις της οργάνωσης και της υλοποίησης μιας βιώσιμης παραγωγικής δραστηριότητας, γίνονται αναφορές σε θέματα όπως η δυναμικότητα, το κόστος επένδυσης και λειτουργίας καθώς και η ανάλυση ευαισθησίας και ρίσκου. Ακόμη, παρέχονται βιβλιογραφικές αναφορές οι οποίες θα καταστήσουν εφικτή την ευκολότερη κατανόηση μεθοδολογιών μηχανικού για προσεγγιστικούς υπολογισμούς.

Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα

Ημερολόγιο

Ανακοινώσεις

  • - Δεν υπάρχουν ανακοινώσεις -