Målsettingen for instituttets undervisning er å uteksaminere kandidater (sivilingeniører) som er godt kvalifiserte for drifts-, forsknings- og utviklingsoppgaver innen kjemisk industri. Studiet tar sikte på å gi en generell innføring i industrielle prosessers kjemiske grunnlag og tekniske gjennomføring. Nedenfor er vist en skjematisk oversikt over studiet ved kjemisk prosessteknologi for ordinære studenter.
* *Skyggelagte emner er felles for alle siv.ing.studenter ved kjemi * *
Litt om de ulike emnene:
Separasjonsteknikk: Om grunnlaget for en rekke viktige separasjonsprosesser som destillasjon, gassabsorbsjon, ekstraksjon, krystallisasjon og membranseparasjon.
Kjemisk reaksjonsteknikk: Teori for hastigheten av kjemiske reaksjoner og bruk av dette til å velge type reaktor og beregne størrelsen av reaktoren.
Materialteknologi/Biokjemi: En av disse må velges.
Anvendt termodynamikk: Termodynamikk er et meget viktig grunnlagsfag og brukes også mye i praktiske ingeniørberegninger. Dette er veldig gøy når du først får taket på det, og her får du anledning til å fordype deg litt.
Prosessutforming: Utforming og prosjektering av komplette prosessanlegg, inkl. bruk av kommersielle simuleringspakker som Hysys.
Overflate- og kolloidkjemi: Det er oftest på partikkeloverflaten ting skjer! Bygger bl.a. på fysikalsk kjemi.
Prosessregulering: Drift av store prosessanlegg krever stadig justering av prosessbetingelsene og dette muliggjøres av automatisk regulering. Typisk utgjør kostnadene til styring 30% eller mer av de totale kostnadene. I dette faget lærer du om design av regulatorer.
Transportprosesser: Reaktanter og varme må transporteres til og fra reaksjonssonen. Utdypende behandling av masse, impuls og varmetransport med spesiell vekt på masseoverføring.
1. Minimum 3 av følgende 4 emner må velges:
Overflate og kolloidkjemi
Prosessregulering
Reaksjonskinetikk og katalyse
Transportprosesser.
2. Instituttets valgbare emner vår 4. årskurs:
Kjemiske prosessers dynamikk og optimalisering
Overflate og kolloidkjemi
Petrokjemi og oljeraffinering
Polymerkjemi 1
Reaktorteknologi
Papir og fiberteknologi grunnkurs
3. Spesialiseringen skjer i 5. årskurs gjennom fordypningsemnet som tilbys innen:
Katalyse og petrokjemi
Polymer og kolloidkjemi
Prosess-systemteknikk
Reaktorteknologi
Separasjons- og renseteknikk
Papir og firberteknologi
Det er mulig å la prosjektoppgaven telle 11,25 eller 15 Sp. og hhv ta 3 eller 2 fordypningsemner, dette avtales med faglærer og koordinator for fordypningsemnet.
4. Hovedoppgaven (diplom)
Gis gjerne i tilknytning til løpende forsknings- eller industriprosjekter, eventuelt som forundersøkelser som kan danne grunnlag for nye prosjekter. Som instituttets aktiviteter forøvrig spenner hovedoppgavene over et meget vidt spekter av problemstillinger. Det nære samarbeidet med SINTEF Kjemi og PFI fører gjerne til at SINTEF- og PFI-forskere medvirker som veiledere for en del hovedoppgaver. Fra våre industrikontakter mottar vi hvert år forslag til aktuelle hovedoppgaver; flere av disse med inkludert tilbud om sommerjobb. Det er også gode muligheter for å utføre hovedoppgaven i utlandet.
Ved instituttet har vi følgende spesialiseringer/faggrupper:
Katalyse og petrokjemi: Katalyse er nøkkelen til energieffektive og miljøvennlige kjemiske prosesser. Aktiviteten er fokusert mot katalytiske prosesser i kjemisk og petrokjemisk industri, ved gasskonvertering, oljeraffinering og i forbindelse med energi og miljøteknologi. Spesiell vekt legges på heterogene katalysatorer. Styrkeområde ved NTNU og SINTEF.
Kontaktperson: Professor Anders Holmen, tlf.: 73594151, e-post: Anders.Holmen@chemeng.ntnu.no
Kolloid- og polymerkjemi: Kolloider er systemer som består av meget små partikler. Typiske eksempler er små polymerpartikler, margarin, tannpasta og sigarrøyk. Da det er på partiklenes overflate det meste skjer er der en nær sammenheng mellom kolloidkjemi og overflatekjemi. Aktivitene på dette område er rettet inn mot å forstå disse sammenhenger og anvende dem i praksis. Der er et omfattende samarbeide med norsk og internasjonal prosessindustri på områder som berører olje og gass, treforedling/papirkjemi, polymer-(plast) kjemi, miljøvennlige spesialkjemikalier og nanokjemi. Gruppen har et sterkt eksperimentelt preg, og har etablert Ugelstadlaboratoriet med en omfattende, moderne instrumentpark. Gruppen har et godt samarbeide med SINTEF, PFI, Statoils forskningssenter samt universiteter i Norden, Europa og USA. Styrkeområde ved NTNU og SINTEF.
Kontaktperson: Professor Johan Sjöblom, tlf.: 73595505, e-post: Johan.Sjoblom@chemeng.ntnu.no
Prosess-systemteknikk: Det er ikke bare kjemi som skal til for å lage en prosess. I tillegg må vi ha et egnet råstoff, vi må separere produktene, vi må gjenvinne energi og råstoffer, ta vare på miljøet og ikke minst må anlegget drives slik at det hele blir lønnsomt. Prosess-systemteknikk fokuserer på helheten. Vi arbeider med å optimalisere ressurs- og energibruken i nært samarbeid med norsk industri. Forskningen er rettet mot avansert regulering, modellering og simulering, og optimal design av kjemiske prosesser, spesielt for å forbedre prosesser for foredling av olje og gass. Styrkeområde ved NTNU og SINTEF i nært samarbeid med Institutt for teknisk kybernetikk.
Kontaktperson: Professor Sigurd Skogestad, tlf.: 73594154, e-post: Sigurd.Skogestad@chemeng.ntnu.no
Reaktorteknologi: Den kjemiske reaktoren er selve hjertet i de fleste prosesser med kjemisk omvandling. Transport av masse og energi til og fra reaksjonssonen er et av de viktigste designkriteriene for kjemiske reaktorer. Det arbeides med å utvikle nye reaktorer f.eks. membranreaktorer for hydrogenproduksjon, boblekolonner for å konvertere naturgass til bensin, mikroreaktorer for kontinuerlig framstilling av legemidler og membrankontaktorer for fjerning av CO2. Forskningen er spesielt rettet mot å studere og forstå samvirket mellom reaksjonskinetikk, molekylære transportprosesser og strømningsforholdene i prosessene. Vi samarbeider med gruppene på instituttet og med faggrupper innen bioteknologi, maskinteknikk og fluidmekanikk.
Kontaktperson: Professor Hallvard F. Svendsen, tlf.: 73594100, e-post: Hallvard.Svendsen@chemeng.ntnu.no
Separasjonsteknologi: I de fleste prosessanlegg er størstedelen av prosessutstyret relatert til separasjon. For å kunne foreslå en fornuftig separasjonsprosess (enhetsoperasjon), må kunnskaper innen grunnleggende kjemi, fysikalsk kjemi, strømning, overflatekjemi og materialteknologi kobles sammen. Innen fagområdet står reseprosesser sterkt i fokus både for å designe mer miljøvenlige anlegg og hindre utslipp til luft og vann. Forskningen er rettet mot viktige enhetsoperasjoner relatert til gass, væske og fast stoff, så som absorpsjon, krystaliisasjon og membranprosesser (med materialteknologi). Krystallisasjon av fast stoff fra væske er en en effektiv reseprisess ved produksjon av paracetamol og røntgekontrastmidler. I tillegg fremtidens behov for nye og nanostruktrurerte materialer være betingen av en grunnleggende forståelse av materialer oppbygning via krystallisasjon. Eksempler på anvendelse av membraner er omdanning av sjøvann til ferskvann, energiproduksjon ved osmose, separasjon av CO2 samt gjenvinning av hydrogen fra gasstrømmer. Gruppa har utstrakt samarbeid med andre grupper både internasjonalt, innen NTNU (materialteknologi) og med Gassenteret NTNU/SINTEF.
Kontaktperson: Professor May-Britt Hägg, tlf.: 73594033, e-post: May-Britt.Hagg@chemeng.ntnu.no
Papir og fiberteknologi: Papir er det økonomisk og sosialt viktigste av alle materialer som er basert på fornybare råvarer. Det skjer en stadig utvikling av prosesser og papiregenskaper blant annet for å møte konkurransen fra syntetiske materialer.Treforedlingsindustrien er i dag blitt meget avansert og har et kontinuerlig behov for nye kandidater. Forskningen foregår i nært samarbeid med Papir og fiberinstituttet (PFI) og er rettet mot å forstå de kompliserte delprosessene som inngår når man skal lage papir.
Kontaktperson: Professor Øyvind Gregersen, tlf.: 735994029, e-post: Oyvind.Gregersen@chemeng.ntnu.no
ARBEIDSMULIGHETER
Kandidatene fra studieretning for Kjemisk prosessteknologi har stort sett ikke hatt vanskeligheter med å sikre seg relevant arbeid etter endt utdannelse. Siden utdanningen er anvendelig i all type kjemisk industri og konsulentvirksomhet, vil arbeidsmulighetene ikke være så sterkt påvirket av svingninger i enkelte bransjer.
Industrien ønsker å øke interessen for prosessfag hos dagens unge. Det er derfor opprettet et samarbeidsforum (SF), som satser stort på rekruttering av nye kandidater for å få nok arbeidskraft i framtida se: Samarbeidsforum
Institutt for kjemisk prosessteknologi har alltid hatt et veldig nært og godt samarbeid med kjemisk industri og forskningsinstitutter. Dette samarbeidet gjør at vi kan tilby ekskursjoner, sommerjobber for våre studenter og ikke minst interessante industri prosjekter/diplomer.
Eksempler på arbeidsplasser er:
De aller fleste store av disse bedriftene er internasjonale og kan tilby spennende jobber utenfor Norge.
De aller fleste produkter og materialer vi omgir oss med framstilles ved katalyserte prosesser. Heterogen katalyse er også svært viktig innenfor en rekke andre områder som miljøvern f.eks. rensing av eksosgass og energiproduksjon f.eks. katalytisk forbrenning, hydrogenteknologi og brenselceller.
Vi arbeider derfor over et bredt område av heterogen katalyse, fra fundamentale studier og til anvendt forskning og utvikling finansiert av norsk industri. Olje og gass er de viktigste råstoffene for raffinering og petrokjemisk industri. Vi arbeider med en rekke prosesser av stor betydning knyttet til gasskonvertering, oljeraffinering og petrokjemi
Foto: IKP
IKP
Andre viktige og spennende område er knyttet til mikroreaktorer, til hydrogenteknologi og ikke minst nanoteknologi hvor bl.a. framstilling og anvendelse av karbonnanorør er et nytt område. Med bakgrunn i vår forskningsaktivitet tilbyr vi fagpakker, prosjektoppgaver og diplomoppgaver innen alle disse områdene.
Prosjektoppgaver og diplomoppgaver kan være eksperimentelle arbeider rettet mot katalyse eller prosessutvikling, eller mer teoretisk orienterte oppgaver. Utdanningen gir kompetanse for å arbeide innen industri, forvaltning eller forskning og utdanning innen alle områder rettet mot foredling av olje og naturgass.
Vi tilbyr moderne laboratorier og utstyr til våre studenter, og har et nært samarbeid med aktuell norsk industri. Fagmiljøet ble i 1998 utpekt som styrkeområde ved NTNU/SINTEF (KINKAT).
Forskningen administreres av Ugelstad laboratoriet, som per i dag har en industriell sponsor gruppe på 14 nasjonale og internasjonale industriforetak. Gruppen har bygd opp ett moderne laboratorium innenfor eksperimentell kolloid kjemi.
Forskning på råolje rettes mot produksjon og prosessering. Mer detaljert arbeider vi med prosjekter innenfor følgende emner:
råolje karakterisering
separasjon av olje/vann og gass både "subsea" og "topside"
emulsjonsproblematikk med fokus på råoljekvalitet og utslippsvann
gasshydrat og naturlig transportbarhet
karakterisering av naturlig forekommende overflate aktive emner i råolje
kjemien omkring naften syrer (og naftenat utfelling)
Innenfor det siste området har gruppen 2 "joint industrial programmes" (JIP's) med vesentlig støtte fra industrien.
Innenfor materialvitenskap og nano teknologi rettes arbeidet mot kolloidale templat (av typen miceller, emulsjoner og flytende krystaller) kombinert med kjemiske reaksjoner (sol-gel teknologi) samt funksjonalisering av disse nanostrukturene. De viktigste anvendelsene av denne typen materialer finnes innenfor katalyse og optiske materialer. Vi jobber bl.a. tett med gruppen for heterogen katalyse (Holmen).
Innenfor polymer kjemi finnes det virksomheter innen polymere synteser/ polyolefiner og karakterisering av disse, samt innen selvorganisering (self-assembly), gradient overflater og simulering av polymere system. Gruppen har også ett tradisjonelt samarbeid med Sintef på området monodisperse polymerpartikler (Ugelstad kuler).
Gruppen i kolloidkjemi og polymer preges av en sterk tilknytning til nasjonal og internasjonal prosessindustri, Sintef, PFI (trykkfarger og fiberkjemi), IFE (korrosjon og overflatekjemi), og universiteter i USA (North Carolina og Tulsa), Norden og øvrige Europa.
Gruppen representeres av to professorer, en førsteamanuensis, fem professor II, to forskere, fem postdoc, tolv doktorstudenter, to gjesteforskere, tre laboratorieteknikere og fem diplomstudenter.
Kjemiske industrianlegg består av et stort antall prosess-enheter som reaktorer, destillasjonskolonner, kompressorer, varmevekslere osv. For å utnytte råstoffer og energi på en effektiv måte vil ofte deler av produktstrømmen fra en prosessenhet resirkuleres til en annen og varme vil utveksles mellom ulike enheter. Denne integrasjonen gjør at man ikke kan se atskilt på de enkelte enheter når man skal beregne (simulere), utforme og operere prosessen på den beste måte. Arbeidet innen dette området er derfor fokusert på å studere hele systemet, dvs. å se på hele det kompliserte samspillet mellom enkeltdelene.
Fagområdet omfatter syntese (systematisk utforming), optimalisering, modellering, simulering, dynamikk og regulering av kjemiske prosessanlegg. Instituttet er på flere områder i første linje internasjonalt på dette feltet og rår over gode ressurser når det gjelder dataverktøy.
De viktigste forskningsområdene er:
prosessregulering
modellering og simulering
prosess-design og optimalisering
Fagområdet er utpekt til styrkeområde ved NTNU/SINTEF (PROST). Innenfor PROST er det nært samarbeid bl.a. med Institutt for teknisk kybernetikk.
Den kjemiske reaktoren er en sentral enhet i de fleste industrielle prosesser. Beregninger som forteller hvilke kjemiske omvandlinger som skjer i reaktoren og hvilke produkter som kommer fra et gitt råstoff ved gitte reaksjonsbetingelser legger grunnlaget for mye av det som skjer videre i industrielle prosesser og er i stor grad bestemmende for økonomi, sikkerhet, miljøpåvirkning, osv. Reaktorberegninger bygger på kunnskap om reaksjonskinetikk, katalyse, fluidmekanikk og masse- og varmeoverføring. Instituttets forskning på dette området omfatter både tung eksperimentell aktivitet og teoretiske studier/beregninger.
De viktigste forskningsområdene er:
Matematisk modellering av kjemiske reaktorer
Eksperimentell analyse av strømning og varmeoverføring i kjemiske reaktorer
Eksperimentell testing av teoretiske metoder og modeller
Miljøteknologi (CO2 rensing og transport av forurensninger i atmosfæren)
De fleste prosjekt- og diplomoppgaver er relatert til gruppens pågående forskningsprosjekter.
Smarte membranmaterialer - viktig for vanskelige gasseparasjoner
Saltkraft - ny fornybar energi fra sjøvann og ferskvann via membranteknikk
Farmasøytiske produkter og fargestoffer
Vi tilbyr kunnskap og kompetanse som kan gjøre deg i stand til dette.
Separasjon inngår i all kjemisk og kjemisk relatert industri: Mineraler skal utvinnes, brønnstrømmer skal skilles i gass, olje og vann, ureagerte forbindelser skal resirkuleres til reaktorer, avløp skal renses, biprodukter skal skilles fra hovedprodukter. Nesten all prosessapparatur i kjemisk industri er knyttet til separasjon av forskjellige slag.
Separasjonsteknologien bygger på bl.a. kunnskap om fysikalske og kjemiske egenskaper til enkeltkomponenter og blandinger, om masse- og varmeoverføring og om teknikker og apparatur for gjennomføring av separasjoner i praksis. Innsikt i de kreftene som virker mellom molekyler og de konsekvensene disse har for de grunnleggende prosessene i "nanoskala" blir stadig viktigere. Dette blir bl.a. brukt til utvikling av materialer til membraner med spesielle egenskaper for gasseparasjoner, til studier av osmoseprosesser for "saltkraft" og framstilling av nanopartikulære materialer.
Framtidssamfunnet krever en bevisst holdning til miljøet. Miljøskadelige utslipp blir ikke tolerert, og en konsekvens av dette er bl.a. at prosessanleggene må bygges helt lukket og at energiforbruket må være lavest mulig. I denne utviklingen står separasjonsteknologi i alle former helt sentralt. Viktige arbeidsverktøy for oss er derfor prosessimulering og optimalisering for søking etter den beste prosessutformingen.
Instituttet driver forskning og utvikling på en rekke felt knyttet til separasjon, der de viktigste er:
gassrensing
ekstraksjon og ionebytting
membranteknologi for separasjon av både i gass- og i væskefase
Treforedlingsindustrien står for 15% av netto eksportverdi til Norges landbaserte prosessindustri. Den foredler et fornybart råstoff, og det er skogsreserver for stor ekspansjon. Industrien er teknisk moderne og eksporterer ca. 75% av sin produksjon. Den har stort behov for teknisk kompetent personell.
Bransjen har to hovedlinjer som reflekteres i forskningen innen fagområdet. Den ene gjelder nedbrytning av ved til fibre, den andre oppbygging av papir fra de separerte fibrene. Instituttet har lenge hatt en internasjonalt kjent virksomhet innen fiberkarakterisering og fremstilling av "mekaniske" papirmasser. Denne aktivitet er nå styrket ved et tett samarbeid med PFI.
Vi arbeider med nye prosesser av mer miljøvennlig karakter som nye blekemetoder, økt utbytte fra masseframstillingsprosessen samt papirframstilling med redusert energi- og vannforbruk. Spesielt redusering av vannforbruket kan medføre prosess- og produktforstyrrelser, og å unngå slike endringer kan gi store utfordringer med hensyn på vannkjemi. Vi har nær kontakt med industrien, og lovende prosessmodifikasjoner kan raskt utprøves industrielt.
Problemstillinger i tilknytning til resirkulering av papir studeres i samarbeid med industrien.Papir er økonomisk sett landets viktigste ferdigmateriale. En økt nasjonal satsing på material-teknologi omfatter også dette materialet. For papirmaterialet er struktur- og overflatekarakter-isering og -forbedring et viktig studiefelt. Trykkpapir dominerer blant papirproduktene, og overflaten av dette papiret er kvalitetskritisk.
Generelt er enhetsprosessene i masse- og papirindustrien nær beslektet med de som behandles i den generelle kjemiteknikk; f.eks. reaktorer for koking og bleking; strømning av tofase-væsker (fibre i vann); filtrering; pressing og tørking.
Sommeren 1998 ble treforedlingsaktiviteten samlokalisert med Papirindustriens Forskningsinstitutt (nytt navn fra 1.02.04: Papir- og fiberinstituttet AS) som flyttet inn i nybygg like ved Kjemiblokkene. Her finnes også arbeidsplasser for studenter som tar treforedlingsfag. Samlokaliseringen har gitt sterkt utvidet adgang til avansert utstyr og ekspertsamarbeid.
