Waar gaat het over?
Om de klimaatdoelen voor de industrie te halen, moeten ingenieurs een reeks technieken toepassen. De overheid (RVO) deelt die in zeven groepen in: maximale procesefficiëntie, warmtehergebruik en -opwaardering, (ultra)diepe geothermie, klimaatneutrale brandstoffen, flexibiliseren en digitaliseren, radicaal nieuwe processen en systeemconcepten. In dit kernvak werk je vooral met vier daarvan: procesefficiëntie, warmte-integratie, klimaatneutrale brandstoffen en nieuwe processen.
De casus: een biodieselfabriek
Het hele semester werk je in je groep aan één fabriek: een installatie die olijfolie omzet in biodiesel (FAME) en glycerol. De fabriek draait op relatief lage temperaturen en de CO2-uitstoot hangt sterk samen met de warmtevraag. Daarmee is hij representatief voor heel veel fabrieken in Nederland.
Jullie opdracht: beperk het gebruik van warmte uit aardgas zo veel mogelijk, met een terugverdientijd van maximaal vijf jaar. Net als in de praktijk krijg je niet alle gegevens aangereikt. Zelf informatie zoeken en verantwoorde aannames doen hoort bij de opdracht.
De opdracht bestaat uit vier delen, elk met een eigen tussentijdse deadline:
- Energie- en massabalans. Je stelt een sluitende balans op en bepaalt per deelproces de temperatuurtrajecten.
- Warmte-integratie. Met een pinch-analyse bepaal je de minimale warmte- en koudevraag en ontwerp je een warmtewisselaarnetwerk.
- Energiesysteem. Je maakt een conceptueel ontwerp van de utiliteiten: warmtepompen, stoom, elektrische verwarming of wat de literatuur verder biedt.
- Techno-economische evaluatie. Je verbetert het ontwerp op efficiëntie en flexibiliteit, ook bij een wisselend energieaanbod, en zet de beste opties economisch op een rij.
Lesprogramma
| Week | Onderwerp |
|---|---|
| 1 | Introductie en basis energietechniek |
| 2 | Grafische pinch-analyse |
| 3 | Numerieke pinch-analyse en de Grand Composite Curve |
| 4–5 | Ontwerp van warmtewisselaarnetwerken, basis Python |
| 6 | Python met AI als hulpmiddel |
| 7 | Warmtewisselaars en warmtepompen |
| 8–9 | Energie-economie: investeringen en terugverdientijd |
| 10–11 | Exergie-analyse |
| 12 | Integrale herhaling |
| 13–14 | Eindrapport en mondelinge verdediging |
Je rekent met thermodynamische bibliotheken zoals CoolProp en openPinch.
Na dit vak kun je
- een consistente energie- en massabalans opstellen op basis van een process flow diagram;
- met een pinch-analyse de minimale warmte- en koudevraag bepalen;
- met de CP-regels een warmtewisselaarnetwerk ontwerpen;
- een utiliteitssysteem ontwerpen op basis van de Grand Composite Curve;
- met exergie-analyse de elektriciteitsvraag van duurzame warmtesystemen bepalen en verlagen;
- een energiesysteem techno-economisch verbeteren en je keuzes onderbouwen.
Toetsing
Je groep levert een eindrapport op van maximaal 30 pagina’s, opgebouwd als haalbaarheidsstudie. Daarna verdedig je het ontwerp individueel in een mondeling van ongeveer tien minuten. De zwaarste onderdelen in de beoordeling zijn de exergie-analyse en de techno-economische analyse.
Voorkennis
Thermodynamica, vermogenselektronica en cost engineering zijn handig, maar niets is verplicht. Wie minder thermodynamica heeft gehad, krijgt de basis in de eerste lessen. Programmeerervaring is niet nodig.
Aanbevolen literatuur: Çengel & Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach; Kemp, Pinch Analysis and Process Integration; Dincer & Rosen, Exergy.