Kauraöljyn ylikriittisen CO2-uuton teknoekonominen laskenta
Thitz, Oskari (2019)
Diplomityö
Thitz, Oskari
2019
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019102534737
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019102534737
Tiivistelmä
Tämän työn tarkoituksena oli laatia teknoekonominen analyysi laitokselle, joka uuttaa kauraöljyä kaurahiutaleista käyttäen puhdasta ylikriittistä hiilidioksidia. Työssä tehtiin kirjallisuusselvitys yleisesti kaurasta ja kauraöljystä ja niiden ominaisuuksista ja sovelluksista. Työssä selvitettiin myös eri uuttotekniikoita, perinteisiä sekä vähemmän perinteisiä, kasviöljyjen uutossa ja muuten elintarviketeollisuudessa. Ylikriittisen hiilidioksidiuuton mallintamiseen käytettyjä aineensiirrollisia malleja käytiin myös lyhyesti läpi. Lisäksi listattiin muutamia toimijoita ylikriittisten uuttoprosessien suunnittelun piirissä. Lopuksi tehtiin lyhyt katsaus aiheeseen liittyviin patentteihin ja kauraöljyn kuluttajahintoihin.
Soveltavassa osassa esitettiin suunniteltu laitos (4x0.5 m3) ja prosessi parametreineen. Prosessin ajoparametrit ja uutto olosuhteet (60 °C, 55 MPa) määritettiin kauraöljyn ja muiden kasviöljyjen ylikriittiseen hiilidioksidiuuttoon keskittyvien tutkimusten perusteella. Prosessin energiankulutus sekä laitemitoitus tehtiin Aspen Plus-prosessisuunnitteluohjelmalla. Suunnitellusta laitoksesta tehtiin kustannuslaskelmat skaalaten laitoksen investointikustannukset kirjallisuudesta hankitun datan perusteella. Projektin kannattavuutta tarkasteltiin laskemalla kumulatiivinen kassavirta, sisäinen korko ja investoinnin palautusprosentti. Projektille tehtiin myös herkkyysanalyysi, jossa tarkasteltiin investointikustannusten, kauraöljyn hinnan, ja tuotantokustannusten muutoksen vaikutusta projektin kannattavuuteen.
Suunnitellun laitoksen kapasiteetiksi määritettiin 597 t/a kauraa. Kokonaisinvestointikustannusten arvioitiin olevan 7.26 M€ + 0.54 M€ ja tuotantokustannusten 72.90 €/kg öljyä ja 2.9 €/kg raakakauraa. Projekti paljastui lopulta jokseenkin kannattamattomaksi tehden tappiota vuosittain noin 70 000 €. The scope of this work was to conduct a techno-economical evaluation for a plant which would use pure supercritical carbon dioxide to extract oat oil from oat flakes. In this work a literature review was made about oat and oat oil in general and about their properties and usage. Different conventional and non-conventional extraction techniques and their applications in vegetable oil extraction and food and beverage industry were reviewed in this work. Equations of state and mass transfer models associated with supercritical fluid extraction were reviewed. Work listed also some companies working in the field of process design and equipment and plant manufacturing in supercritical fluid extraction. Finally, patents revolving around this works scope and oat oils situation in current consumer market were reviewed shortly.
In the applied part of this work plans and parameters for the designed plant (4x0.5 m3) were presented. Process parameters and extraction conditions (60 °C, 55 MPa) were determined using papers focused on oat and vegetable oil extraction using supercritical carbon dioxide. Aspen Plus-process design software was used in equipment sizing and defining the energy consumption of the process. Investment costs of the designed plant were evaluated mainly by using existing cost estimates made by different authors and companies. Profitability of the project was examined by calculating cumulative cash flow, internal rate of return and return of investment. Sensitivity analysis was conducted for investment costs, oat oil price, variable production costs and fixed production costs to see how they affected the profitability of the project.
Calculated capacity of the designed plant was 597 t/a in fed oat flakes. Total investment costs were estimated to be 7.26 M€ + 0.54 M€ and production costs 72.90 €/kg oat oil ja 2.9 €/kg raw oats. Project was found kind of unprofitable producing 70 000 € loss annually.
Soveltavassa osassa esitettiin suunniteltu laitos (4x0.5 m3) ja prosessi parametreineen. Prosessin ajoparametrit ja uutto olosuhteet (60 °C, 55 MPa) määritettiin kauraöljyn ja muiden kasviöljyjen ylikriittiseen hiilidioksidiuuttoon keskittyvien tutkimusten perusteella. Prosessin energiankulutus sekä laitemitoitus tehtiin Aspen Plus-prosessisuunnitteluohjelmalla. Suunnitellusta laitoksesta tehtiin kustannuslaskelmat skaalaten laitoksen investointikustannukset kirjallisuudesta hankitun datan perusteella. Projektin kannattavuutta tarkasteltiin laskemalla kumulatiivinen kassavirta, sisäinen korko ja investoinnin palautusprosentti. Projektille tehtiin myös herkkyysanalyysi, jossa tarkasteltiin investointikustannusten, kauraöljyn hinnan, ja tuotantokustannusten muutoksen vaikutusta projektin kannattavuuteen.
Suunnitellun laitoksen kapasiteetiksi määritettiin 597 t/a kauraa. Kokonaisinvestointikustannusten arvioitiin olevan 7.26 M€ + 0.54 M€ ja tuotantokustannusten 72.90 €/kg öljyä ja 2.9 €/kg raakakauraa. Projekti paljastui lopulta jokseenkin kannattamattomaksi tehden tappiota vuosittain noin 70 000 €.
In the applied part of this work plans and parameters for the designed plant (4x0.5 m3) were presented. Process parameters and extraction conditions (60 °C, 55 MPa) were determined using papers focused on oat and vegetable oil extraction using supercritical carbon dioxide. Aspen Plus-process design software was used in equipment sizing and defining the energy consumption of the process. Investment costs of the designed plant were evaluated mainly by using existing cost estimates made by different authors and companies. Profitability of the project was examined by calculating cumulative cash flow, internal rate of return and return of investment. Sensitivity analysis was conducted for investment costs, oat oil price, variable production costs and fixed production costs to see how they affected the profitability of the project.
Calculated capacity of the designed plant was 597 t/a in fed oat flakes. Total investment costs were estimated to be 7.26 M€ + 0.54 M€ and production costs 72.90 €/kg oat oil ja 2.9 €/kg raw oats. Project was found kind of unprofitable producing 70 000 € loss annually.