• No results found

Wat is een systeem?

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Wat is een systeem?"

Copied!
54
0
0

Bezig met laden.... (Bekijk nu de volledige tekst)

Hele tekst

(1)

Systeemdenken: balansen - Leerdoelen

Vraagstuk analyseren m.b.v. systeemdenken

Behoudswetten massa en energie

Procedure voor opstellen balans

Voorbeelden:

de chemische industrie

huisvuilverwerking in Nederland

warmte-kracht koppeling

etc.

Stuk elektronische reader “De Systeembenadering” (volgt)

(2)

Wat is een systeem?

(3)

Wat is een systeem?

• A system may be defined as “a structured assemblage of

elements and subsystems, which interact through interfaces. The interaction occurs between system elements and between the system and its environment” (Asbjørnsen 1992)

• systeemgrens (interface tussen systeem en omgeving)

• systeemelementen

• verbindingen tussen systeemelementen (structuur)

• inputs/outputs

(4)

Wat is een systeem?

De chemische industrie Inputs

Outputs Chemische

Fabriek

Outputs Inputs Uitwisseling

>>

Systeem Element

Systeem Grens

Flow

Categorie Info Chemische

Fabriek

Chemische Fabriek

Chemische Fabriek

Chemische Fabriek Chemische

Fabriek Chemische

Fabriek

Dijkema, G.P.J. (2004) , “Process System Innovation by Design”.

(5)

Wat is een systeem?

• A system may be defined as “a

structured assemblage of elements and subsystems, which interact through

interfaces. The interaction occurs between system elements and between the system and its environment” (Asbjørnsen 1992)

systeemgrens?

systeemelementen?

verbindingen?

inputs, outputs?

De chemische industrie Inputs

Outputs Chemische

Fabriek

Outputs Inputs Uitwisseling

>>

Systeem Element

Systeem Grens

Flow

Categorie Info Chemische

Fabriek

Chemische Fabriek

Chemische Fabriek

Chemische Fabriek Chemische

Fabriek Chemische

Fabriek

Dijkema, G.P.J. (2004) , “Process System Innovation by Design”.

(6)

Systeem?

A system may be defined as

“a structured assemblage of elements and subsystems, which interact through interfaces. The interaction occurs between system elements and between the system and its environment”

(Asbjørnsen 1992)

systeemgrens?

systeemelementen?

verbindingen? (structuur)

inputs, outputs

http://aardling.com/ferrari-458-italia/

(7)

Systeem?

A system may be defined as

“a structured assemblage of elements and subsystems, which interact through interfaces. The interaction occurs between system elements and between the system and its environment”

(Asbjørnsen 1992)

systeemgrens?

systeemelementen?

verbindingen? (structuur)

inputs, outputs

http://www.mocpages.com/moc.php/11547

(8)

Wat is een systeem?

• A system may be defined as “a structured assemblage of

elements and subsystems, which interact through interfaces. The interaction occurs between system elements and between the system and its environment” (Asbjørnsen 1992)

• systeemgrens (interface tussen systeem en omgeving)

• systeemelementen

• verbindingen tussen systeemelementen (structuur)

• inputs, outputs

• combinatie leidt tot prestatie, gedrag van het systeem

• het systeem vervult een FUNCTIE

(9)

Systeem?

A system may be defined as “a structured assemblage of elements and subsystems, which interact through interfaces. The interaction occurs between system elements and between the system and its

environment” (Asbjørnsen 1992)

systeemgrens (interface tussen systeem en omgeving)

systeemelementen

verbindingen tussen

systeemelementen (structuur)

inputs, outputs

combinatie leidt tot prestatie, gedrag van het systeem

het systeem vervult een FUNCTIE

http://aardling.com/ferrari-458-italia/

(10)

Waarom systeemdenken (1)?

• Basisregels hoe systemen werken zijn toepasbaar voor

• natuurlijke, technologische, economische,

ecologische, fysische, maatschappelijke en politieke systemen.

• productie processes, producten, informatiesystemen

• Systeembenadering is basis voor analyse industriële installaties:

• economie: kosten/baten analyse; schatting investeringen;

• ecologie: input/outputs  “wieg-tot-graf” keten

(11)

Waarom systeemdenken (2)?

Gedrag van een systeem is afhankelijk van zijn structuur (interactie van

systeemelementen) en relatie met zijn omgeving

Elk systeem is meer dan de optelling van het gedrag van zijn afzonderlijke elementen!

Op elk aggregatie niveau:

Systeem is te decomponeren in subsystemen

Deze (sub)systemen zijn weer te decomponeren in (sub)-

subsystemen

etc.

http://rummage.typepad.com/rummage/2007/11/index.html

(12)

Waarom systeemdenken (2)?

Systeemdecompositie:

systemen bestaan uit subsystemen

subsystemen bestaan uit sub- subsystemen

sub...systemen bestaan uit systeemelementen

Systeemanalyse:

wat is een geschikte systeemdecompositie??

Keuze van aggregatieniveaus

Bijv. locaal, regionaal, nationaal

Industriële economie / Industriegebied / Industrieel complex / Fabriek?

Fabriek / -Sectie / Apparaat / Onderdeel?

http://rummage.typepad.com/rummage/2007/11/index.html

(13)

Waarom systeemdenken (3)

• … geeft je de mogelijkheid complexe, ongestructureerde informatie te ordenen, en methoden voor oplossing te overwegen.

• … een gevonden oplossing kan vrij indirect en moeilijk te

begrijpen zijn voor niet-systeem-denkers, maar het werkt beter

• … de oplossing geeft betere resultaten geïntegreerd in plaats en tijd

• systeemdenken: krachtig hulpmiddel/denkwijze in combinatie met inhoudelijke kennis (waar gaat het over).

(14)

Voorbeeld: de Aarde als systeem

•Aarde

• open systeem voor energie

• gesloten systeem voor materie

•Aarde als milieusysteem

• open

• zwakke integratie

• zeer complex

(15)

de Aarde als systeem:

veel gebruikte systeemdecompositie

•Aarde

•open systeem voor energie

•gesloten systeem voor materie

•Aarde als milieusysteem

•open

•zwakke integratie

•zeer complex

(16)

Systeemdenken: industrie en milieu

• Milieu als bron en put

(17)

Systeemdenken: industrie en milieu

• Milieu als bron en put

• “Society” als systeem  decompositie t.b.v. analyse

(18)

Food

Textile Paper Fertilizer Oth. chemical Building material Basic metal Oth. metal Oth. industry

Transport Homes Cokes factories

Refineries

Power plants Winning

Import

Export The Netherlands

Import

Export

Systeemdecompositie Nederlandse Economie

Winningsbedrijven Energie-bedrijven Eindgebruikers

(19)

Black-box systeem-model

• “Black-box” model:

• elk systeem wordt gekarakteriseerd door zijn inputs en outputs.

Puri- fication

Recycle Flow Separation Reaction

Feed Product

Purge Feed

preparation

T

Fuel

Dijkema, G.P.J., Process System Innovation by Design, 2004

(20)

Process systems engineering:

Open the Black-box

• “Black-box” openen:

• elk systeem wordt gekarakteriseerd door zijn inputs en outputs.

• we zien wat er in het systeem zit

Puri- fication

Recycle Flow Separation Reaction

Feed Product

Purge Feed

preparation

T

Fuel

Dijkema, G.P.J., Process System Innovation by Design, 2004

(21)

Algemene systeemstructuur/decompositie van een fabriek in de procesindustrie:

Een assemblage van unit operations

Puri- fication

Recycle Flow Separation Reaction

Feed Product

Purge Feed

preparation

T

Fuel

Dijkema, G.P.J., Process System Innovation by Design, 2004

(22)

Een assemblage van unit operations

• Unit operations:

• ...Basis concept van (chemical) process systems engineering

• ...Voor modellering en ontwerp

• Aan dit systeemmodel zijn een aantal methoden voor het (vroeg) schatten van investeringskosten opgehangen.

Puri- fication

Recycle Flow Separation Reaction

Feed Product

Purge Feed

preparation

T

Fuel

Dijkema, G.P.J., Process System Innovation by Design, 2004

(23)

Systeemdenken: industrie en milieu

• Industriële productie:

• onttrekking van grondstoffen aan de aardkorst

• industriële bewerkingen tot gereed product

• sommige bewerkingen: emissies, afval

• producten: na gebruik  afval

• Voorafgaand aan gebruik milieu als put treffen we

voorzieningen die we verantwoord vinden en die

betrouwbaar worden geacht

(24)

Systeemdenken

• Voorafgaand aan gebruik milieu als put treffen we voorzieningen die we verantwoord vinden en die betrouwbaar worden geacht

• Voorbeelden?

(25)

Systeemdenken

• Voorafgaand aan gebruik milieu als put treffen we voorzieningen die we verantwoord vinden en die betrouwbaar worden geacht

• Voorbeelden?

• onttrekking: boorspoeling; mijnafval; ganggesteente

• industriële bewerking: end-of-pipe; procesgeïntegreerde maatregelen, schone/groene grondstoffen & processen

• afgedankte produkten: recycling; afvalverwerking

(26)

Afvalverwerking - systeem

• Hoe ziet het systeem voor

huishoudelijk afvalverwijdering er uit in Nederland?

• Welk produkt, welke bewerkingen, kosten, milieubelasting?

• Schatting van bovenstaande?

(27)

Afvalverwerking - systeem

• Hoe ziet het systeem voor

huishoudelijk afvalverwerking er uit in Nederland?

• Welk produkt, welke bewerkingen, kosten, milieubelasting?

• Schatting van bovenstaande?

(28)

Afvalverwerking - systeem

Inzameling

Transport

Verwerking

AFVAL

Restprodukt

(29)

De verwerking van afval

• Systeemkeuze voor analyse en ontwerp

opties:

opties:

opties:

Inzameling

Transport

Verwerking

AFVAL

Restprodukt

(30)

De verwerking van afval

Systeemkeuze en afbakening, voor analyse en ontwerp

inzameling

opties:

• integraal of gescheiden? (GFT-bak, glasbak, papiercontainer etc.)

• halen of brengen

transport

opties:

• vrachtauto, trein, of schip (vliegtuig)

eindverwijdering of nuttige toepassing?

opties:

• vuilstortplaats (gecontroleerde stort)

• composteren (van GFT)

• verbranding met energieterugwinning

• grondstofterugwinning

• gergebruik en recycling

Inzameling

Transport

Verwerking

AFVAL

Restprodukt

(31)

Huishoudelijk Afval in Nederland, 1992-2007

1 [Mton] = 1 miljoen [Ton]

http://www.senternovem.nl/uitvoeringafvalbeheer/publicaties/Monitoring/ua_200805_afvalverwerking_in_nederland__gegevens_2007.asp

(32)

Ontwikkeling huishoudelijk afval

bron: Nederland Afval in Cijfers, Uitvoering Afvalbeheer, SenterNovem, 2007

(33)

De verwerking van huishoudelijk afval in Nederland - massabalans

bron: Nederland Afval in Cijfers,

Uitvoering Afvalbeheer, SenterNovem, 2007

(34)

De verbranding van huisvuil

(35)

De grootschalige verbranding van

huisvuil (grijze container),

Afvalverwerking Zuid-Nederland, AZN

AZN Moerdijk verwerkt 700.000 ton afval per jaar

• Daarbij ontstaan

• 180.000 ton bodemas

• 12.000 ton metalen

• De operatie is (volgens AZN (folder):

“schoon en erg milieu-vriendelijk”

• Is dat werkelijk zo? Welke informatie ontbreekt aan dit overzicht (uit PR-folder)?

15.000 ton vliegas

• 3.000 ton gips

• 2.600.000 ton stoom

(36)

De verbranding van huisvuil

• Afvalverbrandingsinstallatie AZN schoon en milieuvriendelijk??

• Wat zouden de kosten zijn voor verbranding van huisvuil?

• Hoe krijgen we een antwoord op deze twee vragen?

Hoe ziet een systeemdiagram eruit?

(37)

De verbranding van huisvuil

• Afvalverbrandingsinstallatie AZN schoon en milieuvriendelijk??

• Wat zouden de kosten zijn voor verbranding van huisvuil?

• Hoe krijgen we een antwoord op deze twee vragen?

1. systeemdiagram opstellen 2. inputs & outputs uitrekenen

3. kosten en opbrengsten in beeld brengen

(38)

De verbranding van huisvuil

1. systeemdiagram opstellen

• op basis van kennis & informatie over dit systeem – bijvoorbeeld Ullmann’s Encyclopedia of technology (via

www.library.tudelft.nl), wikipedia, boeken, wetenschappelijke &

technische literatuur, bedrijfsinformatie etc.

• keuze systeemgrens,

systeemelementen, inventarisatie van stromen

2. inputs & outputs uitrekenen

3. kosten en opbrengsten in beeld brengen

(39)

Systeemdiagram

Verbranding met energieterugwinning

Aanvoer/Loshal (bunkering)

Rookgasreiniging (NOx, vliegas, zware metalen,

chloor, SO2

dioxines, kwik)

Slakopwerking (verwijdering

metalen tbv recycling) Roosteroven (verbranding)

Stoomketel (energiewinning)

Opslag (open lucht)

A f v o e r

(40)

Verbranding met

energieterugwinning

• Systeem-informatie:

• er is een gesloten stoomkringloop voor energiewinning (vergelijk met centrale verwarming (cv) thuis)

• de schoorsteen is 80m hoog

• voor de verbranding van huisvuil wordt lucht gebruikt

Aanvoer/Loshal (bunkering)

Rookgasreiniging (NOx, vliegas, zware metalen,

chloor, SO2

dioxines, kwik)

Slakopwerking (verwijdering

metalen tbv recycling) Roosteroven (verbranding)

Stoomketel (energiewinning)

Opslag (open lucht)

A f v o e r

(41)

De grootschalige verbranding van

huisvuil - schoon, milieuvriendelijk?

• AZN Moerdijk verwerkt 700.000 ton afval per jaar

• Daarbij ontstaan

• 180.000 ton bodemas

• 12.000 ton metalen

• Rookgas (CO2)

• 15.000 ton vliegas

• 3.000 ton gips

• 2.600.000 ton stoom

(42)

Stap 1 - keuze systeemgrens &

control volume

Control Volume t.b.v. vragen

Aanvoer/Loshal (bunkering)

Rookgasreiniging (NOx, vliegas, zware metalen,

chloor, SO2

dioxines, kwik)

Slakopwerking (verwijdering

metalen tbv recycling) Roosteroven (verbranding)

Stoomketel (energiewinning)

Opslag (open lucht)

A f v o e r

(43)

Energieterugwinning: water-stoom in gesloten kringloop

Control Volume t.b.v. vragen

Aanvoer/Loshal (bunkering)

Rookgasreiniging (NOx, vliegas, zware metalen,

chloor, SO2

dioxines, kwik)

Slakopwerking (verwijdering

metalen tbv recycling) Roosteroven (verbranding)

Stoomketel (energiewinning)

Opslag (open lucht)

A f v o e r Warmte-

wisselaar (energie- afnemer)

Kring- proces

(44)

Stap 2: boekhouden

inventarisatie inputs en outputs

Control Volume Aanvoer/Loshal

(bunkering) 700.000 ton

Rookgasreiniging (NOx, vliegas, zware metalen,

chloor, SO2

dioxines, kwik)

Slakopwerking (verwijdering

metalen tbv recycling) Roosteroven (verbranding)

Stoomketel (energie-

winning) Warmte-

wisselaar (energie- afnemer)

Verbrandings- Lucht

??ton

bodemas 180.000 ton metalen

12.000 ton

vliegas 15.000 ton

gips etc.

3.000 ton rookgas

??? ton Netto circulatie

2.600.000 ton

(45)

De grootschalige verbranding van

huisvuil - schoon, milieuvriendelijk?

• AZN Moerdijk verwerkt 700.000 ton afval per jaar

• Daarbij ontstaan

• 180.000 ton bodemas

• 12.000 ton metalen

• Rookgas (CO2)

(1) Wat is de hoeveelheid rookgas die door de schoorsteen wordt uitgestoten?

(2) Wat is de samenstelling van het rookgas (hoeveelheid CO2, dioxines, NOx, roet etc.)

(3) Hoeveel aardgas wordt er bespaard

• 15.000 ton vliegas

• 3.000 ton gips

• 2.600.000 ton stoom

(46)

Oplossing: gebruik kennis van het systeem EN balansen

• Stelt u in staat te “boekhouden” met Behouds wet

som(ingaande stromen) som(uitgaande stromen) - netto accumulatie

• Geldt voor: elektronen, atomen, moleculen*, massa, energie, kippen, mineralen, etc.

*bij afwezigheid chemische reactie

(47)

Materie- en energietransformatie behoudswet

• LAW OF CONSERVATION OF MATTER AND ENERGY

• matter and energy cannot be created or destroyed

• matter and energy can be transformed into other

kinds of matter and energy

(48)

Oplossings-procedure

(zie ook elektronische reader)

(1)

Kies systeemgrens & control volume;

• gebruik daarvoor kennis van het systeem (2) Kies de te gebruiken grootheid

(3) Ga boekhouden met Behouds wet som(ingaande stromen) som(uitgaande stromen) - netto accumulatie

• dus inventariseer alle stromen (4)Maak aanvullende aannamen

• bijv. in een continu werkend systeem is bij stationaire operatie de accumulatie gelijk aan nul!

• bijv. de massa van schadelijke stoffen in rookgas is te verwaarlozen in de massabalans

(49)

Resultaat systeemanalyse stap (2)

• Er is een additionele input, verbrandingslucht, hoeveelheid is onbekend

• Er is een output waarvan de hoeveelheid en samenstelling onbekend is

• NB de samenstelling van huisvuil is eveneens vooralsnog onbekend!

• Om te bepalen of het systeem “schoon en milieuvriendelijk” is, dienen we dus ontbrekende gegevens te schatten / berekenen, c.q. informatie te verzamelen!

(50)

Berekenen ontbrekende gegevens met massabalans:

• (1) Inputs:

• lucht: stel X ton

• afval: 700.000 ton

•totaal: 700.000 + X

• (2) Outputs

• rookgas: stel Y ton

• vliegas: 15.000 ton

• bodemas: 180.000 ton

• metalen: 12.000 ton

• gips etc.: 3.000 ton

• totaal: 210.000 + Y

(51)

Berekenen resultaat met balans:

• (3) Massabalans:

• stel netto accumulatie of voorraadvorming = 0

• som(inputs) - som(outputs)

= 0

• (4) Resultaat

• 700.000 + X - 210.000 - Y = 0

• hoeveelheid rookgas = Y = 490.000 + X

(52)

Berekenen schatting van hoeveelheid verbrandingslucht

• benodigde informatie:

• verbrandings-reactie(s)

• samenstelling huisvuil

• samenstelling lucht

• massa / mol balansen

(53)

Neem aan dat we dit proces voltooien:

(1) Kies systeemgrens & control volume;

(2) Kies de te gebruiken grootheid

(3) Ga boekhouden met Behouds wet som(ingaande stromen) som(uitgaande stromen) - netto accumulatie

• dus inventariseer alle stromen (4) Maak aanvullende aanname(s)

(5) Stel (voorlopig) onbekendes op “X”

(54)

Vervolg systeemanalyse

• Systeem is gekarakteriseerd, informatie verzameld, verantwoorde schatting van ontbrekende gegevens gemaakt

• Kunne we nu iets zeggen of de AZN afvalverbrander

“schoon en milieuvriendelijk is”

• Hebben we aanknopingspunten om te bepalen wat de

kosten van de verwerking van een ton huisvuil is?

Referenties

GERELATEERDE DOCUMENTEN

• Most radical: it can be made by double decomposition of any basic carbonate with any soluble salt of lead. So: modern chemistry destroys all restrictions of the old

With the threat of the development of the avian H5N1 strain into a new pandemic influenza virus, possibly as dangerous as the 1918 H1N1, we cannot underestimate the

I assume that adverbs are adjoined.. The verb undergoes movement to Asp 0. However, as mentioned earlier, the aspect marker -le is generally considered to be a

Aangezien er geen effect is van extra oppervlakte in grotere koppels (16 dieren) op de technische resultaten, kan vanuit bedrijfseconomisch perspectief extra onderzoek gestart

For the communication between doctors and nurses, this will improve patient care, whereas the communication regarding the medical administration could improve the overall

Whereas in Attica the settlement patterns in the geomorphic study region were poorly-known, allowing Paepe to interpret every erosion episode in terms of climatic fluctuations,

It can be concluded that the logistic regression analysis provides some mixed results. The models for currency crisis and banking crisis provide evidence that

To investigate which strategic and cultural elements of supply chain collaboration are relevant in collaboration in cross-channel integration, a case study has