مهندسى شیمى و صنایع کاغذ سازی
صفحات وبلاگ
نویسنده: کامران بذار - جمعه ۱۸ اسفند ۱۳٩۱

در دهه گذشته  صنایع خمیر و کاغذ وارد مسایل جدیدی شدند:

-  قوانین زیست محیطی جدیدبرای چرخه لیکور  باعث گردید که خروجی پساب دارای رنگ و COD و BOD پایین باشد و همچنین تقاضا برای لیکور غلیظ تر در ریکاوری بویلر برای کاهش انتشار گاز های آلاینده افزابش یافته است .

-   افزایش قیمت انرژی تبدیل به مسئله اصلی کاهش هزینه های مالی شده و بسیاری از کارخانجات برای بهبود فرآیند های تولید انرژی و استفاده موثر تر ازآن برای رقابت بیشتر اقدام نمودند.

این عوامل باعث گردید تا به واحد تبخیر کننده به عنوان بزرگترین مصرف کننده انرژی بخار و آب خنک کننده توجه ویژه ای گردد . بسیاری از کارخانجات با برنامه های مدرنیزه کردن و ارتقا دادن تاسیساتشان به این تقاضا پاسخ دادند که محورهای اصلی در زیر آورده شده است :

-  استفاده از  لیکوررقیق با غلظت  بالاتر و بدست آوردن لیکور غلیظ تر در خروجی. که غالبا بالاتراز ظرفیت طراحی اولیه تجهیزات است .

-   کاهش تولید کندانس آلوده (foul )  که در این صورت  هزینه تصفیه این کندانس کاهش می یابد .

-  کاهش میزان لیکور در کندانس ثانویه برای کاهش اتلاف مواد باارزش آن و همچنین برای استفاده از کندانس ثانویه در یک چرخه بسته در کارخانه .

- و سرانجام ،کاهش مصرف بخار بااستفاده از توسعه فن آوری درطراحی تغلیظ کننده ها.  

 

کلید موفقیت در این این برنامه های ارتقا ، درک این نکته است که هر پارامتر طراحی باید بطور جداگانه بهبود یابد.خواص لیکور و ارتقا تبخیر کننده ها و انژی مصرفی کلی به عنوان یک هدف مالی ارتقا مد نظر قرار می گیرند .

یک کار مشخص دریک تبخیر کننده مشخص ممکن است برای کارخانه دیگر مناسب نباشد و ممکن است بسیاری از این برنامه ها برای کارخانه های دیگر مورد قبول نباشد. 

در ادامه تعدادی از مشکلات موجوددر تبخیر کننده ها و یک مرور کلی از برنامه های ارتقا آورده شده است.

سیستم کندانسور سطحی و سیستم خلا

خلا ناکافی یکی از مشکلات فرآوان واحد های تبخیر کننده است . کاهش خلا باعث کاهش اختلاف دما میان بخار در اولین افکت و بخار در آخرین افکت خواهد شد .( به عبارت دیگر نیروی محرکه واقعی برای فرآیند تبخیر) که باعث کاهش ظرفیت تغلیظ کی شود. برای جبران این اتلاف ، اپراتور ها در اولین افکت از بخار فشار بالا و دما بالا استفاده می کنند . اگرچه ممکن است ظرفیت افزایش یابد ولی اقتصاد بخار کاهش می یابد .

سیستم خلا باید طوری طراحی شود که تا به اندازه کافی گاز های غیر قابل کندانس بیرون آمده از لیکور طی فرآیند تبخیر را  حذف کند.با این نگاه ، بسیاری از سیستم ها ی در حال  کار پایین تراز میزان طراحی در حال کار هستند. سیستم  خلا،  باید طوری طراحی شود که  65- 75  lb/hr  مکش هوا (بعلاوه رطوبت اشباع )به ازای  100000 lbs/hr  تبخیر در خلا طراحی شده داشته باشند .

  رطوبت اشباع عبارتست از بخار آب موجود در گاز های غیر قابل کندانس . نسبت بخار آب به گاز های غیر قابل کندانس با افزایش دمای ماکزیمم ،افزایش قابل ملاحظه ای  می یابد . به همین دلیل گاز ها باید قبل از وارد شدن به سیستم خلا به وسیله یک سیستم پیش خنک کن  سرد شوند ، که ممکن است در داخل کندانسور سطحی قرار گیرد یا یک پیش خنک کن بیرونی باشد .

پیش خنک سازی ناکافی بسیار رایج است که ممکن است به علت سطح ناکافی پیش خنک سازی یا بفل های ناکافی برای تماس با گاز باشد .

طراحی مکانیکی و لوله کشی تجهیزات میان آخرین افکت و ورودی به سیستم خلا باید طوری باشد که افت فشار دراین قسمت حداقل باشد . اختلاف فشار بیشتراز 1 تا 1.5 اینچ حیوه ، فشار مضاعفی را به سیستم  خلا  یرای بدست آوردن ظرفیت طراحی می کند .

خلا ناکافی ممکن است به علت مشکل خرابی تجهیز خلا باشد یا مشکل کا مل نبودن عملیات کندانسور یا ترکیب از هردو . قبل از ارزیابی عملیات کندانسور باید از صحت کارکرد تجهیز خلا اطمینان حاصل کرد. مثلا فشار مطلق 3 تا 3.5 اینچ حیوه باید در بخار ورودی به سیستم  خلا وجود داشته باشد اگر فشار مطلق بیشتر بود بنابراین :

-          گاز باید تا 100 درجه فارنهایت یا کم تر سرد تر شود(یا 5 تا 10 درجه فارنهایت گرمتر از دمای اب خنک کننده ورودی شود)

-          خلا خوانده شده دروروی سیستم خلا باید تقریبا 26 تا 27 اینچ جیوه باشد .در صورت مناسب بودن دمای گاز اگر عدد وکیوم خوانده شده کم باشد نشان دهنده آن است که باید سیستم خلا مورد تعمیر قرار گیرد.

-          وکیوم نا کافی ممکن است به دلیل وجود نشتی هوا یا نامناسب بودن اندازه سیستم خلا باشد یا ترکیبی از هر دو . کل سیستم باید برای نشتی هوا چک شود.

اگر خلا در ورودی به سسیتم خلا کافی باشد اما خلا در قسمت بخارآخرین افکت  کافی نباشد ، نشان دهنده عملکرد ضعیف سیستم کندانسور است .. مشکلات معمول به شرح زیر است :

-          کندانسور سطحی  ممکن است کافی نباشد . اگر یک کندانسور با ضریب انتقال حرارت ناکافی وجود داشته باشد تنها راه حل مشکل نصب کندانسور کمکی و افزایش جریان آب کندانسور یا بهره برداری در دماهای بالاتر کندانسور است .

-          ممکن است جریان آب کافی نباشد که احتملا به دلیل استفاده زیاد آب در جایی دیگر ، پمپ فرسوده، لوله کشی نامناسب و ناکافی ، مقاومت در مسیر آب ، و افت فشار  در کندانسور به دلیل بسته شدن تیوب ها باشد.

-          ممکن است نشتی در بدنه کندانسور وجود داشته باشد . این شرایط باعث عملکرد ضعیف کندانسور  حتی با وجود  آب کافی می شود. آب بصورت جزیی با کاملا در یک یا چند مسیر کندانسور میان بر داشته باشد که باعث با ی پس نمودن بعضی از مناطق کندانسور می شود .

-          ممکن است تیوب کندانسور در قسمت آب با لجن یا سایر مواد مسدود شود . در این صورت باید تیوب هیدرو بلاست شوند.

-          ونت کندانسور ممکن است کافی نباشد . ممکن است گاز ها در برخی نقاط پوسته کندانسور به دلیل چیدمان نامناسب بفل های پوسته تجمع کنند.در این صورت باید نازل های ونت در پوسته کندانسور نصب شوند .

-          و سرانجام ، تیوب کندانسور ممکن است در قسمت پوسته به وسیله  لیکور خشک شده یا مواد آلی دیگر بسته شوند. جدا سازی این مواد بسیار مشکل است و بهترین راه حل شستن بوسیله مواد شیمیایی مخصوص می باشد .  این شرایط به وسیله حمل لیکور  به علت شرایط فوم یا مشکلات دیگر اپراتوری رخ می دهد.

پیشگرمکن لیکور

در هر طراحی تبخیر کننده ها ، سرعت لیکور ورودی و پیش گرمایش آن نقش اصلی در تعیین ضریب انتقال حرارت در هر افکت را دارد.

در طراحی تبخیر کننده های چند تایی معمول ، بار پیش گرمایش بر دوش افکت های 1 تا 4 قرار داده شود . هیتر داخلی لیکور غالبا مورد استفاده قرار می گیرد تا این گرمای محسوس را به روشی  موثر انجام دهد . اما به مرور زمان باکس های داخلی لیکور  نشتی دار می شوند یا حتی خراب می شوند و بهترین راه حل در این زمان بای پس نمودن آنها ست . اینگونه اتلاف در هیتر های لیکور علت اصلی کاهش ضریب انتقال حرارت است .

بهره برداری و اقتصاد با تبدیل پیش گرمکن های داخلی لیکور به تیوب تبخیر کننده و اضافه نمودن هیتر های بیرونی بهبود می یابد . این بطور موثری سطح انتقال حرارت را افزایش می دهد و شریط انتقال حرارت را درافکت مورد نظر اقزایش می دهد .

افزودن هیتر لیکور باید بطور مناسب طراحی شود تا مزایای آن حداکثر گردد در حالیکه از پلاگی الیاف جلوگیری می رود . هیتر های لیکور برای کاهش اختلاف فشار درقسمت لیکور مهندسی می شوند.

جداسازی کندانس

ایت عمل مقدار زیادی از انرژی مصرف نموده و هزینه مواد شیمیایی را بخاطراستفاده ازآب تحمیل می کند . در نتیچه تبخیر کننده های لیکور سیاه به اصلی ترین هدف واحد تصفیه آب برای تولید کندانس مناسب برای استفاده مجدد در کارخانه می گردد.

بخش عظیمی از کندانس های آلوده کارخانه های خمیر و کاغذ از سیستم تبخیر کننده های چند تایی نشات می گیرد. این کندانس ها دارای آلودگی BOD( عالبا متانول) و ترکیبات TRS هستند که بر استفاده مجددآنها در فرآیند خمیر سازی تاثیر می گذارند. حدود 75 درصد BOD فرار و بخش عظیمی از TRS از لیکور رقیق در دو کرحله نخست تبخیر جدا سازی می شود . در تبخیر کننده های شش افکتی با سیستم لیکور ورودی به افکت 5 ، کندانس حاصله از بخار تولیدی در افکت های 4 و 5 درای آلودگی بیشتری هستند .

برای بدست آوردن اقتصاد بخار بالاتر در یک گروه تبخیر کننده، کندانس آلوده ، در پایین دست هر افکت فلش شده  تا حرارت آن بازیابی شود. لذا کندانس نسبتا تمیز تولیدی در افکت های 2 و 3  وقتی در بدنه افکت های 4 و 5 فلش شوند آلوده می گردند . اولین راه برای  کاهش مقدار کندانس  جدا سازی کندانس افکت های 2 و 3  و فلش نمودن آنها در یک فلش تانک جداگانه بیرونی با بخارات رونده به شل افکت های 4 و 5 است . این عمل نه تنها باغث اقتصاد بالاتر می گردد بلکه قسمتی از آلودگی های فرار را طی عمل فلش حذف می کند .

این کندانس  حاوی ،TRS به میزان  تنها چند ppm است و و متانول آن کمتر از 150 ppm خواهد بود .

این عمل باعث می شود که کندانس حاصله برای استفاده در شستشوی خمیر مورد استفاده مجددقرار گیرد.

فن آوری جدا سازی کندانس از اصول ساده ای تبعیت می کند که ترکیبات فرار موجود ددر فرآیند تبخیر  تمایل دارند تا در مقایسه با بخارات آب دیر تر کندانس شوند . لذا دو مرحله  کندانس سازی موثر تربرای جدا سازی و تصفیه کندانس ثانویه است.

همین فکر را می توان برای واحد های قدیمی تر با افزودن مبدل های حرارتی و یک کندانسور کمکی به سیستم انجام داد . معمولا جدا سازی کندانس فقط در 5  یا شش افکت و کندانسور سطحی صورت می گیرد. بخار به قسمت گرمکن هر  افکت  در یک روش مشخص وارد می شود اما قسمت اعظمی از بخارات از طریق یک نازل بزرگ در شل هیتر  به هیتر خارجی یا کندانسور کمکی ونت می شود. به عبارت دیگر فقط کندانس جزیی در شل هیتر صورت می گیرددر حالیکه بیشتر آلودگی ها با قسمت زیادی از بخارات خارج می شود . مقدار بخاری که ممکن است به هیتر لیکور کشیده شود مرتبط با موازنه مواد و انرزی است اما می تواند با جداسازی حداکثری آلودگی کنترل شود و

بخش کندانس جمع شده در هیتر های بیرونی و کندانس ثانویه بی نهایت آلوده به متانول  هستند 

(6000 ppm) این بخش قبل از استفاده مجدد در کارخانه ،نیازمند تصفیه بیرونی غالبا از طریق استریپینگ هستند .

بخش کندانس جمع آوری شده در شل افکت های 4 و 5 مانند  کندانسور سطحی آلوده به 400 ppm متانول هستند . این بخش مناسب استفاده در بخش های دیگراست .

حذف ذرات ریز مایع

اجرای طرح فرآیندی بری جداسازی کندانس  موثر نخواهد بود مگر آنکه از ورود لیکور به بخش های مختلف کندانس جلوگیری شود تا بتوان آنها را مجددا مورد استفاده قرار داد.

این  بر عملیات  بازیابی شامل اتلاف مواد شیمیایی ، پلاگی هیتر ها و کندانسور ها ( کاهش ظرفیت ) نیز موثر است . که باعث افزایش هزینه های شستشو با مواد شیمیایی می شود .

دلیل ممکن برای carry over زیاد می تواند آن باشد که افکت ها به سختی به ظرفیت حداکثری رسانده می ش.ند اما سپراتور های آنها خراب هستند .

تمیز سازی ساده سپراتور های موجود یا تعویض با نوع مشابه آنها فقط خریدن زمان برای گرفتگی مجدد آنها است . ممکن است ارتقا دادن سپراتور ها با انواع پربازده آنها اقتصادی تر باشد که در انواع الگوهای جریان افقی یا عمودی موجود است . هر دو میازمند ارتقا دادن قسمت داخلی بدنه بخار است که سطح آلودگی در کندانس می تواند به محدوده 20 -30 ppm Na2O برای نوع افقی آن کاهش یابد .

ونت گاز های غیر قابل کندانس

گاز های غیر قابل کندانس (NCGs)   سولفید هیدروژن و مرکاپتان ها هستند . که در هر افکت از لیکور جدا می شوند اما بیشتر آنها طی دو افکت اول  ورودی  لیکور جدا می شوند . چون این گازها همگی از بخار آب سنگین تر هستند ، آنها تمایل دارند که در پایین ترین سطح قسمت هیتر تجمع کنند  به نحوی که سطح انتقال حرارت را پوشش دهند و اجازه  کندانس شدن بخارات ورودی را ندهند .

بطور موثر ، مساحت کمتر برای کندانس  شدن بخارات ورودی  مهیا می شود و تاثیر منفی آن بهره برداری در بالاترین اختلاف دما را خاتمه می دهد لذا ظرفیت کلی را کاهش می دهد . موازنه مواد و انرژی کم شدن ضریب انتقال حرارت را در این افکت آشکار خواهد کرد . اپراتور ها باید بخاطر داشته باشند که این افکت به سرعت به حداکثر فشار بعد از شستشو برگشت می کنند .

حذف NCGs  غالبا در منطقه هیتر  یک تا سه فوت بالای  انتهای تیوب رخ می دهد . یک نازل در بدنه شل یک راه مناسب برای حذف این مورد است . همانگونکه که امروزه  افکت ها بیشتر از ظرفیت طراحی کار می کنند غالبا حذف NCGs ناکافی  است . بعلاوه بعد ازسالها بهره برداری مقدار زیادی اسکیل ( لیکور خشک شده ) به اندازه کافی مانع ونت NCG می شود .

اگر ونت ناکافی NCG  رخ داد ، باید نقطه جدید ونت نصب شود . محل نازل ونت جدید مستقیما بالاب خروجی کندانس است تا اطمینان حاصل شود که مسیر برتی NCGs بسته نشود چون این منطقه اغلب

به وسیله کندانس تمیز می شود .

به علت آنکه اکثر NCGs در مراحل اولیه تبخیر جدا می شوند توصیه می شود که در افکت 4 و 5 مستقیما به کندانسور ونت شوند .( برای جدا سازی کندانس ها به کندانسور ثانویه ارسال شود) که از طریق یک هدر معمولی که هر یک بطورجداگانه به آن وصل هستند . هر یک افکت های دیگر می تواند به لاین افکت بعدی ونت شود که به عنوان سیستم آبشاری نامیده می شود که اجازه ونت خوب را با بهینه سازی انژی و اقتصاد بخار را می دهند .

نوسازی تغلیظ کننده های سیرکوله اجباری FC

با توسعه و تجاری سازی فن آوری های انتقال حرارت و با افزایش هزینه های انرژی بسیاری از تغلیظ کننده های سیرکوله اجباری FC برای  نو سازی با استفاده ازتاسیسات متلاطم کننده جریان کاندید شده اند . این فن آوری برپایه استفاده از تعبیه نمودن فنر های مار پیچ در تیوب تغلیظ کننده است . این مارپیچ ها سطح درهم شدگی بالا را فراهم می کنند ( عدد رینولدز بالا) لذا شرایط انتقال حرارت را در ویسکزیته بالای لیکور فرا هم می کنند .

نیروی محرکه اصلی برای اینگونه نوسازی ( حدود 40 تا 50 درصد) کاهش انرژی مصرفی پمپ های موجود است . صرفه جویی انرژی با استفاده از کاهش شدت پمپ ها ممکن است با تعویض ایمپلر یا کاهش دور موتور یا هردو صورت گیرد. افزودن تجهیزات افزایش درهم شدگی باعث افزایش شدید (دو برابر شدن) انتقال حرارت می شود که اچرای اینگونه نوسازی ها برای کار کردن در نزدیک حداکثر ظرفیت مفید است . نوسازی اجازه می دهد که واحد تحت شرایط بهتر با توجه به افزایش انتقال حرارت منتاظر با کاهش اختلاف دما delta T کار کند و بنابراین فشار بخار مصرفی در هیترکاهش می یابد.

بسیاری از تاسیسات پیشنهادی امروزه باعث صرفه جویی هزینه مانند صرفه جویی انرژی شده اند. اگر تاسیسات شما از تغلیظ کننده های FC قدیمی استفاده می کند این نوع ارتقا و نوسازی می تواند آسان و قابل اعتماد برای بهره برداری شما باشد .

نتیجه گیری

مصرف کلی انرزی در افکت های چند تایی از یک کارخانه به کارخانه دیگر بسته به  قدمت تجهیزات ،سرمایه گذاری  ، نوع طراحی تبخیر کننده ، سر هم بندی تجهیزات ، محدودیت های زیست محیطی و سایر عوامل فرق می کند. قضاوت در مورد به کار گیری پروژه کاهش مصرف انرژی در کار خانه های مختلف بسته به این عوامل متفاوت است .اما درک این نکته حیاتی است که  اجرای صرفه جویی انرژی و هزینه ها در مقایسه با بهره برداری خوب متفاوت است .

ترجمه مقاله

Black liquor Evaporation: Optimizing Performance

نویسنده: Jaen Claude Ptel

مدیر شرکت آمریکایی :  AH Lundberg Associates

 

مطالب قدیمی تر »
کامران بذار
فارغ التحصیل مهندسی شیمی دانشگاه تهران - دانشکده فنی سوابق کاری :باطریسازی نیرو - مجتمع مس سرچشمه - صنایع چوب و کاغذ مازندران
کدهای اضافی کاربر :