Modellierung der Rohsäurerückgewinnung bei einem Zellstoffprozess auf Basis des sauren Magnesiumbisulfitverfahrens

Abstract

Ziel der Arbeit war die Erstellung eines Modells für die sekundäre Rückgewinnungsanlage der Lenzinger Zellstoffproduktion. Als Simulationsprogramm wurde Aspen-Plus eingesetzt. Die zur Erstellung benötigte Datenbasis wurde durch mehrere Anlagenbilanzen sowie durch Untersuchungen des Stoffsystems geschaffen. Die Bilanzen der Hauptkomponenten (Magnesium, Schwefel und Flüssigkeitsmengen) wurden erstellt. Zusätzliche Informationen lieferten weitere Datenauswertungen.<br />Im Bereich des Stoffsystems wurden vor allem die Umwandlungsprozesse der gebildeten Magnesiumsulfithydrate (Hexa- und Trihydrat) untersucht.<br />Mittels online Raman-Messung konnte der Umwandlungsvorgang von Hexahydrat in Trihydrat direkt in der Suspension beobachtet werden. Als Ergebnis zeigten sich Abhängigkeiten der Umwandlungsdauer von Temperatur und pH-Wert. Mit Hilfe von Hochtemperatur-XRD-Messungen wurde die Umwandlung am Feststoff untersucht.<br />Untersuchungen der in Aspen-Plus implementierten Stoffdaten wurden durchgeführt. Dabei zeigten sich teilweise fehlende Wechselwirkungsparameter. Für die Einzelstufen wurden Methoden zur Anpassung der Parameter gefunden, beim Gesamtsystem war dies programmbedingt nicht möglich. Daher musste die Modellerstellung mit Standardparametern durchgeführt werden. Außerdem wurde ein vereinfachtes Stoffsystem gewählt, das sich auf die Hauptkomponenten beschränkt. Jede reale Absorptionsstufe wurde auch im Modell als Einzelstufe abgebildet.<br />Das erstellte Modell wurde mit Bilanz- und Betriebsdaten verifiziert und zeigte sowohl mengen- als auch qualitätsmäßig gute Übereinstimmung mit den Betriebsdaten. Zusätzlich zum Aspen-Plus Modell wurde eine fluiddynamische Betrachtung mit Fluent durchgeführt. Basierend auf betrieblichen Gasmengenmessungen konnte die Gasströmung in einer Absorptionsstufe berechnet werden.<br />Das Ziel der Arbeit, der Aufbau eines betriebsnahen Modells der Absorptionsstufen, wurde erreicht. Zusätzlich konnten neue Erkenntnisse über das Stoffsystem und die Anlage gewonnen werden. Schwächen weist das Modell noch durch das eingeschränkte Stoffsystem und die Stoffdaten des Simulationsprogramms auf.<br />

The aim of this project was to design a model for the absorption recovery system employing the simulation tool Aspen-Plus. Therefore, an accurate database including material data of the system MgO-SO2-H2O and process data of the absorption system were needed.<br />Several mass balances were carried out to obtain accurate process data for modelling. Advanced analyses led to more detailed information about the recovery system. The transition of solid magnesiumsulphite-hydrates was monitored with online-Raman measurements in slurries and high-temperature XRD experiments with solid crystals. The influence of the temperature and the pH-level on the transition kinetic was determined.<br />Also investigations on implemented property data of the simulation-tool were done. Several ways to implement missing material data and interaction parameters were checked. Based on the results of the mass balances a new model for the absorption recovery process was designed.<br />In this model each absorption stage was modelled separately. Only the reactions of the main components were taken into account for modelling.<br />Non-process-elements were neglected. The model was tested with mass balance data and current process data. Simulated and measured data showed good agreement. A fluid dynamic approach was used to gain information of the gas flow within a single absorption stage.<br />The aim of the project, the development of a new model of the absorption recovery system was reached. Further information on material- and process data was gathered. Restrictions of the model are based on the neglect of non process elements and the implemented property data of the used modelling tool.