Modellierung eines Zellstoffproduktionsprozesses auf Basis des sauren Magnesiumbisulfitverfahrens

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es ein Simulationsmodell für den gesamten Zellstoffproduktionsprozess zu entwickeln um die stets komplexer werdenden Fragestellungen beantworten zu können.<br />Als Simulationsprogramm wurde SimeX, ein speziell für die Zellstoffindustrie entwickeltes Simulationsprogramm von Lenzing Technik, eingesetzt. Dieses Massen- und Energiebilanzen lösende Simulationsprogramm war bis jetzt nicht in der Lage das chemische Gleichgewicht von Multikomponenten Elektrolytsystemen zu lösen. Um die komplexen Gleichgewichte bei einem auf dem sauren Magnesiumbisulfit Verfahren basierenden Zellstoffprozess und die Auswirkungen sogenannter Non - Process - Elements (NPE) auf den Produktionsprozess zu simulieren wurde das komplexe Gleichgewicht des Stoffsystems (MgO - CaO - K2O - SO2 - CO2 - CH3COOH - H2O) mit Hilfe eines externen Gleichungslösers in SimeX implementiert. Der Gleichungslöser wurde auf Basis einer Dynamic Link Library (DLL) konzipiert und in C++ programmiert. Somit war es möglich zusammen mit SimeX eine sogenannte "Gleichgewichts Unit" zu konzipieren die vielfach eingesetzt werden konnte. Als Wechselwirkungsmodell kam das Pitzer Modell zum Einsatz. Dieses komplexe Gesamtsystem wurde in Teilsysteme aufgeteilt und mittels Literaturdaten evaluiert.<br />Das erstellte Modell umfasst den gesamten Zellstoffproduktionsprozess vom Holz bis zum ungebleichten Zellstoff. Mit Hilfe von SimeX war es nun möglich alle relevanten Stoffströme und Anlagen im nötigen Detailgrad zu modellieren, sodass die reale Situation des gesamten Zellstoffproduktionsprozesses zufriedenstellend abgebildet werden konnte und dieses Modell nun für Optimierungsaufgaben eingesetzt werden kann.<br />Das Gesamtmodell wurde mit Betriebsdaten evaluiert und zeigte sowohl im Bereich der Massenbilanz auch bei den berechneten Qualitätsparametern eine sehr gute Übereinstimmung mit den Betriebsdaten.<br />

The objective of this study was the development of a simulation model for the entire sulphite pulping process. The software used in the study was SimeX, developed for pulping industry by Lenzing Technik. So far was SimeX, a mass and an energy equilibrium solver, not able to calculate the equilibrium of multi components electrolyte systems. To simulate the complex equilibrium of the acid magnesium bisulphite process and the influence of Non-Process- Elements (NPE) on the system, the equilibrium of the component system (MgO - CaO - K2O - SO2 - CO2 - CH3COOH - H2O) was implemented to SimeX with help of the external equation solver. The conceived equation solver was based on Dynamic Link Library (DLL) and programmed in C++. Using this concept and SimeX together made it possible to design a so called 'equilibrium unit' for multiple use. As activity coefficient model the Pitzer model was adopted. The complete system was divided into subsystems and evaluated via literature data. This is the first model which involves the entire pulping process: from wood to unbleached pulp. It was possible to model all relevant material streams and facilities in required detail with SimeX, so that the actual situation of the entire pulp production could be satisfactorily reproduced and the model could be applied in process optimisation. The entire model was evaluated with production data and is in good agreement with mass balance as well as with quality parameters.<br />