Viskoosiprosessin mallintaminen

Abstract

Insinöörityön toimeksiantajana toimi SciTech-Service Oy, joka tuottaa pääasiassa teknisen puolen asiantuntija- ja koetoimintapalveluita globaaleille biojalostusmarkkinoille. Tämä työ tehtiin vastaamaan viskoosikuidun ja ylipäätään biologisesti hajoavien kuitujen voimakkaasti kasvaneeseen kysyntään. Viskoosikuidun kasvavaan kysyntään on vaikuttanut etenkin maailman väestön kasvu.

Insinöörityön tavoitteena oli luoda karkea tasemalli MS Excel -ohjelmalla yleisestä viskoosiprosessista, eikä kuvata minkään tehtaan yksittäistä prosessia. Tasemallin tärkeimpänä osana oli pääkomponenttien, kuten selluloosan, lipeän ja veden ainetaseet. Tasemalli luotiin pääasiassa yrityksen insinöörityön ohjaajien ja muiden työntekijöiden tietojen sekä kokemuksien pohjalta hyödyntäen samalla jonkin verran kirjallisuutta.

Viskoosikuidun valmistus on pitkä ja monivaiheinen prosessi, joka sisältää paljon yksikköprosesseja ja myös paljon prosessilaitteistoa. Prosessin päävaiheet ovat merserointi, esikypsytys, rikitys, liuotus, märkäkehruu ja jälkikäsittely. Modernin laitteiston avulla neljä ensimmäistä vaihetta pystytään kuitenkin yhdistämään. Teolliset prosessit ovat pääasiassa jatkuvatoimisia.

Prosessin laajuuden vuoksi tasemallissa prosessi jaettiin kolmeen osastoon: alkaliselluloosa-, viskoosi- ja kehruuosastoon. Kuhunkin osastoon sisällytettiin lohkokaavio, tasekenttä ja muuttujataulukko. Yhteenvetosivulle koottiin prosessin kaikki muuttujat ja luotiin prosessin kokonaistaseet. Lisäksi tasemallissa hyödynnettiin MS Excelin automaattista iterointia ja makro-työkalua.

Rakennettu tasemalli vastaa työn tavoitetta. Tasemallin avulla pystytään karkeasti arvioimaan viskoosiprosessin virtojen suuruuksia ja koostumuksia, ja niiden muutoksia parametrien muuttuessa. Tasemallia voidaan tulevaisuudessa kehittää muun muassa mallintamalla siihen rikkihiilen kierrätysvaihtoehdot, kehruu- ja venytyshauteet ja niiden haihdutustarpeet sekä WSA-prosessin rikkihappotuotanto.

The aim of this thesis was to create a model of the viscose process mass balances. The model was made with the MS Excel -program. The objective was to keep the model as simple as possible, so it would be easy to use. The most important part of the model was mass balances of the main components, for example, the mass balances of cellulose, water and sodium hydroxide.

This thesis was commissioned by SciTech-Service Oy, which produces mainly technical side of experimentation services for global biorefining markets. The commissioning company gave the subject, because of the strongly growing viscose fibre market. It is expected that viscose fibre market grows until 8 million tons by 2024 from the present 7 million tons. There are many reasons for the viscose fibre market growth, for example growing population and loosen microplastics from the synthetic fibres.

The model was made mainly by using knowledge and experience of the company’s instructors and other employees. Some literature was also studied. In the model, the process is divided to three sheets, to provide a more demonstrative view of a long process. Every sheet includes a block diagram, a field of mass balances and a table of variables. There is also a summary page in the model. The summary page shows the whole process and all the variables. In addition, Excel has an automatic iteration and macro tool for proper working of the model.

All in all, with the help of the model the masses of flows and components can be roughly viewed. I believe that the model helps the commissioning company in customer consulting. There are however some development areas, for example, modeling the recycling options of carbon disulphide and modeling the spinning and the stretching baths.