Vahvahappoliuotuksen lämmönsiirtimien energiatehokkuuden selvittäminen: Case Boliden Kokkola Oy

Abstract

Opinnäytetyössä tutkittiin Boliden Kokkola Oy:n katodituotantoprosessin liuotusvaiheen lämmöntarvetta ja vertailtiin keskenään kahta erityyppistä lämmönsiirtojärjestelmää ja niiden tehokkuutta sekä lämmityskapasiteettia. Tutkittavat lämmönsiirtimet olivat vastavirtainen putkilämmönvaihdin ja reaktorin sisäinen lämmityselementti.

Opinnäytetyön alussa esiteltiin termodynamiikan keskeiset käsitteet ja Boliden Kokkola Oy:n tuotantoprosessi sekä tarkemmin katodintuotantoprosessi ja vahvahappoliuotus. Sen jälkeen tarkasteltiin lyhyesti höyryn ominaisuuksia ja toimeksiantajan lämmönsiirtimiä.

Putkilämmönvaihtimella suoritettiin työn aikana kolme eri tutkimusajoa, joiden tulokset taulukoitiin ja joiden perusteella laskettiin putkilämmönvaihtimen kokonaislämmönsiirtokerroin, maksimikapasiteetti ja rekuperaatioaste. Tuloksia verrattiin laskennalliseen lämmitystarpeeseen ja olemassa oleviin reaktorin lämmityselementin testituloksiin. Lisäksi tarkasteltiin likaantumisen vaikutuksia lämmönvaihtimessa. Lopuksi esiteltiin keskeiset tulokset ja kehitysideat.

This thesis deals with thermal needs in hot acid leaching of Boliden Kokkola Oy’s cathode production process. Two different kinds of heat transfer systems were researched by comparing their energy efficiency and heating capacity. The different heat transfer systems were a counterflow tube heat exchanger and an internal heating element of a reactor.

In the beginnig, the essential concepts of thermodynamics and the zinc production process in Boliden Kokkola Oy were presented. Also, the cathode production process and hot acid leaching were described in detail. Later on, the characteristics of steam and the heat transfer equipment of the client were reviewed.

The tube heat exchanger was used in three sequential researches, and the results were arranged in tabular form. Based on the results, the coefficient of heat transfer, maximum capacity of a heat exchanger and the recuperation phase were calculated. The results were compared with the calculatory need of heating and existing test results of the reactor’s internal heating element. Also, the effects of fouling inside of the tube heat exchanger were described. The main results and the improvement ideas were presented in conclusion.