Spraykuivaimen toiminnan optimointi

Abstract

Työn tarkoituksena oli nikkelihydroksikarbonaatin spraykuivaimen toiminnan optimointi. Tavoitteena oli löytää spraykuivaimen ajon kannalta optimiajopiste, jossa propaania kuluu vähiten suhteessa tuotettuun tuotemäärään (vaste). Prosessista kerättiin historiadataa kolmen vuoden ajalta (2008–2010). Parametridatalle tehtiin monimuuttuja-analyysi Simca P+-ohjelman avulla, josta nähtiin eri parametrien vaikutukset propaanin kulutukseen suhteessa tuotettuun tuotemäärään. Monimuuttuja-analyysin perusteella löytyi kolme parametria: spraykuivaimen syöttöliuoksen tiheys, spraykuivaimen syöttöpaine ja pussisuodattimen jälkeinen paine (alipaine). MODDE-ohjelman avulla laadittiin koeajosuunnitelma, jonka perusteella tehtiin 12 koeajoa. Kaikista koeajoista kerättiin tuotenäytteitä. Tuotenäytteet analysoitiin laboratoriossa, jotta laatuspesifikaatiot saavutettaisiin. Koeajoista tehtiin myös monimuuttuja-analyysi, joissa valittuja kolmea parametria verrattiin valittuun vasteeseen. Spraykuivaimen syöttöliuoksen tiheydellä ja pussisuodattimen jälkeisellä paineella oli suurin vaikutus vasteeseen. Spraykuivaimen syöttöpaineella ei havaittu olevan oleellista vaikutusta vasteeseen. Koeajojen tulosten perusteella löydettiin optimiajopiste. Spraykuivaimen toiminnan optimoinnin avulla voidaan saavuttaa jopa 22 % säästö propaanin kulutuksessa. Lisäksi työssä tutkittiin mahdollisuutta käyttää spraykuivaimen jätelämpöä hyödyksi prosessissa, kun kuivan nikkelihydroksikarbonaatin spraykuivain on ajossa. Lämmöntalteenottojärjestelmän avulla voisi lämmittää spraykuivaimeen menevää halli- ilmaa, jolloin propaanin kulutus pienenisi teoreettisesti laskettuna noin 16 %. Työssä tutkittiin myös mahdollisuutta käyttää jätelämpöä hyödyksi nikkelisulfaattiliuoksen lämmittämiseen, jolloin se korvaisi höyryn emäliuoksen lämmityksessä lämmönvaihdinta käyttäen. Saatujen tarjousten perusteella laskettiin takaisinmaksuajat lämmönvaihtimille ja lämmöntalteenottojärjestelmälle.

The purpose of this thesis was to optimize the operation of nickel hydroxycarbonate powder spray dryer. The objective was to find the optimum running point for spray dryer where the propane consumption would be the smallest in relation to the amount of product produced (response). Process history data were collected during three years (2008–2010). Multivariate data analysis was performed on parameter data by using SIMCA P+-software, in which was seen the effects of various parameters for the propane consumption in relation to the amount of product produced. By the multivariate data analysis three parameters were found: the density of the spray dryer feed solution, the feed pressure of the spray dyer and the pressure (vacuum) after the bag filter. A test plan was prepared with MODDE-software and twelve test runs were made according to it. Product samples were collected from all test runs. The product samples were analyzed in the laboratory in order to meet product quality specifications. Multivariate data analysis was also carried out for the test runs, where the selected three parameters were compared to the selected response. The density of the spray dryer feed solution and the pressure after the bag filter had the greatest impact on response rates. The feed pressure of the spray dryer was found not to have significant effect on the response. As a result of the test runs optimum conditions were determined. With the optimization of spray dryer operation, it is possible to save up to 22 % on propane consumption. The possibility of using spray dryer waste heat for the benefit of the process, when the nickelhydroxycarbonate (powder) spray dryer is running was also studied. The heat recovery system could be used to heat the air feed to the spray dryer in which case the theoretical propane consumption would reduce about 16 %. Alternatively it was studied if the waste heat could be used to heat the nickelsulphate solution, in which case it would replace steam in the heating of the mother liquid. Repayment periods for investments in the heat exchangers and the heat recovery system were calculated based on received quotations.