Elektrolyyttiliuoksen jäähdytyksen tutkiminen

Abstract

New Boliden Kokkolan tehtaan elektrolyysiosastolla esiintyy ongelmia äärilämpötiloissa. Talvella elektrolyyttiliuos jäähtyy liikaa. Tätä tulisi välttää koska se heikentää virtahyötysuhdetta. Työn tarkoituksena oli tutkia voisiko elektrolyyttiliuoksen liiallista j jäähtymistä talvella estää johtamalla liuosta pisaroimatta jäähdytystornin läpi.

Kesällä elektrolyyttiliuos ei jäähdy tarpeeksi. Ja se heikentää virtahyötysuhdetta vielä enemmän kuin liian paljon jäähtynyt liuos. Liuos ei jäähdy tarpeeksi koska jäähdytystornikohtaiset elektrolyyttiliuoksen tilavuusvirtaamat vaihtelevat j a siten myös jäähdytystehot vaihtelevat. Työn tarkoituksena oli myös tutkia minkälainen merkitys elektrolyyttiliuosvirtaaman määrällä on tornin jäähdytystehoon. Määritettiin millä tilavuusvirtaamalla saadaan haluttu jäähdytysteho. Tämän perusteella pystyy määrittelemään kuinkaa montaa tornia tulisi käyttää jotta jäähdytysjärjestelmästä saataisiin haluttu jäähdytysteho, olettaen että kiertoelektrolyyttin tilavuusvirtaama saataisiin jaettua tasan torneille patolevyjen ja lautassuuttimien avulla.

Tilavuusvirtaama tutkimus suoritettiin kannettavalla virtausmittarilla ja jäähdytysteho saatiin selville mittaamalla lämpömittarilla sisään ja ulos tulevan liuoksen lämpötilat. Tutkimuksen kohteena olivat tornit 27 ja 28 joiden tilavuusvirtaamia säädettiin patolevyillä. Liuospiirin 1 elektrolyyttiliuoksen jakaantuminen määritettiin mittaamalla kaikkien käytössä olleiden tornien tilavuusvirtaamat.

Jäähdytystehon merkittavaa laskua havaittiin vasta erittäin korkeilla suhteellisen ilmankosteuden arvoilla. Tämä johtuu siitä että jäähdytettäessä nestettä ilmalla noin 80 % jäähdytystehosta syntyy pienen määrän nestettä haihtuessa ja nesteen ottaessa haihdutuslämmön ympäristöstään. Haihtuminen vähenee kun ilman suhteellinen kosteus nousee koska ilman kosteuden vastaanottokyky vähenee.

Tämän tutkimuksen perusteella elektrolyyttiliuosta tulisi kesällä jäähdyttää 15 tornilla, nykyisen 11 tornin sijaan, jotta saataisiin haluttu 2 °C matalampi elektrolyyttiliuoksen lämpötila.

Boliden Kokkola plant has had problems at the electrolytic department with extreme temperatures. In the winter the electrolytic solution is cooled in excess, which should be avoided because it decreases the current efficiency. The aim of this work was to investigate the possibility to avoid cooling the solution excessively by leading some of the solution through the cooling tower without breaking into droplets.

In the summer the electrolyte solution does not cool down enough. This decreases the current efficiency even more than cooling it down excessively. The solution does not cool down enough because the electrolytic solution volume flows distribute unevenly to the cooling towers and thus cooling efficiency varies. Another aim of this thesis was to study the impact of volume flow on the cooling effect of the tower. The volume flow that gives the desired cooling effect should be determined. Then it would be possible to determine the correct number of towers to be used in order to achieve the desired cooling effect of the whole cooling system, assuming the electro­lyte volume flow could somehow be equally distributed to the towers.

The volume flow study was done with a portable volume flow meter and by measur­ing the temperatures of the electrolytic solution before and after the cooling tower with a thermometer to determine the cooling efficiency. Towers 27 and 28 were in­vestigated and the volume flow to the towers was controlled by weir plates. The dis­tribution of the electrolytic solution in Cooling System 1 was also determined by measuring the volume flows into all towers currently in use.

A significant decrease of cooling efficiency was only noticed when the relative hu­midity of air was extremely high. This was due to the fact that about 80% of the cool­ing efficiency of cooling a fluid with air is due to evaporation of a small amount of the fluid. The fluid takes the energy needed to evaporate from its environment. The evaporation decreases when the relative humidity of air increases due to the smaller capability of air to receive humidity.

According to this research, the electrolytic solution should be cooled down with 15 towers, instead of the 11 towers currently in use, in order to achieve the desired 2°C lower electrolytic solution temperature in the summer.