Concentration of hydrogen peroxide and improving its energy efficiency
Pekkanen, Ismo (2014)
Lataukset:
Diplomityö
Pekkanen, Ismo
2014
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014112146492
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014112146492
Tiivistelmä
Distillation is a unit operation of process industry, which is used to separate a
liquid mixture into two or more products and to concentrate liquid mixtures. A
drawback of the distillation is its high energy consumption. An increase in energy
and raw material prices has led to seeking ways to improve the energy efficiency
of distillation. In this Master's Thesis, these ways are studied in connection with
the concentration of hydrogen peroxide at the Solvay Voikkaa Plant.
The aim of this thesis is to improve the energy efficiency of the concentration of
the Voikkaa Plant. The work includes a review of hydrogen peroxide and its
manufacturing. In addition, the fundamentals of distillation and its energy
efficiency are reviewed. An energy analysis of the concentration unit of Solvay
Voikkaa Plant is presented in the process development study part. It consists of
the current and past information of energy and utility consumptions, balances, and
costs. After that, the potential ways to improve the energy efficiency of the
distillation unit at the factory are considered and their feasibility is evaluated
technically and economically. Finally, proposals to improve the energy efficiency
are suggested.
Advanced process control, heat integration and energy efficient equipment are the
most potential ways to carry out the energy efficient improvements of the
concentration at the Solvay Voikkaa factory. Optimization of the reflux flow and
the temperatures of the overhead condensers can offer immediate savings in the
energy and utility costs without investments. Replacing the steam ejector system
with a vacuum pump would result in savings of tens of thousands of euros per
year. The heat pump solutions, such as utilizing a mechanical vapor
recompression or thermal vapor recompression, are not feasible due to the high
investment costs and long pay back times. Tislaus on prosessiteollisuuden yksikköoperaatio, jota käytetään erottamaan
nestemäinen seos kahdeksi tai useammaksi tuotteeksi sekä nesteseoksien
väkevöimiseen. Yksi tislauksen haitoista on sen suuri energiankulutus. Nousseet
energian ja raaka-aineiden hinnat ovat johtaneet tislauksen energiatehokkuutta
parantavien keinojen kartoittamiseen. Tässä diplomityössä tutkitaan näitä keinoja
vetyperoksidin väkevöinnin yhteydessä Solvayn Voikkaan vetyperoksiditehtaalla.
Työn tavoitteena on parantaa Voikkaan tuotantolaitoksen väkevöinnin
energiatehokkuutta. Työ sisältää katsauksen vetyperoksidiin, sen valmistamiseen,
tislauksen perusteisiin ja sen energiatehokkuuteen. Väkevöintiyksikön energiaanalyysi
on esitetty työn prosessinkehittämisen osassa. Se koostuu tämän
hetkisistä ja aikaisemmista energia- ja hyödykekulutuksista, taseista ja
kustannuksista. Energia-analyysin jälkeen on esitetty potentiaaliset
väkevöintiyksikön energiatehokkuutta parantavat keinot. Näiden keinojen
toteutettavuutta on arvioitu sekä teknisesti että taloudellisesti. Lopuksi annetaan
ehdotuksia väkevöintiyksikön energiatehokkuuden parantamiseksi.
Kehittyneet prosessisäädöt, lämpöintegrointi ja energiatehokkaat laitteistoratkaisut
ovat potentiaalisimmat keinot parantaa väkevöinnin energiatehokkuutta Voikkaan
tuotantolaitoksella. DM-vesivirran ja lauhduttimien lämpötilojen optimointi voi
tarjota välittömiä säästöjä energia- hyödykekulutuksissa ilman investointeja.
Höyryejektorin korvaaminen alipainepumpulla mahdollistaisi kymmenien
tuhansien eurojen vuosittaiset säästöt. Lämpöpumppuratkaisut, kuten mekaaninen
lämpöpumppu ja termokompressori, eivät ole järkeviä suurien
investointikustannuksien ja pitkien takaisinmaksuaikojen takia.
liquid mixture into two or more products and to concentrate liquid mixtures. A
drawback of the distillation is its high energy consumption. An increase in energy
and raw material prices has led to seeking ways to improve the energy efficiency
of distillation. In this Master's Thesis, these ways are studied in connection with
the concentration of hydrogen peroxide at the Solvay Voikkaa Plant.
The aim of this thesis is to improve the energy efficiency of the concentration of
the Voikkaa Plant. The work includes a review of hydrogen peroxide and its
manufacturing. In addition, the fundamentals of distillation and its energy
efficiency are reviewed. An energy analysis of the concentration unit of Solvay
Voikkaa Plant is presented in the process development study part. It consists of
the current and past information of energy and utility consumptions, balances, and
costs. After that, the potential ways to improve the energy efficiency of the
distillation unit at the factory are considered and their feasibility is evaluated
technically and economically. Finally, proposals to improve the energy efficiency
are suggested.
Advanced process control, heat integration and energy efficient equipment are the
most potential ways to carry out the energy efficient improvements of the
concentration at the Solvay Voikkaa factory. Optimization of the reflux flow and
the temperatures of the overhead condensers can offer immediate savings in the
energy and utility costs without investments. Replacing the steam ejector system
with a vacuum pump would result in savings of tens of thousands of euros per
year. The heat pump solutions, such as utilizing a mechanical vapor
recompression or thermal vapor recompression, are not feasible due to the high
investment costs and long pay back times.
nestemäinen seos kahdeksi tai useammaksi tuotteeksi sekä nesteseoksien
väkevöimiseen. Yksi tislauksen haitoista on sen suuri energiankulutus. Nousseet
energian ja raaka-aineiden hinnat ovat johtaneet tislauksen energiatehokkuutta
parantavien keinojen kartoittamiseen. Tässä diplomityössä tutkitaan näitä keinoja
vetyperoksidin väkevöinnin yhteydessä Solvayn Voikkaan vetyperoksiditehtaalla.
Työn tavoitteena on parantaa Voikkaan tuotantolaitoksen väkevöinnin
energiatehokkuutta. Työ sisältää katsauksen vetyperoksidiin, sen valmistamiseen,
tislauksen perusteisiin ja sen energiatehokkuuteen. Väkevöintiyksikön energiaanalyysi
on esitetty työn prosessinkehittämisen osassa. Se koostuu tämän
hetkisistä ja aikaisemmista energia- ja hyödykekulutuksista, taseista ja
kustannuksista. Energia-analyysin jälkeen on esitetty potentiaaliset
väkevöintiyksikön energiatehokkuutta parantavat keinot. Näiden keinojen
toteutettavuutta on arvioitu sekä teknisesti että taloudellisesti. Lopuksi annetaan
ehdotuksia väkevöintiyksikön energiatehokkuuden parantamiseksi.
Kehittyneet prosessisäädöt, lämpöintegrointi ja energiatehokkaat laitteistoratkaisut
ovat potentiaalisimmat keinot parantaa väkevöinnin energiatehokkuutta Voikkaan
tuotantolaitoksella. DM-vesivirran ja lauhduttimien lämpötilojen optimointi voi
tarjota välittömiä säästöjä energia- hyödykekulutuksissa ilman investointeja.
Höyryejektorin korvaaminen alipainepumpulla mahdollistaisi kymmenien
tuhansien eurojen vuosittaiset säästöt. Lämpöpumppuratkaisut, kuten mekaaninen
lämpöpumppu ja termokompressori, eivät ole järkeviä suurien
investointikustannuksien ja pitkien takaisinmaksuaikojen takia.