Kiintoaineprosessien simulointi Aspen Plus -ohjelmalla

Abstract

Monet kiintoaineprosessit ovat toimintaperiaatteiltaan vanhoja ja yksinkertaisesti toimivia. Työn kirjallisuusosassa esitellään murskauksen, jauhatuksen ja luokituksen periaatteet sekä yleisimpiä laitteita. Näiden prosessien kehitystyö on viime vuosina ollut varsin vähäistä johtuen todennäköisesti siitä, että laitteet ovat olleet varsin hyvin toimivia. Tämän vuoksi myös uudempien tutkimusjulkaisujen määrä on rajallinen. Kuitenkin optimaalisilla prosessien toimintaparametrien arvoilla voidaan tehostaa niiden toimintaa ja siten säästää esimerkiksi energiankulutuksessa. Eri yksikköprosessien parametrien vaikutusta kokonaisprosessin toimintaan voidaan tutkia prosessisimulointia hyödyntäen. Kiintoaineprosessien simulointiin soveltuvia kemian prosessiteollisuuden yleisohjelmistoja, jotka mahdollistavat myös kiintoaineprosessien simuloinnin, on varsin vähän, mutta on olemassa myös erillisiä ainoastaan kiintoaineprosessien simulointiin tarkoitettuja ohjelmia. Tämän työn tavoitteena on selvittää, kuinka hyvin Aspen Plus –ohjelmalla voidaan mallintaa muutamia kiintoaineprosesseja. Tutkittavina prosesseina ovat avoimen piirin kuulamylly- ja vasaramyllyjauhatukset sekä suljetun piirin kuulamyllyjauhatus. Suljetussa piirissä luokitukseen käytetään seulaa. Simulointituloksia verrataan kuulamyllyllä ja vasaramyllyllä tehtyjen jauhatusten tuloksiin. Työn simulointiosassa tutkitaan, millaisia tuotteiden partikkelikokojakaumia eri ominaisenergiankulutuksen arvoilla jauhatuksista saadaan. Lisäksi tutkitaan, kuinka veden lisääminen syöttövirtaan vaikuttaa jauhatusten tuloksiin. Tuloksista nähdään, että Aspen Plus –ohjelmalla voidaan mallintaa kiintoaineprosesseja vain rajallisesti. Partikkelikokojakaumien arvot poikkeavat todellisista arvoista huomattavasti, koska ohjelma tekee paljon oletuksia, esimerkiksi pyörimisnopeuden ja partikkelimuotojen suhteen.

Many solid processes are old and simply functional. In this work the principles and the most common devices of crushing, grinding and classification, are discussed. The development of these processes in recent years was rather small, probably due to the fact that the devices have been effective. Therefore, the number of newer research publications is also limited. However, optimum values for process operating parameters can enhance their performance and save energy consumption, for example. The effect of different unit process parameters on the entire process can be examined by using process simulation. There are not many general software for the chemical process industry which allows the simulation of solid processes, but there are also simulation software which are only for solid processes. This work is to find out how well the Aspen Plus can model a few solid processes. The processes under study are an open circuit ball mill grinding and hammer mill grinding and a closed circuit ball mill grinding. Screen is used for the classification in the closed circuit. The simulation results are compared with results which are made with ball mill grinding and hammer mill grinding. Simulation is made with different specific power values and the particle size distributions are the results. In addition, this works is to find out how adding water to feed stream affects to the closed ball mill circuit’s results. The results show that Aspen Plus can only model solid processes in a limited way. The values of particle size distribution are significantly different from the actual values because the software makes a lot of assumptions, for example in terms of rotation speed and particle shape.