Sekundäärienergian hyödyntäminen modernissa biotuotetehtaassa valkaisun happaman suodoksen haihdutuksessa : prosessitekninen tarkastelu
Jäkärä, Juha (2025)
Diplomityö
2025
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202502049498
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202502049498
Tiivistelmä
Metsäteollisuus on ollut Suomen tärkeimpiä teollisuuden aloja yli sata vuotta. Tehtaat työllistävät tuhansia ihmisiä, sekä tuottavat sähköä ja lämpöä pääasiallisten tuotteiden ohella. Tuotantoprosessit ovat energiaintensiivisiä ja vettä kuluu paljon jäähdytyksiin sekä prosessien eri vaiheissa. Vesien mukana vesistöön päätyy suuria määriä lämpöenergiaa.
Valkaisu on vielä moderneillakin tehtailla merkittävä jätevesien lähde. Alkalisia pesusuodoksia voidaan käyttää uudelleen ja kierrättää, mutta happamille suodoksille ei ole jatkokäyttöä. Happaman suodoksen kierrätys on haastavaa niihin liuenneiden aineiden, kuten suolojen ja metallien takia.
Jos hapanta suodosta voitaisiin haihduttaa tehokkaasti, jätevedenpuhdistamolle johdettavan jakeen tilavuusvirta pienenisi. Sekundäärilämmön hyödyntäminen haihdutuksessa parantaisi tehtaan energiatehokkuutta. Haihdutuksessa syntyvät lauhteet ovat melko puhtaita, joten haihdutettava neste voitaisiin hyödyntää uudelleen esimerkiksi valkaisussa pesuvetenä.
Tässä työssä haihdutukseen kehitetään erilaisia prosessikytkentöjä. Kytkentöjen komponenteista lupaavimmilta vaikuttavat MVR-haihdutin ja jäähdytystorni. Ne ovat kompakteja ja yksinkertaisia laitteita, joilla suodosta saadaan haihdutettua ja jäähdytettyä tehokkaasti.
Tehokkaimmilla kytkennöillä saadaan haihdutettua suodoksen vedestä puolet. Suunnitellut sekundäärienergialähteet osoittautuivat kuitenkin liian viileiksi, jotta niitä voitaisiin tehokkaasti hyödyntää haihdutuksessa. Siksi sähkö on olennainen resurssi haihdutuksen toteuttamiseksi. Sähköä kuluu kaikissa kytkennöissä, joissain suuriakin määriä. Sekundäärilämpöä voidaan hyödyntää suodoksen uudelleenlämmityksessä haihdutusyksiköiden välissä. Forest industry has been one of the most important fields of industry for over a hundred years. The mills employ thousands of people and produce electricity and heat in addition to the main products. The processes are energy intensive and require lots of water. Water is used as a cooling agent and in the processes. Lots of heat end up into the wild in the waters.
Even in the modern mills bleaching is still a significant source of effluent. The alkali wash filtrates can be recycled and reused. Whereas the acidic filtrates are not reused. They are difficult to reuse due to the dissolved salts and metal ions.
If the acidic filtrate could be evaporated the effluent flow to the effluent treatment plant could be reduced. Utilizing secondary energy as a heat source in the evaporation would decrease the primary energy demand and increase energy efficiency. The resulting condensates are rather clean so the water evaporated could be collected. The condensates could be reused for example, in the washing stages of bleach plant.
In this thesis several process connections are developed. Of the components used in the connections, an MVR-evaporator and cooling tower seem the most promising. They are compact and simple yet quite effective. With them the filtrate can be evaporated and cooled efficiently.
The most efficient connections are capable of evaporating half of the water in the filtrate. The planned secondary heat sources turned out to be too cool to provide great effect in the evaporation. This is why electricity is an essential resource to achieve effect in the system. Electricity is required in each of the invented connections. Some demand more of it, some less. Secondary heat could be used mainly in reheating of the filtrate between evaporators.
Valkaisu on vielä moderneillakin tehtailla merkittävä jätevesien lähde. Alkalisia pesusuodoksia voidaan käyttää uudelleen ja kierrättää, mutta happamille suodoksille ei ole jatkokäyttöä. Happaman suodoksen kierrätys on haastavaa niihin liuenneiden aineiden, kuten suolojen ja metallien takia.
Jos hapanta suodosta voitaisiin haihduttaa tehokkaasti, jätevedenpuhdistamolle johdettavan jakeen tilavuusvirta pienenisi. Sekundäärilämmön hyödyntäminen haihdutuksessa parantaisi tehtaan energiatehokkuutta. Haihdutuksessa syntyvät lauhteet ovat melko puhtaita, joten haihdutettava neste voitaisiin hyödyntää uudelleen esimerkiksi valkaisussa pesuvetenä.
Tässä työssä haihdutukseen kehitetään erilaisia prosessikytkentöjä. Kytkentöjen komponenteista lupaavimmilta vaikuttavat MVR-haihdutin ja jäähdytystorni. Ne ovat kompakteja ja yksinkertaisia laitteita, joilla suodosta saadaan haihdutettua ja jäähdytettyä tehokkaasti.
Tehokkaimmilla kytkennöillä saadaan haihdutettua suodoksen vedestä puolet. Suunnitellut sekundäärienergialähteet osoittautuivat kuitenkin liian viileiksi, jotta niitä voitaisiin tehokkaasti hyödyntää haihdutuksessa. Siksi sähkö on olennainen resurssi haihdutuksen toteuttamiseksi. Sähköä kuluu kaikissa kytkennöissä, joissain suuriakin määriä. Sekundäärilämpöä voidaan hyödyntää suodoksen uudelleenlämmityksessä haihdutusyksiköiden välissä.
Even in the modern mills bleaching is still a significant source of effluent. The alkali wash filtrates can be recycled and reused. Whereas the acidic filtrates are not reused. They are difficult to reuse due to the dissolved salts and metal ions.
If the acidic filtrate could be evaporated the effluent flow to the effluent treatment plant could be reduced. Utilizing secondary energy as a heat source in the evaporation would decrease the primary energy demand and increase energy efficiency. The resulting condensates are rather clean so the water evaporated could be collected. The condensates could be reused for example, in the washing stages of bleach plant.
In this thesis several process connections are developed. Of the components used in the connections, an MVR-evaporator and cooling tower seem the most promising. They are compact and simple yet quite effective. With them the filtrate can be evaporated and cooled efficiently.
The most efficient connections are capable of evaporating half of the water in the filtrate. The planned secondary heat sources turned out to be too cool to provide great effect in the evaporation. This is why electricity is an essential resource to achieve effect in the system. Electricity is required in each of the invented connections. Some demand more of it, some less. Secondary heat could be used mainly in reheating of the filtrate between evaporators.