Kipsin kiteytymiseen vaikuttavat tekijät ammoniumsulfaattikiteyttämön lämmönvaihtimissa

Abstract

Työssä pyrittiin selvittämään syitä kipsin saostumiseen ammoniumsulfaattikiteyttämön putkilämmönvaihtimien pinnalle ja miten epätoivottua saostumista voitaisiin estää. Lämmönvaihtimissa virtaa ammoniumsulfaattia, jossa on epäpuhtautena kalsiumia, joka saostuu pinnoille kalsiumsulfaattina. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin kiteytymisen mekanismia ja kipsin kiteytymiseen vaikuttavia tekijöitä. Saostumien estoaineita ja niiden vaikutusta kipsin kiteytymiseen sekä kipsin liukoisuutta ammoniumsulfaattiliuoksessa käsiteltiin myös kirjallisuusosassa. Kipsin kiteytymiseen vaikuttavia tekijöitä selvitettiin laboratoriokokeilla, joissa pyrittiin simuloimaan lämmönvaihdinta lämpövastuksella. Laboratoriokokeissa kokeiltiin erilaisia saostuman estoaineita ja pyrittiin löytämään prosessiin mahdollisimman tehokas kipsin kiteytymisen estoaine.

Lämmönvaihtimien toiminnan tehokkuutta eli muodostuneen saostuman vaikutusta lämmönsiirtymiseen tutkittiin veden luovuttaman lämpövirran avulla. Lämmönvaihtimien tukkeutumista selvitettiin putkien vaihdon tarpeen perusteella. Kalsiumpitoisuuden vaihteluja prosessivirroissa selvitettiin kalsiumtaseen avulla. Saostumiseen vaikuttavien tekijöiden lisäksi selvitettiin mistä ja kuinka paljon kalsiumia kulkeutuu prosessiin ja poistuu sieltä. Työn tarkoituksena oli löytää ratkaisu, jolla epätoivottua saostumista lämmönvaihdin-ten pinnoille pystyttäisiin vähentämään joko kemiallisesti tai muuttamalla prosessi-muuttujia. Kalsiumia havaittiin olevan eniten pelkistämön sisäisissä ammoniumsul-faattiliuoskierroissa. Kalsiumtaseen perusteella kalsiumia poistuu pelkistämöltä eniten kipsinä ammoniumsulfaattituotteen mukana. Laboratoriokokeissa havaittiin polykar-boksylaattien estävän kipsin kasvua parhaiten, joskin estoaineen oikealla annostuksel-la havaittiin olevan suuri vaikutus. Lämmönvaihtimien saostuman havaittiin olevan kipsin ja glauberiitin seos. Vaippapuolen luovuttamien lämpövirran arvojen perusteel-la pystyttiin seuraamaan putkien tukkeutumista.

The aim of this study was to find causes for gypsum scaling in heat exchangers and how to prevent scaling. The flowing liquid in the heat exchangers is a solution of ammonium sulphate, which contains small amounts of calcium and this precipitates as calcium sulphate. In literature section the aim was to explore the crystallization mechanism and factors that cause gypsum precipitation. The effect of different antis-calants in gypsum precipitation was also found in literature. The gypsum equilibrium in ammonium sulphate solutions was also found. Laboratory experiments were made with a heat exchanger simulation reactor. In experiments the aim was to find an effec-tive antiscalant and the amount of calcium in the process streams was also determined for the process. The efficiency of the heat exchangers was investigated through the heat flow of water.

The aim of this study was to find solution for minimizing the scaling problems in heat exchangers chemically or through changing process variables. There was not found any simple reason for changes in scaling problems during the last year. It was found that scale was not only gypsum but also glauberite. In laboratory experiments differ-ent antiscalants and doses were tested in the simulation process. Polycarboxylates were found to be most effective, but the right dose of antiscalant was found to be very important. It was found that calcium is abundant in the ammonium sulphate streams inside the reduction plant. Calcium was found to leave the reduction plant as gypsum with the ammonium sulphate product. The degree of scaling of the heat exchangers was found to be noticeable by calculating the heat transfer in shell side of the ex-changers.