Ohutfilmihaiduttimen mallintaminen ionisen nesteen kierrättämiseksi

World demand for textiles is on the rise and there is a need for fiber source that does not require arable land. Ioncell-F is a novel method of producing fiber from pulp. It uses ionic liquid [DBNH][OAc] to dissolve cellulose. Ionic liquid is expensive so it has to be recycled to make the process economical. Ionic liquid is thermally unstable, therefore the recycling has to be done with moderate temperatures. One way to separate and recycle ionic liquid from water is thin film evaporation. The purpose of this study was to model the evaporation of water from water/[DBNH][OAc] mixture in an agitated thin film evaporator in flowsheet simulator Aspen Plus. Accurate modeling of the evaporator is needed to design and optimize the recycling process. The study also studied the applicability of multiple-effect evaporation. Various modeling approaches were studied to simulate the thin film evaporator and an Aspen Plus model was developed based on batch distillation theory. The performance of the model was compared to an earlier developed model based on flash drum model and experimental data. The batch model gave more accurate results than the often used flash model. The model did not include the hydrolysis product of the ionic liquid, implementation of which should be the focus in future works. A case study was conducted and the applicability of double-effect evaporation was tested with the model. A rapid boiling point elevation at low water concentrations made it harder to implement multiple-effect evaporation in recycling of the ionic liquid. It could be done with right pressure and temperature settings for most of the evaporation, with one additional evaporator to achieve desired water content. Multiple-effect evaporation proved useful in both achieving purer vapor and lowering the total required heating power.Maailmanlaajuinen tekstiilin kysyntä on kasvussa, ja tekstiilin lähteeksi tarvitaan raaka-aineita, jotka eivät vie tilaa viljeltävältä maalta. Ioncell-F on uusi prosessi, joka voi tuottaa kuitua sellusta. Se käyttää ionista nestettä [DBNH][OAc] liuottaakseen selluloosan. Ioninen neste on kallista, joten se täytyy erottaa vedestä ja kierrättää, jotta prosessi on kannattava. Se kuitenkin myös hajoaa korkeissa lämpötiloissa, joten erotus täytyy tehdä matalissa lämpötiloissa. Yksi keino tähän on ohutfilmihaihdutin. Tämän työn tarkoituksena oli mallintaa veden haihdutusta veden ja ionisen nesteen seoksesta ohutfilmihaihduttimessa Aspen-Plus ohjelmalla. Haihduttimen tarkka mallinnus on tärkeää kierrätysprosessin suunnittelemiseksi ja optimoinniksi. Työssä myös selvitettiin, olisiko monivaihelauhdutus mahdollista. Erilaisia malllinnusvaihtoehtoja käsiteltiin ja panostislaukseen pohjautuva malli valittiin keskittymispohjaksi. Aspen Plus malli kehitettiin panostislausteorian pohjalta, ja sen tuloksia verrattiin aiemmin kehitettyyn flash-malliin sekä kokeellisiin tuloksiin. Panostislausmallin tulokset olivat lähempänä kokeellisia, kuin flash-malli. Kummastakin mallista kuitenkin puuttuu ionisen nesteen hydrolyysituote, mikä tuo epätarkkuutta mallinnukseen. Sen sisältäminen mallinnukseen tulisi olla seuraavien tutkimusten kohde. Panostislausmallille tehtiin tapaustutkimus ja monivaihelauhdutuksen sisällyttämisen mahdollisuutta haihdutusprosessiin arvioitiin. Kiehumispisteen kohoama vähäisissä vesipitoisuuksissa on nopeaa, mikä vaikeuttaa monivaihelauhdutuksen käyttämistä. Oikeilla paineilla ja lämpötiloilla se saatiin kuitenkin sisällytettyä, jos viimeisen haihduttimen lämmittämiseen käytettiin ulkoista energiaa. Monivaihelauhdutus säästi selvästi lämmitysenergiaa sekä auttoi kierrätystä jakamalla höyryn suureen virtaan erittäin puhdasta vesihöyryä ja pienempään virtaan, jossa lähes kaikki höyrystynyt ioninen neste oli