Header

Atık Kağıt Üretimi ve Bir Atık Kağıt Tesisinin Enerji Analizi - 2

05 Haziran 2006 Dergi: Haziran-2006
Bu bölümde ise, İzmit SEKA Selüloz ve Kağıt Fabrikası’nda atık kağıttan karton üretimi yapan 3. Kağıt Tesisindeki üniteler incelenmiş ve tesisin enerji analizi yapılarak tüm kayıplar bulunmuş ve sistemi iyileştirmek için öneriler sunulmuştur.

Anahtar kelimeler: Geri dönüşüm, atık kağıt, enerji


5. İzmit SEKA Selüloz ve Kağıt Fabrikası 3. Kağıt Tesisi

İzmit SEKA Selüloz ve Kağıt Fabrikası üç tesisten oluşmaktadır: 1. Kağıt Tesisinde, selüloz hamurundan 1. hamur beyaz kağıt 2. Kağıt Tesisinde, selüloz ve atık kağıt hamurundan gazete kağıdı 3. Kağıt Tesisinde ise atık kağıttan karton üretimi yapılır. Tesis tek hattan oluşmaktadır [12]. Bu çalışmada 3. Kağıt Tesisindeki (Şekil 2) üniteler incelenmiş ve enerji analizi yapılmıştır. Tesisle ilgili bilgiler yanda verilmektedir:

Eski kağıt deposunda stoklanan kağıtlar bir taşıyıcı bant sistemi ile pulpere gönderilir. Pulper eski kağıtların açılmasını sağlar. Kaba elyaflar ve açılmayan kağıtlar pulperden sonra gelen sortir elekleri tarafından tutulur. Bu eleklerden geçen temiz hamur kum tutuculara iletilir. Hamur içindeki ağır parçacıklar, kum, toprak, toplu iğne vb. uzaklaştırılır. Kum tutuculardan sonra temiz hamur öğütme işleminin yapıldığı rifaynere gelir. Rifayner bir elek sepeti ve bunun içinde dönen bıçaklı bir rotordan oluşur. Daha sonra temiz ve kullanıma hazır olan hamur, stok deposuna yavaş, yavaş kurutularak gönderilir [9,11-14].

5.1. Pulper

Pulper, atık kağıtların elyaflarına ayrıştırma ve açma işleminin yapıldığı kısımdır. Sisteme su verilerek elyafların şişmesi sağlanır. Pulper, üzerinde bıçaklar ve öğütücü dişler bulunan taban kısmına yerleştirilmiş bir rotora sa-hiptir. Lif süspansiyonu rotor tarafından şiddetli bir karıştırmaya uğratılır. Liflendirme etkisi şiddetli türbülans, lif-lerin mekanik sürtünmesi ve rotor bıçaklarına temas sonucu oluşur. Elyaf açma işlemi gerçekleştirilen hamur, pulperin altındaki kanaldan geçerek bir pompa vasıtasıyla sortir eleklerine gönderilir.

5.2. Sortir Elekleri

Hamur hazırlama ünitesinin en önemli görevlerinden biri, kağıdın görünümünü bozan, kopmalara sebep olan, kalender ve eleklerin aşınmasını artıran düğümlenmiş elyaf örgüsünü temizlemektir. Sortir eleklerinde, kağıt hamurunun içinde bulunan düğümlenmiş, liflerine ayrıştırılamamış parçacıklar hamurdan uzaklaştırılır.

5.3. Kum Tutucular (Siklonlar)

Siklonlar, sıvı içindeki parçacıkların santrifüj kuvvet etkisiyle ayrılmasını sağlarlar. Giriş basıncı ve hamurun özelliği temizleme verimini ve çalıştırma maliyelerini etkilerler. Dört adet kum tutucu paralel monte edilmiştir.

5.4. Rifayner (Öğütücü)

Ayırarak, uç kısımlarını püsküllendirip, birbiriyle kenetlenmelerini sağlamak için lifleri öğütmek gerekir. Rifayner, bir şaft üzerinde taşınan bir rotor ile rotorun içerisinde döndüğü konik bir gövde (statör) kısmından meydana gelir. Statör ve rotor üzerinde eksenel yerleştirilmiş bıçaklar bulunur. Bıçaklar, daha çok eksenel itme kuvveti elde etmek yani öğütücü basıncını değiştirmek için, rotor içinde ileri veya geri hareket ettirilir.

5.5. Hamur Kasası

Hamur kasası ve akım dağıtıcıların görevi, santrifüjlü pompalardan borular vasıtasıyla gelen belirli hızda ve kesitteki süspansiyon akımını, mümkün olduğu kadar düzenli bir biçimde, makine eni boyunca, en az oranda karşı akım ve anaforlar oluşturarak, kalınlığı 1-1,5 cm olan ince dikdörtgen prizması şeklinde bir akıma dönüştürerek sonsuz eleğe vermektir. Kağıdın oluşumu ve düzenliliği büyük ölçüde liflerin dağılımına bağlıdır. Bu nedenle, hamur kasası ve akım dağıtıcıların tasarımı liflerin çökelmesini ve kümelenmesini önleyecek şekilde yapılmış; bükülmeler, kıvrımlar, dirsekler ve aşırı türbülanslardan kaçınılmıştır. Hamur kasası akımın hızını yavaşlatır, şerit halindeki akımları yok ederek homojen bir akım haline getirir.

5.6. Sonsuz Elek Kağıt Makinesi (Yaş Kısım)

Liflerin düzenli ve homojen bir biçimde dağıtılmasını sağlar. Bu görevi kağıt makinesinin formasyon birimi yerine getirir. Bu aygıt basınç farkı yaratarak vakum oluşturur ve suyun süzülmesini sağlar.

5.7. Pres

Kağıt hamuru sonsuz eleğin sonunda emici silindirin üzerinden preslere gelir. Presleme sonsuz elekte başlayan su giderme işleminin bir devamıdır. Genel olarak lif süspansiyonundaki suyun % 98’i sonsuz elekte, % 1’i preslerde, % 1’i ise kurutma ünitesinde alınır. Sonsuz elekten alınan sayfanın kuruluğu % 16Ğ22 arasında değişir. Presleme ile sayfanın kuruluğu % 35-48’e çıkarılır. Bu kuruluk oranı dövme miktarına, gramaja, lif özelliklerine ve drenaj elemanlarının kapasitesine bağlı olarak değişir. Su almadaki asıl amaç kağıdın kalitesini bozmadan su miktarını azaltmaktır. Sıkıştırma sonucu sayfanın kalınlığı azalır, yüzey düzgünleşir, lifler arası su filminin inceliğinden dolayı yüzeyler arası gerilim artar.

5.8. Kurutma Silindirleri

Preslemeden sonra gelen kurutma kademesi sayfadan su alınmı amacıyla buharlaşma yolu ile yapılan ve çok fazla enerji gerektiren bir işlemdir. Buharla ısıtılmış silindirlerin etrafından geçirilen kağıt kurutma keçeleri aracılığı ile sıcak silindir yüzeylerine temas eder. Kağıdın her iki yüzü de sırası ile silindire temas eder. Tesiste 40 adet kurutma silindiri bulunur. Kurutma silindirleri genel olarak 2 m çapındadır. Yoğuşmanın ideal durumu çevresel ince bir film oluşturmasıdır.

5.9. Kalender

Kalenderin görevi kağıda istenilen yüzey düzgünlüğünü ve kalınlığını vermektir. Sayfa demir silindirlerin arasından geçirilir. Kalenderleme işlemi kağıdın yüzeyindeki keçe izlerini gidermek ve iyi bir yüzey elde etmek için uygulanır. Kalender silindirleri granüllü dökme demirden imal edilmiştir.

5.10. Mal Sarıcı

Kağıt üretimi Cetvel ağzından kalenderlere kadar, kesiksiz bir prosestir. Daha sonra gelen ikmal kademeleri hep kesikli prosesler olup makine hızından bağımsızdır. Mal sarıcı kağıt makinesinin son kısmıdır ve görevi kağıdı sonraki kademeler için uygun bobine sokmaktır.

6. Enerji Analizi ve Bulgular

Bu çalışmada, İzmit SEKA Selüloz ve Kağıt Fabrikasında atık kağıttan karton üretiminin yapıldığı 3. Kağıt Tesisi’nin termodinamiğin birinci yasasına göre enerji analizi yapılmış, tesis birimlerinin enerji verimi değerleri çıkarılmıştır. Analizde gerek fabrikadaki tesiste ölçülen, gerekse ilgili kaynaklardan alınan veriler kullanılmıştır. Hesaplamalarda akım hızlarının etkisi aşağıda belirtilen akımlar dışında ihmal edilmiştir.

v8 = 0,75 m/s, v9 = 0,66 m/s,

v10 = 0,50 m/s, v11 = 0,50 m/s,

v12 = 0,66 m/s, v13 = 0,42 m/s,

v14 = 0,25 m/s, v15 = 1,00 m/s

Kütle dengesi için ımg = ımç ifadesi, enerji dengesi için ise ıEg=ıEç ifadesi kullanılmıştır. Bu çalışmada sistemin kinetik ve potansiyel enerjilerinin etkisi ihmal edilmiştir. Sistemin her bir birimi için enerji verimi hen = Eç/Eg ifadesinden bulunmuştur.

Tablo 3’de her akımla ilgili ısı kapasitesi, sıcaklık ve hesaplanan enerji değerleri verilmiştir. Tablo 4’de ise her bir ekipmanın, doğrudan ve toplam enerji kaybı değerleri ve onların yüzde oranları ve ayrıca, enerji verimleri belirtilmiştir. Tablolardan da görüleceği gibi, en büyük doğrudan enerji kaybı elyaf açma işleminin gerçekleştirildiği pulper ile buharla ısıtılan silindirlerin bulunduğu kurutma silindirlerindedir. Diğer taraftan en yüksek toplam enerji kaybı pulperde ve basınç farkı yaratılarak suyun kağıt hamurundan süzülmesini sağlayan sonsuz elekte görülmektedir. En yüksek kayıpların olduğu pulperde doğrudan kayıp %88,9, toplam kayıp %60,5 enerji verimi ise %37’dir. Kağıt hamurunu kurutmak amacı ile yüksek sıcaklıkta ve büyük miktarda doymuş buharın kullanıldığı kurutma silindirlerinde enerji verimi %41,5’dur. Enerji verimleri %94,8 ile %97,4 arasında değişen, kum tutucular, rifayner ve hamur kasası atık kağıt tesisinin en yüksek verimli ekipmanlarıdır. Her üç ekipmanda da büyük miktarda sıcak su çıkışı ve enerji kullanımı yoktur.

7. Sonuç

Tesisdeki tüm akımlarının enerjileri, ünitelerinin enerji kayıpları ve enerji verimleri hesaplandı. Bulunan değerler doğrultusunda tesisteki en yüksek toplam enerji kayıplarının pulperden daha sonra sonsuz elek ve sortir eleğinden kaynaklandığı ekipmanlar saptandı ve bu kayıpların azaltılması için öncelikle pulperde iyileştirilmelerin yapılması gerektiği sonucuna varıldı.

Simge Listesi

cp Özgül ısı (kJ/kg K)
E Enerji (kJ)
m Kütle debisi (kg/s)
T Sıcaklık (K)
v Hız (m/s)
hen Enerji verimi (%)

Alt indis
ç çıkan
en enerji
g giren

Kaynaklar

[1] H. Axelsson, ‘Paper Versus Plastic. Recycling for Only Economic Reasons’, SCA Costumer Mag. Sweden, 2, pp 4-6,.2000.

[2] A. Huhtala, E. Samakovlis, ‘Does International Harmonization of Environmental Policy Instruments Make Economic Sense?’, National Institute of Economic Research, Stockholm, Sweden, 1999.

[3] R. Lundmark, ‘Choice of Location for Investments in the European Paper Industry: the Impact of Waste Paper’, Lulea University of Technology, Division of Economics SE-971 87, Lulea, Sweden, 2001.

[4] C. Berglund, P. Söderholm, ‘Complementing Empirical Evidence on Global Recycling and Trade of Waste Paper’, Lulea University of Technology, Lulea, Sweden, 2003.

[5] L. Lönnstedt, S. Byström, ‘Paper Recycling: Environmental and Economic Impact’, the Department of Forest-Industry-Market Studies, the Swedish University of Agriculturel Sciences, Unsea, Sweden, 1997.

[6] DPT, ‘Kağıt Sanayi Özel İhtisas Komisyonu Raporu’, Sekizinci Beş Yıllık Kalkınma Planı, 2005.

[7] N. Avcı, ‘Kağıt ve Karton Yapım Teknolojisi’, SEKA Yayınları, İzmit, 1994.

[8] Kağıt Sektörü ve SEKA Analizi, Mart 2005.

[9] SEKA Teknik Bülten, Sayı: 52, 2002.

[10] www.donkasan.com.tr, Mart 2005.

[11] S.J. Young, ‘Mürekkep Giderme Yöntemleri’, SEKA Yayınları, İzmit, 1994.

[12] B.O. Şenol, ‘Kağıt Atıkları Geri Kazanma Sistemlerinin İncelenmesi ve Ekserji Analizinin Bir Sisteme Uygulanması’, YL Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, 2004.

[13] S.J. Young, ‘Selüloz ve Kağıt Endüstrisi’, SEKA Yayınları, İzmit,1992.

[14] D. Brown, F. Marechal, J. Paris, ‘A dual representation for targeting process retrofit, application to a pulp and paper process’, Applied Thermal Engineering, 25, 1067-1082, 2005.


Prof.Dr. Olcay Kıncay(1), Y.Doç.Dr. Semra Özkan(2)
(1).Yıldız Teknik Üniversitesi, Makina Fakültesi Makina Müh. Bölümü
(2) Yıldız Teknik Üniversitesi, Kimya-Metalurji Fakültesi Kimya Müh. Bölümü


Etiketler