haku: @keyword flow resistance / yhteensä: 5
viite: 3 / 5
| Tekijä: | Laakso, Ville Valtteri |
| Työn nimi: | Validation of chip bed property measurements in a laboratory digester |
| Laboratoriokeittimessä tapahtuvan hakepedin ominaisuuksien mittaamisen validointi | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2004 |
| Sivut: | 86 s. + liitt. 7 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Puunjalostustekniikan osasto |
| Oppiaine: | Selluloosatekniikka (Puu-23) |
| Valvoja: | Tikka, Panu |
| Ohjaaja: | Enqvist, Eric |
| Digitoitu julkaisu: | https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/92062 |
| OEVS: | Digitoitu arkistokappale on julkaistu Aaltodocissa
|
| Sijainti: | P1 Ark TKK 945 | Arkisto |
| Avainsanat: | chip bed pressure difference compaction flow resistance laboratory digester hakepeti paine-ero pakkautuminen virtausvastus laboratoriokeitin |
| Tiivistelmä (fin): | Työssä otettiin käyttöön ja kehitettiin edelleen hydraulisella männällä varustettu pakkokiertopuristuskeitin, jolla voidaan tutkia hakepedin käyttäytymistä sulfaattikeiton aikana. Lisäksi selvitettiin kuinka hakepedin aiheuttama virtausvastus muuttuu hakepedin huokoisuuden ja kappaluvun funktiona. Työn aikana suoritettiin yhteensä 16 keittoa tarkasti seulotuilla hakkeilla. Keitettyjen hakkeiden tilavuus mitattiin optisella hakeanalysaattorilla (VisiChipsTM). Hakkeiden tilavuuden avulla laskettiin hakepedin keskimääräinen huokoisuus. Kaikkien keittojen olosuhteet olivat samat: alkaliannos 21 %, sulfidiheetti 43 %, neste-puusuhde 4,5 ja keittolämpötila 170°C. Esikeittojen avulla määritettiin H-tekijän ja kappa luvun riippuvuussuhde. Varsinaiset puristuskokeet suoritettiin siten, että halutun H-tekijän savuttamisen jälkeen keittimen lämpötila laskettiin nopeasti 130 °C:een. Näin puristuskokeet voitiin tehdä käytännöllisesti katsoen vakio kappaluvussa (20 tai 70) ja mahdollisimman lähellä tyypillisiä keitto-olosuhteita. Puristuskokeiden aikana hakepatsasta puristettiin haluttuun huokoisuuteen hydraulisen männän päähän liitetyllä rei'itetyllä levyllä. Hakepedin läpi kierrätettiin keittoliuosta eri nopeuksilla (vapaan tilan nopeus 0-11,4 mm/s) ja muodostunut paine-ero mitattiin. Kokeissa testattiin hakepetien huokoisuustasot välillä 0,5-0,05 mittausvälin ollessa 0,05. Puristuskeittoja suoritettiin ensin täysinäisellä keittimellä siten, että neste virtasi keittimessä ylöspäin eli päinvastaiseen suuntaan puristavaan voimaan nähden. Mitatut paine-erot (kPa/m) olivat huomattavasti korkeampia kuin kirjallisuudessa esiintyvissä aikaisemmissa tutkimuksissa. Lisäksi havaittiin, että korkeamman kappaluvun hakepeti aiheutti suuremman paine-eron kuin matalamman kappaluvun hakepeti samassa huokoisuudessa. Kun hakepedin korkeus puolitettiin, hakepedin korkeudella jaettu paine-ero (kPa/m) pieneni huomattavasti. Tämä ilmiö korostui erityisesti korkeammalla kappaluvulla. Virtaus keittimessä muutettiin kulkemaan ylhäältä alaspäin ja puristuskeitot kummallakin kappalukutasolla toistettiin sekä täysinäisenä että puoliksi täydellä keittimellä. Alaspäinvirtauksella mitattiin pienempiä paine-eroja kuin ylöspäinvirtauksella vastaavissa olosuhteissa. Erityisesti täysinäisellä keittimellä ero ylöspäinvirtaukseen korostui. Korkeamman kappaluvun hakepeti aiheutti myös alaspäinvirtauksella suuremman paine-eron kuin matalamman kappaluvun hakepeti samassa huokoisuudessa. Suuren virtausvastuksen on voinut aiheuttaa lähellä puristavaa levyä ollut tiheä hakekerros, joka on muodostunut keittimen seinämän ja hakkeiden välillä vaikuttavan kitkan takia. Alaspäinvirtaus ilmeisesti tasoitti huokoisuutta lähellä puristavaa levyä ja näin pienensi syntyvää paine-eroa. Käytetyllä laitteistolla ei kuitenkaan ollut mahdollista mitata huokoisuuden jakaantumista. Keittimen sylinterin muotoisen sisäosan korkeus oli 981 mm ja halkaisija 202 mm. On mahdollista, että työssä käytetyn keittimen korkeuden suhde halkaisijaan oli liian suuri. Tämä on lisännyt huokoisuuden epätasaista vertikaalista jakaantumista. Virtausvastuksen mittaaminen vakioidussa puristuspaineessa ei onnistunut mittausteknisistä syistä. Samoin tiettyyn huokoisuuteen tarvittavan puristusvoiman tarkka mittaaminen ei ollut mahdollista. Puristusvoima voitiin kuitenkin arvioida mittaustuloksista graafisesti. Näihin arvioihin perustuen oli mahdollista verrata eri puristusvoimilla hakepedin aiheuttamaa paine-eroa liuosvirtauksen nopeuden funktiona. Alhaisemman kappaluvun hakepeti aiheutti suuremman virtausvastuksen tietyssä puristuspaineessa aikaisempien tutkimusten tavoin. Tästä voidaan päätellä, että korkeamman kappaluvun hakepeti aiheutti suuremman virtausvastuksen kuin alhaisemman kappaluvun hakepeti tietyssä huokoisuudessa, koska korkeamman kappaluvun hakepeti oli kovempi ja sen puristamiseen tiettyyn huokoisuuteen tarvittiin enemmän voimaa. Kovempaan hakepetiin tehtiin näin suurempi työ ja hakepatsas muokkautui enemmän. Muodonmuutokset kohdistuivat seinämän kitkan takia pedin siihen päähän mistä sitä puristettiin kasaan. |
| Tiivistelmä (eng): | In this work, a digester system equipped with a hydraulic compression piston was taken into operation and developed further for studying the behaviour of the chip column during kraft cooking. In particular, the effects of chip bed porosity and kappa number on the liquid flow resistance were measured. The tests consisted of 16 cooks with carefully screened chips. The volume of the chips was measured with an optical chip analyser (VisiChipsTM from Metso Paper) and the average porosity of the chip bed was then calculated from this volume. The cooking conditions were the same for all cooks: alkali dose 21 %, sulfidity 43 %, liquid to wood ratio 4.5, and cooking temperature 170°C. The relationship between H-factor and kappa number was determined with precooks. The actual test cooks were performed so that the temperature was lowered to 130°C after the desired H-factor was reached. This slowed down the cooking reactions and the compression tests could be carried out at virtually constant kappa number (20 or 70). During the compression tests, the chip column was compressed with a perforated steel plate, which was moved by a hydraulic piston. Liquid was circulated through the compressed chip column with different velocities (superficial velocity 0-11.4 mm/s) and the generated pressure difference was measured. Chip bed porosities between 0.5 and 0.05 were tested with an interval of 0.05. Compression tests were first performed on a digester full of chips and the liquid flowing upwards. In this set-up, the direction of liquid flow was opposite to the direction of compression force. The pressure drops measured (kPa/m) were substantially higher than those found in the literature. It was also discovered, that a chip column at higher kappa number produced higher pressure difference than a chip column at lower kappa number in the same porosity. When the height of the chip column was reduced by half, the pressure difference decreased more than half. It suggests that the porosity was not evenly distributed. This phenomenon was emphasized at higher kappa number. The direction of the liquid flow was changed to down flow and compression cooks were repeated at both kappa number levels with both full and half-full digester. Down flow produced lower pressure difference than up flow at the same kappa number and porosity. The difference was greater particularly with a full digester. A chip bed at higher kappa number produced higher pressure loss than a lower kappa number chip bed at the same porosity also with down flow. The relatively high flow resistance may have been caused by a thin but dense chip layer, which has formed due to the friction between the digester wall and chips. Down flow apparently evened out the porosity close to the compressing plate and hereby decreased the total pressure loss. With the equipment used, it was not possible to measure the distribution of porosity. The height of the cylindrical digester was 981 mm and the diameter was 202 mm, and it is possible that the ratio of digester height to diameter was too high. This could have increased the uneven vertical distribution of porosity in the chip column. Due to technical reasons, the flow resistance of the chip bed under constant compaction pressure was not measured. It was not possible to accurately measure the compaction pressure needed to compress the chip bed to certain porosity either. However, this compaction pressure was estimated graphically. Based on these estimations, the pressure losses caused by the chip bed under certain compaction pressures were compared. Chip columns at lower kappa numbers produced higher flow resistances under fixed compaction pressures. This has been reported in previous studies. The conclusion is that a chip bed at higher kappa number produces higher flow resistance at fixed porosity. The reason is that a chip bed at high kappa number is harder and more force is needed to compress it to certain porosity and it is more deformed. Due to friction, deformations concentrate on the end of the chip being compressed. |
| ED: | 2004-11-10 |
INSSI tietueen numero: 26475
+ lisää koriin
INSSI