Pressure curve optimization for increased pressing solids in a pulp machine shoe press
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2023-01-24
Department
Major/Subject
Biomass Refining
Mcode
CHEM3021
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
73+14
Series
Abstract
A rule of thumb in paper making states that every 1 percentage point increase in sheet dryness accounts for 4 % energy savings in the drying section. Higher pulp sheet dry matter content brings significant capital cost savings when constructing new airborne dryers. Increasing pressing solids also often allows for cost effective capacity increase for an existing drying machine. Shoe press is responsible for the final dryness increase in the press section. In the past, shoe press nip wet pressing phenomenon has been studied and experimented extensively with different paper and board grades. Typical parameters in the prior studies are high machine speed, low base weight, and furnish with different raw materials. As parameters regarding a pulp drying machine represent the opposite end of the spectrum, comparability of most past studies is questionable. The lack of comparable studies and a global market shift favoring pulp manufacturing in the paper industry create an urge for studying the shoe press nip with parameters relevant to pulp drying machines. In this thesis, the dewatering capacity of a shoe press was studied by optimizing the pressure curve shape. This was done by increasing the produced average and peak pressures while keeping the pressing impulse constant. The impact of pressure curve geometry was studied with pilot machine scale trial runs with Valmet’s Inkeroinen pilot drying machine. The first trials concentrated on examining the dewatering capacities of the existing pressing elements at different linear loads. In the latter trials a similar experiment was conducted with a new shoe producing the optimized pressure curve. Results from the trial runs indicate that when pressing birch bale pulp, the shoe press follows the characteristics of a flow-controlled nip. The dewatering performance of shoes with different pressure curve shapes are identical, and thus do not correlate with higher average or peak pressure. However, during trial runs with the new optimized shoe the nip begun showing symptoms of nip saturation indicating an insufficient void volume in the pressing nip which may have affected the results.Paperinvalmistuksen nyrkkisäännön mukaan yhden prosenttiyksikön kasvu puristinosalta lähtevän radan kuiva-ainepitoisuudessa tuo 4 % energiasäästön kuivausosalla. Kuivausosalle menevän selluradan korkeampi kuiva-ainepitoisuus tuo mukanaan huomattavia säästöjä uusien puhallinkuivaimien valmistuskustannuksiin. Puristinosalla saavutettu kuiva-ainepitoisuuden nosto myös usein mahdollistaa olemassa olevien konelinjojen kustannustehokkaan kapasiteetin kasvattamisen. Kenkäpuristin on vastuussa viimeisestä puristinosan kuiva-aineen nostamisesta ennen puhallinkuivainta. Märkäpuristustapahtumaa kenkänipissä on tutkittu ja testattu laajasti eri paperi- ja kartonkilaaduilla. Aikaisemmissa tutkimuksissa tyypillisinä parametreina on suuri ratanopeus, pieni neliömassa ja useasta raaka-aineesta koostuva massalaatu. Sellunkuivauskoneen edustaessa päinvastaisia ajoparametreja voidaan aiempien tutkimusten vertailukelpoisuutta pitää kyseenalaisena. Vertailukelpoisten tutkimusten vähäisyys ja sellutuotannon osuuden kasvu paperiteollisuuden globaaleilla markkinoilla luovat halun ja tarpeen juuri sellunkuivauskoneelle tyypillisten ajoparametrien kenkäpuristimeen paneutuvalle tutkimukselle. Tässä työssä kenkäpuristimen vedenpoistokykyä tutkittiin painekäyrän muotoa optimoimalla. Optimoinnissa käyrän keskiarvo- ja huippupaineita nostettiin säilyttäen impulssi samana. Painekäyrän geometrian vaikutusta vedenpoistoon tutkittiin pilottilaitosmittakaavan koeajoilla Valmetin Inkeroisten koekuivauskoneella. Ensimmäisissä koe-ajoissa tutkittiin olemassa olevien kenkien vedenpoistokapasiteettia eri kuormilla. Jälkimmäisissä koeajoissa sama tutkimus tehtiin uudenlaisen painekäyrän tuottamalle kengälle. Koeajotulosten perusteella kenkänippi noudattaa virtausrajoitteista vedenpoistomallia sellun kanssa. Eri muotoisen painekäyrän tuottavien kenkien vedenpoistokapasiteetti ja kuiva-aineen nostokyky ovat samalla tasolla, eivätkä siten korreloi korkeamman huippu- tai keskiarvopaineen kanssa. Optimoidun kengän kanssa ajettaessa nipissä alettiin havaita back splash -ilmiötä. Tämä kielii liian alhaisen vesitilavuuden aiheuttamasta nipin saturoitumisesta, joka on saattanut olla osatekijänä lopullisien tuloksien yhtenevyydessä.Description
Supervisor
Paltakari, JouniThesis advisor
Kari, TimoKeywords
pulp drying machine, shoe press, wet pressing, pilot machine trials, dry matter content