Pourian, B. (2011). Analyzing the Hydro Dynamics and the Chemical Reactions in Pulp Digester Systems Using CFD Modelling. Doktorsavhandling i energi- och miljöteknik vid Mälardalens högskola.
Abstract
Huvudsyftet med denna avhandling har varit att utveckla en numerisk modell som kan användas för att simulera och styra massatillverkningsprocessen. En finit volym metod har tillämpats, med hjälp av CFD (Computational Fluid Dynamics) programmet FLUENT.
Även om den kontinuerliga sulfatprocessen är den dominerande kemiska massaprocessen, så är vår kunskap om vad som händer i kokaren med avseende på hydraulik och de kemiska reaktionerna på en relativt låg nivå. Anledningen är att det är mycket svårt att ta ett prov från vilken punkt som helst i kokaren för att göra olika mätningar.
Speciellt, hängningar och kanalbildning i kokaren är inte väl förstådd trots att dessa fenomen orsakar betydande produktions- och kvalitetsförluster. Det finns varken en entydig förklaring till eller lösning för hur man skall kunna undvika hängning och kanalbildningar ännu. Genom CFD-simuleringar som utvecklats i denna avhandling kan vi simulera vad som kan antas hända, och hur dessa fenomen kan upptäckas genom att mäta temperaturer, tryck och Kappatal i olika positioner.
CFD-modellerna kan beskriva vad som kan hända i kokaren och indirekt skapa en bild av massaprocessen. Förhoppningsvis kan simuleringarna också användas för att undersöka hur man kan motverka störningarna.
Storleken på kokare ökar kontinuerligt för att tillgodose högre produktionstakt men storleksökningen gör det samtidigt ännu svårare att hantera kemiska processer inne i kokaren. Det finns både satsvis- och kontinuerliga kokare, men de modernaste är kontinuerliga kokare. Dessa har ofta komplicerade cirkulationsloopar för att kunna hålla rätt förhållande med avseende på temperatur och kemikaliekoncentrationer i olika delar av kokaren. Problemen med kokare är bland annat ojämn fördelning av vätskeflödet genom flisen, trycket från flispelaren, fliskomprimering, flisrörelse i olika riktningar, heterogena träflisformer (och storlek på bitarna), tvättningseffektivitet, swing mellan olika vedkvaliteter och hängningar av flis längs väggarna.
I denna avhandling har en matematisk 3-D modell utvecklats där alla dessa faktorer och fenomen undersöks för att förbättra kunskapen om flödet och de kemiska processerna som gör det möjligt för oss att hantera och optimera produktionen. Genom att simulera olika driftproblem och jämföra simuleringarna med processdata kan vi försöka analysera kemiska processen inne i kokaren. För att kunna kombinera en verklighetsnära simulering med en rimlig tid för att lösa problemet har en Axisymetrisk 2-D struktur använts. Det betyder att man antar att kokaren ser likadan ut i alla riktningar från centrum och utåt.
Bli den förste att kommentera