Design and prototyping a dryer for adsorbent material used in direct air capture process

Abstract

This master’s thesis is a study and report of design of a drying solution for Soletair Power Oy, a company who manufactures carbon dioxide direct air capture systems. Company needs a drying machine to dry the wet-stored process material before assembly. Previous attempts of drying had resulted in less than optimal working procedures and too high end moisture content.

Design and prototype for the dryer is based on literature review, company’s previous observations, and practical experiments. Testing setups for selected drying methods were assembled and manufactured during this study. Selecting the final drying method and the process to be designed, was based on the results gotten in the practical experiments.

Fluidized bed, vacuum, and tray drying procedures were tested from which the best performing method was fluidized bed drying. The final design was made to be in scale what Soletair Power Oy would need in their assembly process. The dryer was designed for good manufacturability, usability, and reliability.

As only digital model was produced from the final dryer, not all aspects can be verified in this study. To be able to conduct user experience interviews and test the drying rate and capacity the machine has, the machine should be built and tested. The design allows the company to make adjustments and modifications which are found necessary.

Tässä diplomityössä tutkimuksen tarkoituksena on suunnitella kuivauslaite Soletair Power Oy:lle, joka valmistaa hiilidioksidin kaappausjärjestelmiä (Direct Air Capture = DAC). Kuivauslaitetta tarvitaan, koska tuotteiden käyttämä prosessimateriaali säilötään kosteana, mutta valmiissa laitteessa sen tulisi olla kuivaa. Yritys on aiemmin kokeillut erilaisia kuivausmenetelmiä. Nämä menetelmät eivät ole tuottaneet haluttua tulosta ja niiden käyttäjäystävällisyys ei ole ollut hyvä.

Kuivurin suunnittelu ja prototyyppi perustuvat kirjallisuuskatsaukseen, yrityksen aikai-sempiin havaintoihin ja käytännön kokeisiin. Käytännön kokeita varten rakennettiin testilaitteet kirjallisuuskatsauksesta valituille kuivausmenetelmille. Lopullinen malli tehtiin käytännönkokeissa parhaiten toimineen menetelmän ympärille.

Käytännön kokeissa tutkittiin kuplapeti-, uuni- ja tyhjiökuivausta. Näistä menetelmistä paras oli kuplapetikuivaus. Digitaalinen malli suunniteltiin vastaamaan Soletair Power Oy:n tarvitsemaa kapasiteettia tuotannossa. Kuivurin suunnittelun päätavoitteita olivat valmistettavuus, käytettävyys ja toimintavarmuus.

Koska lopputulos tästä työstä sisältää ainoastaan digitaalisen mallin ja selosteen, kaikkia ominaisuuksia ei voida testata. Jotta käytettävyyttä, kuivausnopeutta ja -kapasiteettia voitaisiin arvioida tarkemmin, kuivauslaite tulisi rakentaa. Digitaalinen malli tehtiin siten, että yritys voi kehittää ja parannella laitetta, mikäli parannuskohteita kokeilun aikana havaittaisiin.