Laser-drilled sheet as filtration medium

Abstract

This thesis explores the potential use of laser-drilled stainless steel sheet metal as a filtration medium in place of polypropylene fabric. In many instances, the lifetime of polypropylene fabrics falls short, leading to an exploration of an alternative solution. The background study of this thesis delves into lime mud filtration in general and investigates how the filterability of various mediums can be compared and analysed. Different laser drilling methods are also examined, and the D/B transpiration law is introduced to calculate the airflow through laser-drilled sheets.

Design of Experiments (DoE) is employed for planning and analysing the experiments, and various phases and methods of DoE are elucidated in the background study.

In order to ensure that the filtration performance of the lime mud filter does not decrease when altering the filtration medium, this thesis involves the production and testing of laser-drilled samples for air permeability and filtration resistance. Air permeability testing adhered to the ISO 9237 standard, while filtration resistances were evaluated using laboratory equipment and Darcy's law as the basis for analysis.

As a result, the suggested hole parameters were found that could be used in the replacement stainless steel filtration medium. Utilizing these parameters, the filtration performance should remain uncompromised during the medium switch, and an extended lifespan can be anticipated. Furthermore, the proposed configuration offers additional advantages, including reduced filtration resistance, the potential for more efficient medium cleaning, and enhanced resistance to medium plugging.

Tässä opinnäytetyössä tutkitaan laserporatun ruostumattoman teräslevyn käyttöä suodatinväliaineena korvaamaan polypropeenikankaan. Usein polypropeenikankaiden käyttöikä jää lyhyeksi, minkä takia vaihtoehtoista ratkaisua tutkitaan tässä diplomityössä. Taustatutkimuksessa perehdytään kalkkilietteen suodatukseen yleisesti ja tutkitaan, miten eri väliaineiden suodatettavuutta voidaan verrata ja analysoida. Myös erilaisia laserporausmenetelmiä tarkastellaan ja D/B-transpiraatiolakia tutkitaan laserporattujen levyjen läpi kulkevan ilmavirran laskemiseen.

Kokeiden suunnittelussa ja analysoinnissa käytetään koesuunnittelun periaatteita ja taustatutkimuksessa selvitetään myös koesuunnittelun eri vaiheita ja menetelmiä.

Suodatusteho ei saa heiketä suodatusväliainetta muuttaessa, joten tässä opinnäytetyössä tuotetaan laserporattuja näytteitä ja testataan niitä ilmanläpäisevyyden ja suodatusvastuksen suhteen. Ilmanläpäisevyyden testauksessa noudatettiin ISO 9237 -standardia, kun taas suodatusvastukset testattiin laboratoriolaitteilla ja Darcyn lakiin perustuen.

Tuloksena löydettiin reikäparametrit, joita voitaisiin käyttää teräksestä valmistetussa suodatinelementissä. Näitä parametreja hyödyntäen suodatuksen suorituskyvyn pitäisi pysyä vähintään ennallaan, ja odotettu käyttöikä olisi pidempi. Löydetyllä ratkaisulla olisi myös muita etuja, kuten pienentynyt suodatusvastus, mahdollisuus tehokkaampaan puhdistamiseen ja mahdollisesti heikommin tukkeentuva rakenne.