Pumping of MFC pulps with different pump types and its economic evaluation
Paajanen, Markus (2024)
Diplomityö
2024
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202402065883
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202402065883
Tiivistelmä
The micro-fibrillated cellulose is a cellulose material which has unique properties such as biodegradability, mechanical robustness, barrier properties and large surface area. So MFC can be used to replace petroleum-based materials, enhance strength properties of paper and board, and in the field of packaging coatings and biocomposites.
The thesis studies how different pumps perform in the system where micro-fibrillated cellulose is produced and how does the MFC’s rheology affects he performance of the pumps. Eucalyptus and Pine pulps were refined to three different energy level MFC pulps and then tested with centrifugal pump, MC pump and screw pump. Pumps performance was evaluated through efficiency and energy consumption. The energy levels of MFC were 500, 1000, 1500 kWh/t.
The tests showed that screw pump was the most efficient pump type for pumping the MFC suspensions in the tested production system. The power consumption of the pump was 30% lower with the screw pump than it was with the MC pump to produce the same flow rate. There was no big difference between the MFCs made from eucalyptus or pine pulps. The most effecting parameter to the pump performance was viscosity and pseudoplastic or shear-thinning behaviour of the fluid. Mikrofibrilloitu selluloosa on selluloosamateriaali, jolla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten biohajoavuus, mekaaninen kestävyys, sulkuominaisuudet ja suuri pinta-ala. Sillä voidaan korvata tulevaisuudessa öljypohjaisia materiaaleja, parantaa paperin ja kartongin lujuusominaisuuksia sekä hyödyntää pakkauspinnoitteiden ja biokomposiittien alalla.
Tässä opinnäytetyössä tutkittiin kuinka eri pumput toimivat järjestelmässä, jossa mikrofibrilloitua selluloosaa tuotetaan ja miten MFC:n reologia vaikuttaa pumppujen suorituskykyyn. Eukalyptus- ja mäntymassat jalostettiin kolmeen eri energiatasoon MFC-massaksi ja testattiin sitten keskipakopumpulla, MC-pumpulla ja ruuvipumpulla. Pumpun suorituskykyä arvioitiin hyötysuhteen ja energiankulutuksen perusteella. Energiatasot MFC massoille olivat 500, 1000, 1500 kWh/t.
Testit osoittivat, että ruuvipumppu oli tehokkain pumpputyyppi MFC-suspensioiden pumppaamiseen testatussa tuotantojärjestelmässä. Pumpun tehonkulutus oli ruuvipumpulla 30 % pienempi kuin MC-pumpulla saman virtausnopeuden tuottamiseksi. Eukalyptus- tai mäntymassasta valmistettujen MFC:iden välillä ei ollut suurta eroa. Eniten pumpun suorituskykyyn vaikuttanut parametri oli nesteen viskositeetti ja pseudoplastinen tai leikkausohennuskäyttäytyminen.
The thesis studies how different pumps perform in the system where micro-fibrillated cellulose is produced and how does the MFC’s rheology affects he performance of the pumps. Eucalyptus and Pine pulps were refined to three different energy level MFC pulps and then tested with centrifugal pump, MC pump and screw pump. Pumps performance was evaluated through efficiency and energy consumption. The energy levels of MFC were 500, 1000, 1500 kWh/t.
The tests showed that screw pump was the most efficient pump type for pumping the MFC suspensions in the tested production system. The power consumption of the pump was 30% lower with the screw pump than it was with the MC pump to produce the same flow rate. There was no big difference between the MFCs made from eucalyptus or pine pulps. The most effecting parameter to the pump performance was viscosity and pseudoplastic or shear-thinning behaviour of the fluid.
Tässä opinnäytetyössä tutkittiin kuinka eri pumput toimivat järjestelmässä, jossa mikrofibrilloitua selluloosaa tuotetaan ja miten MFC:n reologia vaikuttaa pumppujen suorituskykyyn. Eukalyptus- ja mäntymassat jalostettiin kolmeen eri energiatasoon MFC-massaksi ja testattiin sitten keskipakopumpulla, MC-pumpulla ja ruuvipumpulla. Pumpun suorituskykyä arvioitiin hyötysuhteen ja energiankulutuksen perusteella. Energiatasot MFC massoille olivat 500, 1000, 1500 kWh/t.
Testit osoittivat, että ruuvipumppu oli tehokkain pumpputyyppi MFC-suspensioiden pumppaamiseen testatussa tuotantojärjestelmässä. Pumpun tehonkulutus oli ruuvipumpulla 30 % pienempi kuin MC-pumpulla saman virtausnopeuden tuottamiseksi. Eukalyptus- tai mäntymassasta valmistettujen MFC:iden välillä ei ollut suurta eroa. Eniten pumpun suorituskykyyn vaikuttanut parametri oli nesteen viskositeetti ja pseudoplastinen tai leikkausohennuskäyttäytyminen.