High pressure compression of filter cakes

The purpose of this thesis was to investigate the compression of filter cakes at high filtration pressures with five different test materials and to compare the energy consumption of high pressure compression with the energy consumption of thermal drying. The secondary target of this study was to investigate the particle deformation of test materials during filtration and compression. Literature part consists of basic theory of filtration and compression and of the basic parameters that influence the filtration process. There is also a brief description about all of the test materials including their properties and their industrial production and processing. Theoretical equations for calculating the energy consumptions of the filtrations at different conditions are also presented. At the beginning of the experiments at experimental part, the basic filtration tests were done with all the five test materials. Filtration tests were made at eight different pressures, from 6 bars up to 100 bars, by using piston press pressure filter. Filtration tests were then repeated by using a cylinder with smaller slurry volume than in the first series of filtration tests. Separate filtration tests were also done for investigating the deformation of solid particles during filtration and for finding the optimal curve for raising the filtration pressure. Energy consumption differences between high pressure filtration and ideal thermal drying process were done partly experimentally and partly by using theoretical calculation equations. By comparing these two water removal methods, the optimal ranges for their use were found considering their energy efficiency. The results of the measurements shows that the filtration rate increased and the moisture content of the filter cakes decreased as the filtration pressure was increased. Also the porosity of the filter cakes mainly decreased when the filtration pressure was increased. Particle deformation during the filtration was observed only with coal particles.

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia suodinkakkujen puristusta korkeissa paineissa ja verrata puristuskuivauksen energiankulutusta ideaalisen termisen kuivauksen energiankulutukseen. Toisena tutkimuskohteena tässä työssä oli partikkelien hajoamisen tutkiminen korkeissa suodatus ja puristuspaineissa. Kirjallisuusosassa käydään ensin läpi suodatukseen ja puristukseen liittyvää teoriaa sekä tärkeimpia suodatukseen vaikuttavia parametreja. Lisäksi teoriaosassa esitellään suodatuskokeissa käytettyjen testiaineiden ominaisuuksia ja valmistusmenetelmia. Teoriaosan lopussa esitellään teoreettiset yhtälöt energiankulutusten laskemiseen sekä suodattamalla korkeapainepuristimella että kuivaamalla termisella kuivaimella. Kokeellisen osan alussa suoritettiin ensin perussuodatukset mantapuristimella kaikille testiaineille kahdeksassa eri suodatuspaineessa jotka vaihtelivat välilla 6 100 bar. Tämän jälkeen suoritettiin samat suodatuskokeet kaikille testiaineille, käyttämällä suodatuksissa kuitenkin puolet pienempaa suodatettavan lietteen määrää. Lisäksi suoritettiin suodatuskokeita joissa tutkittiin hitaamman paineennoston vaikutusta suodatukseen sekä korkeiden suodatus ja puristuspaineiden vaikutusta testiaineiden yksittäisten partikkeleiden hajoamiseen. Tuloksissa on lopuksi vertailtu ideaalisen termisen kuivaajan ja ideaalisesti toimivan puristimen välisiä energiankulutuksia energialaskelmien pohjalta piirrettyjen kuvaajien avulla. Näiden kuvaajien avulla voitiin määrittää energiatehokkaampi menetelmä kunkin testiaineen kuivaukseen testiaineiden eri loppukosteuspitoisuuksilla. Tuloksista voidaan havaita, että suodatuspaineen nosto nopeutti suodatusta ja alensi suodinkakkujen kosteuspitoisuutta. Lisäksi suodinkakkujen huokoisuus pääasiassa pieneni, kun suodatuspainetta nostettiin. Partikkelien hajoamista suodatuksen aikana havaittiin tapahtuvan pääasiassa vain hiilen kohdalla.