Kuplakokojakauman hallinta happidelignifioinnissa

Työn tarkoituksena oli uutta kuvantamistekniikkaa hyödyntäen tutkia erilaisten tekijöiden vaikutusta kaasun dispergoitumiseen kemikaalisekoittimessa, kun kaasua sekoitetaan keskisakeaan massaan. Lisäksi työssä pyrittiin selvittämään, kuinka paljon kuitususpensioon tuotettu kaasufaasin kuplakokojakauma vaikuttaa happidelignifioinnin tulokseen. Kaasumaisten aineiden käyttäytymistä keskisakeissa kuitususpensiossa ei tarkkaan tunneta. Mikäli kaasumaisen hapen käyttäytymisestä saadaan uutta tietoa, tarjoaa tämä muun muassa uusia mahdollisuuksia kaasua sekoittavien laitteiden tuotekehityksessä. Työn kokeellinen osuus koostui kahdesta osasta, joista ensimmäisessä osassa selvitettiin sekoittimen roottorin pyörimisnopeuden, reaktorin kaasutilavuuden sekä suspension sakeuden vaikutusta muodostuvaan kaasun kuplakokojakaumaan. Työn jälkimmäisessä osassa arvioitiin yksivaiheisten keskisakeudessa tehtyjen happidelignifiointien perusteella suspensioon tuotetun kaasun kuplakokojakauman merkitystä happidelignifiointitulokseen. Kuplakokojakaumat määritettiin reaktoriin kiinnitetyllä kameralla kuvatuista valokuvista, joita otettiin sekoitustapahtuman aikana. Työn tuloksien perusteella sekoituksen voimakkuudella oli suurin vaikutus suspensioon muodostuvan kuplakokojakauman kannalta. Roottorin kierrosnopeuden kasvaessa kaasun keskimääräinen kuplakoko pieneni sekä havaittujen kuplien lukumäärää kasvoi huomattavasti. Myös suspension sakeuden kasvattamisen havaittiin vaikuttavan kuplakokoon pienentävästi. Happidelignifioinneissa saavutettiin paras kappareduktio, kun kaasun kuplakoko oli mahdollisimman pieni. Käytetty kuvantamistekniikka on tiettävästi ensimmäinen menetelmä, jolla saadaan reaaliaikaista tietoa vain muutamien kymmenien mikrometrien kokoisten kaasukuplien käyttäytymisestä oikeassa prosessitilanteessa.

The purpose of this thesis was to study the effect of different variables on gas bubble size distribution in chemical mixer by utilizing new imaging technique. It was also studied if different bubble size distributions lead to different results in medium consistency oxygen delignification. The behaviour of gaseous chemicals in medium consistency pulp suspensions is relatively unknown. New information about behaviour of gaseous oxygen in pulp suspensions could offer new possibilities to improve operation of chemical mixers. The experimental part of this thesis consisted of two separate parts. In the first part the effects of intensity of mixing, gas void fraction and pulp consistency to a bubble size distribution were studied. In the second part the effect of bubble size distribution to oxygen delignification was analyzed by performing single stage medium consistency oxygen delignifications. Bubble size distributions were measured from photos captured during mixing process with a high speed camera attached to chemical mixer. The results indicate that mixing intensity had most significant effect on gas bubble size distribution. Increase in mixing intensity lead to a smaller average bubble diameter and also the number of gas bubbles observed increased substantially. It was also noted that as pulp consistency increased, the mean diameter of bubbles decreased and the number of small bubbles in suspension increased. In oxygen delignifications, the reduction in kappa number improved when the mean bubble diameter got smaller. As far as known, the imaging method utilized in this thesis is the first method suitable for capturing real time information about behaviour of as small as 10-20 μm gas bubbles in real process conditions.