Kiertokuitumassan dispergoinnin mallinnus

Abstract

Kierrätyskuitujen dispergoinnissa painomuste, tahmot ja muut epäpuhtaudet pyritään pilkkomaan pienemmiksi sekä irrottamaan kuiduista, jotta ne voidaan poistaa kuitumassasta prosessin myöhemmässä vaiheessa. Diplomityön tarkoituksena on kehittää olemassa olevan korkeasakeusjauhimen laskentamallin pohjalta dispergointiprosessin simulointiohjelma, jolla pystytään ennustamaan eri terägeometrioiden ja ajoparametrien vaikutus prosessin tehonkulutukseen ja tuotteen laatuun. Malli on ensimmäinen julkaistu yritys simuloida dispergaattorin toimintaa.

Työssä tehdään aluksi katsaus aiempiin, lähinnä kokeellisiin dispergointitutkimuksiin sekä puukuitususpension yleisiin ominaisuuksiin. Laskentamallissa virtaus-, paine- ja lämpötilakentät ratkaistaan käsittelemällä virtaus yksiulotteisena kaksifaasivirtauksena. Mallinnus on ajasta riippumatonta ja hyödyntää kirjallisuudessa esitettyjä valmiita tuloksia eri virtaustapauksille.

Mallin tuottamat tulokset verifioidaan vertailemalla simuloitua kokonaistehonkulutusta todellisesta prosessista tehtyihin mittauksiin, ja tulokset vastaavat toisiaan kohtuullisella tarkkuudella. Laskentamallin ennustama energian jakautuminen eri mekanismien kesken selittää osaksi todellisessa prosessissa dispergoidusta massasta mitattuja freeness-pudotuksia sekä epäpuhtauksien kokojakaumia ja määriä, mutta tulokset ovat myös osittain ristiriidassa mittausten kanssa. Terägeometrian ja virtaustilanteen vaikutukset kuitujen muokkautumiseen ja epäpuhtauksien pilkkoutumiseen ovat osittain tuntemattomia, mikä estää selvästi erilaisilla terägeometrioilla simuloitujen tulosten luotettavan vertailun.

Mallin kehittämiseksi terävälin kuitujen muokkautumisen tarkempia mekanismeja tulee tutkia numeerisen virtauslaskennan avulla. Toinen epävarmuustekijä on sakean kuitususpension materiaalimalli, jonka tarkempi selvittäminen on oleellista laskentamallin luotettavuuden parantamiseksi.