Motion of pulp fibre suspensions in rotary devices

Authors

  • C. P. J. Bennington,

    1. Pulp and Paper Research Institute of Canada and Department of Chemical Engineering, The University of British Columbia, Vancouver, BC V6T 1W5
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  • R. J. Kerekes,

    1. Pulp and Paper Research Institute of Canada and Department of Chemical Engineering, The University of British Columbia, Vancouver, BC V6T 1W5
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  • J. R. Grace

    1. Pulp and Paper Research Institute of Canada and Department of Chemical Engineering, The University of British Columbia, Vancouver, BC V6T 1W5
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Abstract

Suspensions of semi-bleached kraft pulp at low and medium mass concentrations were sheared in a rotary shear tester at angular velocities up to 524 rad/s (5000 rpm). The use of baffled housings, with rotors having lugs, imposed shear within the body of the suspensions and prevented slip at the vessel walls. The torque was measured as a function of angular velocity, and high speed photographs were taken through a transparent plate to aid in interpretation of the findings. The torque vs. angular velocity curves and flow phenomena were found to depend on the mass concentration of the suspension, the gap width between the rotor and housing, and the air content of the suspension. With little gas present, the flow initially involved tangential flow in an active cavity whose radial extent increased with increasing angular velocity. When the flow reached the outer baffles, a marked flow transition occurred, probably explaining what has been called “fluidization” by Gullichsen and Harkonen (1981). As the gas content of the suspension increased, the gas congregated around the rotor, impeding the transfer of momentum to the suspension. The apparent viscosity of a 10% by mass suspension was of the order of 16 Pa · s under the test conditions.

Abstract

Des suspensions de pâte à papier kraft semi-décolorée à des concentrations massiques faibles et moyennes ont été cisaillées dans un appareil d'essai de cisaillement rotatif à des vitesses angulaires allant jusqu'à 524 rad/s (5000 rpm). L'utilisation de systèmes à chicanes, avec des rotors munis d'oreilles, impose un cisaillement au sein des suspensions et empêche le glissement aux parois du réservoir. Le couple a été mesuré en fonction de la vitesse angulaire, et des photographies à vitesse rapide ont été prises à travers un plateau transparent pour faciliter l'interprétation des résultats. On a trouvé que les courbes de couple en fonction de la vitesse angulaire et les phénomènes d'écoulement dépendaient de la concentration massique de la suspension, du jeu entre le rotor et l'enveloppe et de la teneur en air de la suspension. Lorsqu'il y a peu de gaz, l'écoulement entraîne initialement un écoulement tangentiel dans une cavité active dont l'extension radiale augmente avec l'augmentation de la vitesse angulaire. Lorsque l'écoulement atteint les chicanes extérieures, une transition marquée de l'écoulement est observée, ce qui correspond probablement au phénomène que Gullichsen et Harkonen (1981) appellent «fluidisation». Lorsque la teneur en gaz de la suspension augmente, le gaz se conglomère autour du rotor, ce qui réduit le transfert de quantité de mouvement vers la suspension. La viscosité apparente d'une suspension à 10% en masse est de l'ordre de 16 Pa-s dans les conditions d'essai.

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