Measuring Flow Velocity and Uniformity in a Model Batch Digester Using Electrical Resistance Tomography

Authors

  • Q. F. Lee,

    1. Department of Chemical and Biological Engineering, The University of British Columbia, Pulp and Paper Centre, 2385 East Mall, Vancouver, BC Canada V6T 1Z4
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  • C. P. J. Bennington

    Corresponding author
    1. Department of Chemical and Biological Engineering, The University of British Columbia, Pulp and Paper Centre, 2385 East Mall, Vancouver, BC Canada V6T 1Z4
    • Department of Chemical and Biological Engineering, The University of British Columbia, Pulp and Paper Centre, 2385 East Mall, Vancouver, BC Canada V6T 1Z4
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Abstract

The literature shows that the extent of delignification in batch digesters varies as a function of chip location in the vessel. This non-uniformity may be exacerbated by a number of factors but is commonly attributed to poor and/or non-uniform liquor flow through the reactor (which causes poor chemical and heat distribution to the chip mass during the cook). Electrical resistance tomography (ERT) was used to evaluate the uniformity of liquor flow in a laboratory model digester under scaled industrial conditions (a 1:15 geometrically scaled vessel, a vessel to particle diameter ratio of 93:1 to minimize wall effects, and close approximation of liquor superficial velocity and pore Reynolds number). Local interstitial flow velocities were measured using pixel-pixel cross correlation techniques. It was possible to create uniform zones in the digester, but a stagnation point was observed in the centre of the vessel at the screen level. This point coincides with the location of highest kappa numbers (lowest degree of cooking) reported in industrial tests.

Abstract

La littérature scientifique montre que le degré de délignification dans les digesteurs discontinus varie en fonction de l'emplacement des copeaux. Cette non-uniformité peut être exacerbée par un certain nombre de facteurs mais est communément attribuée à l'écoulement de liqueur peu efficace ou non uniforme dans le réacteur (ce qui cause une mauvaise distribution des agents chimiques et de la chaleur sur les copeaux lors de la cuisson). On a eu recours à la tomographie par résistance électrique (ERT) pour évaluer l'uniformité de l'écoulement de la liqueur dans un digesteur de laboratoire dans des conditions industrielles mises à l'échelle (un réservoir géométriquement mis à l'échelle à 1:15, un réservoir d'un rapport de diamètre de particule de 93:1 pour minimiser les effets de paroi et une bonne approximation de la vitesse de liqueur superficielle et du nombre de Reynolds des pores). Les vitesses d'écoulement interstitiel locales ont été mesurées à l'aide de techniques de corrélations croisées pixel-pixel. Il a été possible de créer des zones uniformes dans le digesteur, mais un point de stagnation est observé au centre du réservoir au niveau de l'écran. Ce point coïncide avec la position des nombres de kappa les plus élevés (les plus bas degrés de cuisson) mentionnés dans les essais industriels.

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