Massan jauhatus ja SR-luvun määritys

Työssä jauhatetaan hollanterilla sellumassaa, ja määritellään massan SR-luku (Schopper-riegler -luku, käytetään pääasiassa kemiallisten massojen suotautumista mitattaessa). Jauhatus vaikuttaa oleellisesti valmistettavan arkin laatuun - pidempi jauhatus takaa paremman arkittuvuuden.

Valley-hollanteri

Aluksi valmiiksi liotettua massaa lisätään hollanteriin 3,6 litraa. Kokonaisvesimäärän tulee olla 20 litraa, joten hollanteriin lisätään vielä 19,3 litraa vettä. Tämän jälkeen massaa jauhatetaan työohjeen arvojen mukaisesti. Hollanterin pyöriessä massasta otetaan näytteitä, jotka suotautetaan myöhemmässä vaiheessa siihen soveltuvalla laitteella.

SR-luvun määrityslaite

Jauhatus olisi pitänyt aloittaa hollanterin jauhatinterä yläasennossa, mutta aloitimme sen suoraan terä ala-asennossa, joten jauhatustulokset poikkeavat hieman odotetusta (esim. 1. näytteen sr-luvun olisi pitänyt ilmeisesti olla lähempänä 20)

TULOKSET:
NÄYTE1 5MIN: SR51
NÄYTE2 15MIN:SR63
NÄYTE3 30MIN:SR85
NÄYTE4 60MIN:SR97
NÄYTE5 90MIN:SR YLI 97 (asteikko loppuu kesken)

Massan sakeuden määrittäminen

Viisi massanäytettä yhdistettynä. Sakeus n. 1%

Työssä määritetään massan sakeus. Työ aloitetaan punnitsemalla 500 grammaa noin 10% sakeuden massaa. Massa laimennetaan alle 1% sakeuteen lisäämällä siihen 5 litraa vettä. Massaa sekoitellaan reippaasti, ja sekoituksen aikana massasta kauhotaan 5kpl n. 2dl näytteitä. Tämän jälkeen näytteet yhdistetään, jonka jälkeen massa suodatetaan büchner-suppilon avulla. Tätä ennen suodatuslaitteisto sekä kuivattu suodatinpaperi punnitaan (Laitteisto 1541,5g, paperi 1,44g, yhteensä 1542,94g). Suodatuksen jälkeen koko suodatuslaitteisto massan kera punnitaan (2564,5g)
.
Suodatettu massakakku laitetaan uuniin kuivumaan 105 asteeseen n. 15 minuutiksi, jonka jälkeen sen annetaan jäähtyä. Tämän jälkeen massakakku ja paperi punnitaan (11,660g)

Massakakku uunissa

Sakeuden laskenta 

Laskennassa huomioidaan perusnäytteen paino (B1), laimennettu näyte (B2), suodatinpaperin paino (D), paino (C) ja kakun paino (K). Laskenta kaavalla:

Cs = (K-D) / (C*(B1/B2)) * 100%

eli Cs = (11,660-1,44) / (1021,56*(500/5500)) * 100 = 11,00

Suodatusvaihe

Käytetyn massan tarkasta sakeudesta ei ollut varmuutta, mutta n. 10% arvio osunee kohdalleen.

Tuhkapitoisuuden määrittäminen

Työn tarkoituksena on tutkia erilaisten paperien tuhkapitoisuutta. Työ on melko yksinkertainen. Kolmea eri paperilaatua, käsipaperia, tulostuspaperia sekä selluarkkia poltetaan uunissa. Orgaaninen aines palaa, ja jäljelle jäävä tuhka punnitaan. Valitettavasti kuvamateriaalia työstä ei juuri ole. Toisaalta, kyseessä ei ole kovinkaan "visuaalinen työ", joten ilmankin pärjännee.

Aluksi työssä käytettävät keraamiset upokkaat saatetaan vakiopainoon hehkuttamalla niitä n. 900°C uunissa vähintään 15min. Tämän jälkeen upokkaat jäähdytetään eksikaattorissa toiset 15min, jonka jälkeen ne punnitaan. Tämän jälkeen pieniksi, n. 2x2cm palasiksi revityt paperit laitetaan upokkaisiin, upokkaat punnitaan, ja laitetaan uuniin. Tässä vaiheessa uunin lämpötila pidetään aluksi alle 400°C, jonka jälkeen lämpötilaa nostetaan hiljalleen 900°C:hen jonka jälkeen upokkaiden annetaan olla uunissa noin tunnin ajan.

Lopuksi upokkaat poistetaan uunista, jäähdytetään eksikaattorissa 15min ja punnitaan. Tämän jälkeen tuhkapitoisuus lasketaan tuhkan ja alkuperäisten näytteiden painon suhteena. Tulosten perusteella paperien tuhkapitoisuudet olivat seuraavat:

Käsipyyhepaperi 97,64%

Selluarkki 94,88%

Tulostinpaperi 97,33%

Fluidisaatio

Fluidisaatiossa, eli leijutuksessa rakeinen materiaali muutetaan väliaineen (kaasu tai neste) avulla staattisesta (pysähtyneestä) tilasta dynaamiseen (liikkuvaan, ts. leijuvaan) tilaan. Fluidisaatiota hyödynnetään esim. kattiloissa (leijukerrospoltto) sekä esim. paperikoneen rainan kuivauksessa.(leijukuivatus).

Aluksi määritetään leijutettavien rakeiden tiheys. Rakeita punnitaan n. 50g (50,0075g) ja mittalasiin kaadetaan 50ml etanolia. Tämän jälkeen rakeet laitetaan mittalasiin, ja tarkastetaan mittalasin lukema. Mittalasi näytti 88ml rakeiden täytön jälkeen, joten erotukseksi tulee 38ml. Sijoittamalla massan ja tilavuuden yhtälöön, saamme tiheyden p:

p = 50,0075 (g)/ 38 (ml) = 1,315 g/cm3

Tämän jälkeen mittasimme myös kappaleen mitat ja laskimme keskimääräisen partikkelikoon/tilavuuden. Työntömitalla saimme korkeudeksi 3mm ja halkaisijaksi 4mm. Sijoittamalla nämä arvot yhtälöön laskemme tilavuuden V:

V = pi * 2mm^2 * 3mm = 37,699 mm2

Tämän jälkeen punnitsimme loput rakeet, joita oli 668.0g. Käytimme tämän 668 gramman satsin kokonaan, ja laitoimme rakeet torniin. Mittasimme tässä vaiheessa kiintoainepatsaan korkeuden, joka oli 15cm. Lisäsimme rakeiden sekaan mäntysuopaa, joka alentaa pintajännitystä, sekä vähentää koetta häiritseviä ilmakuplia. Tämän jälkeen torni täytetään rauhallisesti vedellä, ja jatketaan täyttöä niin kauan, kunnes mäntysuopa on poistunut tornista. Tämän jälkeen annoimme kiintoainepartikkeleiden laskeutua tornin pohjalle, ja mittasimme taas patsaan korkeuden. Tässä vaiheessa patjan korkeus oli 18cm.

Tämän jälkeen suoritetaan varsinainen koeajo. Tornia aletaan virtauttamaan hitaasti, 2l/min asteittain asteikolla 0-20l/min. Joka asteen jälkeen mitataan kiintoainepatjan korkeus sekä painehäviö.

Ajon jälkeen torni tyhjennetään kiintoainerakeista.

Lopputulokset:

Sellun keitto

Haketta

Keitimme työssä sellua koulun sellunkeittimellä. Keitto tapahtuu panosmuotoisena keittona, ja hake on Stora Ensolta peräisin olevaa mäntyhaketta. Sellun keitossa tarkoituksena on saada puusta irti sidosainetta ligniiniä, jonka jälkeen puun kuituja eli selluloosaa voidaan hyödyntää paperin valmistuksessa.

Hakkeet lisätään keittimeen, ja tämän jälkeen lisätään valkolipeää n. 2,7 litraa. Loput keittimestä täytetään vedellä niin, että hakkeet peittyvät. Tämän jälkeen keittimen kansi kiinnitetään tiukasti, jäähdytysvesi kytketään päälle, ja keittimen lämmitys aloitetaan valvomosta.

Valvomo-ohjelmiston näkymä keiton loputtua.

Keittolämpötila on 170-175 astetta. Keittimen lämpötilaa nostetaan 70 asteeseen täydellä teholla, jonka jälkeen lämmitystä jatketaan tahdilla 1°C/min, kunnes keittolämpötila saavutetaan. Tämän jälkeen keittoa suoritetaan n. 2h45min, tai kunnes H-tekijä on yli 2700. Keiton aikana keittimeen muodustuu painetta lähes 10 baria. Keiton jälkeen paineet lasketaan kaasausventtiilin avulla, jota avataan varovasti. Kaasausventtiilin auettua kaasut jatkavat matkaansa putkea ja letkua pitkin kanaalin nestepinnan alapuolelle, siis nesteeseen. Kaasauksen loppupuolella keittimeen jätetään n. 1 barin paine, jonka avulla keittimessä oleva lipeä (tässä vaiheessa mustalipeä) tyhjennetään näytteenottoventtiilin kautta ulos ja kerätään jäteastiaan.

Tämän jälkeen  suoritetaan sellun pesu, eli venttiilit käännetään sopiviin asentoihin, pesulinja avataan, ja keittimen läpi lasketaan vettä kunnes keitin on jäähtynyt tarpeeksi, jotta kansi voidaan avata. Kannen avaamisessa on syytä olla varovainen mahdollisesti roiskuvan lipeän vuoksi.

Tämän jälkeen keitetty massa otetaan pois keittimestä ja huuhdellaan runsaalla vedellä.

Öljypuristimen käyttöönotto

Puristuslaitteisto

Testasimme pienessä ryhmässä koululle hankitun (rypsi)öljypuristuslaitteiston käyttöönottoa. Toimittajan mukaan laitetta voidaan käyttää käytännössä kaikkien öljypitoisten siementen puristamiseen, mutta koululla käytössä on biodiesel-laitteiston takia rypsin siemeniä.

Öljyn lisäksi puristin tuottaa puristetusta materiaalista valkuaisrehua.

Laitteistossa on puristimen lisäksi lajittelija/puhdistaja, saostusaltaat öljyn esipuhdistukseen sekä uppopumppu jolla öljy siirretään jatko-varastointitankkiin, eli laitteisto on käytännössä pienimuotoinen öljy/rehutehdas.

Laitteiston käyttöönotto ei sujunut aivan kuten strömsössä. Puristimen moottori tuntuu ylikuumenevan, joka aiheuttaa toiminnan katkeamisen. Puristimen saa melko pian takaisin päälle, mutta tässä vaiheessa puristettavat siemenet ja öljy ovat ehtineet tukkia puristimen päässä olevan  "rehuaukon", jonka seurauksena rehua alkaa pursuamaan öljyaukoista. Tämän ongelman voi korjata putsaamalla rehuaukon esim. sopivan pienellä poralla.

Rypsin siemeniä

Laitteessa oleva lajittelija/puhdistajaosa tuntuisi toimivan niin kuin kuuluukin.

Lopputuotteet, eli rypsiöljyä sekä valkuaisrehua

Tässä vaiheessa on vielä hankala sanoa onko kyseessä laitteen vai käyttäjän vika, mutta ensivaikutelma laitteesta on jäänyt hivenen penseäksi.

Massan hajoitettavuus ja arkkien teko

Tässä työssä hajoitimme paperia massaksi ja teimme siitä arkkeja. Punnitsimme n. 2cmx2cm palasia 6x6g, joista kukin kuusi hajoitettiin eri ajoilla sekä kierrosluvuilla. Tämän jälkeen teimme jokaisesta erästä arkin, joka havainnollistaa, kuinka hajoitus vaikuttaa lopullisen arkin koostumukseen.

Hajoitin

Hajoituksen ajat ja kierrokset:

1000 rpm - 8min
625 rpm - 5min
1250 rpm - 10min
1500 rpm - 12min
1875 rpm - 15min
2125 rpm - 17min

Lisäsimme sekoittimeen 2 litraa vettä, joten sulpun sakeudeksi tulee 0,3% (2000ml x 0,3 : 100 = 6g/2L)

Sekoituksen jälkeen kustakin erästä tehtiin arkki allaolevan kuvan laitteella.

Arkintekovälineistöä vuodelta kivi ja keppi

Arkeista tehtiin puristinta varten pino, jonka jälkeen kolmen arkin pino siirrettiin puristimeen.

Puristetut arkit siirrettiin kuivumaan kuivatuskaappiin.

Sekoituksen lisääntyminen näkyi selvästi arkkien koostumuksessa. Vähemmän sekoitetun sulpun arkittaminen oli haastavampaa, ja arkeista tuli hauraampia. Toisaalta myös laitteiston kunto asettaa omat rajoituksensa arkkien tekemiselle: Arkeista tuli toispuoleisia, jonka syyksi epäilemme viiraosan vuotavaa tiivistettä. Myös puristusvaihetta varten kasattu pino meni alkupäässä toisin kuin ohjeissa, joka saattoi myös vaikuttaa hieman tuloksiin.

Valmiit arkit.