Massan muokkaus paperia varten

Yleistä 

Massan käsittely sijoittuu massatehtaan ja paperitehtaan väliin. Ennen kuin mekaaninen tai/ja kemiallinen massa on valmis käytettäväksi paperinvalmistuksessa, sen ominaisuuksia on muokattava. Muokkaustapa ja määrä riippuu lopputuotteen laadusta. Nykyisin rakennetaan vain räätälöityjä paperinvalmistusprosesseja eli koko prosessi on suunniteltu tuottamaan tiettyä paperilaatua. Sellu- ja paperitehtaita on joko integroituja tai integroimattoma. Integroimattomassa sellu toimitetaan sellupaaleina, paalit pulpperoidaan paalipulpperissa. Tarvittaessa sellu kuidutetaan kuiduttimessa ja lopuksi jauhetaan jauhimissa. Integroiduissa sellu pumpataan putkimassana sellutehtaalta (massatehtaalta) paperitehtaalle, joskus käytetään myös kuivattua sellua (esim. kapasiteettisyyt). Erimassalajeja paperitehtaalle ovat: putkisellu, paalisellu, puolisellu, hierre, hioke ja uusiomassa. Ennen paperikonetta massaa muokataan ensin pulpperoimalla paalimassa (jos on), kuidutetaan, jauhetaan, puhdistetaan, sekoitetaan ja annostellaan massalajit sekä märässä päässä lisätään lisäaineet.

Pulpperointi 

Pulpperointi on massapaalien (tai paperikoneen hylkypaperin) massan käsittelyn ensimmäinen vaihe, joka tapahtuu pulpperissa. Siinä on tavallisesti yksi siipipyörä, joka pienten siivekkeittensä avulla saa altaassa olevan veden kiertoliikkeeseen, vedessä syntyy myös pieniä voimakkaita pyörteitä. Vesi ja kuivat sellupaalit syötetään pulpperiin, jossa veden kiertoliike saa massa-arkit sekaantumaan veteen ja pyörteet hajottavat ne. Siipipyörän ympärillä on tavallisesti kartiomainen rei’itetty rengaslevy (ns. siivilä), jonka läpi pulpperoitu massa lasketaan pulpperista massakyyppiin. Paperitehtaalla syntyy myös paperihylkyä, joka käsitellään yleensä omilla pulppereillaan. Pulpperi on yleensä pyöreä allas, joka on noin 4-40m3. Pulpperiin voi pudottaa 200kg massapaalin ja muutamassa minuutissa tämä on hajonnut kuiduiksi. M-501 kirjassa on annettu esimerkiksi pulpperi, jonka läpimitta on 2,4m, vuorokaudessa se sulputtaa 20-30 tonnia paperimassaa 4-5% sulpuksi. Pulpperissa on 65kW moottori hammasvaihteen tai voimansiirtohihan välityksellä pyörittää pulpperia.

Luentokalvoissa sanotaan massojen hajotuksen pulpperissa perustuvan mekaanisiin ja hydraulisiin voimiin, mekaaniset ovat tärkeitä alkuvaiheessa ja pääasiassa käytetään hyväksi hydraulisten voimien kuiduttavaa vaikutusta. Kalvoissa myös sanotaan pulpperointisakeuden nostavan kuituuntumisastetta eli mekaanisen voiman tarve alenee (suhteutettuna pulpperoitavan määrään) sakeuden noustessa ja taloudellinen tehokkuus paranee.  Diassa19 on vielä pulpperointisakeuden vaikutus kuituuntumisasteeseen kuvaaja. Kuvaajassa näkyy kuinka pulpperointisakeuden noustessa kuituuntumisaste pienenee (mekaaninen voima), hydraulisen- ja kokonaisvoiman tapauksessa pulpperointisakeuden noustessa kuituuntumisaste% suurenee. Kuvaajassa ei näy voimien määrää. Seuraavassa diassa (dia20) taas näkyy SQD (kuituuntumisasteen) ja energiankulutuksen yhteyden diassa. Sakeuden ollessa korkeampi (7-8%) on SQD kasvu jyrkempi kuin alemmassa sakeudessa (3-4%). Korkeammalla sakeudella saavutetaan vaadittu SQD paljon nopeammin kuin pienemmällä. Halutun SQD saavutuksen jälkeen matalampi sakeus ei saavuta samaa SQD energiankulutuksen noustessakaan. Kuvaajan on myös selkeästi merkitty energiansäästö sakeuksien välissä, joskaan ei määrää.

Pulpperit jaetaan:

·         Pystypulpperi – Pyöreähalkaisijainen säiliö, alhalla kartiomainen osa ja yläosa lieriö. Sekoitin, tyhjennys ja sihtilevyt on sijoitettua pohjalle. Korkeus noin 4-7m, yleensä sijoitettu kellarikerrokseen (missä tilaa), yläosa on ensimmäisen tai toisen kerroksen tasolla. Tehokkuus yleensä parempi kuin vaakapulpperin.

·         Vaakapulpperi – Sekoitin on asennettu vaakasuoraan asentoon ja tyhjennys sekä sihtilevyt ovat ammeen pystyseinässä. Korkeus on 2-3m, esim kartonkikoneiden alle (vähän tilaa).

·         Panostoiminen – Pulpperi täytetään tietyllä määrällä vettä ja paperia. Tämän jälkeen pulpperin roottori hajoittaa paperia tietyn ajan. Pulpperoinnin jälkeen panos pumpataan varastosäiliöön (koko 2,5 kertaa panoksen tilavuus), josta se jatkaa edelleen kuiduttimille tai jauhimille. Pulpperiin menevien sellupaalien paino mitataan, tämän avulla säädetään syötettävää vettä (ja sakeutta). Purkuvaiheessa (sakeus 4-5%), sulpun sakeus mitataan ja tämän avulla säädetään sulpun laimennusvesimäärä. Panospulpperissa vettä ja kuituainetta lisätään jaksottain. Hajotusaika on noin 15-30min ja sakeus 6-15% (luentokalvoissa 6-7%). Sihtilevyjen reikäkoko suuri, jotta massa tyhjenisi nopeasti. Tässä massasulppu on tasalaatuista (riittävällä hajotusajalla), mutta kapasiteetti on pieni.

·         Jatkuvatoiminen – Pulpperiin syötetään jatkuvasti massaa ja vettä. Sulppua pumpataan eteenpäin niin, että pulpperin pinta pysyisi vakiona. Vaatii kuiduttimen, pulpperia purkavan pumpun jälkeen. Pulpperointia hallitaan säätämällä pinnankorkeutta ja purkusakeutta. Pinnankorkeutta säädetään syötettävän veden avulla, sakeus syötettävän massan avulla (lisätään jatkuvasti). Sakeus jatkuvatoimisessa on 2-4% ja viipymäaika 3-10min. Sihtilevyn reikäkoko on pieni. Massasulppu ei ole tasalaatuista, mutta kapasiteetti on suuri.

Pulpperin valintaan vaikuttaa kapasiteetti- tila- ja laatutekijät. Pulpperointiin vaikuttaa:

·         Pulpperointiaika – Eli hajotusaika, riippuu kuituaineksesta. Aikaisemmin mainittiin, että panostoimisessa 15-30min, jatkuvatoimisessa 3-10min.

·         Pulpperin tyyppi ja teho – Pystypulpperin tehokkuus parempi. Pulpperityyppi riippuu myös halutusta paperilajista.

·         Lämpötila – Nosto nopeuttaa kuituuntumista. Veden viskositeeti laskee lämpötilan noustessa, vesi tunkeutuu kuituihin paremmin.

·         Sakeus – Aikasemmin mainittiin, että nosto parantaa hajotusta (tiettyyn rajaan saakka, sillä massan pumpattavuus laskee ja hidastaa sulpun liikettä pulpperissa)

·         PH – pH ollessa >7, massa hajoaa helpommin (kemikaaleilla säädetään)

Kuidutus x

Kuiduttimella parannetaan vaikeasti pulpperoituvien massojen sulputusta, kun pulpperi ei riitä irrottamaan kuituja toisistaan. Kuidutuksessa kuituja jatko käsitellään niin, että kuidut ovat erottuneita, kostuneita, joustavia/taipuisia ja ulkoisesti fibrilloituneita. Kuidutin hajottaa kuitukimput ja avaa yhdistävät sidokset sekä notkistaa kuituja, jolloin jauhatuksessa tapahtuu vähemmän katkeilua. Kuidutus toimii parhaiten sakeusalueella 4-5% (pulpperin purkuvaiheen sakeus), suurempi sakeus antaa paremman kuidutustuloksen. Tässäkin sakeuden nostoa rajoittaa pumpattavuus. Luentokalvojen mukaan tavoitteena on myös säilyttää massan suotautuvuusominaisuudet. Kuidutus näkyy sellun ominaisuuksissa vetolujuuden kasvuna. Kuidutus on energiatehokkaampaa kuin pulpperointi. Diassa25 näkyy kuinka kuidutuksella kuituuntumisaste nousee korkeammalle samalla energialla kuin pulpperoinnilla ja kuinka pelkkä pulpperointi ei riitä haluttuun kuituuntumisasteeseen. Kuiduttimet ovat pieniä laitteita, joilla on suuri kierrosnopeus(50r/s)/kehänopeus (40m/s). Kuiduttimen pyörijässä olevat nastat tai terät saavat aikaan pyörrevirtauksia ja nopeita painevaihteluita eli paineiskuja, jolloin kuitukimput hajoavat. Sekä pulpperointi että kuidutustulosta arvioidaan:

·         Visuaalisesti näytearkista – Kuidut, isommat palaset erottuvat arkissa. Arkin oltava heterogeeninen

·         Optisilla menetelmillä näytearkista – Laboratoriolaitteilla, esim. kuva-analysaattori

·         Massan laatuindeksi SQD – Mitataan näytearkin ja laboratorioarkin vetolujuudet, SQD lasketaan kaavasta: (näytearkin vetolujuus) / (laboratorion vetolujuus) * 100%. Laboratorioarkki on standardoidulla tavalla täysin hajotettu arkki. Helposti hajoaville 75% riittävä, vaikeammilla massoilla pitää olla korkeampi.

Laatuindeksin tuloksen perusteella arvioidaan hajotustoimintojen riittävyyttä. Tuloksen ollessa liian pieni pulpperointia säädetään pulpperointiin vaikuttavia tekijöitä. Kuidutukseen vaikuttaa:

·         Energia – Mitä suurempi energiankäyttö sitä parempi kuidutus. Tyypillisesti tarvitaan 15-30 kWh/bdmt, vaikeammille laaduille jopa 100kWh/bdmt.

·         Sakeus – Tavallisesti 4-5%. Aiemmin mainittiin, että korkeampi sakeus takaa paremman kuituuntumisen, tiettyyn rajaan asti.

·         Läpiajojen määrä – Parantaa kuituuntumista, mutta pienentää kapasiteettiä

·         Teräväli/kuvio – Hallitaan energian tarvetta

Jauhatus

Jauhatus tarkoittaa kuitujen mekaanista muokkausta. Jauhatuksella paperikuituja muokataan niin, että muodostumismahdollisuus lisääntyy ja paperi saa toivottuja ominaisuuksia. Ilman jauhatusta kuidut huopautuvat toisiinsa huonosti ja niistä valmistettu paperi on heikkoa ja epätasaisista. Jauhatuksen aiheuttama muutosteen laajuus kuitenkin vaihtelee, sillä osa kuiduista on voinut välttyä jauhatuksesta ja toiset taas ovat joutuneet voimakkaasti jauhatuksen kohteeksi. Luentokalvoihin on listattu jauhatuksen vaikutus kuituihin:

·         Kuidun ulkoisten kerrosten rikkoutuminen ja lohkeaminen. Hienoaineen muodostuminen.

·         Näkymättömien vaurioiden ja heikkojen kohtien syntyminen.

·         Kuituseinämän halkeileminen ja paikallinen sijoiltaanmeno.

·         Kuidun sisäkerrosten välisten vetysidosten rikkoutuminen.

·         Kuidun pinnalle muodostuu hemiselluloosasta geeli. Kuidun ulkopinnan fibrillaatio, "hapsuuntuminen”.

·         Kuitujen katkeileminen

·         Ulkoisten kerrosten lohkeaminen mahdollistaa veden tunkeutumisen kuituun ja kuidun turpoaminen.

·         Kuitujen venyminen ja/tai tiivistyminen

·         Kuitujen taipuisuuden paraneminen

·         Kuitujen suoristuminen (matalasakeusjauhatus), 2-6% sakeutusalue. Yleisin

·         Kuitujen kiertyminen (suursakeus jauhatus), yli 10% sakeutusalue

Jauhatus suoritetaan kuitu-vesiseoksena. Vedellä sulppu saadaan virtaavaan muotoon ja vesi on myös ratkaiseva tekijä jauhautumisen onnistumisessa. Vesi tunkeutuu kapillaari-ilmiön vaikutuksesta kuidun fibrillien väliin ja muihin huokosiin, jolloin se turvottaa kuituja. Jauhatuksessa kuidut joutuvat edestakaisen taivutuksen alaisiksi, mitä seuraa kerrosten välisten sidosten katkeileminen ja kuidun edelleen turpoaminen. Kuidun sisäisten vetysidosten rikkoutumista (sisäinen rakenne löystyy ja turpoaa) kutsutaan sisäiseksi fibrillaatioksi: muuttuvat taipuisaksi, muovautuvuus lisääntyy ja kimmoisuus paranee. Sisäinen fibrillaatio suurentaa myös kuidun ulkoista pintaa. Kun turvonneet kuidut joutuvat jauhimessa erilaisten voimien vaikutuksen alaisiksi, niiden kerrokset alkavat irrota toisistaan ja samalla alkaa tapahtua kuitujen voimakasta fibrilloitumista, fibrillien irtautumista sekä kuitujen ja fibrillien katkeilemista. Fibrillien irtautumista kutsutaan ulkoiseksi fibrillaatioksi. Mitä turpeammat kuidut sitä paremmin fibrillit irtaantuvat. Turpoamattomat kuidut katkeilevat jauhaessa myös, mutta paperilaatu on heikompaa. Ulkoisen ja sisäisen fibrillaation lisäksi on myös molekulaarinen fibrillaatio. Se tarkoittaa kuidun pinnalle jauhatuksen aikana muodostuneen kolloidisen pintaliuoksen aikaansaamaa kuidun huomattavaa turpoamista. Huomattava turpoaminen johtuu siitä, että kolloidinen pintaliuoksen muodostuminen on yhteydessä kuidun pintakerroksen amorfisen osan vetysidosten rikkoutumiseen, rikkouduttuaan sidokset muodostavat uusia sidoksia veden kanssa. Kolloidiliuos toimii liima-aineena, mahdollistaa tiheän vetysidosverkoston muodostumisen kuitujen väliin. Jauhatuksessa tapahtuu myös hemiselluloosan ja ligniinin liukenemista, 0,3-1% kuidun alkuperäispainosta.

Jauhatuksen määrä ja jauhatustapa (rajuus) vaikuttavaa massan ja paperin ominaisuuksien kehittymiseen. Jauhatuksen edistyessä paperin rakenne tiivistuu ja kuitujen sitoutuneisuus toisiinsa paranee: bulkki alenee (tiheys kasvaa), ilman läpäisevyys alenee ja paperin formaatio paranee. Paremman sitoutumisen myötä myös paperin vetolujuus kasvaa. Repäisylujuus saavuttaa maksiminsa jo aikaisessa vaiheessa, maksimin jälkeen lähtee selvään kasvuun. Puhkaisulujuus kasvaa samalla tavalla kuin vetolujuus. Diassa43 tämä on näytetty vielä kaavioissa, vetolujuus ja repäisylujuus ovat x-akselilla ja y-akselilla on kWh/t. Diassa44 x-akselilla ja y-akselilla näyttäisi olevan vetolujuus, puhkaisulujuus ja repäisylujuus, kuvasta ei oikein saa selvää. M-501 kirjassa on kuitenkin sama kaavio nimeltä ”lujuusominaisuuksien muuttuminen jauhatuksen kuluessa” eli määrätynlaisessa jauhatuksessa. X-akselilla olevat arvot ovat muuttujien arvot vetolujuus Nm/g, puhkaisulujuus kPa ja repäisylujuus Nm. Jauhatuksessa paperin optiset ominaisuudet huononevat ja kuitujen kontaktiala kasvaa, myös paperin sileys paranee ja karheus alenee.

Kuidut ovat jauhimessa flokkeina, eli kuitukimppuina, osa kulkee jauhatusvyöhykkeen läpi terien urissa (ei jauhaudu). Tämän takia jauhatus ei ole tasaista, aikaisemmin oli jo puhetta, että osa joutuu rajuun jauhatukseen ja osa ei ollenkaan. Flokkien paksuus on noin 1-5mm ja teräväli on 50-150mm. Jauhatus kohdistuu kuitukimppuihin. Jauhatuksella on suuri energian kulutus flokkien kuljettamisesta jauhimen läpi ja turbulenssin ylläpitämisen takia. Diassa48 on kuva jauhatusmekanismista. Kuidut joutuvat roottorin ja staattorin terien väliin, jossa ne jauhautuvat suoranaisen kosketuksen kautta leikkaavan tai hiertävän vaikutuksen alaisena. Jos terien väli on pieni, kuidut katkeilevat. Terien välin ollessa suuri (0,02-0,03mm, M-501 mukaan lähellä kuitujen paksuutta), kuidut eivät katkeile vaan halkeilevat ja murskaantuvat. Jauhatuksen voimana on joko terän kosketus tai paikallinen vesipyörre, siirtää liike-energiansa kuituflokkiin. Jauhatusprosessin kuvaukseen on kaksi parametria:

·         EOK (kWh/t) = Puhdas jauhatusteho/tuotantovirta jauhimen läpi – Jauhatuksen määrä puhtaalla ominaisenergiankulutuksella

·         OSK (Ws/m) = Puhdas jauhatusteho/leikkausnopeus – Jauhatustapa ominaissärmäkuormalla, kuvaa jauhatusiskujen intensiteettiä

Jauhimia on 3 erilaista:

·         Hollanteri – Tärkeimmät osat ovat terätukki, vastaterät ja allas. Sulppu kiertää altaassa molemmista päistä avoinna olevan seinämän ympäri. Käytetään nykyisin erikoispaperin valmistuksessa. Yksistään jaksoittain toimiva jauhin, ratkaiseva tekijä miksei sovellu nykyaikaisiin tehtaisiin.

·         Kartiojauhin – Käytetään usein sellun jauhatuksessa. Tärkeimmät osat ovat kartiomainen terätukki ja kiinteä kartiomainen vaippa. Kumpaankin on kiinnitetty pituussuntaisia teriä, joiden paksuus on 4-12mm. Terät ovat yleensä ruostumatonta terästä. Tärinän vaimentamiseksi terät ovat hiukan vinossa asennossa tai loivilla mutkilla. Sulppu ohjataan sisään kartion pienemmästä päästä se kulkeutuu jauhimen isompaan päähään ja sieltä poistoputkeen. Jauhtatusvaikutus riippuu kierrosnopeudesta ja terien paksuudesta. Hidaskierroksisella jauhimella sitä enemmän katkovaa mitä ohuemmat terät ovat. Nopeakierroksisemmalla ja paksuimmilla terillä jauhatus muuttuu repivämmäksi kierrosluvun kasvaessa.

·         Levyjauhin – Käytetään usein mekaanisen massan jauhatuksessa. Jauhimen terätukki on kiekon muotoinen. Terät on kiinnitetty kiekon molemmille sivuille sekä kiinteiden sivukiekkojen sisäpinnalle. Sulppu johdetaan sisään toisessa sivukiekossa olevasta aukosta ja se kulkeutuu terien välistä kehälle ja keskikiekon toista puolta takaisin keskustaan, josta se poistuu toisen sivukiekon aukosta.  Levyjauhimia on eri tyyppejä, voi olla kolmella tai kahdella kiekolla varustettu. Jauhatussakeuden ollessa 2-5%  sulppu syötetään pumpun avulla. Sakeuden ollessa 8-30% on käytettävä ruuvisyöttöistä jauhinta. Levyjauhimissa akseli on tavallisesti vaakasuorassa. Levyjauhimen kierrosnopeudet ovat yleensä 7-30r/s.

Kaikilla jauhimilla tehonottoa säädetään terien välistä etäisyyttä säätämällä. Jauhimen ottama teho jaetaan kahteen osaan: häviöteho ja puhdas jauhatusteho. Häviöteho on jauhimen ottama teho jauhimen pyöriessä vedellä täytettynä. Häviöteho nousee pyörimisnopeuden noustessa.

Sulppu voidaan jauhaa joko yhteis- tai erillisjauhatuksella eli jauhetaanko massakomponentit yhdessä vai erikseen (esim havu- ja lehtipuu). Erillisjauhatuksessa voidaan optimoida molempien lajien jauhatus, joten periaatteessa pitäisi olla parempi. Erillisjauhatusta käytetään esim. monikerroskartonkien valmistuksessa. Yhteisjauhatuksessa havupuutkuidut suojaavat lehtipuukuituja, kuitujen välisten kontaktien ansisosta saa hyvän jauhatusloksen. Soveltuvuus näihin jauhatuksiin näyttäisi olevan kuitujen kokoeron ja kuitujen kyky sitoutua toisiinsa vaikutus. Kuitenkaan käytännössä erot eivät ole laadultaan suuria. Erillisjauhatuksen investointi on kalliimpi, yhteisjauhatus on yleisesti käytössä.

·         Sellun jauhatus – Jauhatuksen tavoitteet riippuvat sellutyypistä, havupuulle paperien lujuuksien parantaminen ja lehtipuusellulla paperin optisia- ja painettavuusominaisuuksia.  Armeeraussellun jauhatus lisää kuitujen sitoutumiskykyä ja parantaa vetolujuutta, mutta katkoo ja heikentää kuituja ja repäisylujuutta. Armeeraussellu on havupuista valmistettu massa, jolla saadaan paperille lujuutta. Lyhytkuituisen sellun jauhatuksen tavoitteena on paperin optisten ja painettavuusominaisuuksien parantaminen kuitenkaan heikentämättä veto- ja repäisylujuuksia. Yhden jauhatusvaiheenmäärät vaihtelevat 20-200 kWh/t, sulfaatilla on korkeampi kuin sulfiitilla ja mekaanisen massan. Pitkille kuiduille teräharjan ja uran leveys sekä syvyys ovat korkeampia kuin lyhyille kuiduille.  

·         Mekaanisen massan jälkijauhatus – Tehdään matalassa sakeudessa, tärkeä osa prosessia. Suoritetaan juuri ennen massan annostelua paperikoneelle. Tavoitteena on kuituomisaiuuksien ja freenessin hienosäätö sekä ajettavuuden ja paino-ominaisuuksien parantaminen ja valmistuskustannusten minimointi. Laadun takia on tärkeää, että suoritetaan lähellä paperikonetta, sillä pitkä säilytysaika heikentää massan sitoutumiskykyä ja korkea lämpötila ja sakeus aiheuttavat latenssin palautumista. Jauhatuksessa käytetään sekä levy- että kartiojauhimia. Jauhimia on 1-2 sarjassa ja jauhatus suoritetaan 4-5% sakeudessa. Jauhatus parantaa vetolujuutta ja sitoutumiskykyä, pienentää karkeiden kuitujen paksuutta ja paperin huokoisuus paranee. Paperin valmistuskustannukset myös pienenevät sillä, energiankulutus alenee, kapasiteetti paranee ja armeeraussellun määrä pienenee. Mekaanisen massan jälkijauhatuksen vaikutukset (luentokalvoilta, pitkälti samoja mitä oli aikasemmin):

o   Massan freeness laskee

o   Veto- ja puhkaisulujuus paranevat aluksi, mutta huononevat pitkällisessä jauhatuksessa

o   Repäisylujuus säilyy tai paranee aluksi, mutta huononee pitkällisessä jauhatuksessa.

o   Kuidut lyhenevät, mutta jauhettaessa kiharaiset kuidut suoristuvat.

o   Massan pitkäkuituosuus pienenee

o   Massan keskipitkien kuitujen osuus kasvaa

o   Hienoaine/kuitu suhde ei muutu merkittävästi

o   Massan tikkupitoisuus laskee

o   Huokoisuus laskee ja ilmanvastus kasvaa

o   Tiheys kasvaa ja bulkki pienenee

o   Imukyky ja opasiteetti pienenevät

o   Sileys paranee.

Puhdistus

Ennen kuin sulppu johdetaan paperikoneelle, siitä on poistettava epäpuhtaudet. Hajaantumattomat kuitukimput ja tikut poistetaan sihdeillä, hiekka ja metallisirut erotetaan hiekkurin avulla.

Kuituraaka-aineiden sekoitus ja annostelu

Paperikoneelle tulevat massat ovat: mänty/koivusellu, hioke tai hierre, uusiomassa, koneen/päällystetty hylky ja kiekkosuotimelta talteenotettu massa. Annostelun tarkoituksena on säätää eri massojen suhde paperilajin vaatimusten mukaiseksi. Kaikille massoille on oma varastotorni. Torneista massa pumpataan annosteluun, jossa sakeus säädetään 3,5%. Annostelusäiliöstä massat pumpataan sekoitussäiliöön reseptin mukaisesti (riippuu paperilaadusta). Sekoitussäiliön jälkee on usein sakean massan lajittelu, jonka jälkeen on konesäiliö.

Yhteenveto

Samalla kun kirjoitin osakokonaisuutta, otin ylös myös mieltä askarruttavia asioita tai kysymyksiä. Kuvaajassa (dia9) ei näkynyt voimien määrää, joten oli hieman hankalaa tarkkailla sitä, M-501 kirjassa oli kuitenkin sama kuvaaja, joten onneksi siitä näki vähän tarkemmin. SQD puhuttiin kuituuntumisasteena, myöhemmin kuitenkin tuli esille, että se on massan laatuindeksi ja ihmettelinkin hieman asiaa lueskellessani siitä. Viittasin kuitenkin SQD kuituuntumisasteena, sillä se oli lyhyempi kirjoittaa. Luentkokalvoissa ei asiasta pahemmin mainittu ja eikä oikeastaan muuallakaan sen enemmän, yhdessä lähteessä kuitenkin sanottiin, että pulpperiin lisätään kemikaaleja massan kuituuntumisen ja musteen poiston helpottamiseksi. Kemikaalit ovat NaOH, na2siO3, H2O2, rasvahapposaippu 0,2-2,5% pitoisuuksissa (kaiken kaikkiaan). Itsellenikin on jäänyt tälläinen kuva, että sinne lisättäisiin jotain. Pulpperoinnissa käsiteltiin aika vähän hylkypaperin kuiduttamista ja mitä lämpötiloja siellä on, esim. normi hylylle lämpötilat ovat pienempiä kuin ML paperille. Puhuttiin enemmän tehoista jne. Kuidutus tuli suhteellisen nopeasti, huomasin myöhemmin, että olisi vielä lukenut kuumakuidutuksesta ja kuidutus tapahtuu yleensä sellunkeiton jälkeen, puskusäiliön tai pesurien välissä ennen viimeistä pesua. Listasin jauhatuksen vaikutukset, sillä vaikutti hyvältä listalta mikä luentokalvoissa oli, en kuitenkin osannut lähteä paremmin selittämään mistä johtuu, joten kirjoitin alemmas tekstin, jossa asiat tulivat hyvin ilmi, lista oli melkein turha jopa. Annostelu, sekoitus ja puhdistus jäi vähä lyhyeksi. Puhdistuksessa käsiteltiin hiekan, tikkujen jne poistoa, josta on ollut aikaisemmin puhetta, ne tapahtuvat mm pyörrepuhdistimella tai painesihdillä, nämä muistaakseni käytiin aikasemmin läpi, joten olisi ollut turhaa toistoa. Tietenkin mekaanisen massan ja sulpun puhdistaminen on hieman eri asia, mutta samalla periaatteella oikeastaan. Luentopäiväkirjassa käytiin ensin läpi jauhatus ja sen jälkeen vielä sellun ja mekaanisen massan jauhatus, tässä kohtaa alkoi puhti hieman loppua ja alkoi tuntua oikeastaan vanhan toistolta. Ameerausmassa tuli myös uutena asian, en ollut ennen kuullut. Ensiksi luulin sen olevan normimassaa jolle annettu hieno nimi, sitten pikaisella etsinnällä löytyikin sen olevan massaa joka on paperin runkona ja mistä se on valmistettu. Oli hieman outoa, että puhutaan sellun jauhatuksesta ja sitten yhtäkkiä armeerausmassasta, sitä tarkemmin selittämättä. Onneksi ei kuitenkaan ollut mitenkään erityisen monimutkainen asia. Kokonaisuutena oli ihan mukava aihe, jauhatus alkoi yhteis- ja erillisjauhatuksen kohdalla hieman tökkimään, sillä en ollut törmännyt tähän vielä ja jäi oikeastaan kuva, että ihan sama kumpaa käyttää, erillinen on vain kalliimpi. Jauhatus oli myös hieman monimutkaisempi kuin muut aiheen alueet, joten kesti kauemmin päästä sisälle asiaan. Koneeni myös sammutti itsensä yön aikana enkä ollut tietenkään tallentanut kaikkia lähteitä.

Lähteet

1.       https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/38763/Kastro_Artur.pdf?sequence=1

2.       Puusta paperiin, M-501, Massojen käsittely

3.       https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/95398/Opinnaytetyo.pdf?sequence=1

4.       http://www.doria.fi/bitstream/handle/10024/42637/Kandi.pdf

5.       http://www.doria.fi/bitstream/handle/10024/30572/TMP.objres.441.pdf;jsessionid=8E058AEB0BD7BC091858ED95F52DF0AB?sequence=1

6.       http://www.knowpap.com/www_demo/suomi/paper_technology/general/4_water_stock_systems/frame.htm

7.       https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/12747/Tero_Pulkkinen.pdf?sequence=1

8.       http://www.doria.fi/bitstream/handle/10024/30572/TMP.objres.441.pdf;jsessionid=DD7D885D7EB001E90070766B730B26EC?sequence=1

Mekaanisen massan valmistus hioke- ja hierreprosessilla

Mekaanisen massan valmistuksessa puun kuidut irrotetaan toisistaan mekaanisen rasituksen avulla. Mekaaninen työ muuttuu kitkan ansiosta lämmöksi, joka pehmentää puukuituja toisiinsa sitovan ligniinin ja avaa kuitujen väliset sidokset. Ligniinin pehmenemistä nopeutetaan vedellä. Valmis massa sisältää puun ligniinin, joten massaa saadaan kaksinkertainen määrä kemialliseen massaan verrattuna. Mekaanista massaa valmistetaan kahdella tavalla: hiomalla ja hiertämällä. Tässä luentopäiväkirjassa keskitytään näihin kahteen valmistusmenetelmään.

Hiokkeen valmistus

Yleistä

Hionta on mekaaninen massanvalmistusmenetelmä, jossa valmistetaan hioketta. Hionnan raaka-aineena ovat kuoritut ja määrämittaan katkotut kuusipölkyt, myös mäntyä voidaan käyttää. Hionnassa pölkyt painetaan pyörivää hiomakiveä vasten, prosessia voidaan tehostaa myös paineella (painehionta, PWG). Käyttö perustuu massan halpuuteen ja lopputuotteen antamiin toivottuihin ominaisuuksiin. Hiokeprosessi jaetaan: puunkäsittelyyn, hiontaa, lajitteluun ja rejektinkäsittelyyn, saostukseen, valkaisuun ja jälkijauhatukseen. Hioketta käytetään pääasiassa puupitoisiin painopapereihin.

Hionnan perusteet

Hiokkeet ja hiontaprosessit jaetaan hiontatilan ylipaineen ja suihkuvesien lämpötilan mukaan: GW,

·         GW, SGW (kivihioke) – 0bar, suihkuvesi 65-75C

·         TGW (kuumahioke) – 0,02-0,03bar, suihkuvesi 70-80C

·         PWG (painehioke) – 2-3bar, suihkuvesi 70-95C

·         PGW-S (superpainehioke) – 4-4,5bar, suihkuvesi 95-120C

Painehionnassa ja superpainehionnassa käytetään suihkuveden lämpötilaa lisämääreenä lyhenteen lopussa, PGW70 jne.

Hionnan perusperiaate on säilynyt samana. Hionnassa pölkkyjä painetaan pyörivää hiomakiveä vasten nopeudella 1-2mm/s ja kiven pinnan nopeus on 25-36 m/s. Samalla kiven pintaa puhdistetaan ja jäähdytetään vesisuihkulla. Luentokalvojen mukaan hionnassa on 3 vaihetta:

1.      Puurakenteen lämpeneminen ja heikentyminen hiomakiven pinnan lähellä olevassa kerroksessa hiontarakenteiden aiheuttaman jaksottaisen puristumisen ja laukeamisen vaikutuksesta

2.      Kuitujen kuitumateriaalin lopullinen irrotus hiontarakeiden aiheuttamien kitkavoimien vaikutuksesta. Kuidut alkavat kampaantua irti puun pinnasta.

3.      Irronneen kuitumateriaalin kuljetus pois hiontavyöhykkeeltä. Kuitu irtoaa ja kulkeutuu veden mukana pois hionta-alueelta urissa. Jos urat eivät ole riittävän suuria, suihkuvettä on liian vähän tai hionta-alue liian pitkä, kuitukimput voivat hajota ja yksittäiset kuidut jauhautua.

Hiontaan vaikuttaa:

·         Lämpötila – Kuivissa olosuhteissa ligniini ja hemiselluloosat pehmenevät 180-220C. Veden kyllästäminä hemiselluloosa ja amorfinen selluloosa pehmenevät 20C ja ligniini 80-90C. Tyypillisissä olosuhteissa ligniini pehmenee 100-130C. Puumatriisi pehmenee jaksottaisten puristumis-laukeamis pulssien aiheuttaman lämmityksen avulla. Jos suihkuvesi on liian alhainen verrattuna ligniinin pehmenemislämpötilaan, puumatriisi jäykistyy uudelleen. Tämä johtuu viileän veden vaikutuksesta hiontavyöhykkeellä. Jos puumatriisi pääsee jäykistymään uudelleen, kuidut irtoavat vaurioituneempina verrattuna ideaalitilanteeseen. Liian korkea lämpötila myös aiheuttaa massan tummumista.

·         Pulssi – Pulssit ovat tyypillisesti 40-50 kHz taajuudella. Hiomarakeiden on oltava 0,2-0,5mm kokoisia, jotta saavutetaan palautumaton muodonmuutos puumatriisissa. Rakeiden tuottama rasituksen on oltava myös riittävä, jotta puu hioutuisi eikä vain lämpenisi. Diassa 16 on kuva elastisen ja plastisen (palautumaton) kompressiosta. Jos rasitus ei ole riittävä, sitä kutsutaan elastiseksi ja tällöin hiomakivi vain enemmänkin pyyhkäisee pinnalla hiomatta puuta. Plastisessa hiomakivi oikeasti painautuu puuta vasten hioten sitä.

·         Paine (kuormitus) – Paineen kasvaessa veden kiehumispiste kohoaa. Hiomakonetta paineistetaan, jotta vesi ei kiehuisi hiontapinnalla ja puuaineksessa, tällöin hiontalämpötilaa voidaan nostaa.  Kuormituksen muuttaminen vaikuttaa tuotantoon ja freeness-lukuun, jotka kasvavat kuormituksen kasvaessa. Kuormitusta ei voi lisätä loputtomiin vaan on etsittävä optimitaso tuotannon, jauhautuneisuuden ja teroituksen kesken.

·         Vesi – Suihkuveden tehtävänä on puhdistaa hiomakiven pintaa ja jäähdyttää kivi. Veden lämpötila säädetään 60-80C ja paineistetussa hionnassa korkeammaksi. Vesi myös on voiteleva väliaine hiomarakeiden ja puupinnan välillä, vähentää kitkaa. Se myös estää puun palamisen vähentämällä kontaktia hiomarakeiden ja puun välillä. Suihkusuuttimet on pidettävä auki koko kiven leveydeltä, jotta suihku tulisi kivelle tasaisesti.

·         Kiven kehänopeus – Kehänopeuden kasvattaminen lisää tuotantoa. Nopeus vaihtelee 20-40 m/s. Nopeuden lisääminen heikentää massan tasalaatuisuutta, kuidun pituus lyhenee ja vaaleus vähenee. Nopeutta muutettaessa on myös muutettava kuormitusta, teroitusta ja suihkuvesiä sekä varmistettava, että kivi kestää muutokset.

Hiokkeiden ominaisuuksia

Hiontaa suoritetaan monissa erilaisissa prosessiolosuhteissa ja näiden hiokkeiden ominaisuudet poikkeavat toisistaan. Diassa 21 on PGW70, PGW-S95 ja PGW-S120 hiokkeiden ominaisuuksia. Suurin ero näyttäisi olevan ilmanläpäisyvastuksessa: PGW70 on 70, PGW-S95 on 150 ja PGW-S120 on 200 sekä tiheydessä (kg/m3): PGW70 on 470, PGW-S95 on 485 ja PGW-S120 on 515. Tikut (%) ja karkeat kuidut (%) on nousevassa järjestyksessä, muuten ominaisuudet ovat suhteellisen samanlaisia. Kun hiontapainetta ja lämpötilaa lasketaan, optiset ominaisuudet paranevat ja massan pitkäkuituosuus ja lujuus laskevat. Kun lämpötilaa ja painetta nostetaan, vaikutus on käänteinen. Kivihiokkeen pitkäkuituosuus ja lujuus ovat pienemmät kuin painehiokkeen, mutta sisältää enemmän hienoaineita ja optiset ominaisuudet vastaavat PGW70-massaa (painehieko, 70C).

Hiontaprosessit

Aiemmin mainittiin mihin osioihin hiontaprosessi jaetaan. Tässä osiossa käydään läpi:

·         Puunkäsittely – (Puun käsittelyä ollut aikaisemmin, joten lyhyesti) Puunrungot sahataan 1-1,6m ja kuoritaan kuorimarummussa, tämän jälkeen pöllit kuljetetaan hiomakoneille. Dia26 mukaan puut syötetään kiramoille, josta ne lähtevät katkaisuterille ja siitä kuorimarumpuun. Roskat kulkeutuvat pois alakautta. Käsittelyssä kiihdytysrullasto oikaisee ja erottelee puut, syöttörumpu taas painaa puut kiramoa vasten ja kiramo nostaa puut hihnalle (rumpu, jossa on nostelevia kannaksia, rattaat tapainen).

·         Hiontaprosessi – Aiemmin tuli ilma, että hiontaprosessi jaetaan, GW,TGW, PWG ja PGW-S prosesseihin (nyt niistä tarkemmin):

o   GW, kivihionta (0bar, 65-75C) – Hiomakoneeseen syötetään kuorittua puuta, suihkuvettä ja energiaa. Hyvän hiontatuloksen edellytyksenä on, että suihkuvesi on 65-75C. Massan lämpötila on 10-25C korkeampi kuin veden, lämpötila määritetään halutun hienousasteen ja hiomakiven terävyyden mukaan. Suihkuveden lämpötilan valinnassa on otettava huomioon, että lämpötila nousee kuituuntumisen kannalta riittävän kuumaksi. Liian korkea lämpötila johtaa riittämättömään kiven jäähdytykseen, puun lämpötilan nousuun ja mahdollisesti palamiseen.

o   TGW, kuumahionta (0,02-0,03bar, 70-80C) – Tarkoittaa kivihiontaa korkeammassa suihkuveden lämpötilassa (massaa käsitellään kuten kivihiokettakin, hionnan jälkeen). Menetelmä sopii ketjuhiomakoneille, GW-hiomakoneita on modernisoitu soveltumaan tähän prosessiin melko runsaasti. Lämpötilaa voidaan nostaa, sillä ylipaineen avulla estetään veden paikallinen höyrystyminen ja puun kuivuminen. Lievä ylipaine syntyy, kun hiontakammiossa hiomakiven päällä on 20-30cm paksuinen vesipatsas. Hiontakammion ja kiven rajakohdat on rakennettu tiiviiksi, jotta tämä olisi mahdollista. Vesi pyrkii kondensoimaan syntyvän höyryn, joten lämpöhäviöt höyrynä hiontapinnalla pienenevät.

o   PWG, painehionta (2-3bar, 70-95C) – Hionta tapahtuu max 3bar ylipaineessa ja suihkuveden lämpötila on normaalisti 90-95C.  Poistuvan massan lämpötila on 105-120C. Puunsyöttö hiomakoneeseen tapahtuu paineistettavan välikammion kautta. Ylipaine välikammioon ja hiontatilaan saadaan paineilmalla. Voidaan suorittaa myös matalassa lämpötilassa (PGW70), massa on tällöin vaaleampi ja lujuus on lähes sama kuin tavallisen painehiokkeen. Korkeat suihkuvesilämpötilat ylläpidetään painehionnan kuumakierron avulla. Massa poistuu kun se pusketaan ylipaineen avulla automaattiventtiilin kautta puskusykloonaan. Paineilma ei pääse purkautumaan automaattiventtiilin takia (massapinta vakio). Ennen puskuventtiiliä on poistoputkeen sijoitettu sälemurskain. Puskusykloonassa massa paisuu normaalin ilmanpaineeseen. Sykloonasta johdetaan n. 100C painehioke painesakeuttimeen (1,5% puskusakeus), jossa massa saostetaan 10% kuiva-ainepitoisuuteen. Saostuksen suodos (95-100C) palautuu suihkuvesikiertoon. Sakea painehioke laimennetaan 3-4% sakeuteen, massa jäähtyy lähes kiertoveden lämpötilaan (sopiva lajitteluun).

o   PGW-S, superpainehioke (4-4,5bar, 95-120C) – Luentokalvojen mukaan ylipaine on kuitenkin nostettu 5barin. Pääpiirteissään samanlainen kuin tavallinen painehiontaprosessi, mutta järjestelmään on lisätty lämmönsiirtojärjestelmä, siltä varalta, että halutaan yli 100C suihkuvesi. Lämmönsiirtojärjestelmässä vesi lämmitetään massasta otetulla lämpöenergialla.

·         Lajittelu, rejektinkäsittely ja sakeutus – Hiomakoneesta tuleva massa sisältää epäpuhtauksia, jotka eivät sovellu paperin ja kartongin valmistukseen. Epäpuhtaudet tulevat raaka-aineen mukana (kuorikappaleet, hiekkaa, kiviä jne.) tai syntyvät hiontaprosessissa (tikkumassa, hiomakiven pinnasta rakeita ja sideaineita, puun oksista puujauhoa ja kiertovesistä lima- ja pihkajakeita). Lajittelussa tärkeintä on kuitenkin tikkumassan erottaminen, sen jauhatus tai murskaus pienemmäksi, tämän jälkeen lajitellaan uudestaan. Lajittelu on optimointitehtävä, täydelliseen erottamiseen ei voida saavuttaa vaan tarkoituksena on tasata laatuvaihteluita ja vähentää epäpuhtauksia. Lajittelun ”tarkkuus” riippuu myös massan käyttötarkoituksesta ja vaaditusta puhtaudesta. Lajittelu jaetaan karkeaan ja hienoon. Karkeassa lajintapinnan reikien halkaisija on 4-6mm tai rakolevy, jonka rakojen halkaisija on 1-2mm. Karkeassa lajittelussa poistetaan suuret jakeet, puiden ja kuorien jätteet ja pitkät säleet. Hienossa lajittelussa poistetaan kuitukimput, kuorikappaleet, kivet, hiekka ja muut pienet epäpuhtaudet. Hienolajitteluun kuuluu monta eri vaihetta ja lajitinta. Hienolajittelussa käytetään: painelajitinta ja pyörrepuhdistinta.

Rejektiä saadaan karkealajittelusta. Rejekti on arvokasta puuraaka-ainetta ja se on hienonnuksen ja uudelleenlajittelun jälkeen käyttökelpoista. Karkealajittelusta saatavat suuret tikut ja säleet jauhetaan, jonka jälkeen se lajitellaan uudestaan. Aksepti palautetaan ja rejekti jauhetaan uudestaan.

Valkaisu edellyttää massan sakeutusta ja varastotorniin mahtuu enemmän hioketta, kun se on sakeampaa. Luentokalvojen mukaan sakeutuminen katkaisee vesikierrot ja parantaa kemikaalien vaikutusmahdollisuutta kuituihin. Normaali varastointisakeus on n. 5%, nykyinen tekniikka kuitenkin mahdollistaa jopa 12% varastointisakeuden.

·         Valkaisu – Hiomakoneesta tuleva hioke ei ole niin vaaleaa kuin on haluttua. Vaaleus myös vaihtelee vuodenaikojen, kiertovesien lämpötilan, puuraaka-aineen ja hiontaolosuhteiden mukaan. Vaaleutta parannetaan valkaisulla ja samalla tasataan vaaleuden epätasaisuuksia. Hioketta pyritään vaalentamaan vain sen verran kuin lopputuote edellyttää. Vaaleutta heikentävät puusta peräisin olevat värilliset yhdisteet, valkaisussa nämä pyritään poistaa tai muuttaa värilliset yhdisteet värittömään muotoon. Hiokkeen valkaisua pyritään nostamaan 10-20% ISO, alkuvaaleus on luokkaa 60-66% ISO ja saadaan 70-80% ISO. Painehiokkeen alkuvaaleus on 61-64% ISO. Valkaisussa käytetään pelkistävää dioniittivalkaisua ja hapettavaa peroksidivalkaisua tai näiden yhdistelmiä. Dioniittivalkaisu nostaa vaaleustasoa 4-10 yksikköä ja peroksidivalkaisu 10-20 yksikköä.

·         Jälkijauhatus – Käsiteltiin rejektissä jo. Luentokalvoissa mainitaan vielä, että yleisesti käytetään kun valmistetaan korkealuokkaisia painopapereita.

Hiomakoneet

Hiomakone koostuu lieriön muotoisesta vaakatasossa pyörivästä kivestä sekä laitteistosta, jolla painetaan pöllejä kiven pintaa vasten. Suihkuvedellä kivenpintaa jäähdytetään ja pidetään puhtaan. Hiomakonetyypit eroavat toisistaan puun syöttöpesän ja syöttölaitteiston perusteella. Luentokalvoissa hiontakoneet jaetaan: taskuhiomakoneet, jatkuvasyöttöiset hiomakoneet, rengashiomakoneet, painehiomakoneet ja muut hiomakoneet. Paperimassan valmistuskirjassa jaetaan:

1.      Jatkuvasyöttöiset hiomakoneet, ketjuhuomakoneet – Ketjuhiomakoneessa on suoraan kiven yläpuolella puumakasiini, jossa on kaksi päätöntä ketjua puun syöttämiseksi kiveä vasten. Kone on jatkuvatoiminen eli puita lisätään jatkuvasti. Ongelmia voi aiheuttaa ketjujen luisto, puiden eteneminen ketjuja hitaammin ja puiden välinen pituusero (keskellä etenevät hitaammin), vinon puupinon korjaaminen on vaikeaa. Koneen moottoritehot ovat 750-2500kW, hiomakiven kehänopeus 18-40m/s, puun pituus 1-1,15m ja hiontavyöhykkeen pituus 1,2m (20-25% kiven ympärysmitasta). Syöttöketjut ovat joko sähköisiä tai hydraulisia ja nopeus on 30-50mm/min. Hiomakiven kuluessa, syöttöpesää lasketaan ja kivenvaihdon jälkeen pesää taas nostetaan. Ketjuhiomakone vaatii kaksikerroksisen rakennuksen, puun käsittely tapahtuu ylemmässä kerroksessa. TGW prosessia voidaan soveltaa vanhoissakin ketjuhuomakoneissa, koska poistuvan massan lämpötila on alle 100C.

2.      Uunihiomakoneet – Kaksiuunihiomakoneessa on kaksi hiontauunia kiven vastakkaisilla puolilla. Hiomavyöhykkeen pituus on 40% kiven ympärysmitasta. Kokonaispituus takaa suuren tuotannon ja vastakkaiset uunit tuovat koneeseen vakaata rakennetta, rakenteen ansiosta voidaan hioa jopa 1,6m pitkää puuta. Puu syötetään koneeseen yläpuolella olevien syöttötaskujen avulla. Uunin ollessa tyhjä paineanturi vetäytyy taaksepäin. Anturan yläpuolella oleva luukku avautuu, jolloin puut putoavat uuniin. Luukku suljetaan ja paineantura puristaa puita kiveä vasten, täyttötapahtuma kestää noin 20-30s ja uunillisen hiominen 5-15min, riippuen laadusta ja massalajista. Kiveä puhdistetaan ja jäähdytetään neljän suihkuputken avulla. Suihkuputket sijaitsevat ennen ja jälkeen molempia uunia. Uunien välissä on lisäksi aurat, jotka poistavat massaa kiven pinnalta. Ennen ja jälkeen uunia on myös kynsiraudat, jotka estävät pienempien pöllien jätteiden karkaamisen hiontavyöhykkeelle. Kynsiraudat sijaitsevat mahdollisimman lähellä kivenpintaa, kiven kuluessa kynsirautojen etäisyyttä säädetään. Valmetin kaksiuunikoneen kiven halkaisija on 1,8m, kehänopeus 28m/s, puun pituus jopa 1,6 (alin 1m) ja moottorin teho on 4,0-7,5MW (paljon suurempi kuin ketjuhiomakoneen).

3.      Painehiomakoneet – Perustoiminto on sama kuin paineettomassa kaksiuunikoneessa. Perusrakenne on saman näköinen, mutta ylipaineen takia rakenteellisia eroja on useita. Toiminta on periaatteessa sama kuin atmosfäärisen hiomakoneen, mutta paineen säilyttämiseksi koneessa on puiden syöttö hoidettava paineistettavan syöttökammion kautta. PGW-S hiomakone on perusperiaatteeltaan samanlainen kuin PGW hiomakone. Rakenteen jäykkyyttä on lisätty muuttamalla seinämien tukirakennetta.

Hiomakivet ja niiden käsittely

Hiomakivellä ja sen pinnan käsittelyllä on merkittävä vaikutus hiokkeen laatuun ja huomakoneen tuotantoon. Nykyisin käytetään keraamisia kiviä ja se on kullakin valmistajalla omanlainen. Hiomakiven hiontarakeina käytetään piikarbidia, alumiinioksidia ja kvartsihiekkaa. Sideaineena on maasälvän ja kaoliinin poltettu seos tai muoviseos. Kiven pinnan on sovelluttava hyvin teroitettavaksi eli hiontarakeiden sideaine kuluu niin, että rakeet pysyvät sideaineen yläpuolella. Hiomakiven on oltava huokoista, jotta vesi voi liikkua myös säteen sunnassa. Kostea, märkä kivi johtaa paremmin lämpöä ja toimii lämmönvaihtimena hionnassa, tämä on tärkeää, sillä on suositeltavaa, että lämpötilan muutosrajana on 5 astetta/h. Dia57 näkyykin keraamisen hiomakiven rakenne, jossa hiontarakeita ympäröi sideaine, yhdistelmät ovat ”silloilla” yhdessä toisiinsa ja välissä on huokosia. Kivityyppi valitaan valmistettava hioketyypin mukaan. Tärkeimmät kiven ominaisuudet ovat: kovuus, raekoko, raetiheys ja raemateriaali. Hiokkeen ominaisuuksiin vaikutetaan eniten pintamateriaalilla ja teroituksella.

Hiomakiviä käsitellään:

·         Teroitus –  Teroituksella saadaan esim. pihkan ja muiden epäpuhtauksien alta uusia teräviä rakeita eli avataan tukkeutuneita huokosia ja lisätään uratilavuutta. Teroitus on tehtävä 1-4 viikon välein tarpeen mukaan. Hiontapintaa kivessä on n 65mm, tämän jälkeen kiinnityspultit tulevat näkyviin (terä vaihdettava). Kiven teroitusta varten hiomakoneissa on teroituskone. Kun kiveä ei voida enää teroittaa, se vaihdetaan uuteen.

·         Vesisuihkuteräys – Korkeapainevesisuihkulla. Voidaan suorittaa hionnan aikana eikä vaadi hionnan keskeytystä tai koneen aukaisua.

·         Tylsytys – Kivi tylsytetään liiallisen teroituksen takia, sillä se tuottaa tikkuista massaa. Kivi tylsytetään hankaamalla sen pintaa keraamisella kappaleella.

·         Uritus – Uratilavuutta kasvatetaan tekemällä kiven pintaan syvennyksiä tai uria.

Yhteenveto

Samalla kun kirjoitin osakokonaisuutta, otin ylös myös mieltä askarruttavia asioita tai kysymyksiä. Luentokalvoissa oli suhteellisen vähän hiomakivistä, mutta onneksi paperimassan valmistus kirjasta löytyi tähän tietoa vähän enemmän, muistaakseni myös muualta ei löytynyt mitään erikoista tietoa. Luentokalvoissa ja muualla hoettiin puumatriisi sanaa, jota jäin hieman ihmettelemään. Puumatriisi ilmeisesti on vain ns. hienompi sana puun rakennemallille, eräästä lähteestä löytyi ” Huokoset yhdistävät solut toisiinsa ja tekevät puumatriisista huokoisen rakenteen”, joten ilmeisesti puumatriisi tarkoittaa rakennetta. Massan ominaisuuksista ei ollut paljoa tietoa, mutta diassa, jossa ominaisuuksia vertailtiin sai hyvän käsityksen mitä nämä ominaisuudet ovat ja miten ne eroavat prosessin mukaan. Paperin valmistus kirjassa oli vielä enemmän näitä taulukoita, joten niistä sai vielä paremman käsityksen. Puunkäsittely ja jauhatus jäi varsin lyhyeksi, mikä ei oikeastaan haitannut asiaa, aiheista pidettiin erilliset luentokerrat, joissa ne hieman selkiytyivät. Lajittelusta oli kuitenkin aiemmin tehty luentopäiväkirja ja rejekti vaiheesta sai hyvän käsityksen miksi se tehdään. Puunkäsittelystä olisi myös ollut hieman enemmän tietoa, mutten kirjoitettaessa nähnyt kyseistä kohtaa, joten en alkanut tarkemmin lisäilemäänkään. Samalla kun kirjoitin hiontaprosesseja huomasin, että samaa asiaa oli oikeastaan tullut aikaisemmin, ainakin jollain tasolla. Oli kuitenkin ihan hyvä kirjoittaa, mitä aikaisemmin käsitellyt asiat liittyivät prosessiin (esim lämpötilan vaikutus). Luentokalvojen mukaan sakeutuminen katkaisee vesikierrot ja parantaa kemikaalien vaikutusmahdollisuutta kuituihin, ihmettelin vain mihin tämä perustuu sillä en nähnyt muualla tällaista kohtaa. Aiemmassa luentopäiväkirjassa oli hieman puhetta ligniinin värjäämisestä, ja mielestäni nyt tuli ilmi missä sitä käytetään. Valkaisukohdassa kuitenkin puhuttiin ligniinin poistosta ja muuttamisesta värilliseen muotoon, joten onko värjääminen muuttamista. Valkaisusta oli myös oma luentokerta, joten en alkanut tarkemmin valkaisusta puhumaan, mielestäni riitti mitä aineita käytetään ja mihin vaaleuteen päästän. Hiomakoneita kirjoitettaessa huomasin, että ilmeisesti ketjuhiomakone soveltuu GW ja jopa TGW, uunihiomakone TGW, painehiomakone PGW ja PGW-S (muokkauksilla). Muistaakseni tätä ei tarkemmin mainittu muuten kuin painehiomakoneen kohdalla.  Käytin luentopäiväkirjassa aika paljon paperin valmistus kirjaa, sillä siinä oli hyvin tietoa, jos jotain jäi epäselväksi etsin muualta. Huomasin kuitenkin, että luentokalvoilla ja muualla ei ollutkaan niin paljon uutta tietoa kuin luulin. Pääperiaate luentopäiväkirjalle ei varmaan kuitenkaan ole tietää aivan kaikkea aiheesta vaan saada yleiskuva koko prosessista. Kirja oli myös hyvä lisä hiomakoneiden osalta, sillä luentokalvoissa näistä ei ollut niin paljon. Kirjassa olisi ollut myös painehiomakoneen periaatteet yksinkertaisesti selitettynä, mutta sama asia tuli jo uunihiomakoneen osalta aika hyvin. Aihe oli mukava, sillä se oli varsin yksinkertainen, ei tarvinnut pohtia erilaisia reaktioita tai kemikaalien vaikutusta massaan.

Hierteen valmistus

Yleistä

Hierto on mekaaninen massanvalmistusmenetelmä, jossa valmistetaan hierrettä. Hierreprosessissa raaka-aineena on kuusihake, myös mäntyä voidaan käyttää. Männystä saatava kuumahierre on kuitenkin huonompaa, energiankulutus on 20% suurempaa ja uuteainepitoisuudet ovat riesana. Kuitenkin pohjosmaisesta männystä saatava massa voi olla lujempaa kuin kuusesta saatua. Lehtipuista ei voida valmistaa pelkällä hierrolla riittävän lujaa massaa. Hake syötetään levyjauhimien kiekkojen väliin, jossa se jauhautuu massaksi. Hiertämisessä avuksi voidaan ottaa lämpö ja höyry (kuumahierre TMP) tai kemikaalit (kemihierre CTMP). CTMP:ssä on lievä kemikaalikäsittely ennen hiertoa ylipaineessa, CMP:ssä on hakkeen kemikaalikäsittely ennen hiertoa. Kuten hionnassa myös hierrossa irrotetaan puun kuidut toisistaan mekaanisen rasituksen avulla. Mekaaninen työ muuttuu kitkan ansiosta lämmöksi, joka pehmentää puukuituja toisiinsa sitovan ligniinin ja avaa kuitujen väliset sidokset. Ligniinin pehmenemistä nopeutetaan höyryllä. TMP jauhatus on paperi- ja massateollisuuden energiaintensiivisin prosessi. Diassa5 näkyy kuinka energiaa kuluu 2,0MWh/t90% eteenpäin, freenessin pienentyessä energiakulutus kasvaa.

Hiertoprosessi

TMP-prosessin vaiheet ovat:

·         Kuorinta ja haketus – Oletan kuorinnan tapahtuvan samalla tavalla kuin hionnassa. Haketuksen tavoitteena on tuottaa hyvälaatuista ja homogeenista haketta. Hakkeen tuotannon kapasiteetin tulee olla riittävä. Hakkeen tavoitteena on tasalaatuinen, ohut lastu, joka koostuu ja lämpenee esikäsittelyssä nopeasti. Hakkeen varastointi ajan tulisi olla mahdollisimman lyhyt, sillä se kuivuu nopeasti ja hakekasan lämpötila nousee korkeaksi, joka aiheuttaa puun tummumista ja lahoamista. Hake kuljetetaan varastosta hiertämön hakesiiloon pneumaattisesti ja sieltä hiertämöön hihna- tai ruuvikuljettimilla.

·         Esihöyrytys – Käytetään erityisesti talvisin lämmittämään hakepalasia, näin prosessiin ei pääse jäisiä palasia. Tehokkain tapa esihöyryttää on esihöyrytyssäiliössä, tämä nostaa hakkeen kosteutta ja lämpötilaa halutuksi.

·         Pesu – Pesussa hakkeesta erotetaan purujae sekä kivet, hiekka, metalliromut ja muut. Pesu on välttämätöntä, sillä poistettavat aineet voivat pilata jauhimen terät ja huonontaa massan laatua. Pesu myös nostaa hakepalojen kosteustasoa ja lämpötilaa halutuiksi. Pesussa hakepalat sekoitetaan rajusti veden kanssa, jotta epäpuhtaudet irtoavat. Pesussa käytetään 70-85C asteista kiertovettä ja ylimääräinen vesi poistetaan ennen esilämmitystä ja hiertoa.

·         Esilämmitys – Hakepalat syötetään paineelliseen (105-122C) tai paineettomaan (80-95C) esilämmittimen yläosaan. Viipymäaika paineellisessa on 1-3min ja paineettomassa hieman pidempi. Hake lämmitetään höyryllä, joka voi olla tuorehöyryä tai jauhimessa syntyvää höyryä. Esilämmityksessä haketta lämmitetään ja kostutetaan niin, että kuitujen välinen ligniini pehmenee. Esilämmitys myös tasoittaa hakkeen kosteuserot. Säätämällä lämpötilaa korkeammaksi saadaan paremmat lujuusominaisuudet ja matalampi tikkupitoisuus, matalammalla lämpötilalla saadaan paremmat optiset ominaisuudet. Esilämmityksessä pyritään kompromissiin niin, että kaikki ominaisuudet olisivat hyviä.

·         Hierto ja höyrynerotus – Hierrossa hake jauhetaan paperinvalmistukseen sopivaksi kuitumassaksi. Kuidutus ja jauhatus tapahtuvat yleensä 2 vaiheessa. Hierre syötetään kiekkojauhimien terien väliin. Aluksi hake murskautuu pienemmiksi tikkumaisiksi paloiksi ja edelleen kuitukimpuiksi ja siitä yksittäisiksi kuiduiksi. Ensimmäisen vaiheen terävälin loppuosalla ja rejektin jauhatuksessa hierrekuidut muokkautuvat lopulliseksi hierteeksi. Hierteen ominaisuudet riippuvat jauhimen ominaisuuksista ja olosuhteista. Kuidun irrottautumistapahtuman perusmekanismi on monien nopeiden rasituspulssien johtaminen puuaineeseen. Puristus- ja leikkausvoimien vaikutuksesta hake kuituuntuu ja kuidut muokkautuvat. Kuidutuksessa puristusvoimat aiheuttavat puuaineen lämpenemistä ja rakenteen löystymistä, leikkausvoimat hajottavat puuaineen kuitukimpuiksi ja yksittäisiksi kuiduiksi. Jauhatusvaiheessa kuidut muokkautuvat edelleen, kuitujen haiventuminen ja tapuisuus lisääntyvät sekä pinta-ala kasvaa, kuidut pystyvät paremmin sitoitumaan toisiinsa. Kitkatyö terävälissä kehittää suuren määrän höyryä, noin 1MWh/1t. Höyrynpoisto massasta tapahtuu höyrynerotussyklonissa. Osa höyrystä käytetään esilämmityksessä. Lämmön talteenotossa 2/3 energiasta saadaan talteen höyrynä.

·         Latenssin poisto – Tarkoittaa luentokalvojen mukaan suursakeutusjauhatuksessa massaan syntyvän kuitujen kihartuneisuuden poistamista. Latenssia syntyy, kun kierteiset ja mutkaiset kuidut tuodaan korkeasta lämpötilasta matalaan eli ne jäykistyvät. Latenssinpoistossa kuidut saavuttavat luonnollisen muotonsa ja niiden pituus voi jopa hieman kasvaa. Latenssin poisto tapahtuu sekoittamalla massaa sakeudessa 2-4% noin 70-80C. Poisto on usein kaksivaiheinen, ensimmäisessä vaiheessa hierre laimennetaan ja sitä sekoitetaan pulpperissa voimakkaasti. Toisessa vaiheessa jäljelle jäänyt latenssi poistetaan sekoittamalla hierretta latenssikyypissä noin 20-30 minuuttia. Latenssin poistolla on suuri merkitys hierteen laadun ja prosessin talouden kannalta. Latenssia sisältävän hierteen freeness luku on suurempi ja lujuusominaisuudet usein huomattavasti heikommat. Lajittelun tarkkuus ja tehokkuus paranevat latenssin poistoon jälkeen. Latenssin poisto vaikuttaa myös CFS-lukuun, repäisylujuuteen, vetolujuuteen ja kuitujen taipuisuuteen.

·         Lajittelu ja rejektin jauhatus – Eroaa hiokkeen lajittelusta siten, ettei karkealajittelua tarvita, koska se ei sisällä suuria tikkuja tai säleitä. Hierre lajitellaan painelajittimilla, joissa on sihtinä profiloitu rakolevy. Rakolevyn rakokoko valitaan massatyypin ja puhtausasteen mukaan. Hierteessä on enemmän karkeita, pitkiä ja kehittymättömiä kuituja, joten rejektisuhteet ovat suurempia ja rejektiä jauhetaan enemmän kuin hiokkeessa. Lähteen (8) mukaan, pyörrepuhdistuksesta on luovuttu rakolajittelutekniikan myötä. Pyörrepuhdistuksessa hyväksytyt kuidut käyttäytyvät keskipakovoimien synnyttämässä kiihtyvyskentässä eri tavalla kuin raskaammat osaset. Hierteen lajittelusta saatava karkea jae on rejektin jauhatuksen ja lajittelun jälkeen käyttökelpoista, pitkäkuituista ja lujaa massaa. Rejektin jauhatuksessa syntynyt hienojae on sitoutumiskyvyltään parempaa kuin pääjauhatuksessa syntyvä hienojae. Rejekti esisaostetaan 3-4%. Rejektijauhimet ovat yksikiekkojauhimia, ne ovat saman tyyppiset kuin pääjauhimet, pintakuvio on erilainen. Jauhatuksen jälkeen hierre lajitellaan uudelleen, hyväksytty massa varastoidaan erillisessä säiliössä annostelua varten tai johdetaan akseptin joukkoon.

·         Valkaisu – Hierre saostetaan 10-12%, jonka jälkeen se valkaistaan. Valkaistaan tarvittaessa peroksidilla tai ditioniitillä tai molemmilla haluttuun vaaleuteen.

·         Varastointi ja kuljetus paperitehtaalle – Integroidussa pumpataan putkea pitkin paperitehtaalle, integroimattomassa massa toimitetaan paaleina, jotka pitää pulpperoida. Hioke varastoidaan kyyppiin, joten oletan, että samoin tehdään hierteelle.

Hierron teoria

(Kuitujen irrottaminen) Hierrossa hake syötetään kahden yhdensuuntaisen teräkiekon väliin, aluksi hake pilkkoutuu tikkumaiseksi tai karkeaksi kuitukimpuksi. Hierron edetessä kiekkojen keskustasta kehään, massapartikkelien lukumäärä kasvaa eksponentiaalisesti. Hierrossa kuidut puristuvat lujasti toisiaan vasten. Kuitujen irrottaminen puuainesmatriisista perustuu monien nopeiden rasituspulssien hyväksikäyttöön, taajuus 5-20kHz. Puuainekseen pumpataan suurella jaksoluvulla pulsseja kunnes puuainekseen syntyy sisäisiä murtumatasoja, joita pitkin kuitu irtoaa. Hierron mekaaninen energia siityy puumateriaaliin: puristus- ja leikkausvoimien, puumateriaalin sisäisen kitkan ja kuitujen teräsärmien välisten kitkavoimien vaikutuksesta. Hierrossa melkein 100% jauhatusenergiasta kuluu kuitujen ja veden lämmittämiseen sekä veden höyrystämiseen. Suuritaajuiset muodonmuutorasitukset aiheuttava puuaineksen lämpenemistä (kitkan kautta lämmöksi). Lämpenemisen takia, kuumahierrossa hakkeessa oleva vesi kiehuu ja höyrystyy. Kuidutuslämpötilan (painopaerimassan valmistus) tulisi olla sama kuin sisäisen kitkan maksimiarvo. Kuidutuslämpötilan ollessa korkeampi, välilamelli pehmenee ja kuituuntuminen tapahtuu pitkin välilamellia. Tämä aiheuttaa vaikeampaa jauhatusta välilamelliaineksen peittäessä syntyneet kuidut.

Hierteen ominaisuuksia

Jauhatuksessa kuidut sekä erottuvat että kehittyvät. Hiertämisessä kuidut aukipurkautuvat, tätä edistää kuitukimppujen pyöriminen terien välissä. Kuitujen aukipurkautuessa niistä muodostuu taipuisia nauhamaisia kappaleita, jotka edelleen voivat hajota fibrilleiksi. Sekä aukipurkautuminen että fibrilloituminen ovat tärkeitä kuitusidosten muodostumisen kannalta. Diassa44 näkyy kuinka kuituominaisuudet muuttuvat hierrossa: 1 on normaali kuitu, 2 näkyy aukipurkautumisen alku, 3 on kuidun rullautuminen ja viimeisenä on fibrilloituminen (näyttää huiskulta). Jauhatuksen aikana SEC kasvaa (ominaisenergiankulutus). SEC kasvaesa myös karkean jakeen osuus pienenee (rejektin määrä pienenee).  Luentokalvoissa on listattu mitä kuiduille tapahtuu hierrossa:

·         Pitkien kuitujen ja tikkujen osuus pienenee - Normaalioloissa jauhatus on 40-50% sakeudessa, alaraja on 25%, jolloin tikkuisuus lisääntyy. SEC kasvaessa

·         Hienoaineen määrä kasvaa – SEC kasvaessa

·         Freeness laskee – SEC kasvaessa

·         Keskimääräinen kuitupituus laskee – Intensiteetin ollessa korkea

·         Kuidut kuoriutuvat (kuitujen seinämä ohenee)

·         Kuidut luhistuvat

·         Kuidut fibrilloituvat sisäisesti ja ulkoisesti

·         Kuidut kihartuvat - latenssi

Jauhatukseen vaikuttavat tekijät

Jauhatukseen vaikuttavat tekijät ovat:

·         Puuraaka-aine – Tuoreesta hakkeesta saadaan lujaa ja vaaleaa hierrettä. TMP valmistuksessa käytetään pohjoismaista kuusta, joka on ylivoimainen (muut myös) ja mäntyä käytetään myös. Lehtipuita voidaan kuitenkin käyttää vain sekoitettuna havupuihin, tällöin on oltava hallittu puulajisuhde, ettei tapahtuisi laatu vaihteluita. Puuraaka-aineen merkittävät ominaisuudet ovat samoja kuin sulfaattisellun valmistuksessa (laji, tiheys, kosteus jne.) Kevätpuukuitujen jauhaminen kuluttaa enemmän energiaa ja tikkupitoisuus on suurempi kuin kesäpuukuitujen samoissa oloissa.

·         Lämpötila ja kosteus – Puun pehmeneminen riippuu lämpötilasta ja kosteudesta, hemiselluloosa ja amorfinen hemiselluloosa pehmenevät alhaisissa lämpötiloissa. Hakkeessa pitäisi olla noin 50% tasainen kosteus ja vakiolämpötila (noin 100C).

·         Jauhatuksen määrä (SEC) = ominaisenergiankulutus – Kertoo kuinka paljon energiaa on käytetty tietyn masamäärän valmistamiseen MWh/t. Massan laatu riippuu jauhatuksen määrästä ja tavasta, määrän kasvaessa paperitekniset ominaisuudet kehittyvät.

·         Intensiteetti – Jauhatustapaa kuvataan intensiteetillä, johon vaikuttaa eniten teräraon suuruus. Korkea intensiteetti tarkoittaa rajua jauhatusta, jolloin massalla on suuri säteen suuntainen virtausnopeus, massaa on vähän terävälissä. Matala intensiteetti tarkoittaa hellää jauhatusta, jolloin massalla on pieni säteensuuntainen virtausnopeus, massaa on paljon terävälissä. Korkeassa intensiteetissä kuidut katkeilevat ja syntyy paljon hienoainetta, matalassa kuidut erottuvat toisistaan ehjinä ja fibrilloituvat.

Jauhatustapa riippuu jauhintyypistä, terämallista ja prosessiolosuhteista. Terämallilla vaikutetaan eniten jauhatustapaan. Jauhatuksen intensiteettiä lisätään (terämallilla): suuri uratilavuus, vähän ja kapeita hampaita, pumppaavat särmät roottorissa, vähemmän patoja ja lyhyt jauhatusvyöhyke.

Hierrejauhimet

Hierteen jauhatukseen käytetään levyjauhimia, joissa on 2 teräkiekkoa. Jauhin koostuu staattorista ja 1-2 roottorista, joihin teritys on kiinnitetty. Jauhimen moottori pyörittää kiekkoja ja syöttöruuvilla hakeraaka-aine syötetään terien väliin. Jauhatuskammio on teriä ympäröivä kuori. Jauhimessa on mekaaninen kuormituslaite tai hydraulisylinterit terävälin säätöä varten sekä laimennus- ja jäähdytysvesijärjestelmä. Jauhimien rakennemateriaalina käytetään ruostumattomia ja haponkestäviä teräksiä. Jauhimen syötillä haje syötetään jauhimeen. Tulpparuuvista hake johdetaan syöttöruuviin. Syöttöruuvilla on suuri pyörimisnopeus, jonka ansiosta hake jakautuu tasaisesti syöttöruuvin kehälle jättäen keskiosan vapaaksi, jotta höyry pääsee kulkeutumaan keskiosasta. Nykyään jauhimet ovat yleensä paineellisia (suljettuja). Vain teriä ympäröivä kuori on venttiilin kautta yhteydessä ulkoilmaan. Jauhimen sisällä on ylipaine. Suljetussa jauhimessa kuidutuslämpötila normaalipaineista eli avointa jauhinta korkeampi. Suljetussa jauhimessa massa puhalletaan ulos höyryllä venttiilinkautta. Painejauhatuksen etuina on höyryn tilavuusvirtauksen pieneneminen, jolloin on parempi ja tasaisempi kuormitus ja laatutavoitteet saavutetaan helpommin. Hierrejauhimissa on yleensä 3 erilaista terävyöhykettä, joiden ominaisuudet muuttuvat jauhinlevyn keskeltä säteen suuntaan. Hierteen valmistukseen käytettävät levyjauhimet ovat teräskiekkojen määrän mukaan joko yksikiekko- tai kaksikiekkojauhimia. Paperimassan valmistus kirjassa mainitaan vielä kartiojauhin.

·         Yksikiekkojauhin (SD) – Jauhimista rakenteellisesti yksinkertaisin. Jauhimessa toinen kiekko on kiinteä ja toinen pyörivä. Hake syötetään kiinteän teräkiekon keskiön läpi teräväliin. Valmetilla (TMP, SD52-65) kiekon halkaisija on 1,32-1,72m ja jauhimen teho on 2,0-12,0MW. Valmetin RGP 200 sarjassa kiekon halkaisija on 1,18m-1,78m ja jauhimen teho on 2,5-15MW. Valmetin RGP CD sarjassa jauhatuspinta-ala on 2,4-3,2m ja teho 15-30MW. Hake syötetään terien väliin kiinteän terän keskeltä. Terävälystä säätämällä asetetaan terärako oikeaksi jauhimen kuormituksen ja hierteen jauhatusasteen mukaan. Isoissa jauhimissa on vaikeaa kasvattaa halkaisijaa yli 1,8m, joten säteen suunnalle on kehitetty kartiomainen jatko. Kartion kulma on 15 astetta. Kartio-osalla varustetun jauhimen energian kulutus on hieman suurempi ja sen valmistama hierre on pitkäkuituisempaa.

·         Kartiojauhin (SC) – Kartiojauhimessa on pelkkä kartio-osa. Sen etuina ovat suuri teräpinta-ala, teräraon tarkka säätö ja helpompi säädettävyys.  Andritzin Twin 60-66 sarjassa teräkiekon halkaisija on 1,52-1,68m ja teho 24-30MW. Andritzin SB 150-170 sarjan jauhimissa teräkiekon halkaisija on 1,52-1,68m ja teho on 10-14MW. Uudessa mallissa pyörimisnopeus on 2300r/min ja teho 18MW. Jauhimessa teräkiekko pyörii kahden kiinteän teräkiekon välissä muodostaen kaksi jauhatusvyöhykettä. Molemmat staattorit liikkuvat vapaasti toisistaan riippumatta akselin sunnassa. Hake johdetaan 2 syöttöruuvin avulla roottorin kummaltakin puolelta terien väliin. Terävälystä säädetään liikuttamalla kiinteitä teriä hydraulisesti akselin suunnassa.

·         Kaksikiekkojauhin (DD) – Jauhimessa on kaksi vastakkaisiin suuntiin pyörivää teräkiekkoa, joilla kummallakin on oma käyttömoottorinsa. Kuituihin kohdistuu kaksinkertaisesti iskuja vastakkaisiin suuntiin pyörivistä kiekoista. Hake syötetään terärakoon kiekossa olevien solien kautta ja terärakoa säädetään siirtämällä aukotonta teräkiekkoa. Valmetilla teräkiekkojen halkaisijat ovat 1,65/1,8m ja pyörimisnopeus 1500r/min.  

Yhteenveto

Samalla kun kirjoitin osakokonaisuutta, otin ylös myös mieltä askarruttavia asioita tai kysymyksiä. Kuorinta ja haketus on ollut jo aiemmassa luentopäiväkirjassa, joten yritin pitää sen lyhyenä ja en oikein jaksanut kyseiseen kohtaa panostaakkaan, samoin on ollut esihöyrytys. Hierrejauhimista ei nyt ollut mitenkään huimasti tietoa, mutta esim. paperimassan valmistuskirjassa on hierrejauhimen toimintaperiaatteesta kuva, missä näkyy kuinka vesi ja hake tulevat sivusta, missä terät ovat, murskaus ja jauhatusvyöhyke sekä teräkiekon akseli. Toimintaperiaate taisikin jäädä selittämättä yksinkertaisesti, mutta ainakin se jäi omaan päähän. Kirjassa oli osioa ”hierteen kuljetus ja varastointi”, tämän alla ei kuitenkaan lukenut mitään kummastakaan, mainittiin vai valkaisu ja saostus. Knowpulpista otin massan kuljetuksen paperitehtaalle ja oletin, että se varastoidaan kuten hioke. Mitä kuiduille tapahtuu hierrossa osio jäi vähän kököksi, luentokalvoissa oli mitä tapahtuu muttei tarkempia selityksiä. Aikaisemmin kirjoitin jotain aiheeseen liittyvää, että täysin tyhjäksi tämä aihe ei jäänyt. Lähteistäkään ei oikein tahtonut tästä aiheesta tarkempia löytyä, keskityttiin enemmän prosessiin, laitteisiin jne. Teoria osuutta kirjoitettaessa jäi mielikuva, että aiheesta on jo kirjoitettu, vaikka kyse taisi olla enemmänkin siitä, että hiokkeen valmistuksessa oli jotain samaa. Hiokkeen valmistuksesta oli muutenkin mukavampi kirjoittaa, sillä aiheesta löytyi hieman paremmin. Kirjastosta löysin hiokkeen kirjoituksen jälkeen ”hiokkeen valmistus” kirjan, mutta hierteestä ei löytynyt samanlaista. Hiokkeen valmistus tuntui myös yksinkertaisemmalta, varmaankin sen takia, koska aiheesta oli enemmän kaikkea muutenkin. Aiheena molemmat eivät olleet mitenkään erityisen mielenkiintoisia, mutta positiivista olikin juuri se, ettei tarvinnut miettiä kaiken maailman reaktioita jne.

Lähteet

1.       https://www.doria.fi/bitstream/handle/10024/42823/nbnfi-fe200812042229.pdf?sequence=3.

2.       https://oa.doria.fi/bitstream/handle/10024/30186/TMP.objres.645.pdf?sequence=1

3.       https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/9423/Karjalainen.Simo.pdf?sequence=2

4.       https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/28774/Huikko_Teemu-Nuopponen_Markus.pdf?sequence=1

5.       https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/70852/Makiniemi_Jussi.pdf?sequence=1

6.       Kemiallinen metsäteollisuus - Paperimassan valmistus

7.       Kaija Isotalo - Puu- ja sellukemia

8.       https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/9432/Per%C3%83%3Fm%C3%83%3Fki.Aki.pdf?sequence=2

9.       https://aaltodoc.aalto.fi/bitstream/handle/123456789/12039/master_Huttunen_Olli_2013.pdf?sequence=1

10.   https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/77171/Vuorinen_Kaarlo.pdf?sequence=1