University of Oulu

Konenäköä soveltavan kuituanalysaattorin ja virtauskenttäfraktionaattorin mittausten yhteydet kuumahierteen paperiteknisiin ominaisuuksiin : kokeellinen tutkimus

Saved in:
Author: Tiikkaja, Esa
Organizations: University of Oulu, Faculty of Technology, Department of Process and Environmental Engineering
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.4 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514286391
Language: Finnish
Published: 2007
Publish Date: 2007-11-23
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Esitetään Oulun yliopiston teknillisen tiedekunnan suostumuksella julkisesti tarkastettavaksi Linnanmaan luentosalissa TA105, 4. joulukuuta 2007 kello 12
Reviewer: Doctor Esko Härkönen
Doctor Jari Sirviö
Description:

Abstract

In TMP quality control, on-line control applications are the goal. Reliable, versatile systems are needed for this task. Various model-based systems have been developed but their performance has not always been good enough. This study evaluated the applicability of fibre analysers utilising image analysis techniques for TMP quality control. In addition to the standard measurement results of these analysers, the values of primary measurements and the fibre images obtained with these analysers were studied.

Two sets of test samples were used. The first set contained 24 samples from trials at a Scandinavian TMP plant, and this set made up the the main part of the test material. The other series was a set of 13 samples obtained from another TMP plant during a short testing period that took place between normal operation runs. In this set the quality variations were understandably smaller.

Fibre size analyses were made with an optical analyser that applies image analysis techniques on single fibres. The effects of fibre length, fibre width, cell wall thickness, coarseness, fines content, fibre curl and external fibrillation on the quality potential of TMP were evaluated. Both the measured averages and the values of single fibres were used in the evaluation. A tube flow fractionator was used to evaluate fibre properties during the fractionation process. The results of the fractionation as well as the original measurement signals were used in the evaluation.

Both analysers were set to save images of fibres during the analyses. These images were later analysed by using standard image analysis procedures, in order to obtain additional information of the fibres. Correlation analysis and principal component analysis were used as tools to find out dependencies between fibre properties and pulp quality.

Fibre curl and fibre width were found to be the most promising fibre features for use in TMP quality evaluation with optical fibre analysers. These variables accounted for more than 70% of the variations in most of the evaluated TMP quality variables. In the tube flow fractionator results, the signals of the long fibre fraction were also able to explain over 70% of the variations in drainage, bonding strength, roughness, and porosity.

The values of the fibre size analyser, together with the measurements and features derived from the images of the tube flow fractionator, provided significant additional information for quality estimation.

The most important variables in TMP quality calculation were fibre curl, fibre width, and the tube flow fractionator signals for the long fibre fraction. Both the on-line analysers using image analysis for fibre measurements, and the tube flow to fractionate pulp samples before measurement, are able to provide reliable and relevant information for TMP quality control.


Tiivistelmä

Kuumahierteen laadunvalvonnan tavoitteena on luotettava ja monipuolinen on-line-mittauksiin perustuva laadunohjaus. Tehtävään on kehitetty mallipohjaisia järjestelmiä, mutta ne eivät ole olleet aina riittävän suorituskykyisiä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin konenäköön perustuvien kuituanalysaattoreiden soveltuvuutta kuumahierteen laadunohjauksen tarpeisiin. Sekä analysaattoreiden tuottamaa valmista mittaustietoa, että niiden kuitukohtaisia mittaustuloksia ja kuvamateriaalia tutkittiin.

Tutkimuksessa käsiteltiin kahta erillistä koesarjaa. Ensimmäinen sarja sisälsi 24 koepistettä erään TMP-laitoksen koeajosta. Nämä näytteet muodostivat pääosan testimateriaalista. Toinen sarja koostui erään toisen tehtaan tuotantomassoista otetuista 13 näytepisteestä. Tässä sarjassa laatumuutokset olivat huomattavasti vähäisempiä kuin edellisessä sarjassa.

Kuidunkokoanalyysit tehtiin konenäköä soveltavalla, yksittäisiä kuituja mittaavalla laitteella. Tutkimuksessa selvitettiin kuidunpituuden, kuidun leveyden, seinämävahvuuden, pituusmassan, hienoaineen, kuidun kiharuuden ja kuidun ulkoisen fibrillaation vaikutusta kuumahierteen laatuun. Näytekohtaisten keskiarvojen lisäksi myös kuitukohtaiset tiedot analysoitiin.

Virtauskenttäfraktionaattorilla tutkittiin kuitujen optisia ominaisuuksia lajittelutapahtuman aikana. Mittaustuloksista käsiteltiin sekä valmiit jaetulokset että mittaussignaalien jakautumat lajittelutapahtuman ajalta. Molempien laitteiden tallettamia kuitukuvia analysoitiin niiden mahdollisesti sisältämän mutta vielä hyödyntämättömän informaation selvittämiseksi. Analyysityökaluina käytettiin korrelaatioanalyysiä ja pääkomponenttianalyysiä.

Konenäköön perustuvan kuituanalysaattorin antamista tuloksista kuidun kiharuus ja kuidun leveys osoittautuivat luotettavimmiksi laatupotentiaalin indikaattoreiksi. Selitysasteet suurimmalle osalle mitattuja massan lujuus- ja arkkiominaisuuksia olivat yli 70 %. Virtauskenttäfraktionaattorin tuloksissa pitkäkuituosuutta vastaavat signaalijakeet antoivat samaten yli 70 %:n selitysasteet suotautuvuuden, sidoslujuuden, karheuden ja huokoisuuden arvioinnille.

Kuituanalysaattorin kuidunkokoarvojen ja virtauskenttäfraktionaattorin signaalijakeiden ja -jakautuma-arvojen sekä kuvapiirteiden avulla lasketut kahden muuttujan mallit toivat useimpien käsiteltyjen laatumuuttujien estimaattien selitysarvoihin merkittävää parannusta.

Tärkeimmät muuttujat kuumahierteen laatupotentiaalin arvioinnissa olivat kuidun kiharuus ja kuidun leveys sekä virtauskenttäfraktionaattorin signaalijakeet. Konenäköä soveltava kuituanalysaattori ja virtauskenttäfraktionaattori soveltuvat hyvin kuumahierteen laadun valvonta- ja ohjausmallin pohjaksi.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN-E: 1796-2226
ISBN: 978-951-42-8639-1
ISBN Print: 978-951-42-8638-4
Issue: 285
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.