University of Oulu

Utilisation of tube flow fractionation in fibre and particle analysis

Saved in:
Author: Laitinen, Ossi
Organizations: University of Oulu, Faculty of Technology, Department of Process and Environmental Engineering
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.2 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514294495
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2011
Publish Date: 2011-06-07
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Faculty of Technology of the University of Oulu for public defence in Auditorium TA105, Linnanmaa, on 17 June 2011, at 12 noon
Tutor: Professor Jouko Niinimäki
Doctor Tuomas Stoor
Reviewer: Professor Samuel Schabel
Doctor Jaana Sjöström
Description:

Abstract

The tube flow fractionation method used in this thesis is one of the field flow separation processes, which can be used to fractionate particles over the entire size range of pulp particles (1–5000 µm) with high selectivity. The classification of particles in different size categories enables the fractional analysis of samples. According to this thesis, particle length is the most significant individual shape factor in particle classification for different size categories using tube flow fractionation.

The fractional approach investigated in this thesis offers an interesting tool for investigating different pulp types more thoroughly than many other conventional laboratory methods such as the Bauer-McNett classification of pulp or the hyperwashing of DIP samples. The tube flow fractionator can be used to replace the Bauer-McNett device to determine the mass percentages of pulp sample fractions. Furthermore, pulp fractionation can be done quickly with the tube flow fractionation method and the results achieved are also comparable to the Bauer-McNett classification.

The utilisation of recycled raw material in paper production is likely to continue to increase in the near future. This fact leads to even more heterogeneous raw material becoming one of the major challenges in deinked pulp production. Changes in the quality of raw material such as age or paper type have a notable effect on the deinkability of pulp. This creates a need to develop new methods for measuring DIP properties; in particular, information about the ink-releasing rate and ink particle size would be useful in controlling the deinking process. If DIP is fractionated with tube flow fractionation, it is possible to study the ink size distribution and ink content inside each fraction, thus obtaining fractional information on the ink release rate and ink particle size.

A comparison of different DIP raw materials and process solutions can be performed with the fractional analysis presented in this thesis. It was noticed that aging had a negative effect on the slushing rate of LWC and SC raw material, but not on ONP. The ink detachment of LWC and SC was poorer when furnishes aged. However, the aging of LWC and SC did not result in a significant fragmentation of ink particles. In contrast, strong ink fragmentation is typical of aged ONP furnishes. The fractional approach gives new insight into deinking mechanisms, and could be essential for finding optimal deinking process conditions, for example in a pulping process or flotation environment. The method would also enable enhanced control of different DIP process stages and would contribute to creating a more efficient process with better waste management and improved final product quality.


Tiivistelmä

Tässä työssä käytetyllä putkivirtausfraktioinnilla, joka on eräs kenttävirtausfraktioinnin sovellus, voidaan luokitella hyvin selektiivisesti erikokoisia (1–5000 µm) partikkeleita. Partikkeleiden luokittelu partikkelikooltaan erikokoisiin jakeisiin mahdollistaa näytteiden fraktionaalisen analyysin. Tässä työssä todettiin, että partikkelin pituus on tärkein yksittäinen muototekijä, joka vaikuttaa partikkelien fraktioitumiseen eri kokoluokkiin putkivirtausfraktioinnissa.

Työssä tutkittu fraktionaalinen menetelmä mahdollistaa paljon syvällisemmän paperisulppujen analyysin kuin monet perinteiset laboratorioanalyysit, kuten Bauer McNett -luokittelu tai siistausmassojen hyperpesu. Putkivirtausfraktionaattorilla voidaan korvata Bauer McNett -luokittelu massasulppujen eri fraktioiden massaosuuksien määrityksessä. Lisäksi massojen fraktiointi putkivirtausfraktionaattorilla on nopea ja luotettava menetelmä, ja saadut tulokset ovat vertailukelpoisia Bauer McNett -luokittelulla saatujen tulosten kanssa.

Kierrätyspaperiraaka-aineen kasvava hyödyntäminen paperin tuotannossa jatkunee lähivuosina. Tämä tarkoittaa, että siistausprosessissa hyödynnettävän raaka-aineen laatuvaihtelut aiheuttavat entistä suurempia haasteita. Muutokset raaka-aineen laadussa, kuten paperin ikä tai käytetty paperityyppi vaikuttavat huomattavasti massan siistattavuuteen. Näistä tekijöistä johtuen on tarvetta kehittää uusia mittausmenetelmiä määrittää siistausmassojen ominaisuuksia. Erityisesti musteen irtoaminen ja mustepartikkeleiden kokojen määritys voisi auttaa musteenpoistoprosessin ohjauksessa. Jos siistausmassa fraktioidaan putkivirtausfraktionaattorilla, on mahdollista tutkia mustekokojakaumia ja mustepitoisuuksia eri fraktioissa ja näin saadaan tietoa mustepartikkeleiden irtoamisesta ja mustepartikkelien koosta.

Fraktionaalisella analyysilla on tässä työssä tutkittu eri siistausmassojen raaka-aineita ja prosessiratkaisuja. Työssä huomattiin, että LWC- ja SC-paperin ikääntymisellä on negatiivinen vaikutus paperin sulputtumisnopeuteen pulpperissa, mutta sanomalehtipaperilla vastaavaa ilmiötä ei huomattu. Musteen irtoaminen oli huonompaa LWC- ja SC-paperin ikääntyessä. Kuitenkaan ikääntyminen ei vaikuttanut LWC- ja SC-paperin mustepartikkeleiden pilkkoutumiseen merkittävästi. Sen sijaan sanomalehtipaperilla havaittiin voimakasta mustepartikkeleiden pilkkoutumista raaka-aineen ikääntyessä.

Fraktionaalinen tutkiminen antaa uuden näkökulman musteenpoistomekanismeihin ja voisi olla hyödyllinen, kun etsitään optimaalisia musteenpoisto-olosuhteita esimerkiksi pulpperointiin tai flotaatioon. Menetelmä voisi mahdollistaa myös eri siistausprosessin osaprosessien säätämisen. Lisäsi menetelmän avulla voitaisiin saada tehostettua prosesseja ja parannettua laatua sekä saada prosesseista ympäristöystävällisempiä.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-951-42-9449-5
ISBN Print: 978-951-42-9448-8
Issue: 382
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.