Massan havaittiin hitaasti jauhautuvan ajojen edetessä. Mahdollinen tekijä tähän lienee ollut massan sekoittaminen mekaanisesti suodatinämpärissä vedenpoiston nopeuttamiseksi lajittimen pesun yhteydessä. Toisaalta kyseinen liike ja siten kontaktimäärä kuituihin ei yllä lähellekään massasäiliön sekoittajan ja roottorin pyörimisvauhtia. Sekoittajan ei oltu aiemmin havaittu rikkovan kuituja, joskin tähän työhön sekoittajan varteen kiinnitettiin toinen sekoituselementti massan tasalaatuisuuden takaamiseksi. Elementin reunojen pyöristäminen olisi saattanut vähentää jauhautumista. Työssä käytettiin myös uusia roottoripaloja, joten niiden vaikutustakaan ei voida täysin pois sulkea. Todettakoon kuitenkin, että aiemmin testatut palat eivät olleet freeness-lukuun vaikuttaneet. Sulppujen freenekset on esitetty kuvassa 34.
Kuva 34: Freeneksen muuttuminen eri massapanoksilla ajojen aikana. Uusien sulppujen suurimmat ja pienimmät freenekset on merkitty kuvaajaan.
Kuvasta 35 havaitaan syötön sakeudet massasulpuittain ajojärjestyksessä. Syötön sakeus vaikuttaa suoraan lajittimen kapasiteettiin, joten sen säätäminen mahdollisimman lähelle tavoitetasoa oli tärkeää. Suurimman ja pienimmän syötön sakeuden välinen ero 2,5 %:n tavoitesakeudessa oli 0,13 prosenttiyksikköä eli 5,2 %. Sakeammalla 3,5 %:n massalla ero oli 0,16 prosenttiyksikköä eli 4,6 %. Massan säätö onnistui varsin hyvin, joskin vertailtaessa kapasiteetiltaan samansuuruisia roottoreita on koeajossa vallinneeseen syötön sakeuteen syytä kiinnittää huomiota.
Kuva 35: Massapanosten syötön sakeudet ajokerroittan. Tavoitesakeuksien suurimmat ja pienimmät arvot on merkitty kaavioon. Vesiajon sakeus on luonnollisesti 0 %.
Kuvassa 36 on esitetty koeajomassan pH. Koeajomassan happamuus sijoittui välille, jolla voisi olla merkitystä lajittimen kapasiteettiin. Merkitystä on tutkittu kuitenkin vain vähän, kuten kappaleessa 5.3.4 todettiin. Tutkimusten perusteella kapasiteetti on suurempi emäksisissä olosuhteissa /4/. Massan havaittiin olevan happaminta alussa ja emäksisyys yleensä kasvoi ajojen edetessä ennen seuraavan massan valmistusta. Täten uuden massan alussa ajetut roottorit ovat saaneet kapasiteettietua etenkin juuri ennen massan vaihtoa ajettuihin roottoreihin verrattuna.
Kuva 36: Ajokerroittain järjestellyt massojen pH-arvot. Suurimmat ja pienimmät arvot on merkitty kuvaajaan kunkin uuden massan osalta. Happamuutta seurattiin kuvan vasemmassa alakulmassa näkyvällä Metrohmin 744 pH-mittarilla /45/.
Aloitus- ja lopetuslämpötilat on esitetty kuvassa 37. Erään tutkimuksen mukaan yli 50
°C lämpötiloilla kapasiteetin kasvu on havaittu suhteellisen pieneksi, mutta vaikutus on merkittävä tätä alemmilla lämpötiloilla (ks. kappale 5.3.3) /4/. Vastakkaista näkemystä edustavan tutkimuksen perusteella taas lämpötilan vaikutus kapasiteettiin on todettu lähes merkityksettömäksi tai ainakin hyvin pieneksi. Kyseisessä tutkimuksessa lämpötilan vaihteluväli oli 20 – 70 °C /32/. Tässä työssä koeajojen lämpötilat sijoittuivat välille 22,5 – 50 °C. Lämpötilan mahdollinen vaikutus pyrittiin minimoimaan ajamalla lajitinta maksimissaan yhden roottorin päivävauhtia, sekä noudattamalla täsmällistä ajorutiinia. Korkeampaan aloituslämpötilaan on vaikuttanut jäähdytysajan ohella sakeuden säätämiseen tarvittu lajittimen pyöritysaika ennen varsinaisten kokeiden aloitusta. Aloituslämpötilat olisi ollut hyvä saada vielä yhtenevämmiksi, joskin kapasiteettivaikutuksen merkittävyydestä ei vallitse yhteisymmärrystä.
Koesuunnitelmassa olisi voinut määrittää esim. 30 °C tavoitelämpötila kokeiden aloitukselle. Loppulämpötilaan on vaikuttanut roottorin toimivuus eli se, miten pitkään palalla pystyttiin ajoja jatkamaan kapasiteettia asteittain nostaen ennen sihdin tukkeutumista.
Kuva 37: Aloitus- ja lopetuslämpötilat ajojärjestyksessä. Työlle luonteenomaisesti aloituslämpötila on aina alin arvo ja lopetuslämpötila ylin arvo. Harmaat palkit edustavat toisto- ja erikoisajoja. Näistä kaksi ensimmäistä ajettiin ilman roottoripaloja: ajo 40 vesilastissa ja ajo 41 sakeudeltaan 3,5 %:n massasulpulla. Ajo 46 on toistoajo 31:stä. Toistokoepisteet ajettiin kahtena viimeisenä ajopäivänä. Ylin ja alin lämpötila on merkitty kaavioon.
Syötön ja akseptin sakeuksien osalta rinnakkaismäärityksissä havaittiin vain vähän poikkeamaa (kuva 38). Samaan päätelmään päädyttiin myös rejektin sakeuksien osalta muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta. Näistä kolmen suurimman eroavaisuuden osalta rejektivirtaus oli pienimmillään kaikista ajoista eli vain 0,2 l/s. Kyseisillä ajoilla 236, 286 ja 296 hidas virtaus lienee aiheuttanut sakeuden epätasaisuutta rejektiputkessa.
Lisäksi kyseessä oli maksimimittauspiste, joka roottorilla saatiin ajettua. Yleisesti ottaen vaihtelu on muutoinkin suurinta rejektilinjassa, sillä esimerkiksi syötön sakeuden heilahtelu voimistuu lajittimessa rejektiin mentäessä.
Kuva 38: Kaikki 460 kpl massapanoksista tehtyä sakeusmääritystä ajojärjestyksessä. Syötön sakeusmäärityksiä tehtiin 188 kpl. Suurimpien sakeusvaihteluiden mittauspisteet on numeroitu kuvaajaan.
Taulukkoon VII on koottu sakeusmääritysten tilastomatemaattinen tarkastelu, jossa on käytetty standardin mukaisesti rinnakkaismääritysten keskiarvoja. Tunnusluvut on laskettu Excel-taulukkolaskentaohjelmalla. Tarkastelu on jaettu sakeusmuuttujakohtaisesti. Yksittäistä ajoa 4 %:n sakeudessa, sekä toisto- ja erikoisajoja ei huomioitu tässä. Varsinaisten ajojen syötönsakeuksien keskiarvot asettuivat kahden desimaalin tarkkuudella tavoitteeseen. Laimeammalla tavoitesakeudella hajonta oli vähäisempää kuin prosentin tiheämmällä sakeudella.
Molemmissa sakeuksissa syötön keskihajonta oli vähäisintä ja rejektin suurinta.
Taulukko VII. Sakeuksia kuvaavia tilastomatemaattisia tunnuslukuja. Keskihajonta ilmaisee, kuinka paljon arvot poikkeavat (tässä aritmeettisesta) keskiarvosta. Variaatiokerroin ilmaisee hajonnan keskiarvon suhteen, eli mahdollistaa eri suuruusluokkaa olevien muuttujien hajontojen vertailun.
Luottamusväli on arvojoukon keskiarvon ylä- ja alapuolelle ulottuva vaihteluväli.
Sakeus, [%]
2,5 3,5
syöttö aksepti rejekti syöttö aksepti rejekti
Ajoja, lkm 29 29 30 34 42 42
Taulukossa VIII on esitetty tilastomatemaattinen tarkastelu paineiden osalta.
Tarkasteluun ei otettu mukaan ajoa 165 II, jossa liian alhainen pumppausteho esti syötön paineen nostamisen riittävän lähelle 2 barin tavoitetta. Muutoin syötön paineen asettaminen onnistui melko hyvin, vaikka kohdistus tehtiin silmämääräisesti reaaliaikaisesta ja siten taajuudeltaan vaihtelevasta painekuvaajasta. Kaikkien ajojen syötön paineiden keskiarvoksi saatiin 2,01 ± 0,1 bar.
Taulukko VIII. Tilastomatemaattinen tarkastelu paineiden osalta.
Paine, [bar] Paine-ero, [bar]
syöttö aksepti radiaalinen syöttö-aksepti Lajitin ei lajittele sulppua, mikäli rejektin sakeutumiskerroin kcr on alle yhden. Rejektin jatkokäsittely vastaavasti hankaloituu merkittävästi yli kahden kertoimella. Käytännössä
vaihteluväliä 1,2 – 1,6 on pidetty hyvänä alueena rejektin sakeutumiskertoimelle.
Lajittelu on kuitenkin teknisesti sitä onnistuneempi, mitä pienempi arvo on /9/. Rejektin sakeutuminen ja akseptin laimeneminen liittyvät ilmiöinä suoraan toisiinsa. Akseptin laimeneminen on kuitenkin vähäisempää suuremman virtausmäärän johdosta /47/.
Työssä käytettiin taulukossa III esitettyjä syöttösakeuksittain vakioituja rejektin sakeutumiskertoimia.
Taulukossa IX on esitetty tilastomatemaattinen analyysi kaikista rejektin sakeutumis- ja akseptin laimennuskertoimista, pois lukien yksittäinen ajo 4,0 %:n syöttösakeudessa.
Yhdessä syöttösakeudeltaan 3,5 %:n ajossa rejektin sakeutumiskertoimeksi saatiin tasan 1,00 käytettäessä roottoria 12. Muutoin kcr:n arvot olivat yli yhden ja suurimmillaan 1,33 välissä. Alemmalla sakeudella päästiin oletettuun rejektin sakeuskertoimeen 1,2.
Ylemmällä sakeudella vastaavasti rejektin sakeuskertoimien keskiarvo meni jopa alle alemman sakeuden kcr:ien keskiarvon, vaikka virtauksien asettelussa oletuksena oli korkeampi kcr 1,3.
Taulukko IX. Tilastomatemaattinen tarkastelu rejektin sakeutumis- ja akseptin laimennuskertoimista.
Taulukossa X tarkastellaan tilavuusrejekti- ja massarejektisuhdetta tilastollisin tunnusluvuin esitettynä. Koesuunnitelman virtausasettelussa tilavuusrejektisuhteeksi vakioitiin 13 %, jotta massarejektisuhteeksi muodostuisi noin 15 %. Massarejektisuhteet selvitettiin jälkikäteen sakeustulosten perusteella. Ennakkoasetelma toteutui hyvin 2,5
% sulpulla, joskin hajonta muodostui melko suureksi. Tilavuusrejektisuhteeksi saatiin keskimäärin 12,95 ± 1,28 % ja massarejektisuhteeksi 15,16 ± 1,53 %. Alkuperäisenä
ajatuksena oli vakioida myös 3,5 %:n sulpun tilavuusrejektisuhteeksi 13 %. Tällöin ensimmäisessä mittauspisteessä rejektivirtaukseksi olisi pyritty asettamaan 0,23 l/s eli käytännössä 0,2 l/s virtausmittarin tarkkuudesta johtuen. Näin hidas virtaus osoittautui kuitenkin erittäin haasteelliseksi vakauttaa ja ylläpitää korkeammalla sakeudella.
Tilavuusrejektisuhdetta päätettiin täten nostaa 15 %:iin, jolloin ensimmäisen mittauspisteen rejektivirtaustavoitteeksi saatiin 0,28 l/s eli käytännössä 0,3 l/s.
Sakeammalla sulpulla tilavuusrejektisuhteeksi muodostui keskimäärin 15,81 ± 1,27 % ja massarejektisuhteeksi 17,81 ± 1,89 %. Neljän prosentin sakeudella ajettiin yksi roottori ja siinäkin vain maksimimittauspiste. Tilavuusrejektisuhteeksi muodostui 14,31
% ja massarejektisuhteeksi 17,78 %.
Taulukko X. Tilastomatemaattinen tarkastelu tilavuusrejekti- ja massarejektisuhteen osalta.
Mikäli sihdin hydraulisen kuormitettavuuden maksimi ylitetään, sihti tukkeutuu osittain ja kuitujen virtaus sihdin läpi vähenee. Haluttu akseptivirtaus voidaan kuitenkin saavuttaa, sillä neste pääsee virtaamaan kuituverkon lävitse akseptiin. Akseptin sakeudet kuitenkin pienenevät alentaen samalla tuotantoa /46/. Sakeuden nostaminen ja maksimikoeajopisteiden etsiminen yhdistettynä sihdin pieneen pinta-alaan lienee johtanut sihdin osittaiseen tukkeutumiseen joissakin mittauksissa. Tästä on seurannut aiottua laimeampi sakeusmääritys ja sitä kautta alhaisempi neliötuotanto.
Kuvissa 39 ja 40 on esitetty kaikkien roottoreiden maksimikapasiteetit järjestyksessä 2,5
%:n ja 3,5 %:n sakeudessa. Lisäksi kuvissa näkyvät 250 ADMT/d/m2 tuotantotasot
roottoreilla, joilla niihin päästiin. Muutamalla roottorilla maksimikapasiteetin virtausasettelu osui sattumoisin kyseiseen mittauspisteeseen. Tilavuusvirtauksen, tehon ja sakeuksien mittaustulokset on koottu liitteeseen 2. Taulukkoon koottiin myös mittausten perusteella laskettu energian ominaiskulutus ja rejektin sakeutumiskerroin laskentakaavoineen.
Kuva 39: Akseptin sakeus neliötuotannon funktiona syötön sakeudella 2,5 %.
Kuva 40: Akseptin sakeus neliötuotannon funktiona syötön sakeudella 3,5 %.