TEKNILLINEN KORKEAKOULU Puunjalostustekniikan osasto
Tapio Passinen
SUOVAN PESEYTYMINEN JA EROTTUMINEN KEITON JÄLKEISELLÄ KUITULINJALLA
Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi- insinöörin tutkintoa varten Espoossa 26.2.1998.
TEKOLUMEN KOr"^r:A,,,o,Jl и
Puu, -.ûstusteknii.»«n osasto
Kirjasto
Työn valvoja professori Johan Gullichsen Työnohjaaja DI Janne Vehmaa
TEKNILLINEN KORKEAKOULU DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ
Tekijä, työn nimi
Mikko Tapio Passinen
Suovan peseytyminen ja erottuminen keiton jälkeisellä kuitulinjalla
Päivämäärä:26.2.1998 Sivumäärä: 117
Osasto, professuuri
Puunjalostustekniikan osasto Puu-23 Selluloosatekniikka
Työn valvoja Työn ohjaaja
Professori Johan Gullichsen DI Janne Vehmaa
Työssä tutkittiin pohjoismaisten havupuiden suovan peseytymistä ja erottumista keiton jälkeisellä kuitulinjalla.
Työn kiijallisuusosassa perehdyttiin suovan kemialliseen koostumukseen, suopamisellin syntyyn vaikuttaviin tekijöihin, suovan eroamiseen mustalipeästä ja erilaisiin teknisiin ratkaisuihin suovan talteenottamiseksi. Lisäksi tarkasteltiin tärpätin kemiallista koostumusta ja sen talteenottoa erilaisista keittimistä. Työn kokeellinen osa suoritettiin Sunila Oy:n ja Kemijärven Sellu Oy:n sellutehtailla.
Tehtaiden pesemöiden ympäristöstä kerättiin näytteitä keiton jälkeisen suopataseen muodostamiseksi. Taseen avulla saatiin selville pesureiden kyky pestä suopaa sekä mahdollisia suovan akkumuloitumispisteitä. Lisäksi taseen avulla oli mahdollista vertailla perinteistä konventionaalista eräkeittomenetelmää ja syijäytyseräkeittomenetelmää suovan esiintymisen suhteen. Muodostettujen suopataseiden tarkkuutta tarkasteltiin Pulpsim-tietokoneohjelman avulla.
Tehtaissa tutkittiin suovan erottumista tarkoitusta varten rakennetulla erotusastialla. Tällä selvitettiin optimaaliset suovan erotuskohdat ja olosuhteet sekä eroavat suopamäärät. Tehdaskokeiden aikana suoritettiin myös kaasupitoisuusmittauksia Papecin kompressiomenetelmään perustuvalla kaasupitoisuusmittarilla. Laboratorio-olosuhteissa tutkittiin tärpätin vaikutusta suovan eroamiseen käyttäen apuna Sunilan tehtaan lipeää ja raakatärpättiä.
Kerättyjen näytteiden avulla saatiin muodostettua suopataseet molemmille tehtaille. Taseet osoittivat, että paikallisesta raaka-aineesta johtuen Kemijärven tehtaalla esiintyi suopaa kaksi kertaa enemmän kuin Sunilan tehtaalla. Kemijärvellä loppusyijäytyslipeä ja purkusäiliön laimennuslipeä sisälsivät runsaasti suopaa aiheuttaen suovan akkumuloitumista. Tätä on mahdollista pienentää paremmalla suovan erotuksella DD-pesuri 1 :n ja DD-pesuri 2:n suodoksista. Sunilan taseen avulla havaittiin, että DD-pesurilla suopaa akkumuloituu ensimmäisen ja toisen sekä kolmannen ja neljännen pesuvaiheen väliin. Muodostettujen suopataseiden simulointi Pulpsim-ohjelmalla onnistui hyvin.
Näytteiden avulla havaittiin, että suopaa erottuu runsaimmin mustalipeän natriumpitoisuuden ollessa välillä 12-20 g/l ja suodoksen kuiva-ainepitoisuuden ollessa välillä 6-12 %. Tärpättinäytteiden avulla osoitetiin, että syijäytyseräkeittoa käytettäessä tärpättiä jää massaan ja lipeään korkeina pitoisuuksina. Sen sijaan konventionaalisesta eräkeittimestä tärpätti poistuu lähes 100 %:sesti keiton aikana suoritettavien kaasausten avulla. Mustalipeän korkean tärpättipitoisuuden havaittiin parantavan suovan erottumista alhaiseen tärpättipitoisuuteen verrattuna. Kaasupitoisuusmittausten avulla selvitettiin, että modifioidulla syrjäytyseräkeittomenetelmällä keitetty massa sisältää enemmän kaasua kuin konventinaalisella eräkeittomenetelmällä keitetty.
HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ABSTRACT OF MASTER’S THESIS
Author and title of thesis
Mikko Tapio Passinen
Kraft soap washing and separation in post-cook fiber line
Date:26.2.1998 Number of pages: 117
Department, Professorship
Department of Forest Products Technology Puu-23 Pulping Technology
Supervisor Instructor
Professor Johan Gullichsen Janne Vehmaa, M. Sc
The aim of this thesis was to study kraft soap washing and separation in post-cook fiberline that uses Nordic softwood as rawmaterial.
The literature section reviews the chemical composition of soap, factors affecting the soap micelle formation, soap separation from black liquor and different technical methods to recover soap. The chemical composition of turpentine and methods to recover turpentine are also investigated in the literature section.
Chip, black liquor and pulp samples were taken from Similä and Kemijärvi pulpmills and analyzed to form post-cook soap balance for both mills' washing lines. With the aid of soap balances it was possible to determine DD-washers efficiency to wash soap and soap accumulation in the washing lines. Comparison between conventional and modified batch cooking was made with the aid of soap balances. Pulpsim computer simulation program was also used to examine soap balances. Soap separation was studied in both pulpmills with a manmade soap separation vessel. The purpose was to determine optimal soap removal conditions and places in fiberlines to maximize the quantity of soap to be recovered. The effect of turpentine on soap separation was also studied in laboratory scale using black liquor and turpentine from Sunila pulp mill. Papec's Manual Air Tester was used in both pulpmills to measure volumetric gas contents in liquid process streams.
Due to local softwood there is about two times more soap in Kemijärvi fiberline compared to Sunila.
In Kemijärvi's fiberline the displacement liquor and blowtank's dilution liquor contained high amount of soap causing soap accumalation. It is possible to reduce this accumulation by better soap separation from DD-washer 1 and DD-washer 2 washing filtrates. In Sunila soap accumulates between DD-washer's first and second washing sections and also between third and fourth washing sections. The simulation results were comparable to collected samples.
Black liquor samples showed that soap separation was dependent on natrium content and dry solids content. Soap separation was most efficient when black liquor's natrium content is between 12-20 g/1 and dry solids content 6-12 %. Turpentine samples proved that there is high amounts of turpentine in pulp when displacement cooking method is used. On the contrary the conventional
I
batch cooking removes turpentine nearly 100 % effectiveness. High turpentine content in black liquor increases soap separation which can cause problems in fiberline. Gas content measurements showed that pulp contains more gases when it is cooked by a displacement digester than by a conventional digester.SISÄLLYSLUETTELO
1 JOHDANTO 1
1.1 Työn tausta 1
1.2 Työn tavoitteet 1
KIRJALLISUUSOSA
2 YLEISTÄ SUOVASTA 2
2.1 Puun uuteaineet 3
2.2 Puun uuteainemääriin vaikuttavia tekijöitä 6 2.3 Puun uuteainepiioisuuden kasvattaminen kemiallisesti 8
3 PINTAKEMIALLISET TEKIJÄT SUOVAN SYNNYSSÄ 9
3.1 Suopamisellin muodostuminen 10
3.2 Suovan liukoisuus ja lyotrooppisen nestekidefaasin
muodostuminen 13
3.3 Solubilisaatio misellaarisissa liuoksissa 19 3.4 Suopapartikkeleiden kolloidinen stabiliteetti 21 3.5 Pesun aikana suovan käyttäytymiseen vaikuttavat
pintakemialliset tekijät kootusti 22
4 SUOVAN EROAMINEN MUSTALIPEÄSTÄ 23
4.1 Stokesin lain soveltaminen suopa-mustalipeäsysteemiin 23
4.2 Suovan sisältämä mustalipeä 26
4.3 Suovassa olevan mustalipeän aiheuttamat ongelmat 27 5 SUOVAN EROTTUMINEN MASSANVALMISTUSPROSESSISSA 28 5.1 Suovan erottuminen erilaisilla pesureilla 28 5.2 Suovan erottuminen jatkuvatoimisen keittimen Hi-heat-pesussa ja
konventionaalisen eräkeiton lopussa 30
5.3 Suovan erottuminen lipeäsäiliöissä 34
5.4 Suovan erotuslaitteet 36
5.5. Keinoja parantaa suovan erottumista 39 5.6 Suopahäviöiden syntyminen massanvalmistusprosessissa 40
6 TÄRPÄTIN SYNTYMINEN 41
6.1 Tärpätin erotus yleisesti 43
6.2 Tärpätin erotus eräkeitossa 44
6.3 Tärpätin erotus jatkuvatoimisessa keitossa 46
7 KIRJALLISUUSOSAN YHTEENVETO 47
KOKEELLINEN OSA
8 TEHDASKOKEET JA LABORATORIOKOKEET 49
8.1 Tehdaskokeiden ja laboratoriokokeiden tavoitteet 49 9 KOKEISIIN OSALLISTUNEIDEN TEHTAIDEN KUVAUKSET 51
9.1 Tehtaissa käytetyn pesumenetelmän esittely 51 9.2 Sunila Oy:n sellutehtaan kuitulinjan kuvaus 53
9.2.1 Ajo-olosuhteet Sunilassa 54
9.3 Kemijärven Sellu Oy:n sellutehtaan kuitulinjan kuvaus 55
9.3.1 Ajo-olosuhteet Kemijärvellä 55
10 KOEJÄRJESTELYT 56
10.1 Tasekierrokset 56
10.1.1 Näytteenotto tasekierroksia varten 56 10.1.2 Näytteenottopaikat Sunilan sellutehtaalla suopatasetta
varten 59
10.1.3 Näytteenottopaikat Kemijärven sellutehtaalla
suopatasetta varten 60
10.2 Tärpättinäytteet 62
10.3 Kalsiumnäytteet 63
10.4 Pulpsim-ohjelma 64
10.5 Suovanerotuskokeet 66
10.6 Tärpättilisäykselliset suovanerotuskokeet 69
10.7 Kaasupitoisuusmittaukset 71
10.8 Analysointi 73
11 TULOKSET 73
11.1 Hakeanalyysien tulokset 73
11.2 Sunila Oy:n suopataseen ja sen simuloinnin tulokset 75 11.3 Kemijärven Sellu Oy:n suopataseen ja sen simuloinnin tulokset 81
11.4 Tärpättipitoisuudet kuitulinjoilla 89
11.5 Kalsiumpitoisuudet kuitulinjoilla 90
11.6 Suovanerotuskokeiden tulokset 91
11.7 Tulokset tärpättilisäyksellisistä suovanerotuskokeista 97
11.8 Kaasupitoisuusmittausten tulokset 99
12 TULOSTEN TARKASTELU 99
12.1 Hakeanalyysit 99
12.2 Sunilan suopatase 101
12.3 Kemijärven suopatase 102
12.4 Kalsiumpitoisuudet kuitulinjoilla 104
12.5 Suovanerotuskokeet 104
12.6 Tärpättilisäykselliset suovanerotuskokeet 105
12.7 Kasupitoisuusmittaukset 106
13 JATKOTUTKIMUSMAHDOLLISUUDET 107 13.1 Suopataseisiin liittyvät jatkotutkimusmahdoHisuudet 107 13.2 Suovanerotuskokeisiin liittyvät jatkotutkimusmahdoHisuudet 109
14 YHTEENVETO 110
LÄHDELUETTELO 113
LIITELUETTELO LIITTEET
1 JOHDANTO
1.1 Työn tausta
Suovan esiintyminen sulfaattimassaprosessin yhteydessä on jo pitkään vaikuttanut eri
laisiin prosessiteknisiin ratkaisuihin sellutehtaissa. Suovan aiheuttamat ongelmat mas- sanvalmistusprosessissa ovat johtaneet erilaisiin prosessiratkaisuihin, joilla suopaa on pystytty poistamaan mustalipeän joukosta mahdollisimman tehokkaasti. Usein nämä prosessiratkaisut ovat vaatineet melko suuria rahallisia investointeja. Suovan esiinty
mistä ja käyttäymistä koskevia tutkimuksia ei kuitenkaan ole julkaistu viime aikoina.
Tämän johdosta suovanpoistoa koskevat prosessitekniset ratkaisut tarvitsevat tuekseen lisää tietoa suovan esiintymisestä ja käyttäytymisestä.
Suopa on myös merkittävä sellunvalmistuksen sivutuote. Suovasta voidaan jalostaa mäntyöljyä, joka on tärkeä raaka-aine esimerkiksi maali-ja painoväriteollisuudelle.
Tämä näkökulma voi tehdä suovan talteenotosta kannattavan lisätekijän sellutehtaan kokonaistalouteen.
1.2 Työn tavoitteet
Työ jakaantuu kiijallisuusosaan ja kokeelliseen osaan. Kiijallisuusosassa käsitellään pohjoismaisten havupuiden suovan esiintymistä ja käyttäytymistä kuitulinjalla.
Käsiteltäviä asioita ovat suovan kemiallinen koostumus, esiintymismäärät, erottumis- mekanismit ja erottumiseen vaikuttavat tekijät. Kiijallisuusosassa käsitellään myös tär
pätin esiintymistä kuitulinjalla ja sen vaikutusta suovan esiintymiseen.
Kokeellisessa osassa tutkitaan suovan esiintymistä Sunila Oy:n ja Enso Oy:n Kemi
järven sellutehtaiden kuitulinjoilla. Esiintymistä tarkastellaan pesemön suopataseiden avulla. Molemmilla kuitulinjoilla tutkitaan myös suovan erottumista tehdasoloissa
tarkoitusta varten rakennetulla erotusastialla. Saadut tulokset selvittävät eroja suovan eroamisen suhteen perinteisen konventionaalisen eräkeiton ja uuden modifioidun eräkeiton välillä. Tietokoneella suoritettavan taselaskennan avulla tarkastellaan saatu
jen tehdasolosuhteiden järkevyyttä simuloinnin antamiin tuloksiin. Tehdaskokeiden tarkoituksena on myös verrata saatuja tuloksia kirjallisuudesta saatuihin arvoihin näiden paikkansapitävyyden tarkistamiseksi. Tehtaalta saatavalla mustalipeällä ja raakatärpätillä tutkitaan laboratorio-olosuhteissa tärpätin vaikutusta suovan eroamiseen. Lopuksi kokeellisessa osassa tutkitaan ilmapitoisuusmittauksilla proses- sivirroissa vallitsevia ilmapitoisuuksia. Tähän tarkoitukseen käytetään manuaalista kompressiomenetelmään perustuvaa ilmapitoisuusmittaria.
KIRJALLISUUSOSA
2 YLEISTÄ SUOVASTA
Valmistettaessa selluloosaa alkalisella sulfaattimenetelmällä havaittiin jo vuosisadan vaihteessa, että havupuista nousi keiton jälkeen jäteliuoksen pinnalle tummanruskeaa ja kuohkeaa ainetta /1/. Tätä puun uuteaineista syntynyttä ja jäteliuoksen pinnalle noussutta ainetta alettiin kutsua suovaksi. Suopa aiheutti alusta lähtien huomattavia vaikeuksia massanvalmistuksessa muun muassa vaahtoamalla prosessin eri kohdissa, vaikeuttamalla massan pesua ja likaamalla prosessipintoja. Vuodesta 1901 lähtien suovasta kehittyi kuitenkin merkittävä sellunvalmistuksen sivutuote, koska siitä onnis
tuttiin valmistamaan mäntyöljyä. Nykyisin mäntyöljyä voidaan käyttää raaka-aineena mm. maali-ja painoväriteollisuudessa, kaivosteollisuudessa, lääketeollisuudessa ja muoviteollisuudessa.
2.1 Puun uuteaineet
Sellunvalmistuksessa syntyvä suopa on lähtöisin puun uuteaineista /2/. Puun uuteaineilla tarkoitetaan sitä osaa puusta, joka liukenee neutraaleihin liuottimiin kuten esimerkiksi petrolieetteriin, dietyylieetteriin, asetoniin, metanoliin ja veteen.
Uuteaineista käytetään myös nimitystä puun pihka.
Pihka syntyy fotosynteesissä muodostuneesta glukoosista lukuisten välivaiheiden kautta /1/. Havupuun pihka sijaitsee sekä pihkatiehyissä että parenkyymisoluissa.
Kuusen tiehytpihkasta on noin 50 % hartsihappoja, 20 - 30 % helposti haihtuvia monoterpeenejä ja loppuosa on terpenoidisia komponentteja sekä rasvahappoestereitä.
Männyn tiehytpihka muodostuu pääosin hartsihapoista, mutta se sisältää myös huomattavia määriä helposti haihtuvia monoterpeenejä. Parenkyymipihka muodostuu puun rasvahappoestereistä (rasvat, vahat) sekä vapaista steroidialkoholeista.
Sydänpuun muodostuessa parenkyymisolujen biologinen aktiviteetti lakkaa. Samalla solu alkaa voimakkaasti syntetisoida pihkaa, joka tunkeutuu myös trakeidisoluihin.
Tästä johtuu, että männyn sydänpuun pihkapitoisuus on varsin suuri.
Uuteaineet jaetaan kolmeen pääryhmään: rasvahappoihin, neutraaliaineisiin ja hartsi- happoihin /2/.
Uuteaineiden rasvaosa muodostuu rasvoista (rasvahappojen glyseridejä), vahoista (rasvahappojen estereitä pitkäketjuisten alkoholien kanssa) sekä vapaista rasvahapoista 131. Vahajakeessa olevat alkoholit esiintyvät puussa myös vapaina. Männyn ja kuusen tärkeimmät rasvahapot ovat linoli-, öljy-ja pinoleenihappo. Taulukko 1 esittää männyn ja kuusen uutteen rasvaosan koostumuksen.
Taulukko 1. Männyn ja kuusen uutteen rasvaosan koostumus /3/.
Mänty Kuusi
Rasvat
-triglyseridit, % 67 34
-diglyseridit, % 2,5 10
-monoglyseridit, % 1,5 10
Vahat, % 6 15
Korkeammat alkoholit, % 10 17
Vapaat rasvahapot, % 13 14
Yhteensä, % 100 100
Hartsihapot, jotka ovat diterpeenien johdannaisia, esiintyvät tavallisesti vapaina havu
puiden pihkatiehyeissä /1/. Tyypillisimpiä hartsihappoja ovat levopimaari-, neoabieti- ini-, palustriini-, abietiini-, dehydroabietiini- ja pimaari sekä isopimaarihappo. Tau
lukossa 2 on esitetty havupuiden hartsihappojen tyypillinen koostumus /3/.
Taulukko 2. Havupuiden hartsihappojen tyypillinen koostumus /3/.
Mänty Kuusi
Levopimaarihappo, % 38 39
Neoabietiinihappo, % 18 10
Palustriinihappo, % 14 0-10
Abietiinihappo, % 11 5
Dehydroabietiinihappo, % 5 5
Pimaari- / isopimaarihappo, % 0-5 21
Muita happoja, % 9 10
Yhteensä, % 100 100
Neutraaliaineita ovat mm. alkoholit, sterolit, fenolit sekä tyydyttyneet hiilivedyt.
Mäntyöljyssä nämä aineet kuuluvat öljyn laatua huonontavaan saippuoitumattomaan aineryhmään /1/.
Eri puulajien uuteainepitoisuudet vaihtelevat melkoisesti /2/. Taulukko 3 esittää suomalaisten havupuiden keskimääräiset uuteainepitoisuudet ja uuteaineen pääkompo
nentit.
Taulukko 3. Suomalaisten havupuiden keskimääräiset uuteainepitoisuudet ja uuteaineen pääkomponentit /2/.
Mänty Kuusi
Eetteriuute, % 2-5 0,5-1,5
Koostumus:
Hartsihappoja, % 30-35 20-30 Rasvahappoja, %
-vapaita, % 15-20 5-10
-esteröityneitä, % 35-50 30-45 Saippuoimatonta, % 5-10 18-25
Taulukosta 3 voidaan huomata, että männyn uuteaineet muodostuvat pääsääntöisesti hartsihapoista ja rasvahapoista. Osa rasvahapoista on vapaita ja osa esteröitynyt glyserolin, sterolin ja muiden alkoholien kanssa /3/. Suurin osa rasvahapoista on tyy
dyttämättömiä.
Myös kuusen uuteaineet muodostuvat pääasiallisesti hartsihapoista ja rasvahapoista.
Kuusen uuteainepitoisuus on kuitenkin yleisesti alhaisempi kuin männyn /1/. Kuusen uutteet eroavat kemialliselta koostumukseltaan männyn uutteista käytännöllisesti kat
soen ainoastaan saippuoimattomien aineiden suuremman merkityksen takia.
2.2 Puun uuteainemääriin vaikuttavia tekijöitä
Sulfaattisellutehtaan raaka-aineen uuteainepitoisuuteen vaikuttavat raaka-ainejakauma (puulaji- ja laatujakaumat) sekä puun vaiheet sen kasvupaikalta sellun keittoon saakka /1/. Seuraava luettelo luettelee uuteainepitoisuuteen vaikuttavat tekijät sekä niiden vaikutuksen pitoisuuteen /2/:
- puulaji
- puun ikä, vanhemmassa puussa on nuorta puuta korkeampi uutepitoisuus - puun osa, oksissa ja juurissa on runkoa korkeampi uutepitoisuus
- säteen suunta, "väärässä" eli lylypuussa on suoraa puuta korkeampi uutepitoisuus - kasvupaikka, pohjoisessa kasvaneissa puissa on etelän puita korkeampi uutepitoisuus - kasvunopeus, hidas kasvu aiheuttaa korkeamman uutepitoisuuden nopeaan kasvuun verrattuna
- puun kaatoaika, talvella kaadetussa puussa on korkeampi uutepitoisuus kesällä kaadettuun Verrattuna
- varastointitapa, pöllivarastointi johtaa korkeampaan uutepitoisuuteen hakevarastoin- tiin verrattuna
Tärkein tekijä edellä mainituista on varastointi. Varastoitaessa puun uuteainepitoisuus- ja koostumus muuttuvat rasvojen hydrolysoitumisen, hapettumisen, metabolismin ja mikro-organismien takia /1/. Muutosten määrä ja laatu riippuvat siitä, missä määrin eri varastointitavat, maa-, vesi- ja hakevarastointi, taijoavat suotuisat olot kyseisille reak
tioille. Puuta varastoitaessa on mahdotonta välttää erityyppisten mikro-organismien hyökkäystä puuhun. Riski on erityisen suuri hakevarastoinnin aikana, koska puun pinta on hakkeessa merkittävästi suurempi kuin pöllien pinta.
Osa puun pihkasta on aina vapaina happoina. Havupuissa tämä osa muodostuu pääasi
assa hartsihapoista. Puuta varastoitaessa vapaiden rasvahappojen määrä lisääntyy es- tereiden hajotessa. Jos puuta ei ole varastoitu, pihka sisältää melkoisesti rasvaa (triglyseridejä).
Amerikkalaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että männyn uuteainehäviöt ovat huomattavat kahden ensimmäisen varastointikuukauden aikana /4/. Massanvalmistuk
sen sivutuotteiden kannalta esimerkiksi tärpättihäviö voi olla 50-80 % ja mäntyöljy- häviö 50-65 % kahden kuukauden pituisen varastoinnin jälkeen. Kuva 1 esittää tär
pätti- ja mäntyöljyhäviöt southern pine-männyllä eri varastointimuodoissa.
Kuvassa termi roundwood chips tarkoittaa pöllivarastoitua puuta, outside chips hakekasan päällä olevaa haketta ja inside chips hakekasan sisällä olevaa haketta.
100 -
--- Inside chips --- Outside chips ...Roundwood chips
8 12 16 20 24 28 Storage time, weeks
■g 40
--- Inside chips ---Outside chips ... Roundwood chips
Storage time, weeks
Kuva 1. Tärpätti- ja mäntyöljyhäviöt southern pine-männyllä eri varastointimuodoissa ajan funktiona: a) Tärpättihäviö, b) Mäntyöljyhäviö /4/.
Kuvan 1 mukaan sivutuotehäviöt riippuvat paljolti varastointimuodosta eli siitä, onko kyseessä hakevarastointi vai pöllivarastointi. Johtuen puun suuremmasta pinta-alasta hakevarastoinnissa, voivat häviöt hakevarastoinnissa olla 10-30 % suuremmat pölli- varastointiin verrattuna ilmasto-olosuhteet huomioon ottaen. Kuvan 1 tuloksia ei voi kuitenkaan täysin soveltaa pohjoismaisiin havupuihin, koska puiden uuteainepi- toisuudet vaihtelevat eri lajeilla jonkin verran.
Käytettäessä hakevar asiointia myös hakekasan korkeus voi vaikuttaa sivutuotehäviöi- hin lämpötilan, haihtumisnopeuden ja hapettumisen kautta. Normaalisti isokokoisessa hakekasassa on lämpimämpi hakekasan sisäosa pienempään kasaan verrattuna. Tämän johdosta isokokoisemmassa hakekasassa katoaa suurempi osa sivutuotteista. Oikealla varastointitekniikalla voidaan vaikuttaa sivutuotteiden esiintymiseen massanvalmistuk
sessa. Jos sivutuotteita halutaan saada talteen mahdollisimman runsaasti, kannattaa suuria puuvarastoja käyttävän tehtaan pitää osa raaka-aineestaan aina pöllimuodossa.
2.3 Puun uuteainepitoisuuden kasvattaminen kemiallisesti
Yleensä massanvalmistusprosessiin toivotaan mahdollisimman pieniä uuteainemääriä näiden aiheuttamien ongelmien minimoimiseksi. Jos uuteainepitoisuudet halutaan kuitenkin maksimoida, on tähän mahdollista vaikuttaa käsittelemällä puuraaka-aine kemiallisesti ennen puunkorjuuta /4/. Tällä tavalla puusta saatavien sivutuotteiden määrä kasvaa sellunvalmistuksessa.
Puun käsittely ennen korjuuta esimerkiksi Paraquat-herbisidillä kasvattaa puun alaosan sisältämää pihkapitoisuutta. Puun pihkapitoisuuden kasvu on tällöin suoraan verran
nollinen kemiallisen käsittelyn ja puunkorjuun välisen ajan pituuteen. Tutkimusten mukaan männyn käsittely Paraquat-herbisidillä kaksi vuotta ennen korjuuta kolminker
taisti puun sisältämän pihkan ja tärpätin määrän. Tällöin saippuoimattomien yhdistei
den määrä ei kuitenkaan kasvanut samassa suhteessa. Tutkimusten mukaan männyn pihkan ja tärpätin koostumus pysyivät yleisesti muuttumattomina kemiallisesta käsitte
lystä huolimatta.
3 PINTAKEMIALLISET TEKIJÄT SUOVAN SYNNYSSÄ
Sulfaattikeitossa hartsihapot, vapaat rasvahapot ja triglyseridit saippuoitavat täysin ja spontaanisti kaavan 1 mukaisesti /5/.
RCOOH + NaOH => RCOONa + H20 (1)
missä R on hartsi- tai rasvahappo
Sen sijaan mono-ja diglyseridit sekä vahat saippuoituvat vain osittain /1/.
Keiton aikana syntyneet saippuat muodostavat misellejä, joihin neutraalit pihkakom- ponentit, kuten hiilivedyt, korkeammat alkoholit sekä saippuoimattomat vahat liukene
vat. Näin uuteaineet voivat siirtyä massasta mustalipeään. Kuva 2 esittää erilaisia saip- puamisellejä, joita kutsutaan myös suopamiselleiksi /1, 5/.
Kuva 2. Saippuamiselli, joka on liuottanut a. oleofiilisen hiilivedyn
b. amfifiilisen aineen
c. sekä amfi- että oleofiilisiä aineita /1/.
Amfifiilisiä aineita luonnehditaan kemiallisena rakenteena, joissa hydrofobinen ja hy- drofiilinen osa ovat selvästi rajattuja 161. Pinta-aktiiviset aineet ovat amfifiilisia aineita, joissa hydrofobisten ( vettähylkivä ) ja hydrofiilisten osien välinen tasapaino on sel
lainen, että ne ovat sekä veteen että poolittomaan liuotinaineeseen liukenevia tai näissä liuottimissa turpoavia.
3.1 Suopamisellin muodostuminen
Ström et ai. ovat tutkineet suopamisellien muodostumista yksityiskohtaisesti /7, 8/.
Kuten edellä on jo mainittu, muodostuu alkalisessa sellunvalmistuksessa puun uuteaineista hartsi- ja rasvahappojen saippuoita. Nämä saippuat ovat luonteeltaan tyypillisiä pinta-aktiivisia aineita, jotka muodostavat misellejä vesiliuoksessa. Tämä miselloitumisprosessi voi johtaa pysyvään aggregaattiin, misellikokonaisuuteen, vain jos osallisena on riittävän suuri määrä saippuamolekyylejä. Normaalisti 10-60 molekyyliä riittää muodostamaan pysyvän aggregaatin. Mitattavissa oleva misellikon- sentraatio voi esiintyä vain silloin kun tietty kokonaissaippuakonsentraatio ylittyy.
Tätä kokonaissaippuakonsentraatiota kutsutaan kriittiseksi misellinmuodostuskonsen- traatioksi (critical micelle concentration, cmc). Käytännöllisesti katsoen kaikki saip
pua, joka on läsnä kriittisen misellinmuodostuskonsentraation lisäksi, on miselleihin yhtyneenä. Toisaalta muodostuneiden misellien määrä on häviävän pieni, jos pinta- aktiivisten aineiden määrä ei ylitä eme-kynnystä.
Kriittisen misellinmuodostuskonsentraation suuruus riippuu liuoksen ionivahvuudesta, lämpötilasta ja hiilivetyketjujen pituudesta. Hiilivetyketjujen kontaktit veden kanssa vähenevät misellinmuodostuksessa, mikä laskee systeemin vapaata energiaa 161.
Misellien pinnassa olevien hydrofiilisten pääteryhmien välinen repulsio rajoittaa misellien kasvua. Cmc laskee siis, jos hiilivetyketjujen pituus kasvaa poolisten pääteryhmien kokoon nähden tai jos pääteryhmien välinen repulsio pienenee. Tämä ta
pahtuu esimerkiksi lisättäessä suolaa.
Suopamisellien läsnäolo pesuliuoksessa kasvattaa puun uuteaineiden muuten veteen
liukenemattomien neutraalikomponenttien liukoisuutta siirtämällä näitä komponentteja miselleitä ympäröivään hiilivety-ympäristöön /7, 8/. Tämä tapahtuu tietyn cmc:n yläpuolella. Tällä solubilisaatioksi (engl. solubilization) kutsutulla ilmiöllä on hyvin tärkeä merkitys massan pesussa. Yksinkertaisesti ilmaistuna solubilisaatiolla tarkoi
tetaan sellaista tilannetta, että jokin tietty aine ei liukene veteen, mutta aineen liu
keneminen on kuitenkin mahdollista cmc:n yläpuolella aineen siirtyessä miselliin.
Koska monomeerisen saippuan liukoisuus kasvaa lämpötilan kasvaessa, ei misellejä esiinny tietyn lämpötilan alapuolella. Tämä lämpötilaraja tunnetaan Krafftin lämpöti
lana, Tfc, ja sitä ei ole kovin tarkasti määritetty pinta-aktiivisille aineille. Esimerkiksi natriumoleaatille Ту on alle huoneenlämpötilan, natriumstearaatille se on noin 50 °C ja kalsiumsaippuoille se on vielä korkeampi.
Ström et ai. ovat tutkineet myös lämpötilan nousun vaikutusta kriittiseen misellin- muodostuskonsentraatioon johtokykymittauksen avulla. Tässä tutkimuksessa käytetty pH oli 10 ja saippuoina käytettiin natriumoleaattia yksinään sekä natriumoleaatin ja natriumabietaatin sekoitusta suhteessa 1:1. Kyseisiä aineita käytettiin siksi, että natri- umoleaatti on tyypillinen rasvahapposaippua ja natriumabietaatti hartsihapposaippua.
Kyseisen tutkimuksen mukaan cmc kasvaa hitaasti välillä 20-80 °C, mutta nousee tämän jälkeen jyrkästi. Tämä cmc:n nopea kasvu aiheutuu siitä, että pinta-aktiivisen aineen ei-polaarisen osan liukoisuus kasvaa vedessä. Kuva 3 esittää kyseisen tutkimuk
sen tulokset.
0.015
Kuva 3. Lämpötilan vaikutus kriittiseen misellinmuodostuskonsentraatioon natriu- moleaatille (rasvahapposaippua) ja natriumoleaatin ja natriumabietaatin (hartsihapposaippua) sekoitukselle (sekoitussuhde 1:1 painon mukaan) pH 10:ssä johtokyky mittauksen avulla mitattuna /7, 8/.
Kuva 4 esittää natriumkloridilisäyksen vaikutuksen kriittiseen misellinmuodostuskon- sentraatioon käytettäessä natriumoleaatin ja natriumabietaatin sekoitusta (sekoitussuhde 1:1 painon mukaan) lämpötilassa 60 °C. Kuvasta voi huomata cmc:n laskevan natriumkloridimäärän kasvaessa.
0.25
Concentration of NaCI [M]
Kuva 4. Natriumkloridikonsentraation vaikutus natriumoleaatti (rasvahapposaippua) ja natriumabietaatti (hartsihapposaippua) sekoituksen (sekoitussuhde 1:1 painon mukaan) kriittiseen misellinmuodostuskonsentraatioon 5 mM natriumhydroksidiliuoksessa ja lämpötilassa 60 °C. Kriittiset misellinmuodostuskonsentraatiot on määritetty pinta- jännitysmittauksen avulla /7, 8/.
3.2 Suovan liukoisuus ja lyotrooppisen nestekidefaasin muodostuminen
Hartsi- ja rasvahapposaippuoiden liukoisuus riippuu voimakkaasti kokonaiselektro- lyyttikonsentraatiosta /7, 8/. On yleisesti tiedetty, että suopaa voidaan saostaa suolan lisäyksellä ruskean massan suodatinpesulinjalla. Normaalisti tämä tapahtuu ensim
mäisessä suodatinrummussa, jossa suhteellisen korkean liuenneen hartsisuopapi- toisuuden sisältävä liuos sekoittuu korkean suolapitoisuuden omaavan kuitumaton kanssa. Tällöin suopa on pääosin saostuneena lyotrooppisena nestekidefaasina, mikä on myös suovan fysikaalinen tila mustalipeässä.
Pinta-aktiiviset aineet voivat muodostaa useammanlaisia lyotrooppisia nestekidefaaseja /6/. Muodostus voi olla merkityksellinen jo erittäin alhaisilla konsentraatioilla. Kun pinta-aktiivisten ja amfifiilisten, ei veteen liukenevien aineiden sekoitus (esim. hartsi- ja rasvahappojen ja niiden natriumsuolojen sekoitus moolisuhteessa n. 1:1-1:2, vastaa pH:ta 6-7.5) joutuu veden kanssa kontaktiin, muodostuu monessa tapauksessa lamel- laarinen nestekidef aasi. Lamellaarinen faasi muodostuu neutraalikomponenttien ja saippuamolekyylien tasomaisista kerroksista, joiden välissä on vesikerros /7, 8/.
Tällöin suopamolekyylit suuntautuvat siten, että niiden polaariset pääteryhmät ovat kosketuksessa veden kanssa. Lamellaarisessa faasissa suopakerros on paksuudeltaan noin kaksinkertainen suopamolekyylin pituuteen verrattuna. Lamellaarinen faasi tur
poaa voimakkaasti vedessä ja on helposti dispergoituva/6/.
Eräs toinen mahdollinen lyotrooppinen nestekidefaasi on normaali heksagonaalinen faasi /7, 8/. Tässä faasissa saippuamolekyylit muodostavat sauvoja, joiden pintaan po
laariset pääteryhmät ovat sijoittuneet. Kuva 5. esittää lamellaarisen ja normaalin hek- sagonaalisen faasin mallit /7/.
a b Kuva 5. a) Lamel laarinen nestekidefaasi ja
b) Normaali heksagonaalinen nestekidefaasi 111.
Julkaistut mallilaskelmat ovat osoittaneet, että lamellaarisen tai heksagonaalisen faasin muodostuminen ionillista suopaa sisältävässä systeemissä riippuu suuresti ns. repulsii- visista vuorovaikutuksista, hiilivetyketjujen suhteellisesta koosta ja pinta-aktiivisen aineen polaarisista osista.
Kuva 6 esittää natriumkloridin vaikutuksen natriumoleaatin liukoisuuteen ja nestekide- faaseihin. Täysin suolattomassa liuoksessa natriumoleaatin liukoisuus on 18 %. Tästä korkeammissa suolakonsentraatioissa muodostuu heksagonaalinen faasi ja lamel - laarinen faasi alkaa esiintyä noin 45 paino-%:n saippuakonsentraatiossa. Natriumklo- ridikonsentraation kasvattaminen 0.17 molaariin saakka aiheuttaa samalla saippuan liukoisuudenkasvun. Korkeammissa NaCl-konsentraatioissa liukoisuusi laskee ja kylläisessä liuoksessa se on tasapainossa lamellaarin nestekidefaasin kanssa. Tämä on hyvin tyypillistä alifaattisille suoville.
Na-OLEATE
%
.2 .3 A .5 .e .7
NaCI mol dm3
Kuva 6. Natriumkloridilisäyksen vaikutus natriumoleaatin (rasvahapposaippua) liukoisuuteen ja nestekidefaaseihin 60 °C:n lämpötilassa /7/.
Suorittamalla täysin kuvaa 6 vastaava koejärjestely natriumabietaatilla saa aikaan täysin erilaisen lopputuloksen. Tällöin saippua saostuu helposti suolan avulla ja johtuen saippuan lujasta ja tilaavievästä hiili vety rakenteesta, heksagonaalista faasia ei muodostu lainkaan. Natriumabietaatti muodostaa kuitenkin lamellaarin nestekide- faasin. Kuva 7 esittää mainittua koejärjestelyä natriumabietaatille.
Na-ABIETATE
temp. 60 °C
%
L1 : micellar solution О : lamellar liquid
crystalline phase L1 + D
NaCI mol dm
Kuva 7. Natriumkloridilisäyksen vaikutus natriumabietaatin (hartsihapposaippua) liukoisuuteen ja nestekidefaaseihin 60 °C:n lämpötilassa HL
Kuva 8 esittää natriumoleaatti-natriumabietaattisekoituksen (sekoitusuhde 1:1 painon mukaan) liukoisuuden natriumklorid!- ja natriumsulfaattiliuoksissa. Tämän saip- puasekoituksen täysi säestäminen edellyttää noin 0.8 M:n natriumkloridikonsen- traatiota. Vastaava natriumkloridikonsentraatio puhtaan natriumoleaattiliuoksen saostamiseksi on 0.5 M. Natriumkloridin korvaaminen natriusulfaatilla aiheutta- huomattavasti korkeamman Na+-tarpeen saippuan saostamiseksi täysin. Kuitenkin liukoisuusrajalla veden aktiviteetti on suurinpiirtein sama sekä natriumkloridia että natriumsulfaattia käytettäessä. Eli saippuan liukoisuusraja määräytyy ennemmin veden kemiallisen potentiaalin kuin tietyntyyppisen elektrolyytin mukaan.
Total aoap weight %
NaCI
Î0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Na Concentration mol dm"3
Kuva 8. Natriumoleaatti- ja natriumabietaattisekoituksen (sekoitussuhde 1:1 painon mukaan) liukoisuus natriumkloridi- ja natriumsulfaattiliuoksissa 60 °C:n lämpötilassa 111.
Todennäköisin syy lisääntyneeseen liukoisuuteen ja suolan stabiliteettiin lienee se, että lamellaarin nestekidefaasin rakenne saippuoiden sekoituksessa on energisesti epäsuo
tuisampi kuin lamellaarilla faasirakenteella on puhtaassa oleataatissa.
Suolan stabiliteetti on äärettömän tärkeä asia pesulinialla. Pesutilanteessa suopa voi olla liuenneena pesuliuokseen tai se voi olla kuituihin kiinnityneenä. Kuva 9 esittää pe- suliuokseen liuenneen suovan määrän natriumkloridin konsentraationa suodatinpesu- linjan eri kohdissa. Kuva esittää myös suopasekoituksen kriittisen misellinmuodos- tuskonsentraation. Kuvassa on esitetty katkoviivalla mustalipeään liuenneen suo- pamäärän kasvu pesulinjan lopussa missä suolakonsentraatio on suhteellisen matala.
Kuvan 9 mukaan, aina tankki ILeen saakka missä Na+-konsentraatio on noin 0.5 M, liukoisuusrajaa ei ole vielä saavutettu. Tästä syystä kuvassa on käytetty katkoviivaa.
Korkeammissa Na+-konsentraatioissa voi havaita huomattavan laskun liuenneen suovan määrässä. Tämä osoittaa, että liukoisuusraja on tässä saavutettu. Tässä tapauk
sessa eniten liuennutta suopaa esiintyy suodatinpesuri numero I:ssä.
• Fatly acid aoap A Resin acid aoap
♦ Fatty and ratin acid aoap
■ Neutrala
c cmc
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Cone. Na+ CM]
Filter no: IVIII II I
Tank no: IV III II I
Kuva 9. Pesuliuokseen liuenneen suovan määrä natriumkloridikonsentraation funk
tiona suodati npesul inj an eri kohdissa /7/.
Kuva 10 esittää kuituihin kiinnittyneen suovan määrän. Puskusäiliössä suovan määrä on hyvin korkea, samoinkuin Na+-konsentraatio. Tämä suopa on lamellaarin nestekidefaasin muodossa. Suodatinpesuri I:llä suovan määrä on huomattavasti laskenut johtuen Na+-konsentraation laskun aiheuttamasta korkeammasta liukoisuu
desta. Alhaisin kuituihin kiinnittynyt suopamäärä löytyy suodatinpesuri ILlta. Tämä johtuu П:еп alhaisesta suolapitoisuudesta, jolloin ei pääse tapahtumaan suovan saos
tumista. Ш ja IV suodattimilla kuituihin kiinnittyneen suovan määrä lisääntyy. Tämä saostuminen johtuu suopakonsentraation alentumisesta kriittisen misellinmuodostu- miskonsentraation alle. Suolakonsentraation alentuessa suodattimilla Ш ja IV, kriitti
nen misellinmuodostuskonsentraatio kasvaa ja todellinen suopakonsentraatio jää alhai
semmaksi kuin cmc. Tällöin neutraaliaineiden solubilisaatio miselleihin ei ole enää mahdollinen.
И Fatly acids Neutrals
23.3 g/kg
— 2.8 g/kg
Blow tank
Cone. Na4[Mj 0.01 0.07 0.27 0.7 2.0
Kuva 10. Kuituihin kiinnittyneen suovan määrä ja mustalipeän Na+-konsentraatio suo- datinpesulinjan eri kohdissa 111.
Kuvat 9 ja 10 osoittavat selvästi miten on tärkeää ylläpitää alhainen eme ja riittävän korkea suolan stabiliteetti tehokkaan suovanpoiston mahdollistamiseksi sulfaattimas- san pesussa. Suolan stabiliteetti on mahdollista optimoida tietyn suopakoostumuksen avulla. Optimisuhde rasvahapposaippuoiden ja hartsihapposaippuoiden välillä on 1:1- 2:1. Tästä suhteesta johtuen esimerkiksi koivusulfaattimassaa keitettäessä tulisi katti
laan lisätä mäntysuopaa tai hartsihappoa. Cmc:n alentaminen onnistuu esimerkiksi suo
lan lisäyksellä tuoreveteen suodatinpesuri IV:lla.
Foranin mukaan mustalipeän jäännösalkalipitoisuudella on huomattava vaikutus suovan minimiliukoisuuteen mustalipeässä 191. Kuva 11 esittää mustalipeän tehollisen jäännösalkalipitoisuuden (REA, residual effective alkali content) vaikutuksen suovan
liukoisuuteen 90 °C:n lämpötilassa. Kuvasta voi huomata suovan liukenevan vähiten REA:n ollessa noin 6.5 g Na20/L.
fr3
Kuva 11. Mustalipeän tehollisen jäännösalkalipitoisuuden (REA) vaikutus suovan liu
koisuuteen 90 °C:n lämpötilassa/9/.
3.3 Solubilisaatio misellaarisissa liuoksissa
Ström et ai. ovat tutkineet myös neutraaliaineiden solubilisaatiota misellaarisissa liu
oksissa /7/. Näissä tutkimuksissa he käyttivät neutraaliaineina terpeenialkoholeja ja al- dehydejä, pitkäketjuisia rasva-alkoholeja, hiilihydraatteja ja steroleja. Nämä aineet eivät liukene veteen, mutta ne voivat kuitenkin liueta pinta-aktiivisiin liuoksiin. Kuva 12 esittää natriumkloridin vaikutuksen neutraaliaineiden solubilisaatioon sekä natrium- oleaattiliuoksessa että natriumoleaatin ja natriumabietaatin yhdistelmäliuoksessa. Tut
kimuksessa käytettiin kahta eri suopakonsentraatiota ja lämpötilaa pH 10:ssä.
Solubilization ol neutrals In soap solutions at 60' C
Ma01+ NnЛb (I : 1)
^ 0.2-
Л g eoap/l
NaCI[M]
Solubilization of neutrals In soap solutions et 93' C
NnOI + NnAb (1: 1)
Í» 0.2- 0.2-
5 g soap/I Л g eoap/l
О. 1-
,5 g soap/l
1 g soap/l
Kuva 12. Natriumkloridikonsentraation, suovan koostumuksen, suopakonsentraation ja lämpötilan vaikutus neutraaliaineiden solubilisaatioon pH 10:ssä ja lämpötilan
ollessa 60 °C /7/.
Kuvan 12 mukaan solubilisaation kannalta optimaalisin natriumkloridikonsentraatio sijaitsee välillä 0.1-0.2 M. Suopakonsentraatio 1 g/l on hyvin lähellä kriittistä misel- linmuodostuskonsentraatiota ilman suolaa. Huolimatta hyvin alhaisesta misellikonsen- traatiosta suopakonsentraatiossa 1 g/l, solubilisoituu tässä kuitenkin noin 70 mg neut- raaliaineita yhtä suopa grammaa kohden. Lämpötilan muutoksella ei ole tähän vaiku
tusta.
Suopakonsentraation kasvaessa 5 g/l useimmat suopamolekyylit ovat liittyneinä misellaarisiin agregaatteihin ja solubilisaatio kasvaa yhtä koepistettä lukuunottamatta.
Solubilisaatio 5 g/l oleaattiliuoksessa laskee nopeasti natriumkloridikonsentraation ylittäessä 0.1 M.
Tämän kokeen perusteella yhdistetyn suopaliuoksen solubilisaatio on aina korkeampi verrattuna puhtaaseen natriumoleaattiliuokseen. Yhdistetyn suopaliuoksen misellit ovat hyvin pieniä ja stabiilejä, mikä puolestaan edistää solubilisaatiota. Nämä Ström et ai.
suorittamat tutkimukset vastaavat hyvin muita aikaisemmin tehtyjä vastaavia tut
kimuksia ja tukevat ajatusta siitä, että massan pesussa neutraaliaineet poistuvat kui
duista solubilisaation avulla.
3.4 Suopapartikkeleiden kolloidinen stabiliteetti
Tutkimusten mukaan mustalipeä suodattuu pesemöllä ainakin jossain määrin kuituma- ton läpi /8/. On mahdollista, että tämän suodattumisen aikana saostuneet makroskoop
piset suopapartikkelit jäävät kiinni kuitumattoon ja liuennut tai kolloidinen suopa puo
lestaan läpäisee koko systeemin. Tämän takia suopapartikkeleiden kolloidinen stabili
teetti on tärkeä asia hallita.
Taulukko 4 esittää Ström et alin tutkimukset koskien suovan retentiota havupuukui
tuihin pH 11.5:ssä. Taulukossa termi with agitation tarkoittaa sitä, että kuituja sekoi
tettiin samanaikaisesti suodattumisen kanssa. Without agitation tarkoittaa puolestaan sitä, että kuitujen annettin muodostaa kuitukakku viiralle suodattumisen aikana.
Taulukko 4. Suovan retentioituminen valkaisemattomiin havupuukuituihin. Tulokset määritetty Britt dynamic drainage järin avulla. Muut olosuhteet olivat pH 11.5, suopaa
1 g/drn^, ligniiniä 1 g/drn^ ja natriumkloridia 11.5 g/dm^ (0.24 M) /8/.
Retention, mg resin/g pulp Softwood with without agitation agitation fatty
soap rosin soap
fatty soap
rosin soap 50 mg Ca 4 Vdm3
pulp 0.03 0.03 0.57 0.02
pulp + oleate 3.20 0.03 40.4 3.21 pulp + oleate +
lignin
1.10 0.02 29.9 0.07 pulp + oleate + 1.13 0.14 16.8 8.36
Retention, mg resin/g pulp Softwood with without agitation agitation fatty
soap rosin soap
fatty soap
rosin soap 250 mg Ca* */dm1
pulp 0.04 0.04 2.96 0.09
pulp + oleate 3.50 0.04 38.9 1.50 pulp + oleate +
lignin
2.67 0.02 7.94 0.03 pulp + oleate + 2.64 0.85 17.9 13.67
Taulukosta 4 voidaan vetää seuraavat johtopäätökset:
-Retentio ilman sekoitusta on huomattavasti suurempi kuin kolloidinen retentio (retentio systeemiä sekoittaessa). Retentio laskee ligniinin läsnäolessa, mutta kasvaa Ca2+-konsentraation kasvaessa. Eli tehdasoloissa tulisi pesurilla välttää Ca2+:ta, koska se saostaa suopaa kuituihin.
-Rasvahapposuopaa saostuu enemmän kuin hartsihapposuopaa.
Ström et alin mukaan suovan kolloidisen stabiliteetin kannalta olisi myös suotavaa, että mukana olisi aina pieni määrä suolaa. Tämä auttaa ilmeisesti muodostamaan misellejä, jotka voivat sitoa Ca2+:ta ilman kiinteän suovan saostumista.
3.5 Pesun aikana suovan käyttäytymiseen vaikuttavat pintakemialliset tekijät kootusti
Edellä esitetyn perusteella suovan liukoisuus, misellien muodostuminen ja neutraali- aineiden solubilisaatio ovat hyvin tärkeitä tekijöitä suovan eroamiselle pesun aikana.
Näiden asioiden optimoimiseksi tarvitaan havupuilla seuraavanlaiset olosuhteet /7/:
1) Oleaatti-ja abietaattisaippuoiden välinen suhde tulisi olla välillä 1:1-2:1. Tämä kas
vattaa suovan stabiliteettia ja neutraaliaineiden solubilisaatiota.
2) Kohtuullinen ionivahvuus. Natriumkloridin tapauksessa se on 0.1 ja 0.3 M:n välillä.
Tämä alentaa kriittistä misellinmuodostuskonsentraatiota ja edistää neutraaliaineiden solubilisaatiota.
3) Lämpötilan tulisi olla yli 90 °C. Tämä kasvattaa neutraaliaineiden solubilisaatiota vaikkakin cmc kasvaa myös tällöin.
4) pH:n tulisi olla yli 10-11 koko pesemön läpi.
Massan pesussa on myös suovan kolloidinen stabiliteetti on otettava huomiooon.
Tämän tilanteen optimoimiseksi tarvitaan seuraavanlaiset olosuhteet:
1) Alhainen kalsium-ionipitoisuus.
2) Korkea ligniinipitoisuus. Tämä stabiloi saostuneita kalsiumsaippuoita ja saattaa myös vähentää vapaan Ca^+m konsentraatiota.
3) Kohtuullinen ionivahvuus.
4 SUOVAN EROAMINEN MUSTALIPEÄSTÄ
4.1 Stokesin lain soveltaminen suopa-mustalipeäsysteemiin
Suopaa siirtyy mustalipeään keiton aikana ja massan pesussa/1/. Näiden tapahtumien jälkeen suopa alkaa erota mustalipeästä. Suovan eroamiseen mustalipeästä vaikuttavat
lämpötila, uuteaineiden koostumus, suovan nousunopeus lipeässä ja lipeän laskeutu- misnopeus.
Ensimmäisiä vaiheita suovan eroamisessa mustalipeästä voi kuvata tavanomaiseksi sedimentaatiotapahtumaksi /10/. Suopapartikkelin nousunopeus mustalipeän pinnalle noudattaa tietyissä rajoissa Stokesin lakia /3,10, 11/. Stokesin lain mukaan
v =[(p-p0)d2g]/18Tl (2)
jossa v suopapartikkelin nousunopeus p mustalipeän tiheys
p0 suopapartikkelin tiheys d suopapartikkelin halkaisija g gravitaatiokiihtyvyys
rj mustalipeän viskositeetti /11/.
Suovan nousunopeus on siis suoraan verrannollinen mustalipeän ja suovan tiheys- eroon, suopapartikkelin halkaisijan neliöön, maanvetovoiman aiheuttamaan kiihty
vyyteen ja kääntäen verrannollinen mustalipeän viskositeettiin.
Stokesin laista nähdään, miten suuri merkitys suopapartikkelin koolla on nousunopeu- teen. Siksi on tärkeää, että suopapartikkelin koko on erotustapahtumassa niin suuri kuin on vain mahdollista. Stokesin lakia käytettäessä suopapartikkelin suhteellisen halkaisijan määrittäminen voi perustua Calderbankin kehittämään korrelaatioon ja We
berin lukuun /11/.
On huomattava että Stokesin lain soveltaminen suovan ja mustalipeän muodostamalle systeemille asettaa tiettyjä ehtoja. Stokesin laki olettaa nimittäin systeemin suhteen:
- systeemissä olevan muuttumattomat olosuhteet
- suopapartikkeleiden olevan systeemissä ilman keskinäisiä vuorovaikutuksia, suopa- partikkelit eivät yhdy toisiinsa
- suopapartikkeleiden olevan muotoaan muuttamattomia pallomaisia pisaroita
Mustalipeän viskositeetti kasvaa mustalipeän kuiva-ainepitoisuuden kasvaessa ja pie
nenee mustalipeän lämpötilan noustessa. Kuva 13 esittää suopapartikkelin nousuno- peuden riippuvuuden edellä mainituista asioista /1/. Kuvasta voi huomata, että suopa- partikkelin koon kasvu ja lämpötilan kohoaminen lisäävät nousunopeutta.
SUOVAPARTIKKEUN NOUSUNOPEUS. mm/s
(SUOPAPARTIKKELIN SÄDE, mm)
LAIHA MUSTAUPEÀ SYÖTTÖ VÀLILIPEÀ
LIPEÄN LÄMPÖTILA. *C R2 ■ 0.1
R2 ■ 0.2
MUSTALIPEÄN KUIVA-AINE, •/.
Kuva 13. Suopapartikkelin nousunopeuden riippuvuus mustalipeän kuiva-aineesta, lämpötilasta ja suopapartikkelin koosta /1/.
Kuten kuvasta 13 voi huomata, vaihtelevat raa’an mäntysuovan erottumiseen vaikut
tavat optimiarvot tapauksesta toiseen. Mustalipeän kuiva-aineen optimialue vaihtelee välillä 25-36 %, seisottamisaika välillä 2-5 h ja lämpötila välillä 54-100 °C. Jos mus
talipeän lämpötila nousee liiaksi, häviää suopakerros lipeäsäiliön pinnalta suovan Hu
olessa takaisin kuumaan lipeään.
Mainittujen suopalipeäominaisuuksien lisäksi suovan eroamiseen vaikuttaa mustali
peän laskeutumisnopeus säiliössä /1/. Suovan eroamisen kannalta tulisi välilipeävaras- tointitilavuuden olla mitoitettu siten, että säiliön läpivirtauksen ja säiliön pohjanalan välinen suhde on mahdollisimman pieni, koska siinä tapahtuu viimeinen suovan erotus.
Pienimpien suopapartikkeleiden nousunopeus on välilipeäolosuhteissa 0.15 mm/s = 0.50 m/h. Käytännössä tehtaiden välilipeän laskeutumisnopeus on suurempi. Tästä voi aiheutua pienimpien suopapartikkeleiden joutuminen mustalipeän mukana soodakatti
laan polttoon, ellei niitä ole joillakin keinoilla, esim. elektrodien avulla, saatu yhdiste
tyksi toisiinsa isommiksi ja nousunopeudeltaan suuremmiksi partikkeleiksi.
Mustalipeään liuenneen suovan määrä on verrannollinen lipeän kuiva-aineeseen ja lämpötilaan kuvassa 14 esitetyllä tavalla/1/. Kuiva-aineen optimi on 26-27 %:n kohdalla, mutta kuiva-aineen lisääntyessä liuennut määrä pysyy vakiona sellutonnia kohti laskettuna, koska kuiva-aineen lisääntyessä tilavuuspaino samalla nousee.
SUOVAN LIUKOISUUS llPFAAN /(SUOPA ass°ci
MÄNTYÖLJY- HÄVIÖ, kg /st 2L
UPEAN KUIVA-AINEPITOISUUS. */.
Kuva 14. Mäntyöljyhäviön riippuvuus lipeän kuiva-ainepitoisuudesta sekä lipeän laskeutumisnopeudesta ja/tai liukoisuudesta lipeään /1/.
4.2 Suovan sisältämä mustalipeä
Blinov et ai. ovat johtannet kaavan 3, jolla on mahdollista määrittää keskimääräinen mustalipeäpitoisuus suopakerroksessa /10/. Kaava pätee siinä tapauksessa, että suovassa olevan mustalipeän lähtöpitoisuus on 30-70 %.
c = 1 - exp( -0.13 T115 ) (3)
jossa c suopakerroksen keskimääräinen mustalipeäpitoisuus
T suovan ja mustalipeän toisistaan eroamiseen kulunut aika tunneissa
Kaavassa 3 olevalle suopakerroksen keskimääräiselle mustalipeäpitoisuudelle pätee myös
e = Cjn - Ccu / C¡n (4)
jossa c suopakerroksen keskimääräinen mustalipeäpitoisuus, % Cjn suovassa olevan mustalipeän alkukonsentraatio, % Ccu suovassa olevan mustalipeän nykyinen konsentraatio, %
Kaavan 3 merkitys on siinä, että sitä käyttämällä on mahdollista määrittää aika, jonka suopa tarvitsee mustalipeästä eroamiseen. Tätä ajanpituutta puolestaan tarvitaan esimerkiksi suovan keräilysäiliöta suunniteltaessa.
On hyvin vaikeata erottaa suopa ja mustalipeä täydellisesti toisistaan. Normaalisti ero
tettu suopa sisältää noin 5 paino-% mustalipeää, joka on liuenneena suovan lamellaa- riin nestekidefaasiin ja jonka erottaminen ei onnistu enää esimerkiksi konventionaali
silla faasierotuslaitteilla /12/. Tälläisen pienehkön mustalipeämäärän määrittäminen suovasta tarkasti onnistuu esimerkiksi spektrofotometrisesti /12, 13/.
4.3 Suovassa olevan mustalipeän aiheuttamat ongelmat
Suovan laatu riippuu paljolti sen sisältämästä mustalipeästä, jolla voi olla useita negatiivisia vaikutuksia. Suovan palstoituksessa mustalipeän alkali, epäorgaaninen suola ja ligniini kuluttavat neutraloituessaan turhaan rikkihappoa/1, 14/. Normaalisti mustalipeän hapottaminen kuluttaa kolme kertaa niin paljon rikkihappoa kuin vastaava määrä puhdasta suopaa /14/.
Suovan sisältämän mustalipeän hapotus aiheuttaa myös vaahtoamisongelmia johtuen vetysulfidin vapautumisesta hapetuksen yhteydessä. Tällöin vaahtoaminen ei ole ainoa ongelma. Ylimääräinen vetysulfidi voi vaikeuttaa myös skrubberin toimintaa ja aiheut
taa vaaratilanteen raakamäntyöljylaitoksella.
Palstoituksessa mustalipeän ligniini adsorboi pinnalleen mäntyöljyä ja muodostaa emulsiokerroksen mäntyöljyn ja palstoituksen emäveden välille aiheuttaen vaikeuksia prosessissa ja mäntyöljysaannon pienenemistä /3/. Mustalipeän liukoinen alkaliligniini reagoi palstoituksesssa käytettävän rikkihapon kanssa aiheuttaen orgaanisia saostumia, jotka on poltettava soodakattilassa /14/. Nämä orgaaniset saostumat sisältävät kalsi-
umsulfaattihiekkaa, joka soodakattilassa tapahtuvan polton jälkeen palaa prosessikier- toon ei-toivottuna aineena. Suovan mustalipeästä voi syntyä myös erilaisia rikkiyhdis
teitä, jotka aiheuttavat ympäristönsuojelullisia ongelmia. Sulfaattiprosessin talous kärsii luonnollisesti myös siitä, että keittokemikaaleja kulkeutuu prosessin ulkopuo
lelle palaamatta enää takaisin normaaliin kemikaalikiertoon.
Mustalipeän ja suovan erottaminen toisistaan voidaan nähdä tärkeänä tapahtumana myös siksi, että haihduttamoon menevän mustalipeän suopa aiheuttaa vaikeuksia myöhemmin likaamalla haihdutinpintoja /1/. Merkittävin suovan aiheuttama ongelma soodakattilassa on se, että suovan poltto vähentää soodakattilan kapasiteettia käsitellä mustalipeää /11/. Myös soodakattilan pohjalla esiintyvät mustat kohdat saattavat olla yhteydessä mustalipeän sisältämään suopaan.
Suovan ja mustalipeän välisessä suhteessa on toisaalta otettava huomioon se, että suo
pa tarvitsee mukaansa hieman mustalipeää /13/. Suovan pumppaaminen säiliöihin, tankkiautoihin ja hapotusreaktoriin ei onnistu ilman suovan sisältämää mustalipeää.
Tältä kannalta katsottuna ei ole kuitenkaan pystytty määrittämään optimaalisinta mus- talipeämäärää suovassa.
5 SUOVAN EROTTUMINEN MASSANVALMISTUSPROSESSISSA
Suopaa voidaan erottaa mustalipeästä useissa eri kohdissa sellunvalmistusprosessia.
Tavallisesti suopaa otetaan talteen pesemön pesulipeistä ja haihduttamon laihalipeästä, välilipeästä ja vahvalipeästä /15/.
5.1 Suovan erottuminen erilaisilla pesureilla
Suovan käyttäytymisestä pesureilla on olemassa melko vähän julkaistua tietoa. Imu- rumpupesurilla suovan peseytyminen korreloi huonosti pesuveden määrän ja pesu
veden lämpötilan kanssa /16/. Tällaisella pesurilla jokaisessa pesuvaiheessa pestyssä massassa oleva suopamäärä on suoraan verrannollinen kyseisen vaiheen syötössä ole
vaan suopamäärään. Imurumpupesuri poistaa tehokkaammin liuennutta kuiva-ainetta kuin suopaa. Näiden pesureiden avainkohtia ovat suuret suodossäiliöt, jotka ovat rat
kaisevia suovan ja vaahdon poiston suhteen.
Painerumpupesurilla suodossäiliöt ovat huomattavasti pienemmät johtuen pienem
mästä poistettavasta ilmamäärästä ja pienemmästä nestekierrosta. Tällä pesurilla on mahdollista käyttää korkeampaa pesuveden lämpötilaa. Tämä aiheuttaa korkeamman kuiva-ainepitoisuuden pesusuodokseen, mikä saattaa hankaloittaa suovan peseyty
mistä. Painerumpupesurin pienemmät suodossäiliöt ovat vähemmän anteeksiantavia
vaikeissa ajo-olosuhteissa ja niiden oikeanlainen suunnitteluja toiminta on hyvin rat
kaisevaa. Esimerkiksi sakeuden aleneminen syötössä painerumpupesurilla voi vaikeuttaa suovan eroamista, koska tällöin suodossäiliössä olevan nesteen määrä
vähenee ja tätä kautta viipymäaika säiliössä lyhynee. Tällöin suovalle ei välttämättä jää riittävästi aikaa erota suodossäiliössä.
Laxén on tutkinut suovan peseytymistä nelivaiheisella rumpusuodatinpesulinjalla tehdasoloissa. Kuva 15 esittää näiden tutkimusten mukaisesti natriumkonsentraation vaikutuksen suopajakaumaan nelivaiheisella rumpusuodatinpesulinjalla/17/. Kuvassa CTO (crude tall oil) tarkoittaa raaka mäntyöljyä.
CTO IN WASHER FILTRATE, kg/m3
Ur
CTO IN PULP SHEET FILTRATE, kg/m3
ur LEGEND
• 4M washer
Д ft 4
SODIUM CONCENTRATION, kg/m*
Kuva 15. Natriumkonsentraation vaikutus suopaj akaumaan nelivaiheisella rumpusuo
datinpesulinjalla. Vasen kuvaaja: Suopajakauma eri suodattimilta lähtevässä massassa.
Oikea kuvaaja: Suopajakauma eri pesureiden pesusuodoksissa /17/.
Kuvassa 15 ensimmäisen pesurummun suodos sisältää huomattavan paljon natriumia, mutta hyvin vähän suopaa. Suopaa suodoksessa on vain noin 1.5 kg/m3. Ensimmäisel
tä pesurummulta lähtevässä massassa on suopaa noin 14 kg/m3. Tämä aiheutuu siitä, että suovan liukoisuus vaihtelee natriumkonsentraation mukana. Suotautumisen aikana natriumpitoisuuden ollessa korkea kiinteä suopa kiinnittyy kuituverkkoon ja siirtyy seuraavaan pesuvaiheeseen. Toisessa pesuvaiheessa suopa liukenee ja pesusuodoksen suopakonsentraatio kasvaa 9 kg/m3. Samalla kuituihin kiinnittyneen suovan konsen-
Edellä mainittuihin pesureihin verrattuna tasoviirapesurilla on hyvin pieni suodossäiliö tai sitä ei ole välttämättä lainkaan. Tutkimukset tasoviirapesureilla ovat osoittaneet, että pesusäiliöiden ja suodossäiliöiden poissaolo ehkäisee liukenemattoman suovan poistumista. Nämä pesurit poistavat kuitenkin hyvin liuennutta suopaa ja mustalipeän sisältämää kuiva-ainetta. Erään tutkimuksen mukaan tasoviirapesurin massanpois- topäässä liuenneen kuiva-aineen määrä oli hyvin alhainen, mutta liukenemattoman suovan osuus oli hyvin korkea. Tasoviirapesurilla pesusäiliön ja suodossäiliön pois
saolo aiheuttaa yleensä sen, että suovalla ei ole mahdollisuutta erottua mustalipeästä ennen lipeän haihdutusta. Tästä johtuen tasoviirapesurilla liukenematon suopa vain suodattuu kuitumattoon. Suovan käyttäytymisestä tasoviirapesurilla on vähän koke
muksia ja julkaistut tutkimukset ovat vanhoja.
5.2 Suovan erottuminen jatkuvatoimisen keittimen Hi-heat-pesussa ja konven tionaalisen eräkeiton lopussa
Kenties kaikkein tunnetuin keittimen sisäinen pesuprosessi on Kamyr-keittimen yhteyteen sijoitettu keitinpesu eli Hi-heat-pesu. Kuva 16 esittää Kamyrin Hi-heat- pesulaitteiston ja jatkuvatoimisen diffusööripesun /18/.
HAKE FAISUNTAHOYRY
HAIHOUTTAMOLLE
PESUVESI
PESTY MASSA
KIERTOVESI
Kuva 16. Kamyrin Hi-heat-keitinpesu ja jatkuvatoiminen diffusööripesu /18/.
Kuvan 16 esittämä laitteisto toimii seuraavasti: Keittovyöhykkeestä poistuvan massan mukana seuraava perusliemi ei pääse etenemään alaspäin pesuvyöhykkeeseen, vaan se pakotetaan ulos sihdin sekä liemen paisuntavaiheiden kautta haihduttamolle. Peruslie- men syrjäyttää pesuvyöhykkeen alapäähän johdettu pesuneste, josta osa kulkee ylös
päin pesuvyöhykkeeseen ja osa seuraa pusketun massan mukana diffusöörin, joka on tässä kytketty täydentämään pesulaitteistoa.
Tutkimusten mukaan Kamyrin Hi-heat-pesu käyttäytyy erilailla kuin esimerkiksi syr
jäytykseen tai sakeutukseen perustuvat pesurit, joilla on Hi-heat-pesun tavoin korkea lämpötila /17/. Tämä vaikuttaa muun muassa suovan liukoisuuteen. Näyttää siltä, että suopa peseytyy kohtuullisen hyvin Hi-heat-pesussa. Tämä johtuu ilmeisesti siitä, että suopa on liuenneessa muodossa ja vaahtoaminen on estetty paineistetulla systeemillä.
Pilot-mittakaavaiset Kamyr-keitintutkimukset ovat osoittaneet, että keiton lopetuksessa suurin osa suovasta on edelleen keittyneessä hakkeessa ja vain noin 10 % on poistunut hakkeesta keittoliemeen diffuusion avulla. Tästä johtuen keitinpesun tulisi taata riit
tävästi aikaa suovalle poistua keitetystä hakkeesta. Hi-heat-pesussa sisääntulevan pe- sulipeän lämpötila on noin 90 °C ja sen kuiva-ainepitoisuus on noin 3-5 %. Tässä vai
heessa käytännöllisesti katsoen suopa on kokonaisuudessaan liuoksessa. Lipeän pois
tuessa keittimestä sen lämpötila on noin 150-160 °C ja sen kuiva-ainepitoisuus on noin 15-17 %. On luultavaa, että tämä lämpötilannousu mahdollistaa suovan pysymisen liu
oksessa.
Kuva 17 esittää Laxénin tutkimusten perusteella suopajakauman natriumkonsen- traation funktiona Kamyr-pesulinjassa, jossa massan pesu tapahtuu ensin Hi-heat- keitinpesussa, tämän jälkeen diffusööripesurissa ja lopuksi imurumpusuodattimella /17/.
Kuva 18 esittää Laxénin tutkimusten perusteella vertailun kahden eri pesumenetelmän pesuvirtojen suopamäärien välillä. Kuvassa ylempi virtauskaavio esittää nelivaiheisen rumpusuodatinpesemön suopamäärät kiloissa massatonnia kohden eri virroissa ja
alempi kaavio vastaavat virrat Kamyr-linjalle /17/. Kuvasta 18 voi havaita, että joka
inen “pesu-looppi” rumpusuoda- tinpesulinjalla sisältää runsaasti suopaa.
CTO IN PULP SUS- CTO IN WASHER
PENSION, kg/m3
Hr FILTRATE. 4g/m3
Ur LEGEND
• HiHeot x Diffuser О drum filter
20 0 4 6 12 16 20 24 28 32 SODIUM CONCENTRATION, kg/m3
Kuva 17. Suopajakauma natriumkonsentraation funktiona Kamyr-pesulinjassa. Mas- sanpesu tapahtuu järjestyksessä: Hi-heat, diffusööri ja rumpusuodatin. Kuvassa termi СТО tarkoittaa raakamäntyöljyä. Vasen kuvaaja: Suopakonsentraatio massasuspen- siossa eri pesuvaiheissa. Oikea kuvaaja: Suopakonsentraatio pesusuodoksessa eri pe- suvaiheissa/17/.
57 44 17
15
Wish circolition
screens flieith i;
circulation i?
screens oi
OHfusiaa
Condensates.... - ■:.-
Kuva 18. Vertailu kahden eri pesumenetelmän pesuvirtojen suopamäärien välillä.
Ylempi virtauskaavio esittää nelivaiheisen rumpusuodatinpesemön suopamäärät eri virroissa ja alempi kaavio vastaavat virrat Kamyr-linjalle /17/. Kuvan suopakonsen- traatiot on esitetty yksikössä kiloa suopaa massatonnia kohden.
Viime aikoina kylmäpuskuiset eräkeittomenetelmät ovat yleistyneet muun muassa nii
den paremman energiatehokkuuden takia/19, 20/. Näidenkin keittomenetelmien suo- pataseista on olemassa hyvin vähän julkaistua tietoa. Tutkimusten mukaan eräkeit- tomassojen keittimensisäinen pesu vastaa tehokkuudeltaan hyvää yksivaiheista pesu- vaihetta. Suovan poistuminen massasta tapahtuu kuitenkin kylmäpuskuisilla eräkeit- timillä huomattavasti heikommin kuin Kamyr-keittimillä. Tämä pätee myös silloin kun eräkeittimellä käytetään korkeampia laimennuskertoimia kuin normaalisti.
Kylmäpuskuisella eräkeittimellä keitetyt hakepalat ovat vähemmän aikaa kosketuk
sessa pesuliuoksen kanssa keittimen sisäisessä pesussa kuin Kamyr-keittimellä. Tämä lyhyempi aika aiheuttaa sen, että suovalla ei ole riittävästi aikaa siirtyä diffuusion avulla keitetystä hakkeesta hakepalan ulkopuolelle olevaan lipeään. Suovan huonompi siirtyminen eräkeittimessä johtuu osaksi myös alhaisemmasta lämpötilasta. Eräkeit
timellä kuiva-ainepitoisuuden saavuttaessa huippunsa lipeän lämpötila on noin 90 °C verrattuna Kamyrin vastaavaan 150 °C:seen.
Taulukko 5 esittää suopataseet konventionaaliselle eräkeittimelle ja jatkuvatoimiselle keittimelle eri vuosilta 191. Lisäksi taulukossa on esitetty suovan talteenoton tehokkuus eri kohdista prosessia. Esitetyt suopamäärät on ilmoitettu nauloina ilmakuivaa
puuraaka-ainetonnia kohden. Taulukon 5 erot selittyvät osaksi mustalipeän kuiva- ainepitoisuuden kasvun avulla. Vuonna 1972 laihalipeäsäiliöön menevän ensimmäisen pesuvaiheen pesulipeän kuiva-ainepitoisuus oli noin 13 %, kun taas vuonna 1985 Kamyrin pesuliemen kuiva-ainepitoisuus oli 19 %. Vuonna 1987 kuiva-ainepitoisuus vaihteli välillä 15-17 %. Tämä kasvanut kuiva-ainepitoisuus tehosti huomattavasti lai- halipeäsäiliössä tapahtuvaa suovan erottumista.
Taulukko 5. Suopataseet konventionaaliselle eräkeittimelle ja jatkuvatoimiselle keit- timelle eri vuosina sekä talteenoton tehokkuus eri prosessikohdista. Taseen suo- pamäärät on ilmoitettu nauloina ilmakuivaa puuraaka-ainetonnia kohden 191.
Pulp Type:
Digester Washer.
Year
Linetboard Batch Vac. Drum
7972
lb/o.d ton wood
Bleached Kamyr Diffusion
7985
Iblo.d. ton wood
Linerboard Kamyr Vac. Drum
1987 Iblo.d. ton
wood
Tree 112 91
Chips to Digester 75 74 63
Unwashed Pulp 74 70 57
F'ltiate Recirc. 63 46
Washer 12 7 8
Decker 8
To Weak Liq. Tank 62 67 52
Fr.Weak Liq. Tank 60 21 31
Fr. Evap. Skimmer 12 9 7
To Rec. Boiler 11 9 7
Sewer 4 1 2
Weak Liquor Soap 2 3% 46 80% 21 46%
Evaporator Soap 48 94% 11 20% 24 54%
Heavy Liquor Soap 2 3% 0 0% 0 0%
Total Soap 51 100% 58 100% 45 100%
Recovery Efficiency 68% 78% 71%
5.3 Suovan erottuminen lipeäsäiliöissä
Suovan erottaminen laihalipeästä ennen haihdutusta on hyvin tärkeää /15/. Lipeän jäähtyminen ja pitkä retentioaika laihalipeäsäiliössä mahdollistavat suovan erottumisen tässä kohdassa. Suovan erottumista laihalipeäsäiliössä voidaan parantaa huomattavasti nostamalla mustalipeän kuiva-ainepitoisuus noin 17 %:iin. Mustalipeän korkeampi kuiva-ainepitoisuus laihalipeäsäiliössä saadaan aikaan lisäämällä haihduttimelta haihdutettua lipeää laihalipeän joukkoon. Tyypillisesti noin 40-80 % talteenotetusta suovasta saadaan laihalipeäsäiliöstä /91.
keleiden nousunopeus. Säiliön virtausolosuhteiden täytyy olla tasaiset ja lipeän sisääntuloja ulosmeno on järjestettävä niin, että säiliön koko poikkipintaa käytettään hyväksi. Karkeana ohjearvona voidaan sanoa, että hyvä suovanerotus vaatii noin 30 % kuiva-ainetta sisältävälle välilipeälle viipymisaikaa vähintään yhtä monta tuntia kuin säiliössä olevan lipeän korkeus on metreissä, sekä matalaa, noin 60 °C:n lämpötilaa.
Välilipeäsäiliössa erottumatta jäänyttä suopa voidaan erottaa vielä vahvalipeäsäiliössa /15/.
Kuva 19 esittää järjestelyn lipeän haihdutusta ja suovan erotusta varten /21/. Kuvassa ei ole esitetty kaikkia haihduttamoon normaalisti sisältyviä yksiköitä selkeyden vuoksi.
VAPOR VAPOR
VAPOR
FLASH STEAM FLASH
STEAM, 3rd EFFECT 4th EFFECT
2nd EFFECT lit EFFECT
VAPOR
SKIMMER ASH TANK
SOAP SKIMMER
TANK TO SOAP
ACCUMULATOR
Kuva 19. Järjestely lipeän haihduttamiseksi ja suovan erottamiseksi /19/.
