KUORINTA, HAKETUS, HAKESEULONTA JA KUIVA-AINEPITOISUUDEN MÄÄRITYS

tekijät: Miia M. jaToni P.

 

Kuorinta, haketus..

Kuorimme puun (haapa), katkaisimme sopivan mittaisiksi pätkiksi ja pilkoimme ne vielä sopivan kokoisiksi pätkiksi.

Puimme suojavarusteet (kuulosuojaimet ja suojalasit). Käynnistimme hakun ja aloimme syöttää haketettavaa puuta hakkuun. Kun haketus oli valmis, pysäytimme hakun, avasimme sen ja puhdistimme.

Hakeseulonta

Tarkistimme, että seulapinnat olivat puhtaita ja oikeassa järjestyksessä. Kiinnitimme laatikot ravistelukehikkoon ja levitimme hakkeen ylimpään laatikkoon. Puimme kuulosuojaimet ja käynnistimme seulan. 10 minuutin kuluttua kone pysäytettiin ja valmistuneet jakeet siirrettiin jokainen omiin ämpäreihin. Jakeet punnittiin 0,1 g tarkkuudella.

Veimme 100 gramman näytteen metalliastiassa lämpökaappiin kuiva-ainepitoisuuden määrittämistä varten.

Seulapinta	g	%
Reikä 45 mm	111,8	5
Rako 8 mm	300,5	13,5
Reikä 13 mm	1417,6	63,5
Reikä 7 mm	310,3	13,9
Reikä 3 mm	76,4	3,4
Purulaatikko	17,2	0,8
Yhteensä	2233,7	100

 

Saimme seulonnan jälkeen priimaa puutavaraa sellun keittoon 1311,5 g.

SIISTAUS

Siistauksessa kuiduista poistetaan painoväri, täyteaineet, lika ja tahmat. Siistausprosessin myötä massan vaaleus kasvaa ja massasta häviää pääasiassa päällystyspigmenttejä ja täyteaineita, minkä vuoksi uusiomassansitoutumiskyky kasvaa. Siistaus tapahtuu mekaanisen rasituksen sekä pulpperiin ja vaahdotukseen lisättävien kemikaalien avulla. Tärkeimmät siistauksessa käytettävät yksikköprosessit ovat pesu ja vaahdotus. Vaahdotuksessa värihiukkaset saostetaan ja jotka sitten poistetaan vaahtona sulpusta. Massasta irronneet painoväri ja muut epäpuhtaudet nostetaan vaahdotuskemikaalin avulla sulpun pintaan ja kaavitaan tämän jälkeen pois.


tekijät: Miia M. ja Elina L.

Aluksi määritimme sanomalehden kuiva-ainepitoisuuden IR-kuivaimella.

Määritimme kuiva-ainepitoisuudeksi  93,08 % ja massaa meillä oli 93 g. Näillä tiedoilla laskimme että tarvitsimme työhön 99,91 g märkää lehteä.

Massan hajotus

Revimme paperit pieniksi paloiksi astiaan ja lisäsimme 1,5 litraa kuumaa vettä ja hajotimme paperit tehoseikoittimella.

Mittasimme seuraavat, myöhemmin siistauskennoon lisättävät kemikaalit samaan dekantterilasiin:

10 g ’’saippuaa’’

23 ml 1-N NaOH

3 ml silikaattia (5%)

5 ml EDTA

10 ml H₂O₂

Saippuan liuotimme aluksi erikseen dekantterilasissa lämpölevyllä.

 

Siirsimme seuraavaksi hajotetun massasulpun ja kemikaalit siistauskennoon ja lisäsimme 4 g CaCl₂ ja täytimme siistauskennon vedellä ylijuoksuun asti. Avasimme siistauskennon ilmahanan ja käynnistimme siistauskennon. Kaavimme syntyvää vaahtoa ylijuoksusta ja lisäsimme samalla suihkupullolla kuumaa vettä kennoon.  Kun musteista vaahtoa ei enää syntynyt, lopetimme siistauksen ja otimme ämpäriin siistattua massaa. Tyhjensimme kennon ’’pussin’’ kautta ja pesimme sen.

 

Vertailumassan hajotus

Otimme 1/8 osan (12,48 g) ensimmäisen massan paperimäärästä ja revimme sen astiaan. Lisäsimme sekaan kuumaa vettä ja hajotimme massan ilman kemikaaleja tehosekoittimella ja laimensimme kolmeksi litraksi.

 

Molemmista massoista tuli valmistaa viisi laboratorioarkkia

PAPERINÄYTTEIDEN MITTAUKSET

SANOMALEHTIPAPERIN MITTAUKSET PAPERILABORATORIOSSA

Karheus ja ilman läpäisevyys

Karheudella tarkoitetaan periaatteessa sitä, paljonko pinnan eri kohdat paksuussuunnassa poikkeavat keskimääräisestä paksuudesta. Kuiturakenteen vuoksi paperi on huokoista materiaalia. Kuitusidosten väliin jää ilmataskuja, jotka tekevät paperista huokoisen. Paperin ilmanläpäisykyky on riippuvainen huokoisuudesta.

 Karheus                                        alapuoli                                          yläpuoli

                                                    206 ml/min                                   212 ml/min

Ilman läpäisevyys                         254 ml/min

Paksuus ja tiheys

Paksuus vaikuttaa paperin kulkeutumiseen koneella. Paksuus vaikuttaa myös koneen lämmitystehoon, mitä paksumpaa paperi on, sen enemmän sen kuivaamiseen tarvitaan tehoja. Paperin tiheys koostuu periaatteessa käytetyistä raaka-aineista ja paperin huokoisuudesta.

Paksuus                                         81 µm

Tiheys                                           559,63 kg/m³

Neliömassa

Paperin neliömassa eli grammapaino ovat merkittävin paperin paksuutta ja jäykkyyttä saneleva tekijä. Sanomalehtipaperista leikattiin 250 mm x 300 mm pala ja punnittiin se vaa’alla. Tuloksen avulla saatiin laskettua neliömassa.

Neliömassa                                   45,33 g/m³      

Vaaleus ja opasiteetti       

Paperin vaaleus on sen kuitukoostumuksen, päällysteen ja muiden valmistuksessa käytettyjen raaka-aineiden summa. Vaaleutta mitattaessa paperin pintaan heijastetaan valoa, josta osa kulkee paperin läpi ja osa heijastuu takaisin, jos takaisin heijastuminen tapahtuu koko näkyvän spektrin alueella, paperia sanotaan valkoiseksi. Opasiteetti eli paperin läpinäkymättömyys on haluttu ominaisuus esim. paperin luettavuuden kannalta. Painoväri ei saisi heijastua toiselta puolelta toiselle.

Vaaleus                                        R457C 54,74

Opasiteetti                                   97,29

Repäisylujuus (ks/ps)

Repäisylujuudella tarkoitetaan tietyn mittaisen repeämän aikaansaamiseen vaadittavaa työtä. Paperin viansietokykyä mitataan murtositkeyden lisäksi poikkisuuntaisen repäisylujuuden avulla. Poikittaisia repeämiä paperikoneella aiheuttavat usein esimerkiksi rainassa olevat likaläiskät, reiät ja reunaviat. Paperin repäisykohdasta voi huomata, että osa kuiduista on säilynyt ehjänä ja osa on mennyt poikki. Paperinäytteen repäisyyn tarvittava työ koostuu siis kahdesta osasta: ehjien kuitujen ulosvetämiseksi tehdystä työstä ja kuitujen katkaisemiseksi tehdystä työstä.

Repäisylujuus                              ks                                                      ps

                                                                     155,8 mN                                          247 mN

                      Repäisyindeksi                       3,44mNm2/g                                                5,43mNm2/g

Vetolujuus, murtotyö ja venymä (ks/ps)

Vetolujuudella tarkoitetaan suurinta kuormitusta, minkä paperiliuska pystyy kestämään ennen repeämistä, kun sitä vedetään pinnan suuntaisesti. Vetolujuuden, murtotyön ja repäisylujuuden suuruus vaihtelee kone- ja poikkisuunnassa. Tämä on suoraa verrannollinen kuitujen orientaatioon. Koska yleisesti kuituja on asettunut enemmän konesuuntaisesti kuin poikkisuuntaisesti, on konesuuntainen vetolujuus huomattavasti suurempi. Paperin murtotyö muodostuu venymästä ja vetolujuudesta. Venymä on tärkeä ominaisuus painopaperilla, sillä painettaessa radan kireys vaihtelee, ja se vaatii paperilta kestävyyttä.

Vetolujuus                                    ks                                                      ps

                                                  2,58 kN/m                                     0,59 kN/m

Venymä                                         ks                                                     ps

                                                   0,90 %                                             1,33 %

Murtotyö                                      ks                                                      ps

                                                  13,66 J/m²                                              6,44 J/m²


Vetoindeksi                               56,95 Nm/g                                 13,02 Nm/g  
Murtotyöindeksi                       301,55 Nm/g                               142,16 Nm/g

Puhkaisulujuus

Testikappaleen puhkaisulujuus on käytetyn hydraulisen paineen maksimiarvo, jonka näyte kestää rikkoutumatta.

                         Puhkaisulujuus                               146 kPa    

                         Puhkaisuindeksi                            3,22 kPam2/g  



 Sanomalehtipaperia valmistetaan kotikeräyspaperista, jonka toivotaan sisältävän 50–80 % sanomalehtipaperia ja loppuosan olevan aikakausilehteä ja mainoksia. Sanomalehtipaperin kriittisiä ominaisuuksia ovat ajettavuusominaisuudet, opasiteetti, läpipainatus, vaaleus ja pinnan karheus sekä veto- ja repäisylujuudet. Näistä uusiomassan kannalta haastavimmat ovat vaaleus, läpipainatus ja karheus. Kuitenkin siistaustekniikan kehitys on vähentänyt uusiomassan käytöstä johtuvia ongelmia, ja sanomalehtipaperia on käytännössä mahdollista valmistaa jopa 100 % uusiomassasta. Ajettavuus on äärimmäisen tärkeä ominaisuus painokoneilla tiukkojen aikataulujen johdosta.

Lehdet ja muu keräyspaperi kannattaa tuoda paperinkeräykseen, josta ne päätyvät uuden paperin raaka-aineeksi. Keräyspaperista tehdään uutta paperia nopeammin ja vähemmällä energialla kuin metsästä kaadetusta puusta.Paperikuituja voidaan kierrättää useita kertoja, parhaimmillaan samat kuidut kiertävät Euroopassa uusiopaperin raaka-aineena keskimäärin 3,5 kertaa. Kun kuituja ei enää voida käyttää paperin valmistuksessa, ne hyödynnetään energiana. 

Suomessa tuottaa sanomalehtipaperia enää yksi kone, UPM:n paperikone 7 Kaipolassa Jämsässä. Yli puolet Kaipolan PK 7:n raaka-aineesta on kotimaista lehtien kierrätyspaperia. – EU:n kukkaympäristömerkki edellyttää, että paperissa on vähintään 55 prosenttia kierrätyskuitua. Kone nielee valtaosan Suomen kierrätyspaperista. 

Viskositeetin määritys viskosimetrillä

Työssä määritimme parini kanssa shampoon viskositeetin Brookfieldin viskosimetrillä kahdessa eri lämpötilassa.

1. Otimme shampoota kaksi näytettä dekantterilaseihin. Toisen laitoimme jäähtymään jäähauteeseen.
2. Valitsimme sopivan anturin viskosimetriin ja teimme Brookfieldin viskosimetrin ohjekirjan mukaan sopivat nopeus- ja anturiasetukset.
3. Mittasimme huoneenlämpöisen shampoon lämpötilan ja viskositeetin
4. Mittasimme jähmettyneen shampoon lämpötilan ja viskositeetin

Huoneenlämpöisen (21°C) shampoon viskositeetiksi mittasimme viskosimetrillä 49 000 mPas/s ja jähmettyneen (14°C) shampoon viskositeetiksi 66 870 mPas/s. Jähmettyneen shampoon viskositeetti oli selkeästi huoneenlämpöistä shampoota suurempi.

Viskosimetri:

Sulamispisteen määrittäminen

Valitsimme parini kanssa määritettäväksi kofeiinin sulamispisteen. Kofeiinin sulamispisteen virallisessa analyysissa sulamispisteeksi oli määritelty 236.5 +/-0,2°C. Omassa määrityksessämme käytimme sulamispistelaitetta M-560, laitteella on mahdollista määrittää myös kiehumispiste.

1.  Valitsimme laitteen valikosta määritettäväksi sulamispisteen
2. Asetimme aloitus lämpötilaksi 230°C ja lopetus lämpötilaksi 240°C. Aloitus lämpötilaksi oli ohjeena asettaa 5-10°C vähemmän kuin sulamispiste ja lopetus lämpötilaksi aste määrä joka on liioittelematta selvästi odotetun sulamispisteen.
3. Lämpötilan nousunopeudeksi valitsimme 1°C/min
4. Valmistelimme kofeiini näytteen pieneen näyteputkeen ja asetimme näytteen laitteeseen ja kytkimme laitteen päälle aloittaaksemme määrityksen. 
5. Tarkastelimme näytettä linssin läpi, kunnes näyte alkoi sulaa ja otimme ylös sen hetkisen lämpötilan 236,2°C.

Onnistuimme tällä sulamispistelaitteella määrittelemään kofeiinin sulamispisteen lähelle virallisesti määriteltyä arvoa, eroa oli vain 0,3°C.

Tiheyden määritys pyknometrillä

Työn tarkoituksena on määrittää neljän eri suolaliuoksen tiheys pyknometriä käyttäen. Kappaleen painon ja tilavuuden välistä suhdetta kutsutaan tiheydeksi.

pyknometri

Reagenssit ja välineet

• pyknometri
• asetoni
• ionivaihdettu vesi
• suolaliuokset

Suoritus

Sekoitimme parini kanssa 1 %-, 7 %- ja 12 %-suolaliuokset. Lisäksi saimme määritettäväksi opettajan sekoittaman x %:sen suolaliuoksen.

Pyknometri pestiin asetonilla ja kuivattiin. Tyhjä pyknometri punnittiin korkin kanssa, jonka jälkeen täytettiin vedellä. Korkki laitettiin kiinni niin, että liika vesi valui pois. Pyknometri punnittiin vedellä täytettynä korkin kanssa. Otimme painot ylös.

Pyknometri huuhdeltiin tutkittavalla suolaliuoksella täytettiin liuoksella täyteen ja punnittiin. Pyknometri huuhdeltiin aina eri vahvuuksisien suolaliuosten välissä, ja punnitus suoritettiin jokaisesta liuoksesta. Otimme painot ylös.

Tiheyden laskeminen

Käyttämämme pyknometrin tilavuus 50,280 cm³
Tyhjän pyknometrin paino 31,19 g

Laskimme suolaliuosten tiheydet kaavalla
tiheys, ρ =   massa, m   
                   tilavuus, v

esim. vesi 
veden massa pyknometrillä 81,35 g
veden massa 81,35 g - 31,19 g = 50,16 g
veden tiheys ρ =   50,16 g     =  n. 0,998 g/cm³ 
                           50,280 cm³


TIHEYDET (g/cm³)

vesi                     0,998
1 %-suolaliuos    1,005
7%-suolaliuos     1,050
12 %-suolaliuos  1,088
x %- suolaliuos   1,012 

Piirsin Excelille suolaliuoksen tiheyden massaprosenttisuuden funktiona ja määritin kuvaajalta opettajan sekoittaman suolaliuoksen massaprosenttisuuden.






Tuntemattoman x%:sen suolaliuoksen massaprosenttisuus, kun tiheys 1,012 g/cm³ tiedettiin.

y=0,0075*x+0,9977
1,012=0,0075*x+0,9977
1,012-0,9977=0,0075*x
x=(0,012-0,9977)/0,0075
x=1,906666
x= n. 2


Opettajan sekoittaman suolaliuoksen massaprosenttisuudeksi selvisi 2 %.

Ammattifysiikka 2. kerta

Viime kerralla käsittelimme fysiikassa läpi pyörimisliikkeen, voiman ja vastavoiman, keskipakovoiman, painovoiman, kitkan, työn sekä tehon teoriaosuudet ja laskimme niihin liittyviä laskuja. Ymmärsin mielestäni asiat teorissa ja laskut oli helppo laskea muistikolmioiden avulla.  Muistikolmiot ovat todella hyödyllisiä laskemisen apureita koska kaikkia kaavoja on hankala muistaa ulkoa.

Kotitehtäväksi saimme tutustua itsenäisesti fysiikan kirjasta (Ammatillinen FyKe, tekniikka) potentiaali- ja kineettiseen energiaan.

Tässä tiivistettynä mitä sain irti potentiaali- ja kineettistä energiaa käsittelevästä kirjan osiosta:

Potentiaalienergia kuvaa kappaleen asemaan liittyvää energiaa. Nostotyö kasvattaa potentiaalienergiaa. Mitä korkeammalla kappale on, sitä korkeampi on potentiaalienergia. Potentiaalienergia (Ep) laskemiseen tarvitaan kappaleen massa (m), putoamiskiihtyvyys(g) ja kappaleen korkeusasema (h). Laskussa nämä tiedossa olevat luvut kerrotaan keskenään -> Ep=m*g*h. Potentiaalienergian yksikkö on joule J, joka on yleinen energian yksikkö.

Kineettinen energia on liikkuvan kappaleen energiaa. Liike-energian suuruus riippuu kappaleen massasta (m) ja nopeudesta (v). Kun kappale putoaa korkeusasemastaan potentiaalienergia muuttuu liike-energiaksi. Liike-energia (Ek) lasketaan Ek=0,5*(m*v²).

Taitekerroin refraktometrillä

Suolaliuoksen taitekerroin refraktometrillä

Työn tarkoitus oli määrittää suolaliuoksen taitekerroin rafraktometriä käyttämällä.

Sekoitimme 3 hengen ryhmäni kanssa 3 %-, 6 %-, ja 11 % - NaCl suolaliuokset. Lisäksi saimme määritettäväksi opettajan sekoittaman tuntemattoman prosenttisen (x %) suolaliuoksen.

Asetimme liuos kerrallaan jokaisesta liuoksesta tipan refraktometrin näytelasille ja määritimme niistä taitekertoimen.

Saamamme taitekertoimet

3 %   = 1,3389
6 %   = 1,3415
11 % = 1,3531
x %   = 1,3420





Piirsin Excelin kuvaajalle suolaliuoksen taitekertoimen massaprosentisuuden funktiona.

 


Suoran yhtälön avulla ja määrittelemällämme taitekertoimella pystyin laskemaan opettajan sekoittaman x %:sen suolaliuoksen massaprosenttisuuden. x %:sen liuoksen taitekerroin oli 1,3420.

1,3420=0,0018*X+1,3323
1,3420-1,3323=0,0018*X
x=(1,342-1,3363)/0,0018
=5,38888889

Sain opettajan sekoittaman suolaliuoksen massaprosenttisuudeksi n. 5 %.

Kosteuden määrittäminen kaljamaltaasta IR- ja halogeenikuivaimella

Kuiva-ainepitoisuuden määrittäminen IR-kuivaimella

Valitsimme parini kanssa työhön käytettäväksi kaljamaltaan. Ohjeena oli mitata n. 2-4 g ainetta tasaisesti alumiinikupille joka asetettiin IR-kuivaimeen. Mittasimme parini kanssa 2,45 g. Kuivaimen kansi suljettiin ja laite kytkettiin päälle. Kuivaus kesti n.10 minuuttia. Laite antoi kuiva-ainepitoisuudeksi 98,61 %. Laskin aineen kosteuspitoisuudeksi 100 % - 98,61 % = 1,39 %

IR-kuivaimella määritimme kaljamaltaan kosteuspitoisuudeksi 1,39 %.

Kosteusprosentti halogeenikuivaimella

Toisessa vaiheessa lähdimme määrittämään kaljamaltaan kosteusprosenttia halogeenikuivaimella. Kuivaimen valikosta valitsimme tuotteelle oikean ohjelman, jonka seurauksena laite ohjeisti mittaamaan ainetta alumiinikupille 2,6-3,5 g. Mittasimme ainetta 3,188 g, suljimme kuivaimen kannen ja käynnistimme kuivaimen. Kuivaus kesti n. 15 min ja laite antoi kosteusprosentiksi -4,23 %. Luku osoitti prosentuaalisen määrän kosteudesta joka haihtui kuivauksen aikana.

Halogeenikuivaimella määritimme kaljamaltaan kosteuspitoisuudeksi 4,23 %.

Tiesimme halogeenikuivaimen olevan tehokkaampi ja tarkempi laite kosteuden määritykseen, myös kuivaus kesti pidempään kuin IR-kuivaimella, saattoi sekin vaikuttaa tarkempaan tulokseen. Koska kosteuspitoisuudet eri kuivaimilla erosivat hieman toisistaan, tarkempi kaljamaltaan kosteuden määritys saatiin halogeenikuivaimella , jota käyttämällä saimme kosteuspitoisuudeksi 4,23 %.

Määrittelin kaljamaltaan kosteuspitoisuudeksi 4,23 % ja sen kuiva-ainepitoisuudeksi 95,77 %.