Browsing by Author "Koskenhely, Kari"

Now showing 1 - 4 of 4
  • No Thumbnail Available
    Item
    Effect of selected filling and pulp suspension variables in improving the performance of low-consistency refining
    (Helsinki University of Technology, 2007-06-02) Koskenhely, Kari; Department of Forest Products Technology; Puunjalostustekniikan osasto; Laboratory of Paper and Printing Technology; Paperi- ja painatustekniikan laboratorio
    This thesis comprises the main findings of a study aiming to improve the performance of low-consistency refining. The following areas were studied: the reproducibility of the laboratory refiner used in the experiments; the refining characteristics of softwood kraft fibre fractions; and the effect of the refiner configuration and bar edge sharpness on fibre and handsheet properties. Careful and regular estimation of no-load power is important for the reproducibility of a laboratory refiner's performance. The warm-up time affects the level of no-load power of the laboratory refiner. Thus, before recording the estimate of no-load power the refiner needs to warm up and approach steady state. At low 0.3 J/m intensity refining, already a 12% change in no-load power, which was caused by reduced warm-up time, was found to cause significant variability in the refining result. In the refining of softwood kraft fibre fractions, optimising refining intensity is important since a fraction having shorter fibre length may have reduced load-carrying capacity. The short-fibre fraction did not tolerate the high intensity of 3.7 J/m as the original pulp and long-fibre fraction did. In addition, more severe fibre shortening of the short-fibre fraction started at lower intensity than what is typically expected for softwood pulp. The magnitude of the gap was found to depend on the type of fraction, with the short-fibre fraction forming a narrower gap than the original pulp and long-fibre fraction at a given intensity. The fraction-specific intensity and gap behaviour are believed to be related to the compressibility of fibre flocs under the stress exerted by the bar surfaces. The specific energy input determined the increase in fibre swelling which contributed to a higher sheet density and improved tensile strength. When examining the differences in refining result between the disc and conical configuration, the conical configuration seemed to form a wider gap than the disc configuration when long-fibre softwood kraft was refined. The reason for this could not be determined. In addition, conical fillings shortened fibres less at medium and high intensity. The sharp bar leading edge of disc fillings was probably the reason for the more severe fibre shortening, which supports earlier findings that refining intensity and bar edge sharpness determine the degree of fibre shortening. By introducing a new method to study bar edge profile, new numerical information was gained on bar edge sharpness. A small calculated radius for the bar edge together with small size angular shaped profiles in the bar edge area appeared to cause the most severe fibre shortening. To avoid severe shortening of long softwood fibres and to retain the energy efficiency of refining, the bar leading edge profile should have radius of curvature fitted to the bar edge larger than about 80 micrometers, but not much more because that may reduce energy efficiency. Small size flaws in bar edges, such as scratches after machining should be removed by a careful finishing of fillings. Both the sharp bar edge and scratches are assumed to hold fibres, causing a tensile-type fibre failure mechanism to occur more easily. The wear and rounding of bar edges depends on the material composition of the fillings. For this reason, care should be taken in selecting a suitable filling material for refining long-fibre softwood pulps.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Evaluation of New Refiner Fillings
    (2003) Somboon, Phichit; Koskenhely, Kari; Puunjalostustekniikan osasto; Teknillinen korkeakoulu; Helsinki University of Technology; Paulapuro, Hannu
    Tämän diplomityön tavoitteena oli määrittää oikeat jauhatusparametrit ja ajotavat käytettäessä kapenevan teräraon (Convergent) jauhinteriä ja teräsärmältään kapeita (Fine Bar) jauhinteriä. Terillä jauhettiin sekä valkaistua lehtipuu- että havupuumassaa. Jauhinteriä testattiin LR 40 -laboratoriojauhimessa. Kirjallisuuskatsauksessa tarkastellaan jauhatusmekanismeja, nykyisiä jauhatusteorioita, jauhatuksen vaikutuksia kuituihin sekä jauhatustuloksista riippuvia paperin ominaisuuksia ja prosessimuuttujia. Kirjallisuuskatsauksen perusteella jauhatuksen tärkeimmät vaikutukset ovat sen aikaansaamat muutokset kuitujen sisäisessä ja ulkoisessa fibrillaatiossa, kuitujen lyheneminen sekä hienoaineen syntyminen, jotka kaikki vaikuttavat merkittävällä tavalla paperin ominaisuuksiin sekä sen ajettavuuteen paperikoneella. Vaikutukset riippuvat (a) jauhintyypistä, (b) jauhinterien dimensioista, kuten teräkulmasta, terien leveydestä, teräraon leveydestä ja terien terävyydestä, (c) prosessiolosuhteista kuten massan sakeudesta, jauhimen pyörimisnopeudesta ja jauhatustehosta ja (d) raaka-aineista. Diplomityön kokeellisessa osassa toimintaa verrattiin referenssiterillä saatuihin tuloksiin. Kokeellisen osan toisessa vaiheessa vertailun tuloksia käytettiin tärkeimpien prosessisuureiden (massan sakeus, jauhatusteho) määrittämiseen lehtipuumassan ja havupuumassan jauhatuksessa, sekä massakuitujen kehittymisen analysointiin. Kokeellisen osan viimeisen vaiheen tavoitteena oli määrittää optimaaliset prosessiparametrit analysoimalla jauhatustuloksia jauhatusenergian nettokulutuksen funktiona. "Convergent"-terien odotettiin ohjaavan kuitukimput teräväliin ja aikaansaavan voimakkaan, sisäistä fibrilloitumista edistävän puristusvoiman. "Fine bar" - terien odotettiin edistävän ulkoista fibrilloitumista havumassakuitujen jauhatuksessa alhaisella tehotasolla. Lehtipuumassan jauhatuksessa massan sakeuden nostaminen 5:stä 6:een %:iin ei vaikuttanut merkittävästi "Convergent" -terien toimintaan, kun taas jauhatustehon muutoksilla oli voimakas vaikutus terien toimintaan. Jauhinta voitiin ajaa hyvin alhaisella 0,1 kW:n nettoteholla ja pienellä terävälillä. Sopivien jauhatusolosuhteiden varmistamiseksi jauhinta tulee ajaa alhaisella teholla. Jauhetun massan keskeisiä ominaisuuksia olivat korkea hienoainepitoisuus ja kuitujen suuri sisäinen fibrillaatio. Havupumassan jauhatuksessa 4 % sakeus ja korkea jauhatusteho todettiin optimaalisiksi. Jauhetun massan keskeisiä ominaisuuksia olivat korkeampi hienoainepitoisuus ja pienempi sisäinen fibrillaatio verrattuna referessiterillä saatuihin tuloksiin. "Convergent" -terät sopivat todennäköisesti parhaiten lehtipuumassan jauhatukseen, koska lyhyet kuidut muodostavat pieniä kuitukimppuja, jotka kulkevat hyvin terävälien läpi. Lehtipuumassan jauhatuksessa "Fine Bar" -terillä sakeus ja jauhatuksen teho olivat voimakkaasti riippuvaisia toisistaan. 5 % massan sakeudella paras tulos saavutettiin alhaisella ja kohtuullisella jauhatusteholla; 6 % sakeudella paras tulos saavutettiin korkealla jauhatusteholla. Jauhetun massan keskeisiä ominaisuuksia olivat korkea hienoainepitoisuus sekä vähäinen kuitujen sisäinen fibrillaatio. Hyvin alhaisella jauhatusteholla kuitujen käsittely kävi mahdottomaksi. Havupuumassan jauhatuksessa paras tulos saavutettiin alhaisella massan sakeudella ja kohtuullisella jauhatusteholla. Jauhetun massan keskeisiä ominaisuuksia olivat korkea hienoainepitoisuus, pieni sisäinen fibrillaatio ja todennäköisesti voimakas ulkoinen fibrillaatio.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Improved fiber treatment with novel refiner fillings
    (2005) Kim, DongYun; Koskenhely, Kari; Puunjalostustekniikan osasto; Teknillinen korkeakoulu; Helsinki University of Technology; Paulapuro, Hannu
    The purpose of this thesis was to develop chemical pulp properties more effectively by using novel refiner fillings. To this end, two different pin fillings were compared with conventional refiner fillings in terms of gap behaviour, refined pulp properties and hand sheet properties. It is suggested that in chemical pulp refining, fibers are treated as fiber flocs and not as individual fibers. Under the shear forces in the grooves and the refining zone, the fiber flocs can be formed and broken up. In refining fillings, normally the thickness of flocs is high in relation to the refiner gap, so a large amount of pulp in the form of flocs may go through the refining zone without entering between the bars. As a result, some fibers undergo no structural changes while others lose their fiber-like shape because of the harsh treatment. Consequently, this results in a heterogeneous refining result. With pins in the grooves, fibers are prevented from flowing freely through the groove without any treatment. The pins were assumed to disperse flocs by modifying the primary flow in the groove by creating speed differences in the flow, which cause additional turbulence - flock breakage - helping smaller flocs or more fibers to enter between the bars. In addition, in the modified pin fillings the pins are installed at different heights, rising towards the outer periphery in order to reduce the back flow at the end of refining zone. When more specific energy was applied, the gap of the reference fillings decreased, whereas the gap of the pin fillings and the modified pin fillings decreased less. At a specific edge load of 2.5 J/m, the gap of the modified pin fillings was larger (about O.2mm) than that of the reference fillings. At a higher SEL of 3.5 J/m and 4.5 J/m, the pulps treated with the modified pin filings retained a higher proportion of the long fiber fraction (longer than 2 mm) and a smaller amount of fines, which resulted in longer average fiber length. At 2.5 J/m SEL, the difference between the modified pin fillings and the reference fillings in terms of the proportion of the long fiber fraction was too small to affect the average fiber length. Similar FSP results were obtained at higher refining intensities, and somewhat lower FSP values were gained with the modified pins fillings at a SEL of 2.5 J/m. The modified pin fillings produced higher fracture toughness and tear strength for hand sheets made from the whole pulp than the reference fillings, but they also gave slightly lower tensile strength. For hand sheets made from the long fiber fraction (R100), no differences in these properties were noted. These results imply that the difference in strength properties for hand sheets made from the whole pulp may arise from the different amounts of fines generated when using different fillings. Because the modified pin fillings produce a larger amount of long fibers and consequently give longer average fiber length, also giving higher fracture toughness and tear strength, the modified pin fillings are suitable for modifying softwood Kraft pulps for use as reinforcement pulp.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Suorilla väreillä syvävärjätyn lautasliinapaperin värinkeston parantaminen ja väriaineen adsorption määrän tehostaminen
    (1995) Koskenhely, Kari; Prosessi- ja materiaalitekniikan osasto; Teknillinen korkeakoulu; Helsinki University of Technology; Paulapuro, Hannu