Quality variations in prehydrolysis kraft cooking

Abstract

This thesis investigates process variables influencing the quality of a prehydrolysis kraft pulping process for dissolving pulp production using data analysis and subsequent mill trials. The quality of pulp was determined as alkali resistance R10 and R18, and viscosity.

In the data analysis, correlation matrix, PCA and PLS analyses were employed on process data that was synchronized in order to compensate for process delays. The data analysis covered variables from woodhandling to the end of digester discharge. Several factors were found to influence the pulp quality, such as the wood chips size distribution, neutralization time and cooking conditions, but some variations remained unexplained.

Mill trials were used to test the effects of hot liquor temperature and prehydrolysis temperature were tested. A decrease in the hot liquor temperature increased the viscosity of both brownstock and bleached pulp. In addition, the alkali resistance R10 increased, but the limited confidence level of current results calls for additional tests. The change in the prehydrolysis temperature did not affect the alkali resistances R10 and R18. The increase in the prehydrolysis temperature decreased the viscosity, but process disturbances impaired the statistical reliability of the result.

Basket cooks implied that significant quality variation occurs inside the digester, and thus the product quality varies both between and within individual cooks. The variation in viscosity between cooks may be reduced by controlling the digester with G-factor, which describes the depolymerization of cellulose as a function of cooking time and temperature. The hot liquor fill should be included in the G-factor calculation. The variation inside one digester needs to be further studied with basket cooks where prehydrolysis, neutralization, hot liquor fill, cooking and cold displacement conditions are varied.

Työn tarkoituksena oli etsiä esihydrolyysi kraft liukosellun eräkeittoprosessin lopputuotteeseen vaikuttavat prosessimuuttujat hyödyntäen data-analyysiä ja tehdaskoeajoja. Tarkasteltuja liukosellun laatuominasuuksia ovat sekä alkalikestävyydet R10 ja R18 että viskositeetti.

Data-analyysi kattoi prosessimuuttujia puunkäsittelystä keittimen purkuun. Korrelaatiomatriisi, PCA ja PLS analyysit pohjautuivat viiveistettyyn prosessidataan. Analyyseillä löytyi useita alkalikestävyyksiin ja viskositeettiin vaikuttavia tekijöitä, mutta silti osa vaihtelusta jäi selitystä vaille. Useiden tekijöiden voitiin todeta vaikuttavan sellun laatuun, kuten hakkeen kokopalajakauma, neutralointiaika ja keitto-olosuhteet.

Tehdaskoeajoilla todennettiin kahden tekijän vaikutus, kuumalipeän lämpötila ja esihydrolyysi lämpötila. Kuumalipeän lämpötilan lasku nosti viskositeettia. Alkalikestävyyden R10 noususta saatiin myös viitteitä, mutta uusintakoe tarvitaan tuloksen varmentamiseksi. Esihydrolyysi lämpötilalla ei ollut vaikusta alkalikestävyyksiin R10 ja R18 testatulla lämpötila alueella. Esihydrolyysi lämpötilan nosto laski viskositeettia, mutta häiriötekijät heikentävät tuloksen tilastollista luotettavuutta. Korikeitoilla havaittiin myös laadunvaihtelua keittimen sisällä.

Laadun vaihtelua esiintyy keittimien välillä ja keittimen sisällä. Keittimien välistä laadunvaihtelua voi mahdollisesti pienentää käyttämällä keittimen ohjauksessa G-tekijää, joka kuvaa viskositeettihäviötä ajan ja lämpötilan funktiona. Lisäksi G-tekijä laskentaan tulisi sisällyttää kuumalipeätäyttö. Keittimen sisäistä laadunvaihtelua vaatii lisätutkimuksia korikeitoilla, muuttamalla esihydrolyysi, neutralointi, kuumalipeätäyttö, keitto ja syrjäytys olosuhteita.