Ligniinin hienojauhatus planeettamyllyllä
Nyman, Jyri (2013)
Kandidaatintyö
2013
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201310186749
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201310186749
Tiivistelmä
Kirjallisuusosassa tarkastellaan ligniiniä luonnon polymeerinä sekä sen kemiallisia perustietoja. Aiheena on myös sen tuotanto ja käyttö uusiutuvana raaka-ainelähteenä energian-, materiaali- ja kemikaalituotantoon sekä niiden mahdolliset tulevaisuudennäkymät. Mekaanisten prosessien osalta keskitytään kiintoaineen hienontamiseen. Lisäksi perehdytään planeettamyllyn toiminnan teoriaan sekä tuoreimpiin tutkimuksiin planeettamyllyjauhatukseen liittyen.
Työn kokeellisen osan tarkoituksena oli tutkia ligniinin jauhautuvuutta, sillä partikkelien pienentämisellä voidaan kasvattaa ligniininijauheen ominaisalaa ja tasoittaa sen kokojakaumaa. Jauhautuvuuden avulla voidaan esimerkiksi arvioida ligniinille tehtävän hienojauhatuksen kannattavuutta jatkoprosesseja varten. Tutkimuskysymyksinä oli ”kuinka hyvin ligniini jauhautuu planeettamyllyllä?”, ”onko kylmäkäsittelyllä vaikutusta jauhatustulokseen?”, ”miten eri parametrit (jauhatusaika, kuulakoko ja kierrosnopeus) vaikuttavat jauhatustulokseen?” sekä ”muuttaako hienojauhatus ligniinin kemiallista koostumusta?”. Tutkittavana materiaalina oli kaupallinen kraft-ligniini ja koelaitteena käytettiin planeettamyllyä. Syötölle ja kaikille jauhatustuotteille suoritettiin partikkelikokoanalyysi, ja lisäksi syötölle ja erittäin hienoksi jauhetulle tuotteelle suoritettiin FTIR-analyysi.
Kokeiden mukaan ligniini oli hyvin jauhautuvaa, eikä kylmäkäsittelyllä ollut merkittävää vaikutusta jauhatukseen. Kuulakoon pienentäminen sekä jauhatusajan ja kierrosnopeuden kasvattaminen alensivat ligniininjauheen partikkelikokoa. Lisäksi hienojauhatuksen ei todettu muuttaneen ligniinin kemiallista koostumusta. In the literature section the material properties of lignin as a natural polymer and its structure were studied. Its production and applications as a renewable source material for energy, material and chemical industry and their possibilities in future were also viewed. About the mechanical unit operations, particle size communition was focused for its theory, mechanisms energy consumption and especially fine grinding with tumbling ball mill. In addition, the attention was paid for activity theory of planetary ball mill and its recent researches.
The purpose of the experimental section was to research grindability of lignin, because size reduction increases specific surface area of powder and makes it homogenous. Growth of specific surface area quickens chemical processes for example and the viability of grinding before follow-up processes can be estimated by grindability. The research questions were: “how well the lignin is grinded by a planetary ball mill?”, “does cold treatment affect to grinding product”, “how do different parameters (time, ball size and speed of the mill) affect to particle size” and “does fine grinding change the chemical composition?”. A commercial kraft-lignin was as examined material, and the exams were done by a planetary ball mill. The feed and all grinding products were analyzed for particle size, and also the feed and very fine product were analyzed by FTIR-analyzer.
As the result, the lignin was grinded easily, and the cold treatment did not affect. Reducing the ball size and increasing the grinding time and the rotation speed of the mill rudced the particle size of the products. In addition, the fine grinding did not affect to chemical composition of lignin.
Työn kokeellisen osan tarkoituksena oli tutkia ligniinin jauhautuvuutta, sillä partikkelien pienentämisellä voidaan kasvattaa ligniininijauheen ominaisalaa ja tasoittaa sen kokojakaumaa. Jauhautuvuuden avulla voidaan esimerkiksi arvioida ligniinille tehtävän hienojauhatuksen kannattavuutta jatkoprosesseja varten. Tutkimuskysymyksinä oli ”kuinka hyvin ligniini jauhautuu planeettamyllyllä?”, ”onko kylmäkäsittelyllä vaikutusta jauhatustulokseen?”, ”miten eri parametrit (jauhatusaika, kuulakoko ja kierrosnopeus) vaikuttavat jauhatustulokseen?” sekä ”muuttaako hienojauhatus ligniinin kemiallista koostumusta?”. Tutkittavana materiaalina oli kaupallinen kraft-ligniini ja koelaitteena käytettiin planeettamyllyä. Syötölle ja kaikille jauhatustuotteille suoritettiin partikkelikokoanalyysi, ja lisäksi syötölle ja erittäin hienoksi jauhetulle tuotteelle suoritettiin FTIR-analyysi.
Kokeiden mukaan ligniini oli hyvin jauhautuvaa, eikä kylmäkäsittelyllä ollut merkittävää vaikutusta jauhatukseen. Kuulakoon pienentäminen sekä jauhatusajan ja kierrosnopeuden kasvattaminen alensivat ligniininjauheen partikkelikokoa. Lisäksi hienojauhatuksen ei todettu muuttaneen ligniinin kemiallista koostumusta.
The purpose of the experimental section was to research grindability of lignin, because size reduction increases specific surface area of powder and makes it homogenous. Growth of specific surface area quickens chemical processes for example and the viability of grinding before follow-up processes can be estimated by grindability. The research questions were: “how well the lignin is grinded by a planetary ball mill?”, “does cold treatment affect to grinding product”, “how do different parameters (time, ball size and speed of the mill) affect to particle size” and “does fine grinding change the chemical composition?”. A commercial kraft-lignin was as examined material, and the exams were done by a planetary ball mill. The feed and all grinding products were analyzed for particle size, and also the feed and very fine product were analyzed by FTIR-analyzer.
As the result, the lignin was grinded easily, and the cold treatment did not affect. Reducing the ball size and increasing the grinding time and the rotation speed of the mill rudced the particle size of the products. In addition, the fine grinding did not affect to chemical composition of lignin.