FI111173B - Menetelmä paperirainan laadun hallitsemiseksi - Google Patents

Description

111173

Menetelmä paperirainan laadun hallitsemiseksi Förfarande for att kontrollera kvaliteten i en pappersbana 5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä.

Tekniikan tason mukaisissa paperi- ja kartonkikoneissa massa syötetään perälaati-kosta formeriin yleensä kahden viirasilmukan väliseen yhteiseen juoksuun, jossa rainasta poistetaan vettä mahdollisimman symmetrisesti kummankin viiran läpi.

10 Tällöin pyritään rainaan, joka on symmetrinen rainan pituussuuntaiseen keskitasoon nähden. Formeiista eli viiraosalta paperi tai kartonkiraina johdetaan puristinosaan, jossa rainasta edelleen poistetaan vettä ja sen jälkeen kuivatusosaan, minkä jälkeen raina rullataan rullaimella ja tarvittaessa johdetaan jälkikäsittelyyn.

15 Tekniikan tasosta tunnetusti paperi- ja kartonkirainojen valmistuksessa muodostetaan ensin perälaatikolla massa, johon sekoitetaan kuituainesta ja täyteaineita sekä hieno- ja lisäaineita. Massajäijestelmä sekoittaa kuidut ja täyteaineet sekä mahdolliset hieno- ja lisäaineet mahdollisimman homogeeniseksi massaksi syötettäväksi paperi- tai kartonkikoneen perälaatikkoon. Monikerrosrainauksessa on tunnettua käyt- 20 tää myös useita erillisiä massajäqestelmiä eri kuitususpensioiden syöttämiseksi joko yhteen tai useampaan perälaatikkoon. Perälaatikko levittää syntyneen massasuspen-sion tasaisesti viiraosalle, jossa alkaa veden poisto ja rainan huopautuminen. Tekniikan tasosta tunnetaan useita erityyppisiä alan ammattimiehelle sinällään tunnettuja viiraosia eli formereita: tasoviiraformereita, hybridiformereita ja kitaformereita.

25 Kartonkikoneissa saattaa olla useitakin viirayksikköjä. Tekniikan tasosta tunnetuissa ratkaisuissa kyetään kuitu- ja täyteainejakaumaa rainan paksuussuunnassa vain rajallisesti hallitsemaan esim. formerin vedenpoistoelementtien sijoittelulla ja alipaineilla Täyteaineet rikastuvat usein rainan pinnoille vedenpoistovaiheissa.

30 Paperirainan paksuussuuntaisen täyteaineen jakauman hallinta on monessa mielessä toivottava ominaisuus. Tähän ei kuitenkaan tekniikan tasosta tunneta yksinkertaista 111173 2 ja edullista ratkaisua. Tarve täyteainejakauman hallintaan voi tulla esille esimerkiksi paperirahaan pintojen välisen symmetrian (absorptio, karheus) hallintatarpeista tai esimerkiksi jälkikäsittelyn yhteydessä suoritettavan päällystyksen pohjapaperin pintaominaisuuksien hallintatarpeista. Tekniikan tasosta tunnettuna ongelmana on kui-5 tenkin tunnistaa jakauman hallintaan vaikuttavien suureiden suuruudet ja suunnat sekä vaikutusten keskinäiset vuorovaikutukset. Tätä hallintaa edelleen vaikeuttaa se, että paperirahaan laadun eri osasuureiden samanaikainen optimointi ei onnistu toivottavalla tavalla j olioin j oudutaan tyytymään kompromisseihin.

10 Tekniikan tasosta tunnettujen eräänä ongelmana on-line -hienopaperin sovelluksien yhteydessä on se, että on-line -prosessin yhteydessä ei saada tietoa rainan täy-teainejakaumasta, vaan täyteainejakauman onnistumisen tieto tulee noin päivän viiveellä, koska täyteainejakauma selviää vasta valmiista rainasta suoritettavien kokeiden perusteella.

15

Tekniikan tasosta tunnetuista järjestelyistä tunnetaan vesimäärien mittaaminen viira-osalla, mutta niiden perusteella saatavat tiedot eivät ole olleet suoraan käytössä vaan niitä on käytetty lähinnä tiedonsaantimielessä eikä niiden perusteella ole tehty säätöjä.

20

Tekniikan tason osalta voidaan viitata US-patenttijulkaisuun 5825653, jossa on esitetty virtausmallipohjainen viiraosan säätömenetelmä, missä virtauslaskennan avulla säädetään viiraosaa. Tässä tunnetussa järjestelyssä muodostetaan fysikaalinen vir-tausmalli, joka perustuu viiran veden poiston ja massasuspension virtaustilaan ja 25 viiran veden poistoa mitataan useista kohdista viiraosaa mittaamalla eri kohdista poistuvan veden määrää ja massasuspension virtaustila määritellään massasuihkun nopeuden, viiran nopeuden ja massasakeuden avulla. Paperin laatua tarkkaillaan paperikoneen kuivassa päässä. Mallissa määritellään tavoitevirtaustila ja nykyisen virtaustilan ja tavoitevirtaustilan välinen ero, mistä muodostetaan kustannusfunktio, 30 jonka avulla määritellään uudet säätö- ja asetusarvot, jotta päästäisiin lähemmäksi tavoitevirtaustilaa. Tämä tunnettu ratkaisu vaatii siten fysikaalisen virtausmallin 111173 3 muodostamisen, jolloin menetelmä on varsin monimutkainen ja vaatii huomattavasti osaamista.

Tekniikan tason osalta voidaan viitata myös FI-patenttijulkaisuun 96788, jossa on 5 esitetty menetelmä ja laitteisto veden poistamiseksi paperikoneen tai vastaavan viiruja /tai puristinosasta. Tässä tunnetussa menetelmässä ainakin yksi imuputki varastetaan ainakin yhdellä raolla ja imuputki yhdistetään tyhjiölähteeseen tyhjiön kehittämiseksi ainakin tähän imuputkeen ja jossa menetelmässä edelleen huopaa, viiraa tai vastaavaa siirretään imuputken raon yli, jolloin tyhjiö poistaa vettä huovasta, viirasta 10 tai vastaavasta. Tässä tunnetussa menetelmässä mitataan ainakin imuputkessa poistuvan veden määrää ja mitatun tiedon perusteella säädetään tyhjiökapasiteettia säätölaitteiden avulla.

Kumpikaan edellä esitetyistä jäq estetyistä ei kuitenkaan mahdollista paperi- tai kar-15 tonkirainan paksuussuuntaisen täyteainej akauman hallintaa.

Keksinnön päämääränä onkin erityisesti saada aikaan menetelmä paperirainan paksuussuuntaisen täyteainej akauman hallitsemiseksi.

20 Keksinnön päämääränä on luoda menetelmä paperirainan laadun hallitsemiseksi on line-ympäristössä erityisesti täyteainej akauman osalta.

Keksinnön päämääränä on saada aikaan menetelmä, jossa paperiainejakauma selvitetään päällystyksen onnistumisen hallitsemiseksi.

25

Edellä esitettyjen ja myöhemmin esille tulevien päämäärien saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle pääasiallisesti tunnusomaista se mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

30 Keksinnön mukaisesti täyteaineen jakauman hallinnassa käytetään mallipohjaista täyteainej akauman hallintaa, joka hyödyntää paperi- tai kartonkikoneen perälaatikon 111173 4 ja formerin hallintasuureita. Malli kuvaa täyteainejakaumaa malliin estimoitujen parametrien avulla. Täyteainejakaumamallissa jakauman luonne kuvataan kahdella parametrilla, jakauman symmetriaa kuvaavalla symmetriakertoimella sekä jakauman muotoa, yleensä U-maisuutta kuvaavalla termillä. Mallin avulla arvioidaan ja-5 kuuman muotoon vaikuttavien parametrien vaikutuksen suuruutta ja suuntaa sekä parametrien keskinäisiä vuorovaikutuksia. Mallin avulla määritellään strategia täy-teainejakauman optimoidulle hallinnalle. Näin esimerkiksi sama täyteainejakauman symmetria on saavutettavissa useammalla eri ohjaussuureen kombinaatiolla. Jakaumien hallinnan kontrollisuureena sekä mallin muodostukseen käytetään esimer-10 kiksi valmista kuiturainasta laboratoriossa määritettyj ä j akaumia ja kontrollisuureena voidaan käyttää myös formerilta poistuvien vesien virtaama- ja sakeustasetta ja -puolisuutta. Tarvittaessa on mahdollista käyttää jotain sopivaa on line -mittausta vaikka esimerkiksi välillistä vaaleuden mittausta paperin puolierojen ja samalla mallin toimivuuden seurantaan. Mallin reuna-arvoina käytetään raaka-ainetta, 15 vedenpoistoa j a mahdollista tuhkasakeutta/virtaamasakeutta.

Keksinnön mukaisen mallin yhteydessä tarvitaan on-line -mittauksena vain viira-osalta poistuvien vesimäärien mittaukset. Mittaustulosten perusteella ennustetaan mallin avulla täyteainejakauma. Lisäksi voidaan mitata poistuvien vesien sakeus.

20

Keksinnön edullisen sovelluksen mukaan mitataan viiraosan kokonaisvirtaamaa ja seurataan paperin toispuoteismittä, jolloin saadaan riittävät tiedot täyteainejakauman hallitsemiseksi.

25 Keksinnön erään toisen edullisen sovelluksen mukaan mitataan vedenpoistomäärät erikseen telavedenpoistoista ja listavedenpoistoista ja suoritetaan täyteainejakauman määritys. Tässä yhteydessä otetaan huomioon rauhallisen vedenpoiston (telaveden-poisto) ja pulseeraavan veden poiston vaikutukset malliin, jotka vaikuttavat täyteainejakauman muotoon, erityisesti siihen kuinka paljon täyteainetta on pinnoissa 30 verrattuna rainan keskiosaan.

111173 5

Keksinnön mukaisesti siirryttäessä uuteen geometriaan viiraosalla selvitetään uuden geometrian hallintasuureet mallin määrittämiseksi.

Keksinnön mukaisesti malliin syötetään tiedot massan sakeudesta, kuitukoostumuk-5 sesta ja täyteaineista sekä tulokset vesimäärämittauksista viiraosalla erottaen vesimäärä kummaltakin paperirainan puolelta jotta saadaan tieto vedenpoiston toispuo-leisuudesta. Mallin pohjalta laaditaan täyteainejakauma, jonka perusteella koneen käyttäjä säätää ajoarvoja siten, että jakauma saadaan halutunlaiseksi. Käyttäjä voi säätää mallin pohjalta laaditun täyteainejakauman perusteella eri ajoarvoja esimer-10 kiksi virtaamaa vedenpoistolaitteissa, käytettäviä alipaineita, listavedenpoiston kuormituksia tai geometriaa - halutun täyteainejakauman aikaansaamiseksi.

Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan käyttää erityisen hyvin monikerrosrainauk-sessa, jolloin mallin pohjalta laaditun jakauman perusteella voidaan säätää moniker-15 rosperälaatikon eri kerroksiin syötettävien massojen ominaisuuksia ja/tai täyte-, hieno- j a lisäaineiden määriä.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisen piirustuksen kuvioihin viitaten, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole kuitenkaan tarkoitus mitenkään 20 ahtaasti rajoittaa.

Kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti paperikoneen formeri.

i

Kuviossa 2 on esitetty kaaviollisesti osuus foimerista johon on merkitty suoritettavat 25 vesimäärämittaukset.

Kuviossa 3 on esitetty kaaviollisena lohkokaaviokuvantona keksinnön mukaisen mallin käyttö.

30 Kuvioissa 4a-4e on esitetty kaaviollisesti eräitä keksinnön mukaisen mallin perusteella saavutettavia tuloksia verrattuna todelliseen tilanteeseen.

111173 6

Kuviossa 1 on esitetty kaavallisesti eräs esimerkki paperikoneen viiraosasta 10, joka esimerkki on niin kutsuttu kitaformerityyppinen, jossa viiraosa on muodostettu kahdesta viirasilmukasta Ilja 12 joiden väliseen kitaan 15 perälaatikosta (ei esitetty) 5 tuleva huulisuihku ajetaan. Kummallakin viirasilmukalla on omat johto- ja ohjaus-telansa 13, 14, joista osa voi olla siirrettäviä, jolloin niiden välityksellä voidaan muuttaa viirojen 11, 12 kireyksiä. Perälaatikosta tuleva huulisuihku kohtaa ensiksi formeritelan 20 jonka jälkeen on sijoitettu imulaatikko 21, joka muodostuu useista vedenpoistolistoista alan ammattimiehelle sinänsä tunnetusti. Imulaatikossa 21 on 10 tyypillisesti useita alipainekammioita jolloin alipaineen käyttö tehostaa painepulsse-ja. Rainan vastakkaiselle puolelle on sijoitettu yleensä mahdollisesti kuormitettavat listat 22, mitä kuviossa 1 on kaaviollisesti esitetty nuolilla 22, joilla edesautetaan veden poistoa aiheuttamalla rainan sisällä olevaan suspensioon leikkausvoimia, jotka rikkovat kuituflokkej a j olioin rainan muodostuminen parantuu. Raina johdetaan tästä 15 imulaatikolla ja mahdollisilla kuormituskengillä 21, 22 aikaansaatavasta vedenpois-tovaiheesta viirojen 11, 12 välissä edelleen imutelalle 25, jolla edelleen voidaan poistaa vettä rainasta. Tämän jälkeen raina johdetaan jälkimmäisen viirasilmukan 12 pinnalla puristinosalle P.

20 Kuviossa 2 on esitetty kaaviollisesti keksinnön mukaisessa järjestelyssä niitattavia veden poistoja. Kuviossa 2 on kuviota 1 vastaavista osista käytetty samoja viitenumerolta.

Kuvion 2 mukaisesti keksinnön eräässä edullisesti sovelluksessa vedenpoistoa mita-25 taan formeritelalla 20 sekä listojen alueella tapahtuvana veden poistona 21,22. Täy-teainejakauman selvittämiseksi suoritetaan vesimäärämittaukset A,B,C,D,E ja lisäksi täyteainejakaumamallin määrittämiseksi tarvitaan tieto perälaatikkovirtaumasta Q ja perälaatikkovirtauman sakeudesta c.

30 Kuvioon 2 on kaviollisesti kiij ainmerkinnöin merkitty keksinnön mukaisessa täy-teainejakauman määrittämisen yhteydessä tarvittavat vedenpoistomittaustulokset 7 111173 sekä perälaatikkovirtaama ja perälaatikkovirtaaman sakeutta kiij ainmerkinnöin. Seu-raavassa on esitetty kuviossa käytetyt kiijaimnerkinnät.

Perälaatikkovirtaama = Q Perälaatikkovirtaaman sakeus = e 5 Formerin muodostusalueen vedenpoisto = A+B+C+D+E

Formerin muodostusalueen vedenpoiston toispuoleisuus = BS/TS=(A+C)/(B+D+E)

Telavedenpoisto = A+B

Telavedenpoiston toispuoleisuus BS/TS=A/B

Listavedenpoisto = C+D+E

10 Listavedenpoiston toispuoleisuus BS/TS=C/(D+E)

Rainan alapuoli = BS Raina yläpuoli = TS

Edellä on myös esitetty miten mittaustuloksista muodostetaan laskennan avulla ko- 15 konaisvedenpoistomääritys eli koko formerin muodostusalueen vedenpoisto A+B+C+D+E sekä telavedenpoisto A+B sekä listavedenpoisto C+D+E. Edelleen on esitetty, kuinka vedenpoistomittaustulosten avulla selvitetään vedenpoiston toispuoleisuus. 1 2 3 4 5 6 30

Kuvion 3 mukaisesti edellä esitetyssä kaaviollisessa kuviossa 2 saadut mittaustiedot, 2 lohko 31 johdetaan keksinnön mukaiseen järjestelmään 30, jossa vesimäärämittaus- 3 ten 31 ja sakeusmittauksista 32 saadut tulokset johdetaan laadittuun malliin 33, jonka 4 perusteella määritetään täyteainejakauma 34. Tämän jälkeen koneen käyttäjä 35 suo 5 rittaa tarvittavat säädöt halutun täyteainejakauman saamiseksi muuttamalla ajoarvoja 6 36 esim. virtaamaa, alipainetta, Hstakuormituksia, geometriaa jne. sopivalla tavalla, esimerkiksi alipainetason nostaminen formeritelalla lisää vedenpoistoa formeritelan suuntaan ja perälaatikkovirtaaman lisäys lisää listaveden poiston määrää, jonka jälkeen uudestaan seuraavassa vaiheessa saatavien jakaumatietojen mukaan voidaan tilannetta tarvittaessa tarkentaa ajoarvoja muuttamalla.

111173 8

Keksinnön mukaisen mallin perusteena käytetään täyteainejakauman symmetriaa ja muotoa kuvaavien parametrien lausekkeita

Fsym = f (Pu, Psym, FRvac, LBvac, LBf, HBX, Q) 5 Fu - f (Pu, Psym, FRvac, LBvac, LBf, HBX, Q)

Lausekkeet voidaan esittää myös vedenpoistojen avulla

Fsym = f(A + B + C + D + E. A + C . A + B. A. C + D + E. C 1

B+D+E B D+E

10

Fu = f(A + B + C + D + E, A + C . A + B, A^C + D + E, C )

B+D+E B D+E

15 Lyhenteiden merkitykset:

Psym = polymeeriannostelun symmetriakerroin Pu = polymeeriannostelun muotokerroin FRvac = formeritelan alipaine, kPa HBX = perälaatikon ulostulogeometria, 20 LBvac = imulaatikon alipaine, LBf = kuormituselementtien kuormitusvoima Q = perälaatikkovirtaama, Fs*m

Kuviossa 4a-4e on esitetty monikerrosrainasta mitatut täyteainejakaumat yhtenäi-25 sellä viivalla j a keksinnön mukaisella mallilla saatava täyteainejakauma pisteviivalla. Pystyakselilla on täyteainepitoisuus ja vaaka-akselilla on prosentuaalinen paino. Kunkin kuvion yhteyteen on merkitty siinä eri kerroksiin käytetty täyteainejako. kuviossa 4a-4e on siis esitetty esimerkkejä täyteainejakauman mallin sopivuudesta erääseen koekoneella ajettuun Saijaan, jossa muuttujana oli retentiokemikaalijako 30 paperin paksuussuunnassa Kuviossa 4a-4e on siis esitetty esimerkkejä täyteainejakauman mallin sopivuudesta erääseen koekoneella ajettuun Saijaan, jossa muuttujana oli retentiokemikaalijako paperin paksuussuunnassa 111173 9

Kuten kuvioista 4a-4e nähdään saadaan keksinnön mukaisen mallin perusteella erittäin hyviä tuloksia jotka hyvin kuvaavat todellista täyteainejakaumaa.

Paperirainalla tarkoitetaan keksinnössä myös kartonkirainaa.

Claims (7)

111173

1. Menetelmä paperirainan laadun hallitsemiseksi paperirainan valmistuksessa, jossa paperimassa syötetään paperikoneen perälaatikosta viiraosalle, jolloin pa- 5 perimassasta muodostetaan paperiraina, perälaatikkoon syötettävästä paperimassasta mitataan perälaatikko virtaama ja sakeus ja viiraosalta mitataan paperirainan muodostuksessa viiraosalta poistuvat vesimäärät, tunnettu siitä, että menetelmässä muodostetaan täyteainejakaumamalli, johon syötetään tiedot viiraosan geometrista, mitatusta perälaatikkovirtaamasta ja sakeudesta sekä viiraosalta 10 poistuvista vesimääristä, jolloin mallin avulla muodostetaan arvio täyteaineja-kaumasta ja arvioidun täyteainej akauman perusteella säädetään paperikoneen ajo arvoja.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä 15 viiraosalta mitataan poistuvia vesimääriä telavedenpoistoista ja listavedenpois- toista ja mittaustulosten perusteella määritetään vedenpoiston toispuoleisuus, joka syötetään maihin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetel-20 mässä mallin perusteena käytetään täyteainej akauman symmetriaa j a muotoa kuvaavien parametrien lausekkeista: Fsym = f ( Pu, Psym, FRvac, LBvac, LBf, HBX, Q) Fu = f (Pu, Psym, FRvac, LBvac, LBf, HBX, Q) 25 Psym = polymeeriannostelun symmetriakerroin Pu = polymeeriannostelun muotokerroin FRvac = formeritelan ahpaine, kPa HBX = perälaatikon ulostulogeometria,

30 LBvac = imulaatikon ahpaine, ιΠΊ/ό LBf = kuormituselementtien kuormitusvoima Q = perälaatikkovirtaama, l/s*m

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että me-5 netelmässä mallista saatavan täyteainejakauma-arvion perusteella ohjataan paperikoneen ajoarvoja päällystyksen onnistumisen hallitsemiseksi.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä mallin reuna-arvoina käytetään kuiturainakoneen raaka-ainetta, viira- 10 osan vedenpoistoa ja perälaatikontuhkasakeutta/virtaamasakeutta

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käyttäjä säätää perälaatikon virtaamaa, vedenpoistolaitteissa käytettäviä alipaineita, listavedenpoiston kuormituksia ja/tai viiraosan geometriaa. 15

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä mallista saatavan täyteainejakauma-arvion perusteella ohjataan monikerrosperälaatikon eri kerroksiin syötettävien täyte-, hieno- ja/tai lisäaineiden määriä. 20 mm