Regelparameter. Ola Johansson Inovocell, Inc. Harald Meitinger Lorentzen & Wettre GmbH. VGP Jahrestagung Gernsbach

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Curt Färber
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1 Faserstoffqualität als nutzbarer Regelparameter Ola Johansson Inovocell, Inc. Harald Meitinger Lorentzen & Wettre GmbH VGP Jahrestagung Gernsbach

2 Inhaltsübersicht Einführung Vorteil aus der Regelung der Faserstoffqualität Optische Messsysteme Einstieg über Labormessung, Ersatz McNett Fraktionierung Kontinuierliche Messung direkt im Prozess Klassifizierung der Faser Entwässerung Festigkeit Zusammenfassung

3 Weniger Variationen = Bessere Qualität und geringerer Energieverbrauch Traditionelle Lösung Weniger Abweichungen Sollwertänderung Sollwertregelung Anforderung/Aufgaben Messung der Qualität Wie gehen wir vor? Wie stellen wir sicher dass wir dort bleiben? Frequency % Weniger Abweichungen bedeuten bessere Qualität 3 CSF

4 Beispiel: Energieeinsatz zur Herstellung von mechanischem Faserstoff

5 Beispiel: Energieeinsatz zur Herstellung von mechanischen Faserstoff Spezifischer Energieverbrauch (kwh/ton) Spezifischer Energieverbrauch als Funktion der Entwässerbarkeit Zeitachse Mittelwert CSF 225 ml CSF (ml)

6 Beispiel: Energieeinsatz zur Herstellung von mechanischen Faserstoff Spezifischer Energieverbrauch (kwh/ton) Spezifischer Energieverbrauch als Funktion der Entwässerbarkeit Mittlerer CSF erhöht ht um 25 ml nach einer Reduzierung der Variationen um 50 % CSF (ml)

7 Beispiel: Energieeinsatz zur Herstellung von mechanischen Faserstoff Spezifischer Energieverbrauch (kwh/ton) Spezifischer Energieverbrauch als Funktion der Entwässerbarkeit Reduzierung des Energieverbrauch bei weniger Variationen (ca. 100 kwh/t) CSF (ml)

Dadurch ergibt sich ein mögliches Einsparpotential bei den Rohstoffen und Chemikalien.

8 Prozessvariationen führen zu Qualitätsabweichungen Variationsreduzierungen beim CSF-Wert setzen sich im Zugfestigkeitsindex fort. Dadurch ergibt sich ein mögliches Einsparpotential bei den Rohstoffen und Chemikalien. In der Auswertung schwankt der Zugsteifigkeitsindex mit +/- 10%. Entsprechende Schwankungen findet man auch beim CSF-Wert. Zwischen ml über 2 Tage.

9 Bildanalytische Fasermessung Beleuchtung Kamera Messzelle Grauwertbild Bildbearbeitung : Filterung ungewollter Faser Pixelanzahl auswerten Die Geometrie abspeichern usw. Digitalisiertes Bild

10 Anwendung Labormessung Länge mm (entspricht ISO ,2) Breite µm (für die Fasern) Formfaktor % (Projezierte Länge geteilt durch tatsächliche Länge) Feinstoffe (<0.2 mm) als %- Wert der Fasern > 0.2 mm. Coarseness, Gewicht pro Längeneinheit Kink Gefäßzellen/Splitter Faserstoffgemische

12 Bilanzierung McNett-Fraktionen Massebilanzierung eines Altpapierfaserstoffes aus McNett-Fraktionen R16 R30 R50 R100 D100 relative Häufigkeit (massebezogen), Ma.-% Aufgabe Siebrückstand R16 (Öffnungsweite 1.19 mm) Siebrückstand R30 (Öffnungsweite mm) Siebrückstand R50 (Öffnungsweite mm) Siebrückstand R100 (Öffnungsweite mm) Siebdurchgang D100 berechnet Faserlänge, µm Relative breite Verteilungen in den einzelnen Fraktionen Auch Fasern mit Faserlängen > Sieböffnung können bei entsprechender Ausrichtung in den Siebdurchgang gelangen

Virtuelle Fraktionierung Methodik Optische Fasermessgeräte Bestimmung von Faserlänge, Faserdurchmesser und Wandstärke an der Einzelfaser Virtuelle Fraktionierung PTS SoftMcNett Beschreibung der

13 Virtuelle Fraktionierung Methodik Optische Fasermessgeräte Bestimmung von Faserlänge, Faserdurchmesser und Wandstärke an der Einzelfaser Virtuelle Fraktionierung PTS SoftMcNett Beschreibung der Fraktionierwirkung der McNett-Siebe mit Hilfe analytischer Trennfunktion Umrechnung der gemessenen Faserlängen- Anzahlverteilung in eine Masseverteilung unter Einbeziehung der Faserlänge, -Durchmesser, -Krümmung und Wandstärke Optionale Abschätzung des nicht erfassbaren Feinanteils hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit

14 Vergleich Ergebnisse SoftMcNett - Norske Skog Walsum Masseanteile Rechnung, % R14 R30 R50 R100 R200 D200 Kalibrierung Version Masseanteile Fraktionierung, % Deutlich bessere Werte in R30 und D200

15 Diagramm McNett-Fraktionen Vergleich Fraktionierung Norske Skog mit SoftMcNett 60 Masseanteil, % R14 R14 SoftMcNett R30 R30 SoftMcNett R50 R50 SoftMcNett R100 R100 SoftMcNett R200 R200 SoftMcNett D200 D200 SoftMcNett

16 Vorteile und Limitierung Fraktionierergebnisse nach 4 Minuten Wesentlich höhere Prüfdichte für eine größere Anzahl von Messstellen Bessere Prozessüberwachung ist dadurch möglich Limitierung Gesamtdauer zwischen Probenahme im Prozess und den endgültigen Messwerten Kurzwellige Variationen in diesem Zeitraum werden nicht erfasst Alternative wäre eine Messung direkt am Prozess

17 L&W Fiber Quality Transmitter Sensor 2. Verstärkungsplatte 3. Einschweissanschlussplatte 4. Absperventil 1. Rohrleitung Steuereinheit Wasser, Druckluft und Strom werden über die Steuereinheit zum Sensor geführt 5. Drucktransmitter (Optional) 6. Faserstoffanalysator

18 Kontinuierliche Probenahme Ein neuer Ansatz Faserstoffzuführung direkt im Prozess Patents Pending

19 Schnitt durch eine Sensor LED Beleuchtung Probeneinlass Mischkammer Messzelle CCD Kamera

Die Vorteile Kontinuierliche Probenahme Einfache Konstruktion Wenig Teile Kein Faserverlust Ausgangsbasis für die Prozessoptimierung durch das neue Konzept Keine punktuelle

20 Die Vorteile Kontinuierliche Probenahme Einfache Konstruktion Wenig Teile Kein Faserverlust Ausgangsbasis für die Prozessoptimierung durch das neue Konzept Keine punktuelle Probenahme Bis zu 200 Messwerte pro Stunde Unsere Vision ist wichtige Qualitätsdaten für jede Maschine ohne Verzögerungszeit und mit niedrigen gesamten Investionskosten zu ermöglichen

21 Messwerte: Mittelwert und Verteilungskurven folgender Faserstoffeigenschaften Länge Breite Umfang Fläche Formfaktor Feinstoffe Splitter Option: Modellierung von Papierblatteigenschaften

22 200 Messwerte/Stunde Samstag Sonntag

23 Was könnte zukünftig möglich sein? Direkte Messung mit hoher Frequenz Regelung der langund kurzwelligen Variationen Messung an verschiedenen Stellen Direkte Regelung von Blatteigenschaften Festlegung von Sollwerten für zum Beispiel CSF, Reisfestigkeit und Zugfestigkeitsindex. Entwicklung neuer Kenndaten Verwendung der Softwarestruktur zur Entwicklung neuer prozessrelevanter Kenndaten basieren auf den Fasereigenschaften

24 Virtuelles Papier, eine Technolgie zur kontinuierlichen Berechnung von Laborblatteiegnschaften Erhaltenes Faserbild (fiber) Digitallisiertes Bild Erfasstes Bild 100/sec Paten tented technology FEA Netz E=youngs modulus I=inertia A=cross area Element

25 Entwässerung t=5,10k t=11,20k

26 Festigkeit

27 Erhaltene Ergebnisse

28 TMP Faserstoff CSF

29 TMP Faserstoff Dichte (g/cm³)

30 TMP Faserstoff Reisfestigkeitsindex

31 TMP Faserstoff Zugfestigkeitsindex

32 CSF und Zugfestigkeitsindex berechnet aus den Fasereigenschaften gemessen mit dem FQT (24 h) CSF Überprüfungswerte Tensile Index Überprüfungswerte

33 Ergebnisse dargestellt am Prozessleitsystem

34 Zusammenfassung Neue Möglichkeiten durch die Verwendung von Faseranalysesysteme Ersatz von langsamen und aufwändigen Messmethoden (z.b. Laborfraktionierung) Nächster Schritt: Der L&W Fiber Qualtiy Transmitter ermöglicht einen neuen Ansatz zur Reduzierung von langund kurzwellige Variationen Entwässerung als auch Laborblatteigenschaften lassen sich aus den gemessenen Faserstoffgeometrien unter Verwendung von bekannten Modellierungsansätzen ermitteln Die Vorteile einer solchen einzigartigen Kombination sind: Niedrigere Investitionskosten Höhere Messfrequenz Erheblich reduzierter Wartungsaufwand

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