NO338033B1 - Fremgangsmåte for raffinering av tremasse i en konisk høykonsistent skiveraffinør - Google Patents

Description

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å raffinere tremasse, mer spesielt angår oppfinnelsen en slik metode der massekonsistensen i raffinøren justeres ved kontrollert tilsetning av fortynningsvann til raffinøren.

I en foretrukket utførelsesform angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for å kontrollere TMP (termomekanisk masse) raffinører ved å justere raffineringsintensiteten. Masse-konsistensene i raffinøren kontrolleres og justeres for å gi stabil raffineringsintensitet og for å kompensere for forstyrrelser som de som assosieres med forandringer i produksj onshastigheten.

Kjent teknikk

Kvaliteten for masse ved termokjemisk masse (TMP) raffinering er i stor grad en funksjon av den tilførte, spesifikke energi, definert som energi pr. tonn produksjon. Den konvensjonelle vei for å kontrollere massekvaliteten er derfor å justere spesifikke energi enten via forandringer i raffinørmotorbelastning eller via forandringer i raffinør-gjennomgang, se for eksempel J. Owen et al. i " A practical approach to operator acceptance of advanced control with dual functionality. Proceedings Control Systems 98, Porvoo, Finland".

Massekvaliteten avhenger også av den hastighet ved hvilken denne energi anvendes, uttrykt ved raffineringsintensiteten eller den spesifikke energi pr. bar impact, se K. Miles i "A Simplified Method for calculating the residence time and refining Intensity in a chip refiner" Paperi ja Puu, 73(9):852-857 (1991)". I praksis varierer denne raffineringsintensitet, ved en gitt spesifikk energi, med massekonsistensen. Massekonsistensen påvirker masseoppholdstiden som i sin tur er omvendt proporsjonal med raffineringsintensiteten. I et økende antall installasjoner blir konsistensen for massen, målt eller estimert i blåselinjer, kontrollert ved å justere strømningshastigheten for fortynningsvann inn i raffinøren. Slike konsistenskontroller understøtter å oppettholde en utslippskonsistens i det egnede området for god drift av raffinøren.

I store, moderne TMP raffinører som Sunds CD 82 eller noen av CD 76 raffinørene som arbeider ved meget høy raffineringskonsistens, er det satt opp tre mulige fortynnings-strømmer som kan bli justert til å forandre massekonsistens (som vist i fig. 1): matefortynningen eller vannet som settes til massen eller flisen før raffineringssonene, fortynningsvann som settes til flatsonen i raffinøren, og enkelte moderne installasjoner, fortynningsvannet som settes til den koniske sone. Formålet ved tilsetning av fortynningsvann i den koniske sone er å redusere opptredenen av meget høye konsistenser ved periferien av platene og den assosierte tilstopping av platene.

Selv om massekonsistensen varierer og normalt øker fra raffinørinnløpet til raffinør-utløpet eller blåseledningen, angir uttrykket raffinørmassekonsistens rent konvensjonelt konsistensen for massen ved raffinørutslippet. Denne massekonsistens er enten målt på manuelle prøver, estimert ved bruk av prediktive modeller eller målt on-line ved bruk av kommersielt tilgjengelige sensorer. I et økende antall installasjoner blir konsistensen for massen kontrollert gjennom en enkelt kontrolløkke der de tre nevnte strømnings-fortynninger (in-feed-, flatsone- eller konisk sonefortynning) manipuleres i henhold til et etablert forhold (som vist i fig. 2). Enkeltløkkekonsistenskontrollskjemaet ifølge den kjente teknikk har mange begrensninger og en av disse er effektene på den spesifikke energi. Således har små forandringer i in-feed fortynning eller flatsonefortynning som kreves for konsistenskontroll en signifikant innvirkning på raffinørmotorbelastningen og meget mer slik enn forandringer i konisk sonefortynning. En annen begrensning for enkeltløkkekonsistenskontrollskjema er at den samme utslippskonsistens kan oppnås med forskjellige fordelinger av fortynningsvannstrømmer blant in-feed-, flatsone- og konisk sonefortynninger. På den annen side vil raffineringsintensitet og massekvalitet være forskjellige ved disse forskjellige fordelinger, en kilde for problemer er ikke riktig erkjent. Dette forklarer hvorfor en raffineringsbetingelse som evalueres kun uttrykt ved spesifikk energi og blåseledningskonsistens kan gi meget forskjellige masseegenskaper.

Dette problem er delvis behandlet i US 6,778,936 B2 der konsistensprofilen estimeres ved bruk av temperatursensorer og en raffineringssonekonsistens kontrolleres enten ved manipulering av en fortynningsstrøm eller ved å forandre raffinørmatehastigheten. Imidlertid er det i dette tidligere US-patent ikke foretatt noen distinksjon når det gjelder bruken av fortynningsvann som tilsettes før eller under raffinering for konsistenskontroll. Kun en konsistens kontrolleres. Formålet var i dette tilfellet å stabilisere raffineringskonsistensen og ikke å justere målkonsistensen for kvalitetskontroll. For eksempel sies det ingen ting om behovet for å justere raffineringskonsistensen som en funksjon av produksjonshastigheten for å overvinne tapet av visse masseegenskaper. Det samme problem med kvalitetstap på grunn av produksjonshastighetsforandring er en annen begrensning for enkelt sløyfekontrollskjemaet.

Et meget vanlig problem ved TMP installeringer er tap av massekvalitet ved høye produksjonshastigheter, se for eksempel K. D. Murton et al.., i "Production rate effect on TMP pulp quality and energy consumption. J. Pulp Paper Sei., 23(8): J411-J416, 1990". Det er antydet at dette høye tap av massestyrke ved høy produksjonsmengde kan skyldes en økning av raffinert intensitet assosiert med en reduksjon i masseoppholdstiden. Ved høye produksjonshastigheter må derved motorbelastningen økes for å gi en tilstrekkelig mengde energi pr. tonn. En høyere dampgenereringshastighet resulterer i en høyere damphastighet ved samme spesifikke energi og derfor en lavere masseoppholdstid og en høyere raffineringsintensitet. Dette problem kan delvis takles ved riktig justering av raffineringskonsistensen, men det er ingen indikasjon i litteraturen om hvordan denne kompensering skal oppnås og hvordan man skal kunne justere raffineringskonsistensene som en funksjon av produksjonshastigheten.

Selv om kontroll av utslippskonsistensen er vanlig praksis, erkjenner dagens metoder for kontroll ikke muligheten for å kontrollere uavhengig raffinerinnløpskonsistensen som kun er avhengig av in-feed- og flatsonefor deling, produksjon og konsistens for det innkommende råstoff, og utslippskonsistensen, og dette skaper alvorlige begrensninger med henblikk på evnen til å forandre raffineringsintensiteten.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Det skal her henvises til koniske skiveraffinører som skal forstås som en referanse til høykonsistenskoniske skiveraffinører som benyttet ved TMP (termo-mekanisk masse) eller CTMP (kjemotermomekanisk masse) i anlegg omfattende primære, sekundære, tertiære eller rejektraffinører og som arbeider ved blåselinjekonsistenser over 30% .

Foreliggende oppfinnelse søker å tilveiebringe en forbedret metode for å raffinere treflis eller -masse i en høykonsistens konisk masseraffinør.

Spesielt søker foreliggende oppfinnelse å kontrollere konsistensen av tremasse ved utslippsmunningen for en konisk skiveraffinør til en målkonsistens.

Nok et formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe en massekonsistens for aksepterbar raffineringsintensitet i raffinøren.

Mer spesifikt søker foreliggende oppfinnelse å opprettholde en målmassekonsistens ved utslipp ved en kontrollert tilsetning av fortynningsvann til den koniske raffineringssone for en konisk skiveraffinør.

Ytterligere og mer spesifikt ønsker oppfinnelsen å tilveiebringe en ønsket raffineringsintensitet i en konisk skiveraffinør ved kontrollert tilsetning av fortynningsvann, oppstrøms den koniske raffineringssone.

I et aspekt ved foreliggende beskrivelse tilveiebringes det en fremgangsmåte for å raffinere tremasse og som omfatter: i) å tilveiebringe en konisk masseraffinør omfattende et raffinørhus med et masseinnløp og et masseutløp og med en mellomliggende raffineringssone idet raffineringssonen omfatter en flat oppstrømsraffineringssone og en konisk nedstrømsraffineringssone,

ii) å tilmåte masse gjennom masseraffinøren fra nevnte masseinnløp til nevnte

masseutløp og å raffinere massen i nevnte raffineringssone, og

iii) å tilsette en kontrollert mengde fortynningsvann til massen oppstrøms den koniske raffineringssone for å etablere en massekonsistens i nevnte raffineringssone som er effektiv for å opprettholde en aksepterbar raffineringsintensitet for raffinert massekvalitet.

I et ytterligere aspekt ved foreliggende beskrivelse tilveiebringes det en fremgangsmåte for raffinering av tremasse og som omfatter: (i) å tilveiebringe en konisk masseraffinør omfattende et raffinørhus med et masseinnløp og et masseutløp med en mellomliggende raffineringssone idet denne omfatter en flat oppstrøms raffineringssone og en konisk nedstrømsraffineringssone, (ii) tilmatning av masse gjennom masseraffinøren fra masseinnløpet til masseutløpet i en valgt produksjonshastighet og å raffinere massen i nevnte raffineringssone med utslipp av raffinert masse med tilsiktet konsistens ved masseutløpet, og (iii) å tilsette en kontrollert mengde fortynningsvann til den koniske raffineringssonen for å opprettholde nevnte tilsiktede massekonsistens ved masseutløpet.

I henhold til foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det en fremgangsmåte for raffinering av tremasse som har en målmassekonsistens ved utslipp større enn 30% omfattende:

(a) å tilveiebringe en konisk skiveraffinør (10,60) omfattende et raffineringshus med et masseinnløp (16) og et masseutløp med en mellomliggende raffineringssone (12,14), idet raffineringssonen (12,14) omfatter en flat, oppstrøms raffineringssone (12) og en konisk nedstrøms raffineringssone (14), (b) å mate masse gjennom nevnte skiveraffinør (10,60) fra nevnte masseinnløp (16) til nevnte masseutløp ved valgt produksjonshastighet (72,74), og å raffinere massen i nevnte raffineringssone (12,14) med utslipp av raffinert masse med en målmassekonsistens ved nevnte masseutløp, (c) å tilsette med en første konsistens kontrolløkke en første kontrollert (76) mengde av fortynningsvann (18,20) til nevnte masse, oppstrøms nevnte koniske raffineringssone (14), som svar på tap av vann i massen, for å etablere en målmassekonsistens (84) ved innløpet til skiveraffinøren (10,60) som er effektiv for å opprettholde en aksepterbar raffineringsintensitet for raffinering av massekvaliteten, i forhold til nevnte produksjonshastighet (74) i nevnte raffineringssone (12,14), og (d) å tilsette med en andre konsistens kontrolløkke en andre, kontrollert (66) mengde av fortynningsvann (22) til nevnte koniske raffineringssone (14) for å opprettholde nevnte målmassekonsistens (70) ved nevnte masseutløp,

hvor første and andre konsistens kontrolløkker er separat fra hverandre.

I et ytterligere aspekt ved foreliggende beskrivelse tilveiebringes det en fremgangsmåte for å drive en konisk skriveraffinør og som omfatter: å følge en masseutslippskonsistens fra raffinøren, og å kontrollere utslippskonsistensen til en ønsket verdi ved å justere strømningshastigheten for fortynningsvann som mates til en konisk sone av raffinøren.

I nok et aspekt ved foreliggende beskrivelse tilveiebringes det en fremgangsmåte for å drive en konisk skiveraffinør som omfatter: å overvåke massekonsistensen ved et innløp i en raffineringssone av raffinøren og å kontrollere massekonsistensen til en ønsket verdi ved å justere minst en av: (i) strømningshastigheten for tilmåtet fortynningsvann til raffineringssonen, og (ii) strømningshastigheten for fortynningsvann til en flat sone i raffineringssonen.

Et nøkkelelement ved oppfinnelsen er å justere raffineringsintensiteten ved forandringer i raffineringskonsistensprofilen og derved kompensere for skadelige virkninger av høye produksjonshastigheter når det gjelder massekvaliteten.

Massekonsistensen kontrolleres ved to kontrolløkker i to lokasjoner heller enn ved hjelp av en enkelt kontrolløkke ved en lokasjon slik det er vanlig i den kjente teknikk. De to lokasjoner er: ved innløpet av raffineringssonen (fødekonsistensen) og ved raffinør-utslippet (blåseledningskonsistens). Raffinørutslippet eller blåselednings-konsistensen kontrolleres uavhengig av innløpskonsistensen ved manipulering av fortynnings-vannstrømningshastigheten i raffineringssonen (CD sonen i koniske skiveraffinører).

Innløpskonsistensen (eller konsistensen ved begynnelsen av raffineringssonen) kontrolleres ved justering av føde- eller flatsonefortynningen eller begge deler.

Målinnløpskonsistensen justeres for å oppnå den ønskede raffineringsintensitet. I den tidligere kjente praksis med moderne koniske skiveraffinører blir fortynningsvann tilsatt til den koniske raffineringssone som derved presenterer en ytterligere variabel for å manipulere kontrollen av raffinøren.

I henhold til foreliggende oppfinnelse kan konsistensen ved innløpet av raffinøren økes mens man opprettholder utslippskonsistensen (blåseledningskonsistensen) på et konstant nivå. Som et resultat blir den midlere raffineringskonsistensen høyere mens konsistensen for massen ved periferien av platene forblir konstant, noe som derved unngår tilstopping av platene. Raffinørmotorbelastningen vil også øke, men kan lett bringes tilbake til opprinnelig verdi via en økning av plategapene. Resultatet er en operasjon ved samme motorbelastning og spesifikke energi, men med høyere mildere raffineringskonsistens, noe som i sin tur betyr høyere masseoppholdstid og derfor lavere raffineringsintensiteter. Det blir derved mulig å justere raffineringsintensiteten ved konstant spesifikk energi og spesielt å kompensere for noe av den ugunstige forringelse av massekvalitet assosiert med en operasjon ved høy produksjonshastighet. Meget viktig er også det faktum at konsistensen ved periferien av platen kan opprettholdes i et aksepterbart område mens den midlere raffineringskonsistensen justeres over et meget videre område enn det som tidligere var mulig og uten tilsetning av vann i raffineringssonen.

Kort beskrivelse av figurene

Fig. 1 er et forenklet, skjematisk diagram som viser inngangsvariablene og de to raffineringssoner for en konisk skiveraffinør. Fig. 2 er en skjematisk enkel kontrolløkke for justering av utslippskonsistensen i henhold til kjent teknikk. Fig. 3 er et skjematisk diagram for to kontrolløkker for å kontrollere utslippskonsistensen og innløpskonsistensen ifølge oppfinnelsen. Fig. 4 viser et eksempel på to konsistensprofiler; profil (1), der alt fortynningsvann tilsettes ved in-feed. Dette resulterer i en høy innløpskonsistens. Profil (2) tilsvarer en hvis fordeling av den totale fortynningsstrøm mellom in-feed og konisk sone.

Slik man kan se er i profil (2) både innløpskonsistensen og den midlere raffineringskonsistensen høyere mens man opprettholder den samme utslippskonsistens. Dette gir en økning i oppholdstiden mens man opprettholder konstant spesifikk energi og blåseledningskonsistens.

Beskrivelse av foretrukne utførelsesformer under henvisning til figurene Under ytterligere henvisning til fig. 1 er en konisk raffinør 10 vist skjematisk. Denne koniske raffinør 10 har en gapflatesone 12 og en gapkonisk sone 14.

Den koniske sone 14 kan anses for å bestå av et antall soner med forskjellige radier, for eksempel radiene ri, r ogT2i fig. 1.

Den koniske sone 14 har en hellingsvinkel lik 0.

Raffinør 10 har et innløp 16 for flis eller masse som skal raffineres, samt en fortynningsmateledning 18, en fortynningsflatesoneledning 20 og en fortynningssonisk sone 22 for tilmatning av fortynnings vannet til innløpet 16, flatsonen 12 hhv. den koniske sone 14. Ledningen 22 kan ha grenledninger 24, 26 og 28 for å mate fortynningsvann i ledning 22 til forskjellige deler av den koniske sone 14. Derved mates for eksempel grenledningen 24 fortynningsvann til en oppstrøms- eller innløpsende av den koniske sone 14.

Under ytterligere henvisning til fig. 2 vises det skjematisk et kjent raffineringssystem der en raffinør 30 har en fortynningsenhet 32 og en kontroll 34.

Fortynningsenheten 32 har en fortynningsmatekomponent 36, en fortynningsflatesone-komponent 38 og en fortynningskonisk sonekomponent 40, alle aktivert ved hjelp av kontrollen 34 som svar på informasjon som avgis i ledning 42 fra raffinøren 30 og der informasjonen typisk er en reell måling av blåselinjekonsistensen eller en reell prediktert blåselinjekonsistens. Kontrollen 34 omfatter informasjon på en blåselinjekonsistens i linje 42 med et etablert blåselinjekonsistens settepunkt 44 og responderer med en forandring i fortynningsvannstrømhastigheten etter behov med forandring i fortynningsvann avgitt til alle tre komponenter 36 osv. i andeler a, P, $ i mengder hhv. a + p + c|> =1. Andelene a, p og $ bestemmes typisk ved erfaring. I dette tidligere kjente system er det ingen hensyn til fødefortynningsvann uavhengig til de forskjellige raffinerings- og fødesoner i raffinøren 30.

Fig. 3 viser et raffineringssystem ifølge oppfinnelsen hvori en raffinør 60 uavhengig har kontroller 62 og 64.

Kontrollene 62 har en konisk fortynningssonelinje 66 for føde av fortynningsvann til den koniske raffineringssone i raffinøren 60 som respons på informasjon gitt inn i linje 68 fra raffinøren 60 til kontrollen 62.

Denne informasjon er for eksempel et mål på den reelle blåseledningskonsistens eller en reell, prediktert blåseledningskonsistens av den arbeidende raffinør 60.

Kontrollen 62 sammenligner denne informasjon med et blåseledningskonsistens-settepunkt 70, utviklet fra produksjonshastigheten 72 i henhold til en sammenhengsligning 86 og responderer med avgivelse av fortynningsvann etter behov for å opprettholde måleblåseledningskonsistensen (dvs. blåseledningskonsistenssettepunktet 70).

Kontrollen 64 har en ledning 76 med en fortynningsinnmatningsgrenledning 78 og en fortynningsflatesoneforgreningslinje 80 for mating av fortynningsvann til føden og til den flate sone av raffinøren 60 som respons på informasjon avgitt i ledning 82 fra raffinøren 60. Denne informasjon er for eksempel den predikterte innløpskonsistens for den arbeidende raffinør 60. Kontrollen 64 sammenligner denne informasjon med et fastlagt innløpskonsistenssettepunkt 84 utviklet fra produksjonshastigheten 74 med en sammenhengsligning 88 og responderer med avgivelse av fortynningsvann etter behov for å opprettholde målinnløpskonsistensen (dvs. innkløpskonsistenssettepunktet 84). Sammenhengsligningen 86 er ligning 11b som beskrevet nedenfor og sammenhengsligningen 88 er ligningen lia som beskrevet nedenfor. Det totale fortynningsvann som avgis av kontrollen 64 er summen av in-feed fortynningsvann og flatesonefortynnings-vann som er respektive andeler a + P av den totale fortynning, dvs. a + P = 1. Disse andeler kan velges vilkårlig så lenge individuelle fortynningsstrømnings-hastigheter er tilstrekkelig store til å unngå plugging av fortynningsåpningene.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte ved hjelp av hvilke utslippskonsistensen for en konisk skiveraffinør kan overvåkes ved bruk av kommersielt tilgjengelige blåseledningskonsistenssensorer eller en hvilken som helst modell basert på metoden og kontrollert av en hvilken som helst ønsket verdi kun ved justering av fortynningsvannstrømmen til raffinørens koniske sone.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en fremgangsmåte ved hjelp av hvilken massekonsistens ved innløpet av raffineringssonen kan predikteres og overvåkes ved bruk av konvensjonelle materialbalanseligninger og kan kontrolleres til en hvilken som helst ønsket verdi ved justering av fødefortynningsstrømningshastigheten, flatsone-fortynningsstrømningshastigheten eller en hvilken som helst kombinasjon av disse strømmer.

I disse metoder kan raffinørinnløps- og -utløpskonsistensene opprettholdes til ønskede verdier ved hjelp av to uavhengige konsistenskontrollsløyfer som vist i fig. 3.

Raffinørinnløpskonsistensmålet kan justeres for å forandre raffineringsintensiteten og særlig kan masseoppholdstiden, og derfor raffineringsintensiteten, justeres uten å forandre konsistensen for massen ved raffinørutslippet.

Innløpskonsistensmålet kan justeres som en funksjon av produksjonshastigheten i henhold til ligningene 1 la og 1 lb nedenfor.

Raffineringsintensiteten kan justeres som en funksjon av produksjonshastighet og særlig kan raffineringsintensiteten reduseres med økende produksjonshastighet for å kompensere for tapet i massekvalitet forbundet med en operasjon ved høy produksjon.

Koniske skiveraffinører (CD raffinører) benyttes i utstrakt grad i mekaniske masseprosesser i Nord-Amerika. Disse raffinører består av to skiver, en som roterer og en som er stasjonær. De har også to raffineringssoner, den flate sone (FZ) og den koniske sone (CZ). Flis eller masse mates gjennom sentrum av stator mot senterplaten av rotoren for partialraffinering i den flate sone og drives så ved hjelp av sentrifugal-krefter inn i den koniske sone der mesteparten av raffineringen skjer. Variabler som kan justeres i den raffinerende flate sone er gjennomløpshastigheten, flatsoneplategapet, in-feed fortynningen og flatesonefortynningen. De manipulerte variabler i den raffinerende koniske sone ved en gitt gjennomløpsmengde er dekoniske sonegap og fortynningen i den koniske sone. Strømmen av fortynningsvann til den koniske sone kan for eksempel tilsettes begynnelsen av sonen, et eller annet sted i midten av sonen, mot slutten av den koniske sone, eller mates til som en hvis kombinasjon av alle de ovenfor nevnte, se fig. 1. Variablene som kan kontrolleres er raffinørmotorlasten, den spesifikke energi, raffineringsintensiteten, utløpskonsistensen (blåseledningkonsistensen) og innløps-konsistensen. Med så mange manipulerte variabler og så mange interaggerende kontrollvariabler er CD raffinøren et meget komplekst system, vanskelig å kjøre og også å forstå.

Innstillingen av de manipulerte variabler påvirker oppholdstiden for massen og påvirker derfor også massens kvalitet. Blant kontrollvariablene som har stor innvirkning på massekvaliteten er den pålagte og spesifikke energi og raffineringsintensiteten. Disse to variabler avhenger i stor grad av de nevnte impulsvariabler, men mer spesifikt avhenger de av gjennomløpet og raffineringskonsistensen.

Effekten av gjennomløpet på massekvaliteten er behandlet i mange artikler, se K. D. Murton et al. "Production rate effect on TMP pulp quality and energy consumption. J. Pulp Paper Sei., 23(8): J411-J416, 1990". Gjennomløpsmassekvalitetssammenhengen er sterkt avhengig av hvorvidt raffinøren er en flat skive eller en CD skivekonfigurasjon. Den avhenger også av platekonstruksjon og aller viktigst av gjennomløpsdriftsområdet. Når gjennomløpsdriftsområdet er meget stort og formålet med massekvalitetskontrollen er å tilfredsstille en gitt frihet resulterer en høy økning i gjennomløpet ofte i en reduksjon av den spesifikke energi. Dette kan skyldes en økning i den genererte damp som vil øke hastigheten for massen og derfor resultere i en reduksjon av masseoppholdstiden. Noen masseegenskaper vil så påvirkes av en assosierte økning i raffineringsintensitet. For å overvinne denne situasjon kan en økning i gjennomløpet ledsages av en reduksjon i raffineringsintensiteten for å overvinne nedbrytningen av visse masseegenskaper som går tapt. Den letteste måte å manipulere raffineringsintensiteten på er ved å forandre raffineringskonsistensen. Imidlertid oppnås en meget større virkning når man modifiserer raffinørens rotasjonshastighet som beskrevet i US6336602 i navnet K. Miles, og som også beskrevet i artikkelen "Refining intensity and pulp quality in high consistency refining", av K. Miles, Paperi ja Puu 72(5): 508-514, 1990. Den vei som er skissert her er begrenset til å forandre raffineringsintensiteten via forandring av raffineringskonsistensen slik det skal forklares i det følgende.

Konsistensprofil

Raffineringskonsistensen ble erkjent i artikkelen "The flow of pulp in chip Refiners" av K. Miles et al.., J. Pulp Paper Sei., 16(2): J63-J72, 1990, som en av de viktigste variabler som har en direkte innvirkning på massestyrken. Arbeidet innen det korrekte konsistensområdet som er noe snevert, er meget kritisk, se Strand, B.C. et al.., "Effect of production rate on specific energy consumption in high consistency chip refining. Proe. Intl. Mechanical Pulp Conf, Oslo, (1993)". En økning av konsistensen innen aksepterbare grenser gir en operasjon ved videre plategap og understøtter å utvikle lange fibre, og opprettholde høy bulk og unngå platesammenstøt. Arbeidet utenfor dette området har en tendens til å føre til mindre stabil raffinøroperasjon. Lav konsistens gir snevre plategap og kan resultere I fiberkutting og tap av styrkeegenskaper. Ved meget høy konsistens produseres det såkalt skyvemasse og den såkalte tørrfiberkutting kan inntre.

Massekonsistens kan justeres ved å forandre fortynningsvannstrømhastighetene. Noen nyere CD raffinører er utstyrt med in-feed fortynning, flatsonefortynning og en eller flere koniske sonefortynninger. For slike raffinører, ved samme gjennomløpshastighet og ved samme motorbelastning, kan det oppnås en tilsiktet utslippskonsistens med mange forskjellige kombinasjoner av fortynningsstrømmen. Dette kan resultere i en forskjellig konsistensprofil i raffineringssonene og forskjellige massestyrkeegenskaper.

Konsistensprofilen, kan for en flateskriveraffinør, predikteres ved den følgende formel som er utviklet i artikkelen "Predicting the performance of a chip refiner. A constitutive approach", av K. Miles et al.., J. Pulp Paper Sei., 19(6): J268-J274, 1993.

der L er den latente varmen i raffinørinnløpet, tilnærmet til L~ 2258kJ. kg~ 1, rin„ er innløpsradien for den flate sone, rut er utløpsradien for den flate sone og r0 er radien ved et hvilket som helst punkt av den flate sone ved hvilken en konsistens bedømmes. Eo er den spesifikke energi og C, er innløpskonsistensen til raffinøren, definert som: der Cp er konsistensen for forrådet før inntreden i skruemateren til raffinøren, prod er gjennomløpshastigheten,_/ør£røHHg er vann tilsatt ved raffinørinnløpet og lik fordeling av energi i raffineringssonen antas. Dette er tilfelle for flateskriveraffinører. For CD raffinører er det imidlertid observert at de to raffineringssoner (den flate sone og den koniske sone) ikke fordeler energi likt til massen. I tillegg blir mesteparten av energien lagt på massen i den koniske sone. Dette understøttes av det faktum at, i mange installasjoner, tenderer konisk soneplater til hurtigere slitasje enn flatsoneplatene. Derfor og hvis energien som legges på fibrene i flatesonen neglisjeres, kan formelen for ligning 1 modifiseres og benyttes for å estimere konsistensprofilen, se Ccz, for CD raffinøren. Uttrykket for denne profil vil avhenge av lokasjonen rc i den koniske sone der vann tilsettes. Ved inngangen til den koniske sone er derfor konsistensen Cu, gitt ved: der fortynninginfeed er in-feed fortynningen ogfortynningFzer flatsonefortyningen. Derved er, ved enhver gitt lokasjon, r, før rc, konsistensen Cczgitt ved:

der Cu er som definert i ligning (3), ri er utløpsradien for den flate sone, 7*2 er utløspradien for skiven ved enden av den koniske sone i fig. (1).

For r =rcer konsisensen Cczgitt ved: der Cj2er gitt ved:

der fortynningcz er fortynningen i den koniske sone og Q2 er konsistensen ved det punkt der fortynning inntrer i den koniske raffinerende sone.

Deretter er, for enhver gitt r etter rc, konsistensen Cczgitt ved:

Utslippskonsistensen for blåselinjekonsistensen, Cbl, oppnås når r= r2, gitt ved:

Denne siste ligning viser at den samme blåselinjekonsistens, Cbl, oppnås på mer enn en mulig måte ved å kombinere in-feed fortynning, flatsonefortynning og konisk sonefortynning. Hver av disse kombinasjoner vil resultere i en annen konsistensprofil langs raffineringssonen og derfor forskjellige, midlere raffineringskonsistenser. For å illustrere dette viser fig. 4 et eksempel på to konsistensprofiler, profil 1 der alt fortynningsvann settes til i føden, in-feed. Dette resulterte i en lav innløpskonsistens. Profil 2 tilsvarer en viss fordeling av den totale fortynningsstrøm mellom den i føden, den i den flate sone og den i den koniske sone. Slik man kan se er, i profil 2, både innløpskonsistensen og den midlere raffineringskonsistens høyere under opprettholdelse av den samme utslippskonsistens. Dette gir en økning i oppholdstid mens man opprettholder konstant, spesifikk energi og også blåselinjekonsistens.

For en gitt konsistensprofil påvirker forandringer og fluktueringer av C,2, innløpskonsistensen og påvirker variasjoner i blåselinjekonsistensen Cbl- Således, og ved å benytte derivatet av Cbl, i ligning 8, med henblikk på C/2, oppnås: Dette medfører videre at

Når man vet at Csl>C,2, viser denne ligning at variasjoner i C,2i stor grad er forsterket og at de bidrar enormt til variasjoner i utslippskonsistensen. Jo høyere utslippskonsistensen er, desto mer viktig er disse variasjoner. Dette illustrerer behovet for å kontrollere og å stabilisere innløpskonsistensvariasjoner. En uavhengig kontroll av utslippskonsistensen ved å benytte fortynningsstrømmen i raffineringssonen vil også bøte på dette problemet. Med slik utslippskonsistenskontroll er forandringer av innløpskonsistensen mulig. Dette kan oppnås ved høye produksjonshastigheter slik det er beskrevet i den følgende del.

Høye gj enn omløpshastigheter

Som nevnt tidligere og når man raffinerer med høy produksjonshastighet blir mer damp generert, noe som reduserer masseoppholdstiden og som en konsekvens der påvirker visse massestyrkeegenskaper. En måte for overvinning av dette problem er å redusere raffineringsintensiteten ved høy produksjonshastighet. Som forklart i artikkelen "Refining intensity and pulp quality in high consistency refining", av K. Miles, Paperi ja Puu 72(5): 508-514, 1990, kan dette gjennomføres ved bruk av en av de to følgende metoder. Den mest effektive, men også den vanskeligste er ved justering av raffinørrotasjonshastigheten. Den andre metode som er mer praktisk for eksisterende drift, er ved å øke raffineringskonsistensen. For CD raffinører som kan oppnås ved å øke Cu mens man holder utslippskonsistensen til et akseptabelt nivå som vil avhenge av produksjonshastigheten, er Cu inaktivt når det gjelder innløpskonsistensen til raffinøren. Derfor tjener fødefortynning og flatsonefortynning til å justere konsistensen for strømmen for raffinøren, mens den koniske sones fortynning justerer Ccz(r =rc), ligning 5, som vil resultere i justering av utslippskonsistensen, Cblog forhindre at masse tørker når Cu er for høy.

For å overvinne nedbrytningen av visse masseegenskaper ved høye produksjonshastigheter må innløpskonsistensene, Cu og utløpskonsistensene Cbl justeres til målverdier som justeres som en funksjon av en produksjonshastighet, for eksempel som:

Merk at Cbler funksjon av Cu og Ccz( r =rc). Videre kan Cbl justeres ved å justere Ccz( r=rc) uten å påvirke Cu- Koeffisientene airfæd, pinfeeé olBl, og Pbl er valgt for å sikre konsistensmål innen det stabile, operative området, for å tilveiebringe tilstrekkelig respons for motorbelastningen når det gjelder forandringer I plategap og en positiv respons for motorbelastningen for å øke føde- og/eller flatesonefortynningshastigheten. En situasjon der en økning i en fortynningsvannstrømshastighet fører til en økning i motorbelastningen anses unormal og er uønsket. En on-line estimering av prosess-gevinstene implementeres for å detektere abnormale og uønskede driftsbetingelser. Produksjonshastigheten påvirker den spesifikke energi til en gitt frihet og masseegenskapene for koniske skiveraffinører, B.C. Strand et al.., i "Effect of production rate on specific energy consumption in high consistency chip refining. Proe. Intl. Mechanical Pulp Conf, Oslo, 1993". Konsistensen må justeres for å tillate økning av den spesifikke energi som vil kompensere for denne effekt og å opprettholde en stabil massekvalitet ved forskjellige nivåer av produksjonshastighet. Sammenhengende, ligning lia og 11b, mellom produksjonshastighet og målinnløps- og -utløpskonsistenser bestemmes eksperimentelt. Koeffisientene i ligning lia bestemmes først. Under den antagelse at arbeidsproduksjonshastigheten kan forandres mellom en lav produksjonshastighet, angitt ved Prodiav, og en høy produksjonshastighet, angitt ved Prodhighog under antagelse også at raffinøren arbeider rundt den normale utslippskonsistens som angis, CeLoperasjon, blir bestemmelsen av koeffisientene, ainfeed og P^ eed, gjennomført i to trinn. Det første trinn består i å justere produksjonshastigheten til Prodiow, og deretter gradvis å øke eller redusere in-feed og/eller flatsonefortynningsstrømhastigheten, dvs. reduksjon og en økning i raffinørinnløpskonsistensen Cu, for å dekke området for stabile driftsbetingelser. For hver forandring i fortynningsstrømhastigheten blir Cbljustert til CBLoperasjonved å justere fortynningsvannet i den koniske sone. For hver av disse driftsbetingelser blir en prøve på masse hentet fra blåselinjen, styrken måles og assosieres til Cu- Fra dette sett av forsøk velges en optimal Cu, angitt som Cuoptimaijow, som tilsvarer den sterkeste målte masse. Tilsvarende forsøk blir så gjennomført ved høy produksjon, Prodhigh, for å bestemme Cuopumaijugh-

Under disse to sett av forsøk, ved høy og lav produksjonshastighet, blir flatesonegapet og det koniske sonegap, opprettholdt konstant. Utslippskonsistensen, Cbl, holdes også konstant ved Cbl=CBLoperasjon, ved å justere Ccz. Kun innløpskonsistensen gjennom in-feed og/eller flatsonefortynningsstrømningshastigheten varieres. Koeffisientene ainfeedog fiirfeed bestemmes ved:

Merk at koeffisienten pirfeedalltid er positiv, noe som impliserer at innløpskonsistensen må øke når produksjonshastigheten øker.

Opptil dette punktet kan det avgjøres å holde utslippskonsistensen konstant, CBL=CBLoperasjonfor hele produksj onshastigheten som vil tilsvare a5i=0 og /?BL=CBLoperasjoni ligning 11b. Dette er en sub-optimal løsning som garanterer at for samme utslippskonsistens, Cbl=CBLoPerasjon, vil innløpskonsistensen øke når produksjonshastigheten øker. Dette vil resultere i en reduksjon av raffineringsintensiteten og derfor en økning i masseoppholdstiden som er en meget ønsket effekt.

For å bestemme den optimale verdi for parametere aSLog Pbl, blir produksjonshastigheten og innløpskonsistensen først justert henholdsvis til Prodiow og Qioptimaijow-Deretter blir den koniske sonefortynningsstrømningshastigheten gradvis øket og redusert, dvs. at utslippskonsistensen Cblreduseres og økes for å dekke et bredt spektrum av stabile driftsbetingelser. For hver konisk sonefortynning med forandring blir en masseprøve hentet fra blåselinjen og styrken måles og relateres til Cbl- Fra disse sett av forsøk velges Cbloptimal, angitt som CBLoptimaijow, som vil gi den sterkeste masse. Tilsvarende eksperimenter vurderes ved Prodhighog Cii=Ciioptimai_highfor å bestemme den optimale utslippskonsistens, CBLoptimaijiigh,. Når første de optimale utslippskonsistenser ved høye og lave produksjonshastigheter er velkjente, er koeffesienten aBLog Pbl gitt ved:

Denne tilnærmelse unngår dagens situasjon der blåseledningskonsistensen er hoved-parameteren som brukes ved konsistenskontroll. Fordi den kan forandres med enten mate-, flatsone- eller konisk sonefortynningsstrømmer, kan den samme blåseledningskonsistens oppnås med meget forskjellige raffineringssonekonsistenser. Fordi konsistensen påvirker raffineringsintensiteten og derved også masseegenskapene, bør ukjente variasjoner i raffineringskonsistensen unngås. Denne vei tillater også en økning av innløpskonsistensen, Ca, mens man opprettholder utslippskonsistensen til et aksepterbart nivå eller et konstant nivå slik at den midlere raffineringskonsistens blir høyere, noe som i sin tur impliserer høyere masseoppholdstid og derfor lavere raffineringsintensitet ved samme spesifikke energi.

Motorlastkontroll

Når raffineringsintensiteten i hoveddelen av raffineringssonen opprettholdes ved et optimalt nivå ved å justere innløpskonsistensen, kan en stabil, spesifikk energi oppnås ved å kontrollere motorlasten via justeringer av plategapet. Målmotorbelastningen justeres for å oppnå den ønskede, spesifikke energi ved forskjellige produksjonshastigheter slik det vanligvis vil gjøres. Dette er kun mulig hvis konsistensene er høye nok til å sikre en signifikant respons i motorlast med en forandring i plategapet.

Den foreliggende situasjon er at både plategapet og konsistens generelt benyttes for å

kontrollere motorlasten. Denne måte, både raffineringsintensitet og raffineringsenergi, kan forandres samtidig og det er vanskelig å prediktere hva konsekvensene vil være for masseegenskaper ved eventuelle, gitte situasjoner. Den nye vei som beskrives er her gir en bedre kontroll av masseegenskapene basert på den rådende forståelse av hvordan raffineringsintensiteten og den spesifikke energi påvirker masseegenskapene, se Miles K.B. et al. i "Wood characteristics and energy consumption in refiner pulps. J. Pulp Paper Sei. 21: J383-J389, 1995". Når hver faktor kontrolleres separat blir det lettere å korrigere massekvalitetsproblemer på en systematisk måte under den daglige drift.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for raffinering av tremasse som har en målmassekonsistens ved utslipp større enn 30%,karakterisert vedat den omfatter: (a) å tilveiebringe en konisk skiveraffinør (10,60) omfattende et raffineringshus med et masseinnløp (16) og et masseutløp med en mellomliggende raffineringssone (12,14), idet raffineringssonen (12,14) omfatter en flat, oppstrøms raffineringssone (12) og en konisk nedstrøms raffineringssone (14), (b) å mate masse gjennom nevnte skiveraffinør (10,60) fra nevnte masseinnløp (16) til nevnte masseutløp ved valgt produksjonshastighet (72,74), og å raffinere massen i nevnte raffineringssone (12,14) med utslipp av raffinert masse med en målmassekonsistens ved nevnte masseutløp, (c) å tilsette, med en første konsistens kontrolløkke, en første kontrollert (76) mengde av fortynningsvann (18,20) til nevnte masse, oppstrøms nevnte koniske raffineringssone (14) som svar på tap av vann i massen, for å etablere en målmassekonsistens (84) ved innløpet til skiveraffinøren (10,60) som er effektiv for å opprettholde en aksepterbar raffineringsintensitet for raffinering av massekvaliteten, i forhold til nevnte produksjonshastighet (74) i nevnte raffineringssone (12,14), og (d) å tilsette, med en andre konsistens kontrolløkke, en andre, kontrollert (66) mengde av fortynningsvann (22) til nevnte koniske raffineringssone (14) for å opprettholde nevnte målmassekonsistens (70) ved nevnte masseutløp, hvor første and andre konsistens kontrolløkker er separat fra hverandre.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor nevnte fortynningsvann (18,20) i trinn (c) tilsettes ved nevnte innløp (16) og nevnte flateraffineringssone (12).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor nevnte fortynningsvann (22) i trinn (d) tilsettes ved et antall, i avstand fra hverandre, anordnede punkter i nevnte koniske raffineringssone (14).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3, som inkluderer et trinn med overvåking av massekonsistensen i nevnte koniske raffineringssone (14), med tap av vann under raffinering i nevnte koniske raffineringssone (14), og justering for tilsetning av fortynningsvann (22) i trinn (d) som respons på overvåkningen, for å opprettholde nevnte målmassekonsistens.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2, 3 eller 4, hvor nevnte første kontrollerte (76) mengde av fortynningsvannet (18,20) kontrollerer konsistensen ved masseinnløpet (16), og den nevnte kontrollerte mengde bestemmes ut fra varme- og materialbalansen i raffinøren (10,60).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2, 3, 4 eller 5, inkluderende overvåking av massekonsistensen ved nevnte masseutløp og bestemmelse av nevnte andre kontrollerte (66) mengde av fortynningsvann (22) ut fra dette.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor nevnte overvåkning omfatter avføling av nevnte massekonsistens ved nevnte masseutløp med en konsistenssensor.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor nevnte overvåking omfatter evaluering av prosess-parametere for raffinøren (10,60) og bestemmelse av den kontrollerte mengde av fortynningsvann fra parametrene.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 8, hvor nevnte målmassekonsistenser (70,84) ved innløpet og utløpet av raffinøren (10,60) velges som en funksjon av produksjonshastigheten (74,72) i henhold til ligningene (lia) og (1 lb);

hvor C/fer målmassekonsistens (84) ved innløpet av skiveraffinøren (10,60) og Cbl er målmassekonsistensen ved nevnte masseutløp; prod er produksjonshastigheten, Ctmfeedog fynfeed er konstante koeffisienter bestemt i henhold til ligningene (12a) og (12b) som følger:

hvor fiinfeeder alltid positiv; og a bl og / 3 bl er konstante koeffisienter bestemt i henhold til ligningene (13a) og (13b) som følger: