DE102006009450A1 - Verfahren zur Qualitätssicherung bei der Papierherstellung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Qualitätssicherung bei der Papierherstellung, insbesondere von Nahrungs- und Genussmittel geeignetem Papier. Neben Faserrohstoffen werden zur Papierherstellung Hilfs- und/oder Füllstoffe benötigt. Diese sind überwiegend mineralische Stoffe, aber auch bestimmte Chemikalien. Zur Bestimmung der Siebwasserqualität und besonders zur Bestimmung von toxischen Substanzen im Siebwasser (10) wird eine Kombination von mindestens zwei Messsystemen (45) mit physikalisch unterschiedlichen Messprinzipien eingesetzt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Qualitätssicherung bei der Papierherstellung. Das Verfahren ist geeignet zur Bestimmung der Qualität und/oder der Schadstoffbelastung eines Endproduktes bei der Papierherstellung, beispielsweise für Lebensmittelpackpapier.
  • Neben Faserrohstoffen werden zur Papierherstellung Hilfs- und/oder Füllstoffe benötigt. Dies sind überwiegend mineralische Stoffe, aber auch bestimmte Chemikalien. Diese braucht man unter anderem um die Blattbildungseigenschaften auf einem Papiermaschinensieb bzw. einer Siebpartie zu steuern. Über einen Einsatz dieser Stoffe können außerdem die spezifischen Eigenschaften eines Papiers bestimmt werden, etwa eine Weiße oder eine Färbung des Papiers und auch bestimmte funktionale Eigenschaften, wie etwa eine Fettdichtigkeit oder eine Nassfestigkeit. Die natürlichen Mineralien Kaolin, oder auch Porzellanerde genannt, und Kreide sind die wichtigsten Füllstoffe. Sie verleihen dem Papier eine geschlossene und gut bedruckbare Oberfläche. Sie werden außerdem eingesetzt, um Papier, Karton oder Pappe zu veredeln. Wird beispielsweise eine Mischung aus Kaolin und Kreide in einer dünnen Schicht auf das Papier aufgetragen, so erhält das Papier mit diesem „Strich" noch mehr Glätte und Oberflächenfestigkeit und eignet sich dann besonders gut zum Bedrucken. Es hängt von den gewünschten Eigenschaften des Papiers ab, in welcher Zusammensetzung die verschiedenen Hilfsstoffe eingesetzt werden.
  • Aus DE 195 10 009 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prozessführung bei der Papier- und Kartonherstellung bekannt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass zwei unterschiedliche Messsysteme eingesetzt werden. Ein erstes Messsystem arbeitet nach dem Prinzip der Spektrometrie und misst Eigenschaften in der Pulpe (Stoffauflauf) oder in der Papierbahn. Mit einem weiteren Messsystem wird beispielsweise die Feuchte einer Papierbahn gemessen. Mit einem Feuchtemesssystem in Kombination zur Sepktrometrie können die Qualitätsmerkmale noch nicht zur vollsten Zufriedenheit der Betreiber angegeben werden.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aussagekräftigeres Verfahren zur Qualitätssicherung für die Papierherstellung, insbesondere von Nahrungs- und Genussmittel geeignetem Papier, anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eines der Messsysteme als ein Gas-Sensor ausgebildet ist, welches ausgasende Stoffe in der Umgebung eines Prozessgutes detektiert.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Gas-Sensor zur Detektion von aus dem Prozessgut ausgasenden toxischen Stoffen hergerichtet.
  • Vorzugsweise findet die Messung ausschließlich in der Atmosphäre in unmittelbarer Umgebung (z.B. kleiner 30 cm oder kleiner 3 cm) des Prozessgutes statt, ohne dass das Prozessgut dabei selbst vermessen wird. Es wird sozusagen der Dampfdruck ausgenutzt.
  • Unter Prozessgut sind Ausgangsmaterialien, Zwischenprodukte und Endprodukte bei der Papierherstellung zu verstehen. Beispielsweise Rohstoffe, Altpapier, Pulpe, Papier, Pappe, Karton sowie feuchte oder trockene Zwischenprodukte.
  • An der Erfindung ist vorteilhaft, dass mit der Kombination von Messsystemen eine rasche Analyse und/oder Auswertung erfolgen kann, beispielsweise ist die Schadstoff- und/oder Substanzkonzentration im Siebwasser „online" bestimmbar. Des Weiteren erlaubt der Gas-Sensor, welcher als eine Art "elektronische Nase" arbeitet, einer Reihe von toxischen Substanzen in einer Gasphase nachzuweisen. Zudem wird eine gleich bleibende Papierqualität erreichbar und insbesondere kann eine Aussage über die Belastung des Papiers mit toxischen Stoffen und/oder Substanzen auf Abruf zur Verfügung stehen. Auf zeitaufwendige Labormessungen kann verzichtet werden. Eine direkte Verbindung der Messsysteme zu einer Rechen- und/oder Steuereinheit ist möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist es, dass als Gas-Sensor ein Sensor auf Halbleiterbasis verwendet wird. Vorteilhaft hieran ist, dass solche Gassensoren sehr klein und kostengünstig eingesetzt werden können. Diese Gassensoren registrieren Gase und stellen eine Information, beispielsweise als Messwert, als elektrisches Signal zur Verfügung.
  • Von weiterem Vorteil ist es, dass als Gas-Sensor ein Sensor, welcher aus einem Array unterschiedlicher Halbleiter-Rezeptoren besteht, verwendet wird. Beispielsweise für eine Messung von chemischen Substanzen über dem Altpapier oder über einem Siebtisch ist der Einsatz von Gas-Sensoren, welche mehr als eine Substanz detektieren können, vorteilhaft.
  • Eine weitere Steigerung der Qualitätssicherung wird dadurch erreicht, dass als Gas-Sensor ein Sensor, welcher aus einem Array unterschiedlicher Halbleiter-Rezeptoren besteht, verwendet wird.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird als Gas-Sensor ein Metalloxidsensor verwendet.
  • Vorteilhaft ist des Weiteren, dass als Gas-Sensor ein gasempfindlicher Feldeffekttransistor verwendet wird.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Gas-Sensor ein Sensor mit organischen Polymeren verwendet. Neben Sensoren mit organischen Polymeren kann auch ein Sensormaterial mit physikalischen oder chemischen Filterschichten bedeckt werden, und so beispielsweise unerwünschte Gase abhalten, aber ein Zielgas ist weiterhin passierbar. Ein physikalisches Filter ist z.B. eine kompakte Schicht aus Amor phen SiO2, die nur für Wasserstoff passierbar ist. Es ist somit vorteilhaft selektive Sensoren einzusetzen.
  • Mit Vorteil arbeitet der Sensor nach einem der folgenden Messprinzipien:
    • – IR-Spektroskopie (IR) und/oder
    • – NIR-Spektroskopie (NIR) und/oder
    • – Gaschromatographie (GC) und/oder
    • – Massenspektroskopie (MS) und/oder
    • – elektrochemische Sensorik (ES).
  • Auf vorteilhafte Weise wird für ein weiteres der Messsysteme eine Auswahl folgender Messprinzipien genutzt:
    • – IR-Spektroskopie (IR) und/oder
    • – NIR-Spektroskopie (NIR) und/oder
    • – Gaschromatographie (GC) und/oder
    • – Massenspektroskopie (MS) und/oder
    • – elektrochemische Sensorik (ES) und/oder
    • – Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie (HPLC).
  • Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal wird zur Auswertung eines Messergebnisses ein neuronales Netz verwendet, welches vorzugsweise auf das Vorhandensein toxischer Stoffe ausgerichtet oder trainiert ist.
  • Unter einem neuronalem Netz versteht man im Sinne der Erfindung ein künstliches in einem Rechner implementiertes Netz, welches in der Lage ist, Kombinationen von Signalen zu verarbeiten und darauf mit spezifischen Signalen zu antworten. Die besondere Eigenschaft neuronaler Netze besteht darin, dass sie komplexe Muster lernen können, ohne dass eine Abstraktion über die diesen Mustern zugrunde liegenden Regeln stattfindet. Das heißt vor dem Lernen müssen diese Regeln nicht entwickelt und/oder programmiert werden. Das richtige Trainieren eines neuronalen Netzes ist Voraussetzung für ein erfolgreiches Ergebnis. Damit korrespondiert die Eigenschaft, dass eine Vorhersage über die "richtige" Interpretation eines Musters durch ein neuronales Netz nicht präzise möglich ist, solange nicht dieses spezifische Netz mit dieser spezifischen Lernerfahrung befragt bzw. durchgerechnet wird. Werden mehrere Messwerte zur Auswertung mit einander kombiniert, so ist die Auswertung mittels neuronaler Netze äußerst vorteilhaft. Anhand der neuronalen Netze können mit den Messwerten aus Einzelmessungen beispielsweise aus dem Siebwasser und aus der Gasphase über dem Siebwasser eine Beschreibung und Bewertung der Toxikologie des Prozessgutes erfolgen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist, dass mit den Messsystemen mindestens ein Messwert vom Papier, insbesondere vom trockenen Papier, genommen wird.
  • Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist, dass mit den Messsystemen mindestens ein Messwert aus einer Papiersuspension, vorzugsweise aus einer wässrigen Lösung der Papiersuspension, insbesondere aus einem Siebwasser, genommen wird.
  • Vorteilhaft ist, dass mit den Messsystemen mindestens ein Messwert aus einem oder mehreren Ausgangsmaterialen, insbesondere aus einem Altpapier bei einer Recyclingpapierherstellung, genommen wird.
  • Vorzugsweise wird mit den Messsystemen mindestens ein Messwert über einer Siebpartie, insbesondere über dem Siebwasser, genommen.
  • Von besonderer Zweckmäßigkeit ist, dass zur Bewertung des Messergebnisses ein Modell, insbesondere ein Kalibrationsmodell von Substanzen im Siebwasser, verwendet wird.
  • Mit Vorteil wird bei einer Abweichung des Messergebnisses von einem Sollzustand eine Aktion ausgelöst.
  • Zweckmäßig ist, dass mit dem Messsystemen mindestens eine chemische Substanz detektiert wird, vorzugsweise ein Hilfs stoff, der zur Papierherstellung zugesetzt wurde, oder ein Umwandlungsprodukt des Hilfsstoffs.
  • Eine weitere Steigerung der Aussagekraft über die Qualität des Papiers wird dadurch erreicht, dass mit dem Messsystemen mindestens eine Substanz detektiert wird, die eine der folgenden Stoffklassen angehört oder durch Umwandlung dieser entstanden ist:
    • – Leimstoffe,
    • – Schleimverhinderungsmittel,
    • – Färbereihilfsmittel, Netzmittel, Fixiermittel,
    • – Retentions- und Flockungsmittel,
    • – Mittel gegen Verharzen,
    • – Nassfestigkeitsmittel,
    • – Konservierungsmittel,
    • – Härtungsmittel für Pigmentstriche,
    • – Mittel zur Haftverankerung.
  • Zweckmäßig ist, dass mit den Messsystemen mindestens eine Substanz detektiert wird, die eine der folgenden Stoffklassen angehört oder durch Umwandlung dieser entstanden ist:
    • – Trockenfestigkeitsmittel,
    • – Mittel zur Vermeidung von Ablagerungen,
    • – Bindemittel,
    • – Dispersionsmittel für Füllstoff- und/oder Streichpigmente,
    • – Beschichtungs- und Imprägniermittel.
  • Weiterhin zweckmäßig ist, dass mit den Messsystemen mindestens eine Substanz detektiert wird, die den Ausgangsmaterialien anhaften und/oder eine der folgenden Stoffklassen angehört oder durch Umwandlung dieser entstanden ist:
    • – Druckfarben,
    • – Reinigungsmittel aus Haushalt und/oder Industrie,
    • – Herbizide, Insektizide,
    • – Medikamente aus der Human- und/oder Tiermedizin.
  • Von Vorteil ist, dass mit dem Messsystemen mindestens eine Substanz detektiert wird, die durch eine Zellstoffbleiche mit Chlor und/oder durch chlorhaltige Bleichmittel entsteht, insbesondere die Entstehung von Dioxinen.
  • Zweckmäßig ist, dass bei einer Messstelle vor einer Reinigungsstufe durch die Aktion eine Voreinstellung der Reinigungsstufe gesteuert wird.
  • Mit Vorteil wird bei einer Messstelle nach der Reinigungsstufe durch die Aktion eine Regelung für die Reinigungsstufe gesteuert.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist, dass durch die Aktion mindestens eine der folgenden Prozessschritte veranlasst wird:
    • – Bereitstellung einer Alarmmeldung,
    • – Aussonderung eines Tambours,
    • – Ausschleusung einer berechneten Siebwasser-Menge, Herabsetzung einer Konzentration der Substanzen im Siebwasser durch Zugabe einer berechneten Frischwassermenge,
    • – eine kontinuierliche Verdünnung des Siebwassers mit Frischwasser wird geregelt und/oder gesteuert.
  • Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Merkmale sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigt die
  • 1 schematisch eine Papierherstellungsanlage mit einen Siebwasserkreislauf,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Messverfahrens mit einer optischen Messstelle, insbesondere mit einer IR-Messzelle,
  • 3 von der IR-Messzelle der 2 gemessene IR-Spektren.
  • Einander entsprechende Teile sind in den 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine Papierherstellungsanlage 1, die auf der Basis von Altpapier 5 als ausschließlichem Rohstoff braunes Papier, d.h. Papier mit hoher Festigkeit produziert. Zur Erhöhung der Festigkeit werden dem Siebwasser 10 neben Chemikalien auch insbesondere Retensionsmittel zudosiert. Um den Einsatz der Retensionsmittel zu optimieren, ist ein Nahes-Infrarot-Sprektrometer NIR in einer Siebwasserleitung installiert. Das möglicherweise zusätzlich belastete Ausgangsmaterial Altpapier 5 wird über die Dickstoffzuführung 6 dem Siebwasserkreislauf 20 beigegeben. Mögliche Fremdstoffe oder Substanzen, die dem Altpapier 5 anhaften, sind Druckfarben, Reinigungsmittel aus Haushalt und/oder Industrie, Herbizide, Insektizide oder Medikamente aus der Human- und/oder Tiermedizin.
  • Um im Vorfeld im oder am Altpapier 5 mögliche Schadstoffe zu detektieren, sind über dem Altpapierlager 5 Gassensoren GS angebracht. Diese Gassensoren GS wie auch die Gassensoren GS direkt über dem Siebwasser 10 an der Siebpartie 30 und die elektrochemischen Sensoren ES im Siebwasser 10 der Siebpartie 30 und der Kombinationsmesswertgeber 45 und das NIR-Spektrometer NIR sind mit einem Analyserechner 50 verbunden. Diese Verbindungen sind in der Zeichnung nicht dargestellt und bestehen üblicherweise aus Datenleitungen und/oder Funkübertragungsstrecken.
  • Eine spätere Auswertung kann dann z.B. mit neuronalen Netzen erfolgen, mit denen aus den Messwerten der Einzelmessungen im Siebwasser und/oder in der Gasphase eine vollständige Beschreibung und Bewertung einer Toxikologie des Papiers erfolgen kann. Zu detektierende toxische Stoffe sind z.B. Formaldehyd, Formaldehydharze, halogenhaltige Verbindungen, Aromate, Phenole etc..
  • Die dem Altpapier 5 anhaftenden Schadstoffe führen in der Regel zu ungewollten Wechselwirkungen, die die Papierproduktion beeinträchtigen und die Produktqualität verschlechtern. Aus Umweltschutzgründen arbeiten heutige Papierherstellungsanla gen 1 nur mit einem geschlossenen Siebwasserkreislauf 20. Dies bedeutet, dass sich die Schadstoffe in einem erheblichen Umfang anreichern können. Des Weiteren reichern sich ursprüngliche Hilfsstoffe oder beigefügte Chemikalien im Wasser 10 der Papierherstellungsanlage 1 an und können, insbesondere wenn sie im Wasserkreislauf chemisch umgesetzt werden, als zusätzlicher Störstoff wirken.
  • Durch den Einsatz einer Kombination von Messsystemen mit physikalisch unterschiedlichen Messprinzipien ist es möglich, die Qualität des Siebwassers 10 auf einem hohen Niveau zu halten. Erst die Kombination der Messsysteme macht es möglich, auch die Störstoffe zu ermitteln, die während des Herstellungsprozesses von Papier als Umwandlungsprodukt der Chemikalien mit anderen Hilfsstoffen entsteht. Ein Messergebnis des NIR-Spektrometers NIR wird unter anderem als eine Voreinstellung für eine Reinigungsstufe 40 genutzt. Der Kombinationsmesswertgeber 45 enthält die folgenden Messsysteme: ein Messsystem für Gassensorik GS, ein Messsystem für IR-Spektroskopie NIR, ein Messsystem für Gaschromatograpie GS, ein Messsystem für eine Massenspektroskopie (MS), ein Messsystem für eine elektrochemische Sensorik ES und ein Messsystem für eine Hochdruckflüssigkeitschromatographie HPLC. Diese Kombination von Messsystemen macht es möglich, hinter der Reinigungsstufe 40 die Qualität des Siebwassers 10 zu beurteilen. Zusätzlich wird mit den Messergebnissen des Kombinationsmesswertgebers 45 eine Regelung für die Reinigungsstufe 40 abgeleitet. Zusätzlich wird mit dem Analyserechnen auf Basis des Messergebnisses des Kombinationsmesswertgebers ein Signal generiert, wenn Filterelemente der Reinigungsstufe 40 verbraucht sind. Weitere Möglichkeiten das Siebwasser 10 zu beeinflussen, hat man mit einer Frischwasserzuleitung 36 und einer Siebwasserausflussleitung 37. Alle Messergebnisse von allen hier dargestellten Messsystemen werden in dem Analyserechner 50 unter Zuhilfenahme eines neuronalen Netzes 55 ausgewertet und bewertet. Der Analyserechner 50 arbeitet mit Kalibrationsmodellen. Ein Kalibrationsmodell wird auf der Basis einer Referenzanalytik und den dazu korrellierenden IR-Spek tren entwickelt. Dabei werden für jeden zu detektierenden Messwert getrennt die optimalen Spektralbereiche selektiert. Anschließend wird ein Normierungsverfahren, wie eine Skalierung, eine Min/Max-Normierung, eine Zentrierung und/oder eine Vektornormierung und/oder eine Cosinustransformation eine und/oder orthogonale Signalkorrektur auf die Messergebnisse angewendet.
  • Auf der Basis der normierten Spektren werden dann die optimalen Kalibrationsmodelle berechnet. Als Verfahren bietet sich eine Hauptkomponentenanalyse, ein lineares und nicht lineares partial-least-square und das künstliche neuronale Netz 55 an. Ein Kalibrationsmodell umfasst folgende Informationen: Spektralbereiche, Art der mathematischen Vorverarbeitung und die erforderlichen Koeffizienten für eine Umrechnung der Spektren, Art des Kalibrationsverfahrens und die erforderlichen Koeffizienten.
  • Vor Einsatz des Kalibrationsmodells ist durch eine Validierung die Robustheit des Modells zu überprüfen. Ebenso ist in bestimmten Zeiten oder nach größeren Wartungsarbeiten an der Papierherstellungsanlage 1 eine Validierung des Modells notwendig. Ggf. ist eine Nachkalibrierung der Kalibrationsmodelle erforderlich. Bei Änderung der Rohstoffzusammensetzung im Siebwasser 10 ist auf jeden Fall eine Nachkalibrierung der Kalibrationsmodelle erforderlich.
  • Mit dieser erfindungsgemäßen Möglichkeit über die Messung des Siebwassers 10 zur Optimierung der Qualität beizutragen, lassen sich sowohl Einsparungen der Rohstoffe, der Hilfschemikalien und des Wassers sowie bessere Produktpreise durch eine höhere Qualität erzielen.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Messverfahrens mit einer optischen Messstelle 70. Die Messstelle 70 ist in einer Bypassleitung zum Siebwasserkreislauf 20 angeordnet. Ein Filter 60 dient zur Entfernung von Fasern oder Faserstoffen aus dem Siebwasser 10. Ein sauberes Siebwasser 10 ist Voraussetzung für eine erfolgreiche Messung. Die Genauigkeit der Messung wird erhöht, wenn immer bei gleichen Voraussetzungen gemessen wird, d.h. es ist eine Temperaturabweichung von kleiner 2°C einzuhalten. Diese Forderung wird mittels eines Wärmetauschers 62, welcher der Messzelle 70 vorgeschaltet ist, erfüllt. Ein Temperatursensor 64 bildet mit dem Wärmetauscher 62 einen Regelkreis für eine konstante Temperatur des Siebwassers 10. Eine Zugabe von Frischwasser 36 erfolgt zum einen vor dem Filterelement 60 und zum anderen nach dem Wärmetauscher 62, bei dieser Variante wird das zugeführte Frischwasser zusätzlich über den Wärmetauscher 65 an seine Solltemperatur angepasst. Das Messverfahren wird mit dem Analyserechner 50, in 2 dargestellt, gesteuert und/oder geregelt. Im Analyserechner 50 werden die gemessenen Spektren gespeichert und verarbeitet. Bei dem Messverfahren mit einer optischen Messzelle 70 muss alle acht Stunden eine Messung mit reinem Wasser erfolgen. Diese Messung mit reinem Wasser dient der optischen Referenz. Neben der Überwachung der Wassertemperatur mittels des Temperatursensors 64 und dem Wärmetauscher 62 ist der Wasserdurchfluss zu überwachen. Weicht die Wassertemperatur zu stark von ihrem Sollwert ab, so wird über dem Analyserechner 50 eine Störungsmeldung abgegeben. Auch wenn die Durchflussmenge zu gering ist, wird über den Analyserechner 50 eine weitere Störungsmeldung angegeben. Des Weiteren wird die optische Messzelle 70 auf ihre Lampenintensität überwacht. Alle ausgegebenen Störungsmeldungen haben zum Ziel, die Messung für ungültig zu erklären. Im Analyserechner 50 erfolgt die Berechnung der Zielgrößen aus den gemessenen Spektren und den abgespeicherten Kalibrationsmodellen. Die berechneten Werte werden über Datenbusleitung an ein Prozessleitsystem übermittelt, alle Maßnahmen zur Regelung einer Papierherstellungsanlage erfolgen durch das übergeordnete Prozessleitsystem. Eine Plausibilität der errechneten Daten wird bereits im Analyserechner 50 geprüft. Bei Abweichungen, die auf die fehlende Gültigkeit eines Kalibrationsmodells deuten, wird durch eine Störmeldung der Maschinenbetreiber veranlasst eine Nachkalibration der Kalibrationsmodelle vorzunehmen.
  • 3 zeigt MIR-Spektren von einem im Siebwasser 10 gelösten Retentionsmittel K301, welches nach einer ATR-Messmethode ermittelt wurde. Eine Absorption in 10–3 ist über den Kehrwert der Wellenlänge 1/λ in 1/Zentimeter aufgetragen. Eine Kurve 80 zeigt das Spektrum einer 0.125%-tigen Lösung des Retentionsmittels K301, eine weitere Kurve 81 zeigt das Spektrum für eine 0.25%-tige Lösung und eine dritte Kurve zeigt das Spektrum für eine 0.5%-tige Lösung des Retentionsmittel K301.
  • Zusätzlich ergeben sich folgende beispielhafte Ausgestaltungen: Überwachung eines Tambours. Die Schadstoffe werden über die gesamte Laufzeit des Tambours überwacht. Bei der bisherigen Verfahrensweise wird nur am Tambour-Ende eine Probe genommen und analysiert. Sie ist nicht repräsentativ für eine gesamte Laufzeit des Tambours. Direkt nach Fertigstellung kann bei dem erfinderischen Vorgehen entschieden werden, ob das Papier lebensmitteltauglich ist oder nicht. Eine Wartezeit auf eine Labormessung entfällt. Die Messung selbst kann schnell und mit geringem Personaleinsatz durchgeführt werden. Die Messung ist repräsentativ für einen bestimmten Tambour. Der Tambour kann somit gekennzeichnet werden und für nicht lebensmitteltechnische Zwecke weiter verwendet werden.
  • Ein Papierstoff kommt mit einer Last an toxischen Stoffen aus einer Stoffaufbereitung mit etwa 3% Stoffdichte. Das Siebwasser, welches ebenfalls eine Belastung durch toxische Stoffe hat, verdünnt den Stoffstrom auf eine Stoffdichte, die je nach Papierart 0,4 bis 1,2% Stoffdichte haben kann. Solch geringe Stoffdichten treten z.B. bei der Herstellung von Teebeutelpapier auf. Hohe Stoffdichten sind bei Verpackungspapieren zu erwarten. Die Stoffdurchmischung erfolgt im Stoffauflauf hochgradig turbulent, so dass von einer idealen Durchmischung beider Stoffströme ausgegangen werden kann. Ein Gleichgewicht zwischen den toxischen Stoffen an einer Papierfaser und im umgebenden Siebwasser stellt sich ein. Da das Siebwasser zirkuliert und dadurch das Papier kontaminiert, werden nach Auswertung der Messergebnisse folgende Prozessschritte abgeleitet: Bereitstellung einer Alarmmeldung, Aus sonderung eines Tambours, Ausschleusung einer berechneten Siebwassermenge mTOX, Herabsetzung einer Konzentration der Substanzen im Siebwasser durch Zugabe einer berechneten Frischwassermenge, eine kontinuierliche Verdünnung des Siebwassers mit Frischwasser wird geregelt und/oder gesteuert.
  • 1. Eine Alarmmeldung wird ausgegeben.
  • Anhand der Alarmmeldung kann ein Anlagenbediener entscheiden, wann er eine Ausschleusung des belasteten Siebwassers vornimmt und wann er Frisch- bzw. geeignetes Brauchwasser zugibt.
  • 2. Aussonderung eines Tambours.
  • Bei diesem Verfahren wird davon ausgegangen, dass ein "vergifteter Tambour ausgesondert und zu nicht lebensmitteltechnischen Zwecken verwendet wird. Bei dem Anfahren eines neuen Tambours wird geprüft, ob das Ausgangsmaterial und/oder der Faserstoff und/oder das Siebwasser noch belastet sind. Dazu wird einige Minuten bevor der neue Tambour auf der Papierherstellungsanlage läuft, dass zur Entgiftung erforderliche Siebwasser ausgeschleust. Eine auszuschleusende Menge Δm wird dabei wie Folgt berechnet: Δm = mTOX – mGRENZ,mTOX ist dabei die Masse an toxischen Stoffen im Siebwasser. mGRENZ ist die maximal zulässige Menge an toxischen Stoffen im Siebwasser. Das Volumen V des Siebwassers 10 wird konstant gehalten, dadurch ergibt sich folgende Gleichung: Δm = V·CTOX,ist – CGRENZ CTOX, ist ist ein Volumengewicht der toxischen Stoffen und CGRENZ ist ein Volumengewicht der maximal zulässigen toxischen Stoffe.
  • 3. Kontinuierliche Verdünnung des Siebwassers.
  • Die kontinuierliche Verdünnung des Siebwassers stellt ein sukzessives Verfahren dar. Es wird gemessen und daraufhin eine gewisse Menge belastetes Siebwasser durch Frischwasser ersetzt. Daraufhin wird erneut gemessen und ggf. wieder eine gewisse Menge Frischwasser dem Siebwasser zugesetzt.
  • Eine Kombination der zuvor genannten Verfahren ist ebenso zweckmäßig.

Claims (24)

  1. Verfahren zur Qualitätssicherung bei der Papierherstellung, wobei eine Kombination von mindestens zwei Messsystemen (45) mit physikalisch unterschiedlichen Messprinzipien eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Messsysteme (45) als ein Gas-Sensor (GS) ausgebildet ist, welches ausgasende Stoffe in der Umgebung eines Prozessgutes bei der Papierherstellung detektiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Sensor (GS) und/oder das Messsystem (45) zur Detektion von aus dem Prozessgut ausgasenden toxischen Stoffen hergerichtet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas-Sensor (GS) ein Sensor auf Halbleiterbasis verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas-Sensor (GS) ein Sensor, welcher ein Array unterschiedlicher Halbleiter-Rezeptoren aufweist, verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas-Sensor (GS) ein Metalloxidsensor verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas-Sensor (GS) ein gasempfindlicher Feldeffekttransistor verwendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas-Sensor (GS) ein Sensor mit organischen Polymeren verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Sensor (GS) nach einem der folgenden Messprinzipien arbeitet: – IR-Spektroskopie (IR) und/oder – NIR-Spektroskopie (NIR) und/oder – Gaschromatographie (GC) und/oder – Massenspektroskopie (MS) und/oder – elektrochemische Sensorik (ES).
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für ein weiteres der Messsysteme (45) eine Auswahl folgender Messprinzipien genutzt wird: – IR-Spektroskopie (IR) und/oder – NIR-Spektroskopie (NIR) und/oder – Gaschromatographie (GC) und/oder – Massenspektroskopie (MS) und/oder – elektrochemische Sensorik (ES) und/oder – Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie (HPLC).
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung eines Messergebnisses ein neuronales Netz (55) verwendet wird, welches vorzugsweise auf das Vorhandensein toxischer Stoffe ausgerichtet ist oder trainiert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Messsystemen mindestens ein Messwert vom Papier, insbesondere vom trockenem Papier, genommen wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Messsystemen mindestens ein Messwert aus einer Papiersuspension, vorzugsweise aus einer wässrigen Lösung der Papiersuspension, insbesondere aus einem Siebwasser (10), genommen wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Messsystemen mindestens ein Messwert aus einem oder mehreren Ausgangsmaterialen (5), insbesondere aus einem Altpapier (5) bei einer Recyclingpapierherstellung, genommen wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Messsystemen mindestens ein Messwert über einer Siebpartie (30), insbesondere über dem Siebwasser (10), genommen wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewertung des Messergebnisses ein Modell, insbesondere ein Kalibrationsmodell von Substanzen im Siebwasser (10), verwendet wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung des Messergebnisses von einem Sollzustand eine Aktion ausgelöst wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Messsystemen mindestens eine chemische Substanz detektiert wird, vorzugsweise ein Hilfsstoff, der zur Papierherstellung zugesetzt wurde, oder ein Umwandlungsprodukt des Hilfsstoffs.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Messsystemen mindestens eine Substanz detektiert wird, die eine der folgenden Stoffklassen angehört oder durch Umwandlung dieser entstanden ist: – Leimstoffe, – Schleimverhinderungsmittel, – Färbereihilfsmittel, Netzmittel, Fixiermittel, – Retentions- und Flockungsmittel, – Mittel gegen Verharzen, – Nassfestigkeitsmittel, – Konservierungsmittel, – Härtungsmittel für Pigmentstriche, – Mittel zur Haftverankerung.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Messsystemen mindestens eine Substanz detektiert wird, die eine der folgenden Stoffklassen angehört oder durch Umwandlung dieser entstanden ist: – Trockenfestigkeitsmittel, – Mittel zur Vermeidung von Ablagerungen, – Bindemittel, – Dispersionsmittel für Füllstoff- und/oder Streichpigmente, – Beschichtungs- und Imprägniermittel.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Messsystemen mindestens eine Substanz detektiert wird die den Ausgangsmaterialien (5) anhaften und/oder eine der folgenden Stoffklassen angehört oder durch Umwandlung dieser entstanden ist. – Druckfarben, – Reinigungsmittel aus Haushalt und/oder Industrie, – Herbizide, Insektizide, – Medikamente aus der Human- und/oder Tiermedizin.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Messsystemen mindestens eine Substanz detektiert wird, die durch eine Zellstoffbleiche mit Chlor und/oder durch chlorhaltige Bleichmittel entsteht, insbesondere die Entstehung von Dioxinen.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Messstelle (NIR) vor einer Reinigungsstufe (40) durch die Aktion eine Voreinstellung der Reinigungsstufe (40) gesteuert wird.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Messstelle (45) nach der Reinigungsstufe (40) durch die Aktion eine Regelung für die Reinigungsstufe (40) gesteuert wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Aktion mindestens eine der folgenden Prozessschritte veranlasst wird: – Bereitstellung einer Alarmmeldung, – Aussonderung eines Tambours, – Ausschleusung einer berechneten Siebwasser-Menge (ΔmTox, Herabsetzung einer Konzentration der Substanzen im Siebwasser durch Zugabe einer berechneten Frischwassermenge, – eine kontinuierliche Verdünnung des Siebwassers mit Frischwasser (36) wird geregelt und/oder gesteuert.
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