EP1035253B1 - Optimierter Faser- oder Papierherstellungsprozess - Google Patents

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EP1035253B1 EP00100843A EP00100843A EP1035253B1 EP 1035253 B1 EP1035253 B1 EP 1035253B1 EP 00100843 A EP00100843 A EP 00100843A EP 00100843 A EP00100843 A EP 00100843A EP 1035253 B1 EP1035253 B1 EP 1035253B1
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Reinholdt Boris
Köberl Thomas
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G9/00—Other accessories for paper-making machines
    • D21G9/0009—Paper-making control systems

Definitions

  • the invention relates to a method for carrying out a fiber or Papermaking process using a plurality of successive Process stages in which by specifiable chemical and physical processes defined process steps performed and process optimization depending on measured values and formed therefrom Characteristics, possibly using state models made become.
  • An important process step in the production of paper is the Bleaching of fibrous materials, wherein the respective substance in which it is For example, wood pulp, refiner fabric and / or recycled paper pulp act may, bleaching is subjected to the desired increase to achieve the degree of whiteness of the substance, without compromising the strength of the material undesirable effects on the respective substance.
  • pulp processing or the papermaking usually from several Steps existing bleaching equipment essential in terms of achievable qualities is already in practice trying to optimize the bleaching process, and it is already Known, such optimizations in cooking processes related to use with the production of pulps. It is known in this Context in particular, state models and / or process models to be used, on the basis of detected mechanical, physical and / or chemical properties of the pulp or pulp suspension. Based on such state or process models Sub-processes of an overall process, such as optimized the bleaching stage.
  • the object of the invention is to provide overall processes in the production and Preparation of fibrous materials or in papermaking both under technological as well as under economic as well as ecological To optimize aspects.
  • Embodiment of the invention In addition to the on-line acquisition of parameters can after a Embodiment of the invention also carried out off-line determinations so that on the basis of the discrete values obtained thereby of calculation models an optimization of on-line values in Frame of an auto-calibration module.
  • An essential feature of the method according to the invention is also to see that not only the characteristic determination, but also the control and the regulation or optimization on-line takes place, and Although preferably based on known mathematical or business management Algorithms based on fuzzy logic and the like.
  • Another essential aspect of the invention is that at least a part and preferably all target and characteristic quantities are transformed by means of an arithmetic unit to a uniform basis, wherein a uniform basis can be in particular a price determined by means of a cost or value determination per unit of quantity.
  • a uniform basis can be in particular a price determined by means of a cost or value determination per unit of quantity.
  • the bottleneck problem is part of the production planning process from a business perspective.
  • the products are defined by price and quantity.
  • a mathematical objective function is defined, which is usually designed for profit or production maximization.
  • This actual objective function which may thus be a maximization function, a minimization function, or a combination of both, may be constrained by constraints.
  • side conditions z For example, a paragraph condition (eg, sales cap) or a capacity condition (eg, capacity bottleneck) may be formulated that further constrain the objective function.
  • both the objective function and the secondary conditions are not rigidly formulated, but are adapted to the respective conditions and requirements arising from the current operation (see Hax, H .: Linear Planning Calculation and simplex method as instrument of operational planning, in: ZfhF 1960, p 576 ff.).
  • FIG. 1 showing this basic illustration clarifies the context in connection with FIG input relevant to a fiber-papermaking process. and output variables.
  • FIG. 1 showing this basic illustration clarifies the context in connection with FIG input relevant to a fiber-papermaking process. and output variables.
  • the already mentioned on-line performance determination for which by means of known methods mechanical, physical and / or chemical properties at selected locations of the overall process.
  • the raw materials supplied to the overall process are also recorded in the form the entry quantities, whereby - as for the other characteristics applies - a transformation of these sizes on a consistent basis can, e.g. on the basis price per unit of quantity.
  • Characteristic of the invention is also that in addition to the target sizes also the materials to be disposed of during the process, especially rejects, sludge and water as well as emissions and used to control and optimize the overall process become. These characteristics are also on a consistent basis transform, so that the given per unit of quantity price, for example for disposal costs and wastewater charges.
  • the target quantities are usually the production quantities, but according to the invention again be transformed on a consistent basis can, so that as a target size and mechanical properties and optical Properties can be considered. This is for example possible because the recoverable price of the finished pulp and paper as a sum parameter of all optical and mechanical properties or selected properties.
  • the overall process can be understood both under technological as well as under economic as well as ecological Optimize aspects. This also makes it possible that the amount of raw material, the costs of chemicals, the costs of additives, the energy costs, the amount of waste and the disposal costs are minimized can. It is also possible, the respective semi-finished or finished materials produce such that the fluctuation of the technological Characteristics are significantly reduced.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Faser- oder Papierherstellungsprozesses unter Verwendung einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Verfahrensstufen, in denen durch vorgebbare chemische und physikalische Abläufe definierte Prozeßschritte durchgeführt und Prozeßoptimierungen in Abhängigkeit von Meßwerten und daraus gebildeten Kenngrößen, ggf. unter Einsatz von Zustandsmodellen, vorgenommen werden.
Bei der Herstellung und Aufbereitung von Faserstoffen und auch bei der Papierherstellung wird üblicherweise eine Mehrzahl von Prozeßstufen hintereinander geschaltet, um am Ende des Gesamtverfahrens das jeweilige Produkt mit einer gewünschten Qualität zu erhalten.
Eine wichtige Verfahrensstufe bei der Herstellung von Papier stellt das Bleichen von Faserstoffen dar, wobei der jeweilige Stoff, bei dem es sich beispielsweise um Holzstoff, Refiner-Stoff und/oder Altpapierstoff handeln kann, Bleichvorgängen unterzogen wird, um die gewünschte Erhöhung des Weißegrades des Stoffes zu erreichen, ohne dabei die Festigkeit des jeweiligen Stoffs unerwünscht zu beeinträchtigen. Da bei der Faserstoffaufbereitung bzw. der Papierherstellung den üblicherweise aus mehreren Stufen bestehenden Bleichvorrichtungen wesentliche Bedeutung hinsichtlich der erzielbaren Qualitäten zukommt, wird in der Praxis bereits versucht, das Bleichverfahren zu optimieren, und es ist auch bereits bekannt, derartige Optimierungen bei Kochverfahren im Zusammenhang mit der Herstellung von Zellstoffen einzusetzen. Bekannt ist es in diesem Zusammenhang insbesondere, Zustandsmodelle und/oder Prozeßmodelle zu verwenden, und zwar auf der Basis erfaßter mechanischer, physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften des Faserstoffs oder der Faserstoffsuspension. Anhand solcher Zustands- oder Prozeßmodelle werden Teilprozesse eines Gesamtverfahrens, wie z.B. die Bleichstufe optimiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, Gesamtprozesse bei der Herstellung und Aufbereitung von Faserstoffen bzw. bei der Papierherstellung sowohl unter technologischen als auch unter betriebswirtschaftlichen sowie ökologischen Aspekten zu optimieren.
Erreicht wird dies ausgehend von dem eingangs angegebenen Verfahren nach der Erfindung dadurch, daß zumindest die die Zielgrößen des jeweiligen Endprodukts des Verfahrens relevant beeinflussenden Kenngrößen aller einzelnen Verfahrensstufen on-line erfaßt und direkt oder indirekt on-line zur Steuerung bzw. Optimierung des Gesamtverfahrens verwendet werden, wobei Kenngrößen sowohl in Abhängigkeit von den Ausgangsmaterialien bzw. Rohstoffen als auch von den in den aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen zugeführten Chemikalien, Hilfsstoffen und Energien sowie den zu entsorgenden Materialien und Emissionen gebildet werden.
Ergänzend zur On-line-Erfassung von Kenngrößen können nach einer Ausführungsvariante der Erfindung auch Off-line-Bestimmungen durchgeführt werden, so daß anhand der dabei erhaltenen diskreten Werte anhand von Berechnungsmodellen eine Optimierung der On-line-Werte im Rahmen eines Autokalibrierungsmoduls durchgeführt werden kann.
Eine wesentliche Besonderheit des Verfahrens nach der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß nicht nur die Kenngrößenermittlung, sondern auch die Kontrolle und die Regelung bzw. Optimierung on-line erfolgt, und zwar bevorzugt auf der Basis bekannter mathematischer oder betriebswirtschaftlicher Algorithmen, auf der Basis von Fuzzy-Logik u.dgl.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß zumindest ein Teil und vorzugsweise alle Ziel- und Kenngrößen mittels eines Rechenwerks auf eine einheitliche Basis transformiert werden, wobei eine einheitliche Basis insbesondere ein über eine Kosten- bzw. Wertermittlung bestimmter Preis pro Mengeneinheit sein kann. Durch die Umrechnung auf eine einheitliche Basis läßt sich dann auch eine sogenannte Engpaßoptimierung durchführen. Das Engpaßproblem ist aus betriebswirtschaftlicher Sicht ein Teil des Produktionsplanungsprozesses. Hierbei werden die Produkte über Preis und Menge definiert. Auf dieser Basis wird dann eine mathematische Zielfunktion definiert, die in der Regel auf eine Gewinn- oder Produktionsmaximierung ausgelegt ist. Es ist allerdings auch denkbar, eine Funktion zu definieren, die z. B. eine verringerte Menge an Reststoffen (Abfall) zum Ziel hat (f(x1+...+xn) -> MIN). Diese Funktionen können, müssen aber nicht linear sein. Diese eigentliche Zielfunktion, die also eine Maximierungsfunktion, eine Minimierungsfunktion oder eine Kombination aus beiden sein kann, kann durch Nebenbedingungen eingeschränkt werden. Als Nebenbedingungen können z. B. eine Absatzbedingung (z. B. Absatzobergrenze) oder eine Kapazitätsbedingung (z. B. Kapazitätsengpaß) formuliert werden, die die Zielfunktion weiter einschränken. Im Sinne der Erfindung ist es weiterhin, daß sowohl die Zielfunktion, als auch die Nebenbedingungen, nicht starr formuliert sind, sondern den jeweiligen Bedingungen und Anforderungen, die sich aus dem laufenden Betrieb ergeben, angepaßt werden (vgl. Hax, H.: Lineare Planungsrechnung und Simplex-Methode als Instrument betrieblicher Planung, in: ZfhF 1960, S 576 ff.).
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand einer Prinzipdarstellung erläutert.
Die diese Prinzipdarstellung zeigende Fig. 1 verdeutlicht die im Zusammenhang mit einem Faser-Papierherstellungsprozeß relevanten Eingangs- und Ausgangsgrößen. Im Rahmen des zu steuernden bzw. zu optimierenden Gesamtverfahrens erfolgt die bereits angesprochene On-line-Kenngrößenermittlung, wozu mittels bekannter Methoden mechanische, physikalische und/oder chemische Eigenschaften an ausgewählten Stellen des Gesamtprozesses erfaßt werden.
Erfaßt werden auch die dem Gesamtprozeß zugeführten Rohstoffe in Form der Eintragsmengen, wobei - wie dies auch für die anderen Kenngrößen gilt - eine Transformation dieser Größen auf eine einheitliche Basis erfolgen kann, z.B. auf die Basis Preis pro Mengeneinheit.
Dies gilt auch für die während des Gesamtverfahrens im Zuge der Steuerung und Optimierung zugeführten Chemikalien, Hilfsstoffe, Energien sowie für Frisch- und Ergänzungswasser, wobei die entsprechenden Dosiermengen ebenfalls auf eine einheitliche Basis, nämlich insbesondere auf die Basis Preis pro Mengeneinheit transformierbar sind.
Charakteristisch für die Erfindung ist auch, daß neben den Zielgrößen auch die zu entsorgenden, im Verlauf des Verfahrens anfallenden Materialien, insbesondere Rejekt, Schlamm und Wasser sowie Emissionen erfaßt und zur Steuerung und Optimierung des Gesamtprozesses verwendet werden. Diese Kenngrößen sind ebenfalls auf eine einheitliche Basis zu transformieren, so daß der pro Mengeneinheit gegebene Preis beispielsweise für Entsorgungskosten und Abwassergebühren berücksichtigbar ist.
Die Zielgrößen sind üblicherweise die Produktionsmengen, die aber erfindungsgemäß wiederum auf eine einheitliche Basis transformiert werden können, so daß als Zielgröße auch mechanische Eigenschaften und optische Eigenschaften berücksichtigt werden können. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, daß der erzielbare Erlöspreis des fertigen Faserstoffes und Papiers als Summenparameter aller optischen und mechanischen Eigenschaften bzw. ausgewählter Eigenschaften angesetzt werden kann.
Durch die Transformierung von Input- bzw. Output-Kenn- bzw. Zielgrößen auf eine einheitliche Basis läßt sich das Gesamtverfahren sowohl unter technologischen als auch unter betriebswirtschaftlichen sowie ökologischen Aspekten optimieren. Dadurch wird es auch möglich, daß die Rohstoffmenge, die Chemikalienkosten, die Hilfsstoffkosten, die Energiekosten, das Abfallaufkommen und die Entsorgungskosten minimiert werden können. Ebenfalls ist es möglich, die jeweiligen Halb- oder Fertigstoffe derart zu produzieren, daß die Schwankungsbreite der technologischen Kennwerte ganz wesentlich reduziert werden.
Wenn die Zahl der Einflußgrößen im Gesamtmodell reduziert werden soll, können Teilprozesse, z.B. in einer Altpapieraufbereitungsanlage die Auflösung, Bleiche, Sortierung, Fluktuation u.dgl. zuerst in eigenständigen Modulen zusammengefaßt werden, die dann nur eine komprimierte Zahl von Kenngrößen an den Gesamtprozeß weitergeben.
Für die Auslegung des Betriebs einer Gesamtanlage ist es auch von wesentlichem Vorteil, daß unter Verwendung von lernfähigen Modellen die unterschiedlichen Einflüsse der In- und Outputs hinsichtlich der jeweiligen Zielgrößen untersucht und berücksichtigt werden können und es auch möglich ist, durch Änderung von Ziel- und Kenngrößen unterschiedliche Szenarien zu überprüfen.
Im Falle der Berücksichtigung aller In- und Outputs läßt sich demgemäß nach der Erfindung eine Qualitätssteuerung und Qualitätsregelung erreichen, welche sowohl die Qualität als auch die Wirtschaftlichkeit des betreffenden Verfahrens bzw. Produkts positiv beeinflussen.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Durchführung eines Faser- oder Papierherstellungsprozesses unter Verwendung einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Verfahrensstufen, in denen durch vorgebbare chemische und physikalische Abläufe definierte Prozeßschritte durchgeführt und Prozeßoptimierungen in Abhängigkeit von Meßwerten und daraus gebildeten Kenngrößen, ggf. unter Einsatz von Zustandsmodellen, vorgenommen werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die die Zielgrößen des jeweiligen Endprodukts des Verfahrens relevant beeinflussenden Kenngrößen aller einzelnen Verfahrensstufen on-line erfaßt und direkt oder indirekt on-line zur Steuerung bzw. Optimierung des Gesamtverfahrens verwendet werden, wobei Kenngrößen sowohl in Abhängigkeit von den Ausgangsmaterialien bzw. Rohstoffen als auch von den in den aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen zugeführten Chemikalien, Hilfsstoffen und Energien sowie den zu entsorgenden Materialien und Emissionen gebildet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß ergänzend zur On-line-Erfassung von Kenngrößen Off-line-Bestimmungen von Meßwerten und Kenngrößen vorgenommen und anhand der erhaltenen diskreten Werte mittels Berechnungsmodellen Optimierungen der jeweils zugehörigen On-line-Werte vorgenommen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Verfahrensstufen oder Teilprozesse zu eigenständig gesteuerten und optimierten Modulen zusammengefaßt werden und eine komprimierte bzw. reduzierte Anzahl von in diesen Modulen gebildeten Kenngrößen zur Steuerung und Optimierung des Gesamtverfahrens verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Ziel- und Kenngrößen mittels eines Rechenwerks auf eine einheitliche Basis transformiert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß als einheitliche Basis der Preis pro Mengeneinheit gewählt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Kenngrößen vor ihrer Verwendung zur Steuerung und Optimierung des Gesamtverfahrens gewichtet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung der auf eine einheitliche Basis transformierten Kenngrößen im Gesamtverfahren eine Engpaßoptimierung durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Kenngrößen aus den On-line-Meßwerten unter Verwendung mathematischer oder betriebswirtschaftlicher Algorithmen erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Zielgrößen insbesondere Produktionsmengen, mechanische und/oder optische Eigenschaften und/oder der Faserstoff- oder Papierpreis vorgegeben werden.
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