JP2012528944A - チップ・リファイナー内での木材パルプの生産を制御する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
機械パルプの品質はまさに、生産トン当たりに加えられるエネルギー、すなわち比エネルギーの関数である。したがって、求められるパルプ品質に必要な比エネルギーを生じるために、リファイナーのモーター負荷を調整することが可能であることが非常に重要である。リファイナーの大部分は、液圧によって負荷が加えられ、リファイナー・モーター負荷の増大は通常、より高い液圧で軸スラストを増大させることによって行われる。繊維にかかる剪断力がより高くなると、トルクが増大し、モーター負荷も増大することになる。プレート間隙が低減される。
リファイニング・ゾーン内のパルプ滞留時間の推定は、リファイニング・ゾーン内の繊維質量を推定する重要な要素である。この分野におけるMilesの先駆的な研究「A Simplified Method for Calculating the Residence Time and Refining Intensity in a Chip Refiner」、Paperi ja Puu、第73巻/第9号(1991)によって、リファイニング強度の概念が導入されたが、この概念を用いて、リファイナー内の繊維質量、及びその最大値を推定する試みは行われてきていない。
チップ・リファイナーのリファイニング・ゾーン内で、木材チップをリファイニングし、ある質量のパルプ繊維を形成するステップと、
前記リファイニング・ゾーン内の繊維の繊維充填率を判定するステップと、
判定された充填率に応答し、必要に応じて、前記チップ・リファイナーの少なくとも1つの動作パラメーターを調整して、所望のパルプ品質を実現するステップと
を含む方法が提供される。
リファイニング・ゾーン内の繊維質量を推定する方法、
リファイナーが満杯時の繊維質量を推定する方法、
充填率を推定する方法、
充填率を用いて、パルプ品質が劣化する望ましくない範囲での動作を回避する方法
を含む。
機械パルプの生産の大部分が、木材チップから、ディスク・リファイナーを用いて製造される。生産トン当たり2000から3000キロワット時の大量の電気エネルギーを用いて、繊維を分離し、発展させる(develop)。生産されるパルプの品質は、主に、生産トン当たりに加えられるエネルギーに関係し、また、このエネルギーが加える状態、すなわちリファイニング強度又はリファイニング濃度にもある程度左右される。
リファイニング・ゾーン内の繊維質量は、生産率とパルプ滞留時間との積である。生産率は通常、供給速度、及び供給材料の嵩密度に比例した較正係数から推定される。パルプ滞留時間は、パルプに作用する力の均衡に基づき、Milesが開発したモデル「A Simplified Method for Calculating the Residence Time and Refining Intensity in a Chip Refiner」、Paperi ja Puu、第73巻/第9号(1991)を用いて推定することができる。この滞留時間は、主に比エネルギー、及びリファイニング濃度に依存し、これらの変数の両方に伴って増大する。
リファイニング・ゾーン内の繊維質量が不十分であると、リファイナーへの適正な負荷が妨げられ得る。かかる状態の典型例は、リファイニング濃度が低すぎる動作である。滞留時間は、リファイニング濃度に伴って低減し、一定の処理量でリファイニング・ゾーン内の繊維質量が低減することになる。プレート間隙を閉じることによってモーター負荷を維持しようとすると、剪断応力が増大し、その結果繊維切断が生じ、モーター負荷及び比エネルギーが低下することになる。比エネルギーが低下すると、パルプ滞留時間、及び繊維質量が更に低減することになる。繊維切断が増大し、モーター負荷、及び繊維質量の更なる低下が生じる。
一定の生産率では、比エネルギーをより高く(モーター負荷をより高く)加えると、リファイニング・ゾーン内のパルプ滞留時間が増大し、したがって繊維質量が増大することになる。一定の比エネルギー及びリファイニング濃度では、繊維質量は、生産率に伴って増大する。どちらの場合も、リファイナーに加える負荷を増大させることが不可能となり、パルプ品質が劣化し始める点に達する。これら全ての状況において、リファイニング・ゾーンに繊維が充填されるにつれて、モーター負荷の増大に伴って発生する蒸気量の増大に対処するのに利用可能な空間がますます狭くなっていく。蒸気圧は、ほぼ指数関数的に増大する。プレートに加わる蒸気圧によって生じる力と均衡するために必要な液圧スラストが、液圧システムの容量を超え、モーター負荷を増大させることが不可能となる。最大モーター負荷に達した状態である。この様子が、リジェクト・リファイナーに関して図5に示され、モーター負荷は、液圧の関数として実現されている。液圧スラストが増大し続けても、モーター負荷は、一定のままである。液圧システムが限界に達し、モーター負荷はその最大値にある。
先に述べたように、リファイニング・ゾーン内の繊維質量は、生産率にパルプ滞留時間を掛けた積から直接推定される。
式中、mはリファイニング・ゾーン内の繊維質量、aはリファイナーが満杯時の繊維質量の推定値、bは線形関係の傾き、Tはスラストである。
この充填率は、現在の繊維質量の、リファイナーが満杯時の繊維質量に対する比である。
平面ディスク・リファイナーは、専ら軸スラストから負荷を受け、充填率の推定は、あらゆる動作状態で実施することができる。円錐リファイナーは、平面ゾーンを備えるが、リファイニング・ゾーンの大部分を構成する円錐ゾーンもやはり備える。
リファイニング・ゾーン内の繊維質量、及び充填率の推定手段は、その出力をオペレーター・コンソールに示すことができるソフト・センサーと考えることができ、これらの推定手段を用いて、リファイナーの動作を監視し、制御行為を行うことができる。
1.リファイニング・ゾーン内の繊維質量をオン・ラインで推定する方法。
2.リファイナーが満杯時の繊維質量をオン・ラインで推定する方法。
3.リファイナーの充填率をオン・ラインで推定する方法。
4.充填率を用いて、リファイナーに適正に負荷を加えることができる適切な動作範囲内にリファイナーを維持すること。
図11は、パルプ製紙工場でプロセスの監視及び制御機能を実施するために使用される典型的なハードウェアである分散制御システム(DCS)の実装を示す。特に、図11は、リファイニングすべき木材チップ又はパルプ用の入口15、及びリファイニング済みパルプ用の出口17を有するチップ・リファイナー10と、チップ・リファイナー10と動作可能に通信している分散制御システム(DCS)11と、分散制御システム(DCS)11と動作可能に通信しているオペレーター・コンソール12と、分散制御システム(DCS)11と動作可能に通信している任意選択のコンピューター13とのアセンブリ8を示す。チップ・リファイナー10は、リファイニング・ゾーン(図示せず)を画定する。分散制御システム(DCS)11は、充填率を判定するようにプログラミングすることができ、その場合、コンピューター13は不要であり、又は、コンピューター13を、充填率を判定するようにプログラミングし、その判定情報を分散制御システム(DCS)11に通信してもよい。
Claims (14)
- チップ・リファイナー内で生産される木材パルプの品質を制御する方法であって、
チップ・リファイナーのリファイニング・ゾーン内で、木材チップをリファイニングし、ある質量のパルプ繊維を形成するステップと、
前記リファイニング・ゾーン内の前記繊維の充填率を判定するステップと、
判定された前記充填率に応答し、必要に応じて、前記チップ・リファイナーの少なくとも1つの動作パラメーターを調整して、所望のパルプ品質を実現するステップと
を含む方法。 - 前記充填率を、前記リファイニング・ゾーン内の実際の繊維質量と、前記リファイニング・ゾーンが満杯時の前記リファイニング・ゾーン内の繊維質量とから判定する、請求項1に記載の方法。
- 前記チップ・リファイナーの生産率の測定値と、前記リファイニング・ゾーン内のパルプ滞留時間とから、前記リファイニング・ゾーン内の実際の繊維質量を判定するステップを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記リファイニングの液圧によって生じる軸スラストから、前記リファイニング・ゾーンが満杯時の前記ゾーン内の繊維質量を判定するステップを含む、請求項1から3までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記充填率を、前記リファイニング・ゾーン内での前記リファイニング全体を通して監視し、判定された前記充填率に応答し、必要に応じて、前記少なくとも1つの動作パラメーターを調整する、請求項1から4までのいずれか一項に記載の方法。
- 木材チップから木材パルプを生産するイン・ライン・プロセスで実施される、請求項1から5までのいずれか一項に記載の方法。
- 充填率が許容可能な範囲外であるという判定に応答して、前記少なくとも1つの動作パラメーターを調整して、前記充填率を前記許容可能な範囲に復元させる、請求項1から6までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記判定が、前記充填率が前記許容可能な範囲外である場合に警告を発し、前記警告に応答して、前記少なくとも1つの動作パラメーターを調整する、請求項7に記載の方法。
- 充填率が許容可能な範囲内であるという判定に応答して、前記少なくとも1つの動作パラメーターを調整せずに維持する、請求項1から8までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの動作パラメーターが、生産率の低減、生産率の増大、及びエネルギー入力の低減から選択される、請求項1から9までのいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1から10までのいずれか一項に記載の方法を実施するように構成された装置であって、前記リファイニング・ゾーン内の前記繊維充填率の前記判定を実施する手段を備える装置。
- 前記リファイニング・ゾーンを画定し、且つ木材チップ入口、及びパルプ出口を有するチップ・リファイナーと、前記チップ・リファイナーに動作可能に接続され、プロセス監視機能、及びプロセス制御機能を実施する分散制御システムとを備え、前記判定を実施する前記手段が、前記分散制御システム内に含まれる、請求項11に記載の装置。
- 前記リファイニング・ゾーンを画定し、且つ木材チップ入口、及びパルプ出口を有するチップ・リファイナーと、前記チップ・リファイナーに動作可能に接続され、プロセス監視機能、及びプロセス制御機能を実施する分散制御システムと、前記分散制御システムと動作可能に接続されたコンピューターとを備え、前記判定を実施する前記手段が、前記コンピューター内に含まれる、請求項11に記載の装置。
- 前記分散制御システムによって制御される警告を更に含み、前記警告が、充填率が許容可能な範囲外であると判定された場合に発せられ、前記分散制御システムが、前記警告に応答して、前記少なくとも1つの動作パラメーターを調整する、請求項12又は13に記載の装置。
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