JP2023553998A - パルプ及び紙生産の動的補正酵素選択及び配合のシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
本明細書に開示されるシステム及び方法は、パルプ／紙生産のために酵素配合物が天然繊維に適用される工業プロセスのリアルタイム投与補正を自動的に提供する。初期酵素配合物（例えば、関連する酵素及び支持配合成分）と、それぞれの投与速度とを、期待される繊維表面基質特性評価、期待される繊維品質特性評価、処理されるシステムの物理条件、初期に選択した酵素配合物成分のそれぞれの特性等に基づいて選択して適用する。初期酵素配合物を適用した際に、オンラインセンサーは、繊維表面基質特性評価及び繊維品質特性評価の実際の測定値に対応するリアルタイムフィードバックデータを提供する。フィードバックデータに基づいて、補充酵素配合物（酵素及び支持配合成分）と、それぞれの投与速度とを動的に選択する。酵素投与ステージは、繊維源／配合及び／又は物理条件における製品変化及び／又は変動に応答して、実質的にリアルタイムで最適化することができる。【選択図】図1
Description
本発明は、包括的には、工業プロセスにおける成分特性評価及びフィードバック実装のシステム及び方法に関する。
より詳細には、本明細書に開示される本発明の実施形態は、パルプ及び紙生産における酵素選択及び投与を最適化し、オンラインセンサー及びデータ分析からのフィードバックに基づいて酵素投与をリアルタイムで更に予防的に補正するシステム及び方法に関する。しかしながら、本明細書に開示されるシステム及び方法の代替的な実施形態は、例えばバイオマス生産等の他のプロセスに関し得る。
従来の製紙プロセスは、一般的には、パルプとして一般に知られるセルロース繊維の水性懸濁液を形成することと、強化助剤、保持助剤、排水助剤等の様々な加工及び紙増強材料、及び／又はサイジング材料、又は他の機能性添加物を添加することと、繊維をシート化及び乾燥して所望のセルロースウェブを形成することと、サイジング材料の表面塗布等の後処理をウェブに施して、結果として得られる紙に様々な所望の特性を提供することとを含むことができる。したがって、様々な酵素投与量比の様々なタイプの酵素組成物を適用して、繊維を処理してパルプの性質を改善する（例えば、繊維懸濁スラリーの排水性を改善）及び／又は完成シートの性質（例えば、強度、多孔率、柔軟性）を改善することができる。
パルプ及び紙生産者は、繊維を購入及び／又は生産し、グレード開発活動に取り組むため、繊維の繊維性質は、複数の理由の結果として変化することが観測されており、これらの理由としては、限定しないが、繊維を生成する際に使用される木の品種、使用される繊維の配合物、繊維がバージンであるか又はリサイクルであるか、木の生育条件、季節性、パルピングプロセス、パルプ処理等が挙げられる。これにより、それらのプロセスには固有の変動性が導入され、漂白及び／又は繊維改質酵素を適用するシステムに投与するべき酵素のタイプ及び量が変わってしまう可能性がある。添加する酵素の混合物又は投与量が誤っていると、不要な活動、化学物質の浪費、又は繊維の開発過剰が生まれ、さらに結果として効率の良さが失われる。
酵素の投与が特定の繊維／完成紙料及びシステムに対して最適化されることを確実にするために、繊維表面特性評価データ、繊維品質分析、システム物理条件（例えば、温度、pH、流量、伝導率、ORP、殺生物剤残留物）及び適切な酵素圧送機器のデータベースを生成して利用することが望ましい。
さらに、そのような最適化された投与技法を漂白プロセス及び／又は抄紙機に適用して、完成シートの漂白及び／又は物理性質（例えば、引張強度、破れ、排水性、多孔率等）を補助することができれば望ましい。
従来のシステム及び方法は、安定性及び性能を改善するために物理条件及び酵素形成の、繊維表面特性評価と、繊維品質分析と、手動センサー及びオンラインセンサーとの例の実装が制限されることが知られている。
しかしながら、そのような従来の技法は、実際には信頼できないことがごく頻繁にあり、典型的には、よりホリスティックなフレームワークの実装を提供又は別様に可能にするのではなく、単一の酵素選択及び配合プロセスに焦点を当てる技術を利用するという点において実質的に制限される。
概して、本明細書に開示されるシステム及び方法は、少なくとも情報のデータベースを利用して、繊維及び物理条件の測定値を使用して実質的にリアルタイムで調整することができる製品選択及び用途のアルゴリズムを提供することができる点において、従来技術よりも優れた技術的進歩を呈する。そのようなアルゴリズムは、繊維品質、製品効果等の形式でのプロセス入力と所望の結果との様々な組合せの間の経時的に観測される相関関係に基づいて、本質的に動的とすることができる。
本明細書に開示されるシステムは、搭載ユーザーインターフェース、モバイルコンピューティングデバイス、ウェブベースインターフェース等を介してアクセス可能な視覚化グラフィックス、アラーム、通知等を実装して、関連するプロセスに関する実用的なインサイトを用いて任意の自動機能を補足することができることが好ましい。
予測モデル開発の例示的な技法は、教師あり学習及び教師なし学習、ハードクラスタリング及びソフトクラスタリング、分類、予想等を含むことができる。
本開示の1つの目的は、特定の用途に最適な酵素配合物及び投与量を特定するための、いくつかの重要な繊維、酵素、及びシステムのデータ点のデータベースを提供することである。要するに、システム及び方法は、繊維表面基質特性評価、繊維品質分析データ（繊維長、繊維幅、フィブリル化、キンク、カール等のような要素を含む）、酵素活性フィンガープリント、プロセスからの物理測定値（pH、温度、流量／保持時間）、及び製品効果データを関連付けて、初期製品配合物及び投与速度を提供することができる。本システムは、プロセス全体の個々の態様について実装してもよく、又は、複数の原材料を一緒に配合して、最適な配合物及び投与速度を獲得することができる圧送スキッドの一部として実装してもよい。このスキッドは、例えば、流量、温度、化学残留物及びpHのオンラインセンサー、並びに、完成シートの強度、濾水度及び品質に関するシステムデータと統合して、最適な投与が達成されているか否かを判断することができる。さらに、繊維品質及び基質保有率に関するデータが収集されてシステムにアップロードされるため、存在する酵素原材料のバランスを経時的に調整することができる。
システム出力は、例えば、パルプ又は製紙用途へと直接送達されるように酵素原材料を配合する投与スキッド内に供給することができ、少なくともパルプ漂白並びにティッシュ／パッケージ／製紙用途に関して特に有利であり得る。
本明細書に開示されるシステム及び方法は、情報をデータベース全体に供給するフロントエンドデータキャプチャアプリケーションを更に利用することができ、そのような情報は、無線で又は統合信号を介して配合及び投与スキッドに更に通信することができる。様々なセンサー、コントローラー、オンラインデバイス、及び他の中間構成要素は、「Internet-of-things」（IoT）互換のものであってもよいし、又はそうでなければ、関連する出力がリアルタイムでクラウドベースのサーバーにアップロードされ得る、相互関連ネットワークを含む。
上述の課題及び目的のうちのいくつか又は全てに鑑みて、本明細書に開示される方法の第1の例示的な実施の形態は、パルプ又は紙製品を生産するために1つ以上の酵素（及び支持配合成分）が天然繊維に適用される工業プロセスにおいてリアルタイム投与補正を自動的に提供する。そのような天然繊維は、もちろん、木繊維を含み得るが、竹、草（例えば、バガス）等を含む他のセルロース繊維及び従来にない完成紙料も含み得る。第1のステップは、適用される初期酵素配合物と、その1つ以上の成分のそれぞれの投与速度とを、パルプ又は紙製品の期待される繊維表面基質特性評価、パルプ又は紙製品の期待される繊維品質特性評価、1つ以上の酵素配合物成分の1つ以上のそれぞれの特性を含む入力データに少なくとも部分的に基づいて選択することを含む。初期酵素配合物及びその1つ以上の成分のそれぞれの投与速度を適用した際に、繊維表面基質特性評価及び繊維品質特性評価の実際の測定値に対応するリアルタイムフィードバックデータを提供する。別のステップは、フィードバックデータに少なくとも部分的に基づいて、適用される補充酵素配合物と、その1つ以上の成分のそれぞれの投与速度とを動的に選択することを含む。
第2の実施の形態において、上述の第1の実施の形態に係る1つの例示的な態様は、適用される初期酵素配合物及びそれぞれの投与速度は、1つ以上の工業プロセス特性の期待値に更に基づいて選択され、リアルタイムフィードバックデータは、1つ以上の工業プロセス特性の測定値を更に含むことを含むことができる。
第3の実施の形態において、上述の第1の実施の形態又は第2の実施の形態に係る1つの例示的な態様は、リアルタイムフィードバックデータは、温度、システム流量、pH値、伝導性値、ORP値、殺生物剤残留物値、及び滞留時間のうちの1つ以上を含む工業プロセス特性の測定値を更に含むことを更に含むことができる。検討される特性の尚も更なる例は、パルプ完成紙料及びパルピング方法を含むことができる。
第4の実施の形態において、上述の第1の実施の形態～第3の実施の形態のうちのいずれか1つに係る1つの例示的な態様は、初期酵素配合物及びそれぞれの投与速度は、工業プロセスから結果としてもたらされるパルプ又は紙製品に関連する所定のモデルを使用して選択され、方法は、提供されるリアルタイムフィードバックデータに少なくとも部分的に基づいて、所定のモデルを選択的に改変することを更に含むことを含むことができる。
第5の実施の形態において、上述の第1の実施の形態～第4の実施の形態のうちのいずれか1つに係る1つの例示的な態様は、第1の全体投与速度に従って初期酵素配合物の1つ以上の成分を配合することと、工業プロセスにおいて初期酵素配合物の上記配合した1つ以上の成分を適用することとを含むことができる。上記例示的な態様は、投与制御ステージ（例えば、投与コントローラーによって具現される又は別様にこれを含む）を介して提供することができ、投与制御ステージは、例えば、全体投与速度に従って選択した補充酵素配合物の1つ以上の成分を配合することと、初期酵素配合物の1つ以上の成分の代わりに、選択した補充酵素配合物の上記配合した1つ以上の成分を適用することとを行うように更に構成することができる。
第6の実施の形態において、上述の第1の実施の形態～第5の実施の形態のうちのいずれか1つに係る1つの例示的な態様は、繊維品質特性評価は、繊維長、幅、フィブリル化、細胞壁厚さ、微細繊維密度／分布、繊維キンク、及び繊維カールのうちの1つ以上に関して決定されることを含むことができる。
第7の実施の形態において、上述の第1の実施の形態～第6の実施の形態のうちのいずれか1つに係る1つの例示的な態様は、リアルタイムフィードバックデータは、パルプ又は紙製品の繊維強度、多孔率、キャリパー、柔軟性、クレープ計数、濾水度及び排水性のうちの1つ以上に関するシステム性能データを更に含むことを含むことができる。
第8の実施の形態において、上述の第1の実施の形態～第7の実施の形態のうちのいずれか1つに係る1つの例示的な態様は、適用される選択した初期酵素配合物及び動的に選択した補充酵素配合物、並びにそれらのそれぞれの投与速度は、パルプ漂白プロセスコントローラーに提供されることを含むことができる。
第9の実施の形態において、上述の第1の実施の形態～第7の実施の形態のうちのいずれか1つに係る1つの例示的な態様は、適用される選択した初期酵素配合物及び動的に選択した補充酵素配合物、並びにそれらのそれぞれの投与速度は、紙製造コントローラーに提供されることを含むことができる。
第10の例示的な実施の形態において、本明細書に開示されるシステムは、パルプ又は紙製品を生産するために酵素配合物の1つ以上の成分が天然繊維に適用される工業プロセスのリアルタイム投与補正を自動的に提供する。データストレージユニットは、1つ以上のパルプ又は紙製品を、それぞれの期待される繊維表面基質特性評価及び期待される繊維品質特性評価と相関付けるモデルを含み、酵素特性に対応するデータを更に含む。1つ以上のオンラインセンサーは、繊維表面基質特性評価及び繊維品質特性評価の実際の測定値を表す出力信号を生成するように構成される。生産ステージは、選択された酵素配合物成分に対応するそれぞれの原材料を保管して選択的に送達するようにそれぞれ構成される複数の容器を備えることができる。投与制御ステージは、データストレージユニット及び1つ以上のオンラインセンサーに機能的にリンクされ、第1の実施の形態～第9の実施の形態のいずれか1つに対応する方法におけるステップの実行を指示するように構成される1つ以上のコンピューティングデバイスを備えることができる。
1つ以上のコンピューティングデバイスは、例えば、上述した第5の例示的な実施の形態に係る投与コントローラーを備えることができる。
1つの別の任意選択の態様において、第10の例示的な実施の形態における生産ステージは、選択した1つ以上の酵素の初期セット及び動的に選択した1つ以上の酵素の補充セット、並びにそれらのそれぞれの投与速度を受け取って適用するように構成されるパルプ漂白プロセスコントローラーを備えることができる。
1つの別の任意選択の態様において、第10の例示的な実施の形態における生産ステージは、選択した1つ以上の酵素の初期セット及び動的に選択した1つ以上の酵素の補充セット、並びにそれらのそれぞれの投与速度を受け取って適用するように構成される紙製造コントローラーを備えることができる。
第1の例示的な実施の形態～第10の例示的な実施の形態のうちのいずれか1つに関して記載のコンピューティングデバイス、投与コントローラー、パルプ漂白プロセスコントローラー、及び／又は紙製造コントローラーを、本開示の範囲内において、同じデバイスに統合してもよいし、それらの一部又は全てを別個の構成要素として提供してもよい。
本明細書に記載される実施形態の多数の目的、特徴及び利点は、添付の図面と併せて以下の開示を読むことにより、当業者に容易に明らかになるであろう。
簡潔に述べると、本明細書に開示されるシステム及び方法は、完成紙料、システム、及び酵素の性質を相関付けて、完成パルプ又は紙製品の理想的な性質を維持するために必要に応じて、酵素配合物の調節済み又は別様に最適化済み投与レジメンを提供するために実装することができる。本明細書に開示されるシステム及び方法の実施形態の以下の説明は、例示を目的として1つ以上の酵素の選択及び配合に焦点を当てているが、当業者であれば、酵素活性に関するシステムの最適化に寄与し得るものとして、非イオン界面活性剤、ポリマー等の酵素技術の支持成分の対応する選択及び／又は配合におけるそのような方法の適合性を理解することができる。したがって、本明細書に開示されるシステム及び方法において使用されるような酵素及びポリマー界面活性剤等の対応する助剤は、別個に供給してもよいし、酵素配合物としてまとめて供給してもよく、その選択、配合、及び動的適合は、本開示の様々な実施形態によって改良することができる。
まず図1を参照すると、本明細書に開示されるシステム100は、生産ステージ110、例えばパルプ又は紙生産ステージと機能的に協調するものと示される複数の投与制御ステージ106a、106b、．．．106xを備えることができ、各投与制御ステージは、調製済み組成物に適用されるそれぞれの酵素について提供することができる。代替的に、選択及び投与動作は、本開示の範囲内において、単一の投与制御ステージによって、一緒に混合されて酵素製品を形成する複数の酵素に関して実行してもよい。
例えばオンラインセンサー102を備えるセンサーのアレイ102は、例えば、本明細書に開示される方法及び動作を実装するためのモデル、アルゴリズム、及びデータを有する1つ以上のデータベース104を含むデータストレージ104とともに、投与制御ステージ106にリンクされる。投与制御ステージからの出力は、パルプ又は紙生産ステージ110に提供される投与情報108を含むことができ、パルプ又は紙生産ステージ110は、フィードバック情報112を投与制御ステージに更に提供する。生産ステージ110からのフィードバック112は、センサーのアレイ102に関して独立したものと示されているが、フィードバック112は、センサーのアレイからの信号を含むことができることが理解され得る。投与制御ステージ106は、フィードバック情報114（112）をデータストレージ104に、例えば、観測及び機械学習を介したモデル改善に関連して更に提供することができる。
「センサー」という用語は、限定するものではないが、関連するプロセス構成要素若しくは要素についての値若しくは変数を直接に測定するために、又はプロセス構成要素若しくは要素が測定若しくは算出され得る適切な導関数値を測定するために備えられ得るような、物理レベルセンサー、リレー、及び同等の監視デバイスを含んでもよい。本明細書で使用される「オンライン」という用語は、概して、容器、機械、又は関連するプロセス要素に近接して配置され、実験室における又は1人以上のオペレーターによる視覚的観察を通した、手動又は自動のサンプル収集及び「オフライン」分析からは区別されるような、望ましいプロセス要素に対応する出力信号を実質的にリアルタイムで生成する、デバイス、センサー、又は対応する要素の使用を指し得る。
オンラインセンサー102は、温度、流量、ORP、伝導率、殺生物剤残留物、pH等の特性を検知又は計算する目的で当該技術分野において既知であり、例示的なそのようなセンサーは、本明細書に開示されるシステム及び方法の範囲と完全に適合性があるものとみなされる。個々のセンサーは、別個に装着及び構成されてもよいし、又は、システム100が、例えば複数のセンサー又は検知要素を含むモジュラー筐体を提供してもよい。センサー又はセンサー要素は、それぞれの生産ステージ110に対する特定の場所に永続的に若しくは携帯可能に装着されてもよいし、又は動作中に複数の場所からデータを収集するように動的に位置を調節可能であってもよい。
本明細書に開示されるオンラインセンサー102は、様々なプロセス構成要素及び要素に関する実質的に連続的な測定値を、実質的にリアルタイムで提供してもよい。本明細書で使用される「連続的な」及び「リアルタイム」という用語は、少なくとも開示されるセンサー出力に関しては、連続性の明示的な程度を必要とするものではなく、むしろ、センサーの物理的及び技術的能力、伝送媒体の物理的及び技術的能力、センサー出力信号を受信するように構成された任意の介在するローカルコントローラー、通信デバイス、及び／又はインターフェースの物理的及び技術的能力等に対応する一連の測定値を、概して記述し得る。例えば、測定値は、関連するハードウェア構成要素に基づいて、又は、時間とともに入力値を平滑化する通信ネットワーク構成に基づいて、周期的にかつ最大可能速度よりも遅い速度で計測及び提供されてもよく、依然として「連続的」であるとみなされ得る。
ユーザーインターフェース（図示せず）は、オペレーター、管理者等のユーザーが、本明細書において更に論じられるようなモデル、アルゴリズム等に関連する追加の構成要素の条件又は状態に関する周期的入力を提供することを更に可能にすることができる。ユーザーインターフェースは、投与制御ステージ106、産業施設に関連する分散制御システム（図示せず）、及び／又はリモートホストサーバー（図示せず）と機能的に通信して、プロセス関連情報を受信して提供する、又は例えば、本明細書において更に論じられるような制御プロセスに関する他の形態のフィードバックを提供することができる。本明細書で使用される「ユーザーインターフェース」という用語は、別段の言及がない限り、限定するものではないが、キーによるデータ入力、タッチ画面、ボタン、又はダイヤル等を有する固定オペレーターパネル、個々のウェブページ又はホストされたウェブサイトを集合的に定義するもの等のウェブポータル、及び、モバイルデバイスアプリケーション等を含む、コントローラー及び／又はホストされたデータサーバーに関する任意の入出力モジュールを含み得る。
2つ以上のシステム構成要素間の、又はそうでなければ2つ以上のシステム構成要素に関連する通信ネットワークインターフェース間のデータ通信に関して、本明細書で使用される「通信ネットワーク」という用語は、電気通信ネットワーク（有線、無線、又はセルラー等のいずれであっても）、インターネット等のグローバルネットワーク、ローカルネットワーク、ネットワークリンク、インターネットサービスプロバイダ（ISP）、及び中間通信インターフェースのうちのいずれか1つ、又はいずれか2つ以上の組み合わせを指し得る。限定するものではないが、Bluetooth、RF、及びEthernet等を含む、任意の1つ以上の従来から認識されているインターフェース規格が実装されてもよい。
これより、図2を参照して方法200の一実施形態を記載する。図示のステップは単なる例示であり、別様に具体的な記述がない限り本開示の範囲を明示的に限定するものとして意図しない。
様々な入力211～215が、初期製品選択220について提供され、これは、適用される各酵素の選択、適用される複数の酵素のうちの1つ、又は、例えば、非イオン界面活性剤等の1つ以上の助剤を更に組み込んだ酵素配合物を参照し得る。
繊維表面基質特性評価データ211は、様々な実施形態において、投与コントローラーに通信的にリンクされるデータベースから選択的に抽出することができる。酵素選択及び配合を補助する様式で繊維表面基質を特性評価するために、多数の従来の技法が既知であり、そのような技法は、本開示の範囲内において、本明細書に更に記載の1つ以上の他の入力と組み合わせて検討することができる。従来、繊維表面特性評価の多数の技法が、例えば、X線光電子分光（XPS：X-ray photoelectron spectroscopy）、走査型電子顕微鏡（SEM：scanning electron microscopy）、飛行時間型二次イオン質量分析法（ToF-SIMS：time-of-flight secondary ion mass spectrometry）、フーリエ変換赤外（FTIR：Fourier transform infra-red）等を含めて既知である。しかしながら、本開示に関連して、パルプ又は紙への様々な処理の影響の予測をより良好に可能にする繊維表面ポリマーの迅速な特性評価の技法を利用することが好ましい場合がある。米国特許第10,788,477号に開示されているような例示的なセンサー（検出プローブ）及びその使用方法が、引用することにより本明細書の一部をなし、したがって、本開示の範囲内においてそのような特性評価のために実装することができ、又は別様に、そこから取得されたデータに、後述するような他の入力に従った様々な酵素選択及び配合ステップ又は動作のためにデータベース内で選択的にアクセス可能とすることができる。
繊維品質データ212は、当該技術分野において既知のように、実質的にリアルタイムで1つ以上のセンサーから収集して、投与コントローラーに送信又はアップロードすることができ、このデータは、例えば、従来の繊維品質変数、例えば、繊維長、繊維幅、繊維粗さ、繊維キンク角、微細繊維量／密度、繊維カール、外部フィブリル化、細胞壁厚さ等に関連するものである。そのようなセンサーは、本開示の範囲内において、オンライン測定デバイス、及び／又は自動若しくは手動で動作可能なオフライン繊維画像分析器等とすることができる。投与制御ステージへの関連出力は、生の検知信号、その変換及び／又は微分値、検知信号の機械学習分類等を更に含むことができる。
酵素機能特性評価データ213は、例えば、所与の酵素に関連して測定される又は別様にデータストレージから抽出される活性プロファイル又はフィンガープリントに関連し得る。
適用結果データ214は、概して、例えば機械学習に関して、将来の製品配合物及び相対投与速度を最適化する目的で、システム性能フィードバックからの観測結果に関連し得るが、例えば、システムが生成した知見を更に規定する、確認する、又は別様に覆す、ユーザーインターフェースからのユーザー入力も包含し得る。
物理条件データ215は、当該技術分野において既知のように、実質的にリアルタイムで1つ以上のセンサーから収集して、投与コントローラーに送信又はアップロードすることができ、このデータは、例えば、従来の変数、例えば温度、pH値、流量、滞留時間等に関連するものである。物理条件データを提供するそのようなセンサーは、本開示の範囲内において、オンラインセンサー及び／又は手動センサーとすることができる。
製品識別情報及び初期投与速度設定ステージ230は、概して、上述の入力、例えば、関連する繊維、酵素、及びシステムのデータ点を利用して、選択された製品用途について最適な酵素配合物及び初期投与速度を特定するように構成することができる。
次のステージ240及び関連するサブステップは、まとめて、新たに指定された投与速度250及び製品配合物260を伴って、プロセスにおいて選択された酵素（複数の場合もある）の適用を参照する。プロセスからの測定された物理条件のフィードバックは、例えば、測定保持時間又はシステム流量251、測定pH252、測定温度253等を含む。製品配合物に影響する追加データは、新たな繊維表面基質特性評価データ261、新たな繊維品質分析データ262、酵素特性評価データ263を更に含むことができる。
新たに指定された製品及び関連する現行投与速度270は、投与コントローラーによって関連すると決定され得るような他の任意の情報とともに、現場の配合及び圧送コントローラー並びに関連する機器280に提供することができる。本明細書に前述した一実施形態において、投与制御ステージ106（又は異なる酵素用のそれぞれの投与制御ステージ106a、106b）は、例えば、適切な酵素圧送機器を有する投与スキッドに関連して、生産ステージ110と統合してもよい。他の実施形態において、投与制御ステージ106（又は異なる酵素用のそれぞれの投与制御ステージ106a、106b）は、システム全体の別個の製品又は構成要素としてもよく、下流の実装（すなわち、酵素配合及び圧送）のための関連情報を、通信ネットワークを介して、例えば、無線で又は統合信号を介して送信するように構成してもよい。
システム性能データ290を含むフィードバックデータは、好ましくはリアルタイムで又はその妥当な近似で取得されるような、完成製品（例えば、シート）の漂白及び／又は物理品質に関連し得るものであり、これには、例えば、強度データ、多孔率、キャリパー、クレープ計数、柔軟性、濾水度、排水性等が含まれる。そのようなフィードバックを投与コントローラーに提供して、最適な投与が達成されているか否かを判断し、その後、必要に応じてステップ240～280を繰り返して、存在する酵素原材料の選択及び／又はバランスを経時的に動的に調整することができる。システム性能データは、オフライン又はオンライン方法により取得することができ、既存のプロセスデータリポジトリ、例えば、分散制御システム（DCS）から直接アクセス可能であり得る。
本明細書及び特許請求の範囲を通して、以下の用語は、文脈上別段の指示がない限り、少なくとも本明細書において明示的に関連付けられた意味をとる。以下で特定される意味は、必ずしも用語を限定するものではなく、単に用語の説明的な例を提供するものである。「1つの（a、an）」、及び「その（the）」の意味は、複数の参照を含み得るものであり、「において（in）」の意味は、「中で（in）」及び「上で（on）」を含み得る。本明細書で使用される「一実施形態において」という語句は、必ずしも同じ実施形態を指すとは限らないが、そうであってもよい。本明細書で使用される場合、「のうちの1つ以上」という語句は、項目のリストとともに使用される場合、それら項目のうちの1つ以上の異なる組み合わせが使用され得ること、及びリスト内の各項目の1つだけが必要とされ得ることを意味する。例えば、項目A、項目B、及び項目C「のうちの1つ以上」とは、例えば、限定するものではないが、項目A、又は項目A及び項目Bを含んでもよい。この例はまた、項目A、項目B、及び項目C、又は項目B及び項目Cを含んでもよい。
本明細書に開示された実施形態に関連して説明された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、及びアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピューターソフトウェア、又は両者の組み合わせとして実装され得る。ハードウェアとソフトウェアとのこの交換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、及びステップが、それらの機能性の観点から包括的に以上に説明された。かかる機能がハードウェアとして実装されるかソフトウェアとして実装されるかは、特定の用途、及びシステム全体に課される設計上の制約に依存する。説明された機能性は、各特定の用途について様々な態様で実装され得るが、かかる実装の決定は、本開示の範囲からの逸脱を引き起こすものとして解釈されるべきではない。
本明細書に開示された実施形態に関連して説明された様々な例示的な論理ブロック及びモジュールは、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（DSP）、特定用途向け集積回路（ASIC）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）若しくは他のプログラマブル論理素子、離散ゲート若しくはトランジスタ論理回路、離散的ハードウェア構成要素、又は本明細書に説明された機能を実行するように設計されたこれらの任意の組み合わせ等の、機械によって実装又は実行されてもよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替例においては、プロセッサは、コントローラー、マイクロコントローラー、若しくは状態機械、又はこれらの組み合わせ等であってもよい。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、DSPとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと組み合わせた1つ以上のマイクロプロセッサ、又は他の任意のかかる構成として実装されてもよい。
本明細書に開示される実施形態に関連して説明される方法、プロセス、又はアルゴリズムのステップは、ハードウェアにおいて、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、又は2つの組み合わせにおいて直接具現化され得る。ソフトウェアモジュールは、RAMメモリ、フラッシュメモリ、ROMメモリ、EPROMメモリ、EEPROMメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、又は当技術分野で知られている任意の他の形態のコンピューター可読媒体中に存在することができる。例示的なコンピューター可読媒体は、プロセッサがメモリ／記憶媒体から情報を読み取り、メモリ／記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合することができる。或いは、媒体はプロセッサと一体であってもよい。プロセッサ及び媒体は、ASIC内に存在することができる。ASICはユーザー端末内に存在することができる。代替として、プロセッサ及び媒体は、ユーザー端末内に個別構成要素として存在することができる。
特に「することができる（can）」、「し得る（might）」、「する場合がある（may）」、「例えば（e.g.）」等の本明細書で使用される条件付きの文言は、別段の記載がない限り、又は使用される文脈内で別段の理解がない限り、概して、或る特定の実施形態が或る特定の特徴、要素及び／又は状態を含むが、他の実施形態は含まないことを伝えることを意図している。したがって、かかる条件付きの文言は、概して、特徴、要素、及び／又は状態が1つ以上の実施形態に何らかの形で必要とされること、又は1つ以上の実施形態が、著者の入力若しくは教唆の有無にかかわらず、これらの特徴、要素、及び／又は状態が任意の特定の実施形態に含まれるか若しくは実行されるべきかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを示唆するものではない。
前述の詳細な説明は、例示及び説明の目的で提供されている。したがって、新しくかつ有用な発明の特定の実施形態が記載されているが、かかる参照は、添付の特許請求の範囲に記載される場合を除いて、本発明の範囲に対する限定として解釈されることは意図されない。
図面訳
図1
102a、102b Online Sensors オンラインセンサー
104a、104b Data Storage データストレージ
106a、106b Dosing Control Stage 投与制御ステージ
108a、108b Dosing Information 投与情報
110 Production Stage 生産ステージ
112a、112b Feedback フィードバック
114a、114b Learning 学習
図2
211 Fiber Surface Substrate Characterization Data 繊維表面基質特性評価データ
212 Fiber Quality Analysis 繊維品質分析
213、263 Enzyme Characterization Data 酵素特性評価データ
214 Application Outcomes Data 適用結果データ
215 Physical Condition Data (Temp, pH, Flow Rate, or Residence Time) 物理条件データ（温度、pH、流量、又は滞留時間）
220 Product Selection Software 製品選択ソフトウェア
230 Product ID and Initial Dose Rate 製品ID及び初期投与速度
240 Application of Enzyme on System システムへの酵素の適用
250 Dose Rate 投与速度
251 Residence Time or Flow Rate Measure 滞留時間又は流量尺度
252 pH Measure pH尺度
253 Temperature Measure 温度尺度
260 Product Blend 製品配合物
261 New Fiber Surface Substrate Characterization Data 新たな繊維表面基質特性評価データ
262 New Fiber Quality Analysis 新たな繊維品質分析
270 Product ID and Ongoing Dose Rate 製品ID及び現行投与速度
280 Information to Onsite Blending and Pumping Equipment 現場の配合及び圧送機器への情報
290 System Performance Data システム性能データ
図1
102a、102b Online Sensors オンラインセンサー
104a、104b Data Storage データストレージ
106a、106b Dosing Control Stage 投与制御ステージ
108a、108b Dosing Information 投与情報
110 Production Stage 生産ステージ
112a、112b Feedback フィードバック
114a、114b Learning 学習
図2
211 Fiber Surface Substrate Characterization Data 繊維表面基質特性評価データ
212 Fiber Quality Analysis 繊維品質分析
213、263 Enzyme Characterization Data 酵素特性評価データ
214 Application Outcomes Data 適用結果データ
215 Physical Condition Data (Temp, pH, Flow Rate, or Residence Time) 物理条件データ（温度、pH、流量、又は滞留時間）
220 Product Selection Software 製品選択ソフトウェア
230 Product ID and Initial Dose Rate 製品ID及び初期投与速度
240 Application of Enzyme on System システムへの酵素の適用
250 Dose Rate 投与速度
251 Residence Time or Flow Rate Measure 滞留時間又は流量尺度
252 pH Measure pH尺度
253 Temperature Measure 温度尺度
260 Product Blend 製品配合物
261 New Fiber Surface Substrate Characterization Data 新たな繊維表面基質特性評価データ
262 New Fiber Quality Analysis 新たな繊維品質分析
270 Product ID and Ongoing Dose Rate 製品ID及び現行投与速度
280 Information to Onsite Blending and Pumping Equipment 現場の配合及び圧送機器への情報
290 System Performance Data システム性能データ
Claims (15)
- パルプ又は紙製品を生産するために1つ以上の酵素組成物が天然繊維に適用される工業プロセスのリアルタイム投与補正を自動的に提供する方法（200）であって、
適用される初期酵素配合物（220）と、その1つ以上の成分のそれぞれの投与速度（230）とを、前記パルプ又は紙製品の期待される繊維表面基質特性評価、前記パルプ又は紙製品の期待される繊維品質特性評価、及び前記1つ以上の酵素配合物成分の1つ以上のそれぞれの特性を含む入力データ（211～215）に少なくとも部分的に基づいて選択することと、
前記初期酵素配合物及び前記その1つ以上の成分のそれぞれの投与速度を適用（240）した際に、前記繊維表面基質特性評価及び繊維品質特性評価の実際の測定値に対応するリアルタイムフィードバックデータ（261～263）を提供することと、
前記フィードバックデータに少なくとも部分的に基づいて、適用される補充酵素配合物（220）と、その1つ以上の成分のそれぞれの投与速度（230）とを動的に選択することと、
を含む、方法。 - 前記適用される初期酵素配合物及び前記それぞれの投与速度は、1つ以上の工業プロセス特性の期待値に更に基づいて選択され、前記リアルタイムフィードバックデータは、前記1つ以上の工業プロセス特性（290）の測定値を更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記リアルタイムフィードバックデータは、温度、システム流量、pH値、伝導性値、ORP値、殺生物剤残留物値、及び滞留時間のうちの1つ以上を含む工業プロセス特性（251～253、290）の測定値を更に含む、請求項2に記載の方法。
- 前記初期酵素配合物及び前記それぞれの投与速度は、前記工業プロセスから結果としてもたらされるパルプ又は紙製品に関連する所定のモデルを使用して選択され、前記方法は、前記提供されるリアルタイムフィードバックデータに少なくとも部分的に基づいて、前記所定のモデルを選択的に改変することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 第1の全体投与速度に従って前記初期酵素配合物の前記1つ以上の成分を配合することと、
前記工業プロセスにおいて前記初期酵素配合物の前記配合した1つ以上の成分を適用することと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 全体投与速度に従って前記選択した補充酵素配合物の前記1つ以上の成分を配合することと、
前記初期酵素配合物の1つ以上の成分の代わりに、前記選択した補充酵素配合物の前記配合した1つ以上の成分を適用することと、
を更に含む、請求項5に記載の方法。 - 前記繊維品質特性評価は、繊維長、幅、フィブリル化、細胞壁厚さ、微細繊維密度／分布、繊維キンク、及び繊維カールのうちの1つ以上に関して決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記リアルタイムフィードバックデータは、前記パルプ又は紙製品の繊維強度、多孔率、キャリパー、柔軟性、クレープ計数、濾水度及び排水性のうちの1つ以上に関するシステム性能データを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 適用される前記選択した初期酵素配合物及び前記動的に選択した補充酵素配合物、並びにそれらのそれぞれの投与速度は、パルプ漂白プロセスコントローラーに提供される、請求項1に記載の方法。
- 適用される前記選択した初期酵素配合物及び前記動的に選択した補充酵素配合物、並びにそれらのそれぞれの投与速度は、紙製造コントローラーに提供される、請求項1に記載の方法。
- パルプ又は紙製品を生産するために酵素配合物の1つ以上の成分が天然繊維に適用される工業プロセスのリアルタイム投与補正を自動的に提供するシステム（100）であって、
1つ以上のパルプ又は紙製品を、それぞれの期待される繊維表面基質特性評価及び期待される繊維品質特性評価と相関付けるモデルを含み、酵素特性に対応するデータを更に含むデータストレージユニット（104）と、
前記繊維表面基質特性評価及び前記繊維品質特性評価の実際の測定値を表す出力信号を生成するように構成される1つ以上のオンラインセンサー（102）と、
選択された酵素配合物成分に対応するそれぞれの原材料を保管して選択的に送達するようにそれぞれ構成される複数の容器を備える生産ステージ（110）と、
前記データストレージユニット及び前記1つ以上のオンラインセンサーに機能的にリンクされ、請求項1～10のいずれか一項に対応する方法におけるステップの実行を指示するように構成される1つ以上のコンピューティングデバイスを備える投与制御ステージ（106）と、
を備える、システム。 - 前記投与制御ステージは、
第1の全体投与速度に従って前記初期酵素配合物の前記1つ以上の成分を配合することと、
前記工業プロセスにおいて前記配合した初期酵素配合物を適用することと、
を行うように構成される、請求項11に記載のシステム。 - 前記投与制御ステージは、
全体投与速度に従って前記選択した補充酵素配合物の前記1つ以上の成分を配合することと、
前記初期酵素配合物の代わりに、前記配合した補充酵素配合物を適用することと、
を行うように更に構成される、請求項12に記載のシステム。 - 前記生産ステージは、選択した1つ以上の酵素の初期セット及び動的に選択した1つ以上の酵素の補充セット、並びにそれらのそれぞれの投与速度を受け取って適用するように構成されるパルプ漂白プロセスコントローラーを更に備える、請求項11に記載のシステム。
- 前記生産ステージは、選択した1つ以上の酵素の初期セット及び動的に選択した1つ以上の酵素の補充セット、並びにそれらのそれぞれの投与速度を受け取って適用するように構成される紙製造コントローラーを更に備える、請求項11に記載のシステム。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202063125250P | 2020-12-14 | 2020-12-14 | |
| US63/125,250 | 2020-12-14 | ||
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