SE0502899A1 - Förfarande för styrning av en kokprocess baserad på halterna av lättutlösbara kolhydrater och lignin i massafibrerna - Google Patents

Abstract

Det ställs speciella egenskapsmässiga krav på kortfibrig cellulosamassa närdenna typ av massa används för pappersframställning och framförallt önskar sigpappersmakaren en massa med förutsebara och konstanta egenskaper och föreliggandeuppfinning möjliggör framställning av sådan massa och består i ett förfarande vidframställning av kemisk massa genom uppslutning av kortfibri gt lignocellulosamaterialunder användande av viss uppkörningsproñl, viss maxtemperatur och viss tid vid dennatemperatur och viss kokkemikaliehalt, varvid massan i anslutning till avslutad uppslutninganalyseras med avseende på minst två egenskaper hos rnassafibrerna, varav en utgör dessasligninhalt, kännetecknat därav, att även massafibremas halt av lättutlösbara kolhydraterbestämmes, vilken har bäring på diverse egenskaper hos massan och av massan framställtpapper och att styrning av angivna kokparametrar i första hand, primärt, baseras på haltenav lättutlösbara kolhydrater och i andra hand, sekundärt, på ligninhalten och då,företrädesvis, på ett överslagsmässigt sätt, dock alltid under hänsynstagande av båda halterna.

Description

Case 1556 Förfarande vid framställning av kemisk massa genom uppslutning (kokning) avkortfibrigt lignocellulosamaterial Tekniskt område Föreliggande uppfinning avser ett förfarande vid framställning av kemiskmassa genom uppslutning (kokning) av kortfibri gt lignocellulosamaterial och merdetaljerat ett förfarande för att styra koket så, att av massan tillverkat papper uthålligtuppvisar jämn kvalitet vad gäller en eller flera för olika papperstyper viktigapappersegenskaper.

Begreppet kemisk massa innefattar att lignocellulosamaterialet uppslutesendera under sura eller alkaliska förhållanden. Ett exempel på en massa av första typen ärsulfitmassa och exempel på den andra typen av massa är sulfatmassa, polysulfidmassa ochsodamassa, där lignocellulosamaterialet uppslutes enbart med natriumhydroxid eller attdenna kemikalie kompletteras med någon tillsats, exempelvis antrakinon.

Det finns ett stort antal lignocellulosamaterial och de kan uppdelas i lång-fibriga och kortfibriga sådana. Det är vid uppslutning av kortfibriga lignocellulosamaterial,som föreliggande uppfinning kommer till användning. Det lignocellulosamaterial somdominerar som råvara vid massaframställning är ved från träd. Exempel på trädslag som uppvisar kortfibrig ved är lövträd och mer preciserat björk, bok, asp, ek, eukalyptus osv.

Teknikens ståndpunktHittills kända styrförfaranden för framställning av exempelvis sulfatmassafokuserar sig på, att massan efter uppslutningen skall ha en viss ligninhalt, ofta mätt som kappatal. När dessa styrförfaranden utvecklades koncentrerade man sig på framställning av sulfatrnassa utifrån barrved, såsom ved från tall och gran. Den helt överskuggandemassaegenskapen var och är styrkan. Om man lyckas med att framställa en färdig massa,inkluderande sådana med hög ljushet, med förhållandevis hög styrka är man nöjd. Hurlångt man går med uppslutningen och delignifieringen, d v s till vilket kappatal, varierar.Detta beror bl.a. på den typ av sulfatmassa man tillverkar, d v s vad skall massan användastill, och på vedråvaran. Vidare gör man en avvägning av hur mycket av vedens ursprung-liga lignin som skall avlägsnas under uppslutningen och hur mycket man skall avlägsna ideligriifieringsstegen i blekeriet. Ur miljösynpunkt är det föredraget att driva uppslutningenlångt ty då tar man med lätthet hand om upplöst lignin (och ligninfragment) i kokavluten,vilken efter indunstning förbrännes i en sodapanna. Hela tiden finns dock det övergripandekravet, att man skall upprätthålla massans styrka så mycket som möjligt.

Vad gäller styrning av sulfatmassaframställning av lövved, exempelvis björk,har man helt enkelt anammat tänkandet vid styrning av sulfatmassaframställning avbarrved, exempelvis tall. Även om styrkan hos kortfibrig sulfatmassa har betydelse för pappers-makaren, så är denna egenskap icke dominerande som vad gäller långfibri g sulfatmassa.Väl så viktiga egenskaper hos kortfibrig sulfatmassa är dess malbarhet, porositet o s v ochdess kemiska egenskaper, exempelvis innehållet av ämnesgrupper uppvisande laddningarm.m. Vad gäller styrka hos papper finns olika sådana. Exempel är dragstyrka och rivstyrka.Dragstyrkan uppmätes som dragindex. En närliggande egenskap där även papperetsstyvhet har inverkan uppmätes som dragstyvhetsindex. Rivstyrkan uppmätes som rivindex.Z-styrka visar papperets motstånd mot delaminering, d v s papperets styrka i höjdled.Vidare finns sprängstyrka, som uppmätes som sprängindex. Detta beskriver hur papperetstår emot en krafl som riktas mot papperet underifrån. Hos vissa papperssorter kan det vararivstyrkan som är viktig och då år rivindexvärdet av stor betydelse, medan hos vissa andrapappersarter kan dragstyrkan vara av störst betydelse. I en stor grupp av papperssorter ärstyrkan av underordnad betydelse, som tidigare angivits, och hos dessa papperssorter år detandra fysikaliska egenskaper och/eller de kemiska egenskaperna, som är de viktigaste.

Parametrar av stor betydelse för massatillverkaren är kokutbytet ochljusheten hos massan efter uppslutningen. Med kokutbytet menas hur mycket av detursprungliga lignocellulosainaterialet som finns kvar i form av massa efter uppslutningen räknat i viktprocent. Vad gäller ljusheten hos massan så är den delvis beroende av massans lO ligninhalt, som bestämmes som kappatal. Viskositeten hos massan är även den av visstintresse för massatillverkaren och den parametem är likaledes delvis beroende av massansligninhalt. Huvudregeln är att viskositeten minskar med kappatalet. Under vissa förut-sättningar finns det ett samband mellan massans viskositet och styrkan hos av massan framställt papper.

Redogörelse för uppfinningenTekniskt problem Vid hittills känd styrning av uppslutning av kortfibrigt lignocellulosamaterialhar man haft fokus på, att massafibrema efter uppslutningen skall innehålla en viss mängdlignin, mätt exempelvis som kappatal. Det har visat sig att två massor med samma kappa-tal, d v s ligninhalt, efter uppslutningen i sitt färdiga skick och vid användning för fram-ställning av papper ofta ger upphov till papper med skilda egenskaper. Vid varje pappers-typ är någon eller några egenskaper av störst betydelse och det är ett stort problem förpappersmakaren om massa levererad vid olika tillfällen ger upphov till variationer, som kan vara kraftiga, i denna egenskap eller dessa egenskaper hos det framställda papperet.

LösningenDetta problem får sin lösning vid användande av föreliggande uppfinningsom avser ett förfarande vid framställning av kemisk massa genom uppslutning (kokning)av kortfibrigt lignocellulosainaterial under användande av viss uppkömingsprofil, vissmaxtemperatur och viss tid vid denna temperatur och viss kokkemikaliehalt, varvid massani anslutning till avslutad uppslutning analyseras med avseende på minst två egenskaper hosmassafibrema, varav en utgör dessas ligninhalt, kännetecknat därav, att ävenmassafibrernas halt av lättutlösbara kolhydrater bestämmes, vilken halt har bäring pådiverse egenskaper hos massan och av massan framställt papper och att styrning av ovanangivna kokparametrar i första hand, primärt, baseras på halten av lättutlösbara kolhydrateroch i andra hand, sekundärt, på ligninhalten och då, företrädesvis, på ett överslagsmässigtsätt, dock alltid under hänsynstagande av båda halterna.Stymingsförfarandet ifråga är i första hand användbart för uppslutning av lignocellulosamaterial under alkaliska förhållanden och speciellt vid framställning av massa enligt sulfatrnetoden.

Centralt för uppfinningen är att man just efter uppslutningen bestämmermassans halt av lättutlösbara kolhydrater. Analysen kan ske på den uppslutna flisen ikokarens botten innan denna länmar kokaren eller på den uppkomna massan efter kokaren.Det finns ett mycket stort antal sätt att bestämma massans halt av låttutlösbara kolhydrater.Ett sätt är att bringa en viss mängd massa i kontakt med en natriumhydroxidlösning av lågkoncentration, exempelvis någonstans inom intervallet 1-10 % NaOH. En lämpligkoncentration är 5 %. Man kan analysera fram massans R5-värde och det kan ske enligtmetoden SCAN-C2:6l. Med R5-värde menas den procentuella andel av massan som inteupplöses i en natriumhydroxidlösning med en koncentration av 5 %, d v s den procentuellaandel av massan som är resistent mot denna lösning, som brukar kallas lut. Hos björk~sulfatmassa ligger R5-värdet i % vanligen inom intervallet 70-85. Det finns ett sambandmellan en massas olika R-värden i % och därför står det den enskilda massamakaren frittatt välja sitt eget R-värde, exempelvis R3 eller R7 istället för, exempelvis, R5. Dock börman bestämma sig för ett och samma R-värde vid analys av massan efter varje kok vidutnyttjande av ett viss styrsamband, d v s formel för styrning av koket. Ovan beskrivnamätmetoder är i första hand manuella, d v s man tar ut ett prov på massan och förflyttarprovet till laboratoriet där analysen sker. I den mån det finns mer automatiserade analys-metoder av beskriven typ eventuellt i form av linj eprovning så är sådana att föredra ur tids-och effektivitetsynpunkt.

Ovan beskrivna analysmetoder är exempel på våtkemiska metoder. Förutomovannämnda metoder finns Rl 8, S5, S10 och S18. Andra sådana metoder som kan kommatill användning är kolometrisk bestämning och titrering. Andra användbara analyssätt är desom faller inom gruppen kromatografiska metoder, såsom jonkromatografi, vätske-kromatografi, gaskromatografi, storlekstördelningskromatografi och kapillärelektrofores.Vidare finns flödesinjektionsmetoder, som ”flow injection analysis” och ”sequentialinjection analysis”. Ännu en analysgrupp är spektroskopiska metoder, såsom FTIR, NIR,NMR, Raman och UV/V IS.

En analysmetod som med fördel kan användas för linj eprovning är NIR(Nära InfraRött) - spektroskopi. Det går till så, att massan bestrålas med elektromagnetiskavågor med våglängder inom NIR-orrirådet. Vissa våglängder absorberas av de lättutlösbarakolhydrater som finns i massan och då kan man mäta endera absorptionen eller trans- missionen och man kan säga att man får ett fingeravtryck, som orsakas av just de lättutlösbara kolhydraterna. Detta är en indirekt mätmetod eftersom man måste kalibrerafingeravtrycket mot ett värde på lättutlösbara kolhydrater, exempelvis R5 -värdet, som manvet är korrekt. Ett stort antal försök har genomförts, som visar ett jämnt och stabiltsamband mellan mätvärden uppnådda enligt denna mätmetod och RS -värdet Som angivitstidigare är en linj eprovningsanalys att föredra. Även ligninhalten, företrädesvis uttryckt som kappatal, hos massan skallbestämmas. Detta skall ske endera på den uppslutna vedflisen i botten av kokaren eller påmassan efter kokaren. Kappatalen är ett mått på hur stor volym kaliumperrnanganat(KMnO4) lösning, med en koncentration av 20 mmol/l, som förbrukas av ett gram torrmassa. Denna mätmetod har reglerats genom åren av internationella standarder somSCAN-Cl iOO, SCAN-Clz77, ISO 302 1981 och TAPPI T236 cm -85. Den senastestandarden är ISO 3012-2004. Alla dessa standarder liknar varandra i grunden och germycket lika resultat. Mätningen går till så, att man tar ut ett prov på massan och för dettaprov till laboratoriet där det torkas och vägs innan det analyseras på ovan beskrivet sätt.

Det finns även linjeprovningsmetoder som på ett indirekt sätt mäterkappatalet. Dessa bygger på NIR-spektroskopi. Ett exempel på ett sådant mätsystem ärABB AB:s ”Smart Pulp Platform”. En annan kappatalsmätare som bygger på NIR-spektroskopi är BTG AB:s KNA-5200.

Som angivits tidigare är pappersmakama inte fullt nöjda med de, exempelvisbjörksulfatmassor, som uppslutes enligt styrfilosofin, att ligninhalten hos den just kokademassan skall konstanthållas. Inom massafabriken har man inget emot en sådan styrfilosofi,eftersom blekningen av massan underlättas om man uthålligt har ett i huvudsak konstantkappatal på den massa som kommer in i blekeriet. Den som blir lidande är pappers-makaren, eftersom den massa som uppslutits enligt nämnda styrfilosofi varierar vad gälleren eller flera för pappersmakaren väsentliga egenskaper. Detta förhållande har lett till ettnytänkande om att det kanske finns något annat objekt och/eller egenskap hos den nyssuppslutna massan (än ligninhalten) som stymingen skall fokuseras emot och baseras på.Det har överraskande visat sig, att detta objekt utgöres av ett beräknat kokutbyte = Y (frånengelskans ”Yield”). Detta i första hand orsakat av, att mängden av lättutlösbarakolhydrater i massan efter koket, som relativt enkelt kan analyseras fram, har visat sig stå ien viss relation till Y. Orsaken till att ett beräknat kokutbyte användes som bas eller dominant för styrningen är att det inte låter sig göras, att på ett effektivt och tillförlitligt sätt bestämma denna parameter eller egenskap direkt i kokeriet eller rnassafabriken. Påbasis av ett stort antal laboratoriekok har en formel framtagits for att beräkna Y och denlyder: Y = 76.25 - 0,56 - EA - 0.064 - T - 0.0002 - t- 0.006 H,där EA = satsen av effektivt alkali i %, T = maxtemperaturen i °C, t = tiden vidmaxtemperatur i minuter och H = H-faktorn, enligt en definition som återges på annatställe i denna skrift. Av det ovan angivna förstås, att konstanterna i formeln framtagits påempirisk väg. För att kunna styra koket måste det beräknade kokutbytet kopplas sammanmed en eller flera av kokparametrarna, exempelvis rnaxtemperaturen T och satsen aveffektivt alkali EA.

Nedan följer ett antal formler som kommer till användning vid styrningensutförande.

Forrnlerna och sättet att använda formlerna är avhängi gt av om det sker enproduktionsförändring vid kokningen eller om man upprätthåller ett visst driftsläge. De iforrnlerna angivna satserna av effektivt alkali (EA) kan i praktisk tillämpning kompletterasmed kokvätskans halt av effektivt alkali (EA) under kokets lopp.

I det första fallet gäller följande formler för respektive temperaturintervall(det har visat sig nödvändigt att anpassa formlerna till två maxternperaturintervall, såsom 150-160°C respektive 160-l70°C): YT] T _ bi-Rs T-Ti Rs-bi Rs-bz< < "-- ~ ' _' _” ai Tz-ri ai azYn T T _ bz-Rs T-Tz _ Rs-bz Rs-bs< < **- - -' ' 3 az Tz-Tz az as Vedflisens upplevda EA-sats vid utbytet Y beskrivs av: EAT1 EAT2 Vid förändring av driftsläget vid aktuell EA-sats beskrivs det nya kokutbytet av: T-TlT2-T1 YT151~5T2=cl-EA+d1- '(01 ~EA+dl~(c2-EA+d2)) YTZSTS-ffaz-E/fidz- 5422 -(az-EA+az-(a3-EA+ För att komma tillbaka till det ursprungliga kokutbytet ändras satsen aveffektivt alkali = EA enligt EATKRTZ: Y-d1__ T-Tl _ Y-dl_Y-d2' _ cl T2-T1 cl c2 EAT2 Konstanterna al, a2, a3, bl, b2, b3, cl, c2, c3, dl, d2 och d3 bestäms på empirisk väg.i I det andra fallet gäller nedanstående formler for respektive temperaturintervall.

Här användes inledningsvis ett börvärde vad gäller halten av lättutlösbarakolhydrater, R5, i massan och vid detta börvärde bestäms kokutbytet av: Y _bi-R5 T-Ti _ Rs-bi Rs-bz< < '_ " '_ T* ”_” ai Tz-Ti ai az Y _bz-R5 T-Tz _ Rs-bz Rs-bsj < < '_ ' _”J” az Ts-Tz az as och där EA-satsen beskrivs av: EAWRTZ: Y-di__ T-Ti _ Y-azj-az' “ ai Tz-:ri ai az EAWRB: Y-az_ Tl-Tz _ (Y-aiJf-as)“ _ az Ts-Tz az as När uppmätt RS-värde visar att kokutbytet ändrats från Y1 till Y2 såkompenseras satsen av effektivt alkali, EA, genom uträkning medelst närmast ovanstående ekvation enligt AEA = EAV] - EAYZ Konstantema al, a2, a3, bl, b2, b3, cl, c2, c3, dl, d2 och d3 bestäms påempirisk väg.

Som framgår av ovanstående har uppmätt halt av lättutlösbara kolhydrater,exempelvis RS-värdet, direkt koppling till styrning av koket. Massans innehåll av lignin,återgett företrädesvis som kappatal, just efter koket mätes också rutinmässigt. Uppmättatalvärden ingår inte direkt i styralgoritmema och ligninhalten i massan tillåts ju medvetetfå variera mellan olika kok och det man oftast gör ur stymingssynpunkt är att man studerardessa värden och ser till att kappatalet inte får falla utom vissa givna ramar. Det går ävenatt styra kappatalet till optimalt värde medelst den s.k. Kappa-Batchmetoden beskriven idet svenska patentet 367 451 (6795/70).

Fördelar Det finns två stora fördelar med stymingsförfarandet enligt uppfinningen.Den ena är att man skräddarsyr massan till en viss pappersmakare. Om denne pappers-makare prioriterar en viss egenskap eller några egenskaper hos sitt papper så kanmassamakaren med hjälp av uppfinningen producera en massa med rätt egenskaper.

Den andra (och kanske viktigaste) är, att pappersmakare uthålligt får sigtillsänt en massa av jämn kvalitet vad gäller olika massa- och pappersegenskaper och dettaoberoende av om kvaliteten på den ved som massamakaren använder sig av varierar ochom olika problem (såsom fallerande mätare och fallerande nyckelapparatur) vidmassafrainställningen uppstår. Genom att man frekvent mäter det uppslutna materialets, d v s massans, halt av lättutlösbara kolhydrater får man vetskap om massans tillstånd, d v segenskaper.

Uppfinningen ger också möjlighet för massamakaren att optimera för honomviktiga omständigheter. Exempelvis finns det en möjlighet att optimera massautbytet vidframstälhiing av massa med vissa pappersegenskaper. Ett högre utbyte ger mer massa ocheftersom betalningen för massan sker per ton massa så innebär en större mängd framställd massa en högre intäkt.

FigurbeskrivningI figur 1 visas en massafabrik i en mycket förenklad schematisk fonn, där kokstyrningsförfarandet enligt uppfinningen kommer till användning.

I figur 2 visas i ett polärdiagram hur olika massa- och pappersegenskapervarierar hos tre massor, som framställts enligt teknikens ståndpunkt.

I figur 3 visas sambandet mellan kokutbytet i % och satsen av effektivt alkalii % i olika björksulfatmassakok.

I figur 4 visas sambandet mellan R5 -värdet i % och kokutbytet i % i nämndabj örksulfatmassakok.

Bästa utföringsform I det följ ande beskrives, under hänvisning till figur 1, en föredragenutföringsform av förfarandet enligt uppfinningen och avslutningsvis återges tvåutföringsexempel.

I figur 1 visas en kontinuerlig kokare l. Lignocellulosamaterialet, vanligenved i form av flis, inmatas med en viss hastighet till toppen av kokaren l. Till denna matasockså en viss mängd kokvätska så att önskat ved/vätske-förhållande uppstår. Vidare styreskoncentrationen av kokvätskan så, att önskad mängd av, exempelvis, effektivt alkali = EAerhålles. Under sin väg ner igenom kokaren uppslutes (kokas) vedflisen i den utsträckningmassamakaren önskar. Uppslutningen av vedflisen sker under förhöjt tryck och förhöjdtemperatur. I botten av kokaren finns ofta ett tvättsteg där den uppslutna vedflisen befriasfrån huvuddelen av den använda kokvätskan, d v s kokavluten. I och med att den uppslutnavedflisen matas ut från kokaren så sker en kraftig trycksänkning ner till atmosfärstryck ochdet innebär att vedflisen i uppmjukad och förändrad form splittras upp i huvudsakligen friamassafibrer, d v s en fiberfriläggriing äger rum och massa har bildats. Denna massa föresvia ledningen 2 till den återstående delen av massafabriken 3. I denna utföres ytterligaretvättning av massan och vidare silas densamma i flera steg. Därefter blekes massan och detinledande blekningssteget eller de inledande blekningsstegen brukar kallas delignifierings-steg, eftersom massan i detta eller dessa steg befrias från huvuddelen av den ligninmängdsom finns kvar i massan efter uppslutningen. Därefter följ er i regel ytterligare bleksteg därmassans ljushet krafiigt ökas och vidare befrias massan från kromofora grupper.Ytterligare reningssteg kan följa efter detta innan massan via ledningen 4 föres till enderaen massaupptagningsmaskin för konvertering av massan till avsalumassa eller en pappersmaskin 5.

Centralt för uppfinningen är att man bestämmer halten av lättutlösbarakolhydrater i den genom uppslutningen uppkomna massan. Som mått på halten avlättutlösbara kolhydrater kan som angivits tidigare RS -värdet i % välj as. Föredraget är attmedelst NIR-spektroskopi bestämma R5-värdet (enligt tidigare beskrivning) på massannågonstans utefter ledningen 2, exempelvis i position 6. Konkret kan det gå till så, att ettdefinierat tvättat prov av massan mätes med de elektromagnetiska vågorna inom NIR-ornrådet. I vissa kokare finns det möjlighet att ta ut prov på i kokarens botten befintliguppsluten vedflis. I och med att man för detta prov ut ur kokaren får man en fiberfri-läggning så att massa bildas, vilket förlopp liknar det ovan beskrivna fiberfriläggnings-förlopppet. Mätsignalen eller värdet föres via ledningen 7 till en styrenhet 8.

På motsvarande sätt mätes den uppslutna vedens, d v s massans, halt avlignin i position 9 och via ledningen 10 överföres mätsignalen eller värdet till styrenheten8. Som angivits tidigare finns det existerande, kommersiell apparatur som kan användas.Sådan mätning utföres rutinmässigt i många kokerier redan idag.

Vid förfarandet för styrningen av koket enligt uppfinningen är det vanli gt attligninhalten hos den uppslutna vedflisen, d v s massan, tillåts variera med tiden och omman ser på satsvis kokning (som inte visas här) från kok till kok. Främst dendelignifierande blekningen måste anpassas till att den ingående massans ligninhalt i formav kappatal varierar från tidpunkt till tidpunkt vid kontinuerlig kokning och från kok tillkok vid satsvis kokning. Det finns olika styrsystem även för detta och variationema iligninhalt hos massan hanteras rutinmässigt av blekaren. Det betyder, att den massa somlärnnar framställningsprocessen har den förutbestämda lj usheten, exempelvis.

För att kontrollera, att massan i olika positioner och främst den färdigamassan har de egenskaper som såväl massamakaren som pappersmakaren väntar sig, så börinformation om dessa inhämtas från flera positioner. Exempelvis kan massans ljushetbestämmas i en eller flera positioner i massafabriken 3 och informationen sändes vialedningen 11 till styrenheten 8. Prov kan tagas på den färdiga massan i ledningen 4 ochdiverse egenskaper inkluderande pappersegenskaper kan bestämmas och informationensändas via ledningen 12 till styrenheten 8. Vidare kan prov uttagas på den arkade massan iposition 5 om avsalumassa tillverkas för olika analyser och information om dettaöversändes via ledningen 13 till styrenheten 8. Om massan transporteras i slurryforrn till en pappersmaskin 5 kan färdigt papper analyseras och infonnation om detta översändas vid ll ledningen 13 till styrenheten 8. Här anges, att man skall ta ut prov på massan ocheventuellt papperet och utföra olika analyser. Det är naturligtvis också möjligt att göramätningar direkt på den framlöpande massan och papperet medelst så kallade icke-materialförstörande analysmetoder, exempelvis av den typ som omnämnts tidigare i dennaskrift.

Vid kontinuerlig framställning av cellulosamassa och då vad gälleruppslutningen eller kokningen är såväl uppkömingsprofilen som tiden (t) vidmaxtemperaturen (T) ofta given, eftersom vedflisen inmatas i en viss mängd med en visshastighet i toppen på kokaren 1. Vidare är volymen i kokaren 1 given och det betyder, attden tid vedflisen befinner sig vid maxtemperatur är given. De kokparametrar man då haratt variera, d v s styra med, är maxtemperaturen (T) och satsen av effektivt alkali (EA). Istyrenheten 8 ingår lämpligen en dator och datorprogram och detta datorprogram baserarsig i första hand på de formler, som återges på annan plats i denna skrift. Utifrån uppmättaanalysvärden och då i första hand den just uppslutna vedflisens, d v s den nybildademassans, halt av lättutlösbara kolhydrater ger dataprograrnmet upplysning om, dels om detär nödvändigt att göra en ändring och om så är fallet vari ändringen skall bestå. Ofta bestårändringen i att man ändrar satsen av effektivt alkali (EA) och/eller halten effektivt alkali(EA) under kokförloppet.

Om man skall ändra produktionen av massa vid en viss tidpunkt, exempelvisöka produktionen, då förändras den tid det tar för vedflisen att passera igenom kokaren, d v s den blir kortare. Det betyder, att tiden vid maxtemperatur blir kortare än tidigare. Föratt i kokaren hinna med önskad uppslutning och delignifiering måste man i regel ökamaxtemperaturen och man har ännu ett medel att ta till och det är att öka satsen av effektivtalkali (EA). Hur detta skall gå till i detalj framgår av de samband och formler som återgespå annat ställe i denna skrift.

Ovan angivet styrförfarande enligt uppfinningen gäller som framgår förkontinuerlig kokning. För fackmannen är det inget problem att överföra instruktionerna till satsvis kokning.

Exempel 1På ett laboratorium gjordes tre försök med uppslutning (kokning) av bj örkved enligt sulfatrnetoden. Försöken gick ut på att styra uppslutningen enligt konventionell 12 teknik, d V s så att ett och samma kappatal uppnåddes hos massorna trots variation i vissakokpararnetrar.

Björkstockar togs ut på en vedgård i en massafabrik och transporterades tilllaboratoriet. Stockama barkades for hand och höggs till flis i en stupmatad flishugg.Erhållen flis karakteriserades med avseende på geometri, densitet och kemisk sammansättning. Använda analysmetoder anges i tabell 1 och analysresultat i tabell 2.

Tabell 1 Torrhalt = SCAN-CM 39:94Torr-rådensitet = SCAN -CM 43:95Bulkdensitet = SCAN-CM 46:92Kolhydrater = Egen metod, KA 10.202Acetonextrakt = SCAN -CM 49:93Metaller = SCAN-CM 38:96Lignin = CCA 5, något modifieradFiberlängd = KCL 225289Tabell 2 Xylos, g/kg = 169Mannos, g/kg = 11.3Galaktos, g/kg = 10.1Arabinos, g/kg = 3.1Glukos, g/kg = 3 1 3Fiberlängd, mm = 1.04Torrhalt, % = 64.1Buumensitet, kg/mß = 170Torr-rådensitet, kg/m3 f ub = 500Ligninhalt, % = 20.6Acetonextrakt, % = 1.62 Järn, mg/kg = 49.7Kalcium, mg/kg = 639 Koppar, mg/kg = 1.6 13 Magnesium, mg/kg = 177Mangan, mg/kg = 1 10Vedmaterialet i form av beskriven flis kokades i en konventionell laboratoriecirkulationskokare. I varje kok satsades 2 kg flis. Vidare tillfordes industriellvitlut och avjoniserat vatten till önskat vätske/ved-förhållande for erhållande av kokvätska.De olika koken följde därefter nedanstående uppkörnings- eller temperaturprofil. 20°C till l20°C under 5 minuter l20°C till l45°C under 120 minuter l45°C till 151°C under 60 minuter.

Vid 15 l°C under en tid som motsvarar viss H-faktor. 38.2 -142501 Följande H-faktor användes = e 273 + T Övriga betingelser for respektive försök (kok) visas nedan.

Kok 1Alkalisats = 25 % effektivt alkalí (EA), d v s NaOH + 1/2 NagS, räknat på veden.Vätske/ved-iörhållande = 3.5 l/kg H-faktor = 270 Kok 2 Alkalisats = 20 % EAVätske/ved-fórhållande = 3.5 1/kgH-faktor = 350 Kok 3 Alkalisats = 17 % EAVätske/ved-förhållande = 3.5 l/kgH-faktor = 500 Vid uppslutningens (kokets) slut togs prov på kokvätskan för att kontrollerarestalkalihalten.Efter tvättning av massan med avj oniserat vatten i kokaren så silades massan.

Den silade massan analyserades med de analysmetoder som anges i nedanstående tabell 3.

Tabell 3 KappatalViskositetLjushetTotalutbyteRej ekthaltRestalkaliKolhydraterMalvarvMalgradYtviktE-modul, dragstyrka, dragstyvhetRivstyrkaSprängstyrkaZ-styrka 14 SCAN-C 1:00SCAN-CM 15:88SCAN-P 3:93Egen standardEgen standardSCAN-N 33:94KA 10.202 EN 25264-2: 1994ISO 5267-1:1999ISO 53611995SCAN-P 67:93EN 2197421994SCAN-P 24:99ISO 8791-4 Analysresultaten för respektive massa visas i nedanstående tabell 4.

Tabell 4KokEgenskap1 2 3 Kappatal 16.0 16.2 16.3Viskositet, ml/g 1 193 1264 13 86Ljushet, % ISO 44.0 41.3 33.1Restalkali, g/l 17.9 8.0 2.3Utbyte, % 50.5 52.3 54.2Ligninfritt utbyte, utbyte - 0.15 - Kappa 48.1 49.8 51.6Rejekt, % 0.02 0.03 0.04Hemicellulosa, % 26.4 28.2 28.6Dragindex, Nrn/ g, medelvärde vid 83.8 97.5 105.8malvarv 1000, 2000, 3000 Dragstyvhetsindex, MNm/kg medelvärde 9.7 10.3 11.0vid malvarv 1000, 2000, 3000 MalgradfSR, medelvärde vid malvarv 20.7 22.3 24.01000, 2000, 3000 Rivindex, mNmz/g, medelvärde vid 7.8 7.2 7.0dragindex 70, 80, 90 Sprängindex, kPa m2/ g, medelvärde vid 4.8 5.4 6.2malvarv 1000, 2000, 3000 Z-styrka, kPa, medelvärde vid malvarv 651 731 7581000, 2000, 3000 Vissa av dessa uppmätta egenskapsvärden hos respektive massa har införts idet polärdiagram som återges i figur 2. Diagrammet uppvisar nio axlar och varje axel uppvisar egenskapsvärden enligt följande: 14 = Kappatal, 12-20 15 = Kokutbyte, 50-55 16 = Dragindex, 80-110 17 = Dragstyvhetsindex, 9-1118 = Malgrad, 20-25 19 = Rivindex, 6-8 16 20 = Sprängindex, 4-721 = Z-styrka, 600-80022 = Ljushet, 35-45 Vad gäller de talvärden som anges efter egenskapen så gäller det lägre värdetför centrum av diagrammet (origo), d v s där axeln börjar, och det högre värdet för axelnsände. Som exempel kan axel 15 studeras, som återger kokutbytet i %. Ett utbyte av 50 %gäller för origo och axelns avslutning eller ände motsvarar ett utbyte på 55 %.

De olika koken har förlänats följ ande symboler: -0 - = kokl-l- = kok2-Å- = kok3 Det som skiljer mellan de olika koken vad gäller kokparametrama är kok-kemikaliehalten, d V s alkalisatsen i form av effektivt alkali, och tiden vid maxtemperatur,här reglerad och återgiven som H-faktor. För en fackman står det klart, att om man sänkerkokkemikaliehalten så måste man öka tiden för koket och då vanligen vid maxtempera-turen för att erhålla samma delignifiering av veden, d v s för att uppnå ett visst ochkonstant kappatal.

Som framgår av polärdiagrammet (se axel 14) har samtliga tre kok resulterat ien massa med samma kappatal. Detta är också den enda egenskap, som uppvisar likhet.Vad gäller samtliga övriga egenskaper är skillnaden mellan de olika massorna mycketpåtaglig. Diagrammet visar på ett illustrativt sätt, att det vid framställning av sulfatmassautifrån björkved och där styrningen av koket baserar sig på att uthålligt uppnå ett visstkappatal inte är möjligt att framställa och leverera en massa med av pappersmakarenprioriterad(e) egenskaper, d v s på en viss nivå och det sämsta av allt, att massa med denprioriterade egenskapen inte kan garanteras från leverans till leverans. Detta gäller för allapappersmakare oberoende av om denne får sig massan tillsänd i torkad (och arkad eller flingad) form eller i ej torkad form, som en slurry, från en närliggande massafabrik.

Exempel 2På ett laboratorium gjordes ett mycket stort antal försök med uppslutning (kokning) av björkved enligt sulfatmetoden. Avsikten med försöken var dels att ta fram en 17 uppfinningsenlig styrmodell lör uppslutning av kortfibrigt lignocellulosamaterial baseratpå mätning av halten av lättutlösbara kolhydrater i uppkommen massa och dels att se omstyrmodellen gav avsett resultat.

Björkstockar togs ut på en vedgård i en massafabrik och transporterades tilllaboratoriet. Stockarna barkades for hand och höggs till flis i en stupmatad flishugg.Erhållen flis karakteriserades med avseende på geometri, densitet och kemisksammansättning. Använda analysmetoder framgår av tabell 1 i exempel 1.

Analysresultaten framgår av nedanstående tabell 5.

Tabell S Glukos, g/kg = 320Xylos, g/kg = 173Mannos, g/kg == 12.0Galaktos, g/kg = 11.1Arabinos, g/kg = 2.8Torrhalt, % = 63.1Bumdensitet, kg/mfi = 172 Torr-rådensitet, kg/m3 ub = 498Vedmaterialet i form av beskriven flis kokades i en konventionell laboratoriecirkulationskokare. I varje kok satsades 2 kg flis. Vidare tillfordes industriell vitlut och avjoniserat vatten till önskat vätske/ved-forhållande for erhållande av kokvätska.

De olika koken följde därefter nedanstående uppkörnings- eller temperaturprofil.20°C till 80°C under 5 minuter80°C till maxtemperatur under 60 minuter Maxtemperatur enligt tabell 6.(382 _ 14256)273 + T Övriga betingelser för respektive kok framgår av tabell 6. Efter avslutad Följ ande H-faktor användes = e kokning tvättades massan i kokaren med avj oniserat vatten. Därefter silades massan for att slutligt analyseras med ett antal av de analysmetoder, som uppräknas i tabell 3 i exempel 1.

I nedanstående tabell 6 redovisas utlovade övriga betingelser och rådata från tjugofem kok vad gäller olika massaegenskaper. 18 Tabell 6Kok Alkali- Max- Tid H- Totalt Lignin- Rej ekt Kappa- Visk. ISO- R5sats temp vid faktor utbyte fritt tal lj ushet0 max- utbyte*% C :írigp % % % ml/g %ISO % 4 17 160 120 429 53,8 52,5 0,60 16,6 1340 39,3 76,35 19 160 120 429 52,8 51,7 0,10 14,4 1198 42,9 76,76 21 160 120 429 51,8 50,6 0,11 14,9 1126 42,1 78,2 t7 23 160 100 363 51,7 50,6 0,10 14,7 1064 42,6 78,78 25 160 100 363 50,7 49,7 0,07 13,1 1026 43,3 80,19 27 160 80 297 49,4 48,4 0,12 13,4 995 45,0 81,510 29 160 80 297 48,3 47,4 0,23 12,7 939 44,7 83,411 17 150 220 350 54,9 53,4 0,91 18,5 1431 37,7 74,612 19 150 220 350 53,9 52,6 0,05 16,4 1309 40,3 75,613 21 150 220 350 53,2 51,6 0,03 16,4 1256 42,1 76,514 23 150 200 320 50,4 49,3 0,01 14,9 1206 42,8 78,215 25 150 200 320 51,1 50,0 0,01 14,2 1143 43,5 79,216 27 150 160 290 49,4 48,3 0,05 14,5 1127 44,2 80,717 29 150 160 290 49,2 48,2 0,06 13,4 1068 44,9 82,618 17 170 80 627 52,1 50,6 1,10 17,5 1291 37,8 76,119 19 170 80 627 50,8 49,7 0,15 14,6 1098 41,5 77,320 21 170 80 627 50,0 48,9 0,15 14,5 1027 40,8 78,521 23 170 60 488 49,1 48,0 0,50 15,2 900 41,7 79,522 25 170 60 488 48,0 47,0 0,25 13,9 886 42,6 81,523 27 170 40 349 47,6 46,7 0,38 13,0 892 43,7 82,524 29 170 40 349 45,9 45,1 0,57 12,3 791 44,6 84,325 18 150 220 350 54,5 53,0 0,24 17,8 1384 39,3 77,026 18 160 120 429 53,1 51,8 0,14 16,9 1291 39,4 74,827 22 160 100 363 51,2 50,0 0,05 15,2 1108 42,2 78,128 22 170 60 488 49,8 48,7 0,12 14,5 1019 41,9 78,8 * Ligninfritt utbyte = Totalt utbyte (1 - 0,15 - kappa/ 100) 19 Vid studium av det i tabellen angivna framgår att de valda nivåerna i sats aveffektivt alkali (i tabellen och figurema 3 och 4 angivet som alkalisats), maxtemperatur ochtid vid maxtemperatur gav stora variationer i massaegenskap er. Kokutbytet, exempelvis,varierade mellan 46 och 55 %, d v s en skillnad på nio procentenheter. Kokutbytet minskarmed ökad sats av effektivt alkali, ökad temperatur och ökad tid. Det sker en markantminskning av utbytet då maxtemperaturen höjs från 160 till 170°C. Skillnaden i utbytemellan massorna som kokats vid l50°C respektive l60°C är inte lika stor. Det är troligt attcellulosan i massan angrips i högre utsträckning vid höga koktemperaturer.

Av figurerna 3 och 4 framgår, att om samband för olika driftslågen -i dettafall maxtemperaturen -tas fram kan utbytet mätas indirekt medelst analys av massans haltav lättutlösbara kolhydrater, exempelvis R5.

Detta förhållande och denna insikt ligger till grund för den visadestyrstrategin för exempelvis sulfatmassaframställning enligt uppfinningen.

Via PLS (”Particle Last Square”)-beräkningar på resultaten från ovanredovisade tjugofem kok har en modell för respektive svar eller respons - utbyte, kappatal,viskositet och R5 - framtagits. Det är linjära modeller som erhålles och kan exemplifierasmed den formel för att beräkna kokutbytet, som anges på sidan 6 i denna skrift.

I nedanstående tabell 7 visas styrmodeller, som är baserade på PLS-behandling av de gjorda laboratoriekoken.

Tabell 7Styrvariabler KonstanterUtbyte % Visk. ml/ g Kappatal R5 %76,25 2509,001 27,46 62,661Sats av EA, % 21 -0,556 -30,72 -0,395 0,579lMaxtemperatur, °C 160 -0,064 -4,689 -0,023 0,026lTid vid max.temp. min 120 -0,0002 0,789 0,003 -0,007H-faktor 429 51,6 1161 15,6 77,9 Massomas fysikaliska egenskaper, såsom dragindex, rivindex, malgrad o s v,vid olika utbyten har approximerats med linjär regression på fysikaliska egenskapererhållna vid olika utbyte i de försök som redovisas i exempel 1.

Slutligen gjordes tre ytterligare försök i form av koken 29, 30 och 31.

I dessa försök användes samma flis som i exempel 1 och vidare användessamma uppkömings- och temperaturprofil som i detta exempel.

Koken gjordes i laboratoriekokare enligt den satsvisa metoden, menkontinuerlig kokning i fiillstor skala simulerades på följ ande sätt. I ett första driftsläge 29som simulerar en viss produktion av massa i en kontinuerlig kokare var kokparametramafölj ande; sats av effektivt alkali = 21 %, maxtemperatur = l60°C, tid vid maxtemperatur =120 minuter och H-faktorn = 429. I det andra driftsläget 30 simuleras, attmassaproduktionen ökas till en viss högre nivå. Det betyder, att vedflisen strömmar nerigenom kokaren med en högre hastighet än tidigare, vilket också leder till att tiden vidmaxtemperatur sänks och i detta fall till 100 min. Fackrnannen vet då, att för att få ungefärsamma uppslutningsgrad hos den behandlade vedflis som lämnar kokaren som tidigaremåste maxtemperaturen höj as. I detta fall höj des maxtemperaturen till 165°C, vilketbetydde att H-faktom höjdes till 532. Satsen av effektivt alkali var intakt, d v s 21 %. I dettredje driftsläget strävar man efter att komma tillbaka till samma massa- och pappers-egenskaper som massan enligt ursprungsläget, d v s kok 29, uppvisar. I detta läge kommerstyrförfarandet enligt uppfinningen till användning. Tiden vid maxtemperaturen är givenoch kan inte ändras på och den är liksom i kok 30 etthundra (100) minuter. Underanvändande av uppmätt R5-värde och utifrån detta beräknat kokutbyte visade tidigarebeskrivet styrsamband (se formlerna for det högre maxtemperaturintervallet, d v s 160-170°C) att maxtemperaturen = 165°C och H-faktorn = 532 kunde hållas intakt fråndriftsläge två, d v s kok 30, och att satsen av effektivt alkali skulle sänkas till 19 %.

I nedanstående tabell 8 visas uppmätta massa- och pappersegenskaper. 21 Tabell 8Kok29 30 31 Utbyte, % 51,6 50,6 51,8Kappatal 15,6 15,3 16,1Viskositet, ml/g 1 161 1 1 10 1 172Ljushet, % ISO 42,4 44,0 42,0R5, % 77,9 78,1 77,0Dragindex, Nm/g 92,2 83,8 93,7Dragstyvhetsindex, MNm/kg 1 0, 1 9,7 1 0, 1Malgrad, °SR 21,7 20,9 21,9Rivindex, mN mZ/g 7,4 7,8 7,4Sprängindex, KPa mz/g 5,2 4,8 5,2Z-styrka, KPa 700 651 709 Om man studerar pappersegenskaperna hos de massor som framställts i koken 29, 30 och 31 finner man att samtliga dessa egenskaper vad gäller koken 29 och 31är i det närmast identiska, medan dessa egenskaper vad gäller kok 30 avviker markant.Detta visar, att med styrförfarandet enligt uppfinningen är det möjligt att efter drift-ändringar och även oplanerade drifistörriingar på ett framgångsrikt sätt återgå till attframställa en massa med önskade massa- och pappersegenskaper. Detta kan jämföras medde massor som vid framställningen vad gäller uppslutningen styrts i enlighet med tidigarekänd teknik och vars massa- och pappersegenskaper återges i polärdiagrammet i figur 2.

Som framgår varierar exempelvis pappersegenskapema hos dessa massor på ett mycket okontrollerbart sätt.