10 MALLIEN TESTAUS 77
10.2 Hierrejauhimen malli
10.2.5 Jauhinpesän paineen muutos
Höyryn tuotannon vaste jauhinpesän paineen muutokseen 0,18 MPaista 0,15 MPa:iin on esitetty kuvassa 45. Jauhinpesän paineen pienentyessä ve
den höyrystymislämpötila laskee, mikä vaikuttaa höyryn tuotantoon hiukan kohottavasti, arvosta 37,6 t/h arvoon 37,7 t/h.
Kuva
44
- Höyryn tuotannon, laimennusveden ja EOK:n vaste jau- hatussakeuden muutokseen. Sininen kuvaaja on höyryn tuotanto, vihreä laimennusvesi, violetti EOK ja punainen sakeus.Kuva 45. Höyryn tuotannon vaste jauhinpesän paineen muutokseen.
Vihreä kuvaaja on höyryn tuotanto ja sininen jauhinpesän paine.
11 YHTEENVETO
Simuloinnin avulla saavutettavat mahdolliset hyödyt kuten energiasäästöt ja muutostilanteiden hallinnan kehittäminen tekevät CTMP:n valmistusprosessin dynaamisesta simuloinnista mielenkiintoisen. Samanlainen kiinnostus kohdis
tuu myös TMP:n eli kuumahierteen valmistukseen. Tässä työssä tehdyt mallit laajentavat simulointiympäristönä käytetyn APMS:n mallikirjastoa juuri tälle mekaanisen massanvalmistuksen alueelle.
Kirjallisuudessa esitettyjen hierrejauhinmallien lähestymistavat vaihtelivat paljon keskenään. Kuitutason ilmiöihin, todennäköisyyksiin tai sumeaan lo
giikkaan perustuvat mallit sivuutettiin tässä työssä, ja tarkempaan tarkaste
luun valittiin kaksi mallia. M desin ja M ay n [20, 29] mekanistisiin tarkasteluihin perustuva staattinen malli on kiinnostava perusteellisuutensa vuoksi. Tessie- rin ja Qianin [30] työ on taas merkittävä tämän työn kannalta, koska siinä on mallinnettu koko CTMP-prosessi, ja simuloitu sitä dynaamisesti.
Kirjallisuudessa esitetyt hierrejauhinmallit eivät sellaisenaan olleet paras läh
tökohta yksinkertaisella massa- ja energiataseratkaisijalla laskevalle mallille.
Tällaisessa mallissa liialliseen tarkkuuteen pyrkiminen ei tuota haluttua lop
putulosta — on löydettävä massa- ja energiataseratkaisun kannalta oleelliset ilmiöt. APMS:n yksinkertaista ratkaisijaa hyödyntävä malli on parametroin- niltaan riittävän yksinkertainen, jotta voidaan mallintaa nopeasti laajojakin kokonaisuuksia — kuten tässä työssä Joutsenon BCTMP-tehdas — ja tarkas
tella mallilla osaprosessi- ja tehdastason dynaamisia ilmiöitä.
BCTMP-tehtaan malli rakennettiin APMS-simulointiympäristöön kolmitasoi
sena hierarkkisena mallina. Tehdastason malli toimii kytkentärajapintana osa- prosessitason malleille, jotka toimivat myös simulointimallin pääasiallisena käyttöliittymänä. Tiettyjen prosessilaitteiden, kuten hierrejauhimen, sisäinen rakenne muodostaa mallin alimman hierarkiatason eli prosessilaitetason.
Hierrejauhimen mallin perusilmiöt rajattiin kolmeen massa- ja energiataseiden
kannalta tärkeimpään: lämmön siirtyminen massaan, kiintoaineen liukenemi
nen ja höyrynjako.
BCTMP-tehtaan ja hierrejauhimen mallin antamat kvalitatiiviset tulokset oli
vat hyviä ja oikeansuuntaisia. Kuitenkin vasta tehdasdatalla tehtävän validoin- nin jälkeen päästään analysoimaan mallin kvantitatiivisia tuloksia. BCTMP- tehtaan simulointimalli antaa mahdollisuuden kouluttaa tehtaan käyttäjiä ym
märtämään tämän monipuolisen prosessin lämpötekniset mahdollisuudet eri ajotilanteissa.
Tulevaisuudessa BCTMP-tehtaan simulointimalliin voidaan tarvittaessa kehit
tää erillinen käyttöliittymä koulutustarkoituksiin. CTMP-prosessin imeytyksen ja valkaisun reaktiokinetiikka on mielenkiintoinen mallin laajennusalue.
LÄHDELUETTELO
[1] Tuuri, S., VTT Automaatio, APMS-esite 2001.
[2] Anon., Research & Development, http://www.m-real.com, 2.10.2001.
[3] Gullichsen, J., Kemimekaaninen massa — tulevaisuuden massa? Teokses
sa INSKO julkaisu 75-86: Kemihierre (CMP/CTMP) — viimeaikainen kehitys ja käyttökohteet, toim. H. Paulapuro, INSKO, Helsinki 1986, ss.
2-16.
[4] Atack, D., Heitner, C., Stationwala, M.I., Ultra high yield pulping of eas
tern black spruce, Svensk Papperstidn. 81 (1978) 164-176.
[5] Lindholm, C.A., Kurdin, J.A., Chemimechanical pulping. Teoksessa Mec
hanical Pulping, toim. J. Sundholm, Fapet Oy, Helsinki 1999, ss. 223-249.
[6] Varhimo, A., Tuovinen, О., Raw materials. Teoksessa Mechanical Pulping, toim. J. Sundholm, Fapet Oy, Helsinki 1999, ss. 67-104.
[7] Tienvieri, T., Huusari, E., Sundholm, J., Vuorio, P., Kortelainen, J., Nys
tedt, H., Artamo, A., Thermomechanical pulping. Teoksessa Mechanical Pulping, toim. J. Sundholm, Fapet Oy, Helsinki 1999, ss. 159-221.
[8] Anon., Andritz Oy, Markkinointimateriaali 2001.
[9] Heitner, C., Atack, D., Karnis, A., Ultra high yield pulping of eastern black spruce. Part 3. Interstage sulfonation, Svensk Papperstidn. 85 (1982) R78-R86.
[10] Atack, D., Heitner, C., Karnis, A., Ultra high yield pulping of eastern black spruce. Part 2., Svensk Papperstidn. 83 (1980) 133-141.
[11] Rahkila, P., CMP/CTMP-nykytekniikka ja kemihierreprosessien ominais
piirteet. Teoksessa INSKO julkaisu 75-86: Kemihierre (CMP/CTMP) — viimeaikainen kehitys ja käyttökohteet, toim. H. Paulapuro, INSKO, Hel
sinki 1986, ss. 30-64.
[12] Jackson, M., Manufacture, physical properties and end uses of high yield pulps, Paper Tech. Ind. 26 (1985) 258-262.
[13] Ferritius, O., Moldenius, S., The effect of impregnation method on CTMP properties, Proceedings of the 1985 International Mechanical Pulping Con
ference, SPCI, Tukholma 1985, ss. 91-95.
[14] Lindholm, C.A., Bleaching. Teoksessa Mechanical Pulping, toim. J. Sund
holm, Fapet Oy, Helsinki 1999, ss. 313-341.
[15] Hämäläinen, J., Mäenpää, T., Kittilä, M., Korpi-Anttila, J., Kotinurmi, P., Alanko, J., Ansaharju, J., Viikko, M., Ylä-Jarkko, O., KnowPap - lear
ning environment for papermaking and process control, Proceedings of the
International Conference on Simulation and Multimedia in Engineering Education, 2001 Western Multiconference, Suomen Automaatioseura ry, Helsinki 1999, ss. 296-301.
[16] Anon., KnowPap — Paperitekniikan ja tehtaan automaation oppimisym
päristö, http://knowpap.vtt.fi, 2.10.2001.
[17] KnowPap — Paperitekniikan ja tehtaan automaation oppimisympäristö.
Versio 3.0 (maaliskuu 2001), CD-ROM. VTT Automaatio, 2001.
[18] Anon., Metso Oyj, Markkinointimateriaali 2001.
[19] Atack, D., Stationwala, M., Karnis, A., What happens in refining, Pulp Pap. Can. 85 (1984) 303-308.
[20] Miles, К.В., May, W.D., The flow of pulp in chip refiners, J. Pulp Pap.
Sei. 16 (1990) 63-71.
[21] Allison, B., Ciarniello, J., Tessier, P., Dumont, G.A., Dual adaptive control of chip refiner motor load: Industrial results, Proceedings of the Control Systems 94, SPCI, Tukholma 1994, ss. 289-297.
[22] Salmén, L., Lucander, M., Härkönen, E., Sundholm, J., Fundamentals of mechanical pulping. Teoksessa Mechanical Pulping, toim. J. Sundholm, Fapet Oy, Helsinki 1999, ss. 35-60.
[23] Pusa, R., Suullinen tiedonanto, PI-Yhtiöt, Vantaa, 15.1.2001.
[24] Miles, К., Refining intensity and pulp quality in high-consistency refining, Pap. Puu 72 (1990) 508-514.
[25] Corson, S.R., Probabilistic model of the disc refining process, Svensk Pap- perstidn. 75 (1972) 57-64.
[261 Corson, S.R., Dynamic behaviour of a disc refiner, Svensk Papperstidn.
77 (1974) 205-210.
[27] Strand, B.C., Mokvist, A., The application of comminution theory to describe refiner performance, J. Pulp Pap. Sei. 15 (1989) 100-105.
[28] Strand, B.C., Mokvist, A., On-line modelling of refiner performance, Pulp Pap. Can. 90 (12) (1989) 216-221.
[29] Miles, K.B., May, W.D., Predicting the performance of a chip refiner; a constitutive approach, J. Pulp Pap. Sei. 19 (1993) 268-274.
[30] Tessier, P., Qian, X., Modeling and simulation of a CTMP process, Procee
dings of the Annual Meeting — Technical Section, CPPA, Preprints A, 80th, CPPA, Montreal 1994, ss. A143-A149.
[31] May, W.D., McRae, M.R., Miles, K.B., Lunan, W.E., An approach to the measurement of pulp residence time in a chip refiner, J. Pulp Pap. Sei.
14 (3) (1988) 47-53.
[32] Allison, B.J., Isaksson, A.J., Karlström, A., Distributed parameter process model of a wood chip refiner, Pulp Pap. Can. 98 (8) (1997) 55-58.
[33] Horch, A., Isaksson, A.J., Allison, B.J., Karlström, A., Nilsson, L., Dyna
mic simulation of a TMP refiner, Nord. Pulp Pap. Res. J. 12 (4) (1997) 270-275.
[34] Dahlqvist, G., Münster, H., Hill, J., Advances in fundamental refiner cont
rol, Proceedings of the International Mechanical Pulping Conference: Pos
ter Presentations, EUCEPA, Oslo 1993, ss. 208-214.
[35] Toivonen, H.T., Tamminen, J., Minimax robust LQ control of a thermo
mechanical pulping plant, Automática 26 (1990) 347-351.
[36] Virtanen, J., Kirjallinen tiedonanto, Metso Paper Mechanical Pulping Oy, Valkeakoski, 26.2.2001.
[37] Kortelainen, J., Nystedt, H., Parta, J., Optimizing the refiner conditions with on-line controls, Proceedings of the International Mechanical Pulping
Conference, SPCI, Tukholma 1997, ss. 103-109.
[38] Dumont, G.A., Legault, J.S., Rogers, J.H., Computer control of a TMP plant, Pulp Pap. Can. 83 (8) (1982) 54-59.
[39] Fu, Y., Dumont, G.A., Chip refiner motor load adaptive control using a nonlinear laguerre model, Proceedings of the Second IEEE Conference on
Control Applications, IEEE, Vancouver 1993, ss. 371-376.
[40] Kooi, S.B.L., Khorasani, K., Control of the woodchip refiner using neural networks, Tappi J. 75 (6) (1992) 156-162.
[41] Anon., M-real Oyj, Markkinointimateriaali 2001.
[42] Tuuri, S., Juslin, K., Niemenmaa, A., Laukkanen, I., Lappalainen, J., Pa
rempaan paperi- ja kartonkiprosessin kokonaishallintaan dynaamisen si
mulaattorin avulla, Automaatio 1995 -seminaarijulkaisu, Suomen Auto- maatioseura ry, Helsinki 1995, ss. 229-235.
[43] Silvennoinen, E., Juslin, K., Hanninen, M., Tiihonen, O., Kurki, J., Pork- holm, K., APROS software f or process simulation and model development, VTT, Helsinki 1989, 125 s.
[44] Juslin, K., Tuuri, S., Dynamic simulation of a recovery boiler using the APROS simulation program, Proceedings of 1992 International Chemical Recovery Conference, TAPPI, Seattle 1992, ss. 293-303.
[45] Välisuo, H., Niemenmaa, A., Lappalainen, J., Laukkanen, L, Juslin, К., Dynamic simulation of paper and board mills: a case study of an advanced grade change method, Proceedings of the TAPPI Engineering Conference, TAPPI, Chicago 1996, ss. 491-498.
[46] Laukkanen, I., Silvennoinen, J., Lappalainen, J., Juslin, K., Enhancement Studies on operation and control of water usage in paper mills, Proceedings of the TAPPI Engineering and Papermakers Superconference ’97, TAPPI, Nashville 1997, ss. 67-74.
[47] Karhela, T., Lappalainen, J., Peltola, H., Juslin, К., Dynamic simulation model of rotary lime kiln, Proceedings of the 1998 International Chemical Recovery Conference, TAPPI, Tampa 1998, ss. 1081-1093.
[48] Kokko, T., Airikka, R, Lautala, P., Huhtelin, T., Uuden nopean paperi
koneen analyysi simuloinnin avulla, Automaatio 1999 -seminaarijulkaisu, Suomen Automaatioseura ry, Helsinki 1999, ss. 296-301.
[49] Lappalainen, J., Tuuri, S., Karhela, T., Hankimäki, J., Tervola, P., Pelto
nen, S., Leinonen, T., Karppanen, E., Rinne, J., Juslin, K., Direct connec
tion of simulator and DCS enhances testing and operator training, Process Control News (for the Pulp and Paper Industries) 19 (12) (1999) 11-12.
[50] Vehmaa, J., Råmark, H., Sunila 2000-luvulle uusimmalla valkaisuteknii- kalla, Pap. Puu 81 (1999) 248-250.
[51] Kokko, T., Huhtelin, T., Ahola, J., Lautala, R, Integrated process and control design of new stock preparation system, Proceedings of the Control Systems 2000, CPPA, Victoria 2000, ss. 63-66.
[52] Tuuri, S., Heikkilä, P., Hamström, К., Dynamic model of drying section including air impingement unit, Proceedings of the 3rd EcoPaperTech Con
ference, KCL, PI, Helsinki 2001, ss. 135-141.
[53] Klemola, K., Turunen, I., State of mathematical modelling and simulation in the Finnish process industry, universities and research centres, Tech
nology review 107/2001, TEKES, Helsinki 2001, 95 s.
[54] Standardi SFS 3701, Putkistojen merkintä virtaavien aineiden tunnuksin.
Tunnusvärit ja -kilvet, Helsinki 1995.
[55] Pusa, R., Kirjallinen tiedonanto, PI-Yhtiöt, Vantaa, 15.1.2001.
[56] Vuorio, P., Kirjallinen tiedonanto, Metso Paper Mechanical Pulping Oy, Valkeakoski, 12.3.2001.
Rajapinta LIITE 1
3. (1/2)
Jauhatus LUT
s
LIITE 3. (2>/2)
e O •
SSS>lat.poistosäillöiden laimennukset
4. (2/3)
Haihdutus (3/3)
kanaaliin
Hierrejauhin
iLIITE 5
NON
Steamdivision
Graafiset symbolit LIITE 6. (1/2)
HШ
öcc
<
CO<00) na
3со
CO(0
<D
na
30)
CO COa>
oo
na
3 CO
COФ
o2
.oa эw
■O>
:
2
Graafiset symbolit
n (JUT "ó(
Cuur- ^-tuciokni К r; OSÍO