使用化学干燥剂在造纸机和纸浆干燥机上控制压榨部脱水的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种自动控制系统、自动控制方法和使用这样的控制系统用于通过造纸过程中计量被施加到纸幅的化学脱水剂的应用量来自动控制压榨部脱水的量。所述控制系统包括用于控制被施用到纸幅的化学脱水剂的量的反馈控制器和用于获得离开压榨部的纸幅湿度的测量结果的监测设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及造纸系统和纸浆干燥制造系统，用于通过化学干燥剂的计量应用控制 压榨部干燥，以及由此具有的通过压榨部的固结步骤赋予的不同纸张特征的积极作用。
技术介绍
通常造纸机中的造纸步骤过程中，纤维配料和水被供应到运动的合成纤维上。之 后大多数水通过纤维排出，以在织物上形成纤维纸幅或纤维席子，其包括来自原料的纸纤 维。在大多数造纸机上，纸幅(paper web)离开含有75到80%湿度的伏辊(couch)。湿的纸幅从所述伏辊运动到压榨部，此处的含水量可以被机械地减少到45-60%。 造纸机的压榨部利用液压通过一系列压榨压区(press nips)以使纸幅受到压缩力以在纸 继续到达干燥部之前从纸幅脱去尽可能更多的水。压榨部还固结所述纸以改善纸强度、减 小体积，增加纸的光滑性，并确保均一的横向(CD)方向的湿度分布。之后纸幅移动到干燥部，在其中它通过干燥滚筒，所述滚筒通过蒸发将纸幅含水 量减少到最终的期望水平，产生可以被切割或以其他方式被加工和包装的纸制品。通常，干 燥部产生含有5-10%湿度的纸张。在干燥器之前压榨部从纸幅脱水的程度对实现有效和经济的造纸机操作是至关 重要的，因为干燥部消耗了大量的能量。干燥部使用蒸汽加热以从纸张蒸发游离和结合的 水分，并且在资本和操作费用方面是造纸机最昂贵的部分。即使在配料中仅有的水在干 燥部被去除，去除每单位水的费用比通过压榨部的费用大20倍。随着输入纸张的含水量增加，干燥部的蒸汽消耗急剧增加。例如，用于进入干燥部 的纸张湿度7%的增加，蒸汽利用增加34%以得到干燥纸张中的相同湿度水平。此外，随着 它的压力的增加蒸汽的潜热减少，即使蒸汽温度更高，但使干燥器操作更加昂贵。因此，理 想的是在进入这个部分之前使从纸幅的脱水最大化。当湿纸幅通过压榨部时，它与一个或更多压榨织物或带接触，此处后者还可以被 定义为一类用于本文目的的压榨织物。纸幅的压榨是在压榨压区中的两个辊轴之间完成 的。随着纸幅进入压区，纸幅和压榨织物的压缩开始于夹带的空气流出纸幅和织物。随着 液压增加，水从纸幅脱去进入织物。当织物成为饱和的，剩余的水流出织物。这时，纸幅在 辊轴之间最接近分离的点，且液压是最大值。当纸幅从此点移走时，压力恢复到零，以及纸 张处于它的最大程度的干燥。最后，纸和织物离开压榨压区并彼此分离，引起了纸中的轻微 的真空，其可以导致纸张某种程度的再湿润。这种水分的再吸收是不期望的，压榨部供应商和造纸机织物制造商已努力想使这 种效果最小化。在机器方面，使纸和织物的快速分离来减少再湿润的时间。此外，各种类型的水接受设备被提供以帮助从织物脱水。造纸机织物制造商还在特定的压榨位置使用不渗 透性的带子或低渗透性织物以减少再湿润的影响。决定从压榨部中纸幅脱除的水量的操作因素可以被分为三类，包括机械设计、原 料和纸的性质、和操作元件。机械设计因素由设备制造商决定，并不为压榨设备操作人员所 控制。这些因素包括辊轴强度和直径、压榨设备构造和压榨压区设计。进入压榨部的纸幅的特征变化影响离开压榨部的纸张含水量。这些特征包括配料 类型、打浆度、纤维细粉量、填充物量、固有的保水性、压缩性、基本重量、纸幅温度、和湿度 水平。造纸过程期间，这些特征以非特征化的方式波动到不同程度，并引起离开压榨部的纸 的最终含水量的变化。人们试图减小这些变化，不过是造纸过程中的成功有限。压榨部中，诸如机械速度、压榨负载、压榨织物设计和维护等操作因素可以用来优 化压榨部的效率。实际上，这些因素是难于控制的，因为每个因素对纸的湿度在时间的任何 一点上的影响程度通常是未知的。压榨织物的清洁和服务寿命对于整个压榨部操作具有本 质影响，并且操作人员要给予的关注也对工厂造成巨大费用。 上述的因素作用为影响终产物的工艺变量。目前，这些因素中的几乎没有几个，如 果有的话，在造纸操作过程中被测量确定出。造纸中，理想的是在纸张形成时保持纸张整体均勻的湿度分布，以便生产具有均 勻基本重量分布的高质量纸。不好的湿度分布导致局部的过度或不足的干燥、劣等的纸质、 增加的机械操作费用、和降低的效率。因此，运转期间，压榨部之前，尤其在横向方向的纸幅 湿度应为用于测量和控制的潜在地最重要的参数。但是，过去由于费用和实施困难的原因， 这并没有被实现。如果湿度可被测量出，用于控制不同操作参数的前馈控制方法可以被发展以更精 确的控制生产各级和各基本重量的纸。为了完成这项工作，湿度传感器有可能被用于测定 纸幅在进入压榨部之前的湿度。控制器应可以使用湿度值以预见离开压榨部的产品的期望 湿度，并且如果必要的话，决定控制操作来调整控制元件。例如，应可以调整压榨部的压榨 负载、压榨真空或喷淋器水温，以便使纸脱离压榨机时的预期湿度达到更加期望的数值。前馈法可能是难于发展的，因为它需要压榨部的操作参数如何影响不同进入湿度 的纸幅脱水的全面的和定量的知识，以及需要其他任何未测量的干扰因素中的变量如何因 这样的调整受影响的定量知识，例如纸幅特性和待制造的纸类型如何因这样的调整而被影 响。此外，因为前馈控制应仅可应用到对受控的实际压榨设备，这种信息是对各个压榨组件 可能是唯一的。另一个工艺控制的潜在方法可能是使用反馈回路，其监测所测得的诸如纸张离开 压榨部的湿度等输出变量。然后反馈控制器应可以操作工艺变量，诸如需要时操作蒸汽供 应，以使产品具有更期望的特征。虽然不知道对工艺有作用的特定干扰因素，只要操作数值 的功能是有效的，反馈控制算法应该能够保持输出期望的数值，且不引起工艺在控制算法 定义的区域之外运行。这种反馈法和它的几种变换形式(比例法、比例+积分法、或比例+积分+导数 法)已经被用于其他工业应用中，诸如液体水平控制和温度控制。反馈控制已经有一些工厂实施，其中使用诸如伽马测量计或红外监测器等湿度监 测器测定最后的纸湿度。这些测量设备可以是固定的，其中在一个位置在纸的横向方向测取湿分含量，或者是移动的，用于沿着纸的宽度得到湿度分布。湿度数值被实时输入到控制器中并与最终的纸的优选湿度水平比较。根据差值，纠正控制操作被实施到造纸工艺的较 早阶段中的合适的控制元件，诸如精炼程度或压头箱蒸汽的稀释，以得到更加期望的最终 的纸的特性。但是，实施用于控制压榨部脱水的工艺之前，需要详细的研究定义控制操作和他 们对压榨部脱水的影响之间的关系。例如，对于温度范围103到112° F(39到45°C )的轻 板配料，应有必要确定增加第一压区压力46psi/百分比湿度，脱水从59. 2增加到62. 8%， 当纸幅具有77. 1到79. 2%的初始湿度水平时，基本重量在61到82g/m2的范围内，纸速是 805到1023ft/min(240到310m/min)。适合的控制算法将会是复杂的，并且研发耗费时间， 这是可以理解的。对于前馈和反馈策略，控制操作可以定为一组窄的操作条件和输出数值。但是，任 何非特征化的干扰因素可能影响控制算法的精确性。经常会需要算法修改，应对纸级别的 常规变化或最终的纸规格。在发展适当的算法之前，针对纸的新级别的压榨部操作也会不 得不特征化。此外，比较前馈控制和反馈控制，反馈控制会比较慢，因为它依靠于工艺延时。 但是在工艺没有被完全特征化的情形下，反馈控制潜在地可利用程度会更大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制纸幅脱水的方法，所述方法包括：（ａ）提取纸幅的湿度的第一测量结果；（ｂ）调整被施加到所述纸幅的化学脱水剂的量；（ｃ）提取所述纸幅的湿度的第二测量结果；（ｄ）比较所述第一测量结果和第二测量结果；及（ｅ）如果比较结果是有利的，重复被施加到纸幅的化学脱水剂的量的调整，且如果比较结果是不利的，应用不同的调整。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大卫艾拉韦恩斯坦，迈克尔罗伯特圣约翰，罗德尼H班克斯，詹姆士L托马斯，
申请(专利权)人：纳尔科公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]