artigo técnico - controle de refinação de celulose com ...€¦ · emmediyoes de fabricayao de...
TRANSCRIPT
C o @ U@@fuO@@ rchniw A tidn
Controle de Refina ao de Celulose
com Medi ao Continua do FreenessPulp Refining Control t ith Continuous Freeness Measurement
Autores Authors CleberRochal
Emerson Armani
Esa Piirainen3
Palavras chave Freeness Schapper Riegler On line
Controle Kajaani Refinayao Desaguamento Drenagem
RESUlilii
o controle convencional do Consumo Especifico de
Energia SEe e capaz de manter 0 nivel de drenagemdesejado a curto prazo sea materia prima permanecer
estavel Contudo variayoes da capacidade de refinayaoda celulose e portanto tambem de drenagem ten
dem a Gearrer durante periodos de tempo prolongadosEssas variayoes sao causadas pormudanyas emmaterias
primas e no processo de fabricayao de pasta podendaser reduzidas ou ate mesmo eliminadas mediante urn
controle dedrenagem apropriadoo teste padrao de Freeness de laboratorio nao pode
ser realizado com a freqilencia necessaria a ser usada
para controle do processo de tempo real Por outro lado
a maioria dos instrumentos automatizados apresenta pro
blemas em relayao a precisao de mediyao ou requerem
muita manutenyaoOs analisadores on line atuais tern de corresponder
as sUas expectativas financeiras Para consegui Io e im
portante que os usuarios possam confiar nas informa
yoes fomecidas peloanalisador e que 0 seu intervalo de
manutenyao seja suficientemente longoo analisador on line deve estar de acordo com urn
teste de laboratorio padrao visando a uma repetibilidade e freqilencia melhores do que as que podem ser obti
das manualmente 0 analisador on line pode substituir
o Freeness de laboratorioe fomecer valores CSF quase
de tempo real para controle de processo
TERMllIIlILIIGliI
Keywords Freeness Schopper Riegler On line Con
trol Kajaani Rejining DeVatering Drainage
SlfMMJUl1
The conventional Specific Energy Consumption control
SEC is able to maintain the desired drainage level in the
short term if the ra v material remains stahle Hmtever
variations in pulp rejinabili v and thus aLo drainage
tend to occurover longer periodoftime These variations
are caused hv changes in rmv materials and the pulping
process and thev can he reduced or even eliminated bv
appropriate drainage control
The standard lahoratoryfreeness test cannot he perfor
med vith the necessary fiequency to he used for real time
process control On the other hand most automated ins
truments haveproblems Hith measurement accurac v or need
a lot of rnaintenance
Today on line analyzers have to meet their jinancial
eTpectations Ib achieve this it is important that users can
trust the information provided hy the ana vzer and that its
service interval is long enough
The on line analyzer rnusf he according with a stan
dard lahoratory test for hetter repeatahili v and frequem v
than can be achieved manuay The on line analyzer can
replace lahoratorv freeness and provide nearly real hme
CSF values for process control ooN
o
Referencias dos autores
1 Engenharia de Aplicac ao Analisadores Metso Automation Ltd Sorocaba Brasil
Application Engineering Analyzers Metso Automation Ltd Sorocaha Brazil
2 Gerente de Aplicacao Analisadores MetsoAutomation Ltd Sorocaba BrasilApplication fanager Analyzer Metso Automation Ltd Sorocaha Brazil
lIll
o3 Gerente de Produto Metso Automation Inc Kajaani FinhlndiaProduct lvlanager Ivletso Automation Inc Ka aani Finland
Baixo Volume Especffico RigidezLaw Bulk Stiffness
Baixo Brilho Forma ao nublada
Low Gloss cloudy Formation
Marcas nos ralos
de suc ao se ao das
prensas marcas e vincos nas felas
Suction rollpress section wire markingwrinkles
Tabela 1 Problemas da MP x Freeness
Table 1 PM problems VS Freeness
A id6ia de testar 0
Freeness consiste em
simular 0 fenomeno
de desaguamento que
se realiza na sefao da
tela da ffiaquina de
papel isto e drena
gem de agua atraves
do tela A velocidade
de drenagem na ma
quina de papel e urn
dos fatores decisivos
para as propriedadesfinais do papel
Drenagem e 0 ter
fiO geral que significa umedecimentoe
Baixo a Estouro Tra ao
Low Burst Tensile
Baixo RasgoLow Tear
desaguamento de fi
bras Assim sendo
metodos de mediyao de drenagem medem a capacidade de drenagem A palavra Freeness provem do me
toda canadense para a capacidade de drenagem CSF
CanadianStandard Freeness ou seja Freeness de Pa
drao Canadense
usn 011 fREENESS
Para 0 papeleiro 0 Freeness fomece uma estimativa do
tipo de libras que a celulose contern e do tipo de papel que
podeser feito a partir dai
A resistencia do papel e diferentes propriedades estfLl
turaisestao em correlayao com os valores de teste do Free
ness Alem disso umaalterayao no valor do Freeness objetivado pode serusada para reparar certos defeitos de quahdade no produto acabado
A tabela 1 indica alguns problemas comuns na maquina de papel e comoumaalterayao do Freeness poderia cor
nglr os mesmos
o Freeness tambempode ser usado para auxihar na
monitorayao ou controle de muitas variaveis em processos
de fabricayaode papel e celulose
5N
o
2
Fabrica30 de Pasta Mecanica
Consumo de energiaemdesfibramento e refinayao
Temperatura dedesfibramento
Consistencia
Produtos quimicos
Depura3o
Remoyao de finos frayoesgrossasRefina3o
Consumo de energia de refinayaoConsistencia de refinayao
lIll
o
TERMfNJUJ 1Y
The idea qfFreeness
testing is to simulate the
deVateringphenmnenon
rakingplace on the pa
per machine Fire I ecti
on i e vater drainage
through the wire Papermachine drainage speed
is one of the deciding
factors for final paper
properties
Drainage is the ge
neral term meaning fiber wetting and dewate
ring Drainage measu
rement methods are thus
mea uring drainahility The word freeness comes jrom
Redu ao
Decrease
Aumento
Increase
Aumento
Increase
Redu ao
Decrease
Aumento
Increase
the Canadian method forStandard Freene i
drainahility CSF Canadian
USE Of FREENESS
For the paper maker freeness give an estirnate ofwhat
kind offihers the pulp contains and Yvhat kind ojjJaper can
be made from it
Paper strength and different structural properties cor
relate tofreeness testing values 1vloreover a change in tar
get freeness value can be used tojix certain quality defectsin the jinished product
The table helow shoyvs some common prohlems on the
paper machine and hovv a change in Freeness could cor
rect these
Freeness can also be used to help in the monito
ring or controlling lnany variahles in pulp and paper
making processes
Jtfecnanical Pulping
Energy cOrumption in defihering and refining
Dejibering temperature
Consistenc y
Chemicals
ScreeningFine vcoarse fraction removal
Refining
Refining energy consumption
Refining c nsistenc v
Mistura
Relayoes de mistura
A qualidadee os custosdefinem 0 nivel ideal do Free
ness Visandoa melhor operabilidade possivel 0 objetivo e
de atingir urn nivel de Freeness estavel
o desfibramentoe a refinayao definem 0 nivel de qua
lidadee os tanques decelulose reprimemvariayoes de qua
lidade 0 teor de finos na agua branca exerce influencia
sobre 0 Freeness Celuloses diferentes podem apresentaro mesmo Freeness Por este motivo outras mediyoes tal
como 0 comprimento das fibras tambem sao necessarias
MEnmllS lABIIRATllRllIlS
Ao longo dos anos foram desenvolvidos diversos meto
dos laboratoriais para medir a capacidade de drenagemcomopor exemplo
Testador Klem
Schopper RieglerFreeness de Padrao Canadense 1227
Testador de Precisao Williams
Iempo de Drenagem 1221
Coeficiente de Drenagemo metodo mais comurnenteusado para rnediyaode dre
nagem em laboratorio e 0 Freeness de Padrao Canadense
CSF atual norma IAPP 1227
o CSF econsiderado como urndesenvolvimento ulteri
or do instrurnento Schopper Riegler 0 SR ainda e muito
popular na Europa e nos paises nordicos particularmenteem mediyoes de fabricayao de pasta kraft
Neste metodo exatamente
I litro de pasta diluida de
0 30 de consistencia e filtra
doatraves deuma chapa peneira padrao A agua de drenagem
que transborda atraves do ori
ficio lateral determina 0 valor
do Freeness mLA temperatura do residuo da pasta e re
gistrada antes da drenagem e
seaplica uma correyao da tem
peratura se a temperatura dife
rir de lOGC Outras variaveis
importantes queexercem influ
encia sobre 0 resultado estao
estabilizadas e padronizadas
IIIiSTRllMEIliTIIS liE
IIREIliJlGEM lilli LilliE
Existem muitos instru
mentos no mercado que pro
curam medir on line oS
rtmf ii wjwrinr f 1 EmJD jf Sf
J1lTi1Xi j UlI0 11L
TxmoainlHILfl iedill 3n
th p lf Ivlfa
mi
lrit rtiJl I8I Ji
DIiH ffi in r 11
GuN d rTmdr JD
Pdi
SJfiI i iLiilL i
od i rd l j a
g n @J dM
Skid
JitidhO ifio
Mi hIJinuoL1SS
Figura 1 Unidade de teste CSF
Figure 1 CSF testing unit
Blending
Blending ratios
Quality and costs define the optimalfreene s level For
hest runnahility the ohjective is to achieve a stable free
nes I level Dejihering and rejining define the quality level
and pulp chests dampen quality variations Fine content
in rt4litewater influences freeness Different pulp I can have
the samefreeness For this reason other measurement
such asfiber length are also needed
LAilOflArORI METHfJfJS
Over the vears there have heen severallahoratory rne
thods to meailAre drainahility fixr eJ ampleKlem Tester
Schopper RieglerCanadian Standard Freeness T227
Williams Precision tester
Drainage Time T22
Drainage Coefjicient
The most commonv used method for drainage measu
rement in lahoratory is Canadian StandardFreeness rCSf
current TAPP standard T227
CSF is regarded asa further developrnent qfthe Schop
per Riegler instrument The SR is still quite popular in
Europe and the 1vTordic coun
tries particularly in kraft
pulping rneasurements
In this method exactly1 liter of 0 30 consisten
cy diluted pulp is filtered
through a standard screen
plate The drainage 1vater
overflov ing through the
side orifice determines the
freeness value mlSlurry
temperature is recorded
before drainage and tern
perature correction is ap
plied if temperature dUfers
from 20 C Other importantvariables influencing the
result are stabilized and
ooN
o
lIll
o
standardized
lIll
o
Co
mesmos resultados que 0 testador padrao fornece em
laboratorio
Instrumentos de capacidade de drenagemResistencia a FiltrayaoMetodos de Simulayao
As principais vantagens de instrumentos on line em
relayaoa mediyao manual sao a sua velocidadesuperioreafreqilencia de medi9ao Assim sendo eles fomecem mais
informa9oes de processo necessarias para controle de pro
cessode tempo real 0 sucesso de instrumentos on line e
variado mas em geral todos elesapresentam algumas des
vantagens
Instrumentos de capacidade de drenagemRapidos e simples mas normalmente requerem urn
ambientede processo muito estavel E medido 0 tempo de
filtra9ao Sensiveis a varia90es de cOl1istencia e de pressao
Resistencia a Filtra a
Em geral a precisao e a repetibilidade deveriam ser
ligeiramente melhores com compensayao de consistencia
incluida E medida a pressao dos dois lados da camada de
celulose formada bem como 0 peso da camada para com
pensa9ao de cOl1 istencia Preyomais alto seqUencia de me
diyao mais lenta Tambem pode requerermais manutenyao
Me odos de Simula ao
Comparayao correlayao laboratoriais normalmente
mais faceis Compensayoes de temperatura e consistencia
estao incluidas com freqUencia outras mediyoes tambem
o Freeness e calculado matematicamente a partir de uma
curvade drenagem para simular 0 metodo laboratorial cor
respondente 0 preyo normalmente e bem alto eo dispositivo pode requerer muita manutenyao
IllllllliSIlDilR IIN L1NE
5N
o
2
Instrumento de teste do Freeness on line como to
dos os instrumentos anteriores mede algo mais do que
o Freeness padrao As finalidades principais do anali
sador on line eram
1 Analise fiel do Freeness copiando 0 dispositivo de
teste laboratorial 0 mais exatamente possivel obtendo ao
mesmo tempo os beneficios do testeautomatico on line
2 Baixa manutenyao por melhor que urn dispositivode teste on line seja necessidadesde manutenyao quase
diarias significam que nao e provavel que 0 seu futuro sejalongo Isto e particularmente verdadeiro se 0 dispositivofor usado para fins de controle
Oscapitulos seguintes descrevem mais detalhadamente
a operayao doanalisador on line ea maneira pela qual es
tes objetivos tern sido atingidos ate agora
ON liNE DflAII1JAtlf INSTRUMENTS
There are many instruments on the market that attempt
to measure on line the same results as the standard tester
is giving in lahoratoryRate ofdrainage instruments
Filtration Resistance
Sitnulation Alethods
The main advantages ofon line instruments over ma
nual measurement are their uperior peed and measure
ment frequencv Thus they provide more process iformation needed for real time process control The success ofon line instruments is varying but in general all of them
have some disadvantages
Rate of drainage instruments
Fast and simple hut normally need a very stahle
proce s environrnent Filtration tirne is measured Sensiti
ve to consistency andpressure variations
Filtration Resistance
In general the accurac v and repeatahili v should he
slightly better Hith consistency compensation included
Pressure from hoth side of thej rmedpulp pad is rneasu
red as 1vell as pad Tightfor consistency compensationPrice higher meaSllrernent sequence slower Alay a
o need
more maintenance
Simulation IlIethods
Lab comparisoncorrelation normalv easier Tempe
rature and consistency compensatiol1 are included oftenother measurernents Wo Freeness is mathematically cal
culatedfrom a drainage curve to simulate the correspon
ding Laboratory method Price is normally quite high and
the device ma need plenty ofrnaintenance
ON liNEANALYZER
On linefreeness testing instrument as all previous ins
truments meailAre something else than standard freenessThe main goals of the on line ana vzer 1vere
1 True freeness ana vsis copying the lahoratorv tes
ting device as closely as possible at the same time achie
ving the benefits ofautomatic on fine testing2 Lmmaintenance hOIA ever good an on line testing
device is almost daily maintenance needmean its futu
re is not likely to he long This is especial v true if the
device is used for control purposes
VISAO DE CIIIIIJUIIITO
DIISISTEl1IIlI
Coleta de amostras
o analisadorpode cole
tar amostras automatica
mente de ate cinco pontosde amostragem e de ate 100
ill de distancia Vma caleta
automatica de amostras e
adequada para consisten
cias deprocesso entre0 3
e 15 0 diametro da linha
de amostrase de 34 sendo
usado urn coletor de amos
tras de diluiyao especialo analisadorcontrola a
consistencia de transportede amostras peltl freqilencia do curso do pistao do
dispositivo de amostragemPara a diluiyao se usa agua
purificada sendo a pressaominima da aguade 3 bar
Normalmente as amostras
sao diluidas para 0 3 0 5
antes da analise figura 2
A temperatura daaguarecomendada e de lOGe
mas mais importante do
que a temperatura efetiva
e a sua estabilidade gran
des ffiudanyas na temperatura das amostras causam
variayao nos resultados fi
nais do Freeness nao so
mente em testadores on
line mas tambem em uni
dades manuais de teste la
boratorial Este fato sesus
tenta ate mesmo se a mes
ma tabela de correyao de
temperaturas for usada
para as unidades deensaio
nual lahorator v testingunits Thisfact holds even
lthe same temperature
usedfor the testing units
Figura 2 Visao de conjunto da coleta de amostras
Figure 2 Sampling overview
tniriUJ fQJili il fu M t h
N AdediLd
OOiAt Hl filjiWt
OOrf10tESSD
HlOPROCESS
PA A A AMsi1Af f hHllJriTo
iEASIUFI EMEJflAMi3L R
lljI wIitIJ mrwu
tifN tj iill tliiJ t
fjfLUSHINGlwMJEM
LABSAMPLEM G TPJ iJEL Bf i1jjl T6r IO
Figura 3 Condicionamento de amostras visao de conjuntoFigure 3 Sample conditioning overview
correction table isCondicionamento de amostras
Talvez 0 fator mais importante em testes do Freeness
seja a consistencia dasamostras Asamostras precisam ter
a mesma consistencia em toda e qualquer mediyao poiscaso contrarioo valor do Freeness sera afetado
Porexemplo instrumentos de Freeness para a Capacidade de drenagem poderao ser usados se a consistencia de
Thejidloyving chapters des
cribe in more detail the opera
tirmofthe on line analyzer and
how these goals have been
achieved so far
SYSTEM OVfRVlfW
SamplingThe analyzer can take
samples automatically from
up tojive sampling point and
up to 100m distance Automa
tic sampling is suitable for
proceSi consistencies hetvveen
0 3 and 15 Sample line di
ameter is and a special
diluting sampler is used
The analyzer controls sam
ple transportation consisten
cy by the frequencv of sam
pling device piston stroke
Purified water is usedfor di
hition minimum ytater
pressure being 3 bar Nor
mally sample are diluted
dO 1Tl to 0 3 0 5 hefore
analysis figure 2
Recommended water
temperature is 2W C but
more important than actu
al temperature is its sta
hility hig changes in sam
pIe temperature y ilcau
se variation in finalfree
neS i re iults notjust in on
line testers hut also in nw
ooN
o
Sample Conditioning
1vfaybe the mo t important factor in freenes 1J testing is
sample con istencThe samples mU 1 have the same COrl
sistenc v in every measurement otherwise freeness value
will be ajjected
lIll
o
processo for estavel Em condiyoesdeprocesso variaveis a
consistencia das amostrastem deserajustada a urnnivel de
teste conhecido
Depois de uma amostra fluir para dentro do tanque de
amostras do analisador on line Figura 3 uma bomba co
meya a circular aamostraatraves da unidade optica de me
diyao de consistencia Entao 0 analisadoradicionaagua de
diluiyao ate a consistencia tomar se de 0 3 a mesma que
e usada em testes laboratoriais A margem de erro de medi
yao do analisadorde consistencia ede 0 01
A bomba tambernmisturaa amostra completamente an
tes da efetiva mediyao E possivel coletar uma amostra de
laboratorio do analisador mediante a simples compressaode urn botao Urn produto quimico de limpeza automatica
tambem pode ser conectado isto e particularmente util em
ambientes de processo sujos tais como linhas de fibras
recicladas Em vez de coleta de amostras de processo auto
matica as amostras podem ser fomecidas manualmente
Mais uma vez recomenda se manteruma temperatura da
agua estavel 20 C e uma pressao minima da agua de 4 bar
MEDI iil illl CIIIIISISTEIIICIIlA mediyao 6ptica da consistencia baseia se em absor
yao de luz de laser dispersao refletida e despolarizayaoOs dois gcificos abaixo ilustrama precisao de mediyao do
analisadoron line A Figura 4 mostraa cOl1istencia bruta de
processo e a cOl1istencia ajustada pelo analisador A Figura 5
indica a margem de erro na diluiyao de amostras A consisten
cia objetivada e de 0 30 e a margem de erro de 0 0 1
MEIII iilo analisador mede 0 Freeness de acordo com a nor
ma 1227
consistencia daamostra
Coo5istlncilb u
nal le rnostras
COflslstemi
lIll
o
Figura 4 Ajuste automatico da consistEmcia
Figure 4 Automaticconsistency adjustment
For tTample Rate ofdrainage freeness instruments can
be used if the process consistency le stable In vmyingpro
cess conditions sarnple consistency rnust be adjusted to a
lmOVTl testing level
After a sample flms into the sample tank of on line
analyzer figure 3 a pump starts to circulate sample through
the opticalcon stencv measurernent unit The analyzer then
adds dilution vater until consistency is 0 3 the same as
used in laboratory testing Error of consl tency l analyzer
measurement is 0 01
The pump also mixes the wrnple thoroughly befrFre ac
tual measurement It is possible to take a laboratory sam
plefrom the analyzer hy simplypressing a hutton Automa
tic cleaning chernical can also be connected this is parti
cularly useful in dirty process environment such as re
c vcled fiber lines Instead ofautomatic process sampling
samples can be supplied manually
Again it i recommended to keep a stahle 2 fJLj water
temperature and rninimum 4 bar water pres ure
Cons is tency 11 easUf menf
The optical con istency meaJurement is hased on laser
light ahsorption hackscattering and depolarization
The two graphs heloHillustrate the accurac v ofon line
analyzer measurement Figure 4 sho vs the rmv process
consistency and c nsistenc v adju ted by analyzer Figure
5 ShO A S the error in sample dilution Target consistency is
0 30 error 0 01
Wj 0dfJflI1l0 61tiff i jViJ O m
St ttf d trl0iGf 3 brrnt iJ QiJ
ax
T
Figura 5 uGompara4 ao consistEmciaajustadax Erromde m
Laboratorio de 0 01
Figure 5 Comparison adjusted consistency vs Lab Er
rorG 01
dimensoes da dimara de
mediyao
chapa peneira inferior
seqUencia de mediyaoTodos estesfatores con
tribuem para proporcionarurna curva de desaguamento identic a comparada com
a da unidade de teste de la
borat6rio padraoA dimara de mediyao
tern urnrespiro de transbor
do para fomecer exatamen
te 1 litro de amostra de
acordo com a norma Urn
sensor ultra sanico Ie 0 ni
vel da amostra A seqUencia de mediyao e rapida os
resultados de uma nova
amostra ficam disponiveis a
cada 4 minutos fomecen
do assim mais de 350 ana
lises porperiodo de 24h
A limpeza do sistema
Figura 6 e feita mediante
urn suprimento de aguade
lavagem atraves da chapapeneira padrao e mediante
limpeza ultra sanica reali
zada antes de cada nova
amostra Se as mesmas nao
forem suficientes poderaser aplicado urn produtoquimico de limpeza Os
mesmos asseguram baixa
necessidade de limpeza e
manutenyao manuais Urn
intervalo de limpeza manu
al normal e de urnmeso
FREENESS DA AlmA
DO TAN QUEDE AMOSTRAS
FROMSAMPLETANK
Camara de medi aMe u m t
chamber
Chapa peneiraScreen plate
Relen a Ie ar
Airlock
FLUSHING WATERAGUA DE lAVAGEM
Figura 6 Camara de medi ao KSF
Figure 6 KSFmeasurement chamber
Fleett SS da aJua paJ @ I1itlitlir 0 esladio
je Hmpeza dO tfi JDSiU a
L1mpettl 3utomaticatiqJ la
o estado de limpeza do
instrurnentoe monitorado a
partir do valor do Freeness
da agua 0 analisador
mede 0 Freeness da agua pura antes decada nova amostra
Se a unidade e aagua estiverem limpas os resultados em
termos de Freeness da agua deveriam ser sempre os mes
mos Se a unidade fica suja os valores do Freenessda agua
comeyam a baixar Uuntamente com os resultados do Free
ness de processo
Figura 7 Limpeza automatica IigadaFigure 7 Automatic cleaning on
Jleasurement
The analyzer measures
freeness according to the
standard T227
sample consistenqmeasurement chamber
dirnensions
bottom 1 Creen plate
measurement sequence
All these factors con
tribute to give an identi
cal dewatering curve com
pared to the standard la
horatory testing unit
The measurement
chamher has an overjloyvent to provide exactly lli
fer ofsample according to
standmd An ultrasonicsen
sor readl sample level The
measurement sequence is
Jst nnvsample results crre
availahle every 4 minutes
thus providing over 350
ana vses per 24h periodThe stem is cleaned
hy aflushing water supply
through the standmd screen
plate Figure 6 and hyultrasonic cleaningperformed het een every sample
If these are not enough
cleaning chemical can he
applied These elNmre 101
manual cleaning and
maintenance needl A nor
mal manualcleaning inter
val is one month
fater Freenei 8
ooN
o
Instrmnent cleanliness is monitored from the vater
freeness value Analyzer rneasures the freeness ofpure
vater between every sample Ifthe unit and yjafer are cle
an VClter freene I s lTcadts should always he the same lItheunit gets dir y waterfreeness values hegin to go dOllTl to
gether with process freeness result
lIll
o
FrOOT18SS aa gti@
L lmpe1t jiJtrJfI1atitJ dlMIg3d a
Figura 8 Limpeza automatica desligadaFigure 8 Automatic cleaning off
Cap acidade De d frsaouamentn
rat ofdrainage
V ltmils
8 83
tKSF t
Figura 10 Curva do fluxo de aguaFigure 10 Water flow curve
5N
o
2
A limpeza automatic a mantem a unidade limpa eon
forme confirmado pela linha plana de valores de Freeness
da agua figura 7
Quando a limpeza automatiea estiver desligada 0 Free
nessdaagua bemcomo 0 Freeness de proeesso eomeya
ra a cair apos alguns dias de operaao Figura 8
lIll
o
PRllIICIPlllllE MElll j1J
As leituras do sensOr ultra sanieo de nivel do analisa
dor estao armazenadas na memoria As leituras SaG registradas 25vezes segundo eorrespondendo eada valor registrado a uma media de 10 leituras Os dados do nivel SaG
V tml
t
Figura 9 Curva do volume de desaguamentoFigure 9 Dewatering volume curve
V t
mt
24 ml
tKSF
t
Figura 11 Calculo do Freeness a partir da curva de de
saguamento
Figure 11 Freeness calculation from dewatering curve
Autmnatic cleaning keepI the unit clean as conjirmedhy thejlat line ofYv aterfreeness values figure 7
When automatic cleaning is oj vater jreeness as vel
as process freeness hegins to drop after a couple ofday i
operation figure 8
lrleasurement PrincipleThe readingl qf analyzer 1 ultrasonic level sensor are sto
red in memorv Readingl are recorded 25 timesAecond each
recorded value being an average oflOreadings The level data
is translated into dovatering volume irifhrmatiofl level multi
M0 li to R L99 rrw P jrtJ 65fJ
StllrlQlrd 1fu 6 5 ml
t Oif r te J 14iolrnrt
tllff itJ1litlf fftJHi p
PlM
0 iil ll
Lblfu tymtUfifi
frt sdt eilwil 6ht
Figura 12 Correla4aO entre 0 analisador on line e 0 Free
nessde laborat6rio resultadosde uma fabrica finlandesa
Figure 12 On fine analyzer and Lab freeness correla
tion results from a Finnish mil
traduzidos em informayoes do volume de desaguamentonivel multiplicado pela area deseyao transversal Vma
curvamatematicado volumededesaguamento Vet eajustada aos valores medidos Figura 9
Em seguida a curvavolumetrica Vet e convertidamate
maticamente numa curva de fluxo de agua V t Figura 10
o momenta de tempo tKSF e determinado mate
maticamente
V t 8 83 mlls sendo 8 83 mlls 0 fluxo constante
atraves do orificio de descarga inferior do instrumento de
mediyao do Freeness de laborat6rio Este valor pode ser
substituido porqualquer valor adaptado as condiyoes espe
cifitas se assim se desejarEm seguida 0 Freeness e calculado a partir dacurva de
desaguamento Figura 11
FREENESS V tKSF 8 83 tKSF 24m
sendo 24ml 0 volume da seyao inferior do funil no ins
trumento de laborat6rio
5N
o
2
CIUIBRII 1l1J E RESULTIIDlS
o analisador on line nao requer calibrayao do Freeness
Os resultados mostrados na Figura 12 sem qualquer cali
brayao CSF provemde uma fibrica finlandesa
No entanto 0 analisadoron line nao dispensa totalmente
umacalibrayao a mediyao da consistencia precisa ser cali
brada Tal como se ve na Figura 13 a mediyao deconsis
tencia doanalisador e exata e a pr6pria consistencia e mui
to importantepara a mediyao do Freeness Normalmente 0
teste de amostras em laborat6rio e a calibrayao da consis
tencia finallevam de 2 a 3dias
Ap6s a calibrayao da consistencia 0 analisadordeveria po
derseguir rigorosamente a mediyoes manuais de laborat6rio
lIll
o
Errr dlf stimalidJpll r O JJ2nil
Figura 13 Acompanhamento do analisador on line x
Freeness de laborat6rio de uma fabrica finlandesa
Figure 11 On fine analyzer VS Lab freeness folfow up
from a Finnish miff
plied by cross sectional area A mathematical deyvatwing vo
lume curve V t is fitted into the measuredvalue Figure 9
The volume curve V t is then mathematically conver
ted into a0 aterjlv curve V t Figure 10
The moment oftime tKS is determined mathematicallyV t 883 mL ec Ivhere 8 83 ml ec is the jlow COrlI
tant through the bottmn discharge orifice of the laboratory
freeness instrument This value can be replaced by any cus
lmnized value if desired
Freeness is then calculated from the dewatering curve
Figure 11
FREENESS V tKSF 8 83 tKSF 24ml
vhere 24ml is the volume of the bottum section qf the
funnel in the laboratory instrument
Calibration and Results
The on line ana vzer does not require freeness calibra
tion The results shoivn infigure 12 0 ithout any CSF cali
bration arefrom a Finnish mill
How ever the on line analyzer is notfully calihration
free the consistenc measurement needs to be calibrated
As seen in Figure 13 analyzer consistency nzeasurement
is accurate and consistenc v itselfis very important forfreeness measurement Normalzv sample testing in laboratoryand the final consistency calihration rakes 2 3 days
Ajier consistency calibration the ana vzer should be
able to follo closev manuallahoratorv measurements
As stated analvzer does not need CSF calihration he
cause rhe measurement follows the standard method Ho
Conforme mencionado 0 analisador nao requer ca
librayao de CSF porque a mediyao segue 0 metodo pa
drao Contudo uma opyao decorreyao decompensayaodo CSF tambem esta incluida no programa pelos se
guintes motivos
Se a temperatura daamostra estiver fora da tabela de
compensayao de temperaturas aplicada os resultados de
mediyao poderao estar nurn nivel ligeiramente diferente
em comparayao com os de laboratorio
A experiencia passada tern mostrado que mesmo duas
unidades de ensaio laboratorial padrao nem sempre dao
exatamente os mesmos resultados e 0 analisador on line e
normalmente checado com urna unidade de laboratorio
EXPERIEIIlClllSAtualmente existem dezenas de instalayoes de ana
lisadores on line em todo 0 mundo A maioria delese
usada para controlar a area de preparayao de massa da
maquina de papel sendo 0 controle de refinayao de
PTM a segunda aplicayao mais comum
A experiencia tern mostrado que a instalayao de ce
lulose kraft pura talvez seja a aplicayao mais facil a
correlayao e sempre proximo de urn e 0 intervalo de
limpeza manual pode serde varios meses Tal como jafoi visto nos resultados a partir da fabrica finlande
sa pode se confiar no analisador para usa em con
trole fechado e ou para substituir mediyoes manualS
de laboratorio
Pasta medinica tambem e relativamente simplesainda que alguma correyao de Freeness tenha sido oca
sionalmente necessaria para celulose reciclada destin
tada 0 intervalo de limpeza manual e usualmente de
algumas semanas em vez de meses
Principio de Controle
o controle do SEC Fig I utiliza dados de consisten
cia vazao e consurnode energia para calcular 0 consurno
especifico de energia do refinador A malha de controle da
drenagem atua como 0 controlador principal na cascata e
o controle do SEC e urn controlador auxiliar que ajusta a
carga do refinador ao setpoint dado
A malha de controle da drenagem mantem a drenagemno nivel desejado a longo prazo mas nao reagea rapidas
flutuayoes de drenagem causadaspelo proprioprocesso Esta
malha esta ligada em cascata com 0 controle do SEe exis
tente de modo que os intertravamentos do refinador ou ou
tras medidas deseguranya nao precisam ser alterados
o controlecompara a mediyao da drenagem doanalisa
doron line com 0 setpoint do operadore corrigeo setpointdo SEC dentro de certos limites preestabelecidos para eli
minar quaisquerdesvios Os limites asseguram que a ayao
lA ever a CSF ojIet correction option is also included in
the program due to the folloYiing reasons
lfsample temperature is outside the temperature com
pensation table applied the measurement results may he
on a slightv different level in comparison to lahoratorv
Past experience has shovm that even tyj O standard
lahoratory testing units do not ahvays give exactv rhe
same re ults and the on line analyzer is normally che
cked against a laboratory unit
EXPElIENCES
There are now dozens ofexisting on line analyzer ins
taafjons aroundthe Yvorld 1vlost of these areused to con
trol the paper machine stock preparation area Vith TlvfP
rejining control as the second rnost common application
Experience has shown that the pure kraftpulp il1S
tallation is perhaps the easiest application rhe corre
lation is allvays near one and rnanual cleaning inter
val can be several months As already seen in the re
sultsfrom the Finnish rni the analyzer can he tru
red for closed control use and or to replace manual
laboratory measurernent
Mechanical pulp is also relatively simple even thou
gh some freeness correction has occasionally been nee
ded for recycled deinked pulp A anual cleaning interval
is usually a couple ofweeks instead lmonthl
Principle of Control
SEC control Fig i uses consistenc flmv rate and
energy consumption data to calculate the specific energy
consumption ofthe refiner Drainage control loop acts as
the main controller in the ca cade and SEC control is an
auxiliary controller that adjusts the refiner load to the
given setpoint
Drainage control loop maintains drainage at the de
sired level in the long term but it does not react to rapid
drainage jluctuations caused hy process itself This loopis cascaded with the existing SEC control so that rejiner
interlockor other safety meaS1Ares need not be changedThe control compares drainage measurement of the
on line ana vzer to the operator setpoint and corrects
the SEC setpoint yvirhin certain preset limits to elimina
Ie any deviations The Umits ensure that control action is
smooth andbrradual and in error situations they also pre
vent the control from overreacting and possib v causing
darnage to the rejiners The principle of the refiner COl1
lrolloop is illustrated in Fig 2
ooN
o
Flii if IllOO t
ofi l r jHfiit ih w
ICQft I f1l l a
M t M dr
MelHiXi CJ
tuIJ fiwfhH1f
CiBiulfi iililprOii lroll irdiB
rflifJmlliilor
iMntreimg
Figura 1 Principio da malha de controle do SEe
Figure 1 Principia of SEe controi ioop
do controle seja suave e gradual e em situayoes de erro
eles tambem impedem que 0 controle reaja exageradamente e possivelmente cause dano aos refinadores 0 principioda malha de controledo refinador esta ilustrado na Fig 2
Requisitos para Controle
Todos os ajustes para a operayaodo refinador tern de
ser feitos gradualmente porque mudanyas rapidas no vaG
entreos discos poderiam facilmente danificar os refinado
res Todavia rapidas variayoes de processo podem causar
problemas nocontrole devido ao fato de a malha de contro
Ie do SEC reagir lentamente alterayoes devazaoe de con
sistencia resultam facilmente em alterayoes de drenagemPortanto umamalha de controleemfuncionamento requer
condiyoes de processo relativamente estaveis
5N
o
2
Exemplo Controle de Refina iio de Celnlose de
Pinho e de Betnla
Sabia se que 0 processo de refinayao de celulose depinho apresentava maior variayao de drenagem do que a li
nha de betula A celulose depinhoe refinada numaserie de
dois refinadores conic os e a de betula com dois refinadores
conicos paralelos 0 controle de refinayao foi implementado na parte superior do controle do SEC existente
A ideologia de controle era muitosimples ela compara
resultados de drenagem do analisadoron line comuma meta
de drenagem dada ao operador e se empenha no sentido de
eliminar possiveis desvios mediante a correyao do setpointdo SEC dentm dos limites dados 0 sinal de drenageill foi
retirado diretamente do resultado de mediyaodo analisa
dor nao filtrado umavez que a fabrica tambem queria que
o controle levasse em conta rapidas alterayoes de processo
lIll
o
rf f p fin g C I C I ii1UI e hcm I
llul epatilrtljita o L iL iC WJ I Oi1iI
flllrefinaltio
Figura 2 Principio do controle do refinador
Figure 2 Principle af the refiner control
Requirements lor Control
All a ijustments to rejiner operadon must be made brradu
al j because quick changes inplate gap might easily damagethe refiner Io1vever rapidprocess variationsmay causepro
Noni in control because the SEC controllooJ re pond slo
wy changes infloyv rateand consi l tency easily result in drai
nage changes Therefore a jimctioning controllooJ requires
relatively stable process concHtions
Example Pine and Birch Pulp Refining Contjol
Thepine pulp refining process vvas knoyvn to have more
drainage variation than the hirch line Pine pulp is refinedin a series of two conical rejiners hirch vvitlI tHY parallelconical refiners The refining control vas implemented on
top of the existing SEe control
The control ideology lvas very simple it cmnpares on
line analyzer drainage results to an operator given drai
nage target and strives to eliminate possible deviations by
correcting SEC setpoint within the given limits The drai
nage signal vas taken directly from analyzer measure
ment result unfiltered as the mill also wanted the control
to take rapidprocess changes into account
Control Loop Parameters
In the loop the main controller is a normal PI control
ler that has heen tuned relatively slol hecause ofthe slow
ness of the auxiliary SEC controller SEC control para
meters and interlockIvere not changed in af V Ivay There
vvere three parameters to tunc
Parametros da Malha de Controle
Na mallia 0 controlador principal e urn controlador PI
normal que foi sintonizado relativamente lento devido a len
tidao do controlador auxiliar do SEC Os pariimetros e in
tertravamentos do controle do SEe nao foram alterados de
nenhuma maneira Havia tres parfunetros para sintonizar
Ganho do controlador principal KpTeimo de integrayao do controlador principal Ii
Janela de controle do controlador principalA janela de controle para 0 controlador principal foi
ajustada como ct 15 kW Fig 6 e 7 Isto afeta 0 escopo do
controle de drenagem istoe os limites para 0 setpoint do
SEC 0 operador estabelece a meta do SEC e 0 controle e
capaz de operar dentro dos imites estabelecidos
JC
1D
piji rjn2S4 i i 1Yi
SRi UlpWiiifuSRd fi
XH1td1ri Ij pmkWh t
llfijilllfi 1liiUm jiM
Figura 6 Drenagem de celulose refinada de pinhoem controleautomatico
Figure 6 Refinedpine pulp drainage onautomatic control
Varia3o de Drenagem com 0 Controle do SEC
A variayao de drenagem antes da implementayao do
controle e ilustrada pelas tendencias de mediyao indicadas
na Fig 3 pinho e na Fig 4 betula A drenagem flutua
para cima e para baixo em periodos de varias horas algoque pode passar completamente despercebido comuma co
leta manual de amostras e mediyoes laboratoriais se os
maiores picos ocorrerem entre amostras A meta era tentar
resolver exatamente essas mudanyas cOm 0 controle Su
p6s se que a oscilayao de maior freqilencia do sinal fosse
causadapelo processode refinayaoe por malhas de contro
Ie de nivel mais baixo
o controle do SEC e capaz de manter a drenagem bem de
acordo com 0 objetivo seas condiyoesdeprocesso e a qualidade da celulose permanecem estaveis Contudo 0 controle
do SEC nao leva em conta variayoes de operabilidade causa
das pormudanyas na fabricayao de pasta ouna materia prima e portanto as mesmas muito provavelmente afastam a
ivfain controller gain Kpiv ain controller integrating term Ti
Alain controller control I vindov
Controltvindo tvfiH the main controller Yvas setas 1 j5 JeW
fig 6 and 7 This affects the scope q lhe drainage control
i e the lirnitsfor SEC setpoint operator gives the SEe target
and the control is able to operate vldthin the set limits
Drainage Variation with SEe control
Drainage variation hefore control implementation is
illustrated by the measurement trends shovlm in fig 3
pine andjig 4 hirchDrainage is dr fiing up and dmlTl
IMllj i tiulilurmAiYJthVbLiid lF b i h Ji ik1 k t kMi
Sf1 le wpeml jSRlH Wtta
WidJ If roJ Jr i WM 1tfus
Figura 7 Drenagem de celulose refinada de betula em
controleautomatico
Figure 7 Refinedbirch pulp drainage on automatic control
in periodofseveral hours something that may go corn
plete v unnoticed 0 i1h manual sampling and laboratory
measurelnents if the higgest peaks occur heni een sam
ples The goal vas to tackle exactl these changes with
the control The higher frequency oscillation of the sig
nal vas assumed to be caused hy the rejining proco s
and lov er Ievel control loops
SEC control lV able to keep drainage vel to target if
process conditions and pulp quality remain stable f ol e
ver SEC control does no take into account runnability
variations caused hy changes in pulping or rmv material
and therefore these are bound to push process drainage
away from the target
A typical drainage disturhance caused hy changes in
raw material rejinabilit is illustrated inFig 5 Here drai
ooN
o
lIll
o
OF
1S J
14
Tj
45SRKSF 1 9i
lid
Figura 3 kajaaniKSF celulose refinada de pinho antes
do controle
Figure 3 KajaaniKSF refined pine pulp before control
drenagem de processo da
meta estabelecida
Uma perturbaao dedre
nagem tipica causada por
modificayoes na capacidade de refinayao da mate
ria prima esta ilustrada na
Fig 5 Aqui 0 controle da
drenagem e feito mediante
a reduyao e 0 aumento do
SEC dentro dos limites es
tabelecidos mantendo a
drenagem no myel correto
Sem controle 0 SEC teria
permanecido estavel resul
tando sem duvida nurna
alterayao de drenagem
CF fir0
30
zr
StJ0 4 1 C
R K f SgiitjXlj i
Cif sf
3l5
H f i
SKK F t6q1
H iii
Figura 4 kajaaniKSF celulose refinada de betula antes
do controle
Figure 4 KajaaniKSF refined birch puip before control
lWh l
nage control as decrea
sed and increased SEC
yvithin the given limits
keeping drainage at the
correct level FVithout
control the SEC l ould
have remained stahle
M1J d f fkVVhrn 1 tpj j W1 lii h n
undouhtedly resulting in
a change in drainage
etpllinl S1lJ Se1Pllilit SEC kWJijf m meditll HiilMl
Figura 5 Perturba4ao da drenagem causada por altera
4oes na capacidade de refina4ao da materia primaFigure 5 Drainage disturbance caused by changes in
materia reffnabilfty
5N
o
2
Efeito do Controle sobre 0 Resultado de Refina ao
As Fig 6 7 indicam os resultados de mediyao de
urnperiodo de 16 dias Os resultados indicados na Fig 6
referem se a celulose refinada de pinho cornurn SR ob
jetivado de 23 24 Quando 0 SR objetivado era de 24 a
variaao foi de 0 510 ml enquanto com 0 SR objetivadode 23 ela foi de 0 557 m
A Fig 7 indica resultados correspondentes para celu
loserefinada de betula corn0 mesmo SR objetivado Corn
urnSR objetivado de 24 a variaao foi de 0 385 e com 0
SR objetivado de 23 ela foi de 0424 m
Ainda que a meta seja usualmente de manter urn nivel
de drenagem ajustado 0 controle tambem e util quando a
meta muda conforme ilustramas Fig 6 7 A nova meta
e atingida de forma confiavel e os operadores conseguem
lIll
o
Effect ofControl Of
Refining Result
Fig 6 7 shoti rne
asuremenl resultsfrorn a
16 days period The re
sults in jig 6 arefor refinedpine pulp with SR target 23
24 When SR target yvas 24 variation was 0 510 rnl tiith
SR target 23 it vas 0 557 ml
Fig 7 Shoyt s corre jJOnding results for refined birch
pulp wdh the same SR targel With SR target 24 the vari
ation was 0385 and l1ith SR target 23 it was 0 424 mI
Even though the goal is usually to maintain a set draina
ge level the confrol is also useful when the target changes
as Fig 6 7 illustrate The nnv target is reached reliahly
and the operators are ahle to ee hol the changes have suc
ceeded B contrast laboratory results are sometimes avai
lahle only several hours after the actual change vas made
R
if
f
12
SkKf jl1 iw If1 f
t SJi
Figura 8 Resultados de SR para celulose refinada de
pinho kajaaniKSF x laborat6rio
Figure 8 Refinedpine pulp SR results kajaaniKSF IfS Lab
ver como asmudanyas sucederam Em contraposiyao os
resultados de laborat6rio asvezess6 ficam disponiveisdiversas horas ap6s a efetiva alterayao ter sido feita
A Fig 8 compara os resultados de SR do analisador
on line e de laborat6rio para celulose refinada de pinho durante urn periodo de controle de 19 dias Os re
sultados correspondentes para celulose de betula estao
indicados na Fig 9
Os grificos mostram claramente que menos anili
ses de laborat6rio sao necessirias quando 0 controle
esti operando
Percepfoes e beneficios do cliente
1 Mediyoes manuais reduzidas a urn minima mediyoesmanuais ocasionais feitas somente para verificar se os re
sultados estao corretos
2 Analisador adequado para aplicayoesde controle moni
torando ou reduzindo 0 trabalho manual
3 0 pessoal da fibrica confia noanalisador e seus resultados
4 0 analisador requer urnminimo de manutenyao5 As expectativas financeiras sao atendidas
6 A drenagem pode ser mantida no nivel objetivado7 Avariayoes dedrenagem sao consideravelmente reduzidas
8 0 controle ajuda a atingir a meta de drenagem mais ra
pidamente durante as colocayoes em serviyo dos processos
9 0 controle elimina alterayoes causadas por variayoes na
capacidade de refinayaoda celulose
10 0 controle elimina alterayoes causadas por variayoesde materia prima11 0 controle elimina alterayoes causadas por variayoesna operayao do refinador ou do sistema de refinayao A
5iJ
Si1S Rhb
Figura 9 Resultados de SR para celulose refinada de
betula kajaaniKSF x laborat6rio
Figure 9 Refinedbirch pulp SR resuits kajaaniKSF IfS Lab
Fig 8 compares the SR result i of on line ana vzer and
laboratory jir refined pine pulp overa 19 days control peri
od Corresponding resultsj r birch pulp areslu yvn in jig 9
The graphs show clearlv that fewer laboratory analy
es are needed when the control is operating
ClJSTfllllfEfllflfWS IiNO fJENEfiiS
1 Manual measurements reduced to a minimum occa
vlonal rnanual measurements done only to check that
the results are right
2 Analyzer suitable for control applications monito
ring or reducing manual liork
3 iAill people trust the ana vzer and its results
4 Analyzer upkeeping is motivating but minirnal
j Financial expectations are fulfilled
6 Drainage can be kept at the target level
7 Drainage variations are considerahly reduced
8 Control helps to reach the drainage target more qui
ckly during process start ups
9 Control eliminates changes caused hy variations in
pulp refinability
10 Control eliminates changes caused hv raw materi
al variationsooN
o
11 Control eliminates changes caused hy variations in
refiner or refining system operation AlIll
oREFERENCIJlS flffEflEllICES
TIIKKAJA E Freeness measurement and control Metso Automation internal documents
PlIRAINEN E kajaaniKSFAutomatic Freeness Analyzer Metso Automation public PowerPoint presentation