在线纤维帚化测量:实时纸张强度管理的一项突破

几十年来众所周知,纸张强度纸张强度和磨浆力度相关,而稳定的游离度是调整磨浆机功耗的关键因素。游离度测量则受纤维帚化度影响,所以游离度控制的主要目的是产生不间断脱水的稳定浆料,并能在纸机上良好运行。现需要采用纤维结合强度科学,更直接地提高纸张强度。另一方面,浓打浆使得纤维产生帚化,而纤维帚化是纤维之间具有更高结合强度的关键因素,纤维之间具有更高的结合强度从而进一步提高纸张强度,纤维物理学家们对于这个认识已经有多年的历史了。纤维物理学家们采用实验室显微镜来研究纤维特性,及其与打浆和最终纸张特性之间的关联性。但是,那些离线的显微镜实验室研究实验结果不能反映造纸过程中纸张强度
的实时变化。

 

现在,借助于维美德的浆料分析仪Valmet’s Pulp Analyzer在线高清晰度成像测量技术,这已被证实的可以用来预测纸张强度,为纸张强度的实时控制打开了一扇门。对于造纸工作者来说这是广受欢迎的消息,尤其是纸张在较低的定量、较高的灰分含量和在浆料配比中的不令人满意以及质量不均一的回收纤维的情况下生产出匀一、高强度的纸张。

维美德浆料分析仪 Valmet MAP

帚化度如何影响纸张强度?表面帚化是指从纤维表面剥离的纤丝附着在纤维上。区域外的物体包括纤维在内都不列入帚化系数计算,而是视为不同尺寸的细小纤维。正如预期,帚化度可通过增加磨浆功率来提高。纤维的表面帚化对于纸张强度的作用与混凝土中缠绕钢筋的小铁丝一样,其中长纤起的作用与钢筋一致。帚化度增加纤维间的结合面积,使得纤维与纤维紧密结合从而提高纸张的强度。

纤维帚化度由一个高清晰度的图像分析仪—— 维美德浆料分析仪(Valmet Pulp Analyzer,Valmet MAP)来测量,该图像分析仪是早前生产的几种纤维分析仪(如 Kajaani MAP 和 Metso MAP 纤维分析模块)的一种升级版。图像分析可确定帚化度。该分析仪还可以测量许多其他的纤维性能,包括纤维长度分布和形态,纤维宽度,扭结,弯曲,粗度,导管和纤维束。该分析仪还包括游离度测量模块。取样器最多可有20个点。测量时间大约为3-6分钟。

软测量功能预测强度性能

在线测量反映了打浆状态的变化,并表明纤维帚化的趋势和纤维的显著变化,纤维的这
种帚化变化将转化为纸张强度的变化。这种变化来自于常规的打浆条件的变化,包括打浆机
盘磨磨损,打浆浓度变化和化学因素如pH 值的变化。

打浆过程采用在线
测量巧妙的控制纤
维帚化 。

两段SWK 打浆系统 7 天内纤维帚化变化为40%。

一旦实现了有效的测量,下一步是使用纤维的帚化数据,来确认最终纸张的强度性能是不是可以得到精确的预测。纤维分析模块测量采用的是偏最小二乘算法,该算法可用于开发一个基于分析仪的帚化度和其他纤维测量的数据的纸张强度建模工具。建模工具产生的模型可用于Valmet Softsensor 柔软度预测。另外,建模方法也可用于预测纸张强度。该程序是独立的且可在过程控制系统中自动修正,通过已有的强度预测模型测试,帚化度对于强度的影响比重是很大的。游离度和其他纤维性能在强度预测上仍然发挥着重要的作用,但纤维的帚化度明显提高了模型的稳定性。

其结果是,预测的强度性能与实验室测试结果非常一致。包括抗张强度、z向抗张强度和横向撕裂度。纸张的伸长率测试在生活用纸中也已经建立模型。 纤维特性对纸张其他特性会产生影响。此外,也证明帚化度与匀度指数有非常高的相关性。

更好的浆料控制实现高性价比造纸

得自于纤维帚化度,磨浆功率和游离度纸张强度的在线趋势显示最终产品的强度很大程度上依赖帚化度。单一的游离度虽然是个约束变量,但仍不足以使其稳定。造纸商通常总是依赖游离度,但有一直怀疑其作用,这点一直以来可以被证实。现在这些缺失的在线数据都可查,而且将无疑的用于改变备浆工段的磨浆方式。稳定的强度控制可以被称作为多变量模型,现正在工厂中使用。

传统的用游离度来控制固定功率的方法已被基于帚化度的模型而更新。由于其能在线修正由于打浆浓度、盘磨磨损和浆料的化学变化引起的波动,所以纤维帚化控制象征着在传统的千瓦/ 吨浆和游离度控制上更前进了一步,生产的纸张具有均匀一致的强度。随着由纤维处理带来的均匀一致的强度,造纸生产者可以在较低定量、较高灰分含量和可接受的低成本的回收浆的情况下,以最佳的纤维配比、最适量的能耗来运行生产操作。更具成本效益的浆料配比,将会带来一个显著的投资回报。