Processmodellering för effektivare kartongproduktion

Ett integrerat kartongbruk består av ett flertal enhetsprocesser som kontinuerligt genererar stora mängder processdata. Tillverkningen är energiintensiv och man måste ta hänsyn till variationer för att uppnå optimal produktion. En ny avhandling vid Karlstads universitet visar hur olika matematiska modeller kan appliceras på brukets processer för ökad produktkvalitet och minskad energianvändning.

- Jag har studerat vilka förutsättningar som finns för statistiska och mekanistiska modeller för prediktering av massa- och kartongegenskaper samt för ökad energieffektivitet, säger Daniel Ekbåge, som disputerat med sin avhandling om processmodellering inom massa- och pappersproduktion.

Tillverkningsprocessen av massa och papper är konfigurerad av flera enhetsprocesser som skapar ett nätverk av flöden bestående av flis, kemisk massa, mekanisk massa, kartong och andra viktiga komponenter. För att övervaka och styra processerna så används både process- och kvalitetsmätningar som kontinuerligt samlas i brukets processdatasystem. Processdatan innehåller värdefull information om underliggande mönster och variabilitet, genom analys kan man få insikter i hur minskade variationer och prediktering av viktiga egenskaper kan uppnås.

Processmodellering av produktkvalitet och energi
En större del av studien handlar om den mekaniska massaprocessen där flisen blandas med kemikalier innan de bearbetas med mekaniska laster under förhöjd temperatur i raffinören. Några av utmaningarna i den här processen är förbrukningen av elektricitet och att processdatan mäts ofta, medan massans egenskaper mäts mer sällan, vilket är ogynnsamt för optimering. För att studera förutsättningarna för en dynamisk modell och multipla regressionsmodeller har dessa applicerats på data från processen och massan för att undersöka prediktioner av massans avvattningsbarhet och styrka. Avhandlingen består av flera delstudier som innefattat energiåtervinning i indunstningsprocessen, modellering av kartongens styrkeegenskaper och kartläggning av egenskapsutvecklingen i materialet under en kvalitetsomställning.

- Process- och kvalitetsdata på bruket är en värdefull tillgång som också kan bestå av komplexa samband. Det har varit intressant att studera hur moderna beräkningstekniker kan ge stöd till en förbättrad produktion och arbetet understryker även vikten av kombinationen av kunskap om både processen och olika modelleringsmetoder när man utvärderar applicerbarhet av en modell i tillverkningsprocessen, säger Daniel Ekbåge.

Forskning i samverkan
Forskningen har genomförts inom VIPP, forskarskolan för värdeskapande i fiberbaserade processer och produkter, vid Karlstads universitet och finansierats av Stora Enso, KK-stiftelsen och Karlstads universitet.

Här kan du läsa avhandlingen Process modelling in pulp and paper manufacture: Application studies with aspects of energy efficiency and product quality

Karlstads universitet präglas av utbildning och forskning av hög kvalitet i kombination med aktiv samverkan med det omgivande samhället. Universitetet har cirka 16 000 studerande och cirka 1 200 anställda.