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Les prédictions en ligne de la résistance sont prometteuses

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Vérification des modèles pour les cartons caisses à partir des pâtes de papier cannelure et de papiers de publication issus des pâtes thermomécaniques. Prédictions et contrôles établis des pâtes chimico-thermomécaniques blanchies; modèles des pâtes kraft le seront bientôt.

L'annonce par la compagnie Valmet de la création de sa capacité de prédire la résistance finale des papiers constitue un changement majeur dans le contrôle efficace et irréfutable des catégories de papier dès le début du cycle de fabrication. Pour la première fois, les opérateurs peuvent voir en ligne comment les fibres se développent dans les raffineurs et l'impact des changements de raffinage sur la qualité de la feuille de papier sans avoir à attendre les tests physiques de fin de fabrication. Le changement de paradigme est rendu possible par une nouvelle analyse d'images haute définition des fibres, en plus de l'appareil MAP de Valmet. Grâce à cette haute résolution, les plus petits détails de fibrillation des fibres créées par le raffineur peuvent être détectés en plus des fractions de dimensions des fibres, des bûchettes, des fines et autres mesures caractéristiques des fibres ainsi que des mesures de l'indice d'égouttage à plusieurs endroits. Voir, c'est croire. Ces mesures et les conditions de fonctionnement des machines à papier sont maintenant captées par une multitude de modèles de capteurs virtuels qui prédisent les propriétés finales de la feuille. Ces prévisions s'ajoutent aux essais de laboratoire traditionnels.

Bien sûr, les mêmes mesures peuvent être faites avec les instruments de laboratoire hors ligne et cela est valable pour le développement des catégories, la gestion des recettes et la vérification des propriétés des fibres d'alimentation. Cependant, pour un contrôle des traitements en temps réel, les mesures immédiates faites par l'analyseur en ligne confirment que les changements de contrôle sont exacts sans sacrifier aux tests.

Confirmation des modèles

Les mesures sont maintenant disponibles pendant que les utilisateurs apprennent de plus en plus les procédés de préparation des pâtes. Un des premiers a été l'utilisation par une usine de papier journal de pâtes thermomécaniques (PTM) comme composition. Monsieur Ismo Joensuu, directeur de l'usine, déclare : « Au cours des années, les modèles de résistance à la tension basées sur les données des analyseurs des PTM ont été réguliers et fiables. En réalité, nous n'avons fait aucune révision du modèle depuis son installation. » Ceci est une confirmation positive que le modèle peut resservir et qu'il est solide, ce qui est primordial pour toute mesure en ligne. Après avoir utilisé le modèle pour les réglages de l'opérateur, le client peut s'attaquer aux réglages des contrôles dès l'automne 2016, d'après Monsieur Joensuu.

Plus récemment, les analyseurs ont été utilisés pour mesurer les propriétés des fibres des pâtes des vieux cartons ondulés et leur indice d'égouttage avant la machine à carton caisse. Les fabricants de papier doivent gérer soigneusement l'opération de raffinage car ils ont affaire à une source de fibres qui sont moins acceptables et moins prévisibles que les fibres kraft vierges. La figure 1 montre la corrélation entre la prédiction de la résistance à la compression du carton par le capteur virtuel, comparée aux tests de laboratoire, pour une période de 8 jours. Des modèles de prédiction semblables ont été créés pour les essais Mullen et Concora.


Figure 1 : Corrélation entre les prédictions par les capteurs virtuels de la résistance de compression des cartons (STFI) et les résultats de laboratoire pour une période de 8 jours. Des modèles prédictifs similaires ont été créés pour les tests Mullen et Conora.

Les modèles sont basés sur de multiples mesures, sur l'indice d'égouttage et les conditions d'opération de la machine à carton. Les principales mesures comprennent la dimension des fractions de fibres et le poids de conditionnement, ce qui n'est pas surprenant puisque les longues fibres des cartons plus forts et un poids de conditionnement supérieur augmentent la résistance – à un certain coût évidemment. Les autres facteurs importants sont la fibrillation et les conditions de fonctionnement de la machine comme la température de la caisse de tête, le taux de vitesse/traînée (rush/drag ratio), les aspirations de la table de formation et de la coucheuse. Les objectifs sont de gérer le raffinement pour que les fibres elles-mêmes contribuent au maximum à la résistance. Alors, le poids de conditionnement peut être baissé – ou limité – pour qu'il satisfasse aux tests. Les démarrages, les changements de catégories de papier, et les remises en route après bris peuvent être plus courts avec moins de pertes.

Une nouvelle fenêtre

L'installation de l'analyseur de papier cannelure a ouvert une nouvelle fenêtre. Les mesures des fibres et du taux d'égouttage ont confirmé, en temps réel, ce que les papetiers ont toujours su au sujet du raffinage mais il y eut aussi quelques surprises. Par exemple, le degré de fraction des fibres, le développement des fibres et des fines au dessus et au dessous des raffineurs sont maintenant bien définis mais quelquefois différents de ce à quoi on s'attendait. Une fois, l'action d'un contrôle d'opération a été contredite par les mesures prédictives. Après analyse des données, c'est l'action prédictive qui s'est avérée exacte. « L'image des fibres ne ment pas » déclarait Monsieur Kevin VanPembrook, gestionnaire de produits. » Le taux d'égouttage a toujours un rôle important à jouer, mais l'analyse des fibres en plus du taux d'égouttage nous donne une information plus complète », ajoute-t'il.

L'analyse des fibres permet aussi de prédire la vie des rotors de raffinage. Comme l'explique Monsieur VanPembrook, il y a une tendance à trop raffiner afin d'obtenir l'égouttage demandé et cela use les rotors et peut provoquer des coupes de fibre et des pertes de résistance.

Modèles des usines de pâtes

L'analyseur de pâte et le logiciel de modèle sont aussi installés dans les usines de pâtes dans lesquelles les propriétés des fibres sont prédites. L'épaisseur moyenne des pâtes chimiques thermomécaniques blanchies et leur résistance à la traction sont prédites par des modèles logiciels qui utilisent le taux d'égouttage, les mesures des bûchettes et des fines à partir de l'analyseur de pâte, plus le degré de pH de l'usine, qu'une commande de processus avancé (APC) règle pour garder l'épaisseur moyenne et la traction sous contrôle. Les mesures de l'épaisseur moyenne au laboratoire et les essais de traction à partir des laboratoires automatiques d'essais de Valmet sont utilisés pour préciser les modèles prédictifs. L'APC règle les dosages de peroxyde et de mordant afin de contrôler la consistance de la brillance moyenne, de la haute brillance, le peroxyde résiduel, le pH et l'épaisseur de la pâte et sa résistance.


Figure 2 : Épaisseur prédite de différentes catégories de BCTMP (en bleu) comparée aux tests de laboratoire (en brun).

De plus, une usine de pâte kraft blanchie a commandé un analyseur pour mesurer les propriétés des fibres dans la caisse d'un séchoir de pâte. Des données sont actuellement recueillies pour établir des modèles de résistance de la pâte et de son épaisseur et qui pourront être reliées aux conditions de départ et de blanchiment. Ceci est à étudier car plusieurs fournisseurs de pâte désirent améliorer la qualité de leur produit pour répondre aux demandes de leurs clients.

Relier la pâte à la qualité du papier

Les contrôles basés sur les modèles pour optimiser la qualité du papier en gérant la préparation des pâtes, sont établis à partir des versions précédentes de l'analyseur de pâte, sans tenir compte des analyses par image haute définition plus récentes. L'optimisation des contrôles pâte/papier utilise les données des essais automatiques de laboratoire aussi bien que ceux des tests manuels pour mettre à jour les modèles.
La figure 3 montre comment fonctionne le contrôle du raffinage et du mélange des pâtes grâce aux nombreuses données provenant de l'analyseur de pâte. Il sera intéressant de suivre les futurs rapports sur la mise en œuvre des contrôles.

Note : Une explication plus fouillée de l'approche de Valmet sur les prédictions de résistance et de contrôles a été présentée en octobre 2016 à la conférence TAPPI au Japon.

 
Figure 3 : Modèle prédictif de contrôle du raffinage et du mélange de la pâte avec les multiples données d'un analyseur de pâte en ligne.


 
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