Väittelijä
Diplomi-insinööri Rami Rantanen

Tiedekunta ja laitos
Teknillinen tiedekunta, prosessi- ja ympäristötekniikan osasto
08 553 2301

Oppiaine
Prosessitekniikka

Väitöstilaisuus
17.8.2006 klo 12

Väitöstilaisuuden paikka
Linnanmaa, Kuusamonsali (YB210)

Aihe
Modelling and Control of Cooking Degree in Conventional and Modified Continuous Pulping Processes

Keittoasteen mallinnus ja säätö jatkuvatoimisissa selluprosesseissa

Vastaväittäjät
Professori Antti Kaunonen, Tampereen teknillinen yliopisto ja
professori Pentti Lautala, Tampereen teknillinen yliopisto

Kustos
Professori Urpo Kortela

Väitöskirja

Sellunvalmistuksen parantaminen matemaattisen laskennan avulla

Laadulliset ja taloudelliset vaatimukset edellyttävät sellunkeittoprosessien jatkuvaa parantamista. Sellunkeitossa pyrkimyksenä on puukuitujen irrottaminen toisistaan kuituja sitovaa ligniiniä liuottamalla. Keitossa syntyvä sellu mm. valkaistaan ja käytetään paperinvalmistuksessa. Erittäin vaativat prosessiolosuhteet, raaka-aineena käytettävän hakkeen laatuvaihtelut, suuret tuotantomäärät sekä prosessilaitteiden suuri koko ja pitkät keittoajat tekevät tavoitteesta haastavan. Kappaluku, jolla kuvataan hakkeen ligniinipitoisuutta eli keittoastetta, on tyypillisesti ainoa keiton aikana mitattava laatusuure. Keittoasteeseen vaikutetaan lämpötilan, kemikaaliannostuksen ja keittoajan avulla. Väitöskirjatyön tavoitteena on ollut lisätä tietoa prosessin olosuhteista ja keittoasteesta keittimen eri osissa.

Matemaattinen laskenta perustuu mittausinformaation ja kirjallisuudessa aiemmin esitettyjen keittoa kuvaavien yhtälöiden hyödyntämiseen. Tutkituissa jatkuvatoimisissa keittoprosesseissa tuotetaan sekä havu- että lehtipuusellua. Työssä on parannettu yhtälöiden soveltuvuutta eri puulajeille ja kehitetty lajinvaihtotilanteiden aikaista laskentaa. Yhtälöiden parametreja on työssä optimoitu ja niitä päivitetään säännöllisesti, jolloin voidaan huomioida ei-mitattavissa olevien häiriöiden vaikutukset.

Työn tuloksia ovat reaaliaikaiset yhtälöt kemikaalipitoisuuksista, lämpötiloista sekä hakkeen ligniini- ja selluloosapitoisuuksista keiton aikana. Näitä keittoa kuvaavia yhtälöitä on hyödynnetty keittimessä olevan hakepilarin pakkautuneisuuden havainnollistamisessa ja ennustettaessa toteutuvaa keittoastetta etukäteen. Ennusteiden avulla on muodostettu uusi kappaluvun säätöratkaisu, joka huomioi kemikaalimäärät tarkemmin kuin nykyisin yleisesti käytössä olevat säätöratkaisut.

Väitöskirja antaa uutta ja havainnollista informaatiota keittoprosesseista, jota voidaan hyödyntää tehtailla sekä käyttöhenkilöstön tukena että automaattisessa säädössä. Esitettävien tulosten pohjalta on kehitetty säätösovellus, joka on testattavana sellutehtaalla. Tulokset mahdollistavat taloudellisen hyödyn saavuttamisen prosessien toimintavarmuuden ja sellun laadun parantuessa sekä raaka-aineen käytön tehostuessa.