Un sistema de control para controlar de manera automática la cantidad de deshidratación en una sección de prensado de una máquina de fabricación de papel,

comprendiendo el sistema de control: (a) un controlador de retroalimentación para controlar la cantidad de agente deshidratante químico aplicado a una banda de papel o extremo húmedo de la máquina de papel y (b) un dispositivo de control para determinar la humedad de la banda de papel por medición y suministro de dicha medición a un microprocesador que envía una señal al controlador de retroalimentación, ajustando el controlador de retroalimentación la cantidad de agente deshidratante químico aplicado la banda de papel o el extremo húmedo de la máquina de papel como respuesta a la señal

Sistema y método para controlar la deshidratación en la sección de prensado en una máquina de fabricación de papel usando agentes deshidratantes químicos

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema de control para controlar de manera automática la cantidad de deshidratación en una sección de prensado de un sistema de fabricación de papel mediante la aplicación medida de agentes deshidratantes químicos y tener de ese modo un efecto positivo sobre diversas características de la lámina impartidas por el proceso de consolidación de la sección de prensado.

Durante un proceso de fabricación de papel en una máquina de papel típica, se alimenta una pasta de papel de fibra y agua sobre una tela de conformación que se desplaza. La mayoría del agua drena entonces por la tela, para conformar en la tela una banda fibrosa o malla de fibras que incluye fibras de papel de la pasta de papel. En la mayoría de las máquinas de papel, la banda de papel sale del vagón que contiene 75% a 80% de humedad.

La banda húmeda se desplaza desde el vagón a una sección de prensado donde el contenido en humedad puede ser reducido mecánicamente a 45-60%. La sección de prensado de una máquina de papel utiliza presión hidráulica por una serie de ranuras en la prensa para someter la banda a fuerzas de compresión para retirar tanta agua de la banda como sea posible antes de que la lámina continúe a la sección de secado. La sección de prensado también consolida la lámina para mejorar la resistencia de la lámina, reducir volumen, aumentar la suavidad de la lámina y asegurar una distribución de la humedad en dirección transversal (DT) uniforme.

La banda se desplaza entonces a una sección de secado en que atraviesa tambores de secado que reducen el contenido en agua de la banda por evaporación a un nivel final deseable, proporcionando un papel producto que se pueda cortar o de otro modo procesar y envasar. Típicamente, la sección de secado produce una lámina de papel que contiene 5% - 10% de humedad.

La extensión en que la sección de prensado retira agua de la banda antes del secador es de primordial importancia para conseguir un funcionamiento de la máquina de papel eficaz y económico debido a que las secciones de secado consumen grandes cantidades de energía. La sección de secado usa calor de vapor para evaporar el agua libre y ligada de la lámina y es la parte más cara de una máquina de papel en términos de capital y costes de funcionamiento. Aunque sólo se retira el 1% del agua en la pasta de papel en la sección del secador, el coste por unidad de agua retirada es mayor que 20 veces el de por la sección de prensado.

El consumo de vapor en la sección de secado aumenta espectacularmente con el contenido creciente de humedad de una lámina de entrada. Por ejemplo, para un incremento del 7% en humedad de la lámina que entra en la sección de secado, el uso de vapor aumenta por 34% para obtener el mismo nivel de humedad en la lámina seca. Por otra parte, el calor latente de vapor disminuye a medida que aumenta su presión haciendo más costoso el funcionamiento de los secadores a altas presiones de vapor incluso aunque la temperatura del vapor sea más alta. Por consiguiente, es deseable maximizar la eliminación de agua de la banda antes de que entre en esta sección.

A medida que la banda húmeda atraviesa la sección de prensado está en contacto con una o más telas o cintas de prensado, donde las últimas también se pueden definir como un tipo de tela de prensado para los fines de esta discusión. El prensado de la banda se hace entre dos rodillos en la ranura de la prensa. A medida que la banda entra en las ranuras, empieza la compresión de la banda y la tela de prensado con aire ocluido fluyendo fuera de tanto la banda como la tela. A medida que aumenta la presión hidráulica, el agua se mueve desde la banda a la tela. Cuando la tela llega a estar saturada, el agua excedente fluye de la tela. En este punto la banda está en el punto de separación más próximo entre los rodillos y la presión hidráulica está en un máximo. A medida que la banda se mueve de este punto, la presión vuelve a cero y la lámina de papel está en su sequedad máxima. Finalmente, el papel y la tela salen de la ranura de la prensa y se separan entre sí causando un ligero vacío en el papel que podía dar como resultado algo de rehumectación de la lámina de papel.

Esta reabsorción de agua es indeseable y se han hecho esfuerzos para minimizar este efecto por suministradores de secciones de prensado y fabricantes de ropa de máquinas de papel. En el lado de la máquina, la rápida separación de lámina y tela se hace para reducir el tiempo de rehumectación. Además, se proporcionan diversos tipos de receptáculos de agua para ayudar a retirar agua de la tela. Los fabricantes de ropa de máquinas de papel también usan cintas impermeables o telas de baja permeabilidad en posiciones de la prensa específicas para reducir el efecto de rehumectación.

Los factores de funcionamiento que determinan la cantidad de agua liberada de la banda en una sección de prensado se pueden dividir en tres categorías incluyendo: diseño de la máquina, existencias y propiedades de la lámina y elementos de funcionamiento. Se fijan factores de diseño de las máquinas por el fabricante del equipo y no son controladas por el operario de la prensa. Estos factores incluyen dureza y diámetro del rodillo, configuración de la prensa y diseño de la ranura de la prensa.

Las variaciones en las propiedades de la banda que entra en la sección de prensado influyen en el contenido de humedad de la lámina que sale de la sección de prensado. Estas propiedades incluyen el tipo de pasta de papel, refinado, cantidad de finos de fibras, cantidad de carga, retención de agua inherente, compresibilidad, peso de base, temperatura de la banda y nivel de humedad. Durante el procedimiento de fabricación del papel, estas características fluctúan a grados variables en maneras no caracterizadas y causan variaciones en el contenido último de humedad de la lámina que sale de la sección de prensado. Se han hecho intentos para minimizar estas variaciones pero tienen un éxito limitado durante la producción de papel.

En la sección de prensado, los factores de funcionamiento, tales como velocidad de la máquina, carga de la prensa y diseño de la tela de la prensa y mantenimiento se pueden manipular para optimizar la eficacia de la sección de prensado. En la práctica, estos factores son difíciles de controlar puesto que los grados en que afecta cada factor a la humedad de la lámina en cualquier momento generalmente se desconocen. La limpieza de la tela de la prensa y la vida activa tienen una influencia sustancial en el funcionamiento de la sección de prensado total y los operarios les han prestado atención a un coste significativo para la fábrica.

Los factores descritos anteriormente actúan como variaciones del proceso que afectan al producto final. Al mismo tiempo, algunos, si hay, de estos factores se miden durante la operación de fabricación del papel.

En la fabricación del papel es deseable mantener una distribución de humedad uniforme por toda la lámina ya que se conforma para producir papel de alta calidad con una distribución de peso base uniforme. Una deficiente distribución de la humedad conduce a sobresecado o menos de secado localizado, calidad inferior del papel, costes de funcionamiento de la máquina aumentados y eficacia reducida. Así, durante el funcionamiento, la humedad de la banda antes de la sección de prensado, especialmente en la dirección transversal, sería potencialmente el parámetro más importante para medir y controlar. Sin embargo, en el pasado esto no se ha hecho por razones de coste y dificultad de implantación.

Si se midiera la humedad, se podía desarrollar un método de control de la prealimentación para controlar diversos parámetros del procesamiento para controlar con más precisión la producción de cada calidad y peso base de papel. Para llevar a cabo esto se podía usar un sensor de humedad para determinar la humedad de la banda justo antes de que entre en la sección de prensado. Un controlador podía usar el valor de la humedad para anticipar la humedad esperada del producto que entra en la sección de prensado y determinar una acción de control para ajustar un elemento de control, si es necesario. Por ejemplo, la carga de la prensa, el vacío de la prensa y la temperatura del agua que se rocía en la sección de prensado se podían ajustar de manera que se lleve... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de control para controlar de manera automática la cantidad de deshidratación en una sección de prensado de una máquina de fabricación de papel, comprendiendo el sistema de control:

(a) un controlador de retroalimentación para controlar la cantidad de agente deshidratante químico aplicado a una banda de papel o extremo húmedo de la máquina de papel y

(b) un dispositivo de control para determinar la humedad de la banda de papel por medición y suministro de dicha medición a un microprocesador que envía una señal al controlador de retroalimentación, ajustando el controlador de retroalimentación la cantidad de agente deshidratante químico aplicado la banda de papel o el extremo húmedo de la máquina de papel como respuesta a la señal.

2. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que el sistema de control funciona tomando una primera medición de la humedad de la banda de papel; ajustando la cantidad de agente deshidratante químico aplicada a la banda de papel; tomando una segunda medición de la humedad de la banda de papel; comparando las mediciones primera y segunda y repitiendo el ajuste de la cantidad de agente químico aplicada a la banda de papel si la comparación es favorable y aplicando un ajuste diferente si la comparación es desfavorable, en el que la comparación es favorable cuando la segunda medición está más cercana a un valor preestablecido que la primera medición o cuando se reduce la humedad de la banda.

3. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que la humedad del papel se determina indirectamente.

4. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que la humedad del papel se determina midiendo consumo de vapor en la sección de secado.

5. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que la humedad del papel se determina usando distribuidores de extracción.

6. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que la determinación de la humedad es la diferencia entre la humedad antes de que entre la lámina en la sección de prensado y después de que la lámina salga de la sección de prensado.

7. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que la humedad del papel se determina midiendo el flujo de agua de entre las ranuras de la prensa.

8. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que la humedad del papel se determina usando un caudalímetro en línea.

9. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que la humedad del papel se determina usando un dispositivo de medida de flujo sónico.

10. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que la humedad del papel se determina usando un indicador gamma.

11. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que la humedad del papel se determina usando un medidor de infrarrojos.

12. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que el agente deshidratante químico se añade a la pasta de papel de fabricación de papel en el extremo húmedo.

13. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que el agente deshidratante químico se rocía directamente sobre la banda de papel.

14. El sistema de control según la reivindicación 1, en el que el agente deshidratante químico se rocía directamente sobre la banda de papel a diversos niveles en la dirección DT.

15. Un método para controlar de manera automática la cantidad de deshidratación de una banda de papel en una sección de prensado de una máquina de fabricación de papel usando control de retroalimentación de la cantidad de agente deshidratante químico aplicada a la banda de papel que comprende:

(a) tomar una primera medición de la humedad de la banda de papel;

(b) ajustar la cantidad de agente deshidratante químico aplicada a la banda de papel;

(c) tomar una segunda medición de la humedad de la banda de papel;

(d) comparar las mediciones primera y segunda y

(e) repetir el ajuste de la cantidad de agente químico aplicada a la banda de papel si la comparación es favorable y aplicar un ajuste diferente si la comparación es desfavorable, en el que la comparación es favorable cuando la segunda medición está más cercana a un valor preestablecido que la primera medición o cuando se reduce la humedad de la banda.

16. Una máquina de fabricación de papel que comprende una sección de conformación, una sección de prensado y una sección de secado en la que la sección de prensado comprende además el sistema de control según la reivindicación 1 ó 2.