DE19910910A1 - Verfahren zur Durchführung eines optimierten Faser- oder Papierherstellungsprozesses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Faser- oder Papierherstellungsprozesses unter Verwendung einer Mehrzahl aufeinan­ derfolgender Verfahrensstufen, in denen durch vorgebbare chemische und physikalische Abläufe definierte Prozeßschritte durchgeführt und Pro­ zeßoptimierungen in Abhängigkeit von Meßwerten und daraus gebildeten Kenngrößen, ggf. unter Einsatz von Zustandsmodellen, vorgenommen werden.

Bei der Herstellung und Aufbereitung von Faserstoffen und auch bei der Papierherstellung wird üblicherweise eine Mehrzahl von Prozeßstufen hintereinander geschaltet, um am Ende des Gesamtverfahrens das jeweili­ ge Produkt mit einer gewünschten Qualität zu erhalten.

Eine wichtige Verfahrensstufe bei der Herstellung von Papier stellt das Bleichen von Faserstoffen dar, wobei der jeweilige Stoff, bei dem es sich beispielsweise um Holzstoff, Reimer-Stoff und/oder Altpapierstoff handeln kann, Bleichvorgängen unterzogen wird, um die gewünschte Erhöhung des Weißegrades des Stoffes zu erreichen, ohne dabei die Festigkeit des jeweiligen Stoffs unerwünscht zu beeinträchtigen. Da bei der Faser­ stoffaufbereitung bzw. der Papierherstellung den üblicherweise aus meh­ reren Stufen bestehenden Bleichvorrichtungen wesentliche Bedeutung hinsichtlich der erzielbaren Qualitäten zukommt, wird in der Praxis be­ reits versucht, das Bleichverfahren zu optimieren, und es ist auch bereits bekannt, derartige Optimierungen bei Kochverfahren im Zusammenhang mit der Herstellung von Zellstoffen einzusetzen. Bekannt ist es in diesem Zusammenhang insbesondere, Zustandsmodelle und/oder Prozeßmodelle zu verwenden, und zwar auf der Basis erfaßter mechanischer, physikali­ scher und/oder chemischer Eigenschaften des Faserstoffs oder der Faser­ stoffsuspension. Anhand solcher Zustands- oder Prozeßmodelle werden Teilprozesse eines Gesamtverfahrens, wie z. B. die Bleichstufe optimiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, Gesamtprozesse bei der Herstellung und Aufbereitung von Faserstoffen bzw. bei der Papierherstellung sowohl unter technologischen als auch unter betriebswirtschaftlichen sowie ökologi­ schen Aspekten zu optimieren.

Erreicht wird dies ausgehend von dem eingangs angegebenen Verfahren nach der Erfindung dadurch, daß zumindest die die Zielgrößen des jewei­ ligen Endprodukts des Verfahrens relevant beeinflussenden Kenngrößen aller einzelnen Verfahrensstufen on-line erfaßt und direkt oder indirekt on-line zur Steuerung bzw. Optimierung des Gesamtverfahrens verwendet werden, wobei Kenngrößen sowohl in Abhängigkeit von den Ausgangsma­ terialien bzw. Rohstoffen als auch von den in den aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen zugeführten Chemikalien, Hilfsstoffen und Energien so­ wie den zu entsorgenden Materialien und Emissionen gebildet werden.

Ergänzend zur On-line-Erfassung von Kenngrößen können nach einer Ausführungsvariante der Erfindung auch Off-line-Bestimmungen durch­ geführt werden, so daß anhand der dabei erhaltenen diskreten Werte an­ hand von Berechnungsmodellen eine Optimierung der On-line-Werte im Rahmen eines Autokalibrierungsmoduls durchgeführt werden kann.

Eine wesentliche Besonderheit des Verfahrens nach der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß nicht nur die Kenngrößenermittlung, sondern auch die Kontrolle und die Regelung bzw. Optimierung on-line erfolgt, und zwar bevorzugt auf der Basis bekannter mathematischer oder betriebs­ wirtschaftlicher Algorithmen, auf der Basis von Fuzzy-Logik u. dgl.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß zumin­ dest ein Teil und vorzugsweise alle Ziel- und Kenngrößen mittels eines Re­ chenwerks auf eine einheitliche Basis transformiert werden, wobei eine einheitliche Basis insbesondere ein über eine Kosten- bzw. Wertermittlung bestimmter Preis pro Mengeneinheit sein kann. Durch die Umrechnung auf eine einheitliche Basis läßt sich dann auch eine sogenannte Engpaß­ optimierung durchführen. Das Engpaßproblem ist aus betriebswirtschaft­ licher Sicht ein Teil des Produktionsplanungsprozesses. Hierbei werden die Produkte über Preis und Menge definiert. Auf dieser Basis wird dann eine mathematische Zielfunktion definiert, die in der Regel auf eine Ge­ winn- oder Produktionsmaximierung ausgelegt ist. Es ist allerdings auch denkbar, eine Funktion zu definieren, die z. B. eine verringerte Menge an Reststoffen (Abfall) zum Ziel hat (f(x₁ + . . . + x_n) → MIN). Diese Funktionen können, müssen aber nicht linear sein. Diese eigentliche Zielfunktion, die also eine Maximierungsfunktion, eine Minimierungsfunktion oder eine Kombination aus beiden sein kann, kann durch Nebenbedingungen einge­ schränkt werden. Als Nebenbedingungen können z. B. eine Absatzbedin­ gung (z. B. Absatzobergrenze) oder eine Kapazitätsbedingung (z. B. Kapa­ zitätsengpaß) formuliert werden, die die Zielfunktion weiter einschränken. Im Sinne der Erfindung ist es weiterhin, daß sowohl die Zielfunktion, als auch die Nebenbedingungen, nicht starr formuliert sind, sondern den je­ weiligen Bedingungen und Anforderungen, die sich aus dem laufenden Betrieb ergeben, angepaßt werden (vgl. Hax, H.: Lineare Planungsrech­ nung und Simplex-Methode als Instrument betrieblicher Planung, in: ZfhF 1960, S. 576 ff.).

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand ei­ ner Prinzipdarstellung erläutert.

Die diese Prinzipdarstellung zeigende Fig. 1 verdeutlicht die im Zusam­ menhang mit einem Faser-Papierherstellungsprozeß relevanten Eingangs- und Ausgangsgrößen. Im Rahmen des zu steuernden bzw. zu optimieren­ den Gesamtverfahrens erfolgt die bereits angesprochene On-line- Kenngrößenermittlung, wozu mittels bekannter Methoden mechanische, physikalische und/oder chemische Eigenschaften an ausgewählten Stel­ len des Gesamtprozesses erfaßt werden.

Erfaßt werden auch die dem Gesamtprozeß zugeführten Rohstoffe in Form der Eintragsmengen, wobei - wie dies auch für die anderen Kenngrößen gilt - eine Transformation dieser Größen auf eine einheitliche Basis erfol­ gen kann, z. B. auf die Basis Preis pro Mengeneinheit.

Dies gilt auch für die während des Gesamtverfahrens im Zuge der Steue­ rung und Optimierung zugeführten Chemikalien, Hilfsstoffe, Energien so­ wie für Frisch- und Ergänzungswasser, wobei die entsprechenden Do­ siermengen ebenfalls auf eine einheitliche Basis, nämlich insbesondere auf die Basis Preis pro Mengeneinheit transformierbar sind.

Charakteristisch für die Erfindung ist auch, daß neben den Zielgrößen auch die zu entsorgenden, im Verlauf des Verfahrens anfallenden Mate­ rialien, insbesondere Rejekt, Schlamm und Wasser sowie Emissionen er­ faßt und zur Steuerung und Optimierung des Gesamtprozesses verwendet werden. Diese Kenngrößen sind ebenfalls auf eine einheitliche Basis zu transformieren, so daß der pro Mengeneinheit gegebene Preis beispiels­ weise für Entsorgungskosten und Abwassergebühren berücksichtigbar ist.

Die Zielgrößen sind üblicherweise die Produktionsmengen, die aber erfin­ dungsgemäß wiederum auf eine einheitliche Basis transformiert werden können, so daß als Zielgröße auch mechanische Eigenschaften und opti­ sche Eigenschaften berücksichtigt werden können. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, daß der erzielbare Erlöspreis des fertigen Faserstoffes und Papiers als Summenparameter aller optischen und mechanischen Ei­ genschaften bzw. ausgewählter Eigenschaften angesetzt werden kann.

Durch die Transformierung von Input- bzw. Output-Kenn- bzw. Zielgrößen auf eine einheitliche Basis läßt sich das Gesamtverfahren sowohl unter technologischen als auch unter betriebswirtschaftlichen sowie ökologi­ schen Aspekten optimieren. Dadurch wird es auch möglich, daß die Roh­ stoffmenge, die Chemikalienkosten, die Hilfsstoffkosten, die Energieko­ sten, das Abfallaufkommen und die Entsorgungskosten minimiert werden können. Ebenfalls ist es möglich, die jeweiligen Halb- oder Fertigstoffe derart zu produzieren, daß die Schwankungsbreite der technologischen Kennwerte ganz wesentlich reduziert werden.

Wenn die Zahl der Einflußgrößen im Gesamtmodell reduziert werden soll, können Teilprozesse, z. B. in einer Altpapieraufbereitungsanlage die Auflö­ sung, Bleiche, Sortierung, Fluktuation u. dgl. zuerst in eigenständigen Mo­ dulen zusammengefaßt werden, die dann nur eine komprimierte Zahl von Kenngrößen an den Gesamtprozeß weitergeben.

Für die Auslegung des Betriebs einer Gesamtanlage ist es auch von we­ sentlichem Vorteil, daß unter Verwendung von lernfähigen Modellen die unterschiedlichen Einflüsse der In- und Outputs hinsichtlich der jeweili­ gen Zielgrößen untersucht und berücksichtigt werden können und es auch möglich ist, durch Änderung von Ziel- und Kenngrößen unterschied­ liche Szenarien zu überprüfen.

Im Falle der Berücksichtigung aller In- und Outputs läßt sich demgemäß nach der Erfindung eine Qualitätssteuerung und Qualitätsregelung errei­ chen, welche sowohl die Qualität als auch die Wirtschaftlichkeit des be­ treffenden Verfahrens bzw. Produkts positiv beeinflussen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Durchführung eines Faser- oder Papierherstellungs­ prozesses unter Verwendung einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Verfahrensstufen, in denen durch vorgebbare chemische und physi­ kalische Abläufe definierte Prozeßschritte durchgeführt und Pro­ zeßoptimierungen in Abhängigkeit von Meßwerten und daraus ge­ bildeten Kenngrößen, ggf. unter Einsatz von Zustandsmodellen, vor­ genommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die die Zielgrößen des jeweiligen Endprodukts des Verfahrens relevant beeinflussenden Kenngrößen aller einzelnen Verfahrensstufen on-line erfaßt und direkt oder indirekt on-line zur Steuerung bzw. Optimierung des Gesamtverfahrens verwendet wer­ den, wobei Kenngrößen sowohl in Abhängigkeit von den Ausgangs­ materialien bzw. Rohstoffen als auch von den in den aufeinanderfol­ genden Verfahrensstufen zugeführten Chemikalien, Hilfsstoffen und Energien sowie den zu entsorgenden Materialien und Emissionen gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ergänzend zur On-line-Erfassung von Kenngrößen Off-line- Bestimmungen von Meßwerten und Kenngrößen vorgenommen und anhand der erhaltenen diskreten Werte mittels Berechnungsmodel­ len Optimierungen der jeweils zugehörigen On-line-Werte vorge­ nommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Verfahrensstufen oder Teilprozesse zu eigenständig ge­ steuerten und optimierten Modulen zusammengefaßt werden und eine komprimierte bzw. reduzierte Anzahl von in diesen Modulen gebildeten Kenngrößen zur Steuerung und Optimierung des Ge­ samtverfahrens verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Ziel- und Kenngrößen mittels eines Re­ chenwerks auf eine einheitliche Basis transformiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als einheitliche Basis der Preis pro Mengeneinheit gewählt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch. gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Kenngrößen vor ihrer Verwendung zur Steuerung und Optimierung des Gesamtverfahrens gewichtet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung der auf eine einheitliche Basis transfor­ mierten Kenngrößen im Gesamtverfahren eine Engpaßoptimierung durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Kenngrößen aus den On-line-Meßwerten unter Verwendung mathematischer oder betriebswirtschaftlicher Al­ gorithmen erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zielgrößen insbesondere Produktionsmengen, mechanische und/oder optische Eigenschaften und/oder der Faserstoff- oder Pa­ pierpreis vorgegeben werden.