Online-Überwachung des Zeta-Potentials per Fernzugriff verbessert die Papierherstellung im Nassbereich

Die Papierherstellung ist ein komplexer und dynamischer Prozess mit vielen Anpassungs- und Einflussmöglichkeiten in einer komplexen Produktionsanlage. Durch ein hohes Maß an Automatisierung und Produktionsüberwachung ist es möglich, die Effizienz des Prozesses zu steigern. Wenn man mit der Papierherstellung im Nassbereich beginnt, ist die Überwachung der Ladungsumgebung (Partikelladung und Zetapotential) äußerst wichtig.

Unklare Chargenverhältnisse können zu Einbußen in der Produktqualität, Störungen im Produktionsprozess und einem höheren Verbrauch an Additiven führen. Eine permanente Kontrolle ist insbesondere dann wichtig, wenn verschiedene chemische Zusatzstoffe verwendet werden, die einen reibungslos funktionierenden Produktionsprozess und bestimmte Qualitätsanforderungen an Rohpapier und Endprodukt gewährleisten sollen. Die Verfügbarkeit von Informationen über die Füllbedingungen hilft dabei, die Dosierung von Additiven während des gesamten Nassendprozesses zu optimieren und ermöglicht es den Mühlentechnikern und Ingenieuren, sich einen guten Überblick über den Status zu verschaffen.

Testgeräte, die diese notwendigen Informationen liefern, sind beispielsweise das CAS touch! Ladungsanalysesystem und der FPA-Touch! Faserpotentialanalysator. Diese Geräte werden im Labor eingesetzt und ihre Anwendung ist für Papierhersteller ein alter Hut. Neben den bewährten Methoden bieten beide Geräte Funktionen für eine effektive, benutzerfreundliche und intuitive Handhabung. Besonders Chemielieferanten schätzen die geringe Größe und das geringe Gewicht für den bequemen Transport. Sie sind nach dem Auspacken sofort einsatzbereit, da keine weiteren Komponenten montiert werden müssen.

Da jedoch in der Papierindustrie, wie auch in den meisten anderen Branchen, die Automatisierung und Digitalisierung eine immer größere Rolle spielen, werden automatische Messungen, die zuverlässige und genaue Echtzeitdaten des Prozesses liefern, immer wichtiger, um nachhaltige, ökologische und ressourceneffiziente Anforderungen zu erfüllen. Solche Online-Messungen haben gleich mehrere Vorteile:Es ist nicht notwendig, Proben aus der Maschine zu entnehmen und zu messen, die Ergebnisse stehen in Echtzeit zur Verfügung, was ein sofortiges Eingreifen in den Prozess ermöglicht, wenn der Prozess nicht gut läuft oder Qualitätsprobleme auftreten. Diese Echtzeitdaten können nicht nur an das Prozessleitsystem übertragen werden; Zudem können sie in jede beliebige Datencloud weltweit übertragen werden, was eine vernetzte Bearbeitung von Sachverhalten durch Experten ermöglicht, die nicht unbedingt vor Ort sein müssen.

Ein solches Online-Gerät ist der emtec FPO Fiber Potential Analyzer Online. Das Gerät misst das Zetapotential der Fasern automatisch und direkt an der Papiermaschine. Es übernimmt die Probenahme, Messung und Reinigung, hat einen sehr geringen Wartungsaufwand und kann an verschiedenen Stellen der Papiermaschine installiert werden (zwei Anschlusspunkte möglich), um beispielsweise abwechselnd Proben vor und nach Dosierstellen von Zusatzstoffen zu entnehmen. Der FPO kann maximal sechs Messungen pro Stunde durchführen, obwohl je nach Prozessanpassungen vier Messungen pro Stunde Standard sind. Das Messprinzip des Online-Gerätes ist identisch mit dem Messprinzip des Laborgerätes. Beide bestimmen das Zetapotential von Fasern in Suspensionen im Nassbereich von Tissue-, Papier- und Kartonmaschinen unter Verwendung der Gleichung von Helmholtz und Smoluchowski.

Die Messdaten umfassen die Oberflächenladung der Fasern (Faser-Zetapotential), das Strömungspotential, die Leitfähigkeit, den pH-Wert und die Temperatur und werden kontinuierlich an das Prozessleitsystem übertragen, wo Änderungen der Faserladung (z. B. durch Chemie) sofort sichtbar werden. Dies macht das Gerät zu einem sehr hilfreichen Werkzeug für die Qualitätskontrolle und unterstützt auf einfache Weise die Prozessoptimierung und Qualitätsverbesserung.

Um den Einsatz von Chemikalien im Prozess zu optimieren und gleichzeitig die Qualität auf dem gleichen Niveau zu halten, hilft der FPO Fiber Potential Analyzer Online dabei, die optimale Menge an chemischen Zusätzen, wie z. B. anionischem Trash-Catcher bzw. Fixiermittel, Leimungsmittel, Nass- und Trockenfestmittel, optische Aufheller, Weichmacher und Farbstoffe. Darüber hinaus unterstützt die Kenntnis des Zetapotentials in verschiedenen Anwendungen:Es ist entscheidend für die maximal mögliche Rückhaltung von Feinstoffen, Füllstoffen, Farbstoffen und Harzen, für die optimale interne Leimung, für die Neutralisierung negativer Auswirkungen anionischer Abfälle, einschließlich der Verschleppung von Zellstofffabriken, für die Schließung des Rückwassersystems, das Recycling beschichteter Produktion, die Schlammentwässerung sowie für die maximale Effizienz weiterer einzelner Prozessschritte.

Ein gutes Beispiel, das den Nutzen des Geräts sehr gut verdeutlicht, ist eine Papierfabrik, die abwechselnd verschiedene Papierprodukte produziert und beide Arten von Endpapierprodukten sehr unterschiedliche Standards erfüllen müssen. Die Umstellung der Produktion von einem Produkt auf ein anderes, beispielsweise von Toilettenpapier auf Küchentücher, erfordert zumindest Änderungen in der Mischung der dem Prozess zugesetzten Chemikalien. Der Wechsel von Chemikalien bzw. die Anpassung der Menge bestimmter Chemikalien, die dem Zellstoff zugesetzt werden, führt zu Veränderungen in der Ladungsumgebung und beeinflusst insbesondere die Oberflächenladung der Fasern, das Zetapotential. Ein Mangel an Informationen über die Oberflächenladung der Fasern führt oft zu Problemen entweder mit der Ablauffähigkeit des Prozesses oder der Qualität des Endprodukts.

Das emtec FPO misst das Zeta-Potenzial online und liefert Echtzeitdaten, die dabei helfen, die geforderte Qualität der jeweiligen Papiersorte zu erreichen, denn die Oberflächenladung der Fasern gibt sehr zuverlässig Aufschluss darüber, ob die geforderte Qualität voraussichtlich erreicht wird. Dies bedeutet nicht, dass Tests im Labor nicht mehr notwendig sind. Mit den vom Gerät bereitgestellten Informationen und der Erfahrung des Mühlenpersonals gelingt die Optimierung des Prozesses jedoch viel schneller, was dazu beitragen kann, Ressourcen, Zeit und Energie zu sparen.

Das FPO hilft der Industrie ebenso wie andere Online-Tools, die Echtzeitdaten bereitstellen, den Papierherstellungsprozess weiter zu digitalisieren und zu automatisieren. Das Gerät leistet genau das, was ein Testgerät, bereit für die Industrie 4.0, leisten muss. Es misst vollautomatisch, mit sehr geringem Wartungsaufwand, zuverlässig und genau, prozessrelevante Daten. Es überträgt diese Daten automatisch an das Steuerungssystem der Mühle oder eine Datencloud. Die sofortige Verfügbarkeit der Testdaten an jedem Ort der Welt ermöglicht vernetzte Diskussionen mit Menschen aus verschiedenen Teilen der Welt und schnelle Lösungen für mögliche Probleme, sogar durch automatisierte Änderungen am Prozess, wenn bestimmte Spezifikationen aus dem optimalen Bereich geraten.

In der Zwischenzeit ist es erforderlich, die Rolle und Position der Industrie in der Gesellschaft zu überdenken, einschließlich ökologischer, sozialer und gesellschaftlicher Gesichtspunkte, um sie zukunftssicherer zu machen. Um dies zu erreichen, muss das Industrie 4.0-Konzept ergänzt und auf Industrie 5.0 ausgeweitet werden, die sich auf den Dienst der Industrie an der Menschheit innerhalb der Grenzen des Planeten konzentriert und langfristig zu einer nachhaltigeren, widerstandsfähigeren und wettbewerbsfähigeren Produktion führt. Das Konzept der Industrie 5.0 unterstützt die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit von Industrien unter Berücksichtigung der Bedürfnisse und Interessen der Mitarbeiter und sorgt für ökologische Nachhaltigkeit.

Der Einsatz des emtec FPO maximiert den Nutzen sowohl für das Unternehmen als auch für den Arbeitnehmer:Es stärkt die Widerstandsfähigkeit, d. h. es zwingt die Flexibilität und wappnet sie besser gegen Störungen. Es macht den Arbeitsplatz sparsamer, ermöglicht eine Risikoüberwachung und -verwaltung in Echtzeit sowie Remote-Arbeit durch automatische Datenübertragung. Das Arbeitsumfeld wird durch automatische, konstante Messungen integrativer, der Arbeiter erhält durch die Einsparung von Arbeitszeit mehr Handlungsspielraum, verfügt aber gleichzeitig über alle notwendigen Daten, um Abfall und die Umweltbelastung durch Einsparung von Ressourcen und Energieverbrauch zu reduzieren. Für energieintensive Branchen wie die Papierindustrie ist es von größter Bedeutung, den Zusammenhang zwischen Energieverbrauch und Wirtschaftswachstum zu berücksichtigen.