Integrerad kartongtillverkning består av ett antal enhetsprocesser som kontinuerligt genererar stora mängder processdata. Tillverkningen är energikrävande och variationer måste beaktas för att uppnå den optimala produktionsprocessen. En ny avhandling vid Karlstads universitet visar hur olika matematiska modeller kan appliceras på processerna i aspekter av förbättrad produktkvalitet och minskad energianvändning.

"Jag har studerat de förutsättningar som finns för statistiska och mekanistiska modeller för att förutsäga massa- och kartongegenskaper och för ökad energieffektivitet, säger Daniel Ekbåge, som framgångsrikt försvarade sin doktorsavhandling om processmodellering inom massa- och papperstillverkning.

Produktionsprocessen av massa och papper konfigureras av flera enhetsprocesser som skapar ett nätverk av flöden bestående av flis, kemisk massa, mekanisk massa, kartong och andra viktiga komponenter. Både process- och kvalitetsmätningar används för att övervaka och kontrollera processerna, som kontinuerligt samlas in i processdatasystemet. Processdata innehåller värdefull information om underliggande mönster och variabilitet, och med användning av statistisk och multivariat analys, du kan få insikter i hur minskade variationer och förutsägelser av viktiga egenskaper kan uppnås.

Processmodellering av produktkvalitet och energi

En stor del av studien handlar om den mekaniska massaprocessen där träflis blandas med kemikalier innan det bearbetas med mekanisk belastning under förhöjd temperatur i raffinören. Några av utmaningarna i denna process är förbrukningen av el och att processdata mäts ofta, medan massans egenskaper mäts mer sällan, vilket är ogynnsamt när det gäller optimering. För att studera förutsättningarna för en dynamisk modell och multipla regressionsmodeller, dessa har tillämpats på data från processen och massan för att undersöka förutsägelser om massans avvattningsförmåga och styrka. Doktorsavhandlingen består av flera delstudier som inkluderar energiåtervinning i förångningsprocessen, modellering av kartongens hållfasthetsegenskaper och kartläggning av egenskapsutvecklingen i materialet vid en kvalitetsändring.

"Process- och kvalitetsdata på bruket är en värdefull tillgång som även kan bestå av komplexa samband. Det har varit intressant att studera hur moderna beräkningstekniker kan ge stöd för förbättrad produktion och min studie understryker också vikten av att kombinera kunskap om både processen och olika modelleringsmetoder vid utvärdering av en modells tillämplighet i produktionsprocessen, säger Daniel Ekbåge.