Improvement of the semi-chemical pulping process uniformity through data-analysis

Abstract

The Heinola Fluting Mill experienced a decline in the quality of its end product, fluting, during the winter 2021–2022, which was believed to be related to the mill’s own pulp production. This Master’s thesis focuses on the Neutral Sulfite Semi-Chemical (NSSC) pulping process used at the mill and aims to identify deviations in the control and measurement system and to standardise the pulping process using data analysis. A descriptor parameter for this process, the H-factor, is introduced and used to measure and compare cooking conditions between four digesters. H-factors are calculated at two different temperatures for each digester and sensor locations are clarified and compared. It is found that there are large differences between the target and measured H-factors in several digesters and that the targets vary between digesters. A series of experiments are carried out to determine the effect of digester control parameters on certain pulp quality parameters. A strong correlation is found between H-factor and quality parameters such as yield, pulp pH, fibre length and number of shives. A correlation is also found between H-factor and pulp whiteness, which could be further used to identify variations in pulp production. The mill has a total of four digesters and it is found that the production rate calculation for digester 1 is incorrect. The production rate is corrected with a new equation, but the same digester is also found to have the largest difference between a target H-factor and the actual measured H-factor. To further unify the pulping process, the method of controlling additional raw material feed to the mill is improved.

Heinolan flutingtehtaalla havaittiin talvella 2021–2022 lopputuotteen, flutingin, laadun heikkenemistä, jonka uskottiin liittyvän tehtaan omaan massantuotantoon. Tässä diplomityössä keskitytään massatehtaalla käytettyyn puolikemiallisen sellun (NSSC) valmistusprosessiin. Tavoitteena on löytää massatehtaalta mittaus- ja hallintajärjestelmän poikkeamia sekä parantaa massanvalmistusprosessin tasalaatuisuutta data-analyysin avulla. Prosessia kuvaava parametri, H-tekijä, otetaan työssä käyttöön ja sitä käytetään mittaamaan ja vertailemaan keitto-olosuhteita keittimien välillä. H-tekijät lasketaan kahdesta eri lämpötilamittauksesta kullekin keittimelle. Lämpötila-anturien sijainnit selvitetään ja niitä verrataan keittimien välillä. Keittimien välillä havaitaan eroavaisuuksia H-tekijöissä. Useissa keittimissä havaitaan eroja myös sisäisesti tavoitellun ja mitatun H-tekijän välillä. Työn aikana suoritetaan kolme koeajoa, joissa määritetään keittimen säätöparametrien vaikutus massan laatuparametreihin. H-tekijän ja laatuparametrien, kuten saannon, massan pH:n, kuidunpituuden ja tikkupitoisuuden välillä havaitaan vahva korrelaatio. Lisäksi myös H-tekijän ja massan vaaleuden välillä havaitaan korrelaatio. Tehtaan neljästä keittimestä yhdessä havaitaan virheellinen tuotantonopeuden laskentatapa, jolle esitetään uusi yhtälö. Samassa keittimessä havaitaan myös suurin ero tavoitellun ja mitatun H-tekijän välillä. Työssä kehitetään myös massatehtaalle syötettävän lisähakkeen hallintaa.