Jatkuvatoimisen keittimen dynaamiset ilmiöt

Sellun keittoprosessia on tutkittu j a mallinnettu vuosia erilaisten simulointimallien avulla. Näiden mallien avulla on voitu analysoida esimerkiksi erilaisten raaka-aineiden käyttäytymistä keittimessä. Näiden takaisinkytkentöjen takia prosessin dynaamiset ilmiöt liikkuvat helposti säätöpiiristä toiseen. Dynaamiset ilmiöt, kuten toistuva huojunta aiheuttavat muutoksia erityisesti sellun tasalaatuisuudessa, ja nykyaikaisten modifioitujen keittimen suuren koon takia ilmiöt ovat tulleet esille entistä selvemmin. Laatuvaihteluiden lisäksi prosessin dynamiikka ja huojunta aiheuttavat haasteita keittimen ohjausjärjestelmälle ja muun kuitulinjan toiminnalle, joten niiden esiintyminen, laajuus ja aiheuttajat on tunnettava. Diplomityön tavoitteena on tutkia muutamien monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta Oy Metsä-Botnia AB:n Joutsenon sellutehtaan keittämön prosessidatan analysointiin ja prosessissa tapahtuvien dynaamisten ilmiöiden löytämiseen ja tunnistamiseen. Käytännössä tämä tarkoittaa keittämöllä tapahtuvan vaihtelun ja huojunnan tunnistamista ja sen aiheuttajien ja vaikutusten selvittämistä. Toisena tavoitteena työn aikana on selvittää keittoprosessin säätöstrategian toimintaa ja kykyä kyseisten ilmiöiden kompensoimiseen. Työtä varten hankitun KCL:n Wedge-ohjelmiston soveltuvuutta sellutehtaan prosessidatan analysointiin arvioidaan myös. Työ toteutettiin analysoimalla tehtaan tietojärjestelmästä kerättyä 10minuutin mittausdataa useista mittauspositiosta keittämön alueella. Ennen analyysejä tärkeät mittaukset valittiin asiantuntijahaastattelujen ja esianalyysien perusteella. Jäljelle jääneille muuttujille tehtiin ensin pääkomponenttianalyysi prosessidatan yleisten ilmiöiden selvittämiseksi. Tämän jälkeen valittiin muutama mielenkiintoinen muuttuja, jonka käyttäytymistä tutkittiin monimuuttujaregression avulla. Yksittäisistä muuttujista puskukappaan ja hakesiilon pintaan vaikuttavia muuttujia mallinnettiin osittaisten neliösummien menetelmällä. Lisäksi keittämön lämpötilaprofiilia analysoitiin itseorganisoituvien karttojen avulla. Tutkimuksen aikana selvisi, että keittämöllä on vaihtelua. Ison osan huojunnasta aiheuttaa eri sellulajien vaihtelevat säätöstrategiat, mutta jokainen laji käyttäytyy selkeästi eri lailla keittämöllä. Merkittävimmät vaihtelua aiheuttavat muuttujakokonaisuudet ovat lipeiden ohjaus sekä keittimen hakepedin hallinta. Lipeiden ohjauksen muutokset johtuvat ajoparametrien muutoksista, joten ne ovat osin aiheutettuja. Hakepedin, eli keittimen pinnan, puskun ja pesun ohjauspiirien, huojunta korostui erityisesti yhdellä sellulajilla. Hakesiilon pintaa lukuun ottamatta yksittäisten muuttujien säännöllisestä käyttäytymisestä ei löytynyt viitteitä. Keitintä pitäisikin tutkia tilakohtaisesti. Keittämön laatumuuttujan eli kappaluvun vaihteluun ei löytynyt yksittäisiä aiheuttajia. Lämpötilaprofiilin analysointi paljasti viitteitä kanavoitumisesta ja pakkausasteen vaihtelusta keittämällä