Surveillance en ligne du potentiel zêta à distance : optimiser la partie humide de la fabrication du papier

La fabrication du papier est un processus complexe et dynamique offrant de nombreuses possibilités d'ajustements et d'influences dans une usine de production complexe. Par une automatisation de haut niveau et une surveillance de la production, il est possible d'augmenter l'efficacité du processus. Au départ de la fabrication dans la zone de partie humide, la surveillance de l'environnement de charge (charge des particules et potentiel zêta) est extrêmement importante.

Des conditions de charge floues peuvent entraîner des pertes de qualité du produit, des perturbations dans le processus de production et une consommation plus élevée d'additifs. Un contrôle permanent est particulièrement important si différents additifs chimiques sont utilisés, censés assurer un processus de production bien fonctionnant et certaines exigences de qualité du papier de base et du produit fini. Disposer d'informations sur les conditions de charge aide à optimiser le dosage des additifs tout au long du processus complet de partie humide et permet aux techniciens et ingénieurs d'avoir une bonne vue d'ensemble du statut.

Les appareils de test fournissant ces informations nécessaires sont par exemple le système CAS touch! Charge Analyzing System et l'analyseur de potentiel de fibres FPA touch!. Ces appareils sont utilisés en laboratoire et leur application est bien connue des papetiers. Outre les méthodes éprouvées, les deux appareils offrent des fonctionnalités pour une manipulation efficace, conviviale et intuitive. Les fournisseurs de produits chimiques apprécient particulièrement leur petite taille et leur poids léger pour un transport pratique. Ils sont prêts à l'emploi immédiat après déballage, aucun composant additionnel n'étant nécessaire à assembler.

Cependant, comme l'automatisation et la digitalisation jouent un rôle croissant dans l'industrie du papier, comme dans la plupart des autres industries, les mesures automatiques fournissant des données fiables et précises en temps réel du processus deviennent de plus en plus importantes pour répondre aux exigences durables, écologiques et d'efficience des ressources. De telles mesures en ligne présentent plusieurs avantages simultanés : il n'est pas nécessaire de prélever des échantillons sur la machine pour les mesurer, les résultats sont disponibles en temps réel, permettant une intervention immédiate dans le processus si celui-ci ne fonctionne pas bien ou si des problèmes de qualité surviennent. Ces données en temps réel peuvent non seulement être transférées au système de contrôle de processus ; elles peuvent aussi être transférées vers n'importe quel cloud de données n'importe où dans le monde, permettant une gestion en réseau des problèmes par des experts qui n'ont pas nécessairement à être sur site.

Un tel appareil en ligne est l'analyseur de potentiel de fibres en ligne emtec FPO. L'appareil mesure le potentiel zêta des fibres automatiquement et directement sur la machine à papier. Il effectue l'échantillonnage, la mesure et le nettoyage, a un effort de maintenance très faible, et peut être installé à divers points de la machine à papier (deux points de connexion possibles), prélevant alternativement des échantillons avant et après les points de dosage d'additifs, par exemple. Le FPO peut effectuer un maximum de six mesures par heure, bien que quatre mesures par heure soient standard, selon les ajustements de processus. Le principe de mesure de l'appareil en ligne est identique à celui de l'instrument de laboratoire. Les deux déterminent le potentiel zêta des fibres en suspension dans la zone de partie humide des machines à tissue, papier et carton, en utilisant l'équation de Helmholtz et Smoluchowski.

Les données de mesure incluent la charge de surface des fibres (potentiel zêta des fibres), le potentiel de courant, la conductivité, la valeur pH et la température, et sont constamment transférées au système de contrôle de processus, où les changements de la charge des fibres (par exemple par la chimie) deviennent immédiatement visibles. Cela fait de l'appareil un outil très utile pour le contrôle qualité, et soutient aisément l'optimisation du processus et l'amélioration de la qualité.

Pour optimiser l'utilisation des produits chimiques dans le processus, tout en maintenant la qualité au même niveau, le FPO Fiber Potential Analyzer Online aide à déterminer la quantité optimale d'additifs chimiques, tels que capteurs d'anions (fixateurs), agents de collage, agents de résistance humide et sèche, agents d'azurage optique, adoucissants et colorants. De plus, la connaissance du potentiel zêta soutient différentes applications : elle est décisive pour la rétention maximale possible des fines, charges, colorants et résines, pour le collage interne optimal, pour la neutralisation des effets négatifs des déchets anioniques, y compris le report de l'usine à pâte, pour la fermeture du système d'eau de retour, le recyclage de la production couchée, la déshydratation des boues ainsi que pour l'efficacité maximale d'autres étapes de processus individuelles.

Un bon exemple illustrant bien le bénéfice de l'utilisation de l'appareil est une papeterie produisant différents produits papier sur une base alternée, les deux types de produits finis devant répondre à des normes très différentes. Le changement de production d'un produit à un autre, par exemple de papier toilette à essuie-tout, nécessite au minimum des changements dans le mélange de produits chimiques ajoutés au processus. Le changement de produits chimiques ou l'ajustement de la quantité de certains produits chimiques ajoutés à la pâte entraîne des changements dans l'environnement de charge et influence particulièrement la charge de surface des fibres, le potentiel zêta. Un manque d'information sur la charge de surface des fibres mène souvent à des problèmes soit avec la courabilité du processus, soit avec la qualité du produit final.

L'emtec FPO mesure le potentiel zêta en ligne et fournit des données en temps réel, qui aident à atteindre la qualité requise du type respectif de produit papier, car la charge de surface des fibres indique très fiablement si la qualité demandée est susceptible d'être atteinte. Cela ne signifie pas que les tests en laboratoire ne sont plus nécessaires. Cependant, avec les informations fournies par l'appareil et l'expérience du personnel de l'usine, l'optimisation du processus fonctionne beaucoup plus vite, ce qui peut aider à économiser ressources, temps et énergie.

Le FPO, comme d'autres outils en ligne fournissant des données en temps réel, aide l'industrie à davantage digitaliser et automatiser le processus de fabrication du papier. L'appareil fait exactement ce qu'un appareil de test, prêt pour l'Industrie 4.0, doit faire. Il mesure de façon entièrement automatique, avec un effort de maintenance très faible, de façon fiable et précise, des données pertinentes pour le processus. Il transfère ces données automatiquement au système de contrôle de l'usine ou vers un cloud de données. La disponibilité instantanée des données de test en tout lieu dans le monde permet des discussions en réseau avec des personnes de différentes parties du monde et des solutions rapides pour d'éventuels problèmes, même par des changements automatisés du processus, si certaines spécifications sortent de la plage optimale.

Entre-temps, il est requis de repenser le rôle et la position des industries dans la société, y compris les considérations environnementales, sociales et sociétales pour les rendre plus pérennes. Pour y parvenir, le concept d'Industrie 4.0 doit être complété et étendu à l'Industrie 5.0, qui se concentre sur le service de l'industrie à l'humanité dans les limites planétaires, menant à une production plus durable, résiliente et compétitive sur le long terme. Le concept d'Industrie 5.0 soutient la performance économique des industries tout en respectant les besoins et intérêts des employés et en assurant la durabilité environnementale.

L'utilisation de l'emtec FPO maximise les bénéfices pour l'entreprise et le travailleur : elle renforce la résilience, force la flexibilité et les arme mieux contre les perturbations. Elle rend le lieu de travail plus sûr, permet une surveillance et gestion des risques en temps réel ainsi que le travail à distance par transfert automatique de données. L'environnement de travail devient plus inclusif par des mesures automatiques constantes, le travailleur est plus responsabilisé par la gain de temps de travail, tout en ayant toutes les données nécessaires pour réduire les déchets et l'impact environnemental par l'économie de ressources et de consommation d'énergie. Pour des industries aussi énergivores que l'industrie du papier, il est d'une importance primordiale de considérer le lien entre consommation d'énergie et croissance économique.