Kâğıt Üretimi ve Kâğıt Kurutma Prosesi ile İlgili Yapılan Çalışmalar

Ekvall ve Hägglund [15], yaptıkları çalışmada bir kâğıt makinesinde kâğıt kopması sonrasında kâğıt üretiminin tekrar eski çalışma şartlarına dönebilmesi için buhar basıncını kontrol edecek bir kontrol sistemi geliştirmişlerdir. Bunun için önce kurutma silindirleri için detaylı bir dinamik model kurulmuş ve modelin doğruluğu İsveç’teki bir kâğıt fabrikasında yapılan deneysel verilerle gösterilmiştir. Kontrol sisteminin çalışma prensibi, kâğıdın silindirin üzerinde olduğunu veya kâğıt kopması esnasında kâğıdın silindir üzerinde olmadığını belirten sinyale göre buhar basıncının kontrol edilmesi esasına dayanmaktadır. Burada amaç kağıt kopması sonrası, kopma olmadan önceki nem miktarını hızlı bir şekilde yakalamak için optimal silindir sıcaklığının elde edilmesidir. Geliştirilen kontrol sistemi kâğıt fabrikasında test edildikten sonra ölçülen

10

silindir sıcaklıkları istenen sıcaklık değerleriyle uyumlu bulunmuş ve kâğıt nem miktarının kopmadan sonra hızlı bir şekilde ilk haline geldiği görülmüştür.

Zvolinschi vd. [16], 51 adet kurutma silindirine sahip bir kâğıt üretim tesisinde kurutma silindirlerinin entropi üretimini optimize edebilmek amacıyla kurutulan kâğıdın sıcaklığını ve nem miktarını içeren bir kurutma modeli kurup, bu modeli gerçek çalışma şartlarında alınan ölçüm değerleriyle doğrulamışlardır. Optimizasyona giderken kurutma ünitesinin sonunda kâğıdın nem miktarı sabit tutulup silindirlere giren buhar sıcaklıkları değişken olarak alınmıştır. Yapılan hesaplamalarda giriş havasının nem miktarı beş kat arttırıldığında toplam entropi üretiminin %35 azaldığı görülmüştür. Buna karşılık kurutma gruplarının değişik düzenlemeleri ve farklı buhar sıcaklıklarının toplam entropi üretimini azaltmada çok az (%3) etkisinin olduğu bildirilmiştir.

Koper vd. [17], çok silindirli kurutma ve bu tip kurutmaya ait kurutma fazlarını detaylı bir şekilde açıklamışlardır. Entropi üretimini 5 ayrı kâğıt makinesinin kurutma bölümü için inceleyip karşılaştırmışlardır. Bunlardan 3 tanesi linerboard, 2 tanesi gazete kâğıdı üreten tesislerdir. Entropi üretimine neden olan 3 temel olay elde edilmiştir. Bunlar, suyun buharlaşmasından dolayı meydana gelen entropi üretimi, kâğıt ve hava arasında meydana gelen taşınım ısı transferi ve silindir ile kâğıt arasında meydana gelen iletim ısı transferidir. Kâğıdın kalınlığının, gramajının ve silindir yüzey sıcaklıklarının entropi üretimini etkilediğini göstermişlerdir. Artan, sabit ve azalan kurutma rejimleri için farklı 5 makinede entropi üretimi incelenmiş ve enerji verimliliği için kabul edilebilir düzeyde olduğunu belirtmişlerdir. Gelecekte daha verimli kurutma tekniklerinin gerekli olduğunu, alternatif olarak silindirli kurutma ile hava püskürtmeli modelin birlikte kullanılabileceğini vurgulamışlardır.

Slätteke [18], çalışmasını kâğıt kurutma ünitesinin modellenmesi ve otomatik kontrolü üzerine yapmıştır. Çalışma ikiye ayrılmıştır. İlk bölümde silindir içindeki buhar basıncının kontrolü için değişik kontrol modelleri araştırılmış ve uygun olan modeller farklı işletmelerden elde edilen deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde ise kâğıdın nem miktarının kontrolü amaçlanmıştır.

Karlsson ve Stendtröm [19], [20], yaptıkları çalışmada kâğıdın kuruma mekanizmasını tanımlayan genel, dinamik bir model geliştirmişlerdir. Bu model çekmeyi içermekte ve

11

sıcaklık, nem ve basınç profillerini kâğıt kalınlığı yönünde tahmin edebilmektedir. Geliştirilen model hem kararlı halde hem de dinamik halde İsveç’te çalışan bir kâğıt makinesinden elde edilen ölçümler sonucu değerlendirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sonunda çalışılan modelin kâğıdın nem miktarını ve sıcaklığını kabul edilebilir derecede doğru tahmin ettiği gösterilmiştir. Ayrıca modelin, kurutma esnasında kağıt dayanımının düşük ve gaz basıncının yüksek olduğu yerleri tespit edebildiğini, kağıt kopmalarının önüne geçebilmek için kurutma ünitesinin dizayn aşamasında gerekli tedbirlerin alınması gerektiği vurgulanmaktadır.

Yeo vd. [21], yaptıkları çalışmada kâğıt üretim tesislerinde kurutma prosesi için ısı ve kütle denkliklerinin yardımı ile bir model geliştirilmişlerdir. Isı transfer katsayısının kâğıdın nem miktarı, gramajı ve silindirlerin dönme hızına bağlı olarak ifade edilebileceği bulunmuştur. Sunulan modelin etkinliği nümerik simülasyonlarla izah edilmiştir. 55, 70 ve 82 g/m2 gramaja sahip 3 farklı kâğıt tipi ile çalışmalar yapılmıştır. Çalışma şartlarından elde edilen verilerle yapılan karşılaştırma sonucunda öne sürülen modelin söz konusu tesis için yeterli derecede tutarlı olduğu görülmüştür.

Nilsson [22], sıcaklık ve nemin kâğıt kalınlığı yönünde homojen dağıldığını ve kâğıt içindeki ısı ve kütle transferi olaylarının ihmal edildiği modelini, gramajı 0,056 ile 0,390 kg/m2 arasında değişen 4 tane kâğıt makinesine uygulamıştır. Gramajı 0,056 ile 0,159 kg/m2 arasında üretim yapan 3 kâğıt makinesinden elde edilen değerler modelle uyumlu çıkmıştır. Kalın kâğıt üreten, gramajı 0,189 ile 0,390 kg/m2 arasında değişen kâğıt makinesinde ise model tahminleri sistematik bir şekilde hata vermiştir. Bu hatanın nedeninin; kalın kâğıtlarda kâğıt içinde homojen sıcaklık ve nem miktarı dağılımı kabulünün yapılmış olmasından kaynaklandığını belirtmiştir. Dolayısıyla 0,16 kg/m2’dan daha düşük gramaja sahip kâğıt üretimi yapan makineler için homojen sıcaklık ve nem dağılımı yaklaşımının uygun olduğunu göstermiştir.

De Beer [23], kâğıt üretim tesislerinde uzun dönemde enerji verimliliğini arttırabilmek amacıyla yeni ve verimli teknolojilerin belirlenebilmesi için üç adımdan oluşan bir metod sunmaktadır. En çok enerjinin tüketildiği kurutma bölümü için günümüzde kullanılmakta olan veya halen geliştirilme aşamasında olan alternatif, enerji verimi yüksek olan yedi adet kurutma sistemi tanıtılmış, gelecekte bu sistemlerin kullanılması

12

durumunda toplam enerji verimliliğine ne kadar etki edebileceği gösterilmiştir. Ayrıca ileride yeni pres ve kurutma teknolojilerinin beraber kullanımı, ısı geri kazanım sistemlerinin iyileştirilmesi ve diğer küçük iyileştirmelerle beraber şu an ki duruma göre gerekli ısı ihtiyacının %75-90 arasında azalabileceği öngörülmektedir. Yine gelecekte elektrik tüketiminin aynı kalacağı veya çok az azalacağı ve yeni teknolojilerle yatırım ve işletme giderlerinin azalacağı vurgulanmaktadır. Yeni teknolojilerin sağladığı enerji verimliliğinin yanında üretilen kâğıt kalitesinin veya kâğıt üretim hızının da artmasının kaçınılmaz olduğu vurgulanmaktadır.