Всероссийский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности (внииб) Технология целлюлозно - бумажного производства

Том III

АВТОМАТИЗАЦИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, ЭКОНОМИКА И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ЦБП

Часть первая

Автоматизация, стандартизация и экономика в ЦБП

1.6. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЦБП

1.6.1. Автоматизация процессов периодической варки целлюлозы

1.6.1.1. Характеристика объекта управления

Периодическая варка целлюлозы широко при­меняется на отечественных и зарубежных предпри­ятиях.

Основными способами получения целлюлозы в аппаратах периодического действия являются суль­фатный и сульфитный. Последние, в свою очередь, делятся на одноступенчатые и двухступенчатые процессы получения целлюлозы.

Общие преимущества варки целлюлозы в кот­лах периодического действия по сравнению с не­прерывным способом заключаются в простоте кон­струкции и надежности работы оборудования, лег­кости управления технологическим процессом, меньших потерях в выработке продукции при ос­тановах оборудования, более простом переходе с одного вида сырья на другой.

Однако традиционной периодической варке при­сущи довольно серьезные недостатки:

В период нагрева проводятся сдувки, в резуль­тате которых газообразные продукты непрерывно выводятся из варочного котла и поступают на спе­циальные установки:

• в систему регенерации S0₂ (при сульфитной и бисульфитной варках);

• на установку по утилизации тепла и выделе­ния скипидара-сырца (при сульфатной варке).

Варка — это стоянка при конечной температу­ре. Продолжительность стоянки зависит от вида вырабатываемой целлюлозы, породы древесины и температуры варки.

Опорожнение котла производится методом вы­дувки или вымывки. При выдувке сваренная щепа вместе с отработанным черным щелоком за счет разности давлений поступает в специальную ем­кость (выдувной резервуар). Пары вскипания ухо­дят через патрубок в верхнем конусе выдувного резервуара в ловушку, а затем в установку для улавливания тепла.

При вымывке, которая чаще применяется при производстве сульфитной целлюлозы, в котел по­дают отработанный щелок с температурой около 60...70 °С, который вытесняет горячий и крепкий черный щелок. После снижения температуры в котле до 85...90 °С целлюлозную массу выкачива­ют из котла с помощью насосов.

Объектами управления периодической варки целлюлозы являются варочный котел периодиче­ского действия и варочный цех. Целью процесса варки вне зависимости от его модификации явля­ется получение требуемого количества целлюлозы с заданными качественными показателями (степень делигнификации, сорность, непровар, вязкость и некоторые другие в зависимости от вида произво­димой целлюлозы).

Система управления процессом варки должна обеспечить соблюдение заданного режима работы варочного котла, требуемую производительность и заданное качество целлюлозы.

На качественные показатели процесса варки влияют следующие основные параметры:

• щепа (порода древесины, которая определяет ее анатомическое строение и химический состав, фракционный состав, влажность, содержание гни­ли, сучков и коры);

• варочный раствор (количество щелоков или кислоты, концентрация варочного раствора, удель­ный расход, гидромодуль и наличие примесей);

• температурно-временной режим (длительность и температура пропитки, длительность подъема температуры до заданного значения, длительность и температура варки).

Количество и качество варочного раствора и тем­пературно-временной режим можно с приемлемой степенью точности контролировать. Кроме того, температура и количество щелоков являются уп­равляемыми параметрами. Качество щепы при су­ществующих методах анализа и дискретности отбо­ра проб невозможно использовать в системе управ­ления качественными показателями целлюлозы из-за непредставительности пробы, т. е. изменение качественных показателей щепы является основ­ным возмущающим воздействием для процесса вар­ки. Кроме того, масса щепы или не измеряется, или измеряется с большой погрешностью, что так­же делает невозможным использование этого па­раметра для управления процессом.

Производительность варочного цеха определя­ется количеством варочных котлов, массой загру­женной щепы, выходом целлюлозы из древесины и температурно-временным графиком.

Если длительности стадий допускают измене­ния, то возможен расчет графиков работы вароч­ных котлов, что может обеспечить требуемую про­изводительность .

1.6.1.2. Контрольно-измерительные приборы

Для измерения температур, давлений и уровней могут быть использованы общепромышленные дат­чики, как отечественные, так и импортные. Для измерения температуры варочного раствора целе­сообразно применять термометры, имеющие класс точности не хуже 0,5...1,0, например, платиновые термометры сопротивления (платина 100).

В настоящее время на предприятиях ЦБП ис­пользуется запорная и запорно-регулирующая ар­матура в основном фирм «Jamesbury» (в настоящее время входит в состав фирмы «Metso») и «Naf».

К числу специализированных датчиков, разра­ботанных для ЦБП, относятся анализаторы числа Каппа (Kappa Number Analyzer фирмы «BTG»). Прибор автоматически выполняет все необходимые процедуры по взятию пробы и подготовки ее к из­мерению. Однако применение прибора только для управления варкой не дает существенных преиму­ществ по сравнению с лабораторными анализами, так как пробы берутся только после окончания варки.

Как отмечалось выше, основным возмущающим воздействием для процесса является изменение по­родного, фракционного и качественного состава щепы. Косвенным параметром, по которому можно судить о качестве щепы, является изменение кон­центрации варочного раствора в процессе варки.

Известен прибор CLA, разработанный фирмой «Afora» [89]. Прибор измеряет растворенные ком­поненты древесины и эффективную щелочность для каждой варки в реальном времени. Однако данных о его применении или испытаниях нет.

Для измерения концентрации щелоков в про­цессе сульфатной варки предлагается использовать приборы, основанные на принципе измерения элек­тропроводности. Может быть использован датчик электропроводности, конструкция которого позво­ляет применять его для следующих условий суль­фатной варки: рН ~ 12, температура — 170 °С, давление — 0,75 МПа. Наибольшую известность получили датчики электропроводности Alkali Analy­zer, разработанные датской фирмой «Kemotron».

Жесткий четырехэлектродный датчик с элек­тродами, укрепленными на стенках ячейки с по­мощью изоляторов, изготовлен из коррозионно-стойкой стали. На одну пару электродов подается ток и измеряется разность потенциалов между вто­рой парой электродов. Преимуществами датчика являются температурная компенсация, а также контроль загрязнений электродов и возможность их очистки, при превышении допустимого предела загрязнения. Имеется возможность отбора проб для калибровки датчика. Прибор подключается по схеме представленной на рис. 1.77.

Зависимость между электропроводностью и кон­центрацией эффективной щелочности приведена на рис. 1.78. Коэффициент корреляции, полученный с использованием измерителя электропроводности Туре 1421 фирмы «Kemotron» между электропро­водностью и эффективной щелочностью, рассчитан­ный для условий ОАО «Братский ЛПК», составил 0,95.

Связь между значениями электропроводности и эффективной щелочности определяется выражением

EL = b₀ + b_xPR + b₂S, (1.176)

г де EL — расчетное значение эффективной щелоч­ности; b₀,b_vb₂ — коэффициенты уравнения; PR — измеренное значение проводимости; S — сульфид-ность белого щелока.

По каждому виду варки должны определяться значения коэффициентов уравнения для EL. Для оценки коэффициентов необходимо отобрать не менее 30 проб варочного раствора, определить лабо­раторным путем эффективную щелочность и рассчи­тать коэффициенты уравнения с использованием ме­тода наименьших квадратов или рекуррентного ме­тода наименьших квадратов. При необходимости подстройка коэффициентов также производится с использованием рекуррентного метода наименьших квадратов.