1.6.3. Автоматизация процессов отбелки целлюлозы

1.6.3.1. Характеристика объекта управления

Процесс отбелки является одним из основных этапов производства целлюлозы — полуфабрика­та, используемого для изготовления бумаги, кар­тона в ЦБП или искусственного волокна в хими­ческой промышленности. На отбелку поступает цел­люлоза, полученная в результате варки древеси­ны, и задача процесса отбелки — придание целлю­лозе необходимой белизны и ряда других специфи­ческих свойств, определяющих ее пригодность для переработки. Технология современных процессов отбелки целлюлоз различных видов подробно рас­смотрена в томе 1, ч. 2 настоящего издания [115].

Наиболее распространенная схема процесса от­белки целлюлозы для бумаги на отечественных предприятиях:

Х/Д - Щ1 - Г - Д1 - Щ2 - Д2 - К,

где Х/Д — ступень хлорирования с добавкой ди­оксида хлора; Щ1, Щ2 — ступени щелочной обра­ботки; Г — ступень гипохлоритной отбелки; Д1, Д2 — ступени отбелки диоксидом хлора; К — кис­ловка.

На ряде целлюлозных заводов после варки про­изводится кислородно-щелочная обработка (КЩО), обеспечивающая дополнительную делигнификацию целлюлозы.

Современная тенденция состоит в переходе к от­белке без применения молекулярного хлора либо полностью без применения хлорных соединений, поэтому в приведенной последовательности ступе­ней отбелки на 1-й ступени может использоваться диоксид хлора без хлора (ДО), а вместо гипохло­ритной отбелки эффективно применение кислоро­да и пероксида водорода с добавкой щелочи (ЩОП).

Для реализации бесхлорного процесса делигни-фикация и отбелка целлюлозы должны выполнять­ся с применением озона, кислорода и пероксида водорода, а для эффективной отбелки пероксидом водорода необходима предварительная обработка целлюлозы хелатирующими реагентами.

Целлюлоза для химической переработки (вис­козная, ацетатная) отличается от целлюлозы для бумаги особыми показателями качества: содержа­нием недеструктированной целлюлозы (ос-целлюло­зы) и вязкостью раствора целлюлозы. В связи с этим схемы отбелки целлюлозы для химической переработки включают дополнительно ступень об­лагораживания (щелочную обработку целлюлозы при повышенной концентрации щелочи). На этой ступени происходит интенсивное растворение дест-руктированной целлюлозы и обеспечивается тре­буемое содержание ос-целлюлозы. Показатель вяз­кости формируется в основном в ступенях гипо­хлоритной отбелки.

Отбельные установки состоят из 3...7 реак­торов — ступеней отбелки, в которых целлюлоза последовательно обрабатывается различными хи­микатами. Процесс непрерывный, длительность об­работки в ступени составляет 0,5...4,0 ч, весь про­цесс длится до 15 ч. Технологические обратные связи практически отсутствуют.

Цель автоматизированной системы управления процессом — при заданной производительности ус­тановки и переменном качестве небеленой целлюло­зы обеспечить требуемые показатели качества беле­ной целлюлозы при минимальных затратах на хи­микаты, используемые в процессе отбелки. Такая постановка задачи управления обеспечивает выпол­нение технологических и экономических требований к процессу отбелки, а также и экологических требо­ваний, так как минимизация расходов химикатов и создание условий для их эффективного использова­ния в реакциях гарантирует минимальный сброс хи­микатов со сточными водами и в атмосферу.

Ниже рассмотрена идеология управления основ­ными ступенями отбелки на основе имеющихся в настоящее время средств контроля этих процессов.

1.6.3.2. Основные принципы управления процессами отбелки целлюлозы

Система управления отбельным цехом включа­ет большое количество контуров измерения и регу­лирования общетехнических параметров процес­са — расходов, температуры, уровней и давления в аппаратах. К ним можно отнести и концентра­цию целлюлозной суспензии.

Измерение и регулирование этих параметров необходимо для реализации технологического процесса и образует базовый уровень регулирования процесса отбелки. Структура этой системы разви­валась от большого набора локальных контуров регулирования до современных бесщитовых систем управления, в которых все функции регулирования и общения с оператором реализуют программируе­мые контроллеры и рабочие станции пульта опе­ратора-технолога.

Такие общепромышленные контуры регулиро­вания обеспечивают стабилизацию заданных зна­чений параметров, но не решают задачу управления собственно процессом отбелки, т. е. выбора требу­емых управляющих воздействий для выполнения технологической задачи — получения целлюлозы заданного качества.

Именно эти вопросы составляют основу много­численных работ, посвященных средствам контроля и способам управления процессами отбелки.

Общие задачи управления определяются требо­ваниями к качеству целлюлозы, содержащимися в технических условиях или ГОСТах. При техноло­гической наладке процесса фактически производит­ся декомпозиция общей задачи управления [116], в результате чего определяются требования для каждой ступени отбелки по показателям качества (степени делигнификации, белизне, вязкости) и условиям процесса (температуре, значению рН среды). Правильный выбор условий процесса обес печивает минимальные потери прочности целлю лозы для бумаги или оптимальные условия обра ботки целлюлозы для химической переработки.

Важными задачами при управлении отбелко] являются расчет расходов волокна на входе каж дой ступени отбелки и возможность отслеживание движения целлюлозы по ступеням [117] — это пое воляет автоматизировать процедуры изменени, производительности установки, смены сорта цел люлозы или породного состава древесины.

С расчетом производительности связана задач расчета длительности пребывания массы в башня [118]. Время реакции является важным технолога ческим параметром процесса, особенно в моделя вязкости целлюлозы для химической переработка Кроме того, эта информация позволяет связать в времени данные лабораторного контроля или автс матических измерений показателей качества цех люлозы на выходе ступени с соответствующей п времени технологической ситуацией на входе и на! более достоверно корректировать управление на вхс де ступени по результатам на выходе [119].

В последние десятилетия основным направл< нием развития систем управления отбелкой стал разработка специальных измерителей, характер! зующих свойства целлюлозы или концентраци: химикатов в массе. Наибольшее распространена получили датчики белизны целлюлозы в потоь массы и концентрации отбеливающих химикате в целлюлозной суспензии. Специальные измерит ли рассмотрены в пп. 1.6.3.4.