1.6.1.4. Управление процессами периодической сульфатной варки целлюлозы

Для управления процессами сульфатной варки используется if-фактор, предложенный Врумом в 1957 г. Вывод его основан на предположении, что кинетика растворения лигнина описывается урав­нением первого порядка по лигнину

dL

где скорость растворения лигнина; t — про-

dt

должительность реакции, время варки целлюло­зы; k — константа скорости реакции, зависящая от температуры; L(t) — концентрация лигнина в твердой фазе.

Решение уравнения кинетики дает следующее выражение для содержания остаточного лигнина в древесине:

где Uq — постоянный коэффициент, отражающий частоту столкновений молекул реагирующих ве­ществ; Е — энергия активации; R — универсаль­ная газовая постоянная; Т — абсолютная темпе­ратура.

Подставив это выражение в решение уравнения кинетики, получим

сульфатной целлюлозы в котлах периодического действия. Так как истинное значение константы скорости реакции растворения лигнина определить невозможно, то Врум принял значение константы скорости реакции при температуре 100 °С равным единице. В этом случае можно определить числен­ное значение коэффициента &₀. Логарифмируя урав­нение Аррениуса, получим

Кажущееся значение энергии активации реак­ции растворения лигнина было определено экспе­риментальным путем по данным лабораторных ва­рок. Значение Е для процесса сульфатной варки хвойной древесины составляет 134 080 Дж/моль. Тогда

Относительные константы скорости реакции при этих предположениях имеют вид

134 080 134 080

_{k = е}43,З_е8,3(100+273) _ _е8,3(100+273)

Отсюда для //-фактора получим выражение

Управление по //"-фактору дает положительные результаты при постоянной концентрации хими­катов, постоянной энергии активации для всех ста­дий делигнификации и постоянном породном и фракционном составе щепы.

Для определения //-фактора в табл. 1.36 при­водятся относительные константы скорости реак­ций делигнификации.

Коэффициент корреляции между значением //-фактора и числом Каппа, рассчитанный по дан­ным промышленной эксплуатации, составил 0,5... ...0,6, что позволяет только незначительно (при­мерно на 20 %) снизить колебания качественных показателей.

Влияние качества щепы и неточности дозиров­ки щелоков приводит к изменению не только на­чальной концентрации варочного щелока, но и всей концентрационной кривой. Другими словами, из­мерение концентрации эффективной щелочи в про­цессе варки с использованием измерителя электро­проводности позволяет косвенным образом учесть неконтролируемые возмущения.

где л — интегрально-кинетический критерии; г> — сульфидность белого щелока; c{t) — концентра­ция эффективной щелочи в варочном щелоке; п — температурный коэффициент, показывающий, во сколько раз возрастает скорость реакции при уве­личении температуры варки на 10 °С, для процес­са сульфатной варки п = 2,6; а — стехиометриче-ский коэффициент, а = 0,4; T(t) — температура варочного щелока, °С.

Критерий может быть записан с использовани­ем уравнения Аррениуса:

Варка до постоянного значения критерия по­зволяет снизить колебание качественных показа­телей на 40...50 %.

Если изменяются химический и породный соста­вы щепы, то для определения конца варки следует использовать адаптивную математическую модель

у = у₀+аК, (1.184)

где у — значение качественных показателей; у₀ — свободный член математической модели, подстраи­ваемый по результатам рассогласования лаборатор­ных и расчетных значений качественных показате­лей; а — коэффициент математической модели.