книги из ГПНТБ / Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов

Во всех трех случаях очень важным является обеспечение по­ стоянства давления греющего пара.

Необходимо отметить, что регулирование влажности бумаж­ ного полотна только по температуре сушильных цилиндров без измерения влажности полотна редко достигает цели, так как влаж­ ность полотна зависит не только от температуры сушки и может быть различной при одной и той же температуре сушки. Однако правильное распределение температур по ходу движения полотна и контроль за величиной этих температур является необходимым условием соблюдения режима сушки. Так, бумага плотной струк­ туры, вырабатываемая из массы жирного помола, должна су­ шиться при более низкой температуре, чем бумага, полученная из массы садкого помола, иначе может произойти коробление бумаги, а также увеличение пухлости, пористости и впитывающей способ­ ности.

Наиболее целесообразным является регулирование процесса сушки бумаги на основе измерения влажности бумажного полотна перед накатом. Регулирование осуществляется либо изменением подачи пара в последнюю перед накатом группу цилиндров при условии обеспечения постоянной температуры и давления пара в общем трубопроводе, либо изменением подачи пара во все группы цилиндров одновременно. В последнем случае необходима обратная связь по температуре или давлению пара в общем трубо­ проводе.

В схеме, приведенной на рис. 103, ПИ-регуляторами произво­

10), причем работа регулятора давления пара в последней по ходу полотна группе сушильных цилиндров корректируется по влаж­ ности полотна, измеряемой перед накатом (поз. 14).

В комплектах каждого из регуляторов давления предусмотрена блокировка на случай обрыва потока. Блокирующие устройства рключены в электрические цепи фотоэлектрических сигнализаторов обрывов (поз. / и 12 на рис. 102 и поз. 10 на рис. 103) и отключают пар от сушильных цилиндров при обрыве бумажного полотна.

В комплексе с регулированием влажности производится автома­ тическое регулирование массы 1 м2 бумаги, поскольку она зависит от влажности. Чаще всего измерение массы 1 м2 бумажного по­ лотна производят в конце сушильной части после холодильного цилиндра, т. е. там же, где измеряют влажность полотна. Иногда для контроля за работой мокрой части машины — за регулярным поступлением бумажной массы, правильным обезвоживанием на се­ точной и в прессовой частях и т. п. — измеритель массы 1 м2 уста­ навливают также перед сушильной частью.

Автоматическое регулирование размера массы 1 м2 бумажного полотна осуществляется ПИ-регулятором (поз. 13), регулирующий орган которого устанавливается на массопроводе к смесительному насосу (на рис. 103 связь с регулирующим органом не показана). При этом на работу регулятора значительное отрицательное влияние

287

оказывает транспортное запаздывание, равное промежутку вре­ мени от момента прохождения бумажной массы через регулирую­ щий орган до момента измерения массы 1 м2 полотна перед на­ катом.

Общий расход пара на каждую бумагоделательную машину кон­ тролируется показывающим, самопишущим и интегрирующим рас­ ходомером переменного перепада (поз. 18), в комплект которого входят камерная диафрагма и сильфонный дифманометр. Анало­

рис. 103 не показан). Давление греющего пара в общем трубопро­ воде регулируется ПИ-регулятором (поз. 17).

ПИ-регуляторами с пьезометрическими трубками регулируются уровни в баке горячей воды (поз. 2), в мешалке для сухого брака (поз. 15), в мешалке под клеильным прессом и в баке для крах­ мального клея (на рис. 103 не показано). Также ПИ-регуляторами регулируется высота уровней в сборниках чистого конденсата

(поз. 6, 8 и 11).

Автоматическое регулирование температуры конденсата в баке горячей воды и после конденсатора осуществляется ПИ-регулято­ рами (поз. 3 и 4). ПИ-регуляторы концентрации устанавливаются после мешалки для сухого брака (поз. 16) и после мешалки под клеильным прессом (на рис. 103 не показаны).

Время работы бумагоделательных машин учитывается, напри­ мер, электрическими часами с приводом стрелки от синхронного микродвигателя. При нормальной раббТе машины микродвигатель находится под напряжением и приводит в движение стрелки часов. При обрывах и холостых ходах бумагоделательной машины элек­ трическое питание цепи микродвигателя разрывается замыкателем и движение стрелок прекращается.

Скорость бумагоделательных машин определяется по показа­ ниям вольтметров, отградуированных в метрах в минуту. Вольт­ метры подключаются к таходинамо постоянного тока, устанавлива­ емой на одной оси с приводным электродвигателем машины. Для учета выработки на накате и продольнорезательных станках уста­ навливаются счетчики метража бумаги. Масса бумаги учитывается весами, устанавливаемыми после наката и после продольнореза­ тельного станка. На высокоскоростных бумагоделательных маши­ нах применяются автоматические устройства для правки сеток обычно пневматического или гидравлического действия.

Автоматизация процессов изготовления картона. При выра­ ботке однослойных тонких картонов на бумагоделательных маши­ нах требования к автоматизации технологических процессов при­ мерно такие же, как и при выработке бумаги.

При выработке многослойного толстого листового или ролевого картона на специальных картоноделательных машинах требова­ ния к автоматизации технологических процессов несколько сни­ жаются и системы контроля и регулирования упрощаются-

Рассмотрим автоматизацию многоцилиндровой картонодела-

288

тельной машины для производства ролевого трехслойного картона. Машинные бассейны для аккумулирования картонной массы для нанесения среднего и наружных — верхнего и нижнего — слоев картона оснащаются уровнемерами с- сигнализацией предельных

значений уровня, а также ПИ-регуляторами концентрации.

В ваннах сеточных цилиндров ПИ-регуляторами стабилизиру­ ется уровень массы, а медными термометрами в комплекте с логометром измеряется ее температура. В сливающейся из сеточных цилиндров оборотной воде контролируется pH. В сборниках обо­ ротной воды контролируется температура и П-регуляторами пря­ мого действия поддерживается уровень воды. В сборнике отходов прессовой части машины контролируется и сигнализируется уро­ вень отходов.

Всушильной части контролируется температура поверхностей сушильных цилиндров при помощи медных поверхностных тер­ мометров сопротивления в комплекте с логометром. В гидроразбивателе П-регулятором прямого действия регулируется уровень массы. Расходомером переменного перепада измеряется расход свежей воды.

Вводоотделителях П-регуляторами поддерживается уровень воды. В теплообменнике регулируется температура посредством ПИ-регулятора. Расходомером переменного перепада измеряется расход возвратного конденсата.

Во входном паропроводе измеряются температура, давление и расход пара. ПИ-регулятором регулируется давление пара во входном паропроводе, а также в паропроводах к пилот-цилиндру,

ксукносушильным цилиндрам, а также первой группе картоносу­ шильных цилиндров. Во второй и последней, третьей, группах кар­ тоносушильных цилиндров давление пара регулируется по размеру перепада давлений соответственно в первой и во второй, во второй

итретьей группах цилиндров.

Перед накатом контролируется размер массы 1 м2 и влажность картонного полотна.

При производстве картона качество подготовки картонной массы по концентрации и композиции имеет такое же важное зна­ чение, как и при выработке бумаги, и поэтому процессы подго­ товки массы для изготовления картона автоматизируются соответ­ ствующим образом.

ГЛАВА 14. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЛЕСОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Автоматизация канифольно-терпентинного производства

Автоматизация процесса получения живичной канифоли. На

рис. 104 приведена упрощенная функциональная схема автомати­ зации процесса переработки живицы на канифоль и скипидар.

Живица представляет собой натуральное смолистое вещество, получаемое путем подсочки растущей сосны, и состоит в основном из смолистых кислот и терпеновых углеводородов. Терпентином

называется очищенная от воды и сора живица, разбавленная ски­ пидаром. Терпентин взрыво- и огнеопасен.

Живица на переработку поступает со склада в железных или деревянных бочках. С помощью электротельфера, снабженного вибратором, бочка опрокидывается над бункером живицемялки 4, и живица сбрасывается в бункер. Одновременно в живицемялку подаются скипидар из напорного бака 3 и разбавленная ортофо­ сфорная кислота из бака 2.

Скипидар необходим для придания живице транспортабельных свойств и для повышения эффективности последующего процесса очистки живицы отстаиванием. В данном случае применяется бес­ солевой способ отстаивания живицы, и поэтому расход скипидара составляет 25—30% от расхода живицы. В напорный бак 3 ски­ пидар поступает из бака 26 оборотного скипидара. Ортофосфорная кислота необходима для осветления живицы, т. е. химического освобождения ее от сложных соединений смоляных кислот с желе­ зом, отчего живица темнеет и ухудшаются качественные показа­ тели по цвету получаемой канифоли.

Перемешанная до однородного состояния живица перекачива­ ется в непрерывно действующий плавильник 5, представляющий собой теплообменник типа «труба в трубе». В паровую рубашку плавильника вводится глухой греющий пар, а внутрь плавильника через кольцевой барботер — острый пар. С целью растворения кри­ сталлов смоляных кислот в скипидаре и придания текучести жи­ вица нагревается в плавильнике до температуры 95—100° С.

Из плавильника эмульсия расплавленной живицы перекачива­ ется в один из поочередно работающих друк-фильтров 22 (на схеме показан один из них). В друк-фңльтре задерживается круп­ ный сор. Эмульсия, содержащая песок и другие мелкие по раз­ меру механические примеси, затем передавливается давлением острого пара в напорный бак 24. Оставшийся в друк-фильтре крупный древесный сор подвергается экстракции скипидаром для извлечения из него смолистых веществ. Скипидар с температурой 90—100°С подается через нагреватель 27. Экстракция произво­ дится при обогреве друк-фильтра глухим паром. Пары легколету­ чей фракции скипидара переходят в холодильник 23, где конден­ сируются. Конденсат поступает во флорентину 25, откуда скипидар сливается в бак 26 оборотного скипидара, а вода — в сборник обо­ ротной воды-

Из напорного бака 24 эмульсия направляется в отстойник 6, где производится отстаивание ее от песка, воды, солей железа, мелких механических примесей. Из верхней части последней сек­ ции отстойника в бак 28 непрерывно сливается отстоявшийся ра­ створ канифоли в скипидаре (терпентин), который из бака 28 пе­ рекачивается насосом в подогреватель 7. Подогретый до 160— 170° С терпентин поступает в верхнюю часть канифолеуваривательной колонны 8. Основная часть скипидара улетучивается из тер­ пентина сразу после поступления его в колонну. Остатки скипи­ дара отгоняются острым паром, подаваемым через барботер

в нижнюю часть колонны. Для обеспечения в колонне температуры 160—170° С на каждой из тарелок, кроме верхней, помещены зме­ евики для обогревания терпентина глухим паром.

Пары скипидара, выходящие из верхней части канифолеуваривательной колонны, попадают в дефлегматор 11, где происходит разделение скипидара на тяжелую и легкую фракции. Тяжелая фракция конденсируется в холодильнике 21, после чего конденсат отстаивается во флорентине 20, откуда скипидар сливается в бак оборотного скипидара 19, а вода — в бак оборотной воды.

Пары воды и легкой фракции скипидара конденсируются в хо­ лодильниках 12 и 13, а получаемый конденсат отстаивается во

тину 16. Из флорентины 16 скипидар через соляно-ватный фильтр 17 поступает в бак товарного скипидара 18, откуда перекачивается на склад или в бак 3.

Уваренная расплавленная канифоль из нижней части канифолеуваривательной колонны 8 через буферный бак 9 поступает на канифолеразливочный барабан 10 и разливается в бочки. Кани­ фолеразливочный барабан 10 имеет водяную рубашку для охлаж­ дения канифоли. Конденсат водяного пара возвращается в ко­ тельную.

Вода после холодильников представляет собой условно чистые промышленные стоки, используемые для разбавления 'ортофосфор­ ной кислоты в смесителе 1. Флорентинные воды представляют собой условно грязные промышленные стоки, которые направля­ ются в очистные сооружения и после очистки сбрасываются в во­ доемы.

Для регулирования расхода скипидара в живицемялку приме­ няется ПИ-регулятор (поз. 1), действующий на основе измерения электрической мощности, потребляемой электроприводом живице­ мялки или потребляемого тока, исполнительное устройство кото­ рого устанавливается на линии подачи скипидара в живицемялку. Чем гуще живица, тем больше нагрузка на валу электропривода и тем больше должен быть расход скипидара. Из-за значительной емкости и инерционности живицемялки как объекта регулирования систему регулирования расхода скипидара следует настраивать очень тщательно, с возможным переводом на ПИД-регулирование или на импульсное регулирование.

В баках 2 и 3 П-регуляторами поддерживается высота уров­ ней кислоты (поз. 2) и скипидара (поз. 3). Высота уровня в сме­ сителе 1 поддерживается П-регулятором, воздействующим на по­ дачу горячей воды (на схеме не показано).

ПИ-регулятор стабилизирует температуру расплавленной жи­ вицы на выходе из плавильника 5 (поз. 4). Исполнительное уст­ ройство регулятора в виде регулирующего клапана с пневматиче­ ским мембранно-пружинным приводом и позиционером устанавли­ вается на трубопроводе подачи греющего пара в паровую рубашку плавильника.

292

Расходы глухого и острого греющего пара, затрачиваемые на подогрев расплавленной живицы, измеряются расходомерами пере­ менного перепада (на схеме не показано).

В отстойнике 6 посредством ПИ-регулятора стабилизируется высота уровня (поз. 5). Исполнительное устройство регулятора встраивается в трубопровод подачи в отстойник расплавленной живицы. Система регулирования уровня в отстойнике требует тща­ тельной настройки, причем не исключается введение воздействия по первой производной (ПИД-регулирование), так как в системе имеется значительное переменное по размеру запаздывание, зави­ сящее от степени загрязнения мелким сором ситчатых перегородок декантатора. Это еще более затрудняет настройку и работу регу­ лятора уровня. Нестабильность действия регулятора приводит к ча­ стым переходным процессам в системе регулирования и, как след­ ствие, к увеличению содержания воды в живице, подаваемой в ко­ лонну. Это вызывает снижение температуры в колонне и дополни­ тельный расход тепла. Кроме того, с возрастанием поступления воды увеличивается поступление содержащихся в воде солей раз­ личных кислот, что приводит к следующим нежелательным явле­ ниям: вследствие оседания солей на тарелках возрастает сопрртивление движению паров скипидара в колонне и увеличивается унос канифоли с парами скипидара; вследствие оседания солей на змеевиках ухудшается теплопередача; вследствие попадания солей в канифоль снижается ее электрическое сопротивление и она не может быть использована, например, в кабельной.промыш­ ленности.

Необходимо также контролировать температуру в отстойнике, которая должна находиться в пределах 93—98° С (на схеме не по­ казано). При этих температурах создаются наиболее благоприят­ ные условия для отстаивания — снижается вязкость раствора и возрастает скорость осаждения сора и отделения воды от живицы со скипидаром. Резкие изменения температуры поступающего в от­ стойник раствора вызывают конвективное перемешивание, в ре­ зультате чего возрастает время отстаивания и снижается качество отстоя (не полностью отделяется влага от раствора).

Температура в друк-фильтре манометрическим показывающим термометром контролируется (на схеме не показано). Температура освобожденной от сора и других механических примесей живицы (терпентина), подаваемой в канифолеуваривательную колонну 8, стабилизируется ПИ-регулятором (поз. 6), исполнительное устрой­ ство которого устанавливается на линии подачи греющего пара в подогреватель 7. При понижении температуры ниже 160° С ухуд­ шается выделение скипидара из канифоли, в результате чего па­

изомерные и другие превращения терпенов и смоляных кислот, входящих в состав живицы, что отражается в дальнейшем на качество получаемых продуктов. Кроме того, поддержание

293

температуры живицы на постоянном значении стабилизирует работу канифолеуваривательной колонны.

Канифолеуваривательная колонна 8 является объектом с рас­ пределенными параметрами, т. е. любое возмущающее воздейст­ вие, внесенное в той или иной части колонны, распространяется по высоте колонны от тарелки к тарелке и только постепенно через длительный промежуток времени в колонне достигается новое фи­ зико-химическое равновесие. Время достижения такого равновесия практически определяется тепловой емкостью и инерционностью колонны как объекта регулирования.

К в х о д н ы м п е р е м е н н ы м в е л и ч и н а м процесса от­ гонки скипидара и уваривания канифоли относятся: термодинами­ ческое состояние, состав и скорость поступления (расход) исход­ ной смеси; давление и температура в колонне; расход и темпера­ тура пара и др. К в ы х о д н ы м п е р е м е н н ы м в е л и ч и н а м этого процесса относятся: расход отгоняемого скипидара, расход получаемой канифоли, концентрация терпенов в канифоли и др.

Для более полной отгонки скипидара важное значение имеет размер расхода острого пара, подаваемого в нижнюю часть кани­ фолеуваривательной колонны. Живица, подогретая в подогрева­ теле, протекая по колонне сверху вниз, остывает вследствие рас­ хода тепла на испарение скипидара. При пониженных температу­ рах в средней и нижней частях колонны замедляется десорбция остатков скипидара и ухудшается уваривание канифоли (в кани­ фоли остаются терпены тяжелых фракций), вследствие чего сни­ жаются температура размягчения и выход скипидара, т. е. ухуд­ шается сортность канифоли. Повышенные температуры отрица­ тельно сказываются на качество терпентинного масла: снижается объем отгона при температурах ниже 170°С; возрастает кислот­ ное число вследствие интенсивного испарения скипидара на пер­ вых верхних тарелках, приводящего к уносу его высококипящих фракций и возгонке канифоли. При возгонке канифоли образу­ ются жидкие канифольные масла за счет декарбоксилирования смоляных кислот, что приводит к потемнению канифоли и пони­ жению температуры плавления, т. е. к ухудшению свойств кани­ фоли. Для предотвращения этих нежелательных явлений устанав­ ливается ПИ-регулятор соотношения расходов острого греющего пара, подаваемого через барботер внутрь канифолеуваривательной колонны, и живицы, поступающей в колонну (поз. 7). Для изме­ рения расхода раствора канифоли (живицы) в скипидаре в этом случае применяется расходомер переменного перепада с диафраг­ мой с двойным скосом.

Живица не должна попадать в соединительные трубки расходо­

и превращается в канифоль. Для предохранения от этих нежела­ тельных явлений соединительные трубки и отверстия диафрагмы непрерывно промываются скипидаром, поступающим через микро-

294

ротаметры в соединительные трубки. Скипидар выдавливается сжатым воздухом из специального герметично закрытого напор­ ного бачка.

Из-за сложности измерения расхода живицы вместо указанной системы регулирования соотношения расходов живицы и острого пара можно регулировать только температуру в нижней части ко­ лонны ПИ-регулятором (поз. 8), исполнительное устройство кото­ рого воздействует на размер расхода острого пара в барботер колонны (на схеме подключение не показано).

Стабилизация температуры в верхней части колонны осущест­ вляется ПИ-регулятором (поз. 9), исполнительное устройство ко­ торого устанавливается на трубопроводе глухого пара.

Уровень канифоли в нижней части колонны стабилизируется гидрозатвором, через который уваренная канифоль перетекает в буферный бак 9, где измеряется высота уровня и сигнализиру­ ются крайние его положения (поз. 10).

В ванне разливочного барабана 10 температура канифоли кон­ тролируется (поз. 11) для определения расхода воды, подаваемой в охладительный барабан для быстрого охлаждения канифоли, что необходимо для предотвращения ее кристаллизации.

Во избежание конвективного перемешивания конденсата во флорентине 14 и, следовательно, ухудшения процесса отделения скипидара от воды для стабилизации температуры конденсата на выходе из холодильника 12 устанавливается ПИ-регулятор (поз. 12), исполнительное устройство которого помещается на ли­ нии охлаждающей воды.

Такие же регуляторы устанавливаются для стабилизации тем­ пературы скипидарсодержащего конденсата после холодильников 21 и 23 с целью исключения конвективного перемешивания жид­ костей во флорентинах 20. и 25 (поз. 13, 20).

Высота уровней скипидара измеряется уровнемерами в баке 15 (поз. 14), флорентине 16 (поз. 15), баке 18 (поз. 16), в баке оборотного скипидара 19 (поз. 17) и в баке 26 (на схеме не по­ казано).

Во флорентине 14 ПИ-регулятором стабилизируется уровень раздела отстаивающихся жидкостей, что достигается поддержа­ нием необходимого расхода конденсата этих жидкостей на выходе из холодильника 13 (на схеме не показано).

Посредством ПИ-регуляторов или П-регуляторов стабилизиру­

Количество вырабатываемого скипидара учитывается дисковым объемным счетчиком (типа бензиномера) или шестеренчатым спе­ циальным счетчиком.

Для измерения давления в паровых, скипидарных и других тру­ бопроводах, в частности после насосов, а также в различных ап­

295

Выше было отмечено, что канифольно-терпентинное производ­ ство взрывоопасно. Поэтому все приборьі й регуляторы пневмати­ ческого действия. Для сигнализации превышения допустимой кон­ центрации паров скипидара устанавливаются сигнализаторы го­ рючих газов в воздухе в различных местах помещения (вблизи живицемялки, сборников и т. д-).

Автоматизация канифольно-экстракционного производства

Автоматизация процесса экстракции смолистых веществ из ос­ мола. Под экстракцией понимается извлечение смолиетых веществ из осмола летучими растворителями в основном бензином. При этом смолистые вещества и скипидар переходят в раствор.

В х о д н ы м и п е р е м е н н ы м и в е л и ч и н а м и процесса эк­ стракции смолистых веществ из осмола являются: форма и раз­ мер технологической древесной щепы; ее начальные влажность, смолистость и температура; температура, давление, скорость цир­ куляции растворителя; распределение щепы в экстракторе; каче­ ственные показатели растворителя (высокая растворяющая спо­ собность по отношению к смолистым веществам, низкая удельная теплота испарения, низкая температура кипения и т. п.); способ экстракции и другие.

В ы х о д н ы м и п е р е м е н н ы м и в е л и ч и н а м и процесса экстракции смолистых веществ из осмола являются: скорость эк­ стракционного процесса; состав мисцеллы (смесь растворителя, например бензина, скипидара, летучих масел и канифоли).

На рис. 105 приведена упрощенная функциональная схема ав­ томатизации процесса батарейно-дефлегмационной экстракции ка­ нифоли.

Сущность батарейно-дефлегмационного (оросительного) спо­ соба экстракции заключается в том, что в батарею экстракторов (всего 10 экстракторов, из которых 6 постоянно используются для экстракции, 2 — для отдувки растворителя, 1— на разгрузке отра­ ботавшей щепы и загрузке свежей, 1— запасной) непрерывно по­ дается горячий растворитель-— флегма (бензин). Цикл работы эк­ стракторов равен 40 мин, т. е. через такие промежутки времени происходит переключение экстракторов на последующую стадию процесса.

После загрузки экстрактора свежей щепой в следующем цикле он подключается в качестве головного в батарею и происходят нагрев щепы и освобождение ее отвлаги (сушка) посредством впуска греющего пара растворителя, поступающего из испари- тельно-уваривательной установки.

Одновременно с этим шестой по порядку экстракторпереклю­ чается для проведения отдувки растворителя, а предыдущий пер­ вый экстрактор становится вторым и т. д.

Вкаждый из шести экстракторов подаются пары растворителя

ижидкий бензин, но расходы их различны: в шестой экстрактор подается бензина примерно в 6 раз больше, чем в первый, а паров

296