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

дятся газодувкой 2-го контура в топку; 2) уголь охлаждается газом, циркулирующим в замкнутом контуре; линия подачи газов из реторты в топку заглушается; конденсирующиеся газы не пода­ ются в реторту для охлаждения угля; нагретый углем газ охлаж­ дается в пенном скруббере, очищается в циклоне и через 1-ю газо­ дувку снова вводится в нижнюю часть реторты для охлаждения угля. При работе по второму способу самовозгорания угля не про­ исходит, что бывает иногда при охлаждении угля плохо очищен­ ными неконденсирующимися газами.

Избыточное давление на выходе парогазов из верхней части реторты должно быть не более 490 кПа. Превышение этого давле­ ния приводит к потере продуктов пиролиза и проникновению газов в помещение. Оно контролируется сильфонным напоромером с мембранным разделительным устройством с передачей показаний на вторичный пневматический измерительный показывающий при­ бор (на схеме не показано).

Давление неконденсирующихся газов после 1-й газодувки кон­ тролируется первичным измерительным прибором (напоромером) с передающим пневматическим преобразователем на вторичный измерительный показывающий прибор (поз. 5).

На выходе парогазов из реторты температура контролируется (поз. 6) термопарой с электронным потенциометром.

Теплоносителем для процесса пиролиза в реторте являются топочные газы — продукт сжигания горючих газов в топке ретор­ ты. Первоначальный разогрев реторты производится теплом топоч­ ных газов, получающихся от сжигания солярового масла-

Большое влияние на процесс пиролиза оказывает концентрация кислорода в топочных газах, поступающих в реторту: при наличии достаточного для горения количества кислорода в отходящих газах древесина (уголь) начинает гореть. Нормальная концентрация кислорода составляет 0,1%, а максимальная — 0,4%. Контроль содержания кислорода в топочных газах в линии между топкой и ретортой осуществляется автоматическим термомагнитным газо­ анализатором (поз. 7).

Минимальная концентрация кислорода достигается сжиганием топлива с подачей воздуха в топку в количестве, равном теоре­ тически необходимому, т. е. избыток воздуха должен равняться единице. С этой целью посредством ПИ-регулятора (поз. 8) ста­ билизируется соотношение расходов сжигаемого газа и воздуха, измеряемых расходомерами переменного перепада; исполнитель­ ное устройство этого регулятора в виде поворотной регулирующей заслонки с мембранно-пружинным приводом устанавливается на трубопроводе подачи воздуха в топку. В топке реторты сжигается не только генераторный газ, поступающий из цеха газификации щепы, но также газ, отводимый из-под второго конуса реторты (смесь ретортного газа с теплоносителем).

Расход генераторного газа стабилизируется ПИ-регулятором (поз. 9), исполнительное устройство которого устанавливается на газопроводе подачи генераторного газа.

317

Температура дымовых газов на выходе из топки должна со­ ставлять 600° С. Стабилизация температуры осуществляется ПИрегулятором (поз. 10), первичный измерительный преобразователь которого в виде хромель-алюмелевой термопары устанавливается на линии подачи дымовых газов из топки в реторту, а исполни­ тельное устройство в виде регулирующей поворотной заслонки с мембранно-пружинным приводом — на линии подачи ретортного газа на сжигание в топку.

Давление в коллекторе ретортного газа, сжигаемого в данной топке и топках других реторт, автоматически регулируется ПИ-ре- гулятором (поз. 11), исполнительное устройство которого в виде регулирующей поворотной заслонки с мембранно-пружинным при­ водом устанавливается на трубопроводе коллектора ретортного газа-

Давление неконденсирующихся газов после 2-й газодувки конт­ ролируется первичным измерительным* прибором (напоромер) с пе­ редающим пневматическим преобразователем на вторичный изме­ рительный показывающий прибор (поз. 12).

Манометром общего назначения с разделительным устройст­ вом контролируется давление солярового масла в нагнетательной линии насоса (поз. 13). Давление воды в нагнетательной линии насоса (поз. 14) контролируется манометром общего назначения. Напоромером контролируется давление в нагнетательной линии воздуходувки (поз. 15).

Отклонение от технологического режима (прекращение подачи древесины в реторту или сушилку; выход из строя топки для сжи­ гания генераторного и неконденсирующихся газов; выход из строя газодувок, воздуходувок или насосов; превышение допустимого отклонения температуры и давления в каком-либо месте измере­ ния; отключение подачи воды, электроэнергии и пр.) являются аварийным состоянием установки. Качество и надежность работы средств автоматизации имеют важную роль в своевременном об­ наружении аварийного состояния и предотвращения взрыва.

Для обеспечения взрывобезопасности процесса сжигания топ­ ливного газа в топке устанавливается автоматика защиты: сигна­ лизация понижения давления газа перед горелками топки (поз. 16)\ контроль наличия пламени горелки и погасания пламени (поз. ./7); сигнализация понижения давления воздуха за воздуходувкой (поз. 18). Кроме этого, устанавливаются многочисленные сигнали­ зирующие устройства, а также измерители давления в различных точках (на схеме не показаны), являющиеся средствами защиты от возникновения аварийных состояний процессов и аппаратов.

Уровень в сборнике оборотной воды (поз. 19) и уровень в сбор­ нике солярового масла (поз. 20) контролируются буйковыми уров­ немерами, имеющими передающие преобразователи для передачи показаний на вторичные приборы.

Температура оборотной воды, поступающей в пенный скруббер, стабилизируется ПИ-регулятором (поз. 21), исполнительное устрой­ ство которого устанавливается на линии подачи охлаждающей воды в холодильник.

318

Регулирование температуры газа на выходе из пенного скруб­ бера осуществляется ПИ-регулятором (поз. 22), исполнительное устройство которого устанавливается на подаче воды на орошение.

Все автоматические регуляторы оборудуются устройствами дистанционного управления.

Автоматизация процесса конденсации продуктов пиролиза дре­ весины. На рис. 112 приведена упрощенная функциональная схема автоматизации процесса конденсации продуктов пиролиза дре­ весины.

В сборник 2 насосами 11 перекачивается жижка из приемного бака 10, а также сливается конденсат, отобранный из предконден­ сатора 1, поверхностных конденсаторов 3, 4 и 5, газового коллек­ тора, циклонов 14 я 15 и пенного скруббера 13. Подогретая жижка из сборника 2 насосами 6 перекачивается в химический цех на

переработку.

Неконденсируемая часть продуктов пиролиза отсасывается смолоотделителем — центробежной газодувкой 7 — из поверхностных конденсаторов и подается в каплеуловитель 8, откуда жижка че­ рез гидрозатвор 9 стекает в приемный бак 10, а газы, разделив­ шись на два потока, поступают в циклон 15 и пенный скруббер 12 и циклон 14. Промытые в пенном скруббере 12 от смолы и осво­ божденные в циклоне 14 от части водяных паров неконденсирующие

в поверхностные конденсаторы 3, 4, 5. Температура в предконденсаторе стабилизируется на значении 90° С, что соответствует тем­

смолы забили бы трубки конденсаторов.

В предконденсаторе температура стабилизируется ПИ-регуля­ тором (поз. 1), исполнительное устройство которого в виде двух­ седельного регулирующего клапана устанавливается на линии подачи охлаждающей воды. В сборнике 2 жижки буйковым уров­ немером контролируется высота уровня (поз. 2).

Во избежание нарушения установившегося технологического режима поверхностные конденсаторы должны работать с равно­ мерной нагрузкой. При нарушении этого условия возникают воз­ мущающие воздействия по отклонению температуры на выходе из

320

в пенный скруббер (поз. 9). Расход воды зависит от расхода га­ зов, поступающих на очистку в пенный скруббер. Расход воды не должен быть слишком большим, так как вода, слабо насыщенная продуктами пиролиза, будет сильно разбавлять жижку в сбор­ нике 2, что нежелательно.

Манометрическим термометром (поз. 12) контролируется тем­ пература парогазов, поступающих в циклон 14 для окончатель­ ной очистки от взвешенных капель воды и смолы и далее — в ре­ торту на охлаждение угля.

ГЛАВА 15. АВТОМАТИЗАЦИЯ ГИДРОЛИЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФИТНЫХ ЩЕЛОКОВ

Автоматизация процесса получения гидролизата, нейтрализата и фурфуролсодержащего конденсата. Гидролизат является биоло­ гически доброкачественным сахарсодержащим раствором с мини­ мальным содержанием вредных примесей, используемых для про­ изводства из него кормовых дрожжей, этилового спирта и фур­ фурола.

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 по­ лучения гидролизата и фурфуролсодержащего конденсата являются: количество, размер и влажность загружаемого в гидролизаппарат древесного или растительного сырья; модуль смачивания сырья разбавленной серной кислотой в пропитывателе; давление, pH и температура среды в гидролизаппарате; температура и расход воды, подаваемой в гидролизаппарат; концентрация варочной кис­ лоты; высота уровня сырья в гидролизаппарате; высота уровней гидролизата в различных аппаратах; концентрации и расхода рас­ творов питательных солей, известкового молока и аммиачной воды; скорость выхода гидролизата из гидролизаппарата и др.

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 по­ лучения гидролизата и фурфуролсодержащего конденсата яв­ ляются: концентрация и качество сахара в гидролизате; содержа­ ние редуцирующих веществ (сахар и не усваивыемые в дальней­ шем дрожжами' сахара, фурфурол, метилпентозы, некоторые орга­ нические кислоты и др.) в гидролизате; содержание питательных веществ (азот, фосфор, калий и т. п.) в гидролизате в растворен­ ном состоянии; содержание в гидролизате вредных веществ для последующего выращивания дрожжей (фурфурол, сернистый ан­ гидрид, продукты разложения органических и других веществ); pH, температура и расход гидролизата; концентрация фурфурола в фурфуролсодержащем конденсате, температура конденсата и расход.

На рис. 113 приведена упрощенная функциональная схема ав­ томатизации технологических процессов получения гидролизата, нейтрализата и фурфуролсодержащего конденсата.

Гидролизат получается при гидролизе древесного или расти­ тельного сырья в гидролизаппарате 1 периодического действияПроцесс гидролиза разделяется на следующие стадии: стадия за­ грузки гидролизаппарата сырьем, пропитанным слабым раствором серной кислоты, а также подачи в гидролизаппарат варочной кис­ лоты (слабая серная кислота концентрацией 0,5%); стадия про­ грева содержимого гидролизаппарата паром с подъемом давления внутри гидролизаппарата при древесном сырье до 800 кПа и со сдувками - воздуха и неконденсирующихся газов, ухудшающих фильтрование гидролизата; стадия перколяции, когда жидкая фаза проходит через слой неподвижной твердой фазы (варочная кис­ лота подается через вертикально расположенную в гидролизаппа­ рате перфорированную трубу и одновременно гидролизат отби­ рается через фильтры); стадия промывки, при которой подача кислоты и гидролиз прекращаются, а в гидролизаппарат посту­ пает только чистая вода для удаления моносахаридов; стадия отжима (сушки) лигнина, при которой прекращается подача воды и из гидролизаппарата по возможности полнее удаляется гидро­

присутствии сильно разбавленной серной кислоты, т. е. в условиях значительной агрессивности, затрудняющей применение средств автоматизации.

Программное регулирование давления в гидролизаппарате осу­ ществляется двухпозиционным регулятором электрического дейст­ вия с регулируемым коэффициентом передачи, первичной измери­ тельный преобразователь которого и исполнительное устройство устанавливаются на линии сдувочных газов (поз. 1). Для настройки коэффициента передачи используется реле времени, посредством которого задается время перемещения исполнительного устройства и соответственно размер его пропускной способности при работе неполным стоком.

Программное регулирование расхода концентрированной серной кислоты, подаваемой для смешения с горячей водой при приготов­ лении варочной кислоты, осуществляется следующим образом (поз. 2 и 16). Установка состоит из кислотного насоса 19, бака 2, мерника 3, ресивера 17, напорного бака 18, а также двух автома­ тических регуляторов — программного регулятора расхода кислоты (поз. 2) и регулятора давления (поз. 16), стабилизирующего дав­ ление в мернике 3 и ресивере 17.

Рис. 113. Упрощенная функциональная схема автоматизации процессов получе­ ния гидролизата, нейтрализата и фурфуролсодержащего конденсата:

13.14 — головной и хвостовой нейтрализаторы; 15 — отстойник; 16 — сборник осветленного

Серная кислота из мерника 3 самотеком через калиброванное сопло поступает в бак 2, где высота уровня кислоты измеряется пьезометрическим уровнемером. Сигнал по высоте уровня поступает на вход ПИ-регулятора расхода (поз. 2), исполнительное устрой­ ство которого воздействует на возврат части кислоты в бак 2 из линии после насоса. При изменении задания по высоте уровня фактически изменяется размер расхода кислоты в смеситель.

Предположим, что согласно программе изменилось задание в сторону снижения высоты уровня в баке 2. Тогда регулятор начнет убавлять расход возвращаемой кислоты в бак 2. Поскольку произ­ водительность насоса 19 при этом не изменяется, то за счет умень­ шения расхода рециркулирующей кислоты возрастает ее поступле­ ние на смешение. Для обеспечения высокой чувствительности метода диаметр бака 2 должен быть небольшим. Для стабилизации расхода кислоты, поступающей из мерника 3 в бак 2, устанавли­ вается Пз-регулятор давления (поз. 16), исполнительное устрой­ ство которого воздействует на приток воды в напорный бак 18.

Для снижения или устранения влияния пульсации производится демпфирование либо запорным устройством, установленным на выходе кислоты из бачка, либо пропусканием кислоты через рас­ ширитель. В целях соблюдения правил техники безопасности пре­ дусматривается блокировка работы электродвигателя насоса по размеру максимально допустимого давления; верхняя часть сооб­ щающегося сосуда мерника обязательно прикрывается во избежа­ ние разбрызгивания кислоты в случае прорыва воздуха из мер­ ника; устанавливается манометр с сигнализацией предельно допу­ стимого давления в гидролизаппарате, а также ряд других уст­ ройств (на схеме не показано).

Особенно важным является автоматическое программное регу­ лирование расхода (выдачи) гидролизата из гидролизаппарата (поз. 3), так как, например, уменьшение расхода гидролизата из-за влияния гранулометрического состава сырья и жесткости условий гидролиза приводит к снижению выхода сахара из сырья и увели­ чению времени оборота гидролизаппарата.

Автоматическое программное регулирование расхода гидроли­ зата может осуществляться одним из трех способов, отличающихся видом контролируемого параметра: собственно по размеру расхода гидролизата, по размеру высоты уровня жидкой фазы в гидролиз­ аппарате, по размеру массы содержимого гидролизаппарата.

Расход гидролизата может быть измерен обыкновенным рас­ ходомером переменного перепада (поз. 15), первичный измеритель­ ный преобразователь которого в виде расходомерной диафрагмы устанавливается на прямом участке трубопровода с гидролизатом на расстоянии не менее 30 D от выхода из гидролизаппарата-, где D —- внутренний диаметр трубопровода.

При этом отмечается ряд трудностей: гидролизат агрессивен относительно многих сталей и других материалов; наблюдается интенсивное выпадение осадков в трубопроводах, так называемая карамелизация; при недостаточно хорошо налаженной перколяции,

324

а также при ухудшении работы фильтров возрастает перепад дав­ ления в фильтрующем слое и появляется парообразование на линии выдачи гидролизата.

Вслучае хорошо налаженной эксплуатации средств автоматики

игидролизаппарата эти трудности легко преодолеваются. С целью предохранения диафрагмы от коррозии она изготовляется из кислотостойкой хромоникельтитановой стали, бронзы или латуни. Медь стойка против коррозии, но слишком мягка, вследствие чего острая кромка диафрагмы быстро затупляется под влиянием эрозии и погрешность измерения становится недопустимо большой. В случае частой чистки диафрагмы (через специальные отверстия

втрубопроводе, закрываемые пробками) налеты карамели легко устраняются. Проникновению гидролизата в первичный измеритель­ ный прибор— дифманометр препятствуют разделительные сосуды. Хорошее освоение метода перколяционного гидролиза обслуживаю­ щим персоналом и своевременная чистка фильтров позволяют свести к минимуму перепады давлений в фильтрующем слое и связанное с этим парообразование в потоке гидролизата.

Расходомер должен быть снабжен интегрирующим механизмом для учета количества гидролизата, отбираемого с варки. Это по­

зволит определить действительный выход редуцирующих веществ с варки и устранить или снизить потери производства.

Регулирующая заслонка исполнительного устройства ПИ-регу- лятора изготовляется из латуни и устанавливается на линии вы­ дачи гидролизата. Опыт показывает, что после месячной эксплуа­ тации на заслонке образуется небольшой, легко счищаемый налет карамели. При регулировании выдачи гидролизата по размеру вы­ соты уровня в гидролизаппарате применяется тот же метод, что и при регулировании расхода кислоты на смешение с водой.

В этом случае основным контролируемым и регулируемым пара­ метром является высота уровня в гидролизаппарате, которая изме­ ряется пьезометрическим методом (продувкой воздухом, гидролиза­ том или горячей водой) или гидростатическим методом с подсоеди­ нением дифманометра через разделительные сосуды. Сигнал по высоте уровня в случае отклонения высоты от задания или измене­ ния размера задания (согласно программе) приводит в действие два ПИ-регулятора — регулятор уровня, воздействующий на расход горячей воды, поступающей на смешение с концентрированной сер­ ной кислотой, и регулятор расхода гидролизата, уходящего из гидролизаппарата. Степени этих воздействий должны находиться в определенном соотношении между собой и относительно времени, что корректируется программой задания регулятора уровня и на­ стройкой коэффициентов передачи регуляторов.

Программный задатчик регулятора уровня в гидролизаппарате изменяет задаваемый во времени размер высоты уровня, соответ­ ственно чему устанавливаются в определенном соотношении рас­ ходы поступающей варочной кислоты и уходящего гидролизата.

При измерении уровня жидкой фазы в гидролизаппарате воз­ никают трудности, связанные с необходимостью устранения частых

325

засорений устройств для отбора импульса по высоте уровня. На результатах измерения высоты уровня пьезометрическим методом сказывается то, что находящаяся в гидролизаппарате гидролизу­ емая древесина в зависимости от текущего ее уплотнения создает переменное, фактически не учитываемое, сопротивление проходу жидкости или воздуха через ее слои. Масса содержимого в гидро­ лизаппарате в течение всего времени перколяции, промывки и от­ жима непрерывно уменьшается, так как отвод гидролизата превы­ шает поступление варочной кислоты. Соответственно понижается уровень жидкой фазы внутри гидролизаппарата.

Метод регулирования расхода (выдачи) гидролизата по раз­ меру массы содержимого гидролизаппарата хорошо себя зареко­ мендовал и является лучшим из трех перечисленных выше мето­ дов. Он состоит в следующем. Под опоры гидролизаппарата в за­ висимости от его размеров устанавливается от восьми до несколь­ ких десятков пружин (например, от четырехосной поясной тележки грузовых вагонов). Рядом с пружинами помещен передающий из­ мерительный преобразователь, например, дифференциально-транс­ форматорного типа. При изменении массы содержимого гидролиз­ аппарата пружины деформируются, что воспринимается передаю­ щим преобразователем.

Измерительный сигнал по размеру массы содержимого гидро­ лизаппарата поступает на вход измерительного первичного при­ бора и далее на ПИ-регулятор расхода гидролизата (поз. 3), являющийся регулятором соотношения расходов горячей воды, по­ ступающей в гидролизаппарат, и гидролизата, отбираемого из гид­ ролизаппарата. Соотношение расходов воды и гидролизата при настройке регулятора устанавливается с учетом показаний расхо­ домеров, измеряющих расходы воды и гидролизата.

Измерение расхода горячей воды, поступающей на смешение с серной кислотой, осуществляется двумя расходомерами перемен­ ного перепада, результаты измерений которых суммируются (поз. 4). Один из расходомеров измеряет расход подогреваемой

в гидролизуемой массе необходимо также учитывать количество загружаемого сырья и воды, подаваемой в гидролизаппарат на ста­ дии загрузки.

Размер температуры среды в гидролизаппарате на стадии пер­ коляции оказывает значительное влияние на скорость реакции, воз­ растающей с повышением температуры. Гидролизаппарат по тем­ пературе гидролизуемой массы является объектом с распределен­ ными параметрами.

На стадии прогрева, когда греющий пар поступает в нижнюю часть гидролизаппарата, гидролизуемая масса постепенно прогре­ вается, причем достигаемый перепад температур по высоте гидро­ лизаппарата (распределенность температур) зависит от того, ка­ кой применяется режим прогрева — мягкий, средний или жесткий.

326