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

трубопроводе отбора дрожжевой суспензии из дрожжерастильного чана во флотатор 3, а исполнительное устройство — на трубопро­ воде подачи аммиачной воды в чан.

На время подачи засевных дрожжей чистой культуры в случае необходимости исполнительные устройства регуляторов могут пе­ реключаться на дистанционное управление. В принципе такой пе­ реход нежелателен, так как будет каждый раз приводить к рас­ стройству налаженной системы автоматического управления.

Из дрожжерастильного чана дрожжевая суспензия самотеком поступает во флотатор 3, где она методом вспенивания сгущается. В первой ступени флотатора ПИ-регулятором (поз. 8) стабилизи­ руется высота уровня жидкости (измеряется пьезометрическим ме­ тодом). Исполнительное устройство регулятора устанавливается на напорном трубопроводе насоса, перекачивающего дрожжевую сус­ пензию из первой ступени во вторую, где высота уровня поддер­ живается сливом отфлотированной жидкости в канализацию.

Высота уровня в центральной секции флотатора измеряется пьезометрическим уровнемером и стабилизируется ПИ-регулятором (поз. 9), исполнительное устройство которого устанавливается на напорном трубопроводе насоса, перекачивающего дрожжевую сус­ пензию в буферный сборник 6.

Для автоматической подачи химического пеногасителя из сбор­ ника 4 предусматривается одна из следующих систем: а) в верх­ ней части центральной секции флотатора устанавливаются два электрода, при замыкании которых пеной дается световой сигнал

иодновременно открывается электромагнитный клапан, в резуль­ тате чего в центральную секцию начинает поступать химический пеногаситель; при понижении уровня пены электроды размыкаются

ипоступление пеногасителя прекращается; б) с повышением уров­ ня пены возрастает электрическая нагрузка на механический пено­ гаситель, что служит сигналом для открывания электромагнитного клапана на линии подачи химического пеногасителя из сборника 4.

На пути в сборник 6 дрожжевая суспензия проходит через газоотделитель 5, являющийся расширительным сосудом. В нем при из­ менении скоростей потока от дрожжевой суспензии отделяется воз­ дух, который затем удаляется в атмосферу.

Из буферного сборника 6 дрожжевая суспензия перекачивается

всепараторы 8 первой и второй групп, где под действием цент­ робежной силы при быстром вращении суспензии вокруг оси сгу­

щенная ранее во флотаторе дрожжевая суспензия еще более сгу­ щается, так как от нее отводится часть жидкости. В случае сепа­ рирования дрожжевой суспензии, полученной на сусле из сульфит­ ного щелока, она подвергается дальнейшему сгущению и промывке на сепараторах третьей группы. Промывка дрожжевой суспензии водой производится также во второй группе сепараторов.

В буферном сборнике 6 дрожжевой суспензии, а также в сбор­ нике 7 дрожжевой суспензии пьезометрическими уровнемерами (поз. 10 и 11) измеряется высота уровня суспензии с сигнализа­ цией на щите сепараторов.

ПИ-регулятором осуществляется стабилизация расхода воды на промывку дрожжевой суспензии во второй и третьей группах сепа­ раторов (поз. 12). Вода подается водоструйным насосом 9. Для контроля за расходом дрожжевой суспензии в группы сепараторов

устанавливаются электромагнитные расходомеры (на схеме не по­ казаны).

Сепараторы могут не справиться с потоком и забиваются дрож­ жевой суспензией. Контроль за состоянием сепараторов (с учетом расходов, показываемых электромагнитными расходомерами) мо­ жет осуществляться по текущему размеру силы тока электропри­ водов сепараторов.

На напорных трубопроводах насосов, перекачивающих дрож­ жевую суспензию на всех стадиях производства (из первой сту­ пени флотатора во вторую, из центральной секции флотатора в бу­ ферный сборник, из буферного сборника в первую группу сепара­ торов, из сборника отсепарированной суспензии в плазмолизатор или выпарной аппарат и т. п.), устанавливаются сигнализаторы размера давления, например электроконтактные манометры (на схеме не показаны). Отбор давления осуществляется через устрой­ ство отбора от вязких сред.

Для осуществления высокоэффективной сушки дрожжей, т. е. освобождения концентрата дрожжевой суспензии от значительной части содержащейся в нем влаги, должна быть произведена плазмолизация и выпарка дрожжей. При плазмолизации структура микроорганизма дрожжей разрушается и клетка переходит в плаз­ менный раствор.

Процесс плазмолиза осуществляется в теплообменниках в ви­ де емкостей с паровой рубашкой и мешалкой или в трубчатых теплообменниках.

Необходимо стабилизировать температуру процесса, так как при низкой температуре плазмолиз не происходит, а при высокой бу­ дут разлагаться органические вещества; например, при темпера­ туре выше 120° С происходит пригорание дрожжей и, как следст­ вие, усиленное загрязнение плазмолизатора дрожжевым концент­ ратом.

Стабилизация температуры в плазмолизаторе 10 выполняется ПИ-регулятором (поз. 13), испольнительное устройство которого устанавливается на трубопроводе подачи греющего пара.

Из плазмолизатора дрожжевая суспензия поступает в выпар­ ные аппараты 17. Для стабилизации процесса выпарки осущест­ вляется автоматическое регулирование температуры дрожжевой су­ спензии и давления пара на входе в первый корпус выпарной уста­ новки; регулируется плотность дрожжевого концентрата перед сборником 15) изменением расхода охлаждающей воды, подавае­ мой в барометрический конденсатор 18, стабилизируется разреже­ ние во втором корпусе выпарной установки; стабилизируются вы­ соты уровней в сепараторах выпарных аппаратов и в сборнике конденсата; контролируется давление в напорных патрубках насо­

338

сов, перекачивающих дрожжевой концентрат и конденсат пара и т. д. (на схеме не показано).

Агентом сушки дрожжевого концентрата в распылительной су­ шилке 11 служит либо воздух, подогретый в теплообменнике, либо дымовые газы от сжигания природного газа.

Из 100% распыленной дрожжевой плазмы примерно 85% в виде высушенных дрожжей выделяется из потока агента сушки внутри сушилки и поступает в разгрузочный циклон 12, откуда в бункер 13 и далее на упаковку. Примерно 15% остальных высу­ шенных дрожжей увлекаются потоком агента сушки в группу ци­ клонов-сепараторов 14, где происходит выделение большей части этих дрожжей из потока агента сушки.

В результате налипания на стенках сушилок и газового тракта дрожжи пересушиваются и способны загораться. Кроме того, при пересушивании частиц дрожжей, находящихся во взвешенном со­ стоянии, при условии достаточного содержания кислорода в агенте сушки и некоторых других факторах получается взрывоопасная концентрация и при случайном возникновении разрядной искры статического электричества или появлении переносимого газовым потоком тлеющего коржа возникает взрыв. К появлению взрыво­ опасных концентраций предрасположены, например, бункерные устройства циклонов и пневмотранспортные системы. Опыт эксплу­ атации показывает, что аварии возникают при нарушениях режима сушки (неравномерность концентрации высушиваемой дрожжевой суспензии, неправильная дозировка воздуха, частые остановки и пуск сушилки и др.); взрывоопасность уменьшается при стабилиза­ ции параметров процесса в результате применения средств авто­ матизации.

Основным показателем качества сушки является отклонение влажности высушенных дрожжей, которое должно нормально со­ ставлять не более ±1% от номинальных 9% влажности. Посколь­ ку пока еще не создан автоматический влагомер, допускающий из­ мерение влажности дрожжей в рабочих условиях сушки, прихо­ дится о влажности дрож^кей судить по температуре агента сушки, выходящего из сушилки. Этот метод основан на физическом явле­ нии равновесной влажности, т. е. соответствия между влажностью высушиваемого продукта (в данном случае дрожжей) и темпера­ турой и влажностью агента сушки. Температура агента сушки мо­ жет быть легко измерена. Что касается измерения влажности агента сушки, то имеющиеся средства автоматического контроля пока не применялись из-за наличия в агенте сушки взвешенных мельчайших частиц сухих дрожжей. Например, обычный (так на­ зываемый мокрый) термометр психрометра быстро выходит из строя вследствие прилипания дрожжевых частиц к смачиваемой водой марле. Однако использование психрометра не исключается, если в качестве мокрого применить бестканевый малоинерционный термометр сопротивления, поверхность защитной трубки которого смачивать тончайшим слоем воды, впускаемой на периферию труб­ ки через кольцевой питатель. При этом оседающие на поверхность

защитной трубки дрожжевые частицы будут непрерывно с нее смы­ ваться поступающей водой и поверхность трубки всегда будет чи­ стой. Измерение температуры мокрого термометра, а следователь­ но, знание размера психрометрической разности позволит более точно стабилизировать конечную влажность высушиваемых дрожжей.

В настоящее время температура агента сушки на выходе из су­ шилки (90° С) стабилизируется ПИ-регулятором путем изменения расхода дрожжевого концентрата, подаваемого на сушку (поз. 14). Температура агента сушки на входе в сушилку (300° С) стабилизи­ руется ПИ-регулятором, исполнительное устройство которого уста­ навливается на трубопроводе подачи природного газа к горелкам (поз. 15). Разрежение в топке поддерживается ПИ-регулятором, исполнительное устройство которого воздействует на направляю­ щий аппарат дымососа (поз. 16). Разрежение в топке подвержено сильной пульсации, поэтому импульс по разрежению нужно демп­ фировать.

Комплекс систем регулирования обладает крупным недостат­ ком; в случае повышения влажности поступающего на сушку дрож­ жевого концентрата регулятор температуры агента сушки (поз. 16) уменьшает расход концентрата, в результате чего снижается про­ изводительность. Поэтому в принципе комплекс систем не отве­ чает требованиям производства тем более, что нечувствительность регулятором к изменению температуры в этом случае приводит к значительным отклонениям производительности. Этот недостаток исключается в случае применения таких систем регулирования: расход дрожжевого концентрата стабилизируется ПИ-регулятором (поз. 17) \ температура агента сушки на выходе из сушилки стаби­ лизируется ПИ-регулятором, воздействующим на расход сжигае­ мого природного газа или лигнина (на схеме не показан). Вслед­ ствие небольшого запаздывания такая система регулирования тем­ пературы будет работать достаточно устойчиво. Если в качестве топлива используется мазут, то большое запаздывание в системе подогревания воздуха в теплообменнике делает такую систему ре­ гулирования в этом случае малопригодной и приходится исполь­ зовать систему автоматического регулирования, указанную выше.

Для измерения расхода дрожжевого концентрата в комплекте ПИ-регулятора (поз. 17) используется электромагнитный расходо­ мер. Это вызвано тем, что поступающая дрожжевая суспензия (концентрат) имеет сметанообразную консистенцию и концентра­ цию сухих веществ до 25% и поэтому применить расходомерную диафрагму нельзя, так как она будет забиваться дрожжами. Рез­ кое уменьшение расхода дрожжевой суспензии вызывает в регуля­ торе срабатывание сигнального устройства, а также открытие кла­ пана, расположенного на водяной линии, вследствие чего дрожже­ вая суспензия разбавляется водой.

Производительности сушилки, дрожжерастильных чанов и плазмолизаторов должны строго соответствовать друг другу. При рез­ ком изменении производительности дрожжерастильных чанов и

340

плазмолизаторов должно быть автоматически скорректировано за­ дание по производительности сушилки, для чего предусматрива­ ются следующие средства автоматизации.

П-регулятором (поз. 18) стабилизируется расход холодного воз­ духа, поступающего на смешение с топочными газами, в соответ­ ствии с высотой уровня в сборнике 15 дрожжевой суспензии (кон­ центрата) перед сушилкой. Одновременно корректирующий им­ пульс по высоте уровня подается на регулятор температуры агента сушки в состоянии после сушилки, в результате чего при том же размере заданной температуры устанавливается новое задание по производительности сушилки. Задание по температуре агента суш­ ки на входе в сушилку не изменяется, поэтому вследствие возра­ стания или уменьшения расхода агента сушки (изменился расход холодного воздуха) измеряется поступление тепла в сушилку, т. е. либо возрастает, либо уменьшается расход тепла.

Автоматически контролируются также давление и расход при­ родного газа, давление воздуха после топочного вентилятора, раз­ режение перед дымососом сушилки и циклоном пневмотранспорта и т. п. (на схеме не показано).

Содержание кислорода в агенте сушки после камеры смешения воздуха с топочными газами контролируется магнитным газоана­ лизатором, имеющим устройство для сигнализации превышения предельно допустимого (по условиям взрывобезопасности) размера содержания кислорода (на схеме не показано).

Содержание углекислого газа в агенте сушки после камеры сме­ шения контролируется оптико-акустическим газоанализатором, име­ ющим устройство для сигнализации превышения допустимого раз­ мера содержания углекислого газа (на схеме не показано).

Электродвигатель распылительного механизма автоматически отключается при превышении или падении давления в масляной системе, перегреве подшипников, при аварийном выключении ды­ мососа и вентиляторов с целью их остановки; при погасании фа­ кела в топке сушильной установки (на схеме не показано). При этом автоматически прекращается подача топлива в топку и дрож­ жевой суспензии в сушилку. Подача топлива в топку автоматиче­ ски прекращается также при температуре на выходе из сушилки выше 150° С. При прекращении подачи дрожжевой суспензии в су­ шилку при работающем распылительном механизме автоматически включается подача воды в сушилку. Кроме того, используется ряд других устройств оперативного контроля и блокировки, которые не показаны на схеме рис. 114. Все регуляторы снабжены устройствами для дистанционного управления (на схеме не по­ казаны).

Автоматизация процесса получения фурфурола из фурфуролсо­ держащего конденсата. На рис. 115 приведена упрощенная функ­ циональная схема автоматизации технологического процесса по­ лучения фурфурола из фурфуролсодержащего конденсата.

Фурфурол выделяется из фурфуролсодержащего конденсата ме­ тодом ректификации в основной 1, обезвоживающей 9 и отгоночной

341

Рис. 115. Упрощенная функциональная схема автоматизации процесса получения фурфурола из фурфуролсодержащего кон­ денсата:

11 ректификационных колоннах. В основной колонне метанол, как более летучий, отбирается с верхней тарелки, охлаждается в деф­ легматоре 2 и вытяжном конденсаторе 3, а затем при помощи де­ лительных бутылок 4 часть его отделяется и направляется в сбор­ ник метанола, а часть в виде флегмы возвращается в колонну.

Двумя тарелками ниже из колонны отбирается водно-фурфу- рольный азеотроп, охлаждается в конденсаторе-холодильнике 5 и поступает в декантатор 6, где происходит расслаивание азеот­ ропа на фурфурол-сырец, направляемый в сборник 7, и на фурфурольную воду, возвращаемую в колонну.

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 рек­ тификации в основной колонне являются: термодинамическое со­ стояние, состав и расход фурфуролсодержащего конденсата; давление в колонне; положение тарелки, на которую подается фур­ фурол, содержащий конденсат, по высоте колонны; расход и темпе­ ратура охлаждающей воды, подаваемой в дефлегматор и вытяж­ ной конденсатор.

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 ректификации в основной колонне являются: состав кубового про­ дукта (лютера); состав метанолсодержащего и фурфуролсодержа­ щего конденсатов, отбираемых с верхних тарелок колонны; темпера­ тура в верхней кубовой частях колонны; температура отбираемых конденсатов в состоянии после конденсаторов.

Ректификационные колонны любого типа являются объектами с распределенными параметрами, так как в случае появления воз­ мущения его воздействие будет распространяться постепенно по всей колонне, пока параметры технологического процесса не при­ дут к новому установившемуся значению. Таким образом, условия работы ректификационных колонн характеризуются большими раз­ мерами запаздывания и самовыравнивания.

Для стабилизации очень важного технологического показа­ теля— размера флегмового числа, т. е. отношения расходов флег­ мы и отбираемого метанола, устанавливается ПИ-регулятор соот­ ношения (поз. 1), первичными измерительными преобразователями которого являются ротаметры, оснащенные пневматическими пере­ дающими преобразователями. Исполнительное устройство этого ре­ гулятора воздействует на расход флегмы.

Отбор фурфурола-сырца регулируется ПИ-регулятором (поз. 2), первичный измерительный преобразователь которого в виде инди­ катора состава и исполнительное устройство устанавливаются на трубопроводе между декантатором и сборником фурфурола-сырца. Индикатор состава определяет концентрацию фурфурола-сырца пу­ тем сравнения упругости паров образца (фурфурол, залитый внуть чувствительного элемента) с абсолютным давлением в колонне вблизи тарелки, с которой отбирается водно-фурфурольный азео­ троп.

Высота уровня в сборнике 7 стабилизируется ПИ-регулятором (поз. 3), исполнительное устройство которого устанавливается на

343

трубопроводе отбора фурфурола-сырца в нейтрализатор 8. Стабилизация температуры в колонне осуществляется ПИ-регу-

лятором соотношения (поз. 4) расходов греющего пара, подавае­ мого в кубовую часть, и фурфуролсодержащего конденсата с кор­ рекцией по температуре на питающей тарелке колонны.

Стабилизация высоты уровня лютера в кубовой части колонны осуществляется ПИ-регулятором (поз. 5), исполнительное устрой­ ство которого устанавливается на линии отбора лютера из кубо­ вой части колонны.

Температура водно-фурфурольного азеотропа на выходе из хо­ лодильника 5 стабилизируется П-регулятором, исполнительное устройство которого устанавливается на линии подачи охлаждаю­ щей воды (поз. 7).

Уровень фурфурола-сырца в нейтрализаторе 8 стабилизируется ПИ-регулятором (поз. 8).

В обезвоживающей ректификационной колонне 9 происходит отделение воды от фурфурола, находящегося в кубовой части ко­ лонны, вследствие чего либо часть его отбирается в виде фурфу­ рола 2-го сорта, а остающаяся часть следует далее на ректифи­ кацию в отгоночную колонну 11, либо весь фурфурол направляется в эту колонну для получения фурфурола 1-го сорта.

Для стабилизации размера флегмового числа устанавливается ПИ-регулятор соотношения (поз. 9) расходов флегмы и отбирае­ мого фурфуролсодержащего конденсата, исполнительное устрой­ ство которого воздействует на расход флегмы.

Расход отбираемого фурфурола в отгоночную колонну регули­ руется по высоте уровня в кубовой части колонны (поз. 10).

Стабилизация основного параметра процесса ректификации — давления в кубовой части, осуществляется ПИ-регулятором (поз. 11), исполнительное устройство которого устанавливается на ли­ нии подачи греющего пара в выносной подогреватель 10.

Расход нейтрализованного фурфурола-сырца контролируется ротаметром с пневматическим передающим преобразователем

(поз. 13).

В отгоночной колонне заканчивается очистка фурфурола от во­ ды и остатков смоляных веществ и других вредных примесей.

Для стабилизации размера флегмового числа устанавливается ПИ-регулятор соотношения (поз. 14) расходов флегмы и отбира­ емого фурфурола 1-го сорта, исполнительное устройство которого воздействует на расход флегмы. По высоте уровня в кубовой ча­ сти колонны стабилизируется расход отбираемого кубового остатка

(поз. 15).

Стабилизация давления паров в кубовой части осуществляется ПИ-регулятором (поз. 16), исполнительное устройство которого ус­ танавливается на трубопроводе подачи греющего пара в выносной подогреватель 10.

Полная конденсация паров метанолсодержащего или фурфурол­ содержащего конденсатов достигается при помощи установки П- регуляторов температуры, первичные измерительные преобразова­

344

куда равномерным слоем выливается на бесконечную движущуюся сетку, т. е. производится отлив и формирование мокрого полотна плит.

В регистровой части отливочной машины удаление воды из по­ лотна происходит за счет фильтрации, в отсасывающей части — при­ нудительно, под действием отсасывающего воду разрежения (ва­ куума); в прессовой части — также принудительно, под действием давления обжима и отсасывающего разрежения.

Полученное полотно раскраивается согласно заданным разме­ рам, после чего сырые плиты поступают на прессование в горячий пресс.

При выработке древесноволокнистых плит на отливочной ма­ шине требования к автоматизации технологических процессов подготовки древесноволокнистой массы и отлива плит сохраня­ ются примерно такими же, как и при выработке бумаги.

Автоматическое регулирование концентрации древесной массы осуществляется после мешальных бассейнов для дефибраторной массы, рафинаторной массы и машинной массы. Перед поступле­ нием в напускной ящик отливочной машины масса дополнительно разбавляется оборотной водой.

С целью стабилизации напуска массы на сетку регистровой части отделочной машины выполняются следующие условия: для равномерного поступления волокнистой массы на сетку она разбав­ ляется водой до минимально экономически допустимой концентра­ ции; во избежание налипания массы на сукно и верхнюю сетку температура массы поддерживается оптимальной (40—50° С); с целью стабильного расхода массы через напускную щель под­ держивается постоянной высота уровня массы в напускном ящике.

Эти задачи решаются ПИ-регуляторами давления и расхода оборотной воды, вводимой в волокнистую массу перед поступле­ нием ее в напускной ящик, а также ПИ-регуляторами высоты уров­ ня оборотной воды в соответствующем сборнике (бассейне) и в на­ пускном ящике.

В сосунных ящиках контролируется размер вакуума, так как недостаточный его размер является одной из причин возрастания влажности сырого полотна после прессовой части отливочной ма­ шины и вследствие этого снижения производительности горячего пресса (приходится выпаривать больше влаги, что вызывает воз­ растание продолжительности сушки, а также увеличение расхода тепла на сушку плит).

Очень важным является непрерывный автоматический контроль за размером pH массы после проклейки, что осуществляется путем измерения pH подсеточной воды: увеличение pH приводит к силь­ ному ледообразованию в напускном ящике и при отливе плит со­ провождается возникновением разнотолщинности полотна, плохим свойлачиванием волокон, а при сушке — появлением пригаров, тем­ ных пятен, повышенной хрупкостью плит.

Автоматизация процесса приготовления перегретой воды. Для работы сушильного пресса на разных стадиях прессования и сушки

346