Измервателна техника в целулозно-хартиената промишленост

Измервателна техникаСп. Инженеринг ревю - брой 8/2018 • 29.11.2018

Измервателна техника в целулозно-хартиената промишленост
Измервателна техника в целулозно-хартиената промишленост

Производството на хартия е сложен процес, включващ няколко етапа, в рамките на които дървесината се превръща в желания продукт. Основните фази обхващат механична подготовка на суровината, производство на целулоза, избелване, подготовка и производство на хартия.

Първият от тези етапи е чисто механичен и включва нарязването на дървесината. Процесът се провежда предимно в суха среда и използването на измервателна техника при него е минимално.

Производството на целулоза може да се осъществи по няколко начина, като най-разпространени са Крафт и сулфитният процес. Използваните в този етап химикали се регенерират, като измерването на проводимостта може да допринесе както за подобряване на добива на целулоза, така и за последващото възстановяване на химичните съединения. При други производствени техники, например полухимичната, данните от измерването на pH се използват за оптимизиране на производителността и подобряване на характеристиките на целулозата.

Така получената целулоза представлява кафеникава течност, която се избелва с помощта на големи количества химикали (обикновено хлорен диоксид). Определянето на pH в тази зона спомага за оптимизиране на ефективността на избелващия процес, понижаване на потреблението на химикали, на обема на отпадъчните потоци и на свързаните с тях разходи.

Преди подаването в машината за хартия може да се смесят различни партиди целулоза, за да се получи продукт с определени качества. Към целулозата се прибавят различни добавки, подобряващи омокрянето на хартията. Тук следенето на pH позволява стандартизирането на процеса и производството на продукция с постоянно качество.

Машината за хартия обикновено се смята за последната възможност за задаване на правилните параметри за получаването на крайния продукт. Надеждното измерване на pH на този етап може да предотврати производството на големи количества продукция, неотговаряща на конкретните спецификации. Условията на работната среда в тази фаза са тежки, но с напредъка на технологиите през последните години експлоатационните характеристики и надеждността на онлайн сензорите се подобриха в значителна степен.

Крафт процес
При този процес надробената дървесина се изварява в силно алкален разтвор, известен като бяла луга, която е съставена от натриева основа и натриев сулфид с ефективна концентрация от около 100 g/l. Измерването на алкалната концентрация в бялата луга позволява оптимизиране на времето за изваряване и на характеристиките на целулозата.

Директното измерване на този параметър е възможно с помощта на автоматични титратори. Поради трудното пробовземане обаче повечето производители предпочитат измерването на електрическата проводимост за получаване на обратна връзка в реално време.

Във варилния котел при температури от близо 180°C и налягания от около 17 bar протича реакция, в резултат на която се получават натриев сулфат, натриев карбонат и целулоза. Необходимото време за изваряване може да се определи на база концентрацията на изходните химикали. Измерването на електрическата проводимост в този етап също може да предостави ценна информация, като за целта могат да бъдат използвани тороидални сензори.

Избелване и подготовка
Този процес включва няколко етапа на избелване, последвани от фаза на екстракция. Избелването с хлорен диоксид позволява постигане на висока ефективност при по-ниски стойности на pH (3,5 до 4), без да се влошава качеството на целулозния компонент. Етапите на екстракция се провеждат при повишено pH (10-11), за да се увеличи максимално обезцветяването.

Тук измерването на pH е изключително разходно ефективно, тъй като химикалите, използвани за производството на хлорния диоксид, представляват съществен експлоатационен разход. Стабилният контрол на pH повишава общата ефективност на избелване и понижава разходите за третиране на получените отпадъчни потоци.

Работните условия в колоната за избелване са тежки за всички компоненти на pH сензорите. Консистенцията на суровината може да достигне до 10% твърди частици, при което върху pH сензора бързо могат да се образуват отлагания, възпрепятстващи нормалната му експлоатация. В допълнение, избелващите химикали са агресивни и несъвместими с много от конструкционните материали на сензорите. Температурата от 70°C пък допълнително увеличава скоростта на химичната атака.

След избелване в мокрия сегмент на машината за хартия могат да протекат няколко етапа на подготовка. Целулоза от различни източници се смесва и се обработва механично преди подаването й към разпределящото устройство. За подобряване на характеристиките на хартията в смесителя се прибавят пигменти и други добавки. Химикалите са по-ефективни при контролирани стойности на pH, като за постигането на оптимален резултат всеки от тях може да изисква различни условия.

Висока ефективност на pH контрола осигурява следенето на параметъра след смесителя. Целулозата от резервоарите за съхранение се смесва с процесна вода до достигане на предварително зададената консистенция. Тази вода може значително да измени pH и затова непрекъснатият мониторинг е задължителен. Тъй като производителите се стремят да пестят и използват повторно ценните водни ресурси, необходимостта от следене и регулиране на pH в контурите за рецикъл става все по-голяма.

Измерването на pH при разпределителя е от критично значение, защото отклонение от зададените условия тук незабавно ще доведе до неотговаряща на спецификациите продукция. Преди разпределителя за регулиране на pH се добавят алуминиев сулфат или сярна киселина. Използването на евтината сярна киселина често се предпочита, тъй като позволява по-стриктен контрол на задържането на вода и предотвратяване на замърсяването на сензорите.

Регенериране на химикалите
Процесът започва с отделяне на химикалите в отработената бяла луга от целулозата. Дебитът на промивната вода трябва да е такъв, че да осигурява максимално отстраняване на химикалите, без да се стига до прекомерно разреждане на черната луга. Тази слаба черна луга се състои от смес от натриеви съединения и лигнинови органични съединения. На този етап тя е доста вискозна и това налага използването на тороидални сензори за проводимост.

Слабата черна луга се концентрира в многостъпални изпарители, за да може да поддържа горенето в регенерационната пещ. Тъй като парата за изпарителя се получава от котела, изтичането на черна луга в парния кондензат може значително да увреди тръбите на котелния агрегат. Чрез измерването на проводимостта могат да се засекат дори следи от черна луга в кондензата. Обикновено чистите проби и малкият диапазон на проводимостта позволяват употребата на конвенционални контактни сензори.

След окислението в пещта стопилката се разтваря до получаването на зелена луга, състояща се предимно от натриев карбонат и натриев сулфид. При процеса на каустизация карбонатът се превръща в активен хидроксид чрез химична реакция с гасена вар. Ефективността на каустизацията зависи от процента на преобразувания натриев карбонат. Отличен онлайн метод за определяне на ефективността на каустизация включва сравняването на проводимостта на бялата луга с тази на зелената луга, като за целта са необходими два сензора.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top