Регистрация / Вход
Прислать материал

Управление хлорной отбелкой целлюлозы при помощи оптико – электронного промышленного фотометра

Сведения об участнике
ФИО
Одноворченко Павел Владимирович
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Производственные технологии
Тема
Управление хлорной отбелкой целлюлозы при помощи оптико – электронного промышленного фотометра
Резюме
В работе представлены результаты исследования спектральных зависимостей коэффициента диффузного отражения целлюлозы в области длин волн 380 – 760 нм после применения хлорных отбеливателей. На основании полученных данных по спектральным зависимостям коэффициента диффузного отражения представлен алгоритм оптимального дозирования хлорных реагентов при отбелке целлюлозы. Приведено описание конструкции разработанного датчика, процесс калибровки, а также результаты промышленных испытаний оптико-электронного датчика для контроля и управления хлорной отбелкой целлюлозы.
Ключевые слова
отбелка целлюлозы, промышленный оптико-электронный датчик, коэффициент диффузного отражения, хлорсодержащие отбеливатели
Цели и задачи
Цель работы:
Разработка и создание промышленного фотометрического датчика для управления процессом хлорной отбелки целлюлозы, а также его испытания в условиях реального отбельного производства.

Задачи работы:
1.Исследование влияния хлорирования на оптические свойства целлюлозы.
2.Разработка на основании полученных данных алгоритма оптимизации процесса отбелки целлюлозы.
3.Разработка, создание и настройка промышленного фотометрического датчика для контроля и управления отбелкой целлюлозы.
4.Лабораторные и промышленные испытания разработанного датчика.
Введение

Оптические методы и средства находят все большее применение в целлюлозно-бумажной промышленности, включая варочные, отбельные производства.В процессе отбелки целлюлозы широко используются хлорсодержащие белящие реагенты, такие как водные растворы хлора, гипохлорит натрия и другие. Использование данных реагентов в тоже время создает очевидные трудо- и природоохранные проблемы, такие как выброс хлора в цеховое помещение и в окружающую среду. В связи с этим проблема оптимизации параметров отбельных производств (концентрация хлора, используемого при отбелке, продолжительность хлорирования), а также контроль и управление за  процессом хлорной отбелки целлюлозы остается актуальной и сегодня.  

Методы и материалы

При разработке промышленного датчика для контроля и управления хлорной отбелкой целлюлозы необходимы данные по оптическим свойствам целлюлозы (главным образом спектры диффузного отражения).

Для лабораторного исследования оптических свойств целлюлозы были использованы образцы сульфатной и сульфитной целлюлозы, предоставленные целлюлозно-бумажными комбинатами (Котласский ЦБК (г. Коряжма), Сыктывкарский лесопромышленный комплекс (г. Эжва)).Представленные образцы целлюлозной массы имели параметр жесткости (перманганатное число) в диапазоне от 27 до 56. Целлюлозная масса подвергалась обработке хлорной водой с концентрацией активного хлора в пределах k=0-10%, далее промывалась в дистиллированной воде. Полученная пульпа была разделена на пробы, из которых в дальнейшем были получены отливки согласно ГОСТ 30437 – 96.Для 5 образцов целлюлозы с различной жесткостью были приготовлены 12 отливок: 6 отливок были приготовлены по результатам отбелки целлюлозы с использованием различной концентрацией активного хлора в пределах k=0-10% при одинаковой длительности хлорирования 40 с., остальные отливки были приготовлены по результатам отбелки целлюлозы одной концентрацией активного хлора k=2.5% при различной продолжительности хлорирования.

Для измерения спектров диффузного отражения в области длин волн λ=380-760 нм был использован лабораторный спектрометр с интегрирующей сферой.

Описание и обсуждение результатов

С использованием лабораторного спектрометра с интегрирующей сферой были получены спектры диффузного отражения образцов целлюлозы, приготовленных в лабораторных условиях.
Полученные спектры диффузного отражения целлюлозы имели схожий вид для всех образцов: хлорирование целлюлозы приводит к снижению коэффициента диффузного отражения в области длин волн λ<500 нм. В зависимости от концентрации хлора, используемого при отбелке, а также продолжительности хлорирования, значение коэффициента диффузного отражения изменяется не более ∆R=±10%.

Полученные данные по спектральным зависимостям коэффициента диффузного отражения целлюлозы позволили разработать алгоритм оптимизации расхода хлора и длительности процесса хлорирования в зависимости от белизны целлюлозы. Оптимальный алгоритм дозировки хлорного реагента основан на определении в  зависимостях параметра белизны от концентрации хлора особой точки, разделяющей область быстрого уменьшения параметра белизны и область, где этот параметр меняется очень слабо при повышении концентрации активного хлора.

Используя полученные выше данные, был разработан и создан промышленный оптико-электронный датчик для контроля и управления хлорной отбелкой целлюлозы. Работа прибора основана на измерении в режиме реального времени коэффициента отражения целлюлозы в технологическом потоке. В общем случае, датчик включает в себя погружаемый зонд, первичный блок электронной системы сбора, обработки данных, а также электронный блок на пульте управления цехом. В конструкции датчика установлен трехколлекторный волоконно-оптический жгут, через который на блок обработки данных передавалось отраженное от целлюлозы излучение. Каждый из трех коллекторов волоконного жгута формировал независимый канал измерения на одной из трех длинах волн λ = 457, 630, 1100 нм. Калибровка каналов измерений проводилась в цеховой лаборатории при помощи лабораторного спектроколориметра. При этом алгоритмы обработки результатов измерений предполагали линейную зависимость коэффициентов отражения от уровня сигналов в каждом из трех каналов.

Разработанный прибор проходил промышленные испытания на одном из целлюлозно-бумажных комбинатов. При пробных отбелках, которые проводились только на основании показаний оптико-спектрального датчика, полностью подтвердились рассмотренные выше общие закономерности влияния хлорирования на оптические свойства целлюлозы. Операторы смен, основываясь на показаниях оптико-спектрального технологического датчика, постепенно и непрерывно увеличивали расход белящего реагента и определяли участок, который соответствовал оптимальному хлорированию. При этом полученные данные по выходной жесткости и белизне целлюлозы полностью удовлетворяли технологическим требованиям данного отбельного производства.

Используемые источники
1.ГОСТ 30437 – 96 (ИСО 3688 – 77). Целлюлоза. Метод определения белизны. – Москва: ИПК Издательство стандартов, 2001. – 9с.
2.ГОСТ 29215 – 91 (ИСО 3260 – 82). Целлюлоза. Метод определения расхода хлора (степень делигнификации). – Москва: ИПК Издательство стандартов, 2004. – 14с.
3.Белов Н. П., Лабораторный спектрометр для исследования коэффициента отражения и определения параметров цветности диффузно отражающих объектов/ Белов Н. П., Грисимов В. Н., Яськов А. Д. // Известия вузов. Приборостроение. – 2010. –№7. – с. 74—78.
4.Миловидова Л.А. Отбелка целлюлозы: учебное пособие/ Миловидова Л.А., Комарова Г.В., Королева Т.А. – Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005. – 130 с.
5.Иванов Ю.С. Технология целлюлозы. Варочные растворы, варка и отбелка целлюлозы: учебно-практическое пособие/ Иванов Ю.С., Никандров А.Б. – СПб: СПбГТУРП, 2014. – 41 с.
Information about the project
Surname Name
Odnovorchenko Pavel
Project title
Chlorine bleaching cellulose control using electro-optical industrial photometer
Summary of the project
This paper represents the results of a study of the spectral dependencies of diffuse reflection of cellulose in the wavelength of 380 - 760 nm after using chlorine bleach. Based on the data obtained by the spectral dependence of diffuse reflectance is presented optimal algorithm for dosing of chlorine in cellulose bleaching reagents. Presents the description of the structure of the developed sensor, the calibration process and the results of the industrial tests of electro-optical sensor for the monitoring and control of chlorine bleaching of cellulose.
Keywords
bleaching cellulose, industrial electro-optical sensor, diffuse reflection, chlorine bleaches