Прислать материал
Управление хлорной отбелкой целлюлозы при помощи оптико – электронного промышленного фотометра
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.
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.
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.
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.
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.