Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf

откуда

ДР 1

(107)

Из уравнения (106) следует, что шкала плотномера будет'од­ носторонней с нижним пределом, равным нулю, и верхним пределом, соответствующим максимальной плотности жидкости. Тогда изменения плотности по размеру оказываются соизмери-

мыми с размером нечувствительности дифманометра и осуществ­ ление измерения по такой схеме оказывается невозможным.

Необходимо подавить нуль, т. е. сделать шкалу дифманометра безнулевой, начинающейся со значения минимально возможной плотности данной жидкости. Для этого в плотномер устанавлива­ ется сосуд 4 (рис. 87,6), в который до определенного уровня за­ лита измеряемая жидкость с минимальной плотностью.

220

При условии постоянства высоты уровня в первичном измери­ тельном преобразователе плотномера и отсутствии короткой пье­

Температурная компенсация достигается погружением сосуда 4 в жидкость, плотность которой измеряется. Однако при резких изменениях температуры исследуемой жидкости температурная компенсация оказывается недостаточной, так как жидкость в со­ суде 4 не успевает принимать температуру исследуемой жидкости.

Плотномер не может применяться для измерения плотности легко осаждающихся суспензий, например известкового молока. Плотномеры рассчитаны на установку в емкостях, находящихся под атмосферным давлением или в безнапорных трубопроводах, что ограничивает их применение.

Погрешность измерения не превышает ±4% от диапазона из­ мерения.

На рис. 87, в представлена система измерения плотности жид­ кости или суспензии непосредственно на вертикальном участке тру­ бопровода. Для исключения влияния на показания плотномера потери напора, образующейся при движении исследуемого веще­ ства на участке h, скорость движения вещества снижается посред­ ством расширения трубопровода.

манометров используются мембранные уровнемеры с противодав­ лением.

221

Принцип действия радиоизотопных плотномеров основан на зависимости ослабления гамма-излучения от плотности просвечи­ ваемого вещества при условии постоянства толщины его контро­ лируемого слоя (полное заполнение трубопровода, отсутствие зара­ стания или истирания его стенок в месте измерения, отсутствие пузырей воздуха, однородность измеряемого вещества и т. д.). Применение радиоизотопных уровнемеров оправдано лишь в слу­ чае, когда другие методы измерения плотности не могут быть при­ менены, например для контроля плотности шлама белого щелока, плотности отбеливающих растворов (гипохлорита кальция, гипо­ хлорита натрия), плотности раствора сернокислого глинозема и канифольного клея при приготовлении растворов для проклейки бумаг и картонов, плотности суспензии каолина, плотности раз­ личных кроющих суспензий, дисперсий и других жидкостей.

pH-метры и оксредметры. Активная кислотность всякой среды выражается показателем концентрации водородных ионов pH. Концентрация ионов водорода определяет характер среды: чем меньше показатель pH (в пределах до 7), тем кислотность рас­ твора больше, и, наоборот, чем больше показатель pH (в пределах от 7 до 14), тем более щелочным является раствор.

Известно, что кислоты [НА] при растворении в воде диссоци­ ируют на положительно заряженные ионы водорода [Н+] и отри­ цательно заряженные ионы кислотного остатка [А-]:

[Н А ]^[Н +] + [А-].

Щелочи [ВОН] при их растворении в воде диссоциируют на от­ рицательно заряженные ионы гидроксила [ОН-] и на положи­ тельно заряженные ионы металла [В+]:

[ВОН]г=[В+] + [ОН-].

В результате реакции между кислотой и щелочью раствор может оказаться нейтральным, кислым или щелочным. Во всех этих случаях произведение концентрации ионов водорода [Н+] на концентрацию ионов гидроксила [ОН-], выраженное в граммах ионов на литр, есть величина постоянная и при температуре 22° С составляет

[Н+] • [ОН-] = 1СГ14 г/л.

В нейтральном растворе количество тех или других ионов оди­ наково и равно

[Н+] = [ОН- ] = Ю~7 г/л.

При избытке кислоты, участвующей в реакции, в растворе оказывается избыток ионов водорода [Н+] и концентрация их ста­ новится выше ІО'7, а концентрация ионов гидроксила [ОН-] соот­ ветственно меньше ІО'7, вследствие чего раствор получается

к и с л ы м .

2 2 2

При избытке щелочи в растворе будет избыток ионов гидро­ ксила {ОН-], т. е. концентрация их будет больше ІО-7, а концентра­ ция ионов водорода [Н+] соответственно меньше ІО-7, и раствор оказывается щ е л о ч н ы м .

Показатель pH связан с концентрацией водородных ионов [Н+]

т. е. показатель pH является логарифмом величины, обратной кон­ центрации ионов водорода.

Изменение показателя pH выражается следующими величи­

Для определения величины показателя pH используется э л е к ­ т р о м е т р и ч е с к и й ме т о д , который заключается в измере­ нии э. д. с. двух специальных электродов, погружаемых в исследу­ емый раствор. Величина э. д. с. при этом зависит от концентрации водородных ионов в растворе. Потенциал одного из электродов зависит от pH раствора, вследствие чего электрод называется основным электродом, а по конструкции — стеклянным. Другой электрод называется сравнительным (а по конструкции — кало­ мельным)-, его потенциал не изменяется и не зависит от pH рас­ твора. Получающуюся между основным и сравнительным элек­ тродами разность потенциалов измеряют электронным потенцио­ метром с высокоомным входом.

Разность потенциалов, развиваемая подобным гальваническим элементом при 20° С, определяется уравнением

Из этого уравнения следует, что напряжение электродной цепи линейно зависит от показателя pH и что при 20° С напряжение на каждую единицу pH изменяется на 58 мВ.

Измерительные приборы, которые служат для определения концентрации водородных ионов в растворах, называют рН-мет- рами.

В целлюлозном производстве важнейшим различием сульфит­ ных варок с использованием растворимых оснований является ве­ личина pH, при которой проводится варка. Качество целлюлозного волокна, получаемого при варке древесины, зависит от активной кислотности варочного щелока, т. е. от показателя pH. Этот пока­ затель является важным, но не единственным, так как нельзя исключить влияние температуры варки, качества и степени уплот­ нения щепы, состава и количества кислоты, режима пропитки щепы варочным раствором и других переменных величин.

223

Несмотря на важность измерения pH варочного щелока в про­ цессе сульфитной варки целлюлозы, лишь в последнее время пре­ одоление конструктивных и метрологических трудностей позво­ лило осуществить это измерение. Основные трудности при созда­ нии первичного измерительного преобразователя были связаны с необходимостью измерений pH с высокой точностью (±0,05 pH) при температуре контролируемого раствора от 70 до 150° С и дав­ лении до 1200 кПа, так как охлаждение варочного раствора и понижение его давления приводят к изменению размеров pH и еН (окислительно-восстановительный потенциал). Заметим, что изме­ нение pH в процессе варки на размер 0,1 pH уже существенно сказывается на качестве получаемой целлюлозы.

При сульфатной варке pH-метры используются в системах до­ зировки белого щелока для контроля активной щелочности и сульфидности щелока при выработке обычной сульфатной целлю­ лозы, а также в системах предварительного водного гидролиза для контроля степени гидролиза при выработке сульфатной цел­ люлозы для сверхпрочного корда.

pH-метры применяются также для контроля pH хлорированной массы в ваннах после башен хлорирования, pH промытой в ваку­ ум-фильтрах облагороженной массы, pH отбельного щелока, pH массы при ее кисловке и отмывке, pH подсеточных вод бумагоде­ лательных машин и во многих других случаях. Однако надежность pH-метров оставляет желать лучшего.

тельно-восстановительного потенциала в растворе электролита. Потенциал, характеризующий окислительно-восстановительное равновесие, выражается математически таким же образом, как и для обычного электродного потенциала, а измеряется платиновым электродом, инертным относительно окислительно-восстановитель­ ной электролитной среды.

На надежность pH-метров и оксредметров в значительной сте­ пени влияют специфические особенности процессов целлюлознобумажного производства, а также агрессивность окружающей среды в помещениях варочного, отбельного и некоторых других цехов. Часто возникает обрастание электродов минеральным осад­ ком при контроле процессов нейтрализации кислых растворов из­ вестковым молоком, обрастание электродов клеем после подкис­ ления сильно проклеенной бумажной массы глиноземом, биологи­ ческое обрастание электродов на установках биологической очистки сточных вод и т. д. Наблюдается засмоление электродов при контроле процесса хлорирования целлюлозной массы в от­ бельном отделе, покрытие электродов тонкой пленкой масла при производстве таллового масла, покрытие их пеной, образующейся в ходе реакции или при перемешивании растворов, и т. п. В ре­ зультате ухудшается электролитический контакт электродов с рас­ творами и искажаются данные измерения. Не исключены случаи отравления электродов агрессивными средами.

224

Измерители и регуляторы влажности бумаги, картона и цел­ люлозы. При работе бумагоделательной машины очень важно со­ хранить определенную постоянную влажность бумажного полотна, выходящего из сушильной части. То же относится и к процессам производства картона и целлюлозы. Так, при выработке бумаги повышенной влажности резко возрастают обрывы бумажного по­ лотна, в результате чего увеличиваются простои оборудования и снижается производительность бумагоделательных машин. При пересушке бумаги перерасходуются пар и волокнистые материалы. Потребители, получающие бумагу с нестандартной влажностью, или вовсе не могут ее использовать, или выпускают неполноцен­ ную продукцию. Поэтому аппаратура для непрерывного измере­ ния и поддержания постоянной, заранее заданной влажности бу­ мажного или картонного полотна или целлюлозной папки по вы­ ходе из сушильного устройства имеет большое значение.

Для автоматического измерения влажности бумаги, картона или целлюлозы используются косвенные методы, основанные на существовании определенной взаимосвязи между влажностью по­ лотна и другими его физическими свойствами.

В известных влагомерах используются следующие зависимости: а) зависимость диэлектрической постоянной полотна от его

влажности; б) зависимость электрического сопротивления полотна от его

влажности; в) зависимость равновесной влажности полотна от относитель­

ной влажности окружающего воздуха; г) зависимость перепада температур на поверхности бумаж­

ного полотна в зоне сушильного цилиндра от влажности полотна; д) зависимость влажности полотна от расхода пара, потреб­

ляемого контрольным сушильным цилиндром.

Автоматическое регулирование влажности вырабатываемых бумаги, картона или целлюлозы осуществляется посредством из­ менения расхода пара, подаваемого в сушильное устройство.

Измерители массы квадратного метра бумаги, картона, целлю­ лозы. Масса квадратного метра является одним из основных показателей вырабатываемой бумаги, картона или целлюлозы. Автоматическое измерение и регулирование этого параметра осуще­ ствляется, например, бесконтактными радиоизотопными регулято­ рами. Наличие в комплекте регулятора самопишущего электрон­ ного потенциометра позволяет записывать на дисковой диаграмме

лотна положено известное свойство листовых материалов ослаб­ лять поток ß-частиц, проходящий через них, пропорционально их массе. Поток, проходя через листовой материал и попадая в ра­ бочий объем ионизационной камеры, вызывает образование