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

а также при ухудшении работы фильтров возрастает перепад дав­ ления в фильтрующем слое и появляется парообразование на линии выдачи гидролизата.

Вслучае хорошо налаженной эксплуатации средств автоматики

игидролизаппарата эти трудности легко преодолеваются. С целью предохранения диафрагмы от коррозии она изготовляется из кислотостойкой хромоникельтитановой стали, бронзы или латуни. Медь стойка против коррозии, но слишком мягка, вследствие чего острая кромка диафрагмы быстро затупляется под влиянием эрозии и погрешность измерения становится недопустимо большой. В случае частой чистки диафрагмы (через специальные отверстия

втрубопроводе, закрываемые пробками) налеты карамели легко устраняются. Проникновению гидролизата в первичный измеритель­ ный прибор— дифманометр препятствуют разделительные сосуды. Хорошее освоение метода перколяционного гидролиза обслуживаю­ щим персоналом и своевременная чистка фильтров позволяют свести к минимуму перепады давлений в фильтрующем слое и связанное с этим парообразование в потоке гидролизата.

Расходомер должен быть снабжен интегрирующим механизмом для учета количества гидролизата, отбираемого с варки. Это по­

зволит определить действительный выход редуцирующих веществ с варки и устранить или снизить потери производства.

Регулирующая заслонка исполнительного устройства ПИ-регу- лятора изготовляется из латуни и устанавливается на линии вы­ дачи гидролизата. Опыт показывает, что после месячной эксплуа­ тации на заслонке образуется небольшой, легко счищаемый налет карамели. При регулировании выдачи гидролизата по размеру вы­ соты уровня в гидролизаппарате применяется тот же метод, что и при регулировании расхода кислоты на смешение с водой.

В этом случае основным контролируемым и регулируемым пара­ метром является высота уровня в гидролизаппарате, которая изме­ ряется пьезометрическим методом (продувкой воздухом, гидролиза­ том или горячей водой) или гидростатическим методом с подсоеди­ нением дифманометра через разделительные сосуды. Сигнал по высоте уровня в случае отклонения высоты от задания или измене­ ния размера задания (согласно программе) приводит в действие два ПИ-регулятора — регулятор уровня, воздействующий на расход горячей воды, поступающей на смешение с концентрированной сер­ ной кислотой, и регулятор расхода гидролизата, уходящего из гидролизаппарата. Степени этих воздействий должны находиться в определенном соотношении между собой и относительно времени, что корректируется программой задания регулятора уровня и на­ стройкой коэффициентов передачи регуляторов.

Программный задатчик регулятора уровня в гидролизаппарате изменяет задаваемый во времени размер высоты уровня, соответ­ ственно чему устанавливаются в определенном соотношении рас­ ходы поступающей варочной кислоты и уходящего гидролизата.

При измерении уровня жидкой фазы в гидролизаппарате воз­ никают трудности, связанные с необходимостью устранения частых

325

засорений устройств для отбора импульса по высоте уровня. На результатах измерения высоты уровня пьезометрическим методом сказывается то, что находящаяся в гидролизаппарате гидролизу­ емая древесина в зависимости от текущего ее уплотнения создает переменное, фактически не учитываемое, сопротивление проходу жидкости или воздуха через ее слои. Масса содержимого в гидро­ лизаппарате в течение всего времени перколяции, промывки и от­ жима непрерывно уменьшается, так как отвод гидролизата превы­ шает поступление варочной кислоты. Соответственно понижается уровень жидкой фазы внутри гидролизаппарата.

Метод регулирования расхода (выдачи) гидролизата по раз­ меру массы содержимого гидролизаппарата хорошо себя зареко­ мендовал и является лучшим из трех перечисленных выше мето­ дов. Он состоит в следующем. Под опоры гидролизаппарата в за­ висимости от его размеров устанавливается от восьми до несколь­ ких десятков пружин (например, от четырехосной поясной тележки грузовых вагонов). Рядом с пружинами помещен передающий из­ мерительный преобразователь, например, дифференциально-транс­ форматорного типа. При изменении массы содержимого гидролиз­ аппарата пружины деформируются, что воспринимается передаю­ щим преобразователем.

Измерительный сигнал по размеру массы содержимого гидро­ лизаппарата поступает на вход измерительного первичного при­ бора и далее на ПИ-регулятор расхода гидролизата (поз. 3), являющийся регулятором соотношения расходов горячей воды, по­ ступающей в гидролизаппарат, и гидролизата, отбираемого из гид­ ролизаппарата. Соотношение расходов воды и гидролизата при настройке регулятора устанавливается с учетом показаний расхо­ домеров, измеряющих расходы воды и гидролизата.

Измерение расхода горячей воды, поступающей на смешение с серной кислотой, осуществляется двумя расходомерами перемен­ ного перепада, результаты измерений которых суммируются (поз. 4). Один из расходомеров измеряет расход подогреваемой

в гидролизуемой массе необходимо также учитывать количество загружаемого сырья и воды, подаваемой в гидролизаппарат на ста­ дии загрузки.

Размер температуры среды в гидролизаппарате на стадии пер­ коляции оказывает значительное влияние на скорость реакции, воз­ растающей с повышением температуры. Гидролизаппарат по тем­ пературе гидролизуемой массы является объектом с распределен­ ными параметрами.

На стадии прогрева, когда греющий пар поступает в нижнюю часть гидролизаппарата, гидролизуемая масса постепенно прогре­ вается, причем достигаемый перепад температур по высоте гидро­ лизаппарата (распределенность температур) зависит от того, ка­ кой применяется режим прогрева — мягкий, средний или жесткий.

326

Наибольшая распределенность температур наблюдается при мяг­ ком режиме, наименьшая — при жестком.

На стадии перколяции, когда горячая варочная жидкость по­ ступает в гидролизаппарат через перфорированную трубу, теплота варочной жидкости в основном передается верхним слоям гидроли­ зуемой массы, вследствие чего они при этом прогреваются более энергично, чем нижние. Происходит, во-первых, общее увеличение температуры в гидролизаппарате и, во-вторых, уменьшение пере­ пада температур по его высоте. Окончание перколяции характери­ зуется равенством температур подаваемой варочной жидкости и гидролизуемой массы, что могло бы служить критерием оптималь­ ности перколяционного гидролиза. Попыток осуществления управ­ ления процессом по этому показателю пока не предпринималось.

Для стабилизации процесса выравнивания температуры по вы­ соте гидролизаппарата производится автоматическое программное регулирование температуры горячей воды, поступающей в гидро­ лизаппарат (поз. 5). При этом используется ПИ-регулятор, пер­ вичный измерительный преобразователь которого в виде малоинер­ ционного термометра сопротивления устанавливается на выходе воды из подогревателя 20, а исполнительное устройство — на трубо­ проводе подачи греющего пара в подогреватель. Термометр сопро­ тивления устанавливается на расстоянии примерно 1,5 м от подогревателя, так как большее удаление увеличивает транспорт­ ное запаздывание, а приближение термометра к подогревателю может привести к погрешностям измерения в случае недостаточно хорошего смешения пара и воды в подогревателе.

Крайне важно правильно согласовать работу вышеуказанных регуляторов в соответствии с графиком времени прохождения ста­ дий процесса приготовления гидролизата в гидролизаппарате.

Гидролизат по выходе из гидролизаппарата проходит через ис­ парители I, II и III ступеней (4, 5 и 6), где под влиянием резко понижающегося ступенями давления он вскипает и охлаждается. Образовавшийся вторичный пар, пройдя пароосушитель, поступает в решоферы 7, 8 и 9, где, конденсируясь, отдает свое тепло воде, поступающей затем в гидролизаппарат. При самоиспарении гидро­ лизата одновременно вместе с паром удаляются фурфурол, скипи­ дар, метанол и летучие органические кислоты.

В испарителях ПИ-регулятором стабилизируется высота уровня гидролизата (поз. 6, 7 и 8). Во избежание ухудшения сепарации паров уровень должен располагаться ниже патрубка, через кото­ рый гидролизат поступает в испаритель. Уровень также не должен быть ниже патрубка для отвода гидролизата, так как в противном случае возможен проскок пара и снижение эффективности исполь­ зования тепла паров самоиспарения для подогрева воды в решо­ ферах.

Давление в испарителях каждой ступени контролируется обыч­ ными показывающими техническими манометрами (на схеме не приведены).

В инверторе 11 контролируется температура, а в промежуточ­

327

ном сборнике гидролизата — высота уровня (на схеме не пока­ зано).

С целью контроля работы решоферов всех трех ступеней пока­ зывающими техническими манометрами измеряется давление в па­ ровой фазе, а термометрами сопротивления в комплекте с элект­ ронными мостами — температура конденсата и подогреваемой воды до и после решоферов (на схеме не показано).

ПИ-регулятором в испарителе-конденсаторе стабилизируется вы­ сота уровня фурфуролсодержащего конденсата (поз. 9).

Высота уровня в баке оборотной воды 21 измеряется пьезомет­ рическим уровнемером (на схеме не показано). Кроме того, необ­ ходимо установить многочисленные сигнализирующие и блокиру­ ющие устройства (на схеме не показаны), например сигнализаторы предельного верхнего уровня сырья при загрузке в гидролизаппарат, блокирующие устройства, отключающие насосы при достиже­ нии предельного давления и т. д.

Приготовленный гидролизат из промежуточного сборника 12 поступает на нейтрализацию и очистку, задачей чего является: ос­ вобождение гидролизата от избытка серной кислоты (нейтрализа­ ция), снижение температуры до 26—40° С, уменьшение содержания фурфурола (до 0,03—0,04%) и полисахаридов, способных инвентироваться в моносахара, максимальное удаление коллоидных и взвешенных веществ. Из промежуточного сборника 12 гидролизат поступает в головной 13, а затем в хвостовой 14 нейтрализаторы, где посредством нейтрализации известковым молоком кислотность гидролизата снижается до необходимого минимума.

Кислотность гидролизата в головном нейтрализаторе контроли­ руется pH-методом и стабилизируется ПИ-регулятором, исполни­ тельное устройство которого устанавливается на линии подачи из­ весткового молока (поз. 10). Возрастание кислотности отрица­ тельно влияет на активность ферментов дрожжей, сопровождаю­ щуюся изменением электрического заряда коллоидов, входящих в состав цитоплазмы клетки, и приводящую к гибели дрожжей; низкая кислотность вредна, так как приводит к уменьшению содер­ жания сахаров в гидролизате.

В хвостовом нейтрализаторе из мерников в раствор вводится аммиачная вода. С аммиачной водой поступает азот для питания дрожжевых клеток и, кроме того, аммиачной водой производится дальнейшая нейтрализация раствора в случае, если в головном нейтрализаторе раствор не был в должной мере нейтрализован. При этом образуется сульфат аммония, способствующий образова­ нию в растворе двухводного гипса, имеющего кристаллы наиболь­ шего размера, что, в свою очередь, в дальнейшем улучшает отста­ вание (осветление) нейтрализата. Нейтрализация происходит в сотни раз быстрее процесса вызревания кристаллов гипса. По­ этому необходимо выдерживать растворы в нейтрализаторах в те­ чение определенного времени. Это достигается стабилизацией уров­

3 2 8