AT391718B

AT391718B - Verfahren zur regelung eines sauerstoffbleichprozesses

Info

Publication number: AT391718B
Application number: AT0310985A
Authority: AT
Inventors: Erkki Malmsten
Original assignee: Rauma Repola Oy
Priority date: 1984-11-08
Filing date: 1985-10-28
Publication date: 1990-11-26
Also published as: ZA858415B; SE8505246L; NO854446L; ATA310985A; SE463106B; FI844390L; FR2572742A1; SE8505246D0; SU1542423A3; FI844390A0; NO163910B; FI71178B; US4840703A; ES548535A0; BR8505604A; ES8701263A1; JPS61113889A; IT1186185B; DE3538618A1; FR2572742B1

Description

Nr. 391 718

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem der Sauerstoffbleichprozeß von Zellulose geregelt wird, wobei der Zellstorfmasse Alkali und Sauerstoff zugegeben wird und danach diese in einen Bleichreaktor geführt wird.

Bei den Sauerstorfbleichprozessen, auf die die Erfindung gerichtet ist, wird die Zellulose zuerst einer erforderlichen Alkalizugabe und Temperatureinstellung untergeworfen, wonach die Masse mit Sauerstoff vermischt wird, um Lignin zu entfernen. Nach der Sauerstoffvermischung wird die Masse in einen Reaktionsturm (= Reaktor) geführt, bei dem die Höhe des Abzugsspiegels konstant ist. Im allgemeinen wird ein Reaktor angewendet, bei dem die Masse von unten nach oben fließt, aber es können auch umgekehrte Anordnungen angewendet werden. Der Reaktor kann unter Druck oder ohne Druck funktionieren. In einem unter Druck stehenden Reaktor kann die Delignifizierung auch bei Temperaturen über 100 °C durchgeführt werden. Die Aufgabe von Alkali beim Prozeß ist es, die entstehenden Reaktionsprodukte, in erster Stelle Kohlendioxid zu binden, so daß das Verhältnis von freiem Alkali zu Sauerstoff bei der Zugabe richtig sein muß.

Bei den der Erfindung zugrundeliegenden unter Druck stehenden Prozessen ist der Druck des Reaktors in der jeweiligen Stelle die Summe des hydrostatischen Druckes der Reaktionsmischung und des Druckes im oberen Teil des Reaktors. Bei den Prozessen ohne Druck wird der Druck durch den hydrostatischen Druck gebildet und der Druck im oberen Teil des Reaktors ist Null.

Wenn der betreffende Prozeß mit einer sehr geringen Alkali- und Sauerstoffdosierung durchgeführt wird, wird die Zellulose nicht auf das gewünschte Niveau delignifiziert und die durch Sauerstoffbleichen erzielbaren Ergebnisse werden nicht erreicht. In einem umgekehrten Falle, wenn der Prozeß mit zu großen Alkali- und Sauerstoffdosen durchgeführt wird, wird zu weit delignifiziert, aber ein Teil von Alkali und Sauerstoff bleibt unverbraucht und geht verloren.

Weil die Beherrschung der Delignifizierung von Zellulose und der Verhältnisse des Reaktors in bezug auf die Stoffqualität und die Wirtschaftlichkeit des Prozesses von großer Bedeutung ist, sollten diese auch im Rahmen des Funktionsbereiches des Reaktors eingestellt werden können.

Mit der heutigen Betriebstechnik werden die Änderungen der Alkali- und Sauerstoffmengen anhand von Massenanalysen und Lösungstitrierungen gemacht. Zur Durchführung von chemischen Analysen wird jedoch so viel Zeit, sogar 4 bis 8 Stunden verbraucht, daß die Steuerung des Reaktors nicht im Rahmen der Einstelltechnik durchgeführt werden kann. In der allgemeinen Praxis werden die Prozesse fortwährend mit konstanten Mengen durchgeführt. So ändern sich die Prozeßverhältnisse fortwährend gemäß den Änderungen der Stoffmasse, wobei als Folge die Stoffqualität fortwährend veränderlich ist und zeitweise die Kosten für die Chemikalien unnötig hoch sind.

Jetzt hat man ein Regelverfahren für den Sauerstoffbleichprozeß erfunden, bei dem der hydrostatische Druck im Reaktor gemessen wird und die Zugabemenge von Alkali oder Sauerstoff gemäß den Änderungen des gemessenen Druckes bestimmt wird, um den gewünschten Delignifizierungsgrad zu erreichen.

Die Wirkung von gasförmigen Sauerstoff auf den hydrostatischen Druck ist von großer Bedeutung. Der Anteil von Sauerstoffgas bei NTP ist sogar über 100 % von der Menge der Zellulosemasse. Weil die der Erfindung zugrundeliegenden Prozesse mit konstanter Temperatureinstellung betrieben werden und auch die Änderung der Alkalidosierung maximal als Lösungszugabe ca. 0,5 % von dem gesamten Lösungsfluß ist, bleibt ihre Wirkung auf den hydrostatischen Druck gering. Bei Bedarf können sie jedoch berücksichtigt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Einstellverfahren kann der Delignifizierungsgrad von Zellulose auf den gewünschten Wert eingestellt werden und konstant unter Anwendung einer optimalen Chemikaliendosierung gehalten werden. Der Prozeß kann leicht beherrscht und gesteuert werden und als Resultat wird immer eine gleichmäßige Masse erhalten.

Im folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren anhand von Fig. 1 beschrieben.

Die ankommende Masse wird durch eine Dichteneinstellung (12) und eine Strömungsmengeneinstellung (11) zu einem Wasch-/Ausfälleinrichtung (1) geführt. Danach wird der Masse Alkali zugegeben und sie wird von einer Pumpe (17) durch eine Sauerstoffmischung (2) zu dem unteren Ende eines unter normalem Druck betriebenen Reaktionsturmes (3) gepumpt. Vor der Sauerstoffzugabe wird die Temperatur der Masse auf den gewünschten Wert mit Dampf erhöht Die mit Sauerstoff gebleichte Masse wird am oberen Ende des Reaktors (3) abgezogen. Am unteren Ende des Reaktors befindet sich ein Druckfühler und ein damit verbundener Regelkreis (4), der den hydrostatischen Druck des Reaktors durch Ändern der Sauerstoffdosierung (5) durch ein Quotientenrelais (6) auf den gewünschten Wert regelt. Eine Änderung der Strömungsmenge von Sauerstoff gibt durch ein Quotientenrelais (8) einen neuen Stellwert dem Regler der Alkalimenge (7) ab, wobei das Alkali-Sauerstoffverhältnis der gespeisten Masse beim gewünschten Wert bleibt. An den Reaktor ist auch ein pH-Regler mit seinen Regelkreisen (9) angeschlossen, mit dessen Hilfe der Stellwert des Quotientenrelais (8) gewählt wird. Die pH-Instrumentierung kann auch so aufgebaut sein, daß sie bei allen Betriebsgeschwindigkeiten (10) (Betriebsgeschwindigkeit= der wirkliche Massestrom berechnet aus der gemessenen Strömungsmenge (11) und der Dichte (12)) automatisch für ein richtiges Alkali-Sauerstoffverhältnis mit Hilfe eines Quotientenrelais (13) und dem pH-Regler (9) sorgt. Für die Änderung des Stellwertes des hydrostatischen Druckes (4) sorgt die Betriebsgeschwindigkeit (10) durch ein Quotientenrelais (14). Das Grundniveau des Stellwertes des hydrostatischen Druckes (4) und die Wirkungen der Betriebsgeschwindigkeit (10) auf den hydrostatischen Druck (4) und den Stellwerten des pH-Reglers (9) (= Abstimmung der Quotientenrelais (13) und (14)) werden auf -2-

Nr. 391 718

Grund der Messung der Ligningreduktionen des Prozesses bestimmt Beim Prozeß gemäß Fig. 1 werden außerdem noch die Einstellung (15) der Temperatur des Stoffmasse sowie die Messung (16) der Menge des Heizdampfes dargestellt. Die erfindungsgemäße Anlage kann auch unter Anwendung von an sich bekannten Meß- und Einstellelemente realisiert werden.

Es können auch andere als die in Fig. 1 dargestellten Anordnungen angewendet werden. Der hydrostatische Druck des Reaktors kann zum Beispiel von verschiedenen Höhen gemessen werden und die so erzielten Druckdifferenzen können zur Einstellung angewendet werden.

Zum Beispiel zur Einstellung eines unter Druck stehenden Bleichprozesses eignet sich gut ein Verfahren, bei dem die Druckdifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Ende des Reaktors gemessen wird. Bei dem unter Druck stehenden Prozeß muß natürlich der Überdruck des Reaktors genau konstant gehalten werden, damit seine Änderungen nicht auf den hydrostatischen Druck wirken können oder seine Änderungen müssen berücksichtigt werden.

Beispiel 1

Um die Abhängigkeit des hydrostatischen Druckes des Bleichreaktors und der Ligninreduktion zu bestimmen, wird eine Testserie mit einer fabrikmäßigen Anlage gemäß Fig. 1 durchgeführt. Die angewendete Zellulose ist Natriumsulfitseidenzellulose, die aus Tanne und Kiefer hergestellt ist, wobei der Anteil von Kiefer ca. 80 % beträgt. Die Ligninreduktion wird als IBC-Zahl bestimmt. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 und Tabelle 1 dargestellt. Man kann deutlich die Abhängigkeit der Ligninreduktion und des hydrostatischen Druckes sehen.

Beispiel 2

Die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Einstellverfahrens für Sauerstoffbleiche in einer Betriebssituation wird in Fig. 3 und Tabelle 2 dargestellt.

Der Betrieb produziert Natriumsulfitzellulose, die aus Tanne und Kiefer so hergestellt ist, daß der Anteil von Kiefer ca. 80 % beträgt Die Ligningehalte von Zellulose sind als IBC-Zahl bestimmt. Von einem normalen Betriebseinsatz sind Qualitäts- und Einsatzwerte eines kontinuierlichen Betriebes von 18 Stunden in Tabelle 2 dargestellt. Die Funktionsfähigkeit des Einstellverfahrens ist deutlich der Fig. 3 zu entnehmen, in der die Ergebnisse graphisch dargestellt sind:

Kurve (1) = Stellwert des hydrostatischen Druckes 0-100 %

Kurve (2) = Produktionsgeschwindigkeit 0-30 t/h (0-100 %)

Kurve (3) = Härte der Masse vor dem Reaktor 1-100IBC (0-100 %)

Kurve (4) = Sauerstoffmenge 1-5 kg/min (0-100 %)

Kurve (5) = Härte der Masse nach dem Reaktor 1-10 IBC (0-100 %) Während der ersten 9 Stunden des Betriebes ist die Menge der im Reaktor eingesetzten Masse mehrmals geändert worden (Kurve (2)). Das erfindungsgemäße Einstellsystem hat den hydrostatischen Druck entsprechend dem durch die Betriebsgeschwindigkeit eingestellten Stellwert (Kurve (3)) aufrechterhalten und die Sauerstoff- 1 (Kurve (4)) und Alkalimengen entsprechend dem Stellwert eingestellt, wobei das Sauerstoff-/Alkali-Verhältnis— 2 ist. Trotz einer 40 %:igen Änderung der Einsatzmenge ist die Härte der durch Sauerstoff gebleichten Masse praktisch konstant geblieben.

Aus der Fig. 3 ist weiter in dem letzten Teil des Betriebseinsatzes zu sehen, wie das Einstellsystem funktioniert hat, wenn die Härte der im Reaktor angewendeten Masse auf den doppelten Wert (Kurve (3)) gestiegen hat. Das Einstellsystem hat auch dabei die Härte der durch Sauerstoff gebleichten Masse auf dem gleichen konstanten Niveau gehalten.

Die Bedeutung des erfindungsgemäßen Einstellverfahrens in der Praxis ist ganz deutlich, denn es erlaubt beim Sauerstoffbleichen eine immer bessere Beherrschung, wobei die an dem Prozeß gestellten Ziele sowohl in bezug auf die Kosten der gesamten Chemikalien als auch auf die Herabsetzung der Umweltbelastung leichter erzielbar sind. Außerdem können die durch die Dosierungsfehler verursachten Störungen des Prozesses eliminiert werden und die Beherrschung der Qualität der Masse ist besser. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine Computersteuerung des Sauerstoffbleichprozesses auf eine einfache und betriebssichere Weise zu realisieren.

Die in der Beschreibung und den Zeichnungen verwendeten Abkürzungen haben folgenden Bedeutung: (NTP) (IBC) (FRC) (CSRC) (uM) (TRC)

Normaldruck und -temperatur

Eine Maßzahl ("IBC-Zahl") für den Ligningehalt der Pulpe aufzeichnender Stxömungsregler aufzeichnender Dichtenregler Rechen-Relais aufzeichnender Temperaturregler -3-

Nr. 391 718 (FRQ) : Strömungsmeßgerät (pHRC) : aufzeichnenderpH-Wert-Regler (PRC) : aufzeichnender Druckregler (RM) : Quotienten-Relais 5

Tabelle 1 10 Ankommende Sauerstoffbleichen Abgezogene Ligninreduktion Masse Sauer- HydrosL Masse Menge IBC Alkali Stoff Temperatur Druck t/h kg/mt kg/mt °C bar IBC % 15 18 3.5 10 3 94 3.83 2.25 35.7 18 3.4 10 3 95 3.78 1.90 44.1 18 3.6 12 4.5 94 3.68 1.72 52.2 20 18 3.5 14 6 95 3.63 1.60 54.3 17 3.5 15 7 95 3.53 1.45 58.6 16 3.3 16 8 95 3.43 1.25 60.9 25

Tabelle 2 30 35 Zeit (h) Produktion t/h Härte vor dem Reaktor IBC Sauerstoff menge kg/min Stellwert f. d. hydrosL Druck % Härte nach dem Reaktor IBC 0 20 3.90 2.00 60 1.54 1 18 4.14 1.75 58 40 2 18 4.32 1.75 60 1.45 3 15 4.02 1.25 70 4 12 3.72 1.00 73 1.54 5 20 3.90 2.00 70 6 18 4.14 1.80 65 1.67 45 7 15 4.14 1.40 68 8 18 3.96 1.50 65 1.45 9 20 4.26 2.10 65 10 20 4.26 ' 2.10 62 1.21 11 20 3.96 2.05 58 50 12 20 4.02 2.10 60 1.67 13 20 7.51 3.00 65 14 20 8.15 3.40 60 1.58 15 20 5.91 2.65 60 16 20 6.47 3.05 65 1.63 55 17 20 5.90 2.50 55 18 20 5.00 2.40 55 1.45 -4- 60

Claims

Nr. 391 718 PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Regelung eines Sauerstoffbleichprozesses von Zellulose, wobei der Stoffmasse Alkali und Sauerstoff zugegeben wird und der Massestrom bei einer gewünschten Temperatur zu und aus einem Bleichreaktor geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrostatische Druck im Reaktor gemessen wird und die Menge der Alkali- und/oder Sauerstoffzugabe und/oder das Sauerstoff-Alkali-Verhältnis und/oder die Temperatur gemäß der Änderung des gemessenen Druckes eingestellt wird, um den gewünschten Delignifizierungsgrad zu erreichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Massestrom dem unteren Ende des Reaktors zu- und von seinem oberen Ende weggeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrostatische Druck am unteren Ende des Reaktors gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Bleichreaktor unter Druck steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck am oberen und unteren Ende des Reaktors gemessen wird und die durch die Messung erhaltene Druckdifferenz zur Einstellung angewendet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem der pH-Wert des zum Reaktor geführten Massestromes gemessen wird und die Alkalimenge gemäß den Änderungen des gemessenen pH-Wertes eingestellt wird. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -5-