DD293215A5 - Verfahren zur ermittlung der aufschlusszeit des aufschlussabbruches bei der papierzellstoffherstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Aufschluszzeit zur Festlegung des Aufschluszabbruchs bei der Papierzellstoffherstellung nach den sauren Bisulfitaufschluszverfahren. Fuer die Herstellung von Papierzellstoff mit ganz bestimmtem vorgegebenem Restligningehalt im ungebleichten Zellstoff wird die erforderliche Aufschluszzeit aus den konkreten Primaerdaten des Prozesses nach der Beziehung{Papierzellstoffherstellung; Aufschluszzeit; Aufschluszabbruch}

Description

mit der dem jeweiligen Zeitintervall entsprechenden, nach der Gleichung

.-JSC_x

worin k_SOj = f (FV, SO₂) ist,

vorausberechneten SO₂-Korizentration vergleicht, daraus erneut die erforderliche Aufschlußzeit festlegt und solange weiterverfährt, bis die vorausberechnete und die gemessene SO₂-Konzentration übereinstimmen und dann den Aufschluß abbricht,

L = Ligningehalt

t = Zeit

δ = 1-3

F = Aktivierungsfaktor

FV = Flottenverhältnis

X = 0,5-4

T = Temperatur in Kelvin

k = entsprechende Geschwindigkeitskonstante bedeuten.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Aufschlusses von Holz, vorzugsweise nach dem sauren Bisulfitverfahren, und dient zur Einstellung des Restligningehaltes im Rohzellstoff.

Die Anwendung der Erfindung erfolgt hauptsächlich in der Zellstoffindustrie.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Zellstoffherstellung ist trotz jahrzehntelanger Praxis nach wie vor problematisch. Das ist zum einen begründet in dem Ausgangsprodukt Holz, das sich unterscheidet nicht nur in der Art des Holzes, sondern auch nach dem Standort, den Witterungsbedingungen, der Lagerung u.a. mehr, zum anderen im Aufschlußprozeß selbst, der noch nicht in ausreichendem Maße erforscht und beeinflußbar ist.

Vor der ί jlfatzellstoffiodustrie ausgehend fand die automatisierte Kontrolle des Holzaufschlußprozesses mittels Prozeßleitsystemen inzwischen allgemein Eingang.

Es wurde versucht, die dort durchgeführten Entwicklungen auf die Sulfitzellstoff Industrie zu übertragen, ohne daß hierbei überzeugende Lösungen entstanden sind (s. WP D21C, 216747).

Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, daß die Voraussetzungen für die Automatisierung bei beiden Verfahren völlig verschieden sind.

Die Herstellung von Sulfatzellstoff erfolgt in den meisten Fällen in großen Einheiten, oftmals kontinuierlich und unter weitgehend konstanten Bedingungen.

Für die Herstellung von Sulfitzellstoff stehen meist diskontinuierliche, kleinere Aufschlußsysteme zur Verfügung, in welchen nicht selten eine Vielzahl von Zellstoffsorten in der gleichen Anlage gefahren werden müssen. Dies erschwert den Einsatz von Prozeßleitsystemen.

Auf der anderen Seite verlangt aber gerade diese breite Palette von Qualitäten eine exakte Festlegung des Endpunktes der Kochung zur Erreichung der vorgegebenen Qualität. Darüber hinaus spielt auch der Aspekt des Umweltschutzes eine immer größere Rolle, so daß effektiv arbeitende Steuerungsverfahren bzw. -systeme eine unabdingbare Voraussetzung für das Erreichen einer neuen Qualitätsstufe beim Sulfitaufschluß darstellen.

Bei der Zellstoffherstellung können zur Bewertung des Aufschlusses Untersuchungen am Rohzellstoff, Beobachtung der Aufschlußparameter und Untersuchungen am Aufschlußmedium herangezogen werden.

Die Ermittlung von Qualitätsparametern am Zellstoff ist oft aufwendig, zeitintensiv und wenig repräsentativ, da nur wenige Gramm Zellstoff untersucht werden können.

Daher teilen sich die Kontrollparameter, die als Basisdaten für Steuerungsverfahren Verwendung finden, im wesentlichen in zwei Gruppen.

Die Gruppe 1 umfaßt die Messung von Aufschlußparametern, wie Kochtemperatur, Kochzeit, Kochdruck, Flottenverhältnis und Ausgangschemikalienzusammensetzung und -konzentration.

In der Grgppe 2 sind die Messungen zusammengefaßt, die am Aufschlußmedium erfolgen, wie Farbwert, Leitfähigkeit, pH-Wert, Brechungsindex, IR-Spektrum, UV-Absorption, Fluoreszenz und Konzentration der Aufschlußchemikalien.

Die zweite Gruppe hat zum Ziel, den Fortgang des Aufschlußprozesses durch Messung von in Lösung gegangenen Holzsubstanzen zu bestimmen.

Die Messung der Aufschlußparameter und deren Verknüpfung in Geschwindigkeitsgleichungen besitzt den Nachteil, daß während des Aufschlusses auftretende Probleme (unvorhergesehene Stillstände etc.) keinen Eingang mehr in das zugrundegelegte Kinetikmodell finden und somit Abweichungen von der vorausberechneten Qualität auftreten können.

Trotzdem läßt sich durch die Anwendung solcher Kinetikmodelle eine wesentliche Verbesserung der Steuerung des Aufschlussos erreichen. '

Voraussetzung dafür ist aber eine exakte Erfassung möglichst vieler Aufschlußparameter und relativ lange Zeit gleichbleibende Bedingungen.

Die Messung der in Gruppe 2 genannten Kontrollparameter besitzt den Vorteil, daß die Meßwerte aktuell und repräsentativ für den gesamten Kocherinhalt sind, da die Proben in den meisten Fällen aus Zirkulations- bzw. Abzugsleitungen entnommen werden. Der Eignungsgrad der vorgeschlagenen Meßgrößen für die Charakterisierung des Fortschrittes beim Aufschluß ist allerdings unterschiedlich, da Störungen durch die Aufschlußchemikalien, gelöste Kohlenhydrate, Abbauprodukte, Ligninstrukturen u.a. die Meßgenauigkeit negativ beeinflussen.

Trotz dieser Probleme sind in den vergangenen Jahren große Anstrengungen unternommen worden, das Problem der Steuerung und der Bestimmung des Endpunktes für den Bisulfitaufschluß zu lösen.

So ist aus der Patentliteratur ein Verfahren zur Kocherendpunkteinstellung unter Zugrundelegung von Prozeßmeßgrößen (WP D 21C 216747) bekannt.

Die Erfindung geht davon aus, daß die Zielgröße des Aufschlußprozesses der Delignifizieamgsgrad ist. Ausgehend vom korrigierten Modell für den Η-Faktor, der als Prozeßsteuergröße für einen Sulfatzellstoffprozeß genutzt wird, und die Aktivalkalikonzentration und die Temperatur beinhaltet (Svensk Papperstidning 87 [1984] Nr. 10) werden erfindungsgemäß über Regressionsgleichungen unter Berücksichtigung von Prozeßeingangsgrößen, kocherspezifischen Konstanten und der geforderten JN-Zahl (Maß für den Delignifizierungsgrad) der Anfangs-H-Faktor ermittelt und über das H-Faktormodell der Endpunkt festgelegt. Einzige Meßgröße während des Prozesses ist die Temperatur, über die der aktuelle Η-Faktor berechnet wird, der mittels Rechner mit dem einzustellenden Η-Faktor zu vergleichen ist, um den Abbruch des Aufschlusses vorzunehmen.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die spezifischen Konstanten ständig, aufbauend auf das Aufschlußergebnis, korrigiert werden müssen. Ein weiterer Nachteil dieser Verfahrensweise ist, daß während des Aufschlußprozesses nur die Temperatur gemessen und zur Auswertung herangezogen wird.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat sich das Ziel gestellt, ein Verfahren zur Steuerung des Holzaufschlußprozesses vorzuschlagen, mit welchem es möglich ist, den Aufschluß des Holzes derart kontrollierbar durchzuführen, daß trotz ungleicher Ausgangsbedingungen bei jeder einzelnen Kochung (Kochervolumen, Holzqualität, technischer Zustand und technische Auslegung, Witterungseinflüsse, etc.) und trotz des Auftretens möglicher Störungen im Ablauf des Aufschlusses immer ein Rohzellstoff erhalten wird, der im Restligningehalt der Vorgabe entspricht,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Entwicklung eines Verfahrens zur Steuerung des Holzaufschlußprozesses eine qualitätsgerechte Zellstoffproduktion hinsichtlich der Einstellung des Restligningehaltes im Rohzellstoff zu gewährleisten. Da der Ligningehalt während des Aufschlußprozesses nichtständig kontrolliert und damit der Endpunkt nicht bestimmt werden kann, ist eine Prozeßstfeuerung hinsichtlich Temperaturführung und Aufschlußzeit in Abhängigkeit von den Primärdaten zu finden.

Bei der Papierzellstoffherstellung nach dem sauren Bisulfitaufschlußverfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man für einen vorgegebenen Restligningehalt im ungebleichten Zellstoff die für die Auslösung des Lignins erforderliche Aufschlußzeit aus den prozeßkonkreten Primärdaten des Aufschlusses nach der Beziehung

_ÜL

--^ = k_L-L^e-e ^T , worin K_L = f (FV, SO₂) ist, dt

ermittelt, in kurz aufeinanderfolgenden Zeitintervallen die SO₂-Konzentration im Aufschlußmedium mißt, mit der dem jeweiligen Zeitintervall entsprechenden nach der Beziehung

dSO₂ / T

dt

kso, (SO₂)"-e ^T , worin Kso, = f (FV, SO₂) 1st,

vorausberechneten SO₂-Konzentration vergleicht, daraus erneut die erforderliche Aufschlußzeit festlegt und solange weiterverfährt, bis die vorausberechnete und die gemessene SO₂-Konzentration übereinstimmen und dann den Aufschluß abbricht, wobei

• L = Ligningehalt

t = Zeit

δ = 1-3

El = Aktivierungsfaktor

FV = Flottenverhältnis

X = 0,5-4

T = Temperatur in Kelvin

k = entsprechende Geschwindigkeitskonstante

bedouten.

' Das Verfahren wird so durchgeführt, daß zunächst die Aufschlußparameter exakt bestimmt werden. In kurz aufeinanderfolgenden Zeitabständen wird laufend die SOj-Konzentration gemessen und rechnergestützt die SO₂-Konzentration für den Abbruchzeitpunkt vorausberechnet. Dadurch ist eine ständige Korrektur entsprechend dem Voranschreiten des Aufschlusses und Korrektur des Abbruchzeitpunktes entsprechend den Gegebenheiten möglich. Bei Übereinstimmung gemessener und vorausberechneter SO₂-Konzentration wird der Abschluß abgebrochen. Das Vorfahren besitzt den Vorteil, daß durch Verknüpfung von Modellgleichungen, die auf Messung von Aufschlußparametern und von Messungen am Aufschlußmedium basieren, die Zeit des Aufschlusses festgelegt wird.

Damit können die im Stand der Technik genannten Nachteile, die bei der Steuerung des Aufschlusses auf Basis von Parametern der Gruppe 1 oder der Gruppe 2 (s. Stand der Technik) auftreten, kompensiert werden, und es wird eine völlig neue Qualität in der Kontrolle und Steuerung des Bisulfitaufschlusses erreicht.

Ausführungsbeispiel

Das nachstehende Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutern:

Ein sauerer Bisulf itaufschluß soll so geführt werden, daß der Restligningehalt im ungebleichten Zellstoff ~ 2%, das entspricht einer PZ von 33-35 Einheiten, beträgt.

Folgende Aufschlußbedingungen werden eingestellt:

Verhältnis Kochsäure zu atro Holz von 3,0:1 Zusammensetzung der Kochsäure: 7,0%Gesamt-SO₂

1,05% CaO Maximaltemperatur 132⁰C

Aus der Geschwindigkeitsgleichung für die Änderung des Ligningehaltes im ungebleichten Zellstoff

_Jl

--^k=k_L-L⁸-e ^T mitK_L = f(P' SO₂) dt

läßt sich eine Aufschlußdauer von 150min berechnen. Nach diesen 150 Minuten bei Maximaltemperatur muß die SO₂-Konzentration in der Kochsäure um 0,85% abgenommen haben, berechnet aus der Geschwindigkeitsgleichung für die Änderung der SO₂-Konzentration in der Kochsäure

(SO₂)*-e ^T mit ^₀, = f (FV, SO₂)

dt Es bedeuten:

kso, = 2,5 · 10"³ - 0,4 · 10"³x, - 0,5 · 10"³X₂ - 0,3 · 10"³X₂ ² + 0,13 · 10"³X₁X₂

k_L = 0,87 · 10"⁴ + 0,10 · 10"⁴X₁ + 0,19 · 10"⁴X₂ + 0,10 10"⁴X₂ ² X₁ = Flottenverhältnis (FV) X₂ = Konzentration an SO₂

Die im Versuch ermittelte Änderung der S0₂-Konzentration betrug 0,85%. Der ungebleichte Zellstoff hatte einen Restligningehalt von 1,9%.

Claims (1)

1. Verfahren zur Ermittlung der Aufschlußzeit zur Festlegung des Aufschlußabbruchs bei der Papierzellstoff herstellung nach dem sauren Bisulfitaufschlußverfahren, gekennzeichnet dadurch, daß man für einen vorgegebenen Restligningehalt im ungebleichten Zellstoff die für die Auslösung des Lignins erforderliche Aufschlußzeit aus den prozeßkonkreten Primärdaten des Aufschlusses nach der Beziehung

   ^dL \ L^ö · e "^"

   >L L · θ ι

   dt "^L

   worin k_L = f (FV, SO₂) ist,

   ermittelt, in kurz aufeinanderfolgenden Zeitintervallen die S0₂-Konzentration im Aufschlußmsdium