DE3129010A1 - Verfahren zur steuerung von chemikalien waehrend einer behandlung mit gas - Google Patents
Verfahren zur steuerung von chemikalien waehrend einer behandlung mit gasInfo
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Description
Μα it
Verfahren zur Steuerung von Chemikalien während
einer Behandlung mit Gas.
Die Erfindung betrifft die Behandlung einer Substanz in flüssiger oder suspendierter Form, insbesondere eines aus
in Flüssigkeit suspendierter Zellulosefaser bestehenden
Breies, mit Gas, z.B. die Behandlung von Zeilstoffbrei
mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch
zum Bleichen oder Entholzen.
Während des üblichen Sauerstoff-Bleichens von Zellstoffbrei
mit hoher Konzentration, z.B. im Bereich von 20 - 30% Fasern, wird der Entholzungsgrad, die sogenannte Kappazahly
im wesentlichen durch Veränderung des Zusatzes von NaOH (OH-Konzentration) gesteuert. Die Kappazahl von ungebleichtem
Zellstoffbrei wird notiert, und es wird der Zusatz von ^
NaOH mit etwa 1 kg NaOH pro Tonne Luft trockenen Zellstoffs fc
(ADMT) für jede gewünschte verschiedene Kappazahl geändert. Die Temperatur und der Partialdruck des Sauerstoffes werden
normalerweise konstant gehalten. Während des Bleichens mit hoher Zellstoffkonzentration mit Sauerstoff steht zu
jeder Zeit eine hinreichende Menge an Sauerstoff zur Verfügung, solange der Druck im Behandlungsgefäß und die
Sauerstoffmenge im Reaktorgas etwa konstant gehalten werden.
Während des kontinuierlichen Sauerstoffbleichens mit Zellstoff
mittlerer Konzentration, z.B. im Bereich zwischen 5 und 15% Fasern, wird der zur Verfügung stehende Sauerstoff
zu jeder Zeit durch die Menge an Sauerstoff bestimmt, die kontinuierlich pro Tonne Zellstoff zugesetzt
wird. Wenn der Sauerstoffverbrauch aufgrund höherer Waschverluste
in dem vorhergehenden Zellstoffwaschabteil oder aufgrund einer höheren Kappazahl ansteigt, kann am Ende ^
der Reaktion ein Sauerstoffmangel auftreten, was zu einer
zu geringen Entholzung führt, d.h. zu einer zu hohen Kappazahl des behandelten Zellstoffbreies. Um eine wirksame
Steuerung der Kappazahl sicherzustellen, ist es deshalb wichtig, daß der Zusatz an Sauerstoff während der Behandlung
selbsttätig einjustiert werden kann, und zwar im wesentlichen deshalb, um Änderungen der Waschverlüste und
der Kappazahl des ungebleichten Zellstoffs zu kompensieren. Die vorliegende Erfindung bezweckt die Lösung dieses Problems
in einfacher und wirksamer Weise. Der nachgesuchte Schutz ergibt sich' aus den Patentansprüchen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Druck in einem geschlossenem Behälter, der mit Zellstoffbrei gefüllt
ist, in den Sauerstoff eingemischt wird, abnimmt, wenn der Sauerstoff verbraucht wird. Durch Anwendung dieser
Erkenntnis ist es durch praktische Versuche möglich gewesen, ein einfaches Verfahren zum Messen des Sauerstoffverbrauches
in einer kontinuierlich arbeitenden Bleich- oder Entholzungsstufe in industriellem Maßstab zu finden. Als solches
haben Experimente gezeigt, daß von einer ursprünglich gut
eingemischten Menge an Sauerstoff entsprechend 28 kg/t absolut trockenen Zellstoffs (Kg/BDMT) die folgenden Mengen
nach 0 bis 40 Min. in einem geschlossenen Behälter verblieben sind, während der Druck gemäß der folgenden Tabelle
abnahm:
Verbleibendes On
Zeit, Min. | % | kg/BDMT | Druck, kp/cm2 |
0 | lob" | 28 | ' 5,8 |
1 | 70,7 | 19,8 | 4,4 - |
2 | 56,4 | 15,8 | 3,5 |
3 | 46,8 | 13,1 | 3,1 |
4 | 40,7 | 11,4 | 2,9 . |
5 | 35,0 | 9,8 | 2,1 |
10 | 17,9 | 5,0 | 1,3 |
20 | 13,2 | 3,7 | 0,8 |
30 | 8,2 | 2,3 | 0,5 |
40 | 3,6 | 1,0 | 0,4 |
- JS.
Während des Sauerstoffbleichens von Zellstoff wird im praktischen
industriellen Betrieb der Zellstoffbrei mit mittlerer Konzentration mit gründlich eingemischtem Sauerstoff,
so daß das Gas als kleine Blasen sichtbar ist, und gegebenenfalls mit anderen Chemikalien in kontinuierlichem
Strom in das erste Ende eines Reaktionsgefäßes eingeführt, in welchem ein praktisch konstanter Druck aufrechterhalten
wird» Die Temperatur liegt normalerweise über 8O0C und kann
beispielsweise 95 bis 120° C betragen. Aus dem zweiten Ende
des Gefäßes wird der Zeilstoffbrei in ein anderes Behandlungsgerät
ausgelassen, wie beispielsweise einen Schnellzyklon (flash cyclone). Aufgrund der Tatsache, daß der
Druck in dem Gefäß konstant gehalten ist, entspricht der obengenannte Verbrauch an Gas im Zellstoff einer Verringerung
des Volumens der Bläschen, was wjßlerum bedeutet, daß der
Zellstoff mit seinen Gasbläschen während der Behandlung eine
erhöhte Dichte erhält.
Auf der Basis der obenangegebenen Tabelle, welche den verbleibenden
Sauerstoffdruck zeigt, und unter der Bedingung, daß der Arbeitsdruck 8 bar absolut ist, beträgt der Dampfdruck
bei 1050C 1,3 bar, und unter Verwendung des Gasgesetzes
pv = nRT, in welchem ρ = 6,7 bar, η = q/32 und q die Menge an Sauerstoff in kg ist, folgt, daß ν = 0,14 q m3.
Die folgende Tabelle, kann dann aufgestellt werden:
Min, | m3 | m3 | kg/m3 |
Zeit | Gasvolumen | Gesamtvolumen | Dichte |
0 | 3,92 | 14,06 | 0,71 |
1 ■ . ■■ | 2,77 | 12,91 | 0,77 |
2 | 2,21 | 12,35 | 0,81 |
3 | 1,83 | 11,97 | 0,84 |
4 | 1,60 | 11,73 | 0,85 |
5 | 1,37 | 11,51 | 0,87 |
10 | 0,70 | 10,84 | 0,92 |
20 | 0,52 | 10,65 | 0,94 |
30 | 0,32 | 10,46 | 0,96 |
■ ΰ | 0,14 | 10,28 | 0,97 |
O I L Cl U IU
ί»
Das obige basiert auf einer Tonne absolut trockenem Zellstoff,
der auf 10 % verdünnt worden ist und für den folgendes gültig ist:
Flüssigkeit 9,0 Tonnen; Dichte 0,95; Volumen 9,47 m3
Zellstoff 1,0 Tonnen; Dichte 1,50; Volumen 0,66 m3
Gesamtvolumen 10,14 m3
Im praktischen Betrieb kann der Gasverbrauch durch Messung
der Dichte des Zellstoffs in einem Zeitpunkt bestimmt werden, nachdem das Gas in den Zellstoff eingemischt und zu
kleinen Bläschen verteilt worden ist. Es werden Zellstoffbreidruck
und die Temperatur des Zellstoffbreis gleichzeitig gemessen, worauf der Gasverbrauch sich als Differenz zwischen
dem zugesetztem Gas und dem errechneten Restgas zu dem jeweiligen Augenblick ergibt. Auf dieser Basis wird dann das
dem Brei zugesetzte Gas reguliert, während Rücksicht auf das gewünschte abschließende Behandlungsergebnis genommen
wird. Eine bessere Steuerungsmöglichkeit wird erhalten, wenn die Dichte gemessen wird und der Restgasgehalt nach
dem Zusatz zu verschiedenen Zeitintervallen errechnet wird. Es ist auch möglich, den Verbrauch zwischen zwei oder
mehreren solcher Zeitintervalle zu vergleichen und auf diese Weise ein Bild des Reaktionsprozesses während der
Behandlungszeit zu erhalten. Anstelle einer Dichtemessung
zu einem bestimmten Zeitpunkt kann es praktisch vorteilhaft sein, die mittlere Dichte während einer oder mehrerer
kurzer Zeitperioden zu errechnen.
Die Dichtezahlen können gemessen oder auf verschiedene Weise errechnet werden, wobei das erfindungsgemäße bevorzugte
Verfahren in der Bestimmung der Dichte durch Messung der Differenz des statischen Druckes zwischen verschiedenen
Meßpunkten besteht. Da im praktischen Betrieb die Behandlung normalerweise in vertikalen Gefäßen erfolgt, ist es
ersichtlich besonders vorteilhaft, die Druckdifferenz
mit Hilfe von dp-Zellen zwischen verschiedenen Höhen des
O β · ο ο ο
Gefäßes zu messen. Wenn der Zellstoff keinerlei Gas enthält, sollte die Dichte für den fraglichen Zellstoffbrei
normal sein. Wenn jedoch der Zellstoffbrei in einer gewissen
Höhe des Reaktionsgefäßes ein gewisses Gasvolumen enthält, so ist die Dichte unterschiedlich, während
gleichzeitig die Druckdifferenz zwischen zwei Ebenen verändert ist, solange Gas verbraucht wird und das Volumen
abnimmt. Wenn der Druck nicht ausgewählt wird, um die Dichteänderungen zu bestimmen, so können diese Dichteänderungen
mit Hilfe einer auf radioaktiver Strahlung basierenden Vorrichtung bestimmt werden. Als dritte Alternative
existiert die Möglichkeit, das Reaktionsgefäß mit seinem Inhalt kontinuierlich zu wiegen, um eine Messung
des mittleren Gasgehaltes im Brei zu erhalten sowie eine Angabe darüber, wie sich dieser mit ändernden Gasgehalten
ändert.
Unabhängig von dem gewählten System wird die Möglichkeit angestrebt, das zugesetzte Gas so zu steuern, daß der Zell
stoff, wenn er das Reaktionsgefäß verläßt, einen gewünschten Behandlungsgrad erreicht hat. Im Falle von Zellstoff
spielt die Kappazahl eine dominierende Rolle. Da eine kontinuierliche
Behandlung vorzuziehen ist, kann das beschrie bene erfindungsgemäße Verfahren sehr wohl in einem System
verwendet werden, in welchem Zellstoff mit Hilfe einer Pum pe oder eines höheren Druckes in einer vorhergehenden
Behandlungsstufe, wie z.B. in einem kontinuierlichen Kocher,
durch das Reaktionsgefäß bewegt wird, und zwar mit einer bevorzugten Geschwindigkeit. Die Dichtemessungen
und die Gassteuerung müssen in Bezug auf die Strömungsgeschwindigkeit und auch in Bezug auf den tatsächlichen
Druck und die Temperatur der Reaktion justiert werden.
Das Beispiel zeigt, daß es bei Anwendung bekannter physikalischer Prinzipien möglich ist, ein Steuersystem für
die Behandlung von Zellstoffbrei mit in erster Linie
Sauerstoff in sehr einfacher Weise zu lösen, jedoch ist
es selbstverständlich, daß das gleiche Verfahren mit Vorteil auch während der Gasbehandlung anderer Substanzen in
flüssiger oder suspendierter Form verwendet werden kann, bei welchem die Substanz mit Gas behandelt werden soll,
das eingemischt wird und das während der Reaktion mit einer bestimmten Geschwindigkeit verbraucht wird. Die Erfindung
ist deshalb nicht auf die oben beschriebene bevorzugte
Verwendung beschränkt, sondern sie kann innerhalb des Rahmens der Patentansprüche abgewandelt werden.
Claims (9)
- »η *«ae nc c ΛΛ « * « e e » - « j», „»ΛΑ J* *> Λ OPATENTANSPRÜCHE1 „ Verfahren zur Behandlung einer Substanz in flüssiger oder suspendierter Form, insbesondere eines aus in Flüssigkeit suspendierten Zellstoffasern bestehenden Breies mit Gas, bei welchem während der Behandlung durch Bestimmung der konsumierten Gasmenge die zugesetzte Gasmenge so gesteuert wird, daß ein gewünschtes Behandlungsergobnis erzielt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschrittesa) Der Substanz wird eine Gasmenge zugesetzt, die in der Substanz in kleinen Blasen fein verteilt wird;b) Die Dichte der Substanz wird in wenigstens einem Zeitpunkt gemessen, oder es wird die mittlere Dichte während wenigstens einer Zeitperiode gemessen;c) Die Temperatur und der Druck der Substanz werden entsprechend der gemäß b) gemessenen Dichte gemessen;d) Der Rest-Gasgehalt der Substanz wird zu den wirksamen, auf den Messungen nach b) und c) beruhenden Zeitpunkten oder Zeitperioden errechnet;e) Der Gasverbrauch wird als Differenz zwischen der gemäß a) zugesetzten Gasmenge und der Rest-Gasmenge gemäß d) oder zwischen zwei nach d) errechneten Rest-Gasmengen errechnet;f) Der Gaszusatz gemäß a) wird aufgrund des Verbrauchs nach e) gesteuert.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren kontinuierlich ausgeführt wird, wobei sich die Substanz in einem im wesentlichen gleichmäßigen Volumenstroiti bewegt, und daß das Gas in einem im wesentlichen gleichmäßigen Strom zugesetzt und in die Substanz gemischt wird,
- 3 ο Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daßJ.IZ.3U IUdie Substanz durch einen im wesentlichen vertikalen Behäl- •f terbei im wesentlichen konstantem überatmosphärlschenj.Druck und einer Temperatur über 8O0C bewegt wird, wobei dem einen Behälterende die Substanz mit dem verteilten Gas kontinuierlich zugeführt wird, während am zweiten Behälterende die Substanz mit einem möglichen Restanteil an Gas den Behälter kontinuierlich verläßt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtewerte in Bezug auf mögliche Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit der Substanz durch den Behälter einjustiert werden.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei nicht in den Behälter gepumpt, sondern mit Hilfe eines höheren Druckes in einer vorhergehenden Stufe, wie z. B. einem kontinuierlichen Kocher, durch den Behälter gepreßt wird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurchj» gekennzeichnet, daß die Dichteänderung der Substanz mitHilfe einer statischen Druckdifferenz, zwischen zwei oder mehreren Ebenen im Behälter gemessen wird.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Substanz mit Hilfe eines Radioaktivität verwendenden Verfahrens gemessen wird.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Dichte der Substanz in dem Behälter durch Wiegen des Reaktionsbehälters mit Inhalt gemessen wird.
- 9. Verfahren nach*.einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz aus Zellstoffbrei mit einer Konzentration von etwa 5 bis 15% besteht undf daß das Gas Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes>v Gasgemisch ist.
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