EP0850333A2 - Process and arrangement for monitoring cellulose digestion - Google Patents

Process and arrangement for monitoring cellulose digestion

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EP0850333A2
EP0850333A2 EP96939808A EP96939808A EP0850333A2 EP 0850333 A2 EP0850333 A2 EP 0850333A2 EP 96939808 A EP96939808 A EP 96939808A EP 96939808 A EP96939808 A EP 96939808A EP 0850333 A2 EP0850333 A2 EP 0850333A2
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EP
European Patent Office
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cooking
value
measured
cooker
measurement
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EP96939808A
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German (de)
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Klaus Fischer
Herbert Furumoto
Uwe Lampe
Ingeborg Schmidt
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C7/00Digesters
    • D21C7/12Devices for regulating or controlling
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C3/00Pulping cellulose-containing materials
    • D21C3/22Other features of pulping processes
    • D21C3/228Automation of the pulping processes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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Abstract

The determination of the end of the digestion time is essential in cellulose digestion for the product quality and/or yield. According to the invention, this is done by measurement of the pH in-situ and possibly the colour of the digestion acid during digestion. The process may be used in both discontinuously and continuously operating cellulose digesters. An arrangement for implementing the process with suitable sensors for the on-line measurement of at least the pH has an evaluator with a computer (70), in which said computer (70) determines the digestion time from the measurement values or their time variation.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Anordnung zur Überwachung der ZellstoffkochungMethod and arrangement for monitoring pulp boiling
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung der Zellstoffkochung, insbesondere zur Bestimmung des End¬ punktes der Kochzeit, und zur Steuerung des Kohlehydratabbaus mit Messung von physikalischen und/oder chemischen Größen am Aufschlußmedium, wie Farbwert, Leitfähigkeit, pH-Wert, Bre- chungsindex, IR-Spektrum, UV-Absorption, Fluoreszenz und/oder Konzentrationen von bei der Kochung verwendeten Aufschlu߬ chemikalien. Ein solches Verfahren wird besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Chemiezellstoff, aber auch von Papierzellstoff angewandt. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Anordnung zur Durchführung des Ver¬ fahrens, mit Sensoren zur Online-Messung einzelner charakte¬ ristischer Größen und diesbezüglicher Auswertung.The invention relates to a method for monitoring the pulp boiling, in particular for determining the end point of the boiling time, and for controlling the carbohydrate breakdown with measurement of physical and / or chemical parameters on the digestion medium, such as color value, conductivity, pH value, bre- index, IR spectrum, UV absorption, fluorescence and / or concentrations of digestion chemicals used in the cooking. Such a method is used particularly advantageously in the production of chemical pulp, but also of paper pulp. In addition, the invention also relates to the associated arrangement for carrying out the method, with sensors for online measurement of individual characteristic variables and related evaluation.
Bei der Zellstoffherstellung über die Zellstoffkochung ist ein wesentliches Ziel des Kochprozesses die Herauslösung des Lignins aus dem Rohstoff "Holz". Dabei soll jedoch die Cellu- losefaser - das gewünschte Endprodukt der Kochung - möglichst wenig angegriffen bzw. abgebaut werden, da letzteres die Aus¬ beute des Prozesses verschlechtert. Eine nicht ausreichende Herauεlösung deε Lignins führt umgekehrt zu einem Verlust an Produktqualität. Bei der de Herstellung von Chemiezellstoff geht es darüber hinaus um eine genaue Einstellung der Visko¬ sität, d.h. des durchschnittlichen Polymerisationsgehaltes der Zellulose.In the production of cellulose via cellulose boiling, an essential goal of the cooking process is the removal of the lignin from the raw material "wood". However, the cellulose fiber - the desired end product of the cooking - should be attacked or broken down as little as possible, since the latter worsens the yield of the process. An inadequate solution of the lignin conversely leads to a loss of product quality. The manufacture of chemical pulp also involves precise adjustment of the viscosity, i.e. the average polymerization content of cellulose.
Bei der Zellstoffherstellung im sauren Sulfitverfahren wird das Holz in Form von entrindeten Holzschnitzeln durch eine mehrstündige Kochung in einer "Kochsäure" genannten Lösung aufgeschlossen. Dieser Vorgang findet üblicherweise bei einer Temperatur zwischen 130 und 140°C unter einem Druck von etwa 8 bar über eine Zeitdauer von 4 bis 6 h statt. Die dabei ein¬ gesetzte Kochsäure hat einen pH-Anfangswert zwischen 2 und 3 und besteht üblicherweise aus einer wäßrigen Lösung von SO2 und Calciumbisulfit (Ca(HSC>3)2) bzw. Magnesiumbisulfit (Mg(HS03 ) 2) •In the pulp production in the acidic sulfite process, the wood in the form of debarked wood chips is digested by boiling for several hours in a solution called "cooking acid". This process usually takes place at a temperature between 130 and 140 ° C under a pressure of about 8 bar over a period of 4 to 6 hours. The cooking acid used has an initial pH of between 2 and 3 and usually consists of an aqueous solution of SO2 and calcium bisulfite (Ca (HSC> 3) 2) or magnesium bisulfite ( Mg ( HS0 3 ) 2 ) •
Neben letzteren Vorgängen laufen bei der Kochung eine ganze Reihe weiterer Reaktionen gleichzeitig ab, die aufgrund der unterschiedlichen Konzentration der Reaktionskomponenten und den Größen der Geschwindigkeitskonstanten unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeiten haben. Dadurch ist der optimale Zeitpunkt hinsichtlich einer maximalen Ausbeute an Zellstoff mit hoher Qualität, an dem die Kochung abgebrochen werden muß, schwierig zu erfassen.In addition to the latter processes, a whole series of other reactions take place simultaneously during the cooking, which have different reaction speeds due to the different concentration of the reaction components and the sizes of the rate constants. This makes it difficult to determine the optimal time for maximum yield of high quality pulp at which cooking must be stopped.
Aus der DD 293 215 A5 ist ein Verfahren zur Ermittlung der Aufschlußzeit zur Festlegung des AufSchlußabbruches bei derDD 293 215 A5 describes a method for determining the digestion time for determining the termination of digestion at
Papierzellstoffherstellung nach dem sauren Bisulfitaufschlu߬ verfahren bekannt, bei dem die für die Herstellung von Papierzellstoff mit ganz bestimmten vorgegebenen Restlignin- gehalt L im ungebleichten Zellstoff erforderliche Aufschluß- zeit aus konkreten Primärdaten des Prozesses nach der Bezie¬ hungPaper pulp production by the acid bisulfite pulping process is known, in which the pulping time required for the production of paper pulp with a specific predetermined residual lignin content L in the unbleached pulp from concrete primary data of the process after the relationship
dl ^dl ^
-— = k, - Ü -e τ mit k, = f(FV,S07 ) (1 ) dt L -— = k, - Ü -e τ with k, = f (FV, S0 7 ) (1) dt L
ermittelt und in kurz aufeinanderfolgenden Zeitintervallen die SO2-Konzentrationen gemessen werden. Parallel dazu wird die SO2-Konzentration für den Abbruchzeitpunkt nach der Beziehungdetermined and the SO2 concentrations are measured in short successive time intervals. In parallel, the SO2 concentration for the termination time is shown according to the relationship
-diS°- ) = ksa (S02)X ' e~τ^ mit k = f(FV,S02 ) (2) dt ' : - diS ° - ) = k sa (S0 2 ) X 'e ~ τ ^ with k = f (FV, S0 2 ) (2) dt' :
vorausberechnet und bei Übereinstimmung der vorausberechneten und gemessenen SO2-Konzentration der Aufschluß beendet. Ganz entsprechend wird in der DD 293 214 A5 zur Festlegung des AufSchlußabbruches für die Herstellung von Textilzellstoff vorgegebener Viskosität und Durchschnittspolymerisations ¬ grades der Zellulose die erforderliche Auf schlußzeit die Änderung der Anzahl der Spaltungen S nach der Beziehungcalculated in advance and the digestion ended if the calculated and measured SO2 concentration matched. In DD 293 214 A5, the definition of the termination of the digestion for the production of textile pulp is quite the same given viscosity and average degree of polymerization ¬ the cellulose the required closing time on the change in the number of cleavages S according to the relationship
7t ~ = k' ' e't mit ks = f<-FV>Cso>) < 3 ) 7 t ~ = k ''e't with k s = f <- FV > C so > ) <3 )
ermittelt, in kurz aufeinanderfolgenden Zeitintervallen die Leitfähigkeit χ und/oder die Absorption A von Licht in der Ablauge gemessen und mit der dem jeweiligen Zeitintervall entsprechenden, nach den Beziehungendetermined, measured in short successive time intervals, the conductivity χ and / or the absorption A of light in the spent liquor and with the corresponding time interval, according to the relationships
dy Z^L dy Z ^ L
- d^t = kx - e τ mit k*= f(FV,CS("λ.) (4)- d ^ t = k x - e τ with k * = f (FV, C S ( " λ .) (4)
e Tτ mit kλ = f(FV,CSOι ) : 5 ) dt A e T τ with k λ = f (FV, C SOι ): 5) dt A
vorausberechneten Leitfähigkeit χ bzw. Lichtabsorption A ver¬ glichen, wobei bei Übereinstimmung der gemessenen mit den er¬ rechneten Werten der Aufschluß beendet wird. Bei den Glei¬ chungen (1) bis (5) bedeuten im einzelnen L den Ligningehalt, t die Zeit, δ einen Exponentialfaktor, T die Temperatur in K, FV das Flottenverhältnis, S die Anzahl der Spaltungen der Cellulosekette, k-j^ die Geschwindigkeitskonstanten, Ej_ die Aktivierungsenergien, Csc, die Konzentration von SO2 in dercompare the previously calculated conductivity χ or light absorption A, the digestion being terminated if the measured values correspond to the calculated values. In equations (1) to (5), the individual L mean the lignin content, t the time, δ an exponential factor, T the temperature in K, FV the liquor ratio, S the number of splits in the cellulose chain, kj ^ the rate constants, Ej_ the activation energies, C sc , the concentration of SO2 in the
Kochsäure und A die Lichtabsorption, wobei δ = 1 bis 3 und χ = 0, 5 bis 4 ist.Cooking acid and A the light absorption, where δ = 1 to 3 and χ = 0.5 to 4.
Bei letzterem Stand der Technik wird davon ausgegangen, daß die Messung von physikalischen und/oder chemischen Größen, wie Farbwert, Leitfähigkeit, pH-Wert, Brechungsindex, IR- Spektrum, UV-Absorption, Fluoreszenz und/oder Konzentration bekanntermaßen zur Festlegung der Kochzeit herangezogen wird. Problematisch ist allerdings die Verknüpfung mit einem zuge¬ hörigen Kinetik-Modell, wobei diesen Problemen durch die iterativen Methoden Rechnung getragen werden soll. Da die Messung der Kennwerte durch Probennahme und dergleichen Maß- nahmen vergleichsweise ungenau ist, haben letztere Verfahren keinen Eingang in die Praxis gefunden.In the latter prior art, it is assumed that the measurement of physical and / or chemical parameters, such as color value, conductivity, pH value, refractive index, IR spectrum, UV absorption, fluorescence and / or concentration, is known to be used to determine the cooking time becomes. However, the linkage with an associated kinetic model is problematic, these problems being taken into account by the iterative methods. Since the measurement of the characteristic values by sampling and similar measures is comparatively imprecise, the latter methods have not found their way into practice.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anord- nung anzugeben, mit denen die Zellstoffkochung besser über¬ wacht werden kann. Mit einem zugehörigen Auswerteverfahren soll der optimale Endpunkt der Kochzeit möglichst genau ein¬ gehalten werden können.The object of the invention is to provide a method and an arrangement with which the pulp boiling can be better monitored. With an associated evaluation method, the optimal end point of the cooking time should be kept as accurate as possible.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Inline-Messung des pH-Wertes und gegebenenfalls der Farbe der Kochsäure während der Kochung gelöst . Vorzugsweise wird der pH-Wert der Koch¬ säure "in situ" auf 0,1 pH genau bestimmt und zumindest in der Endphase der Kochung in einem zeitlichen Abstand von 30 s erfaßt. Dabei werden als Sensoren für den pH-Wert sogenannte Emaille-Elektroden verwendet. Zur Erfassung der Farbwerte wird die Extinktion der Kochsäure Inline bei Betriebsbedin¬ gungen im Bereich des sichtbaren Lichtes gemessen. Vorzugs¬ weise werden zur "in situ"-Extinktionsmessung Tauchsonden verwendet. Vorteilhafterweise können mit einem Spektrometer Spektren im Bereich zwischen 400 und 800 nm wenigstens alle 30 s gleichzeitig mit dem pH-Wert erfaßt werden.The object is achieved according to the invention by an inline measurement of the pH and, if appropriate, the color of the cooking acid during the cooking. The pH of the cooking acid is preferably determined "in situ" to an accuracy of 0.1 pH and recorded at least in the final phase of the cooking at a time interval of 30 s. So-called enamel electrodes are used as sensors for the pH value. To record the color values, the absorbance of the cooking acid inline is measured under operating conditions in the range of visible light. Immersion probes are preferably used for "in situ" extinction measurement. With a spectrometer, spectra in the range between 400 and 800 nm can advantageously be recorded at least every 30 s simultaneously with the pH value.
Mit der Erfindung ergibt sich eine Verbesserung der Produkti- vität in der Zellstoffkochung gegenüber dem Stand der Tech¬ nik. Erstmalig werden die Sensoren zur sogenannten Inline- Messung, d.h. bei ca. 140°C und ca. 8 bar, eingesetzt. Das heißt konkret, daß weder Bypässe noch Probenentnahmen oder Verdünnungen benötigt werden, sondern die Meßwerte "in situ" vorliegen. Es kann kein SO2 mehr entweichen, was bei der kon¬ ventionellen Probenentnahme zu Fehlmessungen führte. Vielmehr liegen die Meßwerte nun unverfälscht vor und können so in optimaler Weise zur Überwachung der Zellstoffkochung heran¬ gezogen werden.The invention results in an improvement in productivity in cellulose cooking compared to the prior art. For the first time, the sensors for so-called inline measurement, i.e. at approx. 140 ° C and approx. 8 bar. Specifically, this means that neither bypasses, sampling or dilutions are required, but the measured values are available "in situ". No more SO2 can escape, which led to incorrect measurements during conventional sampling. Rather, the measured values are now unadulterated and can thus be used in an optimal manner to monitor the pulp boiling.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl beim diskon¬ tinuierlichen als auch beim kontinuierlichen Zellstoffkocher realisieren. Dabei lassen sich insbesondere die Sensoren für den pH-Wert jeweils an geeigneter Stelle einsetzen.The process according to the invention can be used both in the discontinuous and in the continuous pulp cooker realize. In particular, the sensors for the pH value can be used at a suitable point.
Der Vorteil der Emaille-Sensoren zur Messung des pH-Wertes besteht insbesondere in der hohen Standzeit bei praktisch nicht feststellbarer Abnutzung, wodurch nunmehr ein gesamter Kochvorgang verfolgt werden kann. Dabei wird die H+-Konzen- tration gemessen, welche tatsächlich am Zellulosemolekül vorliegt und welche die Depolymerisation der Kohlehydrate katalysiert. Wie oben im einzelnen ausgeführt wurde, kann im Gegensatz zu Messungen an offenen Proben kein SO2 mehr ent¬ weichen, so daß insbesondere keine Fehler durch Reaktion mit der Ablauge eintreten können.The advantage of the enamel sensors for measuring the pH is, in particular, the long service life with virtually undetectable wear, which means that an entire cooking process can now be followed. The H + concentration is measured, which is actually present on the cellulose molecule and which catalyzes the depolymerization of the carbohydrates. As has been explained in detail above, in contrast to measurements on open samples, no more SO2 can escape, so that in particular no errors can occur due to reaction with the waste liquor.
Gleiches gilt sinngemäß bei der spektroskopischen Messung. Durch erstmalige Verwendung von Tauchsonden ist eine Inline- Messung an geeigneter Stelle unter Reaktionsbedingungen, d.h. bei den dann vorliegenden Temperatur- und Druckwerten, mög¬ lich. Die Messung kann dabei unmittelbar an der unverdünnten Säure am Ort der Reaktion, d.h. ohne Bypass, durchgeführt werden, so daß die bereits erwähnten Fehler durch Verdünnun¬ gen oder SO2-Entweichung ausgeschlossen sind. Zur optischen Messung kann speziell die Simultanspektroskopie angewandt werden, mit der beispielsweise über ein Diodenarray ohne Verzögerung ein Spektrum über den erwünschten Wellenlängen¬ bereich erzielt werden kann. Gegebenenfalls kann mit einem einzigen Spektrometer durch Multiplexer an unterschiedlichen Stellen mit einzelnen Tauchsonden gemessen werden, wodurch sich gleichzeitig Meßwerte für eine Mehrzahl von Meßorten im Bereich der Kochzone bzw. der Bleiche ergeben.The same applies analogously to the spectroscopic measurement. By using immersion probes for the first time, an inline measurement at a suitable point under reaction conditions, i.e. with the then available temperature and pressure values, possible. The measurement can be made directly on the undiluted acid at the reaction site, i.e. can be carried out without a bypass, so that the errors already mentioned due to dilutions or SO2 escape are excluded. Simultaneous spectroscopy can be used specifically for optical measurement, with which, for example, a spectrum over the desired wavelength range can be achieved without delay using a diode array. If necessary, measurements can be carried out with a single spectrometer by means of multiplexers at different points using individual immersion probes, which at the same time results in measurement values for a plurality of measurement locations in the area of the cooking zone or the bleaching.
Bei der zugehörigen Anordnung zur Durchführung des Verfah¬ rens, die Sensoren zur Online-Messung des pH-Wertes der Koch¬ säure einerseits und deren Farbextinktionswerte andererseits aufweist, welche an geeigneter Stelle innerhalb des Kochers, d.h. Inline, eingesetzt sind, ist eine Regeleinrichtung mit einem Rechner vorhanden, wobei der Rechner den Zusammenhang zwischen den Meßgrößen, bzw. deren zeitlichen Verlauf und der Produktqualität und/oder Produktausbeute bestimmt und auf die Regeleinrichtung zurückkoppelt. Insbesondere durch eine Mehrkomponenten-Korrelationsanalyse kann dabei ein Zusammen- hang abgeleitet werden, der die Ergebnisse zwischen Produkt¬ qualität und/oder Produktausbeute und den Meßgrößen be¬ schreibt.In the associated arrangement for carrying out the method, which has sensors for online measurement of the pH of the cooking acid on the one hand and their color extinction values on the other hand, which are used at a suitable point within the cooker, ie inline, a control device is provided a computer available, the computer the connection between the measured variables or their temporal course and the product quality and / or product yield determined and fed back to the control device. In particular, a correlation can be derived by a multi-component correlation analysis, which describes the results between product quality and / or product yield and the measured variables.
Mit einer solchen Anordnung können Regelgrößen gewonnen%wer- den, mit denen die Eigenschaften der herzustellenden Zellu¬ lose, wie Viskosität, Kappa-Zahl, Reißlänge u. dgl., gezielt einstellbar sind. Damit kann die Ausbeute bei der Produktion maximiert werden.With such an arrangement controlled variables can win advertising% to with which the properties of the produced Zellu¬ loose, such as viscosity, kappa number tenacity u. Like., are specifically adjustable. This allows the yield in production to be maximized.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei¬ spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es zeigenFurther details and advantages of the invention result from the following description of the figures of exemplary embodiments with reference to the drawing in conjunction with further subclaims. Show it
Figur 1 den Zusammenhang von pH-Wert der Kochsäure undFigure 1 shows the relationship between the pH of the cooking acid and
Kochzeit, Figur 2 den Zusammenhang zwischen Extinktionswerten derCooking time, Figure 2 shows the relationship between absorbance values
Kochsäure und Kochzeit, Figur 3 eine Prinzipdarstellung eines diskontinuierlich arbeitenden Kochers,Cooking acid and cooking time, FIG. 3 shows a basic illustration of a batch-operated cooker,
Figur 4 die Auswertung der Meßgrößen bei einem Kocher gemäß4 shows the evaluation of the measured variables in a cooker according to
Figur 3, Figur 5 das Prinzip eines kontinuierlich arbeitenden Kochers, Figur 6 die Auswertung der Meßgrößen bei einem Kocher gemäß Figur 5 undFIG. 3, FIG. 5 the principle of a continuously operating cooker, FIG. 6 the evaluation of the measured variables in a cooker according to FIG. 5 and
Figur 7 eine zugehörige Auswerteeinrichtung.FIG. 7 an associated evaluation device.
Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrie¬ ben. Sich entsprechende Teile haben gleiche Bezugszeichen.The figures are partly described below together. Corresponding parts have the same reference numbers.
Es ist bekannt, daß das Produktionsergebnis bei der Zell¬ stoffherstellung im Sulfitverfahren entscheidend vom pH-Wert der Kochsäure während des Kochvorganges und der Zeitdauer der Kochung abhängt. Dabei geht es im wesentlichen um die Heraus¬ lösung des Lignins aus dem Rohstoffholz. Das Lignin ist ein Makromolekül mit aromatischer Grundstruktur, bei dem die ein- zelnen Benzolringe als Grundelemente über Seitenketten ver¬ knüpft sind. Die Seitenketten sind besonders reaktiv und wer¬ den in der Kochsäure mit Hilfe katalytisch wirkenden Wasser¬ stoffionen aufgespalten und durch Sulfongruppen substituiert.It is known that the production result in pulp production using the sulfite process is crucially dependent on the pH depends on the cooking acid during the cooking process and the duration of the cooking. It is essentially a matter of removing the lignin from the raw material wood. The lignin is a macromolecule with an aromatic basic structure, in which the individual benzene rings are linked as basic elements via side chains. The side chains are particularly reactive and are split in the cooking acid with the aid of catalytically active hydrogen ions and substituted by sulfone groups.
Durch die Einführung der starken hydrophilen Sulfongruppen wird die Wasserlöslichkeit des Lignins verursacht. Daneben müssen auch die vorhandenen Bindungen zwischen dem Lignin und der Cellulose hydrolytisch gespalten werden, um eine voll¬ ständige Herauslösung zu erreichen. Daher ergibt sich, daß die Delignifizierung -d[L]/dt sowohl der Bisulfitionenkonzen- tration sowie der Wasserstoffionenkonzentration proportional ist. Dafür giltThe water solubility of the lignin is caused by the introduction of the strong hydrophilic sulfone groups. In addition, the existing bonds between the lignin and the cellulose also have to be hydrolytically split in order to achieve complete removal. It follows that the delignification -d [L] / dt is proportional to both the bisulfite concentration and the hydrogen ion concentration. For that applies
-d[L]/dt = kι_ * [H+]*[HS03-] (6)-d [L] / dt = kι_ * [H + ] * [HS0 3 -] (6)
Die unerwünschte Hydrolyse der Kohlenhydrate -d[Ko]/dt (Cellulose und Hemicellulose) , die einen Abbau der Fasern verursacht, ist hingegen nur der Wasserstoffionkonzentration proportional:The undesired hydrolysis of the carbohydrates -d [Ko] / dt (cellulose and hemicellulose), which causes the fibers to break down, is only proportional to the hydrogen ion concentration:
-d[Ko]/dt = k2 * [H+] (7)-d [Ko] / dt = k 2 * [H + ] (7)
Neben dem Abbau der Fasern treten unerwünschte Nebenreaktio¬ nen auf, die z.B. die Kochsäure zersetzen bzw. getrennte Lignineinheiten wieder kondensieren lassen. Dies geschieht dadurch, daß die Monomere der Kohlenhydrate mit dem Bisulfit- ion unter Aufoxidation reagieren, wobei ein Thiosulfat-Ion entsteht entsprechend der Reaktion:In addition to the breakdown of the fibers, undesirable side reactions occur which e.g. decompose the cooking acid or let separate lignin units condense again. This happens because the monomers of the carbohydrates react with the bisulfite ion with oxidation, whereby a thiosulfate ion is formed in accordance with the reaction:
Glucose + Bisulfit => Gluconsäure + Thiosulfat Das Thiosulfat kann einerseits das Bisulfit zersetzen ent¬ sprechendGlucose + bisulfite => gluconic acid + thiosulfate On the one hand, the thiosulfate can decompose the bisulfite accordingly
5 S203-- + 4 HSO3 " => 6 S203-- + 2 S04 2" + 2 H+ + H20 (8) und andererseits eine Kondensation der Lignineinheiten über die α-C-Atome bewirken. Daneben können abhängig vom pH-Wert die in Laubhölzern sehr häufig vorkommenden Pentosen (Kohlen¬ hydrate mit 5 C-Atomen) leicht zu Furfural dehydratisiert werden. Das Furfural kann mit sich selbst oder dem Lignin kondensieren, was einer Verharzung gleichkommt.5 S 2 0 3 - + 4 HSO 3 " => 6 S 2 0 3 - + 2 S0 4 2" + 2 H + + H 2 0 (8) and on the other hand condensation of the lignin units via the α-C- Cause atoms. In addition, depending on the pH value, the pentoses (carbohydrates with 5 carbon atoms) which are very common in hardwoods can easily be dehydrated to furfural. The furfural can condense with itself or the lignin, which is equivalent to resinification.
Aus Vorstehendem ergibt sich , daß der pH-Wert der Kochlösung eine wesentliche Meßgröße ist. In Figur 1 sind die Ergebnisse umfangreicher Versuche wiedergegeben, wobei die Abszisse des Diagramms die Kochzeit in Stunden und die Ordinate den pH-Wert in absoluten Größen wiedergibt.It follows from the above that the pH of the cooking solution is an essential measurement. The results of extensive tests are shown in FIG. 1, the abscissa of the diagram representing the cooking time in hours and the ordinate the pH in absolute terms.
Im einzelnen hängen die Absolutwerte stark von der Holzsorte und dem Flottenverhältnis (FV) der eingesetzten Rohstoffe ab. Der Figur 1 ist entnehmbar, daß bei der Kochung der pH-Wert gemäß Graph 11 von einem Ausgangswert von ca. pH = 2,5 bis auf pH = 3,6 ansteigt, um dann langsam und zwar innerhalb von mehreren Stunden auf auf einen Wert von ca. pH = 3,4 abzusin¬ ken. Dabei stellen das Maximum des pH-Wertes bzw. die Ände¬ rungsgeschwindigkeit vor und nach dem Maximum signifikante Meßgrößen dar.In particular, the absolute values strongly depend on the type of wood and the liquor ratio (FV) of the raw materials used. It can be seen from FIG. 1 that during the boiling the pH value according to Graph 11 rises from an initial value of approx. PH = 2.5 to pH = 3.6, and then slowly to a value within several hours decrease from approx. pH = 3.4. The maximum of the pH value or the rate of change before and after the maximum represent significant measured variables.
Aufgrund der vergleichsweise geringen Änderungen ergibt sich, daß der pH-Wert einerseits direkt im Kocher, d.h. Inline, und andererseits mit hinreichender Wiederholgeschwindigkeit, d.h. kontinuierlich oder mit kleinen zeitlichen Abständen, gemes¬ sen werden muß. Störungen durch Abkühlen, Ausgasen von SO2 oder andere Reaktionen werden durch die Inline-Messung ver¬ mieden.Due to the comparatively small changes, it follows that the pH value is on the one hand directly in the cooker, i.e. Inline, and on the other hand with a sufficient repetition rate, i.e. continuously or with small time intervals, must be measured. Interference due to cooling, outgassing of SO2 or other reactions are avoided by the inline measurement.
Im Diagramm gemäß Figur 2 sind Ergebnisse optischer Messungen wiedergegeben, die von einem Simultanspektrometer mit Dioden- array erhalten wurden. Wesentlich ist dabei, daß an der un- verdünnten Kochsäure/ also "in situ" gemessen wurde, wofür temperaturfeste Tauchsonden verwendet werden, die an beliebi¬ ger Stelle im Kocher plaziert werden können. Vorteilhafter¬ weise werden als Meßorte die gleichen Stelle wie die der pH-Sonden gewählt. Durch Multiplexen können mit einem einzi¬ gen Spektrometer nacheinander verschiedene Meßsonden abge¬ fragt werden.The diagram according to FIG. 2 shows the results of optical measurements obtained from a simultaneous spectrometer with a diode array. It is essential that the dilute cooking acid / ie "in situ" was measured, for which temperature-resistant immersion probes are used, which can be placed anywhere in the cooker. The same location as that of the pH probes is advantageously chosen as the measuring location. By means of multiplexing, different measuring probes can be queried in succession with a single spectrometer.
Mit bekannten Spektrometern wird zum Meßzeitpunkt jeweils ein komplettes Spektrum erfaßt, d.h. die Extinktion in Abhängig¬ keit von der Wellenlänge. Durch entsprechende Bearbeitung solcher Spektren lassen sich zeitabhängige Graphen 21 bis 23 ableiten, wobei in Figur 2 die Abszisse die Zeit in Stunden entsprechend Figur 1 und die Ordinate den zugehörigen Extink- tionswert in relativen Einheiten darstellt. Als Parameter sind jeweils die Wellenlängen des spektralen Lichtes, bei¬ spielsweise zwischen 400 und 800 nm, angegeben.With known spectrometers, a complete spectrum is acquired at the time of measurement, i.e. the extinction as a function of the wavelength. Appropriate processing of such spectra allows time-dependent graphs 21 to 23 to be derived, the abscissa in FIG. 2 representing the time in hours corresponding to FIG. 1 and the ordinate representing the associated absorbance value in relative units. The wavelengths of the spectral light, for example between 400 and 800 nm, are given as parameters.
Der fertige Zellstoff läßt sich durch die sogenannte Kappa- Zahl charakterisieren. Aus Figur 2 ergibt sich, daß bis zumThe finished pulp can be characterized by the so-called kappa number. From Figure 2 it follows that up to
Erreichen einer bestimmten Kappa-Zahl, also des wesentlichen Wertes zur Feststellung zur Beendigung der Kochzeit bei Papierzellstoff, sich die Extinktionswerte ebenso wie der pH-Wert in signifikanter Weise ändern. Die Änderung der Extinktion ist weiterhin von der Wellenlänge abhängig. Da die Signalverhältnisse vergleichsweise komplex εind, läßt sich ein unmittelbarer funktionaler Zusammenhang oder ein spezifi¬ scher Algorithmus nicht ableiten. Allerdings ergeben sich aus der Vielzahl von Erfahrungswerten mit einem Rechner bestimmte Aussagen, die sich in Kombination mit dem pH-Wert zur Steue¬ rung und/oder Regelung der Zellstoffkochung verwenden lassen.If a certain kappa number is reached, i.e. the essential value for determining the end of the cooking time for paper pulp, the extinction values and the pH value change significantly. The change in absorbance is still dependent on the wavelength. Since the signal relationships are comparatively complex, a direct functional relationship or a specific algorithm cannot be derived. However, from the large number of empirical values with a computer, certain statements result which can be used in combination with the pH value for controlling and / or regulating the pulp boiling.
In Figur 3 ist ein Zellstoffkocher 30 wiedergegeben, der dis¬ kontinuierlich arbeitet. Wesentlich für den Betrieb eines solchen Zellstoffkochers 30 sind im vorliegenden Zusammenhang ein Füllstutzen 31 für das Holz einerseits sowie eine Zu¬ leitung 32 für Säure andererseits und der Ausgangsstutzen 33 zum Entleeren. Neben diversen Ein- und Ausgangsleitungen ist wesentlich ein Kreislauf 35 mit einer Umwälzpumpe 36, mit der eine Zirkulation über einen Wärmetauscher 37 realisiert wird.FIG. 3 shows a cellulose cooker 30 which works discontinuously. Essential for the operation of such a cellulose cooker 30 in the present context are a filler neck 31 for the wood on the one hand and a feed line 32 for acid on the other hand and the outlet nozzle 33 for emptying. In addition to various input and output lines, a circuit 35 with a circulation pump 36 is essential, with which a circulation via a heat exchanger 37 is realized.
Es hat sich gezeigt, daß bei einem solchen diskontinuierlich arbeitenden Kocher 30 die pH-Messung vor der Umwälzpumpe 36 hinreichend ist, um den anhand Figur 1 gezeigten signifikan¬ ten Meßverlauf zu erfassen. An gleicher Stelle werden die Extinktionswerte zum Ableiten einer Abhängigkeit gemäß Figur 2 gemessen.It has been shown that in such a discontinuously operating cooker 30, the pH measurement upstream of the circulation pump 36 is sufficient to record the significant measurement curve shown in FIG. The extinction values for deriving a dependency according to FIG. 2 are measured at the same place.
Aus Figur 4d) ist entnehmbar, daß der pH-Wert entsprechend Figur 1 beim Hochheizen auf ein Maximum steigt. Der pH-Wert kann unabhängig vom eigentlichen Kochvorgang durch verschie- dene Maßnahmen beeinflußt werden: Einerseits kann die Koch¬ flüssigkeit durch Holzwasser verdünnt werden, andererseits erfolgt eine Diffusion von SO2 ins Holz hinein. Der pH-Wert wird weiterhin beeinflußt durch das sogenannte Peezen, d.h. Druckabsenkung vor der Zugabe von SO2, oder durch die Zugabe von Flüssig-Sθ2 gemäß Figur 4a) .It can be seen from FIG. 4d) that the pH value according to FIG. 1 rises to a maximum during heating. The pH value can be influenced by various measures independently of the actual cooking process: on the one hand, the cooking liquid can be diluted with wood water, on the other hand, SO2 diffuses into the wood. The pH is further influenced by the so-called peezen, i.e. Pressure drop before the addition of SO2, or by the addition of liquid Sθ2 according to Figure 4a).
Ziel ist es, den pH-Wert nach dem Maximum entweder zeitlich konstant zu halten oder nach einem vorgegebenen Profil ent¬ sprechend den Graphen 41, 43 oder 44 zu fahren. Dafür kommen beispielsweise eine MgO-Zugabe gemäß Figur 4b) oder eine Druckabsenkung gemäß Figur 4c) in Frage.The aim is to either keep the pH constant over time after the maximum or to drive graph 41, 43 or 44 according to a predetermined profile. For example, an MgO addition according to FIG. 4b) or a pressure reduction according to FIG. 4c) can be used.
Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß als signifikante Auswerte¬ größen Δl, Δ2, das Maximum und der Zeitpunkt des Maximums in Frage kommen. Als weitere signifikante Auswertegrößen können die 1. Ableitung nach der Zeit (d(pH)/dt) herangezogen wer¬ den, und das Summenintegral über die Zeit (JpHdt). Durch gezielte Beeinflussung dieser Größen läßt sich der Kohle¬ hydratabbau im erwünschten Sinne steuern. Dafür sind ent- sprechend den Teilfiguren 4a) bis d) beiεpielsweise folgende Größen veränderbar: - Während der Kochung erfolgt eine MgO-Zugabe, wodurch der pH-Wert steigt;It can be seen from FIG. 1 that the significant evaluation variables Δ1, Δ2, the maximum and the time of the maximum come into question. The first derivative according to time (d (pH) / dt) and the total integral over time (JpHdt) can be used as further significant evaluation variables. By specifically influencing these quantities, the carbohydrate breakdown can be controlled in the desired sense. For this purpose, the following sizes can be changed, for example, in accordance with sub-figures 4a) to d): - During the cooking, MgO is added, which increases the pH;
- während der Kochung erfolgt eine SO2-Zugabe, wodurch der pH-Wert sinkt; - der Abbruchzeitpunkt der Kochung wird gezielt festgelegt;- SO2 is added during cooking, causing the pH to drop; - The point in time at which the cooking is stopped is specifically determined;
- die Temperaur für die Kochung wird festgelegt.- The temperature for cooking is set.
Mit einer solchen Beeinflussung des Kochvorganges kann also gezielt die Viskosität des Zellstoffes, insbesondere bei der Herstellung von Viskosezellstoff, eingestellt werden. Bei der Herstellung von Papierzellstoff läßt sich entsprechend die Reißlänge vorgeben. Davon abgesehen kann jeweils durch die geeignete Steuerung und Regelung obiger Größen eine maximale Ausbeute beim Kochprozeß erreicht werden.By influencing the cooking process in this way, the viscosity of the pulp can be specifically adjusted, in particular in the production of viscose pulp. In the production of paper pulp, the tear length can be specified accordingly. Apart from that, a maximum yield in the cooking process can be achieved by the appropriate control and regulation of the above sizes.
In Figur 5 ist ein kontinuierlich arbeitender Kocher 50 mit Einlaß 51 für das Holz und Zuleitung 52 für die Kochsäure und Auslaß 53 für Zellstoff dargestellt. Aufgrund des kontinuier¬ lichen Betriebes ist ein solcher Kocher wesentlich komplexer als ein diskontinuierlicher Kocher. In den hydraulischen Lei¬ tungen sind hierbei bestimmte Punkte herausgegriffen, die für den Betrieb des Kochers wesentlich sind. Dies sind einerseits die sogenannte Imprägnierzone, die Kochzone und die Wasch¬ zone. Entsprechende Punkte sind in Figur 5 mit C2, C3,C5, C6, C15, C16 und C8 bezeichnet.FIG. 5 shows a continuously operating cooker 50 with inlet 51 for the wood and feed line 52 for the cooking acid and outlet 53 for pulp. Because of the continuous operation, such a cooker is considerably more complex than a discontinuous cooker. Certain points which are essential for the operation of the cooker are picked out in the hydraulic lines. On the one hand, these are the so-called impregnation zone, the cooking zone and the washing zone. Corresponding points are designated in Figure 5 with C2, C3, C5, C6, C15, C16 and C8.
Im einzelnen kennzeichnen C2 den Eintrag des Holzes und der Kochεäure, C2 biε C5 die sog. Imprägnierzone, C6 bis C15 die Kochzone, C16 bis C8 die sog. Waschzone bzw. C8 den Austrag des Zellstoffes.In particular, C2 denotes the entry of the wood and the cooking acid, C2 to C5 the so-called impregnation zone, C6 to C15 the cooking zone, C16 to C8 the so-called washing zone and C8 the discharge of the pulp.
Der Verlauf der Konzentrationen an kochreichen Chemikalien einerseits und des pH-Wertes andererseits ergibt sich aus den Graphen der Figur 6. Dabei sind in diesem Fall - im Gegensatz zu Figur 4 - die Meßgrößen über der sogenannten Kocherhöhe, die sich längs der Hauptströme im kontinuierlichen Kocher ge¬ mäß Figur 5 ergeben, dargestellt: Ausgehend vom Kocherkopf, also Punkt 41 in Figur 5, sind auf der Ordinate von oben nach unten die signifikanten Punkte C2, C3, C6, C15, C16 und C8, welche die Zirkulationen am Kocher bezeichnen, aufgetragen.The course of the concentrations of chemicals rich in cooking on the one hand and the pH value on the other hand results from the graphs in FIG. 6. In this case, in contrast to FIG. 4, the measured variables are above the so-called cooker height, which is along the main streams in the continuous cooker according to FIG. 5, shown: Starting from the cooker head, thus point 41 in FIG. 5, the significant points C2, C3, C6, C15, C16 and C8, which denote the circulations on the stove, are plotted on the ordinate from top to bottom.
Im einzelnen zeigt der Graph 61 in Figur 6 den zu steuernden pH-Wert über der Kocherhöhe, während Graph 62 die MgO-Konzen- tration und Graph 63 die SO2-Konzentration als Steuergrößen angibt. Es ist erkennbar, daß im kontinuierlichen Kocher auf¬ einander abgestimmte Konzentrationsprofile vorliegen. Somit ergeben sich folgende Beeinflussungsmöglichkeiten für den pH- Wert:In particular, graph 61 in FIG. 6 shows the pH to be controlled above the height of the cooker, while graph 62 shows the MgO concentration and graph 63 the SO2 concentration as control variables. It can be seen that there are coordinated concentration profiles in the continuous cooker. This gives the following options for influencing the pH:
Durch Sθ2~Zugabe, was zur Absenkung des pH-Wertes führt. Im einzelnen sind dafür unterschiedliche Maßnahmen möglich und zwar: - In der Säurebereitung und damit im Einstellen des Grund¬ pegels des pH-Wertes anhand des Kochermodells;By adding Sθ2 ~, which leads to a lowering of the pH value. In particular, different measures are possible for this, namely: - In the preparation of the acid and thus in the setting of the basic level of the pH using the cooker model;
- am Kocherkopf (C3-Zirkulation) durch Einstellen des pH- Wertes über die pH-Wertmessung in der C2/C3-Zirkulation, durch Vorgabe der Sollwerte für den pH-Wert, die Temperatur T und die Zirkulationsmenge in der C2- und C3-Zirkulation über das Kochermodell;- on the cooker head (C3 circulation) by adjusting the pH value via the pH value measurement in the C2 / C3 circulation, by specifying the setpoints for the pH value, the temperature T and the circulation quantity in the C2 and C3 Circulation via the cooker model;
- messen in der C5/C6-Zirkulation zu Beginn der Reaktionszone- measure in the C5 / C6 circulation at the beginning of the reaction zone
(C5, C6), bevorzugt bei der C5-Zirkulation, wahlweise auch in der Mitte der Kochzone, Vorgabe der Sollwerte für den pH-Wert, die Temperatur T und die Zirkulationsmenge in der C5- und C6-Zirkulation über das Kochermodell. Durch MgO-Zugabe in gelöster Form als Slurry, was zur Er¬ höhung des pH-Wertes führt. Im einzelnen sind dafür unter¬ schiedliche Maßnahmen möglich und zwar: - In der Säurebereitung und damit im Einstellen des Grund¬ pegels des pH-Wertes anhand des Kochermodells;(C5, C6), preferably with the C5 circulation, optionally also in the middle of the cooking zone, specification of the setpoints for the pH value, the temperature T and the circulation quantity in the C5 and C6 circulation via the stove model. By adding MgO in dissolved form as a slurry, which leads to an increase in the pH. Various measures are possible for this, namely: - In the preparation of the acid and thus in the setting of the basic level of the pH using the stove model;
- am Kocherkopf (C3-Zirkulation) durch Einstellen des pH- Wertes über die pH-Wertmessung in der C2/C3-Zirkulation, durch Vorgabe der Sollwerte für den pH-Wert, die Temperatur T und die Zirkulationsmenge in der C2- und C3-Zirkulation über das Kochermodell; - messen in der C5/C6-Zirkulation zu Beginn der Reaktionszone- on the cooker head (C3 circulation) by adjusting the pH value via the pH value measurement in the C2 / C3 circulation, by specifying the setpoints for the pH value, the temperature T and the circulation quantity in the C2 and C3 Circulation via the cooker model; - measure in the C5 / C6 circulation at the beginning of the reaction zone
(C5, C6) bevorzugt bei der C5-Zirkulation, wahlweise auch in der Mitte der Kochzone, Vorgabe der Sollwerte für den pH-Wert, die Temperatur und die Zirkulationsmenge in der C5- und C6-Zirkulation über das Kochermodell;(C5, C6) preferred for the C5 circulation, optionally also in the middle of the cooking zone, specification of the setpoints for the pH value, the temperature and the circulation quantity in the C5 and C6 circulation via the cooker model;
- in der Waschwasserzirkulation C5 am Kocherfuß und damit Einstellen des pH-Wertes am Eingang in die Waschzone. Der pH-Wert, die Waschwassertemperatur und die Menge des Waschwassers wird über ein Wäschemodell berechnet, das" sowohl die Effizienz der Wäsche als auch die Nachreaktion, insbesondere den Kohlehydratabbau in der Waschzone, berück¬ sichtigt. Herangezogen werden die pH-Wertmessung in der C16- und C8-Zirkulation. Der Kohlehydratabbau in der Wasch¬ zone kann damit in dem geforderten Maße gebremst werden. Die Messungen und die Zugabe der Chemikalien können alter¬ nativ, in unterschiedlicher Kombination oder in Summe einge¬ setzt werden.- In the wash water circulation C5 on the base of the stove and thus adjusting the pH at the entrance to the wash zone. The pH value, the wash water temperature and the amount of wash water are calculated using a laundry model which " takes into account both the efficiency of the wash and the after-reaction, in particular the carbohydrate breakdown in the wash zone. The pH value measurement in the C16 is used The carbohydrate breakdown in the washing zone can thus be slowed down to the required extent, and the measurements and the addition of the chemicals can be used alternatively, in different combinations or in total.
Die Darstellungen als Funktion der Zeit entsprechend Figur 4 entfallen also in diesem Fall, da im kontinuierlichen Kocher durch die Zirkulation immer eine Kochzone vorhanden ist.The representations as a function of time according to FIG. 4 are therefore omitted in this case, since the circulation always provides a cooking zone in the continuous cooker.
Das Kochermodell und das Wäschermodell hängen in ihrer Kom¬ plexität von der Aufgabenstellung ab, insbesondere von der Qualität des Zellstoffes und der geforderten Genauigkeit, mit der die Qualität eingestellt und die Ausbeute gesteigert wer¬ den soll. Für besonders hohe Ansprüche an die Zellstoffquali- tät können Farbmessungen in der C5- und C6-Zirkulation die Modellgenauigkeit und damit die Gleichmäßigkeit des Zellstof- fes erhöhen.The complexity of the stove model and the laundry model depend on the task, in particular on the quality of the pulp and the required accuracy with which the quality is to be adjusted and the yield is to be increased. For particularly high demands on the pulp quality, color measurements in the C5 and C6 circulation can increase the model accuracy and thus the uniformity of the pulp.
Unter Zugrundelegung eines analytischen Modelies, bei dem die Ausgangsstoffe des Rohstoffes, wie bspw. das Alter des Hol¬ zes, Flottenverhältnis und weitere Größen sowie die vorge- gebenen Betriebsbedingungen, wie insbesondere die Temperatur, eingehen, können durch die anhand Figur 1 und 2 beschriebenen Meßgrößen und die zugehörigen Auswerteverfahren anhand Figur 4 und 6 solche Aussagen gemacht werden, die den Endpunkt der Kochzeit gestalten.On the basis of an analytical model, in which the raw materials of the raw material, such as the age of the wood, liquor ratio and other sizes, as well as the specified operating conditions, such as, in particular, the temperature, can be considered by those described with reference to FIGS. 1 and 2 Measured variables and the associated evaluation methods based on the figure 4 and 6 such statements are made that shape the end point of the cooking time.
In Figur 7 ist bei einer zugehörigen Auswerteeinrichtung ein Rechner 70 vorhanden, der aus den Meßwerten entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus zugehörige Funktionswerte für die Kochzeitermittlung ermittelt. Beispielsweise kann eine Funktion η(t) berechnet werden, die einen signifikanten Verlauf für die Kochzeit hat. Die Struktur des zugehörigen Algorithmus lautet:In FIG. 7, a computer 70 is provided with an associated evaluation device, which uses the measured values to determine associated function values for determining the cooking time in accordance with a predetermined algorithm. For example, a function η (t) can be calculated that has a significant progression for the cooking time. The structure of the associated algorithm is:
η(t) = α0 + 0^ x /(pH)dt + α2/(pH)dt/e rdt + α3/(S02)dtη (t) = α 0 + 0 ^ x / (pH) dt + α 2 / (pH) dt / er dt + α 3 / (S0 2 ) dt
+ αjpdt + ...+ αjpdt + ...
Entsprechende Prozeßfunktionen mit „in situ" gemessenem zeit¬ lichen Meßwertverläufen und insbesondere Inline gemessenem pH-Wert werden dem Rechner 70 über separate Eingänge einge¬ geben. Dabei werden jeweils die Startwerte der Prozeßgrößen bei t=0 und die Meßwerte über einzelne Schalter 81 bis 84 zugeführt. Über die Schalter 81 bis 84 können auch in zuge¬ ordneten Modellierungεeinheiten 91 bis 94 bestimmte Simula¬ tionswerte eingegeben werden. Der Ausgang des Rechners 70 liefert die Funktion η(t) entsprechend einer Modellierungs¬ einheit 95, die insbesondere die Viskosität repräsentieren kann. Daraus können neben der Kochzeit auch Aussagen zurCorresponding process functions with "measured in situ" measured time profiles and in particular pH measured inline are input to computer 70 via separate inputs. The start values of the process variables at t = 0 and the measured values via individual switches 81 to 84 Certain simulation values can also be entered in assigned modeling units 91 to 94 via the switches 81 to 84. The output of the computer 70 supplies the function η (t) corresponding to a modeling unit 95, which can in particular represent the viscosity In addition to the cooking time, this can also be used to make statements about the
Produktqualität und/oder Produktausbeute abgeleitet werden.Product quality and / or product yield can be derived.
Über entsprechende Mittel zur Rückkopplung können die Prozeßfunktionen auch einer Regeleinrichtung zugeführt und gezielt ausgeregelt werden, um die Kochzeit zu optimieren.The process functions can also be fed to a regulating device and specifically regulated in order to optimize the cooking time by means of appropriate means for feedback.
Das beschriebene Verfahren und die zugehörige Einrichtung lassen sich besonders vorteilhaft beim sauren Sulfitverfahren für die Zellstoffkochung anwenden. The method described and the associated device can be used particularly advantageously in the acid sulfite method for cellulose cooking.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Überwachung der Zellstoffkochung, insbeson¬ dere zur Bestimmung des Endpunktes der Kochzeit, und zur Steuerung des Kohlehydratabbaus, mit Messung von physika¬ lischen und/oder chemischen Größen am Aufschlußmedium, wie Farbwert, Leitfähigkeit, pH-Wert, Brechungsindex, UV-Absorp¬ tion, Fluoreszenz und/oder Konzentration von bei der Kochung verwendeten AufSchlußchemikalien, g e k e n n z e i cvh - n e t durch eine Inline-Messung des pH-Wertes und ge¬ gebenenfalls der Farbe der Kochsäure während der Kochung.1. A method for monitoring the pulp boiling, in particular for determining the end point of the cooking time, and for controlling the carbohydrate breakdown, with measurement of physical and / or chemical variables on the digestion medium, such as color value, conductivity, pH value, refractive index, UV -Absorp¬ tion, fluorescence and / or concentration of used during cooking and pulping chemicals gekennzeic v h - net by an in-line measurement of the pH value, and ge optionally the color of the cooking acid during cooking.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß der pH-Wert der Kochsäure "in situ" auf 0,1 pH genau bestimmt und zumindest in der Endphase der Kochung in einem zeitlichen Abstand von 30 s erfaßt wird.2. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t that the pH of the cooking acid is determined "in situ" to 0.1 pH and recorded at least in the final phase of the cooking at a time interval of 30 s.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß als Sensor für den pH-Wert sogenannte Emaille-Elektroden verwendet werden.3. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t that so-called enamel electrodes are used as a sensor for the pH.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß zur Erfassung der Farbwerte die Extinktion der Kochsäure "in situ" bei Betriebsbedingungen im Bereich des sichtbares Lichtes gemessen wird.4. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t that the absorbance of the cooking acid is measured "in situ" under operating conditions in the range of visible light to detect the color values.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß zur Extinktionsmessung optische Tauchsonden verwendet werden, deren Signale mit einem Spek- trometer ausgewertet werden.5. The method of claim 4, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t that optical immersion probes are used for the absorbance measurement, whose signals are evaluated with a spectrometer.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß mit dem Spektrometer Spektren im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 800 nm wenigstens im zeitlichen Abstand von 30 s gleichzeitig mit dem pH-Wert erfaßt werden. 6. The method according to claim 5, dadurchgekenn ¬ characterized in that the spectrometer spectra in the wavelength range between 400 and 800 nm are detected at least at a time interval of 30 s simultaneously with the pH.
7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein diskontinuierlicher Zellstoffkocher verwendet wird, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der pH-Wert nach der Umwälz¬ pumpe des diskontinuierlichen Kochers gemessen wird.7. The method according to claim 3, wherein a discontinuous pulp cooker is used, so that the pH value is measured after the discontinuous cooker circulation pump.
8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein kontinuierlicher Zellstoffkocher verwendet wird, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der pH-Wert wenigstens in den Umpumpleitungen gemessen wird.8. The method according to claim 3, wherein a continuous pulp cooker is used, so that the pH value is measured at least in the pumping lines.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß wenigstens drei Meßstellen für den pH-Wert vorhanden sind und zwar in der Imprägnierzone, der Kochzone und der Waschzone.9. The method according to claim 8, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t that there are at least three measuring points for the pH value in the impregnation zone, the cooking zone and the washing zone.
10. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß mit einem einzigen Spektro¬ meter und mehreren Tauchsonden durch Multiplexen die Spektren an gleicher Stelle wie der pH-Wert gemessen werden.10. The method according to claim 7 and 8, so that the spectra are measured at the same point as the pH value by multiplexing with a single spectrometer and several immersion probes.
11. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß zur Auswertung von einem Korrelationsmodell ausgegangen wird.11. The method of claim 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that a correlation model is used for evaluation.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t in der Anwendung beim ganzen Sulfitverfahren.12. The method according to any one of the preceding claims, g e k e n n z e i c h n e t used in the whole sulfite process.
13. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 12, mit Sensoren zur Online- Messung des pH-Wertes der Kochsäure einerseits und deren Farbextinktionswerte andererseits, die an geeigneter Stelle innerhalb des Kochers (Inline) angebracht sind, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Aus- Werteeinrichtung mit einem Rechner (70) vorhanden ist, wobei der Rechner (70) aus den Meßgrößen bzw. deren zeitlichen Verlauf die Kochzeit bestimmt .13. Arrangement for performing the method according to claim 1 or one of claims 2 to 12, with sensors for online measurement of the pH of the cooking acid on the one hand and their color extinction values on the other hand, which are attached at a suitable location within the cooker (inline), ¬ characterized in that an evaluation device with a computer (70) is provided, wherein the computer (70) determines the cooking time from the measured variables or their temporal course.
14. Anordnung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß im Rechner durch eine Mehr- komponenten-Korrelationsanalyse ein Algorithmus abgeleitet ist, der bei optimaler Kochzeit den Zusammenhang zwischen Produktqualität und/oder Produktausbeute und den Meßgrößen beschreibt.14. Arrangement according to claim 13, so that an algorithm is derived in the computer by means of a multi-component correlation analysis which describes the relationship between product quality and / or product yield and the measured variables with an optimal cooking time.
15. Anordnung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß Mittel vorhanden sind, mit denen die Meßwerte und die Produktqualität bzw. Produktaus¬ beute auf eine Regeleinrichtung zur Optimierung der Kochzeit zurückgekoppelt werden. 15. Arrangement according to claim 13, so that means are provided with which the measured values and the product quality or product yield are fed back to a control device for optimizing the cooking time.
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