FI58028C - Regleringsprocess och -anordning foer kokare - Google Patents

Description

Iv£r· w (11)KUULUTUSJUUKAISU cAn9ft jraiA L J ' ' utlAggningsskrift C Patentti -nyIr.rK tty 10 11 1000

Patent raeddelat ^ (51) Kv.ik.3/Int.a.3 G 05 D 21/00 SUOM I — FI N LAN D (21) P»t*nttlh.k«mu· — PM«Mantdknln( 3378/73 (22) HtkamltpUvl — ArttMcntnpdaf 01.11.73 (23) AJkupUvl—Glltlghttsdaf 01.11.73

(41) Tulkit lulklMkal — Blfvlt offmtlig OU.O7.7U

Patentti-ja rekisterihallitus ..............., . ., ...

1 (44) NihtSviictlpanon Ja kuuLJulkalaun pvm. — .

Patent· och registerstyrelsen 7 AmMcan utlagd oeh utl.ikrlfUn puMfcmd 31*07· 80 (32)(33)(31) Pyydatty «uoflcut-Begirt priorltM 03-01.73 USA(US) 320827 (71) Kajnyr, Inc., Glens Falls, New York, USA(US) (72) James Robert Prough, Glens Falls, New York, USA(US) (7U) Oy Keister Ab (5U) Keittimen ohjausprosessi ja -laitteisto - Regleringsprocess och -anordning för kokare

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää pilkotun selluloosakuituaineksen jatkuvatoimista keittämistä varten, jossa kuituaines kuljetetaan keittoliuoksen mukana keittimen läpi ja keitetty kuituainesliete poistetaan keittimestä, jolloin keittoprosessia kontrolloidaan tietokoneen avulla, johon syötetään eri mittausarvoja kuten tiheys, lämpötila jne.. Jatkuva sellunkeittoprosessi on kuvattu US-patenteissa 3 041 232 ja 3 200 032.

Jatkuvatoimisten sellukeittimien kehittymisen myötä on esiintynyt todellista tarvetta sopivasta prosessin ohjauksesta saadun tuotteen yhdenmukaisuuden takaamiseksi. Keitossa tapahtuu eksoterminen reaktio ja on huorattava, että keitto-lämpötila vaihtelee riippuen esim. keittimeen syötetyn hakkeen ja keittokemikaa-lien määrästä, keittoajasta ja samantapaisista tekijöistä. Näissä ja maissa käyttöolosuhteissa esiintyvistä huorattavista muutoksista voi olla seurauksena keittimen epätasainen tuote, mikä aiheuttaa kaikenlaisia muita komplikaatioita prosessissa ja laadunvalvonnan yleisen epäonnistumisen. Panoskeittoon ei liity tätä pulmaa, koska alun perin valittujen olosuhteitten määrittämä tuotteen laatu on melko hyvä. Jatkuvissa sellun keittosysteemeissä on kuitenkin otettava huomioon prosessin olosuhteiden huolellinen valvonta ja säätö olennaisten erojen välttämiseksi tuotteen laadussa ja ominaisuuksissa.

Tärkeisiin suureisiin sellun jatkuvassa keitossa kuuluvat olennaisten ameiden, nimittäin selluloosan (esim. puuhakkeen) , veden ja keittolipeän tai 58028 liuoksen svötökset, lämpötila keittimessä ja keittimestä poistettujen keitettyjen kiintoaineiden massa. Keksinnön mukaisesti ehdotetaan saatavaksi aikaan ainutlaatuinen menetelmä näiden suureitten tarkkailemista ja tarvittaessa tapahtuvaa sopivaa tasauttamista varten prosessin ohjaamiseksi ja tuotteen yhdenmukaisuuden ylläpitämiseksi.

Niinpä patenttivaatimuksen mukaisesti jatkuvasti tarkkaillaan keittimestä ulostulevan kuitulietteen kokonaismäärää ^-säteilyn absorptiolaitteella ja virtaus-mittauksella. Lisäksi keittimestä ulos virtaavan nesteen kokonaismäärää mitataan jatkuvasti refraktiometrillä.^-säteilyn eli gamma-absorptiolaite määrittää kuitu-suspension tiheyden mittaamalla suspension absorboiman gammahiukkasten määrän. Refraktiometri määrittää suspension nesteosan tiheyden mitatusta kokonaismäärästä mittaamalla lipeän eli nesteen taitekertoimen. Nämä mittaustulokset voidaan jatkuvasti syöttää tietokoneeseen, joka puolestaan on ohjelmoitu tarpeen mukaan säätämään keittimeen syötetyn hakkeen, veden ja keittolipeän määrää halutun kiintoainepitoi-suuden ylläpitämiseksi keittimestä saadussa tuoteessa.

Keksinnön menestys johtuu ainakin suurelta osin havainnoista, että mielekäs prosessin ohjaus voidaan toteuttaa indikoimalla tiheyden mittaukset keittimestä purkautuvasta massasta. Tämä on hämmästyttävää useista syistä. Niinpä esim. kun gamma-absorptiolaitteen käyttö primaarinesteiden ja -lietteitten mittaamiseen - silloin kun aineosilla on oleellisen erilaiset tihevdet - tunnetaan, keittimestä poistetulla kiintoaineella ja nesteellä, jotka muodostavat keittimestä purkautuvan lietteen, on melko samanlaiset tiheydet, niin gamma-absorptiolaitteen käyttöä tiheyden mittaukseen tällaisissa olosuhteissa on pidetty epäluotettava (Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, toinen painos, osa 6, sivu 773).

Gamma-absorptiolaitteen, refraktiometrin ja virtausmittarin yhdistelmä pystyy pätevästi erittelemään keittimestä tulevan suspension koostumuksen ja on siksi erittäin edullinen keittimen toiminnan automaattiohjaukseen. Aivan odottamatta car huomattu gamma-absorptiolaitteen ja refraktianetrin antavan luotettavia ja tarkkoja mittaustuloksia kuitulietteen ja tämän nesteosan tiheydestä, vaikkakin ko. kiintoaineen ja nesteen tiheydet eivät ole kovinkaan erilaiset eikä kiintoaineita eroteta lietteen nesteestä ennen refrakticmetrillä tapahtuvaa mittausta.

Aiemmin on ollut käytäntönä erottaa sellu keittoliuoksesta tai -lipeästä ja mitata kuivatun kiintoaineen (sellun) ja lipeän tiheys erikseen. Kuten huomataan, esillä oleva keksintö käsittää uuden menetelmän kuituaineen tiheyden silmänräpäykselliseksi ja jatkuvaksi mittaamiseksi kuitulietteen ollessa vielä prosessilaitteistos-sa ja kiintoaineiden ollessa sekoittuneina keittolipeään.

Esillä olevan keksinnön erikoisen edullinen suoritusmuoto saadaan käyttämällä gamma-absorptiolaitetta sekä puun keittimeen syötön että keittimestä ulos virtaavan massan mittausta yhdessä kussakin johdossa tapahtuvien virtausmittausten kanssa ja myös refraktiometriä keittimestä ulos virtaavan kuitulietteen taitekertoimen mittaukseen, kaikki nämä mittaustulokset voidaan syöttää tietokoneeseen, joka vuorostaan huolehtii kaittimeen syötettävän tuoreen keittolipeän (valikoiipeän) oikeasta määrästä, keittimessä pidettävästä oikeasta lämpötilasta ja keittimestä 5 6 O 2 3 3 ulos virtaavan aineen oikeasta virtausmäärästä.

Keksintöä selitetään lähennän oheisen piirustuksen avulla, joka kaaviol-lisesti esittää keksinnön mukaisen prosessin ja keittosysteemin edullisen suoritusmuodon.

Piirustuksessa on numerolla 11 merkitty lieriömäinen pystykeitin. Keitin 11 on yläpäästään varustettu sopivalla, hyvin tunnettua tyyppiä olevalla täyttö-tai tuloelimellä 13, esim. sellaisella kuin on esitetty US-patenteissa 2 459 180 ja 3 041 232.

Keittimen yläpäähän on liitetty sihdin vaippa 15. Vaipan 15 sisäpuolelle on asennettu sihti 17, joka erottaa hakkeen paluulipeästä, jota poistetaan johdolla 19 ja syötetään pumpun 21 imupuolelle. Ganma-absorptiolaite 23 sijaitsee johdon 19 yhteydessä keittimen ja pumpun välillä. Tämä laite mittaa keittimestä otetun lipeän tiheyden ja lähettää tämän informaation tietokoneeseen.

Kiertolipeää kierrätetään pumpusta 21 hakkeen syöttölaitteeseen 25. Tämä laite on kuvattu US-patentissa 3 041 232 kaikkine siihen kuuluvine varusteineen. Kiertolipeä ja siihen suspendoitu hake syötetään johdolla 27 keittimeen 11. Ganma-absorptiolaite 29 ja virtausmittari 31 on sijoitettu johtoon 27 hakkeen syöttölaitteen ja keittimen 11 välille. Gamma-absorptiolaite mittaa hake-kiertelipeä-lietteen tiheyden ja virtausmittari kokonaisvirtauksen johdossa. Nämä mittaustulokset lähetetään myös tietokoneeseen.

Vesijohto 33 ja valkolipeäjohto 34 on liitetty yhteen muodostamaan johdon 35, joka syöttää vettä ja valkolipeää pumpun 21 imupuolen johtoon 19. Veden ja lipeän syötettyä määrää säätävät autcmaattiventtiilit, joita ohjataan tietokoneesta tulevilla signaaleilla.

Piirustuksessa esitetään keitin, jossa on kaksi keittovyöhykettä, kuten on lähemmin kuvattu US-patentissa 3 200 032, jonka koko sisältöön on tässä viitattu. Keittolipeää poistetaan kunniassakin vyöhykkeestä johdoilla ja syötetään pumpun 39 imupuolelle. Sitten lipeä pumpataan lämmittimien 41 läpi, joissa käytetään höyryä lipeän epäsuoraan läirmittämiseen. Sen jälkeen lipeä johdetaan takaisin keittimeen johdoilla 43. Kiertolipeän lämpötila mitataan ja mittaustulos lähetetään tietokoneeseen. Iämmittimiin 41 syötetyn höyryn määrää säädetään automaatti-venttiileillä, joita tietokoneesta tulevat signaalit ohjaavat.

Pesuvesi johdetaan johdolla 45 keittimeen 11 lähellä tämän pohjaa ja sen virtausta säädetään automaattiventtiileillä, joita tietokoneen lähtösignaa-lit ohjaavat. Veteen liettynyt kuituaines poistetaan keittimen alaosasta johdolla 47. Tätä kutsutaan yleisesti puskujohdoksi ja ulos virtaavaa ainetta kutsutaan yleisesti puskuksi. Puskujohtoon 47 on sijoitettu gamma-absorptiolaite 49 vähän ennen puskuventtiiliä 51. Puskuventtiili 51 vähentää paineen arvosta n.

18 kp/cm arvoon n. 0,4 kp/cm . Siellä, missä puskujohdon lämpötila on kokea, on todettu, että Uamma-absorptiolaite on sijoitettava ennen puskuventtiiliä 51 11 58028 luotettava mittaustuloksen saamiseksi kuitulietteen tiheydestä. Kuitulietteen eli massan kulkiessa puskuventtiilin 51 läpi tapahtuu lämpötilassa oleellinen mfcutos, ja on todettu, että korkeimmissa lämpötiloissa ei ole tarkoituksenmukaista tai hyödyllistä mitata kuitulietteen tiheyttä.

Puskuventtiilin 51 läpi kuljettuaan kuitususpensio menee virtauksen mittauslaitteen 53» kuten esim. magneettisen virtausmittarin läpi. Sitten kuituliete kulkee refraktometrin läpi, joka mittaa massan lipeäosan tiheyden. Odottamattomasti on todettu, että refraktonetri antaa luotettavat, tarkoituksenmukaiset mittaustulokset kuitumasean nestoosan tiheydestä, jos refraktometrin mittauspinta pidetään kosteana tai sille muodostetaan ohut nestekalvo.

Lopuksi massa varastoidaan* Käytössä hakkeen tilavuus asetetaan hakkeen syöttökoneistolia 25, niin että saadaan ennalta määrätty viipymisaika keittimessä. Keittimeen syötettävän puun todellinen paino (» massa) määritetään jatkuvasti tietokoneella niiden kiertolipeän virtauksen ja tiheyden mittausten perusteella, jotka saadaan ennen hakesyötintä ja hakesyöttimen jälkeen. Tässäkin, kuten edellä mainittiin, on täysin odottamatta havaittu, että tiheyseroa kiertolipeän ja hakepitoisen kiertolipeän välillä voidaan käyttää keittimeen menevässä syöttövirrassa olevan lipeän ja puuhakkeen välisen suhteen tarkkaan ja luotettavaan määrittämiseen. Tietokone on ohjelmoitu valvomaan ja säätämään keittimeen syötetyn valkolipeän määrää.

Keittimeetä ulos virtaavaa massaa eli puskua valvoo tietokone pusku-johdossa olevan kuitulietteen gamma-ahsortiolaitteella saatujen tiheysmittaus-tulosten perusteella, kuitulietteen sisältämän lipeän refaktometrillä suoritetun tiheyemittauksen perusteella ja lietteen kokonaisvirtausta puskujohdossa virtausmittarin suorittaman mittauksen perusteella. Tietokone on ohjelmoitu säätämään ulosvirtaamaa, niin että ylläpidetään putin tai sellun kokonaismassan tasapaino. Jälleen on, kuten edellä huomautettiin, aivan odottamatta todettu, että koko kuitulietteen tiheysmittauksia ja kuitulietteen nesteosan tiheysmit-tauksia voidaan käyttää lietteen kuituaineksen massan (painon) luotettavaan Ja tarkkaan määrittämiseen.

Tietokone on myös ohjelmoitu säätämään keittimen pohjalle syötettyä pesuvettä ja kiertolipeävirtaan syötettyä lisävettä (make-up water ) veden massa-tasapainotuksen avulla. Tietokone on myös ohjelmoitu säätämään keittimeen oikeat lämpötilat lämmittämällä kiertolipeävirrat säädettyyn lämpötilaan. Tietokone määrää oikean lämpötilan käyttäen aiemmin hankittuja tietoja määrittääkseen ko. tekniikaaaa hyvin tunnetuista empiirisistä suhteista keittimen optimin lämpötilan.

On huomautettava, että keksinnön yllä esitetty esimerkki on pelkästää sitä kuvaava. Keksintöä ei rajoiteta keittimessä tai kiertojohdoissa käytettäviin erityisiin lämpötiloihin ja paineisiin. Yleensä ottaen voidaan tämän keksinnön mukainen laitteisto ja menetelmä toteuttaa käytännössä sellun keittotek-

5 S 802 S

nilkassa tavallisesti käytetyissä lämpötila- ja paineolosuhteissa, eivätkä siihen liittyvät erikoiset vaatimukset vaikuta prosessin keksinnön prosessia ja laitteistoa käytettäessä. Käytetty lämpötila määrää tietysti keittimen paineen.

Lämpötilaa, johon kiertolipeä lämmitetään lämmittlmissä 41, voidaan myös halut- o taessa muuttaa alalla tunnetuissa rajoissa. Yksi sopiva lämpötila on 1?0 C, vaikkakin haluttaessa voidaan ilmeisesti käyttää sitä korkeampia tai matalampia lämpötiloja, erityisesti siellä, missä on ajateltu käyttää 170°C korkeampaa lämpötilaa keittimessä. On myös ilmeistä, että yhtä hyvin voidaan käyttää eri syöttöjobtoja prosessin aloitusaineille yllä mainittujen arvojen ollessa edullisia optimin tuotannon ja toiminnan luistavuuden kannalta.

Laitteiston yllä kuvattuja spesifisiä suoritusmuotoja voidaan myös yhtä hyvin modifioida muissa suhteissa. Esim. voidaan käyttää jotakin toista rakennetta olevaa täyttöventtiililaitetta, kuten mäntä- tai ruuvityyppistä syöttölaitetta. Lisäksi voidaan haluttaessa modifioida keittimen yläpäässä sijaitsevaa sihdin vaippaa 15 asettamalla sihti 17 ja samanakselinen syöttöruuvi vaakasuoraan tai kaltevaan asentoon* Keitin voi olla koventionaalista rakennetta, jossa käytetään yksi- tai kaksivaiheista prosessia. Kuitulietettä keittimen pohjasta poistava laite voi olla rakenteeltaan tavanmukainen, esim. sellainen kuin on kuvattu US-patentiesa 2 960 161.

Täten esillä oleva keksintö nähdään täydellisesti Ja tehokkaasti täyttävän keksinnön yllä esitetyn tarkoituksen. On kuitenkin selvää, että erilaisia muutoksia ja muunnoksia voidaan tehdä tässä keksinnön periaatteiden kuvaamistarkoituksessa paljastetuissa spefisissa suoritusmuodoissa poikkeamatta keksinnön periaatteista. Sen tähden tähän keksintöön kuuluvat kaikki seuraavien vaatimusten ajatukseen ja ulottuvuuteen sisältyvät modifikaatiot.