FI61911C - Foerfarande foer styrning av terpentinets tillvaratagning vid satsvis kokning av sulfatcellulosa - Google Patents

Description

rCSCT r , KUULUTUSjULKAISU A1Q11 2¾¾ IBJ <11> utlAggningsskript oiyil ^®) Patentti myönnetty 11 10 1902 _ Patent rneddelat v ¥ (51) Kv.llc /lnt.Clr c 09 F 3/02, D 21 C 11/06 SUOMI —FINLAND (21) P*t*nttll»lc*iiuj» — Pttuntansökning ^92370 (22) H*k*ml*pllvl —An»eknln|*d«| 27· 07· 79 (FO (23) AlkupUvt— Glltighttsdag 27· 07 · 79 (41) Tullut JulklMksi — Bllvlt offantlig 28.01.8l

Patentti· ja rekisterlhallltu* /44) NlhUvtksipanon ja kuuLJulkalsun pvm.— - Q

Patent· OCh registerrtyrelsen Anadkan utlagd och utl.akrlftan publlcerad 30.06.82 (32)(33)(31) etuoikeus—Begird prlorltat (71) Ekono Oy, Kasarmikatu H6-U8, 00130 Helsinki 13, Suomi-Finland(FI) (72) Valentin Tinnis, Espoo, Suomi-Finland(FI) (7*0 Oy Kolster Ab (5*0 Menetelmä tärpätin talteenoton ohjaamiseksi sulfaattisellun erä-keitosta - Förfarande för styrning av terpentinets tillvaratagning vid satsvis kokning av sulfatcellulose Tämän keksinnön kohteena on menetelmä tärpätin talteenoton ohjaamiseksi sulfaattisellun eräkeitosta kaasutusventtiiliä käyttämällä, jonka menetelmän mukaan kaasutusta ohjataan keittimen höyrytilan paineen ja keitto-lämpötilasta laskennollisesti saatujen tärpätin ja vesihöyryn osapaineiden perusteella. Tällainen menetelmä on ennestään tunnettu Insinöörijärjes-töjen koulutuskeskuksen julkaisusta 22-70, osa II, luento XI, sivut 6-8.

Tärpätin talteenoton ohjausta sulfaattisellun eräkeitosta ei tähän asti ole kuitenkaan voitu suorittaa optimaalisesti, koska ohjaukseen vaikuttavien, keskenään ristiriitaistenkin tekijöiden yhteisvaikutusta ei ole osattu ottaa oikealla tavalla huomioon.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainittu puute ja saada aikaan uusi ja entistä tehokkaampi menetelmä tärpätin talteen-ottamiseksi. Keksintö perustuu seuraaviin ajatuksiin:

Sulfaattisellun eräkeitossa sovelletaan kaasutusta, jossa käytetään hyväksi paineen ja lämpötilan mittausten perusteella laskettua ohjausmenetelmää ja otetaan huomioon tärpätin ja vesihöyryn osapaineet. Menetelmässä sovelletaan yksinkertaista, luonnonlaeista johdettua prosessimallia.

2 6191 1

Sulfaattisellun eräkeitossahan tärpättiä vapautuu puusta koko keiton ja puskun aikana. Osa tärpätistä liukenee muihin orgaanisiin yhdisteisiin, joita myös muodostuu, ja osa emulgoituu keittonestee-seen.

Tärpätin osapaine on vakiosuuruinen määrätyssä lämpötilassa sen jälkeen, kun sen liukeneminen on saavuttanut kyllästyspisteen, ja siten riippumaton nestefaasissa olevasta tärpättimäärästä.

Koska tärpätti ja vesi ovat käytännöllisesti katsoen liukenemattomia toisiinsa, vallitsee höyryfaasissa tietyssä lämpötilassa seuraava tasapaino: P^/Pg =Nij/Ng — 1 (iOp/nig) (1) missä P = osapaine N = moolimäärä m = massamäärä 1 = vakio ja indeksit T = tärpätti S = vesihöyry.

Yllä oleva riippuvuus pätee silloin, kun ilma on jo poistunut (mikä tapahtuu keittovaiheen alussa) ja muiden yhdisteiden osapaine jätetään huomioon ottamatta.

Tärpättiä kannattaa ottaa koko ajan talteen eli "kaasuttaa” niin kauan, kun tärpätin osapaine on sama kuin puhtaan tärpätin, tietyssä lämpötilassa, ts. kyllästyspisteen yläpuolella.

Puhtaan tärpätin osapaine voidaan laskea Antoinen kaavasta: log P° = A t®c (2) missä t = lämpötila A, B ja C määritetään kirjallisuustietojen perusteella siten, että ne punnitaan suhteessa kaasufaasissa olevien terpeenien osa-määrään. Eräälle tavanomaiselle seokselle on siten saatu yhtälö muotoon: l°g P? = 5 f 972 - 1464/(t + 208,2) (3) missä P° T = puhtaan tärpätin osapaine (kPa) t = nesteen lämpötila (°C)

Vesihöyryn osapaine on lipeän johdosta alhaisempi kuin puhtaan veden höyrynpaine. Sovelletaan Raoultin lakia 3 61911

Ps = (1~X) ps = xsps (4) missä X = lipeän konsentraatio, mooliosuus

Xs = veden mooliosuus

Pg = puhtaan veden osapaine Merkitään = veden moolimäärä ri2 = liuenneen aineen moolimäärä jolloin XS = ni/(ni + n2^ (5)

Pg (kPa) lasketaan kaavasta pg = 100 exp (11,78(t-99, 64) /(t + 230)) (6)

Koska Raoultin laki pätee periaatteessa vain laimeille liuoksille, tutkittiin virheen suuruutta vertaamalla laskentatauloksia kiehumispisteen noususta saatuihin arvoihin. Tällöin havaittiin, että erotus oli suurimmillaan vain 0,3 %, joten lakia voidaan hyvin soveltaa.

Veden mooliosuudelle Xg voidaan käyttää keiton alku- ja lopputilaa vastaavista arvoista laskettua logaritmista keskiarvoa.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on täsmällisemmin sanottuna pääasiallisesti tunnusomaista, että ohjataan kaasutusventtiiliä portaittain auki silloin, kun laskennollisesti saadun puhtaan tärpätin ja vesihöyryn osapaineiden summa on likimain yhtä suuri kuin mitattu paine, ja ohjataan kaasutusventtiiliä portaittain kiinni silloin, kun laskennollisesti saadun puhtaan tärpätin ja vesihöyryn osapaineiden summa on suurempi kuin mitattu paine.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan liitteinä olevien piirustusten mukaisten suoritusesimerkkien avulla.

Kuvio 1 esittää graafisesti tärpötin ja vesihöyryn osapaineen ja kokonaispaineen riippuvuutta lämpötilasta.

Kuvio 2 esittää graafisesti tärpätin osapaineen riippuvuutta moolisuhteesta liuoksessa.

Kuvio 3 esittää kaaviollisesti keksinnön muakisessa menetelmässä käytettävää ohjausjärjestelmää.

Kuvio 4 esittää graafisesti kaasutusventtiilin toimialuetta ja keittolämpötilaa ajan funktiona.

Laskelmien mukaiset tärpätin ja vesihöyryn osapaine sekä näiden summa ja suhde on esitetty kuviossa 1. Ρτ/Pg “ käyrän perusteella voidaan todeta, että tärpätin mooliosuus on suurempi keiton alkuvaiheessa (80 - 120°C) kuin lopussa, joten kaasutus on mieluimmin ajoi- 4 61911 tettava suurimmaksi osaksi keiton alkuvaiheeseen. Täten säästetään myös höyryä, kun keittimestä ei "revitä” turhaan vesihöyryä silloin, kun tärpättiä ei tule riittävästi.

Kun tärpättiä liukenee organisiin yhdisteisiin, on tärpätin osapaine riippuvainen moolisuhteestä, X-pORG' täten myös tärpättiä liuottavien yhdisteiden muodostumisesta keiton aikana, jolloin tärpätin osapaine siis muuttuu, kunnes kyllästyspiste on saavutettu.

Tämän jälkeen se on riippuvainen ainoastaan lämpötilasta muttei neste-faasin moolisuhteestä (kuvio 2).

Seuraavassa tarkastellaan yksityiskohtaisemmin keksinnön kohteena olevaa ohjausmenetelmää (ks. kuvio 3).

1. Mitattavat suureet - keittonesteen lämpötila (tj_) mitattuna kiertoputkessa kalorisaattorin jälkeen - höyrytilan paine keittimessä (PT0T) - kaasuventtiilin asento (G^) - tärpättipitoisuus lipeäpisaraerottimen jälkeen (Q2) mitattuna esim. infrapuna-analysaattorilla.

Näistä suureista ei tärpättipitoisuuden mittaus ole ohjauksen kannalta aivan välttämätön.

2. Laskettavat suureet - tärpätin osapaine (p£) kaavasta (3) - vesihöyryn osapaine (Pg) kaavoista (4) ja (6) - veden mooliosuudelle (Xs) kaavasta (5) käytetään taulukoitua arvoa - tärpätin ja vesihöyryn osapaineen summa (p£ + Pg) - tärpätin ja vesihöyryn osapaineen suhde (P^ / Pg)

Mikäli kaavasta (1) laskettu tärpätin pitoisuus (approksimaatio PT 55 pt^ poikkeaa enemmän kuin Δ R mitatusta tärpätin pitoisuudesta (Q2)/ laskelmiin sovelletaan korjauskerrointa (k).

Laskelmat suoritetaan on-line mikroprosessorilla.

3. Ohjauskriteeri - Mikäli laskettu summa P° + Pg on hyvin lähellä (poikkeama Δ P1) tai yhtä suuri kuin mitattu PTqt' seos on kylläinen tärpätin suhteen ja kaasutusventtiiliä voidaan raottaa enemmän. Venttiilin avaus suoritetaan pienin muutoksiin välituloksia tarkkailleen niin, ettei venttiilin asento (G-^) ylitä empiirisesti taulukoitua arvoa G^ ΙίΑχ (t, f ) .

Taulukko laaditaan keittolämpötilan (t) funktiona ja "paine-aikana" ajan (T) funktiona (ks. kuvio 4) siten, että pT/ps « rmin· 61911 5

Koska kaasutuksessa vapautuva vesihöyry muodostaa melkoisen kustannuserän hukkaenergian muodossa, valitaan RMjN niin, ettei tärpätin ja vesihöyryn suhde (NT/Ng = PT/Pg) alita taloudellisesti kannattavaa arvoa. Nykyisillä tärpätin ja energian hinnoilla R^IN ^ 0,002.

- Mikäli summa P°T + Ps on vähintään määrän ΔΡ2 verran suurempi kuin P^OT' toimitaan kyllästyspisteen alapuolella ja kaasutus-venttiiliä suljetaan pienin muutoksin niin, ettei venttiilin asento alita empiiristesti taulukoitua arvoa M^N (t,*t ), (ks. kuvio 4).

Tämä taulukko laaditaan siten, että PT/pg = Nt/ns 0,004. Ohjaustoimenpiteet suoritetaan automaattisesti mikroprosessorilla.

4. Kokeellisesti määritettävät arvot - kaasutusventtiilin toiminta-alueen liukuvat ylä- ja alaraja-arvot (Gj MIN, MIN) lämpötilan (t) ja ajan (*) funktiona - lasketun ja mitatun kokonaispaineen toleranssierotus (Δ p^) - lasketun ja mitatun kokonaispaineen vähimmäiserotus (Δ Pj) - lasketun ja mitatun tärpättipitoisuuden enimmäispoikkeama (Δ r).

5. Tarkkailtavat suureet - tärpättipitoisuus kaasutuksessa - tärpätin määrä varastosäiliössä - tärpätin saanto.