FI64669C - Foerfarande och anordning foer oevervakning av kokningsstegen i cellulosakokning - Google Patents

Description

____-Ί Γ„, .KUULUTUSJULKAISU , , , ^ η ΙΒ] (11) UTLÄGG N I NGSSKRI FT 6 4 6 6 9 ^ (51) Kv.lk.^lnt.CI.3 D 2Λ C 7/12 SUOMI — FINLAND (21) p*tenttlh*lt«mul — P*entwsöknlnj 802737 (22) H»k*ml»plW4 — Anteknlngtdag 01.09 . 80 ) (23) Alkuptly» — Glltljh*t*d»| 01.09.80 (41) Tullut Julkhekil —· BlWIt offentllf Q2 gg

Patentti- ja rekisterihallitus (44) Nih«vik*ipanon |» kuuljullatoun pvm. — Aö Qo

Patent- och registerstyrelsen Anvöksn utltgd och utUkrlfMn publlcerid jl. to. o 3 (32)(33)(31) Pyr**®1*)' etuoikeus—Begird prlorttet (71) Oy Keskuslaboratorio - Centrallaboratorium Ab, PL 136, 00101 Helsinki 10, Suomi-Finland(FI) (72) Erkki Juhani Lokka, Espoo, Suomi-Finland(FI) (7*0 Papula Rein Lahtela Oy (5*0 Menetelmä ja laite selluloosankeiton keittovaiheiden seuraamiseksi -Förfarande och anordning för övervakning av kokningsstegen i cellu-losakokning

Keksinnön kohteena on menetelmä selluloosankeiton keittovaiheiden seuraamiseksi ja mahdollisesti keiton ohjaamiseksi. Edelleen keksinnön kohteena on elektrodi menetelmän toteuttamiseksi virtapiirin avulla, johon on liitetty keittoliuoksen kanssa kosketuksiin asetettava varsinainen elektrodiosa.

Selluloosan keittoprosessin ohjaus perustuu keiton aikana tapahtuvaan keittovaiheiden seurantaan. Nykyään keittovaiheita seurataan H-teki-jän avulla ja johtokykymittauksin esim. ns. Kemotron-mittarilla.

Käytettäessä H-tekijää keittoprosessia seurataan tietyn laskukaavan mukaan, jossa muuttujina ovat mm. ligniinin reaktionopeus, lämpötila, paine, keittoaika ja liuosta karakterisoivat liuoksen ominaisuudet. H-tekijää käytettäessä seuranta suoritetaan tavanomaisesti neljästi keittojakson kuluessa panosprosessin kyseessä ollessa. H-tekijän käyttö perustuu laskentaan ideaalisissa keitto-olosuhteissa. Olosuhteiden poiketessa ideaalisista, esim. hakkeen laadun muuttu- 2 64669 essa tulos ei ole tyydyttävä pyrittäessä tarkkaan ja hyvään keittotulokseen.

Keittoprosessin valvonta johtokykymittauksin perustuu keittoliuok-sen johtokyvyn määräämiseen ennen ja jälkeen hiilidioksidikylläs-tyksen. Menetelmä vaatii stabilointia ja mainitun hiilidioksidi-kyllästyksen suorituksen. Menetelmällä tehollinen alkalipitoisuus voidaan määrittää erittäin tarkasti. Kuitenkaan menetelmällä ei pystytä seuraamaan keittoprosessin vaiheita.

Keittoprosessin seuranta edellyttää uutosvaiheen, ns. bulkkivaiheen ja loppudelignifioitumisen erottamista. Erityisesti uutosvaiheen alkamisen ja keston, bulkkivaiheen alkamisen ja päättymisen sekä loppudelignifioitumisen alkamisen ja päättymisen erottaminen on tärkeää. Mikäli keittoprosessia ei pystytä seuraamaan tarkoin, kuten nykyään on laita, seurauksena keiton ohjaus tapahtuu virheellisesti, mikä merkitsee aina suuria taloudellisia menetyksiä.

Tähän mennessä ligniinin käyttäytymistä keittoprosessissa ei ole onnistuttu seuraamaan.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt epäkohdat. Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin sellainen uusi menetelmä selluloosankeiton keittovaiheiden seuraamiseksi, joka täyttää edellä esitetyt vaatimukset ja jolla ligniinin käyttäytymistä pystytään mittaamaan ja seuraamaan keittoprosessin kuluessa. Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin laite menetelmän toteuttamiseksi.

Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan vaatimusosaan.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti suoritusesi-merkkien avulla viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää erästä kytkentäkaaviota selluloosankeiton keitto- vaiheiden seuraamiseksi keksinnön erään sovellutuksen mukaan, kuva 2 esittää selluloosankeiton keittovaiheita graafisesti esitettynä seuranta toteutettuna keksinnön mukaisesti kuvan 1 mukaisella kytkennällä, kuva 3 esittää erästä laitetta keksinnön mukaisen selluloosankeiton 64669 seurantamenetelmän toteuttamiseksi, ja kuva 4 esittää erästä toista kytkentäkaaviota keksinnön erään toisen sovellutusmuodon toteuttamiseksi.

Keksinnön mukaan selluloosankeittoa seurataan siten, että keitto-liuoksen polarisaatiojännite ja/tai polarisaatiovirta määrätään keittoajan funktiona polarisaatiovirran ja/tai vastaavasti polarisaatio jännitteen ollessa vakio. Keksintö perustuu keittoliuoksen polarisaatiojännitteen ja/tai polarisaatiovirran muutoksiin keitto-aikana, jotka muutokset karakterisoivat yllättävästi keittoprosessin eri vaiheita, so. keittoprosessin eri vaiheilla on vastaavuus polarisaatiojännitteen ja/tai polarisaatiovirran vaihteluissa.

Kuvassa 1 on esitetty eräs kytkentä keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi. Virtapiiriin kuuluu jännitelähde 1, jonka kanssa sarjaan on kytketty elektrodit 2, 2' sijoitettuna keittoliuokseen 3, sekä polarisaatiovirran säätölaite 4. Elektrodien 2, 2' välistä jännitettä mittaamaan on järjestetty jännitemittari 5. Mittaus suoritetaan kytkemällä elektrodit 2, 2' jännitelähteeseen 1 kytkimen 6 avulla, polarisaatiovirta säädetään säätölaitteen 4 avulla vakioksi, jonka jälkeen polarisaatiojännite luetaan jännitemittarista 5. Mittaus suoritetaan halutuin, esim. vakiosuurin aikavälein keiton aikana, esim. keiton alkamisajasta lähtien. Mittaustulokset, polarisaatio jännite esitettynä keittoajan funktiona polarisaatiovirran ollessa vakio, karakterisoivat tarkoin keittovaiheita sekä ligniinin käyttäymistä keitossa, kuten alla on tarkemmin selvitetty.

Elektrodien 2, 2' passivoitumisen ja/tai kulumisen estämiseksi polarisaatiojännite voidaan mitata edullisesti tietyin aikavälein, esim. 1-10 min välein; mittausten välillä virtapiiri voidaan katkaista kytkimen 6 avulla. Kunkin mittauksen kestoaika, jona aikana polarisaatiovirta pidetään säätölaitteen 4 avulla vakiona ja samana kaikissa mittauksissa, on sopivasti suhteellisen lyhyt, esim. suuruusluokkaa 1-60 s.

Kuvassa 2 on esitetty eräs männyn sulfaattikeiton yhteydessä suoritettu polarisaatiojännitteen mittaus keittoajan funktiona polarisaatiovirran ollessa vakio. Mittaus suoritettiin 30 1 koekeittimen yhteyteen sijoitetuilla kahdella identtisellä wolframielektrodilla, esitetty kuvassa 3. Mittauksessa käytettiin periaatteellisesti kuvan 4 64669 1 mukaista kytkentää. Näyttölaitteena oli tavanomainen laboratorio-piirturi. Elektrodit oli järjestetty keittoliuosta keittimen ala-päästä pumpun avulla lauhduttimen kautta keittimen yläpäähän kierrettävän kiertoputkiston yhteyteen suoraan kosketukseen putkistossa kiertävän keittoliuoksen kanssa. Mittaus toteutettiin 20 s välein koko keittoprosessin aikana, jokainen mittaus kesti 1 min. Virtapiiri katkaistiin mittausten väliseksi ajaksi. Kunkin mittauksen yhteydessä polarisaatiovirta säädettiin arvoon 25 yA säätölaitteen 4 avulla. Mitatut polarisaatiojännitteen arvot olivat suuruusluokkaa 1000-750 mV.

Kuvassa 2 uutosvaihe, merkitty kirjaimella a, näkyy selvästi aluksi nousevana, myöhemmin laskevana käyränä, joka päättyy bulkkivaiheen alussa tapahtuviin polarisaatiojännitteen hyppäyksellisiin muutoksiin. Bulkkivaihe, merkitty kirjaimella b, alkaa uutosvaiheen päättyessä ja ilmenee aluksi laskevana polarisaatiojännitteenä siihen hetkeen asti, kunnes keittolämpötila n. 170°C on saavutettu, ja tämän jälkeen hitaasti kohoavana polarisaatiojännitteenä aina maksimikohtaan saakka, josta loppudelignifioituminen, merkitty kirjaimella c, alkaa. Loppudelignifioituminen alkaa mainitusta täyden keittolämpötilan jälkeen saavutetusta polarisaatiojännitteen maksimista ja jatkuu aina päättymi-seensä asti, jolloin polarisaatiojännite laskee olennaisesti vakioksi.

Kuvassa 3 esitettyyn elektrodiin, jota yllä esitetyssä mittauksessa käytettiin, kuuluu varsinainen metallisesta wolfrämistä valmistettu neulamainen elektrodiosa 2, holkkiraainen runko 14 sekä tiivisteosa 7. Rungon 14 sisään on sijoitettu jännitelähteeseen liitettävä virta-johdin 8, jonka eriste 9, esim. teflonia, erottaa rungosta.14. Rungon 14 elektrodiosan 2 puoleiseen päähän kuuluu tiiviste 10, joka ympäröi elektrodiosaa ja muodostaa liitoskappaleen elektrodin liittämiseksi esim. prosessiputkistoon muodostettuun liitäntä-yhteeseen.

Kuvassa 4 on esitetty eräs amperometriseen mittaukseen perustuva kytkentä keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi. Kytkentäkaavioon kuuluu kuvan 1 mukaisen kytkennän tapaan virtalähde 1, johon keittoliuokseen 3 sijoitetut 2, 2' elektrodit on kytketty. Laitteeseen kuuluu edelleen virtamittari 12 järjestettynä mittaa- 5 64669 maan elektrodien lävitse kulkeva virta sekä jännitteen säätölaite 13, jonka avulla elektrodien välinen jännite voidaan säätää vakioksi. Kuvan kytkentä, samaten kuvan 1 kytkentä, ovat tavanomaisia ja tunnetaan esim. yleisesti saatavissa olevasta Metrohm E436 nimisestä potentiograafista.

Selluloosankeiton keittovaiheet määrätään kuvassa 4 esitetyn kytkennän mukaisella laitteella vastaavasti kuin edellä on esitetty voltametrisissä, kuvan 1 mukaisella laitteella tapahtuvissa mittauksissa säätäen elektrodien välinen jännite vakioksi mittausten ajaksi säätölaitteella 13 ja lukemalla elektrodien kautta kulkeva pola-risaatiovirta mittarista 12. Polarisaatiovirta karakterisoi keitto-vaiheita vastaavasti kuin polarisaatiojännite edellä.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu selluloosankeiton keittovai-heiden seurantaan kaikissa keittoprosesseissa, niin aikalisissä kuin happamissakin keitoissa, sekä sulfaatti- että sulfiittikeitossa; edelleen menetelmää voidaan käyttää soodakeitossa. Voltametrisissä mittauksissa, käytettäessä kahta identtistä wolframielektrodia, sopiva polarisaatiovirran vakioarvo on suuruusluokkaa ΙΟ1 pA, esim. 25 pA.<0,5 pA polarisaatiovirran käytön esteenä on wolframi-elektrodin passivoituminen. Menetelmässä voidaan käyttää minkälaista tahansa sinänsä tunnettua, selluloosan keitto-olosuhteet, lämpötila noin 180°C ja p noin 8 at, voimakkaasti happamat tai emäksiset liuokset, kestäviä elektrodeja. Suoritetuissa tutkimuksissa erityisesti wolframielektrodit ovat osoittautuneet käyttökelpoisiksi; kyseeseen tulevat myös esim. hopea-, platina-, kulta-, iridium-ja/tai osmiumelektrodit.

Keksinnön mukainen menetelmä ja laite soveltuvat sekä tutkimuskäyttöön että teollisessa mittakaavassa tapahtuvaan selluloosan-keiton seurantaan ja ohjaamiseen. Keiton ohjaamisen, keitto-olosuhteiden säätö ja ajoitus, ohessa erittäin tärkeä käyttöalue on automaattiset keittoprosessia havainnoivat detektorit, liitettyinä esim. keittoprosessin automaattisen ohjauksen yhteyteen. Menetelmä ja laite soveltuvat käytettäviksi sekä jatkuvatoimisen keittoprosessin että panoksittaan tapahtuvan keiton yhteydessä.

6 64669

Suoritusesimerkit on tarkoitettu keksinnön havainnollistamiseksi rajoittamatta tätä millään tavoin.

Claims (5)

7 64669

1. Menetelmä selluloosankeiton keittovaiheiden seuraamiseksi ja mahdollisesti keiton ohjaamiseksi, tunnettu siitä, * että keittoliuoksen polarisaatiojännite ja/tai polarisaatiovirta määrätään keittoajän funktiona polarisaatiovirran ja/tai vastaavasti polarisaatiojännitteen ollessa vakio tietyin väliajoin tietyn kestoajan omaavilla mittauksilla siten, että virtapiiri katkaistaan mittausten välillä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaus suoritetaan 1-10 min aikavälein.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittauksen kestoaika on 1-60 s.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polarisaatiojännite määrätään polarisaatiovirran ollessa vakio, edullisesti suuruusluokkaa 101 A.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polarisaatiojännitettä ja/tai polarisaatiovirtaa määrättäessä käytetään elektrodia, jonka keittoliuoksen kanssa kosketuksissa oleva osa on valmistettu wolframista, hopeasta, platinasta, kullasta, iridiumista tai osmiunista.