FI74689B - Maetnings- och regleringsfoerfarande foer framstaellning av klordioxid. - Google Patents

Description

1 74689

Mittaus- ja säätömenetelmä klooridioksidin valmistamiseksi Jakamalla erotettu patenttihakemuksesta 792866.

5 Keksinnön kohteena on mittaus- ja säätömenetelmä kloo ridioksidin valmistamiseksi pelkistämällä kloraatti-ioneja kloridi-ioneilla oleellisesti ilman klooria pelkistävän aineen läsnäoloa vesipitoisessa happamassa reaktioväliainees-sa, jossa menetelmässä on vaihdeltavat toimintaparametrit, 10 tuotekaasuvirran muodostamiseksi, joka sisältää klooridi-oksidia ja klooria ja josta muodostetaan klooridioksidin vesiliuos saattamalla se kosketukseen veden kanssa.

US-patenttijulkaisussa 3 864 456 kuvataan menetelmä klooridioksidin valmistamiseksi, jossa menetelmässä natrium-15 kloraattia pelkistetään vesipitoisessa happamassa reaktio-väliaineessa, jota pidetään kiehumispisteessään sen absoluuttisessa paineessa samalla kun siihen reaktiovyöhykkee-seen, jossa reaktioväliaine sijaitsee, kohdistetaan normaalipainetta alhaisempi paine. Kiehumislämpötila on korkeampi 20 kuin 30°C ja alempi kuin se lämpötila, jonka yläpuolella tapahtuu klooridioksidin huomattavaa hajaantumista, edullisesti noin 60-80°C.

Pelkistysaineena ovat kloridi-ionit, jotka on saatu lisätyllä natriumkloridilla, kloorivedyllä tai näiden kahden 25 seoksella, kun taas happo on aikaansaatu joko kokonaan rikkihapolla (kun kloridi-ionien lähteenä käytetään pelkästään natriumkloridia) tai osittain rikkihapolla ja osittain kloo-rivetyhapolla (kun kloridi-ionien lähteenä käytetään pelkästään kloorivetyä tai kloorivedyn ja natriumkloridin seosta). 30 Prosessi toimii jatkuvana, jolloin reagensseja syöte tään jatkuvasti reaktioväliaineeseen ja klooridioksidin, kloorin ja vesihöyryn kaasuseosta poistetaan jatkuvasti reak-tiovyöhykkeestä. Reaktioväliaineen kokonaishappopitoisuus pidetään välillä noin 2-4,8 n ja vedetöntä neutraalia natrium-35 sulfaattia kiteytetään jatkuvasti reaktioväliaineesta, kun kyllästyminen on saavutettu prosessin aloituksen jälkeen.

74689

Kiteytettyä natriumsulfaattia poistetaan reaktiovyöhykkees-tä jatkuvasti tai ajoittain.

Edellä kuvattu klooridioksidia tuottava prosessi on kaupallisesti edullinen siksi, että klooridioksidin kehit-5 tyminen, veden höyrystyminen ja sivutuotteen kiteytyminen tapahtuvat samassa astiassa, vedetön neutraali natriumsul-faatti muodostuu suoraan ja käytetään pientä kokonaishappo-pitoisuutta. Nämä ja muut ominaisuudet ovat johtaneet prosessin laajaan hyväksymiseen ja käyttöönottoon.

10 US-patenttijulkaisusta 3 563 702 on tunnettua lisätä klooridioksidituotannon hyötysuhdetta yllä kuvatussa prosessissa noin 90-92 %:ista 97-98 %:iin käyttämällä tiettyjä katalyyttejä; kaupallisessa tuotannoss käytetään yleisesti hopeasuoloja.

15 Sanonnalla "hyötysuhde" tarkoitetaan reaktioväliai- neeseen syötetyn natriumkloridin muuttumisastetta klooridi-oksidituotteeksi. Klooridioksidia tuottavaa reaktiota voidaan kuvata seuraavalla yhtälöllä (1) :

NaC103 + NaCl + H2S04-» C102 + 1/2 Cl2 + H20 + Na2S04 (1)

On olemassa kilpaileva reaktio, joka ei tuota klooridioksidia. Tätä reaktiota voidaan kuvata seuraavalla yhtälöllä (2):

NaC103 + 5 NaCl + 3 H2S04-->3 Cl2 + 3 H20 + 3 Na2S04 (2) 25 Prosessin hyötysuhde on näin ollen se määrä, johon yhtälön (1) reaktio voidaan tehdä vallitsevaksi yhtälön (2) reaktioon nähden.

Koska jokainen prosessin höytysuhteen lasku merkitsee, että pienempiä määriä natriumkloraattia muuttuu halutuksi 30 klooridioksidituotteeksi ja koska natriumkloraatti- ja ho-peasuolat ovat kalliita raaka-aineita, on toivottavaa pitää höytysuhde mahdollisimman korkealla tasolla joka hetki. Lukuisat tekijät voivat vaikuttaa prosessin hyötysuhteeseen, pääasiassa katalyytin pitoisuus ja vähäisemmässä määrin klo- 35 raatti-ionin ja kloridi-ionin välinen moolisuhde reaktiovä-laineessa ja reaktioväliaineen lämpötila.

74689

Laitoksen jatkuvassa toiminnassa höytysuhteen määritykset suoritetaan halutun höytysuhdetason varmistamiseksi ja mahdollinen hyötysuhteen lasku kompensoidaan tavallisesti lisäämällä generaattorin uudet määrät katalyyttiä, taval-5 lisesti hopeasuolaa. Voidaan tehdä kahden tyyppisiä määrityksiä, joista toinen perustuu kulutetun kloraatin määrään ja tuotetun klooridioksidin määrään. Tämä määritys antaa hyötysuhteen prosentteina ilmaistuna ja merkitsee prosenttia yhdestä kloraattimoolista, joka reagoi yhtälön (1) mu-10 kaisesti muodostaen klooridioksidia. Tämä hyötysuhdemääritys tehdään vain harvoin, kun vaaditaan systeemin massatasapai-no ja kloraattisyötön ja klooridioksidituotteen arvoja tarkkaillaan väliajalla ja määritys tehdään näistä tarkkailuar-voista.

15 Toinen käsin tehtävä määritys on tuotevirran kloordi- oksidin gramma-atomiprosentti-arvo (GA % CIO2). GA % C102 määritetään seuraavasta yhtälöstä (3):

Cl C102:ssa 20 GA % C102 = - x 100 (3)

Cl Cl02:ssa + Cl Cl2:ssa määrittämällä klooriatomit, jotka ovat tuotekaasuvirrassa klooridioksidina ja kloorina.

25 GA % C102-arvo on tarkka kemiallisen hyötysuhteen esi tys ja 100 %:n hyötysuhde saavutetaan GA % C102-arvolla 50 %. Tämä arvo on pätevä hyötysuhteen määritys yllä kuvatulle prosessille, sillä klooridioksidin muodostumisen yhteydessä syntyy myös klooria ja sitä on läsnä tuotekaasuvirrassa 30 päinvastoin kuin joissakin klooridioksidia tuottavissa prosesseissa, joissa kloori pelkistyy in situ muodostaen kloridi-ioneja ja GA % Cl02-arvo ei edusta hyötysuhteen todellista osoitusta.

Hyötysuhteen määritys GA % C102-arvona on yksinker-35 taisempi suorittaa kuin määritys, joka perustuu kuluneen kloraatin ja muodostuneen klooridioksidin mittauksiin, jotka 74689 vaativat näytteen ottoa tuotekaasusta ja näytteen märkäke-miallista analyysiä klooridioksidi- ja klooripitoisuuksien määrittämiseksi. GA % CIO2 määritys tehdään kuitenkin pitkin väliajoin, jotka tyypillisesti vaihtelevat kerrasta vuo-5 rossa kertaan viikossa. Tuotekaasuvirta on kuitenkin korkeassa lämpötilassa ja normaalipainetta alemmassa paineessa ja käyttöhenkilöltä vaaditaan taitoa edustavan näytteen keräämiseksi ja analyysiä varten.

Johtuen taitavan kätyön välttämättömyydestä ja edusta-10 van näytteen keräyksen ongelmasta määritetty GA % C102_ hyötysuhdearvo saattaa olla väärä. Lisäksi hyötysuhteen vaihteluita ei kompensoida jaksottaisten määritysten välillä. Tämän seurauksena klooridioksidia tuottavan prosessin kokonaishyötysuhde pitkän ajan puitteissa saattaa olla ja 15 tavallisesti onkin kaikkea muuta kuin optimi, mikä johtaa optimia pienempään klooridioksidin kokonaistuotantoon ja sitä suurempaan kemikaalien ja katalyytin kulutukseen.

Suuren tilavuuden omaavissa klooridioksidigeneraatto-reissa prosessi ei ole niin herkkä olosuhteissa, kuten klo-20 ridi- ja kloraatti-ionien välisessä moolisuhteessa ja reak-tioväliaineessa olevassa katalyyttipitoisuudessa ja lämpötilassa tapahtuville muutoksille kuin pienemmän tilavuuden omaavissa generaattoreissa, joilla on sama klooridioksidin tuotantokapasiteetti. Ottaen huomioon valmistuskustannukset, 25 jotka liittyvät klooridioksidigeneraattoreihin, jotka ovat tavallisesti rakennettu titaanista, suuntaus on kohti pienemmän tilavuuden omaavia generaattoreita, mikä johtaa prosessin suurempaan herkkyyteen parametrien vaihteluille.

Suuremman kokonaishyötysuhteen ja kasvaneen klooridi-30 oksidituotannon ja tästä johtuen alentuneiden raaka-aine-kustannusten saavuttamiseksi, jotka liittyvät natriumklo-raattiin ja katalyyttiin, on välttämätöntä saada aikaan jatkuva tarkka ja nopea hyötysuhteen määritys niin, että kaikki höytysuhteen vaihtelut voidaan kompensoida.

35 Tämän keksinnön mukaiselle mittaus- ja säätömenetel mälle klooridoksidin valmistamiseksi pelkistämällä kloraatti- 74689 ioneja kloridi-ioneilla oleellisesti ilman klooria pelkistävän aineen läsnäoloa vesipitoisessa happamassa reaktio-väliaineessa on tunnusomaista, että a) tuotekaasuvirtaa analysoidaan jatkuvasti klooridi-5 oksidin ja kloorin suhteellisten pitoisuuksien määrittämiseksi tuotekaasuvirrassa; b) klooridioksidituotannon hyötysuhde lasketaan jatkuvasti vaiheessa a) määritetyistä suhteellisista pitoisuuksista ; 10 c) klooridioksidin pitoisuutta vesiliuoksessaan ana lysoidaan jatkuvasti; d) tuotekaasuvirran kanssa kosketukseen saatetun veden virtausmäärää tarkkaillaan jatkuvasti; e) klooridioksidin todellinen tuotantomäärä lasketaan 15 jatkuvasti vaiheissa c) ja d) määritetyistä tiedoista; f) prosessin toimintatietoja tarkkaillaan jatkuvasti ja niitä verrataan ennalta määritettyihin toimintatietoihin, jotka vastaavat ennalta määrättyä, haluttua tuotantomäärää; ja 20 g) prosessin toimintatiedot säädetään niin, että ne sopivat yhteen ennalta määritettyjen toimintatietojen kanssa, jotka vastaavat ennalta määrättyä haluttua tuotantomäärää .

Kuten aikaisemmin mainittiin klooridioksidia synnyt-25 tävän prosessin kemiallinen hyötysuhde saadaan seuraavasti: hyötysuhde (E) = muodostuneet, klooridi^iglmooUt χ 10Q % kuluneet natriumkloraattimoolit 30

Jos R merkitsee klooridioksidin ja kloorin välistä suhdetta klooridioksidigeneraattorista tulevassa tuotekaasuvirrassa ja jos y merkitsee yhtälön (1) mukaisen reaktion kuluttamaa natriumkloraatin määrää, tällöin yhtälöidään (1) ja 35 (2) perusteella jokaiselle kuluneelle natriumkloraattimoo- lille pätee yhtälö: 6 74689 R--ϊ- = —2-ϊ- (y/2) + 3 (1-y) 6-5 y 5 josta seuraa, että y = - = - (4) 2+5 R 100 10 Tällöin, jos klooridioksidin ja kloorin välinen mooli-suhde tuotekaasu-seoksessa määritetään, kemiallinen hyötysuhde voidaan laskea yhtälöstä (4).

Vaikka tätä keksintöä voidaan soveltaa erityisesti US-15 patenttijulkaisun 3 864 456 mukaiseen prosessiin ja sitä kuvataan seuraavassa ko. prosessiin viitaten, tätä keksintöä voidaan soveltaa mihin tahansa klooridioksidia synnyttävään prosessiin, jossa kloraatti pelkistetään lisäämällä kloridi-ionia ainoana pelkistysaineena eikä klooria pelkistäviä 20 aineita oleellisesti ole läsnä. Lisäksi, vaikka keksintö soveltuu erityisesti klooridioksidia tuottavien prosessien säätöön, joissa muodostuu klooridioksidin, kloorin ja haihtuneen vesihöyryn kaasuseosta ja generaattoria pidetään normaalipainetta alemmassa paineessa, keksintöä voidaan sovel-25 taa prosessien yhteydessä, joissa käytetään normaalipainetta ja lisättyä laimennuskaasua.

Eräs erityinen klooridioksidia tuottava prosessi, johon tätä keksintöä voidaan soveltaa, on se, jota on kuvattu US-patenttijulkaisuissa 3 929 974 ja 4 075 308 ja jossa kloo-30 rivetyä käytetään sekä kloridi-ionipelkistysaineen aikaansaamiseksi natriumkloraatille että happamuuden antajana. Jälkimmäisessä prosessissa, joka toimii reaktioväliaineen kiehumispisteessä normaalipainetta alemmassa paineessa, reaktioastiassa saostunut sivutuote on natriumkloridi. Hap-35 pamuus ilmaistuna varsinaisena vetyionipitoisuutena ja se on tässä prosessissa noin 0,05-0,3 n.

74689

Kuvio 1 on kaavamainen esitys jatkuvasta klooridiok-sidin valmistuksessa, kuvio 2 on yksinkertaistettu looginen diagrammi, joka kuvaa klooridioksidia tuottavan laitoksen tietokonesäätöä, 5 ja kuvio 3 on kaavamainen esitys säätösysteemistä, jota käytetään kuvion 2 mukaisissa tietokonetoiminnoissa.

Seuraavassa selostetaan kuvioon 1 viitaten tämän keksinnön edullista toteutusmuotoa. Klooridioksidigeneraattori 10 10 tuottaa klooridioksidin, kloorin ja höyryn ja ilmaseok- sen putkeen 12 vesipitoisessa happamasta reaktioväliainees-ta toimien edellä mainitun US-patenttijulkaisun 3 864 456 mukaisesti normaalipainetta alemmassa paineessa ja generaattorissa 10 olevan reaktioväliaineen kiehumispisteessä sen 15 absoluuttisessa paineessa. Ilmanpurkausputki on liitetty laitteistoon vastaamaan normaalipainetta alempaa painetta ja se aiheuttaa pienten ilmamäärien läsnäolon tuotekaasu-virrassa 12.

Natriumkloraattia, natriumkloridia ja rikkihappoa 20 syötetään generaattoriastiaan 10 putkien 14, 16 ja 18 kautta tässä järjestyksessä jollakin sopivalla tavalla, esimerkiksi kuten on kuvattu US-patenttijulkaisussa 3 895 100. Kokonaishappopitoisuutta noin 2-4,8 n, edullisesti noin 2, 4,4 n ylläpidetään reaktioväliaineessa ja siitä saostuu 25 vedetöntä neutraalia natriumsulfaattia, jota poistetaan jatkuvasti tai jaksottaisesti putken 20 kautta.

Hopeasuolaa syötetään jaksottaisesti generaattoriin 10 putken 21 kautta katalyytin toimittamiseksi generaattoriin 10 vaadittu määrä klooridioksidituotannon hyötysuhteen 30 ylläpitämiseksi halutulla tasolla. Mitä tahansa muuta sopivaa katalyyttiä voidaan käyttää tai se voidaan jättää kokonaan pois, mikäli siitä johtuva hyötysuhteen lasku voidaan sietää tai mikäli klooridioksidia tuottava prosessi on luontaisesti tehokas.

35 Putkessa 12 oleva tuotekaasuvirta jäähdytetään epä suorassa jäähdytin-lauhduttimessa 22 höyryn pääosan tiivis- 74689 tymisen aikaansaamiseksi ja tiivistynyt vesi ja jäljellä oleva kaasufaasi johdetaan eteenpäin klooridioksidin adsorp-tiotorniin 24, jossa klooridioksidi yhdessä pienen kloori-määrän kanssa liuotetaan veteen, jota syötetään putkesta 26 5 tuotteena olevan klooridioksidiliuosvirran 28 muodostamiseksi, jota voidaan käyttää valkaisulaitostoiminnoissa puumassan valkaisuun, ja kloorikaasuvirran 30 muodostamiseksi, jota sitten voidaan jatkokäsitellä tunnetulla tavalla.

Höyryfaasinäytteitä otetaan jäähdytin-lauhduttimen 22 10 jälkeen lyhyin väliajoin putkesta 32. Oletetut näytteet johdetaan putken 34 kautta kaasuanalysaattoriin 36, joka on kaasu-nestekromatografi. Jokainen näyte palautetaan analyysin jälkeen kaasufaasin pääputkeen 32 putken 38 kautta, johon on sijoitettu pieni vesiejektori tyhjöimuriksi 40 tai 15 sopiva tyhjönmuodostuslaite näytteen vetämiseksi kromatogra-fin 36 läpi aikaansaamalla suurempi alipaine kuin putkessa 32 oleva alipaine.

Tämä järjestely tekee mahdolliseksi ottaa helposti näytteitä korkean lämpötilan alipaineisesta höyryfaasista 20 analyysiä varten ja välttää alalla aikaisemmin vallinneen taitavan käyttöhenkilön tarpeen edustavan näytteen otossa.

Kromatografi 36 analysoi sisään tulevan näytekaasuvir-ran ja aikaansaa pneumaattisen ulostulon 41, joka johdetaan ilmaisinyksikköön 42, joka toteaa pneumaattisen ulostulon 25 41 painepiikit, jotka vastaavat näytteen klooridioksidia ja klooria, mittaa kummankin tällaisen piikin korkeuden perusviivan yläpuolella, joka vastaa klooridioksidin ja kloorin väkevyyttä näytteessä ja lähettää kaksi erillistä pneumaattista tai muuta signaalia riippuen ilmaisimen 42 muodosta 30 ja jotka vastaavat klooridioksidin ja kloorin analysoituja määriä kaasunäytteessä ja näin ollen vastaavat näiden kaasujen määriä, jotka ovat läsnä tiivistetyssä virrassa 32.

Mitä tahansa sopivaa analysaattoria 31 ja ilmaisinta 42, jotka kykenevät suorittamaan edellä kuvatut tehtävät 35 ja aikaansaamaan vaaditut ulostulosignaalit, voidaan käyttää. Eräs sopiva instrumentti, jossa nämä toiminnot yhdis- 9 74689 tyvät, on se joka tunnetaan nimellä Model 91 PCT Analyzer, jota myy Foxboro Company, Foxboro, Mass. USA.

Pneumaattiset signaalit 43 ja 44 johdetaan piikki-ilmaisimesta 42 moolisuhteen laskimeen 46, jossa signaalit 5 muutetaan signaaliksi, joka edustaa klooridioksidin ja kloorin moolimäärien suhdetta näytevirrassa 34.

Klooridioksidin ja kloorin piikki-ilmaisimella 42 mitattujen absoluuttisten arvojen muuttaminen niiden mooli-suhteiksi on tärkeää siksi, että muutos eliminoi mahdolli-10 sen nollapoikkeaman ja piikkien korkeuden muutokset, jotka analysaattorin ominaisuuksissa kuten kromatografin adsorptio-ominaisuuksissa ja kromatografiyksikön lämpötilassa ja paineessa tapahtuvat vaihtelut saattavat aiheuttaa.

Johdossa 47 kulkeva moolisuhdesignaali muutetaan sit-15 ten hyötysuhteeksi, jota edustaa moolisuhdesignaali hyöty-suhdelaskimessa 48. Hyötysuhdelaskimella 48 voi olla mikä tahansa sopiva muoto, jolla toteutetaan hyötysuhteen laskeminen perustuen yhtälöön (4): 20 y = -5-5- = 100 %

2+5 R

jossa y on hyötysuhde ja R on moolisuhde.

Saatu hyötysuhdearvo 49 merkitään muistiin piirturil-25 la 50, joka voi olla mitä tahansa sopivaa muotoa, kuten kynäpiirturi. Näin saatu hyötysuhdearvo edustaa kloraatin kloo-ridioksidiksi muuttumisen kemiallista hyötysuhdetta generaattorissa 10 hetkellä, jolloin kaasunäyte otettiin.

Kun yksittäiset näytteet otetaan, piirturi 50 merkit-30 see muistiin vastaavat hyötysuhdearvot. Käyttöhenkilö voi todeta hyötysuhteen alentumisen tarkkaamalla kynäpiirturia. Katalyyttiä syötetään sitten putken 21 kautta generaattoriin hyötysuhteen palauttamiseksi halutulle tasolleen.

Vaihtoehtoisesti piirturi 50 voidaan varustaa häytys-35 ulostulolla 51, joka aktivoidaan, kun muistiin merkitty hyötysuhde putoaa ennalta määrättyyn arvoon, käyttöhenkilön hälyttämiseksi tarvittavaan katalyytin lisäykseen.

10 74689

Kun klooridioksiprosessori on sellainen, jossa katalyyttiä ei käytetä, käyttöhenkilö voi muutella muita toi-mintaparametreja, kuten reagenssivirtauksia, halutun hyötysuhteen palauttamiseksi.

5 Määritetyn hyötysuhteen visuaalisen lukeman lisäksi tai vaihtoehtona sille piirturi 50 voi aktivoida katalyytin ja/tai muiden generaattorisyöttöjen automaattisen syötön hyötysuhteen epäsuotuisan laskun kompensoimiseksi, jolloin hyötysuhteen säätö on täysin automaattinen eikä vaadi käyt-10 töhenkilön aktiivisuutta.

Ajoittain saattaa olla toivottavaa toimia tarkoituksellisesti optimihyötysuhteen alapuolella, kun halutaan saada suurempia määriä klooria. Hyötysuhdemäärityksiä voidaan käyttää tällaisen toiminnan ylläpitämiseen ja itse asiassa 15 ylläpitämään klooridioksidin ja kloorin erilliset tuotannot millä tahansa halutuilla tasoilla.

Yksittäiset signaalit 43 ja 44 voidaan merkitä toisistaan riippumatta muistiin piirturilla 50 kuten viivoilla 52 ja 54 on merkitty niin, että muistiin merkittyjen hyöty-20 suhdekaavojen kalibrointi voidaan suorittaa laskemalla toisistaan riippumatta muistiin merkitystä klooridioksidi- ja klooriarvoista.

Edellä kuvioon 1 viitaten selostettua systeemiä voidaan haluttaessa käyttää hyötysuhdemääritysten tekemiseen pitkil-25 lä aikaväleillä, esim. kerran tai kahdesti päivässä hyötysuhteen pitkäaikaisten vaihtelujen määrittämiseksi samalla tavoin suoritettujen GA % ClC^-arvojen pitkän väliajan käsi-määritysten sijasta. Systeemin pääetuna on kuitenkin sen kyky suorittaa klooridioksidigeneraattorin 10 hyötysuhteen jat-30 kuvaa tarkkailua ottamalla näytteitä niin usein kuin kroma-tografi kykenee niitä käsittelemään, esimerkiksi ottamalla näyte 3-5 minuutin välein.

Tarkkailemalla klooridioksidimuodostuksen hyötysuhdetta jatkuvasti tällä tavoin saadaan aikaan merkittävästi 35 tarkempi prosessin hyötysuhteen muutosten säätö kuin käyttämällä alalla aikaisemmin käytettyä epäjatkuvaa manuaalis- 11 74689 ta menettelyä ja tästä johtuen päästään tehokkaampaan koko-naistoimintaan ja suurempaan klooridioksidituotantoon siitä seuraavine säästöineen raaka-ainekustannuksissa. Nämä tulokset ovat erittäin merkittäviä nykyisin käytetyissä pienempi-5 kokoisissa generaattoreissa, kun otetaan huomioon niiden suurempi herkkyys parametrien vaihteluille.

Kuvioissa 2 ja 3 kuvataan keksinnön mukaisen säätöjä mittausmenetelmän sovellutusta, ts. automaattisesti tietokoneohjattuna klooridioksidia tuottavaa laitosta yksin-10 kertaistettuna loogisena juoksukaaviona (kuvio 2) ja laite-diagrammina (kuvio 3).

Tässä tietokoneohjaussysteemissä tehdään jatkuvasti ja automaattisesti lukuisia mittauksia, mittauksia käytetään systeemin parametrien, kuten klooridioksidituotteen hyöty-15 suhteen ja klooridioksidin tuotantonopeuden määrittämiseen, ja kun laitos on määrä sulkea täysin tai sulkea valmiustilaan, ja määritettyjä parametreja käytetään vaadittujen säätöjen tekemiseen.

Seuraava kuvioiden 2 ja 3 mukaisen tietokoneohjatun 20 laitoksen kuvaus tehdään viitaten katalysoituun klooridioksidia tuottavaan prosessiin, jossa klooridioksidia tuotetaan US-patenttijulkaisun 3 864 456 mukaisella menettelyillä, jota kuvattiin edellä kuvion 1 yhteydessä. Tietyt muutokset toimintoihin saattavat olla tarpeen, mikäli käyte-25 tään muita klooridioksidia tuottavia menettelyjä.

Viitaten ensin kuvioon 2 klooridioksidin tuotantohyö-tysuhdetta ja tuotantonopeutta tarkkaillaan ja säädetään sarjalla automaattisia toimintoja. Generaattorin poistokaasu analysoidaan koneellisesti automaattisesti kohdassa 110 30 klooridioksidin, kloorin ja ilman pitoisuuksien määrittämiseksi, hyötysuhde lasketaan kohdassa 112, laskettua hyötysuhdetta verrataan virtaustietoihin kohdassa 114 ja katalyytin käyttö luetaan kohdassa 116, niin että uutta katalyyttiä voidaan lisätä tarvittaessa hyötysuhteen pitämiseksi halu-35 tulla tasolla.

12 74689

Laskettua hyötysuhdetta verrataan virtausmäärätietoi-hin, jotta varmistettaisiin, että todettu hyötysuhteen lasku ei johdu jonkin reagenssin sopimattomasta virtausmääräs-tä. Jos todettu hyötysuhteen lasku olisi seurausta tällai-5 sesta sopimattomasta virtausmäärästä, katalyytin lisäyksellä olisi vain vähän tai ei lainkaan vaikutusta. Vain jos virtausmäärät määritetään oikeiksi, katalyyttikäytön lukema kohdassa 116 osoittaa välttämättömyyttä kompensoida todettu hyötysuhteen lasku katalyyttilisäyksellä.

10 Kaasuanalyysi ja hyötysuhteen laskenta suoritetaan esim. käyttäen kuviossa 1 esitettyä, edellä kuvattua hyötysuhteen tarkkailusysteemiä.

Sen klooridioksidiliuoksen pitoisuus, joka muodostuu klooridioksidia synnyttävässä prosessissa, analysoidaan koh-15 dassa 118 ja jäähdytetyn veden virtausmäärä klooridioksidin absorptiotorniin mitataan kohdassa 120. Näitä määrityksiä käytetään todellisen tuotantomäärän laskemiseen kohdassa 122.

Klooridioksidin, kloorin ja ilman pitoisuuksia, jotka 20 todetaan automaattisessa kaasuanalyysissä kohdassa 110, käytetään myös tuotantomäärän laskemiseen kohdassa 122 vertaamalla klooridioksidin ja ilman sekä kloorin ja ilman vä-lisisä suhteita. Myöhempää laskentaa käyttäen myös sen laskennan kaksoistarkistukseen, joka perustuu klooridioksidi-25 liuoksen pitoisuuden analyysiin ja jäähdytetyn veden vir-tausmäärään.

Klooridioksidiliuoksen tasoa klooridioksidituoteliuok-sen varastosäiliössä tarkkaillaan jatkuvasti kohdassa 124, jotta saataisiin tietoa vaaditusta tuotantomäärästä ja 30 myös osoittamaan tarvetta laitoksen sulkemiseen seisokin ajaksi, mikäli todettu varasto ylittää ennalta määrätyn maksimitason. Todellista kohdassa 122 määritettyä tuotantomäärää verrataan kohdassa 126 ja näiden arvojen lukema esitetään kohdassa 128. Tämän vertailun tarkoituksena on selvit-35 tää tarvitaanko klooridioksidin tuotantomäärän säätöä.

74689

Kohdassa 130 on mahdollista suorittaa manuaalinen syöttö tuotantomäärään, jota tarkkaillaan kohdassa 126, jossa verrataan todellista ja vaadittua tuotantomäärää toisiinsa, jotta olisi mahdollista säätää tuotantomäärää ulkoisten 5 tekijöiden mukaisesti.

Reagenssien ja muiden juoksevien materiaalien virtaus-määriä ja laitoksen paineita ja lämpötiloja tarkkaillaan jatkuvasti kohdassa 132. Virtausmäärätietoja käytetään vir-tausmäärän ja hyötysuhteen vertailussa kohdassa 114 tarkoi-10 tuksena määrittää tarvitaanko katalyyttivirtauksen säätöä hyötysuhteen laskun mukaisesti.

Laitoksen eri käyttöparametreja, jotka edustavat todellisia laitoksen säätöjä, verrataan kohdassa 134 säätöihin, joita vaaditaan halutun tuotantomäärän saavuttamiseen 15 vaaditun tuotantomäärän säädön mukaisesti, joka saadaan tuotantomäärän vertailulla kohdassa 126.

Yksittäisten aineiden pitoisuudet voivat generaattori-nesteessä vaihdella syöttöjen pitoisuuksien esiintyvistä vaihteluista johtuen ja generaattorista tulevien kemikaa-20 lien häviöistä johtuen, jolloin kemikaaleja häviää esimerkiksi vuotojen yhteydessä tai kiinteän sivutuotteen mukana. Kaikki tällaiset vaihtelut johtavat joko liian suuriin tai liian pieniin nesteessä olevien aineiden pitoisuuksiin niin, että tarkkaa kokonaismateriaalitasapainoa ei voida määrit-25 tää suoraan. Tämän vuoksi on suoritettava teoreettisen ge-neraattorinesteen pitoisuuden ja todellisen nestepitoisuu-den vertailua.

Generaattorinesteessä olevien aineiden todelliset pitoisuudet voidaan analysoida kohdassa 136 automaattisesti 30 tai jaksottaisesti käsin. Todellista nesteanalyysiä verrataan kohdassa 137 teoreettisen generaattorinesteen pitoisuuteen, joka lasketaan kohdassa 138 laitoksen käyttötiedoista ja hyötysuhteen ja tuotantomäärän vertailusta erojen määrittämiseksi.

35 Erojen olemassaolo osoittaa muutoksia yksittäisten ai neiden pitoisuuksissa, jotka saavat alkunsa yhdestä tai 74689 useammasta edellä mainitusta lähteestä. Erot siirretään eteenpäin laitoksen säätövertailun kohdassa 134 ja kompensoidaan virtausmäärien sopivalla vaihtelulla. Kun erot ylittävät ennalta määrätyt rajat ja osoittavat laitokset toimi-5 van epäsuotavasti, hälytysääni aikaansaadaan kohdassa 139.

Generaattorinesteen analyysi voidaan haluttaessa jättää pois, vaikka se suositeltavaa sisällyttää mukaan ottaen huomioon aikaansaatu lisäinformaatio.

Todellisten ja vaadittujen säätöparametrien vertailu 10 kohdassa 134 saa aikaan yhden kolmesta mahdollisuudesta. Ensimmäinen mahdollisuus on säätää kohdassa 140 parametri-ohjauksia halutulle tuotantomäärälle. Toinen mahdollisuus syntyy seurauksena vaatimukselle laitoksen sulkemiseksi valmiustilaan kohdassa 142 tuloksena klooridioksidiliuostuot-15 teen maksimivarastosta.

Laitoksen valmiustilassa reagenssivirrat asetetaan nollaan ja jäähdytetyn veden virtausmäärää pienennetään. Tyhjöä ja reaktiolämpötilaa ylläpidetään, jotta olisi mahdollista välittömästi jatkaa klooridioksidin tuotantoa, ja 20 reagenssien virtausmäärät on kerran palautettu entiselleen.

Kolmas mahdollisuus on laitoksen täydellinen sulkeminen kohdassa 144 toisen yksikön toimiessa kohdassa 146 todetuista laitoksen toimintatiedoista saadun vikasignaalin perusteella. Vikasignaalin voi aiheuttaa liian alhainen tai 25 korkea generaattorin lämpötila, liian korkea jäähdytin-lauh-duttimen lämpötila, liian pieni lämmityshöyryn paine ja liian pieni instrumentti-ilman paine. Laitoksen pysähdyttyä käynnistetään puhdistussysteemi virtausputkien puhdistamiseksi kaasu- ja nestemateriaaleista.

30 Sen lisäksi mitä edellä esitettiin kohdassa 112 suo ritetun ja kohdassa 122 suoritetun tuotantomäärän laskennan hyväksikäytöstä jaksottainen hyötysuhteen ja tuotantomäärän vertailu voidaan suorittaa kohdassa 148 lukeman saamiseksi kohdassa 150, joka lukema on tuotantomäärä ilmoitettuna hyö-35 tysuhdeprosenttina ja toimii informatiivisena toimintona mitä tulee klooridioksidia tuottavan menettelyn kokonaissuori-tuskykyyn.

15 74689

Klooridioksidiliuoksen pitoisuuden analyysi, joka suoritetaan kohdassa 118, generaattorinesteen analyysi, joka suoritetaan kohdassa 136 ja/tai 138 ja virtausmäärätie-dot, jotka määritetään kohdassa 132, voidaan käsitellä 5 ajoittain tai jatkuvasti likimääräisen kokonaismassatasapai-non laskemiseksi klooridioksidia tuottavalle prosessille 152, lasketun massatasapainon antaessa lukeman kohdassa 154.

Kohdissa 128, 150 ja 154 saadut lukemat voidaan taltioida jollakin sopivalla tavalla jatkuvaa, ajoittaista tai 10 vuorottaista näyttöä varten, joka tapahtuu visuaalisella näyttölaitteella, kuten katodisädeputki (CRT)-näyttöyksiköl-lä ja/tai jatkuvaa, ajoittaista tai vuorottaista listausta varten, joka tapahtuu jollakin sopivalla kirjoittiraella.

Kuvio 3 esittää laitteistoa, joka tarvitaan kuviossa 15 2 esitettyjen toimenpiteiden suorittamiseen. Useita laitok sen analogisia syöttömääriä vastaanotetaan laitoksen analogisella syöttöyksiköllä 210. Näitä syöttöjä ovat happovir-taus linjassa 212, natriumkloraattiliuoksen virtaus linjassa 214, generaattorinesteen taso linjassa 216, generaattori-20 nesteen tiheys linjassa 218, lämmittimen höyryvirtaus linjassa 220, natriumkloridiliuoksen virtaus linjassa 222, klooridioksidiabsorptiolaitteen vesivirtaus linjassa 224, prosessi-ilman virtaus linjassa 226, generaattoripaine linjassa 228, klooridioksidiliuoksen varastosäiliön taso lin-25 jassa 230, poistokaasuvirran kaasuanalyysi linjassa 232, klooridioksidiliuoksen pitoisuus linjassa 234 ja generaattorinesteen analyysi linjassa 235.

Nämä analogiasyötöt siirretään eteenpäin keskuskäsit-tely-yksikköön 236, jota ohjaa reaaliaikakello 238. Keskus-30 käsittely-yksikkö 236 koostuu useista integroiduista piireistä, jotka on ohjelmoitu suorittamaan kuviossa 2 kuvatut laskelmat. Analogiasyötöt käsitellään keskuskäsittely-yksi-kössä 236 signaalien aikaansaamiseksi asetuspisteiden ohjausmoduliin 240, joka muodostaa virtausventtiiliasetusten 35 erilliset ohjaukset niin, että haluttu tuotantoteho ja tuotantomäärä saavutetaan tai laitos suljetaan valmiustilaan seurauksena korkean varastotason signaalista linjassa 230.

16 74689

Asetuspisteen ohjausmodulin 240 erilliset ulostulot ovat happovirtaus linjassa 242, natriumkloraattiliuoksen virtaus linjassa 244, natriumkloridiliuoksen virtaus linjassa 246, lämmitinhöyryn virtaus linjassa 248, klooridioksidi-5 absorptiolaitteen vesivirtaus linjassa 250, prosessi-ilman virtaus linjassa 252, generaattoripaine linjassa 254 ja generaattorin täydennysveden virtaus linjassa 256. Syöttöpää-te 258 on lisätty tekemään käyttöhenkilölle mahdolliseksi syöttää prosessivaatimuksia ja käsianalyysejä keskuskäsit-10 tely-yksikköön 236 analogiasignaalien ohittamiseksi tai täydentämiseksi ja/tai sen ohjelman modifioimiseksi, joka ohjaa keskuskäsittely-yksikköä 236. Ulostulopääte 250 on lisätty listauksen muodostamiseksi linjasa 262 ja visuaalisen näytön, kuten CRT-näytön muodostamiseksi linjassa 264 15 niin, että visuaaliset ja kirjoitetut merkinnät nykyisestä ja menneestä suorituskyvystä säilyvät.

Laitoksen digitaalinen syöttöyskikkö 266 on liitetty vastaanottamaan digitaalisignaalit, jotka vastaavat kloori-dioksidiprosessin toiminnan epämieluisia olosuhteita, jotka 20 vaativat täydellistä sulkemista toisen yksikön toimiessa ja uudelleenasetusvaatimuksia. Digitaaliset signaalit, jotka vastaavat sulkemisvaatimuksia, ovat matala instrumentti-ilman painelinjassa 268, matala höyrynpaine linjassa 270, matala generaattorikaasun lämpötila linjassa 272, korkea 25 generaattorikaasun lämpötila linjassa 274 ja korkea kaasun lämpötila jäähdytin-lauhduttimessa 276. Uudelleenasetus-signaalit aikaansaadaan linjassa 278 olevan höyryn ja putkessa 280 olevan kemiallisen syötön painonappiasetuksilla.

Digitaalisignaalit syötetään keskuskäsittely-yksikköön 30 236 ja käsitellään siinä signaalien aikaansaamiseksi digi taaliseen ulostuloyksikköön 282, joka tuottaa useita yksittäisiä signaaleja. Yksittäiset digitaaliset ulostulot ovat päälle/poissignaaleja happovirtauksen solenoidiventtiiliin linjassa 284, natriumkloraattiliuoksen virtauksen solenoidi-35 venttiiliin linjassa 286, natriumkloridiliuoksen virtauksen solenoidiventtiiliin linjassa 288, höyryvirtauksen solenoi- 17 74689 diventtiiliin 290, puhdistusväliaineiden virtauksen sole-noidiventtiiliin linjassa 292, moottoreille linjassa 294 ja ulkoisille hälyttimille linjassa 296.

Ohjaamalla tarkasti klooridioksidituotannon hyötysuh-5 detta ja tuotantomäärää sekä liuoksen väkevyyden että tuotevaatimuksen perusteella yllä kuvatulla tavalla laitoksen epätasainen toiminta minimoidaan ja optimaalnen kemikaalien käyttö saavutetaan. Koska tuotetaan väkevyydeltään muuttumatonta klooridioksidiliuosta, parempi valkaisulaitoksen 10 toimintojen ohjaus on mahdollinen, mikä merkitsee parantunutta massalaatua ja taloudellista valkaisuliuoksen käyttöä.

Laitoksen toiminnan ihmistyövoimavaatimukset vähenevät huomattavasti, sillä vain satunnaisia kemiallisia analyysejä ja lukemien visuaalisia tarkistuksia tarvitaan.

Claims (6)

18 74689

1. Mittaus- ja säätömenetelmä klooridioksidin valmistamiseksi pelkistämällä kloraatti-ioneja kloridi-ioneilla 5 oleellisesti ilman klooria pelkistävän aineen läsnäoloa vesipitoisessa happamassa reaktioväliaineessa, jossa menetelmässä on vaihdeltavat toimintaparametrit, tuotekaasuvirran muodostamiseksi, joka sisältää klooridioksidia ja klooria ja josta muodostetaan klooridioksidin vesiliuos saattamalla 10 se kosketukseen veden kanssa, tunnettu siitä, että (a) tuotekaasuvirtaa analysoidaan jatkuvasti klooridioksidin ja kloorin suhteellisten pitoisuuksien määrittämiseksi tuotekaasuvirrassa; (b) klooridioksidituotannon hyötysuhde lasketaan jat-15 kuvasti vaiheessa (a) määritetyistä suhteellisista pitoisuuksista; (c) klooridioksidin pitoisuutta vesiliuoksessaan analysoidaan jatkuvasti; (d) tuotekaasuvirran kanssa kosketukseen saatetun ve-20 den virtausmäärää tarkkaillaan jatkuvasti; (e) klooridioksidin todellinen tuotantomäärä lasketaan jatkuvasti vaiheissa (c) ja (d) määritetyistä tiedoista; (f) prosessin toimintatietoja tarkkaillaan jatkuvasti ja niitä verrataan ennalta määritettyihin toimintatietoi- 25 hin, jotka vastaavat ennalta määrättyä, haluttua tuotantomäärää; ja (g) prosessin toimintatiedot säädetään niin, että ne sopivat yhteen ennalta määrättyjen toimintatietojen kanssa, jotka vastaavat ennalta määrättyä haluttua tuotantomäärää.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että vaiheessa (b) määritettyä, laskettua hyötysuhdetta verrataan jatkuvasti analysaattorilla tarkkailtuihin reagenssin virtausmääriin reaktioväliaineeseen, joka analysaattori antaa merkin aina kun toimintatietoihin 35 on tehtävä jokin säätö.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktioväliaineeseen lisätään kloori- 74689 19 dioksidia tuottavan reaktion katalysaattoria analysaattorin ilmoitettua prosessin hyötysuhteen laskeneen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheesa (g) tarkkaillaan toiminta- 5 tietoina reaktioväliaineen ionipitoisuuksia.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aktivoidaan prosessin automaattinen pysäyttäminen aina kun ainakin osa toimintatiedoista poikkeaa ennalta määritetyistä hyväksytyistä toi- 10 mintatiedoista.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetel- f mä, tunnettu siitä, että vaadittu klooridioksidin tuotantomäärä syötetään manuaalisesti ja prosessin toimintatiedot säädetään niihin arvoihin, jotka tarvitaan ylläpitä-15 mään manuaalisesti syötetyn, ennalta määrätyn tuotantomäärän edellyttämä tuotantomäärä, lukuunottamatta todellisen tuotantomäärän ja toimintatiedoista lasketun tuotantomäärän välistä vertailua. 20 74689