FI76137C - Foerfarande foer styrning av egenskaperna hos vitlut. - Google Patents

Description

76137

Menetelmä valkolipeän ominaisuuksien säätämiseksi

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä valkolipeän ominaisuuksien säätämiseksi, jota valkolipeää käytetään valmistettaessa sulfaattiprosessissa käytettävää keittolipeää, jossa menetelmässä lipeän sähköjohtokyky mitataan kausti-soinnin tapahduttua.

Ns. kraftprosessissa tai sulfaattiprosessissa valmistetaan paperimassaa keittämällä puuhaketta voimakkaan alkalisella lipeällä, joka sisältää pääasiassa NaOHta ja Na2S:a. Keiton aikana lipeän alussa suhteellisen suuri NaOH-pitoisuus tulee käytetyksi, kun taas sen Na2S-pitoisuus jää suurin piirtein ennalleen.

Käytettyä lipeää, joka jäännöskemikaalien lisäksi muun muassa sisältää liuenneen ligniinin, kutsutaan mustalipeäksi. Mus-talipeä haihdutetaan, minkä jälkeen se poltetaan höyrykattilassa, jolloin sen energiasisältö käytetään hyväksi. Kattilan pohjaan kertyvät palamistuotteet sulatteena, joka pääasiassa koostuu Nakista ja Na2C03:sta.

Sulate johdetaan vettä (heikkolipeää) sisältävään säiliöön, jossa se liukenee. Tällöin muodostunutta lipeää nimitetään viherlipeäksi. Viherlipeä sisältää aina pienen määrän NaOH:a, joka muuten voi vaihdella jonkin verran. Viherlipe-älle on ominaista, että se sisältää paljon Na2C03:a ja vähän NaOH:a. Keittolipeän talteenottamiseksi viherlipeään lisätään poltettua kalkkia kalkinsammuttimessa, jossa tapahtuvat seuraavat reaktiot:

Sammutus: CaO + 1^0 c * Ca(0H)2 1)

Kaustisointi: Ca(0H)2 + Na2C03 < 2NaOH + CaC03^ 2)

Reaktiot, jotka tapahtuvat rinnakkain ja tasapainotilaa vastaan, ovat enemmän tai vähemmän oikealle siirtyneitä. Kaus- 2 76137 tisoinnissa muodostunutta lipeää kutsutaan valkolipeäksi.

Viherlipeän Na2S-pitoisuus ei osallistu prosessiin, mutta se löytyy jälleen valkolipeässä. Jos ei oteta huomioon reaktiossa 1) käytettyä vesimäärää (n. 2 %), on valkolipe-än Na2S-pitoisuus yhtä suuri kuin viherlipeän Na2~S-pitoi-suus. Jotta ajallisesti mahdollistettaisiin se, että prosessit voivat tapahtua loppuun asti, lipeä johdetaan kalkin sammut time s ta sekoittaen ensimmäiseen useista kausti-sointisäiliöistä. Ensimmäisen kaustisointisäiliön eli kaustisaattorin sisältö johdetaan seuraavaan ja niin edelleen, jolloin saadaan aikaan ylivirtaus sen ansiosta, että kaustisaattorit on sijoitettu asteittain alemmalle korkeudelle. Kaustisaattorien lukumäärä voi vaihdella.

Reaktion päätyttyä erotetaan kaustisoitu lipeä (valkolipeä) kalkkilietteestä. Valkolipeää käytetään tämän jälkeen, mahdollisesti lisäselkeytyksen jälkeen, uuden keittolipeän valmistukseen. Valkolipeä ja niin ollen keittolipeä sisältävät aina hieman reagoimatonta Na2CO.j:a. Valkolipeälle on ominaista, että sen NaOH-pitoisuus on suuri ja Na2CO.j-pitoi-suus on pieni. Kalkkilietteestä pestään pois lipeäjäännökset, siitä poistetaan vesi ja se poltetaan kiertouunissa, jolloin kaustisoinnissa tarvittava kalsiumoksidi (poltettu kalkki) otetaan talteen. Pesuvettä kutsutaan ohutlipeäksi ja sitä käytetään mustalipeästä muodostuneen sulatteen liuo-tussäiliössä, jolloin ohutlipeän sisältämät lipeäjäännökset käytetään uudelleen.

Kuten havaitaan, kemikaaleja kierrätetään kahdessa kierrossa - toisessa natriumia varten (keittoprosessi - haihdutus -poltto - liuotus - kaustisointi) ja toisessa kalsiumia varten (sammutus ja kaustisointi - erotus valkolipeästä pesu - veden poisto - poltto). Kemikaalien väistämätön häviö korvataan natriumin osalta lisäämällä Ν3250^:3 haihdutettuun mustalipeään. Palamisessa suurin osa pelkistyy Na2S:ksi. Tästä johtuu nimi sulfaattiprosessi. Pienempi määrä NaOH:a voidaan lisäksi lisätä valkolipeään. Kalsiumin 3 76137 osalta voidaan poltettua kalkkia CaO lisätä kiertouunin poistokohdassa tai kalkkia CaCO^ voidaan lisätä kierto-uunin sisääntulossa.

Valkolipeää ja viherlipeää voidaan karakterisoida joillakin suureilla, joiden määrityksiä suosittavat käytettäväksi Skandinavian puu- ja paperimassan keskuslaboratoriot ja jotka on mainittu esim. SCAN-N 2:63:ssa, jolloin eri kemiallisten aineiden määrät on käsitettävä kyseisen yhdisteen pitoisuutena, laskettuna grammoina NaOH/litra:

Aktiivialkali AA = NaOH + Na2S

Tehollinen alkali EA = NaOH + 0,5 Na2S

Kokonaisalkali = kaikki alkalisuolat.

Titrattava kokonaisalkali TTA = NaOH + Na2S + Na2C02

Kaustisointiaste (valkolipeässä) C = + Na x 100 % 2 3

KT a O

Sulfiditeetti (valkolipeässä) S = 2 „ „Λη „

NaOH + Na2S X 1UU %

KFa C

Pelkistysaste (viherlipeässä) R = 2 _ x 100 %

Na2S04 + Na2S

Sen lisäksi voidaan mainita:

Karbonaattireaktio: Na2C03cr “ Na2C03Hv 9/li-tra

Karbonaattireaktionaste: ^a2^3Gr Na2C<^3Hv x 100 %

Na2C03Gr

Kaustisointiprosessin säätö voi alkaa kalsiumsyklissä, natriumsyklissä tai sekä kalsiumsyklissä että natriumsyk-lissä.

4 76137

Natriumsyklin kohdalla ovat prosessin hankalat kohdat keskittyneet haihdutetun mustalipeän palamisen ja kaustisointi-prosessin kohdalle. Kaustisoinnissa on erityisesti poltetun kalkin lisäys vaikeaa. Tämä johtuu osaksi suuresta aikaviiveestä, joka esiintyy poltetun kalkin lisäysajankohdasta siihen asti, kunnes valmis lipeä on suodatettu (2-3 tuntia), osaksi siitä, että poltettu kalkki vaihtelee sekä reaktiivisuutensa (sammumisnopeuden) suhteen että aktiivikalkkisi-sältönsä suhteen. Vaikeus säätää poltetun kalkin lisäystä johtuu kuitenkin tavallisesti siitä, ettei tähän asti ole voitu jatkuvasti mitata tai määrittää prosessiin liittyviä parametrejä vaadittua säätöä varten.

Tähän asti on kaustisointiprosessia useimmiten säädetty säätämällä käsin poltetun kalkin lisäystä valkolipeän laboratorioanalyysien perusteella välittömästi kalkin-sammuttimen jälkeen ja mahdollisesti viherlipeän lisäyksen käsisäädön avulla, jolloin kaustisointiaste (valkoli-peässä) on pyritty pitämään määrätyssä arvossa. Tällöin on epäkohtana, että analyysituloksia saadaan odottaa niin kauan, että kaustisointiprosessin vaatima uudelleensäätö yleensä on liian myöhäistä, ja että tähän tähtäävät yritykset helposti aiheuttavat esim. ylikalkituksen, josta on seurauksena huonompi suodattuvuus ja valkolipeän suurempi kalsiumpitoisuus, mikä johtaa suodattimien, putkien, pumppujen, kattiloiden jne. kalkkiutumiseen, vrt. K. Kinzner "Untersuchungen zur Kaustizierung von Gränlaugen", julkaisussa "Proceedings of the Symposium in Recovery of Pulping Chemicals", Helsinki 1968, s. 279. Pitämällä viherlipeän ominaispaino ja niin ollen TTA-arvo vakiona, voidaan kaus-tisointiprosessiin vaikuttaa positiivisesti kaustisointi-asteen säilyttämiseksi, mutta sitä, että kalkin laatu voi vaihdella huomattavasti, ei voida hoitaa pitämällä viherlipeän ominaispaino vakiona.

Tähän tulee lisäksi se, että viherlipeän koostumus voi myös vaihdella huomattavasti riippumatta siitä, että ominaispaino ja niin ollen TTA-arvo pidetään vakiona. Viherlipeän NaOH- 76137 pitoisuus voi esimerkiksi vaihdella sen mukaan, kuinka paljon vettä ohutlipeän lisäksi on lisättävä liuotussäiliöön haihdutetun mustalipeän palaessa muodostuneen sulatemassan liuottamiseksi.

On tunnettua säätää kaustisointiprosessia automaattisen titrauslaitteen avulla viherlipeän ja valkolipeän Na^O^-pitoisuuden määrittämiseksi, jolloin samanaikaisesti suoritetaan lämpötilan mittauksia, nimittäin viherlipeän lämpötilan mittaus välittömästi ennen kalkinsammutinta ja kalkin-sammuttimen sisällön lämpötilan mittaus. Sammutusta myötäilee lämmön kehitys, kun taas kaustisointi (prosessi 2) ei aiheuta merkittävää lämpösävytystä. Lämpötilan noususta, joka on 10-15°C, voidaan laskea, miten paljon kalsiumhydrok-sidia on suotavaa käyttää kaustisointiin. Tämän laskelman perusteella voidaan poltetun kalkin lisäystä säätää, jolloin säädetään vakiokaustisointiasteen mukaan. Automaattinen titrauslaite on kuitenkin kallis, ja siinä on käytettävä analyysireagensseja, se on puhdistettava ja sen toimintaa on yleensä valvottava. Analyysin suorittaminen sillä vie aikaa. Saadut mittaukset ovat sen tähden ajallisesti viivästyneitä sen ajankohdan suhteen, jossa tarvittavat sää-tösignaalit tulisi antaa, eikä mittauksia ja näiden rekisteröintiä sen tähden voida pitää suoraan tapahtuvina. Mitattu lämpötilan nousu on suhteellisen vaatimaton, ja jotta kaustisointiin suositeltavalle kalsiumhydroksidimäärälle saataisiin tarkka luku, on lämpötilat sen tähden kukin erikseen mitattava hyvin tarkasti.

Toisessa tunnetussa mittausmenetelmässä käytetään kalkinsam-muttimen jälkeen mitattua valkolipeän johtokykyä kaustisoin-tiasteen mittana, ja tätä mittausta pidetään lisätyn poltetun kalkkimäärän säädön perustana. Liuoksen sähkönjohtokyky riippuu kuitenkin kaikista kyseisessä elektrolyyttiliuokses-sa olevista elektrolyyteistä, niiden pitoisuudesta ja lämpötilasta, jolloin käytännössä johtokyvyn mittaus on aina lämpötilakorapensoitävä toiseen vertailulämpötilaan. Valkolipeän johtokyky ei ole riippuvainen yksistään lipeän koos- 761 37 6 tumuksesta NaOH:n ja Na2C0.j:n suhteen (kaustisointiaste) , vaan myös Na2S-pitoisuudesta/ ja erityisesti väkevyys on tärkeä. Pelkästään valkolipeän johtokyvyn mittaus ei sen-tähden mitenkään hyvin määritä parametriä, johon kaustisoin-tiprosessin säätö voidaan perustaa.

Kuten tiedetään, NaOH:n vesiliuoksella on paljon suurempi johtokyky kuin vesiliuoksella väkevyyden ollessa sama. Na2S:n vesiliuoksella, jolla on vastaava väkevyys, on johtokyky, joka on NaOH- ja Na2CC>2-liuosten johtokykyjen välissä.

Nyt on edelleen osoittautunut, että NaOH:a, Na2:a ja Na2C0^:a sisältävien elektrolyyttiseosten vesiliuosten joukossa, joissa ainemäärien summa on sama, esimerkiksi laskettuna grammoina NaOH litraa kohti tai grammoina Na20 litraa kohti, eniten NaOHra sisältävällä liuoksella on suurin johtokyky edellyttäen, että Na2S-pitoisuus on vakio.

Viherlipeän ja siitä kaustisoinnissa johdetun valkolipeän kohdalla pätee, että elektrolyyttimäärien summa, laskettuna grammoina NaOH litraa kohti, on sama viherlipeässä ja valko-lipeässä, koska kaustisointiprosessi ei vaikuta Na2S-pitoi-suuteen. Koska valkolipeä sisältää enemmän NaOH:a kuin viher-lipeä, josta se on johdettu, sillä on myös suurempi johtokyky kuin viherlipeällä. Tämä tieto on keksinnön perustana.

Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että valkolipeän sähkönjohtokyvyn lisäksi mitataan viherlipeän sähkönjohtokyky, ennenkuin kaustisointi on tapahtunut.

On siis osoittautunut, että mittaamalla viherlipeän johto-kyky sekä ennen kalkinsammutinta että sitä mukaa kuin se kulkee kalkinsammuttimen läpi voidaan saada yksiselitteinen kuva kaustisointiprosessista. Toinen johtokyvyn mittaus suoritetaan käytännössä joko itse kalkinsammuttimessa tai välittömästi tämän jälkeen, jolloin on huomattava, että kalkinsammuttimessa ylläpidetään tehokasta sekoitusta.

7 761 37

Valkolipeän johtokyky välittömästi kalkinsammuttimen jälkeen on n. 1,5 kertaa suurempi kuin viherlipeän johtokyky. Tutkimukset ovat johtaneet siihen uuteen tietoon, että tämä nousun suuruus on verrannollinen ^2(20^:0 NaOH:ksi muuttumisen kulloiseenkin suuruuteen ja että nousun suuruus on riippumaton Na2S-pitoisuudesta ja vain vähäisessä määrin riippuvainen viherlipeän kokonaiskemikaalipitoi-suudesta (TTA). Na2C03:n muuttuminen NaOHrksi prosessin pisteestä toiseen voidaan sen tähden mitata johtokyvyn erotusmittauksella kahden johtokykymittarin avulla, ja johtokyvyn suuren suhteellisen nousun takia karbonaatti-reaktion määrityksestä tulee hyvin tarkka.

Yllättäen on osoittautunut mahdolliseksi laatia murtoluvun muodossa oleva kaavalauseke, jossa viherlipeän ja valkolipeän johtokyvyt sisältyvät osoittajaan ja TTA-arvo sisältyy nimittäjän toisen asteen lausekkeeseen: KHv ~ KGr f 1 (TTA) , jossa f^(TTA) = 4,694 . 10~5. TTA2 - 2,652 . 10~2 . TTA + 7,335 (2f£25)

Esitettyyn lausekkeeseen sisältyy viherlipeän TTA, mutta koska tämän vaihtelut vaikuttavat suhteellisen vähän tarkkuuteen, on TTA-arvo, joka on saatu mittaamalla mielivaltainen parametri, joka riittävän suuressa määrin korreloi TTA-ar-voon, tyydyttävä.

On osoittautunut, että esimerkiksi ominaispaino täyttää mainitun ehdon, ja keksinnön mukaisen menetelmän eräs edullinen suoritusmuoto on tunnettu siitä, että määritetään TTA-arvo (titrattava kokonaisalkali), edullisesti mittaamalla viherlipeän ominaispaino tai gammasäteilyn absorptio.

76137 8

Karbonaattireaktion kaava samoinkuin seuraavassa esitetyt kaavat pätevät yleisesti muihin kuin todellisuudessa esiintyvään lämpötilaan, mikäli mitatut johtokyvyt KGr ja lämpötilakompensoidaan sopivaan vertailulämpötilaan t°C. Edullinen vertailulämpötila on 90°C, ja kaavat pätevät siis käytettäessä tietyllä alueella 90°C:n ympärillä olevaa verta ilulämpötilaa.

Keksinnön toisessa suoritusmuodossa määritetään viherlipe-än ja valkolipeän kemiallisen analyysin avulla tuotantolaitokselle ominaiset suureet, edullisesti x ja y, jossa x on viherlipeän Na^S- ja -pitoisuuksien välinen suh de, jolloin molemmat pitoisuudet on laskettu grammoina NaOH/litra, ja y on valkolipeän grammoina NaOH/litra lasketun Na2S-pitoisuuden ja TTA:n välinen suhde.

Yllä mainitun suhteen x ja y sijasta voidaan käyttää viherlipeän ja vastaavasti valkolipeän NaOH-, Na2S- ja Na2CC>3-pi-toisuuden ja TTA:n välisiä mielivaltaisia suhteita riippuen siitä, mikä osoittautuu tarkoituksenmukaiseksi kyseisen laitoksen käyttömittausten kannalta.

Voidaan laatia lauseke, johon sisältyy viherlipeän johtokyky, jolloin tämän Na2C03~pitoisuus voidaan määrittää sijoittamalla lausekkeeseen numeroarvoja johtokyvyn mittauksesta ja ominaispainomittaukseila määritettyjä TTA-arvoja.

f ~ (TTA) _y_.

“ 2UU3,Gr f1(TTA)+ x.f3(TTA) jossa f2(TTA) = -1,158 . 1θ“2 . TTA2 + 6,939 . TTA + 192,6 (mS/cm) f3(TTA) =5,307 . 10“5 . TTA2 - 2,030 . 10~2 . TTA + 3,512 (SiS/cm.) g/i 9 76137

Tutkimukset ovat osoittaneet, että viherlipeän Na2S- ja Na^O^-pitoisuuksien välinen suhde voidaan riittävän hyvällä likiarvolla asettaa yhtä suureksi kuin vakioarvo x, joka on tunnusomainen kyseiselle kaustisointilaitokselle paikan päällä vallitsevissa käyttöolosuhteissa, niin että sen numeroarvot voidaan sijoittaa lausekkeeseen.

Samalla tavoin voidaan laatia lauseke, johon sisältyy val-kolipeän johtokyky, jolloin tämän NaOH-pitoisuus voidaan määrittää lausekkeeseen sijoittamalla numeroarvoja johtokyvyn mittauksesta ja ominaispainomittauksessa saatuja TTA-arvoja:

NaOH = YHV ~ y ' f(TTA) ~ f5(TTA) f 1 (TTA) f4(TTA) = 6,129 . 10“6 . TTA3 - 6,226 . 103 . TTA2 + 3,823 . TTA (mS/cm) f2(TTA) = 2,754 . 1(T5 . TTA3 - 1,618 . 10~2 . TTA2 + 3,877 . TTA (mS/cm)

Tutkimukset ovat osoittaneet, että valkolipeän Na2S-pitoi-suuden ja TTA-arvon välinen suhde voidaan riittävän hyvällä likiarvolla asettaa yhtä suureksi kuin vakioarvo y, joka on tunnusmainen kyseiselle kaustisointilaitokselle paikan päällä vallitsevissa olosuhteissa, niin että sen numeroarvoja voidaan sijoittaa lausekkeeseen.

Mittausten perusteella voidaan laskea karbonaattireaktio, viherlipeän Na2CO.j-pitoisuus, valkolipeän NaOH-pitoisuus, karbonaattireaktion aste, valkolipeän kaustisointiaste, valkolipeän sulfiditeetti, valkolipeän sisältämä aktiivialkali ja/tai valkolipeän sisältämä tehollinen alkali, jolloin valkolipeän ominaisuuksia voidaan säätää näiden perusteella.

Sähkönjohtokykyjen mittaukseen on nykyään käytettävissä kaupallisesti saatavissa olevia teollisia johtokykymittareita 761 37 10 (esimerkiksi mittaukseen 4-elektrodiperiaatteen mukaan), jotka mittaavat tarkasti jopa väliaineissa, joissa mitta-kennon voidaan odottaa kalkkiutuvan voimakkaasti. Tällaiset johtokykymittarit ovat tukevia ja tarkasti mittaavia kojeita, jotka ovat tulleet käyttöön teollisuudessa eivätkä vaadi mitään erityistä sovitusta tai ylläpitoa, esimerkiksi reagenssien käyttöä, kuten on asianlaita esim. titraus-laitteen kohdalla. Tällaisilla johtokykymittareilla on hyvin lyhyet vastausajat ja ne antavat jatkuvan signaalin, jota voidaan edullisesti käyttää automaattiseen säätöön.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä mittaussignaaleja voidaan käyttää valkolipeän ominaisuuksien säätöön säätämällä kal-kinsammuttimeen syötettävää poltetun kalkin määrää, säätämällä kalkinsammuttimeen johdettavaa viherlipeämäärää ja/ tai säätämällä viherlipeän TTA-arvoa, niin että valkolipeän ominaisuuksia säädetään ja samalla valkolipeämäärä voidaan muuttaa tarvetta vastaavasti.

Tähän käytetään tarkoituksenmukaisesti tietojenkäsittelylaitetta mittausarvojen suorarekisteröintiin, kalkinsammuttimeen aikayksikköä kohti lisätyn poltetun kalkkimäärän vaaditun muutoksen ja/tai kalkinsammuttimeen aikayksikköä kohti johdetun viherlipeämäärän tarvittavan muutoksen ja/ tai viherlipeän TTA-arvon tarvittavan muutoksen laskemiseen mainittujen lisäysmäärien tai TTA-arvon säätöä ajatellen.

Mikäli prosessi ei tapahdu tasapainotilassa (steady state), voidaan sen dynamiikka ottaa huomioon. TTA:n ja KGr:n niiden arvojen, jotka tällöin on sijoitettava kaavoihin, on oltava ne arvot, jotka halutaan rekisteröidä prosessin siinä kohdassa, jossa k„ mitataan, mikäli kaustisointia ei ole tapahtunut (ei CaO-lisäystä). Keksinnön eräässä tarkoituksenmukaisessa suoritusmuodossa otetaan viherlipeästä pieni osavirta, joka johdetaan kalkinsammuttimen kanssa samanlaiseen mittaussäiliöön sekoittaen, niin että kalkinsammuttimen ja mittaussäiliön tilavuussuhde on sama kuin vastaavien niihin lisättyjen viherlipeämäärien välinen suhde, 76137 minkä lisäksi johtokyvyn mittaus ja/tai TTA-määritys suoritetaan mittaussäiliön kalkinsammutinta vastaavassa kohdassa. Tällöin voidaan viherlipeän johtokykyä ja TTA-arvoa, jotka on mitattu näin sovitetussa mittaussäiliössä, välittömästi käyttää kaavoissa tavoiteltuina arvoina. Mikään ei kuitenkaan estä sitä, että mainitut arvot mitataan suoraan kalkinsammuttimeen johdetussa viherlipeässä ja että aikaviive ja "sekoitus" sen jälkeen simuloidaan laskentamenetelmien avulla viherlipeän johtokyvyn ja TTA:n tavoiteltujen arvojen saavuttamiseksi. Tällainen aikaviipeen ja sekoituksen simulointi voi olla kaikkein edullisin, koska se voidaan helpoimmin sovittaa eri tehdaslaitosten erityisen toimintatavan mukaiseksi.

Yleensä karbonaattireaktion laskenta siis merkitsee prosessin mallin käyttöä, jossa aikaviive ja kalkinsammuttimeen tulevan viherlipeän sekoitus otetaan huomioon. Laskenta voidaan ilman muuta suorittaa tietokonejärjestelmän avulla, jota käytetään mittausten suoraan rekisteröintiin.

Koska kaustisointiprosessi ei tapahdu kokonaan loppuun asti kalkinsammuttimessa, koska vain 70-80 % reaktiosta tapahtuu kalkinsammuttimessa ja reaktion jäljellä oleva 20-30 % tapahtuu kaustisointisäiliöissä, voidaan kolmessa tai useammissa kohdissa mittaamalla saada vielä parempi kuva siitä, miten prosessi sujuu. Erityisesti voidaan valkolipeän johtokyvyn mittauksella, sen jälkeen kun kalkkiliete on erotettu pois, saada tieto valmiin lipeän tilasta keittolipeän seuraavaa valmistusta ajatellen.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä johtokyvyn mittaus kausti-soinnin tapahduttua suoritetaan sen tähden tarkoituksenmukaisesti itse kalkinsammuttimessa tai tämän poisto-osassa (lajitteluosassa) ja/tai yhdessä tai useammassa seuraavis-ta kaustisaattoreista tai näiden poistojohdoissa ja/tai selkeytetyssä valkolipeässä.

Tällöin voidaan käytetty säätöjärjestelmä sovittaa ns.

761 37 12 adaptiivisen säädön käyttöön, jolloin valkolipeän johtokyvyn mittusta kaustisointilaitteen kahdessa kohdassa verrataan viherlipeän johtokyvyn ja TTA-arvojen mittaukseen. Käytettäessä dynaamisia malleja, jotka vastaavat valkolipeän johtokyvyn kahta mittauskohtaa, lasketaan kyseiset pro-sessiparametrit kahdessa mittauskohdassa, minkä jälkeen näitä valkolipeäparametrejä voidaan käyttää saanean aikaan parempi päätösperuste koneenhoitajalle käsisäädössä tai saamaan aikaan parempi päätösperuste asetusarvojen muuttamiseksi PID-säädössä (proportional integral differential regulation) säätöjärjestelmän säätöparametrien ajantasaistamiseksi valmiin valkolipeän ominaisuuksien optimointia ajatellen.

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten piirustukseen ja suoritusesimerkkeihin.

Piirustuksessa esitetään kaaviollisesti sulfaattiprosessis-sa käytetty kaustisointilaitos.

Viherlipeä 1, joka on muodostettu liuottamalla mustalipeän poltosta haihdutuksen jälkeen tuleva sulatemassa veteen ja ohutlipeään, johdetaan kalkinsammuttimeen 2, jossa tapahtuu sammutus ja kaustisointi poltettua kalkkia lisäämällä. Muodostunut käyttökelvoton, lajitinosassa saostuva pohjasakka johdetaan ulos kalkinsammuttimesta kuljetuskierukan avulla, kun taas kalkinsammuttimen sisältämä kalkkimaito viedään yläjuoksun yli kaustisointisäiliöiden 3, 4, 5 läpi. Viimeisestä kaustisointisäiliöstä johdetaan valkolipeää yhdessä kalkkilietteen kanssa erotus- ja pesusuodattuneen 6, josta suodatettu valkolipeä johdetaan esittämättä jätettyyn varastosäiliöön. Pesty kalkkiliete johdetaan säiliöön 8 ja sieltä edelleen vedenpoistosuodattimeen 9, josta kalkki johdetaan kiertouuniin poltettavaksi, jolloin täydentävää kalkkia (ei poltettua) voidaan lisätä välittömästi kierto-uunin edessä kohdassa 14. Poltettu kalkki, johon voidaan lisätä täydentävää poltettua kalkkia 13, johdetaan kalkki-siiloon 11, jonka alle on sijoitettu kalkin syöttömekanis-mi 12, jonka kautta poltettu kalkki johdetaan kalkinsammuttimeen 2.

13 761 37

Seuraavassa esimerkissä mainitut prosessimuuttujät voidaan esimerkiksi haluta määrittää kaustisointilaitoksen kohdissa, pisteessä A ja pisteessä B, joita on merkitty numeroilla 15 ja vastaavasti 16. Tähän käytetään virtausmittaria 17, ominaispainomittaria (TTA-arvon mittaus), johtokykymittaria 19 (viherlipeä), johtokykymittaria 20 (valkolipeä välittömästi kalkinsammuttimen jälkeen) ja johtokykymittaria 21 (valmis valkolipeä).

Laskentayksikössä 22 lasketaan TTA:n ja viherlipeän johtokyvyn aikaviivearvot, ja vastaavat signaalit johdetaan laskentayksiköihin 23 ja 25, joihin johdetaan myös signaalit johtokykymittareista 20 ja vastaavasti 21. Laskenta-yksiköissä 23 ja 25 lasketaan vastaavat prosessimuuttujät pisteissä A ja vastaavasti B, ja tämän perusteella lähetetään säätösignaalit 24 ja 26 käytettäviksi aikayksikköä kohti lisätyn poltetun kalkkimäärän, aikayksikköä kohti johdetun viherlipeämäärän tai viherlipeän TTA-arvon haluttuun säätöön.

Esimerkki

Paperimassaa valmistavassa tehtaassa suoritettiin seuraavat mittaukset kaustisointilaitoksessa pitkähkön ajanjakson jälkeen tasapainotilassa, jossa voidaan suorittaa laboratorioanalyysien vertailu: KGr, 90°C = 498,0 mS/cm. icHv, 90°C = 723,3 mS/cm.

Vf9Qoc = 1,135 kg/1 ~ TTA = 142,2 g/1

Prosessille ominaiset suureet x ja y löytyvät 9 viikon laboratorioanalyysien keskiarvosta: 761 37 14

Na2SGr x = —=-^- = 0,2772

Na2C03Gr

Na0S„ y = —- = 0,1677

TTA

Seuraavassa on kaikki ainepitoisuudet esitetty grammoina NaOH/litra. Ominaispainon (90°C) ja TTA:n välinen yhteys todettiin seuraavaksi: TTA = Vf9Q . 962,2 - 949,9 (g/1) R = 92 %, jossa ominaispaino 90°C:ssa ja luvut 962,2 ja 949,9 on saatu useiden ominaispainomittausten ja vastaavien kemiallisten analyysien avulla TTA-arvon määrittämiseksi lineaarisen regression perusteella, ja R on korrelaatiokerroin.

1) Karbonaattireaktio KHv“KGr

Karbonaattireaktio = - f1(TTA) jossa f1(TTA) = 4,694 . 10-5 . TTA2 - 2,652 . 10-2 . TTA + 7,335 (Sff/gg) g/i

Numeroesimerkki:

Karbonaattireaktio = ^23^3-- 4.28/0 = 49,9 g/1 4,513 ======== 2) viherlipeässä

f 2(TTA) YG

Na2C03 Gr = - * f ^ (TTA) + x .f 3 (TTA) 761 37 15 jossa f2(TTA)= -1,158 . 10"2 . TTA2 + 6,939 . TTA + 192,6 (mS/cm) f3(TTA) = 5,307 . 10-5 . TTA2- 2,030 . 10 "2 . TTA + 3,5Ί 2 (S^SS) g/i

Numeroesimerkki:

Na2C03,Gr = 945,2 -4·9-8,0- = 89,7 g/1 ========= 4,513 + 0,2772 . 1,6985 ======== 3) NaOH valkolipeässä

Ytttt - y . fA (TTA) - f j. (TTA)

NaOH= -Si-2-5- f1(TTA) f4(TTA)= -6,129 . 10"6 . TTA3 - 6,226 . 10-3 . TEA2 + 3,823 . TTA (mS/cm) f5(TEA) = 2,754 . 10~5 . TTA3 - 1,618 . 10~2 . TEA2 + 3,877 .TTA (mS/cm)

Numeroesimerkki;

NaOH = 723,3, - 0^671,.400,^303,3 = 78f2 g/1 ==== 4,513 ======== 4) Karbonaattireaktion aste

Rarbonaatbireaktio- . 1Q0 % _ 49/9 # 100 % = 55/7 %

Karbonaatti viherlipeässä 8g 7 ====== 5) Valkolipeän kaustisointiaste C % = _Na0HHV_

Na2C03 Gr - karb.reaktio + NaOHHV

„ o _ 78,2 . 100 % = 66,3 % C * 89,7 - 49,9 + 78,2 ====== 76137 16 6) Valkolipeän sulfiditeetti

Na^StiTT

S % = -- . 100 %

NaOHHV + Na2SHV

Na2SHV = TTA - NaOHj^y - Na2C03HV

jolloin Na2C03HV = Na2C03 Gr - karb.reaktio saadaan s % _ TTA - NaOHjjy - Na2C03 Gr + karb.reaktio TTA - NaoC0, _ + karb.reaktio & j f br

Numeroesimerkki; S % = 142,2 - 78,2 - 89.7 + 49,9 . 100 4 = 23/6 % == 142,2-89,7 + 49,9 ==..==

7) Aktiivialkali valkolipeässä AA - NaOHyy + Na2SHV

= TTA - Na2C03 HV = TTA + Na2C03Gr - karb.reaktio Numeroesimerkki; AA = 142,2 + 49,9 - 89,7 = 102,4 g/1 8) Tehollinen alkali valkolipeässä

EA = NaOHHV + 1/2 Na2SHV

= NaOHHV + 1/2 (TTA - NaOHHV - Na2C03HV> = 1/2 (NaOHRV + TTA - Na2C03^Gr + karb.reaktio)

Numeroesimerkki: EA = 1/2 (78,2 + 142,2 -89,7 + 49,9) = 90,3 g/1

Claims (10)

76137 17

1. Menetelmä kaustisointiprosessiru-säätämiseksi sulfaatti-prosessin kaustisointiosassa ja niin ollen sulfaattiproses-sissa käytettävän keittolipeän valmistuksessa käytettävän valkolipeän koostumuksen säätämiseksi, jossa menetelmässä valkolipeän sähkönjohtokyky mitataan kaustisoinnin tapahduttua, tunnettu siitä, että lisäksi mitataan viher-lipeän sähkönjohtokyky ennenkuin kaustisointi on tapahtunut, ja että johtokyvyn mittauksia käytetään laskemaan valkolipeän koostumuksen karakteristiset numeroarvot, jotka määräävät kaustisointiprosessin säädön.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mentelmä, tunnet-t u siitä, että määritetään TTA-arvo (titrattava kokonais-alkali), edullisesti mittaamalla viherlipeän ominaispaino tai gammasäteilyn absorptio.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että viherlipeän ja valkolipeän kemiallisen analyysin avulla määritetään tuotantolaitokselle karakteristiset suureet, edullisesti x ja y, jolloin x on viherlipeän Na2S- ja Na^O^-pitoisuuksien välinen suhde, jolloin molemmat pitoisuudet on laskettu grammoina NaOH/litra, ja y on valkolipeän grammoina NaOH/litra lasketun Na2S-pitoisuuden ja TTA:n välinen suhde.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittausten perusteella lasketaan karbonaattireaktio, viherlipeän Na^O^-pitoisuus, valkolipeän NaOH-pitoisuus, karbonaattireaktion aste, valkolipeän kaustisointiaste, valkolipeän sulfiditeetti, valkolipeän sisältämä aktiivialkali ja/tai valkolipeän sisältämä tehollinen alkali ja ohjataan valkolipeän koostumusta näiden perusteella.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että valkolipeän koostumusta säädetään säätämällä kalkinsammuttimeen (2) johdetun poltetun kalkin määrää. 18 761 37

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnet t.u. siitä, että ,-valkolipeän koostumusta säädetään säätämällä kalkinsammuttimeen johdettua viherlipeä-määrää.

7. Patenttivaatimuksen 4, 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valkolipeän koostumusta säädetään säätämällä viherlipeän väkevyyttä (TTA-arvo).

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viherlipeästä otetaan pieni osavirta, joka johdetaan kalkinsammuttimen (2) kanssa samanlaiseen mittaussäiliöön sekoittaen, niin että kalkinsammuttimen ja mittaussäiliön tilavuussuhde on sama kuin niihin vastaavasti johdettujen viherlipeämäärien välinen suhde, minkä lisäksi suoritetaan johtokyvyn mittaus ja/ tai TTA-määritys kalkinsammutinta vastaavassa mittaus-säiliön kohdassa.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tietojenkäsittely-laitetta käytetään mittausarvojen suoraan rekisteröintiin, kalkinsammuttimeen aikayksikköä kohti lisätyn poltetun kalkkimäärän tarvittavan muutoksen ja/tai kalkinsammuttimeen aikayksikköä kohti johdetun viherlipeämäärän tarvittavan muutoksen ja/tai viherlipeän TTA-arvon tarvittavan muutoksen laskemiseen mainittujen lisäysmäärien tai TTA-arvon säätöä ajatellen.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että johtokyvyn mittaus kaustisoin-nin tapahduttua suoritetaan itse kalkinsammuttimessa tai tämän poisto-osassa ja/tai yhdessä tai useammassa seuraavis-ta kaustisaattoreista (3, 4, 5) tai näiden poistojohdoissa ja/tai selkeytetyssä valkolipeässä. 19 761 37