JP2009179927A - Method and system for measuring and controlling digester or impregnation vessel chip level by means of measuring chip pressure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般的には、パルプ生産におけるリグノセルロース繊維材の化学的処理に関し、特に、その繊維材を処理する化学蒸解容器または含浸容器における自動検知制御システムに関する。 The present invention relates generally to chemical processing of lignocellulosic fiber materials in pulp production, and more particularly to an automatic detection and control system in a chemical digestion vessel or impregnation vessel that processes the fiber material.
木材チップのようなリグノセルロース材は、一般的には蒸解容器または含浸容器の頭部へ導入される。また、その材料を処理するため、熱、圧力および液体も、その容器に導入される。木材チップの処理は、連続的であってもよく、チップが容器の上部へ導入され、処理済チップが容器底部から排出される。容器内の木材チップのレベルはモニターされて、適切な量のチップが容器内にあり、そのチップが適切な時間容器内に維持されるようになる。チップレベルに関する正確な情報が、チップの容器頭部への流れ、チップの容器底部からの排出、および容器内のチップの圧力を適切に調節するために、必要である。 Lignocellulosic materials such as wood chips are generally introduced into the head of the cooking or impregnation vessel. Heat, pressure, and liquid are also introduced into the container to process the material. The processing of wood chips may be continuous, with chips being introduced into the top of the container and processed chips being discharged from the bottom of the container. The level of wood chips in the container is monitored so that the appropriate amount of chips is in the container and that chips are maintained in the container for the appropriate time. Accurate information about the chip level is necessary to properly adjust the flow of chips to the container head, the discharge of chips from the container bottom, and the pressure of the chips in the container.
チップレベルは、従来、蒸解容器あるいは含浸容器中へ延びたパドル上のストレインゲージセンサーによって計測されている。一般的には、3つあるいは4つのパドルが蒸解容器に配置されている。各パドルは、容器内を移動するチップカラムがパドルに加える力を計測するストレインゲージセンサーを含んでいる。ストレインゲージセンサーは、チップカラムがパドルに加える力を示す電圧シグナルを発生する。ストレインゲージセンサーの発生する信号は、容器内のチップレベルを計算し、容器内でのチップ処理を制御するために利用される。 The tip level is conventionally measured by a strain gauge sensor on a paddle that extends into the digester or impregnation vessel. Generally, three or four paddles are placed in the digester. Each paddle includes a strain gauge sensor that measures the force applied to the paddle by the tip column moving through the container. The strain gauge sensor generates a voltage signal indicating the force applied by the tip column to the paddle. The signal generated by the strain gauge sensor is used to calculate the chip level in the container and to control the chip processing in the container.
ストレインゲージには、チップ流中へ伸び、従ってその流れを部分的に遮るパドルが必要である。ストレインゲージは、チップ流があるときには正当なデータを与えるが、チップが容器内で静止しているときには、正当なデータを与えない傾向がある。同様に、ストレインゲージの生成するデータは、容器を通る、チップの一定ではないであろう流量に対しては高感度である。ストレインゲージに関するこれ等の問題の故に、容器内のチップレベルやその他の条件を検出する代替または追加のセンサーや方法が必要となる。さらに、容器内のチップ圧の制御を補助する方法やシステムも必要となる。 The strain gauge requires a paddle that extends into the chip flow and thus partially blocks the flow. Strain gauges provide legitimate data when there is a tip flow, but do not tend to give legitimate data when the tip is stationary in the container. Similarly, the strain gage generated data is sensitive to a non-constant tip flow through the container. Because of these problems with strain gauges, alternative or additional sensors and methods are needed to detect tip level and other conditions within the container. Furthermore, a method and system for assisting in controlling the chip pressure in the container is also required.
本発明によれば、蒸解容器や含浸容器のような容器内のチップレベルをその容器内のチップ圧に基づいて決定するための新規なシステムおよび方法が提供される。新規なシステムは、容器内の全スラリー圧とスラリーの液成分による静水圧の差分に基づいて、チップ圧を決定することを含む。 In accordance with the present invention, a novel system and method is provided for determining the chip level in a vessel such as a digester vessel or an impregnation vessel based on the tip pressure in the vessel. The new system includes determining the tip pressure based on the difference between the total slurry pressure in the vessel and the hydrostatic pressure due to the liquid component of the slurry.
本発明によれば、リグノセルロースチップ材のスラリーを含む容器のための圧力検知素子が提供される。その素子は、スラリーと接触し、スラリーの全静圧を示す信号を発生する第1の圧力検知面と、スラリー中の液の静水圧を示す信号を発生する第2の圧力検知面と、第1および第2の圧力検知面の発生するそれぞれの信号を受信し、チップ圧を示す信号を発信する、信号発生器とを含む。スクリーン、多孔板、メッシュあるいはその他の素子のようなフィルターが、第2の圧力検知面の手前にあり、チップをブロックし、液を第2の圧力検知面へ送ってもよい。 According to the present invention, there is provided a pressure sensing element for a container containing a slurry of lignocellulose chip material. The element is in contact with the slurry and generates a signal indicating a total static pressure of the slurry, a second pressure detection surface generating a signal indicating the hydrostatic pressure of the liquid in the slurry, A signal generator for receiving respective signals generated by the first and second pressure sensing surfaces and transmitting a signal indicating the chip pressure. A filter such as a screen, perforated plate, mesh, or other element may be in front of the second pressure sensing surface to block the chip and send liquid to the second pressure sensing surface.
本発明によれば、リグノセルロース材のスラリーを含む容器内のチップ圧を決定するための方法が提供される。その方法は、容器内のスラリーの全圧を検知し、容器内の液の静水圧を検知し、そして、検知されたスラリーの全圧と検知された液の静水圧の差に基づいてチップの圧力を決定することからなる。 According to the present invention, a method is provided for determining chip pressure in a container containing a slurry of lignocellulosic material. The method detects the total pressure of the slurry in the container, detects the hydrostatic pressure of the liquid in the container, and based on the difference between the detected total pressure of the slurry and the detected hydrostatic pressure of the liquid. Consists of determining the pressure.
本発明によれば、チップレベルを決定するアルゴリズムを較正するための方法が提供される。その方法は、容器内の液レベルを計測し;容器内のチップ圧を計測し;チップ圧に基づくチップレベルを計算するアルゴリズムを利用して、計算されたチップレベルを決定し;容器内の液レベルを変化させながら、定常状態のチップ圧と変化中のチップ圧との間の遷移を検知し;液レベルと計算されたチップレベルとの間の遷移に存在する差異を決定し;そのアルゴリズムを調整してその差異を補正することからなる。 In accordance with the present invention, a method is provided for calibrating an algorithm for determining chip level. The method measures the liquid level in the container; measures the chip pressure in the container; determines the calculated chip level using an algorithm that calculates the chip level based on the chip pressure; Detecting the transition between steady state and changing tip pressure while changing the level; determining the difference present in the transition between the liquid level and the calculated tip level; It consists of adjusting and correcting the difference.
本発明によれば、リグノセルロースチップ材を連続フロー容器内で処理する方法が提供される。その方法は、検知したスラリーの全圧と検知した液圧との差に基づいて、チップ材のチップ圧を決定し;チップ材の決定されたチップ圧を予め定められた望ましいチップ圧と比較し;決定したチップ圧と予め定められた望ましいチップ圧との比較に基づいて、容器を通過するチップ材の流量を調整することからなる。 According to the present invention, a method for treating lignocellulose chip material in a continuous flow container is provided. The method determines the tip pressure of the tip material based on the difference between the detected total pressure of the slurry and the detected hydraulic pressure; and compares the determined tip pressure of the tip material with a predetermined desired tip pressure. Adjusting the flow rate of the tip material passing through the container based on a comparison between the determined tip pressure and a predetermined desired tip pressure.
図1は、リグノセルロース繊維材(以下、「木材チップ」、または簡単に「チップ」という)の処理容器10の概略図である。容器10は、例えば、パルプ化システムにおける蒸解容器であってもよく、また一つは蒸解容器であり、他は含浸容器であるような場合の2以上の容器のなかの、ひとつ容器であってもよい。化学蒸解容器や含浸容器は、木材チップを、製紙用セルロースパルプに変換するために一般的に利用されている。これらの容器では、圧力、熱および蒸解液がチップに加えられる。蒸解容器や含浸容器は、一般に縦型のカラムであり、カラムは100フィート(約30メートル)を超える高さであることが多い。該容器は、木材チップと液のスラリーが連続的に容器に導入され、その容器から排出される、連続フロープロセスで利用されてもよい。あるいは、該容器は、スラリーが順次容器へ導入され、処理・排出されるバッチプロセスで利用されてもよい。
FIG. 1 is a schematic view of a
従来のチップ供給システム12は、木材チップの連続流を、容器10の頂部のトップセパレーター14へ供給するものである。供給システムは、チップを白液と混合し、トップセパレーター14へ流れるスラリーが形成される。チップはセパレーターの頂部(または底部)から矢印13のように排出され、液の一部はセパレーターおよび容器からライン15より抜き出される。
The conventional
容器は、気相蒸解器あるいは満液蒸解器であってもよい。満液蒸解器は、一般的に、蒸解液で容器14の頂部まで完全に満たされている。気相蒸解器は、一般的に、容器内の上部レベルのチップと液の上にガスの充満した上部ガス領域16がある。満液および気相蒸解容器において、チップは、容器のチップレベルと一般に称される上部表面17を形成する。チップレベルは、気相容器では、液レベル18の位置、その上方、あるいはその下方にあってもよい。満液容器では、チップレベルは、一般的に、通常のチップ処理運転中に容器を満たしている液レベルの下方にある。チップレベル17は、一般的に水平であってもよく、上方に向かって凸の表面を有していてもよい。チップレベルの平均高さをL1とする。チップレベル17および液レベル18(これをL2とする)の下方では、チップが、液の静水圧と容器内のチップカラムの重量下に圧縮される。連続フロー容器では、チップがチップレベル17から容器の底へ向かって下降する。
The vessel may be a gas phase digester or a full liquid digester. Full liquor digesters are typically completely filled to the top of the
木材チップが容器のチップカラムを沈み込んでいくにつれて(矢印20を参照)、液、熱および圧力がチップに作用し、未処理の木材チップを形成する繊維の網状構造からチップの繊維を溶解し、またそうでない場合も、分離させる。容器内の1以上の高さの位置で、液抽出スクリーン22を容器の側壁に配置してもよい。容器内の液の部分25は、スクリーン22を経由して抽出され、少なくとも一時的に容器から除去される。処理された木材チップは、更なる処理のために、容器10の底部から排出される。
As the wood chip sinks into the chip column of the container (see arrow 20), liquid, heat and pressure act on the chip to dissolve the fiber of the chip from the network of fibers that form the raw wood chip. If not, separate them. The
チップ圧をモニターするために、圧力検知素子26が容器の内側、または容器の側壁24上に設置される。圧力検知素子は、最も高い位置にある抽出スクリーン22の上方で、かつ、容器の普通の連続フロー運転中のチップの最も低いレベルの下方に位置させることが好ましい。圧力検知素子26は、容器内の諸圧力、特に、容器内のスラリーの全圧、容器内の液の静水圧、および間接的ながら、容器内のチップに起因する圧力についてのデータを与える。計測されたチップ圧は、容器内の計算されたチップレベル17を決定するために利用される。ここで、計算されたチップレベルL1は、上部チップ表面17の平均レベルである。
In order to monitor the chip pressure, a
一般的に、容器内の全静圧(total static pressure)は、容器のどの所与の高さにおいても、液の静水圧と、その高さの位置より上方のチップカラムの重量(以下「静チップ圧」あるいは簡単に「チップ圧」と称する)との和である。チップ圧は、圧力を決定する容器内の高さにおける、容器内のチップ圧縮の量を示す。スラリーの全静圧は、スラリーによって、容器内の所与の深さにおける単位面積に与えられる静圧力として、決定してもよい。満液あるいは気相容器において、全静圧は、スラリーの深さに正比例して変動する。同様に、静チップ圧は、チップレベルと静圧を計測する高さとの間の距離に正比例して変動する。静圧と深さの関係から見て、容器内のチップの上方レベルは、圧力計測と、容器内の圧力を計測する高さから決定することが可能である。さらに、チップレベルの決定には、容器内の液レベルが影響し、液レベルの計測は、チップレベルの決定に有用である。 In general, the total static pressure in a container is the hydrostatic pressure of the liquid and the weight of the tip column above the position of that height (hereinafter “static pressure”) at any given height of the container. Chip pressure ”or simply“ chip pressure ”). Tip pressure indicates the amount of tip compression in the container at the height in the container that determines the pressure. The total static pressure of the slurry may be determined as the static pressure applied by the slurry to a unit area at a given depth within the container. In a full liquid or gas phase container, the total static pressure varies in direct proportion to the depth of the slurry. Similarly, the static tip pressure varies in direct proportion to the distance between the tip level and the height at which the static pressure is measured. In view of the relationship between the static pressure and the depth, the upper level of the chip in the container can be determined from the pressure measurement and the height at which the pressure in the container is measured. Furthermore, the determination of the chip level is affected by the liquid level in the container, and the measurement of the liquid level is useful for determining the chip level.
スラリーの全静圧は、液の静水圧と静チップ圧の組み合わせである。一般に、液の静水圧は、静チップ圧よりずっと大きく、従って、液の静水圧は、スラリーの全静圧よりわずかに小さいだけである。低い静チップ圧の直接計測の困難さのために、圧力検知素子26は、液の静水圧とスラリーの静圧力という大きな値を直接計測する。スラリーの全静圧と液の静水圧との差は、静チップ圧を決定するために利用される。
The total static pressure of the slurry is a combination of the hydrostatic pressure of the liquid and the static tip pressure. In general, the hydrostatic pressure of the liquid is much greater than the static tip pressure, so the hydrostatic pressure of the liquid is only slightly less than the total static pressure of the slurry. Due to the difficulty of direct measurement of low static tip pressure, the
図2および図3に、圧力検知素子26の概略正面図と断面図を示す。圧力検知素子26は、木材チップと液のスラリーに直接接触している第1の圧力検知面28と、液のみに直接接触し、チップには接触しない第2の検知面30とを含む。圧力検知面28、30は各々ダイアフラムであってもよい。抽出スクリーンに使用されるスクリーン、多孔板、メッシュあるいは多孔ディスクのようなフィルター32で、第2の圧力検知面30をチップ流から遮閉し、液がその面30に流れていくようにしてもよい。第1および第2の圧力検知面は、容器の側壁24の内側表面、あるいは容器の側壁のポータルに取り付けてもよい。圧力検知素子26は、容器壁にはめ込んだ、あるいは取り付けた基板あるいはハウジングを含んでいてもよく、それは第1および第2の圧力検知面28、30を保持するものである。あるいは、圧力検知面28、30は、各々容器の側壁24の開口34にはめ込まれていてもよい。容器壁あるいは圧力検知素子の基板にはめ込まれたシリンダー36は、フィルター32を保持し、液が第2の圧力検知面30に圧を加えるための空洞を与える。
2 and 3 are a schematic front view and a cross-sectional view of the
第1および第2の圧力検知面28、30はお互い近くに存在し、同一の検知素子26の部分であることが好ましい。圧力検知素子は、タンクや容器の液レベルを計測するために普通に利用されている多くのタイプのセンサーの一つであればよい。その機能によっては、圧力検知素子には、チップの流れをブロックするフィルターを必要としない。チップフィルター32は、チップの流れをブロックし、液を圧力検知面30へ通すような、スクリーン、多孔板、メッシュ、ハニカム構造板あるいはその他の部材であればよい。フィルターにおける、例えば開口、スロットあるいは通路のような開孔は、十分に狭く、チップをブロックする。液は、フィルターを通り、第2の圧力検知面30に圧力を加える。
The first and second pressure sensing surfaces 28, 30 are preferably close to each other and are part of the
2つの圧力検知面28、30は、両検知面への液の静水圧が同じになるように、容器の同じ高さ、例えば高度にあることが好ましい。例として、両圧力検知面は、容器内で、通常のチップレベルから5乃至10メートル下の高さにあってもよい。両検知素子面は、また、容器内の最上方の抽出スクリーン22の上方に設置されることが好ましい。容器内の正確な設置位置、センサー間の距離、検知面28、30やそれらに関連した圧力検知素子26の設置方法は、設計上の選択の問題であり、蒸解容器あるいは含浸容器や、蒸解容器のタイプの設計や構成により規定されてもよい。例えば、圧力検知面のひとつを、容器の側壁の開口に設置する場合、開口の検知面30と側壁上の検知面28との間の水平距離は、ふたつの検知面28、30を側壁上に設置する場合より大きくてもよい。
The two pressure sensing surfaces 28, 30 are preferably at the same height of the container, for example, at an altitude, so that the hydrostatic pressure of the liquid on both sensing surfaces is the same. As an example, both pressure sensing surfaces may be 5 to 10 meters below the normal tip level in the container. Both sensing element surfaces are also preferably placed above the
複数の検知素子26を、容器の内側壁24、あるいは蒸解容器壁上に設置してもよく、あるいは、容器内の中心パイプの外側壁上、またはその外側壁24から容器内へ延びるポストの上、のような容器内に設置してもよい。更に、その複数の検知素子26は、チップの速度や運動量が、計測された圧力信号に与える影響が最小になるよう設置すべきである。検知面28、30は、好ましくは、チップ流の方向に平行の方向、例えばチップ速度ベクトル(スラリー流方向の矢印20を参照)と、チップ速度ベクトル(矢印20を参照)に対し10度傾いた方向との間の角度に配置される。わずかな角度、例えば20度までであり、好ましくは約5度の角度の傾きを、検知面28に与えて、その面の下方端がその上方端よりもっとスラリー内に拡がるようにすれば、検知面28は静チップ圧に対しより高感度になる。しかしながら、検知面28に過度の角度の傾きを加えれば、検知面に影響するチップの速度が、検知面28の応答をゆがめることになる。
圧力検知面28、30の各表面積、そして特に、木材チップに接触した検知面28の表面積は、0.1メートルの2乗(m2)の20パーセント以内など、相対的に大きい方がこのましい。圧力検知面28の表面の大きな表面積は、十分な接触面積を与えるので、その面に種々の角度で接触する傾向があり、異なるチップ形状や大きさを有し、容器内のスラリー中で多少高濃度であるチップを検知することを可能にする。圧力検知面28、30の表面積は異なっていてもよい。例えば、チップに接触しない検知面30の表面は、チップに接触する検知面28の表面より小さい面積を有していてもよい。圧力検知面28、30の表面積が異なっている場合は、圧力センサーのエレクトロニクスが、検知素子の表面積を計算に入れて、その表面に与えられた圧力を決定するように構成される。
Each surface area of the pressure sensing surfaces 28, 30 and, in particular, the surface area of the
検知面28、30の比較的大きな表面積、例えば0.1 m2の表面積は、以下のパラメーターのばらつきの影響を最小にする。従って、表面積の大きな検知面であれば、圧力計測の正確性を下げる可能性のある、検知面により生成される信号に対する望ましくない影響が最小になる。接触角、チップ形状およびチップの密度のようなパラメーターは、容器内での処理中に経時的に変動する。 The relatively large surface area of the sensing surfaces 28, 30, for example 0.1 m 2 , minimizes the effects of the following parameter variations. Thus, a sensing surface with a large surface area minimizes undesirable effects on the signal generated by the sensing surface that can reduce the accuracy of pressure measurements. Parameters such as contact angle, chip shape and chip density will vary over time during processing in the container.
木材チップに直接接触している第1の圧力検知面28は、木材チップと液とのスラリーの全静圧を計測する。それに対し、第2の圧力検知面30は、液の静水圧を計測する。第2の圧力検知面30は、チップの圧力を計測しない、何故なら、検知面30は、チップフィルター32の背後にあり、チップから遮閉されているからである。チップによる静圧は、圧力検知面30の検知した液の静水圧の計測値と、圧力検知面28の検知した全静圧の計測値との差から決定される。
The first
液の静水圧に関連した静チップ圧が小さいので、差圧(DP)センサー35のような差圧発信機を使用することが好ましい。圧力検知素子26は、入力として、圧力検知面28、30に液体接続した毛細管圧チューブ36、38を有するDPセンサー35を含んでいてもよい。DPセンサーは、両チューブ36、38内の静圧を計測し、両毛細管チューブ内の圧力差を表す信号を出力する。両チューブは、各々、圧力検知面のそれぞれの後ろの小液体キャビティ40に接続されている。液の満たされたキャビティ40は、検知面28、30にかかった圧力を毛細管チューブへ伝達する、圧力中継器として働く。スラリーが第1の圧力検知面28を押すにつれて、検知面は偏向し、キャビティ40および毛細管チューブ36に、スラリーの全静圧に相当する圧力を加える。同様に、液が第2の圧力検知面30のダイアフラムを押すにつれて、キャビティ40および毛細管チューブ38の圧力は、ダイアフラムの反対側の液の静水圧を示す。
Since the static tip pressure related to the hydrostatic pressure of the liquid is small, it is preferable to use a differential pressure transmitter such as a differential pressure (DP)
液は高アルカリ性で高温であってもよい。圧力検知面28、30は、スラリーおよび液の圧力を毛細管チューブ内の圧媒液(hydraulic liquid)へ伝達しながら、圧力中継器として働く。ダイアフラムの表面28、30は、DPセンサー35を液のアルカリ性や温度に曝すことなく、スラリーおよび液の圧力が、DPセンサー35に加わるようにする。
The liquid may be highly alkaline and hot. The pressure sensing surfaces 28, 30 act as pressure relays while transmitting the slurry and liquid pressure to the hydraulic liquid in the capillary tube. The diaphragm surfaces 28, 30 allow the pressure of the slurry and liquid to be applied to the
液密度(R2)を計測するために、液密度44(図1)センサーを含むことが好ましい。あるいは、液密度は、差圧ベースのセンサー45を利用して計測してもよい。液密度が分れば、容器内でのチップ処理中に液密度が変化した場合、チップ圧決定において補正することが可能となる。更に、容器内の液レベル18を決定するために、液レベルセンサー38を使用してもよい。液レベルは、チップ圧からチップレベルを決定する計算において利用してもよい。
In order to measure the liquid density (R2), it is preferable to include a liquid density 44 (FIG. 1) sensor. Alternatively, the liquid density may be measured using a differential pressure based
チップ圧は、容器内のチップ圧縮に影響する。容器内の各高さにおけるチップ圧は、容器内のその高さとそれより低い高さの容器内のチップの圧縮を示すものである。蒸解容器の全長にわたるチップ圧縮の分布は、容器内のいろいろな高さで測定したチップ圧に基づいて作成することができる。圧縮分布は、例えば、容器内のチップ滞留時間や、容器内の種々のゾーンにおけるチップ滞留時間を決定するために利用することができる。例えば、圧縮分布は、蒸解容器の蒸解ゾーンにおけるチップの滞留時間を決定するために利用してもよい。 The tip pressure affects the tip compression in the container. The tip pressure at each height in the container is indicative of the compression of the tip in the container at a height below it and in the container at a lower height. The distribution of chip compression over the entire length of the digester can be created based on the chip pressure measured at various heights within the container. The compression distribution can be used, for example, to determine the chip residence time in the container and the chip residence time in various zones within the container. For example, the compression distribution may be used to determine the residence time of the chips in the cooking zone of the cooking vessel.
チップ圧は、例えばチップの容器への流入や容器からの流出の制御のように、容器を制御するために利用することができ、容器内のチップ圧縮分布をより良く安定させ、これにより容器から流出された処理済チップの品質の変動を最小にすることができるようになる。チップ圧計測は、容器内の含浸あるいは蒸解プロセスの安定に役立つデータを提供する。チップ圧データは、容器のためのコントローラーによって利用されて、例えば、チップの容器への流入量や容器からの流出量、といった容器のためのパラメーターを調整し、容器内の選択された高さにおける一定のチップ圧を維持する。 The tip pressure can be used to control the container, for example to control the inflow of the chip into and out of the container, to better stabilize the chip compression distribution in the container and thereby from the container. Variations in the quality of the discharged processed chips can be minimized. Chip pressure measurement provides data that helps stabilize the impregnation or cooking process in the vessel. The tip pressure data is used by the controller for the container to adjust the parameters for the container, such as the amount of tip flow into and out of the container, at a selected height within the container. Maintain a constant tip pressure.
容器内のチップレベルを知り制御することは、容器内のチップ圧の確実な制御のために一般的に必要である。例えば、コンピュータコントローラー42は、圧力検知素子からのチップ圧信号出力をモニターし、計測されたチップ圧を望ましいチップ圧と比較する。計測されたチップ圧と望ましいチップ圧との差が、例えば、望ましいチップ圧の10パーセント以内という、予め定められた範囲を超えた場合、コントローラーは、その差を減じるために、トップセパレーターへのスラリー流量、あるいは容器の底部からのチップ流出量を調整する。
Knowing and controlling the tip level in the container is generally necessary for reliable control of the tip pressure in the container. For example, the
圧力検知素子26を利用して、容器内のチップレベルをモニターし、容器内のチップ圧を制御してもよい。その圧力検知素子からのデータを利用して、運転者あるいは自動制御システム46が、容器内チップレベルを制御すること、あるいは容器内チップ圧を制御することを選択してもよい。制御システムが、容器へのスラリーの流入量、あるいは容器からの処理済チップの流出量を調整してもよい。コントローラー42が、チップレベルを容器内の高さの所定の範囲に維持するモードである場合は、コントローラーは、チップ圧に基づきチップレベルを計算し、計算されたチップレベルが、高さの許容範囲外にある場合は、コントローラーは、チップレベルを許容範囲まで上げる、または下げるために、トップセパレータ−へのスラリーの流入量あるいは容器の底部からのチップ流出量を増加あるいは減少させる。更に、コントローラー42は、計測されたチップ圧を容器内チップ圧の許容限度範囲と比較して、チップ圧をこれら限度内に維持するように、チップの容器内への流入あるいは容器外への流出を調整する。あるいは、制御システムにより、チップレベルが容器内の所定の高さの範囲を超えないという条件で、容器内で一定のチップ圧を維持するようにしてもよい。一定のチップ圧を維持することによって、チップ密度変動を、容器のチップ圧縮分布において最小にすることができる。さらに(チップレベルを直接制御することよりも)容器内のチップ圧を制御することは、チップ密度の影響や、空気含量の変動や動揺を補正することによってカッパ価変動を減少させるのに役立つ。
The
チップ圧は、検知素子26の上方のチップカラムの高さと、検知素子の上方の容器内の液カラムの高さと、容器内の液密度とチップ密度との関数である。検知素子26の上方の、チップレベル(L1)と液レベル(L2)との範囲のためのチップ圧(PC)を決定するためのアルゴリズムは、以下のとおりである。
The chip pressure is a function of the height of the chip column above the
PC = (R1 - R2) * G * min {L1; L2} + R1 * G * max {L1-L2; 0} PC = (R1-R2) * G * min {L1; L2} + R1 * G * max {L1-L2; 0}
ここで、PCはチップ圧(Pa−大気圧);L1は容器内の平均チップレベル(メートル(m));L2は容器内の液レベル(m);R1は容器内における液に同伴されるチップの密度(kg/m3);R2は遊離液の密度(kg/m3);そしてGは重力定数(kg/(ms2))である。min{L1; L2}という項は、L1およびL2のうちの小さい値の選択を示す。同様に、max {L1-L2; 0}という項は、L1とL2との間の差の正の値の選択か、その差が負の値である場合はゼロの選択を示す。 Where PC is the tip pressure (Pa-atmospheric pressure); L1 is the average tip level in the container (meter (m)); L2 is the liquid level in the container (m); R1 is entrained by the liquid in the container Chip density (kg / m 3 ); R2 is the density of the free liquid (kg / m 3 ); and G is the gravitational constant (kg / (ms 2 )). The term min {L1; L2} indicates the selection of the smaller value of L1 and L2. Similarly, the term max {L1-L2; 0} indicates the selection of a positive value for the difference between L1 and L2, or a selection of zero if the difference is a negative value.
上記式からチップレベルL1を決定するには、以下のアルゴリズムが適用される。 The following algorithm is applied to determine the chip level L1 from the above equation.
ソリューション1:もし L1<L2 であるならば、L1 = k1 * PC/[(R1-R2) * G]、ここでk1は、較正定数である。 Solution 1: If L1 <L2, then L1 = k1 * PC / [(R1-R2) * G], where k1 is a calibration constant.
ソリューション2:もし L1>L2 であるならば、L1 = [k1*PC + k2 *(R2*G*L2)]/(R1*G), ここでk1およびk2は較正定数である。 Solution 2: If L1> L2, then L1 = [k1 * PC + k2 * (R2 * G * L2)] / (R1 * G), where k1 and k2 are calibration constants.
ソリューション1の式は、液レベルがチップレベルの上方にある場合に選択され、ソリューション2の式は、チップレベルが液レベルの上方にある場合に選択される。ソリューション1および2の式を共に利用して、L1およびL2の関係の前提条件が有効かどうかを調べて、決定してもよい。有効な式(ソリューション1または2)により得られた結果が、正しいチップレベル推定値L1として選択される。
The
センサー44あるいは45からの計測された液密度R2は、液含浸木材チップの密度(R2)を、以下の式を使用して推定するために利用してもよい。
The measured liquid density R2 from
R1 = Eps * RW + (1-Eps) * R2 R1 = Eps * RW + (1-Eps) * R2
EPSおよびRWは、木材の種類に特有のパラメターであり、Epsは、多孔質木材チップにおける固形木材材料の体積含有率であり;(1-Eps)は、多孔質木材チップにおける液の体積含有率であり、RWは、固形木材密度である。例えば、Epsは、0.6から0.75の範囲にあり、RWは、1300 kg/m3 から 1650 kg/m3の範囲にある。木材チップは液に完全に浸透され、木材チップに空気の残留は存在しないと仮定される。 EPS and RW are parameters specific to the wood type, Eps is the volume content of solid wood material in porous wood chips; (1-Eps) is the volume content of liquid in porous wood chips And RW is the solid wood density. For example, Eps is in the range of 0.6 to 0.75, and RW is in the range of 1300 kg / m 3 to 1650 kg / m 3 . It is assumed that the wood chips are completely penetrated by the liquid and that there is no air residue on the wood chips.
図4は、チップレベル較正技法を示す図表である。横軸は、容器運転中の時間(数字1から39)を表す。図表左側の縦軸52は、容器の高さを示し、容器は約12メートルの高さである。図表右側の縦軸54は、容器内のチップの静圧をキロパスカルkPa(ニュートン/m2)で表す。
FIG. 4 is a chart showing a chip level calibration technique. The horizontal axis represents the time during operation of the container (
圧力検知装置26からのデータに基づいて計算されたチップレベルは、液レベルセンサー38(図1参照)により集めた液レベルのデータを利用して較正される。液レベルのデータは、液レベルセンサーにより直接計測され、チップレベル決定を較正する目的の基準値として正確かつ適切であるとして扱われる。
The chip level calculated based on the data from the
較正処理は、液レベル(図4の線58)が実際のチップレベルの上方に上昇し、その後その下方に下降するよう、容器内の液量を変動させる。実際のチップレベルは、較正処理中、一定に保持することが好ましい。この処理中、チップレベルは、上記アルゴリズムを利用したチップ圧(線60)に基づいて決定される(線56)。
The calibration process varies the amount of liquid in the container so that the liquid level (
ソリューション2のアルゴリズムは、液レベルがチップレベルの下方にあるとき、チップレベル(L1)が液レベル(L2)の関数であることを示している。ソリューション1のアルゴリズムは、液レベルがチップレベルの上方にある間、チップ圧が液レベルと共には変動しないことを示している。液レベルが、チップレベルを通って上昇あるいは下降する場合、チップ圧は、一定数から変動数への遷移か、あるいはその逆の遷移を起こす。一定のチップレベルを仮定すれば、下降する液レベル58がチップレベルを通過すると、チップ圧60が変化し始める。液レベルがチップレベルの下方にある場合、チップ圧は、液レベルがチップレベルへ向かって上昇する間、変化し続け、その後、チップ圧は、液レベルがチップレベルの上方へ上昇するにつれて、一定のまま留まる。
The solution 2 algorithm shows that the chip level (L1) is a function of the liquid level (L2) when the liquid level is below the chip level. The
較正処理中、液レベルが、ある一定のチップレベルの上方、下方に上昇、下降する間に、圧力検知素子は、静チップ圧における変化62、68を検知する。液レベルがチップレベルの上方にある間、チップ圧60は、一定のまま留まるようになる(図4の時間1からt1を参照)。t1において、チップ圧は、一定圧から上昇圧へ遷移することによって、変化(62)し始める。その時点(t1)において、液レベルは、実際のチップレベルに等しい。t1において、決定されたチップレベル56が、計測されたチップレベル56と等しいはずなので、関連したチップ圧の変化62は、チップレベル決定のための較正イベントを同定するために利用される。決定されたチップレベル56と計測された液レベル58との間に、t1においてなんらかの差異64があれば、それは、チップレベル56を決定するために使用したアルゴリズムにおける誤差を示す。較正を目的として、t1において測定された液レベル58は、実際のチップレベルを表すものとして扱われ、差異64は、チップレベルアルゴリズムのおける誤差と考えられる。図4に示す例においては、決定されたチップレベルと計測された液レベルとの間に、およそ1メートルの半分(0.5)メートルの差異64がある。
During the calibration process, the pressure sensing element senses changes 62, 68 in the static chip pressure while the liquid level rises and falls above and below a certain chip level. While the liquid level is above the chip level, the
t1からt2の期間、液レベル58は、チップレベルの下方、例えばおよそ1メートル下方へさらに下降される。さらに、チップレベルを決定するためのアルゴリズム(ソリューション1と2)は、例えば、ソリューション1および2における較正定数k1およびk2の一方または両方を調整することにより調整される。本例では、ソリューション1および2に対する調整は、決定されたチップレベルを、時刻t2において、0.5メートルだけ増加(66)させる。実際のチップレベルは変更せず、決定されたチップレベルだけが、遷移点66において変化する。t2からt3の期間、実際の決定されたチップレベルは、一定を維持し、液レベルは、一定の低レベルから上昇レベルへ遷移する。液レベルが上昇するにつれて(58)、静チップ圧60は、液レベルがチップレベルの下方にあるので、下降する。下降するチップ圧は、ソリューション2のアルゴリズムによってモデル化される。下降するチップ圧がt3において停止することは、液レベルがチップレベルと等しいことを示すこととして、また較正イベントとして考えられる。この第2の較正イベント(t3)において、決定されたチップレベル70と計測された液レベルとの間に誤差はない。誤差がないことは、決定されたチップレベルが、実際のチップレベルの正確な表示を提供しており、較正プロセスが完全であることを示している。第2の較正イベント(t3)において、0.1メートルより大きいような有意の相違が、決定されたチップレベルと液レベルとの間に残っているならば、ソリューション1および2のアルゴリズムに更なる調整を加えてもよく、上記のチップレベルを通しての液レベルの下降および上昇を、ある較正イベントにおける差異が許容誤差レベルの下方に低下するまで繰り返してもよい。
During the period from t1 to t2, the
チップレベルを推定するためにチップ圧を利用して、チップの圧力を決定することに対する潜在的利益や改良点には次のものがある。すなわち、ストレインゲージやストレインゲージに関連する計算の必要の無い、連続的かつ信頼性のあるチップレベル計測信号;容器の大きな運転領域にわたるデータを提供する圧力検知素子;例えば、容器運転停止中などにおいて、容器を通る流れが停滞したとしても信頼性のあるチップレベル信号;容器内のチップの速度やチップ処理生産量に影響されないチップレベル信号;種々の型の容器のために、均一な共通の圧力検知素子構成(言い換えれば、当該圧力検知素子が種々の型の容器で使用してもよいこと);蒸解容器の安定のための正確なチップ圧信号;チップ圧縮分布を決定するための正確なチップ圧計測;レベルが同じときのチップ圧信号を検出するため、チップレベルあるいは液レベルを定められた地点にゆっくりあわせることによるオンライン較正;構成部品や計器装備のコストが低いこと;そして立ち上げ起動コストが低いことなどである。 Potential benefits and improvements to determining tip pressure using tip pressure to estimate tip level include: That is, continuous and reliable chip level measurement signals that do not require strain gauges or calculations related to strain gauges; pressure sensing elements that provide data across a large vessel operating area; for example, during vessel shutdown Reliable chip level signal even if flow through the container is stagnant; chip level signal independent of chip speed and chip processing output in the container; uniform common pressure for various types of containers Sensing element configuration (in other words, the pressure sensing element may be used in various types of vessels); accurate tip pressure signal for stabilization of digester vessel; accurate tip for determining tip compression distribution Pressure measurement; To detect the chip pressure signal when the level is the same, slowly adjust the chip level or liquid level to a predetermined point It is like and start-up start-up cost is low; that the components and cost of instrumentation is low; online calibration by the.
以上本発明を現在最も実用的かつ好ましいと考えられる態様に関して説明したが、本発明は、開示した態様に限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲に包含される種々の変形や均等な構成を含むことを意図していることを理解すべきである。 While the present invention has been described with respect to the presently most practical and preferred embodiment, the present invention is not limited to the disclosed embodiment, and the present invention is not limited to the various modifications or variations encompassed by the claims. It should be understood that it is intended to include equivalent configurations.
Claims (20)
スラリーと接触し、液の静水圧とチップ圧の総計であるスラリーの圧力を示す信号を発生する第1の圧力検知面と、
液の静水圧を示す信号を発生する第2の圧力検知面と、
第1および第2の圧力検知面の発生するそれぞれの信号を受信し、チップ圧を示す信号を発信する、差圧発信器とを含むことを特徴とする圧力検知素子。 A pressure sensing element for a container containing a slurry of lignocellulose chip material,
A first pressure sensing surface that contacts the slurry and generates a signal indicative of the slurry pressure, which is the sum of the hydrostatic pressure and tip pressure of the liquid;
A second pressure sensing surface that generates a signal indicative of the hydrostatic pressure of the liquid;
A pressure sensing element comprising: a differential pressure transmitter for receiving respective signals generated by the first and second pressure sensing surfaces and transmitting a signal indicating a chip pressure.
容器内のスラリーの圧力を検知し、
容器内の液の圧力を検知し、そして
チップによる圧力を、検知したスラリーの圧力と検知した液の圧力との差に基づいて決定することを含むことを特徴とする方法。 A method for determining the pressure of lignocellulose in a container containing a lignocellulose chip material and a slurry of liquid,
Detect the pressure of the slurry in the container,
Sensing the pressure of the liquid in the container and determining the pressure by the chip based on the difference between the sensed slurry pressure and the sensed liquid pressure.
L1 = k1 * PC/[ ( R1 - R2) * G ] (L1がL2より大きいとき), および
L1 = [k1 * PC + k2 * (R2 * G * L2)]/(R1 * G)(L2がL1より大きいとき),
ここで、PCは決定されるチップの圧力、k1およびk2は較正定数、L1は容器内の平均チップレベル、L2は容器内の液レベル、R1はスラリー中の同伴チップの密度、R2はスラリー中の液の密度、そしてGは重力定数。 The method according to claim 8, wherein the chip level (L1) in the container is determined by applying at least one of the following algorithms:
L1 = k1 * PC / [(R1-R2) * G] (when L1 is greater than L2), and
L1 = [k1 * PC + k2 * (R2 * G * L2)] / (R1 * G) (when L2 is greater than L1),
Where PC is the pressure of the chip to be determined, k1 and k2 are calibration constants, L1 is the average chip level in the container, L2 is the liquid level in the container, R1 is the density of the entrained chips in the slurry, and R2 is in the slurry Liquid density, and G is the gravitational constant.
容器内の液レベルを計測し、
容器内のチップ圧を計測し、
チップ圧に基づいてチップレベルを計算するアルゴリズムを利用して計算されたチップレベルを決定し、
容器内の液レベルを変化させながら、定常状態のチップ圧と変動しているチップ圧との間の遷移を検知し、
液レベルと計算されたチップレベルとの間の遷移に存在する差異を決定し、そして、
そのアルゴリズムを調整してその差異を補正することを含むことを特徴とする方法。 A method of calibrating an algorithm for determining chip level,
Measure the liquid level in the container,
Measure the tip pressure in the container,
Determine the calculated chip level using an algorithm that calculates the chip level based on the chip pressure,
While changing the liquid level in the container, the transition between the steady state tip pressure and the changing tip pressure is detected,
Determine the difference present in the transition between the liquid level and the calculated chip level, and
Adjusting the algorithm to correct for the difference.
検知したスラリーの全圧と検知した液圧との差に基づいてチップ材のチップ圧を決定し、
チップ材の決定されたチップ圧を、予め定められた望ましいチップ圧と比較し、
決定したチップ圧と予め定められた望ましいチップ圧との比較に基づいて、容器を通過するチップ材の流量を調整することを含むことを特徴とする方法。 A method of processing lignocell roll material in a continuous flow vessel, the method comprising:
Based on the difference between the detected total pressure of the slurry and the detected hydraulic pressure, the chip pressure of the chip material is determined,
Comparing the determined tip pressure of the tip material with a predetermined desired tip pressure;
Adjusting the flow rate of the tip material passing through the container based on a comparison between the determined tip pressure and a predetermined desired tip pressure.
The method of claim 19, wherein the predetermined desired tip pressure is a constant tip pressure.
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130418 |