Устройство для измерения степени делигнификации целлюлозы в варочных котлах Советский патент 1992 года по МПК D21C7/12 

Изобретение относится к целлюлозно- бумажной промышленности и может быть использовано для непрерывного измерения степени делигнификации целлюлозы в варочных котлах.

Определение степени делигнификации целлюлозы лабораторными методами требует высокой квалификации лаборанта и значительного времени (десятки минут). При варке целлюлозы применяются также оптические, органолептические методы контроля, где о.степени делигнификации целлюлозы судят по цвету, запаху, липкости и т.п. пробы щелочи, что требует большого опыта оператора и приводит к необъективности данной им оЦенки степени делигнификации.

Известно устройство, реализующее способ непрерывного контроля степени де,- лигнификации целлюлозы, состоящее из измерительных преобразователей перепада давления, расхода, установленных на трубопроводе массы, и совокупности приборов измеряющих концентрацию этой массы. Определяется зависимость степени делигнификации от перепада давления, расхода и концентрации в виде уравнения регрессии, коэффициентами которого являются показания перечисленных приборов. К недостаткам известного устройства относится необходимость проведения дополнительных исследований (поиск новых коэффициентов регрессии) при переходе на другие сорта древесины или изменении технологического режима. Измерение перепада давления контактным датчиком ненадежно и имеет низкую точность из-за абразивного износа и засорения массой сужающих устройств, входящих в конструкцию этого датчика. Перепад давления зависит также от концентрации и скорости потока массы, которые, в свою очередь, зависят от состава исходного сырья, колебаний температуры массы, которые вообще не контролируются. Измерение концентрации с помощью тахометра, измеряющего скорость вращения мешалки и тока нагрузки в цепи ее привода, весьма грубо, так как скорость ее вращения и ток нагрузки в цепи ее привода зависят не только от концентрации и температуры массы, но и от колебаний напряжения в сети привода мешалки, механического его износа и т.д. Относительная погрешность измерения степени делигнификации целлюлозы вышеуказанным устройством достигает 16%.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения степени делигнификации целлюлозы в варочных котлах периодического действия, состоящее из измерительного преобразователя и измерителя плотности, установленных на циркуляционном трубопроводе варочной зоны котла, причем

измерительный преобразователь выполнен в виде теплового преобразователя с нагревателем, а термочувствительные элементы теплового преобразователя расположены за нагревателем по ходу потока массы, измеритель плотности связан с тепловым неконтактным преобразователем через вычислительный блок,

К недостаткам этого устройства необходимо отнести низкую точность измерения

степени делигнификации из-за невозможности раздельного контроля составляющих частей сухого остатка черного щелока, в известном же устройстве, исходя из решения системы уравнений:

Ati fi(G0, С)

At2 f2(Go, С)(1)

где Д ti - сигнал от первого за нагревателем термочувствительного элемента;

At2 - сигнал со второго за нагоевателем

термочувствительного элемента;

С - концентрация абсолютно сухих веществ черного щелока (контролируемого потока);

G0- объемный расход контролируемого

потока,

можно с достаточной достоверностью говорить лишь о концентрации абсолютно сухих веществ черного щелока (Сзсв). Однако необходимо отметить, что концентрация Сасв

черного щелока, которая, как известно, состоит из суммы концентрация минеральной См и органической С0 составляющих, и при одинаковой плотности и одинаковой концентрации Сасв возможно неоднозначное

решение системы уравнений (1), кроме того, именно соотношение между С0 и См при известной плотности черного щелока определяет степень делигнификации целлюлозы.

Необходимо также отметить, что определение искомых параметров Со и Сасв системы уравнений (1)связано с разделением получаемой совокупности информации Аи и Ata. Применительно к тепловым преобразователям такое разделение возможно и точность этого разделения определяется зонами установки термочувствительных элементов, измеряющих Ati и Дт.2. Оптимальный выбор указанных зон возможен

только экспериментальным путем, а также поскольку статические характеристики Ati и At2 от Go и Саса существенно нелинейны, то нахождение искомых параметров Go и Сасв путем разделения совокупной информации возможно только в узком диапазоне расходов и концентраций, в котором допустима линеаризация этих статических характеристик. Кроме того показано, что тепловые преобразователи указанного типа обладают довольно высокой (30-40 с) инерционностью. Таким образом, для более точного определения степени делигнификации необходимо исключить неоднозначность решения системы уравнений (1), для чего необходимо определить дополнительно хотя бы одну из составляющих Сасв, например Со. а также точнее определить G0 и Сасв. Для повышения быстродействия устройства необходимо уменьшить влияние инерционных процессов теплопереноса от контролируемого потока к термочувствительному эле-, менту.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения степени делигнификации целлюлозы в варочных котлах.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем установленный на циркуляционном трубопроводе варочной зоны котла тепловой преобразователь с нагревателем, компенсационным и измерительным термочувствительными элементами, размещенными соответственно до и после нагревателя по ходу потока, измеритель плотности, подключенный к первому входу блока вычисления степени делигнификации, связанного вторым входом с компенсационным термочувствительным элементом, третьим и четвертым входом - с измерительной цепью измерительного термочувствительного элемента (ТЧЭ) и источник тепловых импульсов, подключенный к нагревателю, измерительный термочувствительный элемент выполнен в виде трубчатой диэлектрической вставки, установленной в разрыве циркуляционного трубопровода с нанесенными на ее наружной поверхности электродами, подключенными к измерительной цепи, а устройство дополнительно содержит блок измерения времени прохождения теплового импульса от нагревателя до измерительного термочувствительного элемента, при этом выход из- мерительной цепи дополнительно соединён с одним из входов блока измерения времени прохождения теплового импульса, другой вход которого соединен с выходом источника тепловых импульсов, подключенного входом к выходу блока вычисления степени делигнификации целлюлозы.

Повышение точности измерения достигается тем, что в предлагаемом усгройстве измеряется концентрация Со органической составляющей абсолютно сухого вещества

черного щелока, применяется более точный, по сравнению с прототипом, способопреде- лежп концентрации Сэсв абсолютно сухих веществ черного щелока. Быстродействие 5 предлагаемого устройства повышается за счет применения практически безынерционного измерительного термочувствительного элемента.

На фиг.1 приведена структурная схема

0 предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы. Устройство для измерения степени делигнификации целлюлозы состоит из измерителя 1 плотности металлического патрубка 2, нагревателя 3, генерато5 ра 4 тепловых импульсов, блока 5 вычисления степени делигнификации целлюлозы, диэлектрической вставки 6 электродов 7, измерительной цепи 8, блока 9 измерения времени прохождения тепловой

0 метки, компенсационного термочувствительного элемента 10.

Устройство работает следующим образом.

Часть щелока, циркулирующего в вароч5 ном котле, отводится в байпасную линию и подается в измеритель 1 плотности (например типа ИПР-1М) и в тепловой преобразователь, состоящий из металлического латрубка 2 с нагревателем 3„ который может

0 быть выполнен в виде участка патрубка с контактными кольцами или же в виде намотанного по наружному диаметру патрубка 2 провода с высоким сопротивлением (нихром, константан и Tin.) поверх изоляционной тер5 мостойкой подложки (слюдопластолента, полиэмидная пленка). Измерительный термочувствительный элемент представляет из себя трубчатую диэлектрическую вставку б, в разрыве металлического патрубка 2, теп0 левого преобразователя, с нанесенными методом вжигания в диэлектрик.электродами 7, образуя тем самым емкостную ячейку проточного типа, которая подключена к входу измерительной цепи 8. Функциональная схе5 ма которой содержит высокоточный генератор (ГВЧ), конденсаторы (С1, С2) через которые генератор связан с двумя колебательными контурами - рабочим (СЗ, L1) и сравнительными (С4, L2). Емкостная ячейка 6 и 7 проточного

0 типа подключена к рабочему контуру. Тепловой преобразователь защищен от внешних электромагнитных Наводок металлическим экраном (кожухом), внутренняя поверхность которого покрыта листовым асбестом,

5 служащим изолятором от теплопотерь в окружающую среду.

В процессе измерения органической составляющей (Со) черного щелока меняется добротность рабочего контура измерительной цепи, что вызывает модуляцию высокочастотных колебаний генератора ГВЧ. Это модулирующее напряжение детектируется с помощью диодов, усиливается с помощью усилителя, выполненного на базе операционного усилителя серии К153 (К140), подается на четвертый вход блока 5, выполненного на базе микропроцессора серии К180ВМ1, в состав которого входят также аналоговый коммутатор (К561КП2), таймер (К580ВИ53), аналогоцифровой преобразователь серии Ф7077/2.

Необходимо отметить, что для того, чтобы исключить влияние тепловой метки на измерение (С0) органической составляющей черного щелока, информацию о чей (Со) необходимо получить от блока 8 до подачи теплового импульса в контролируемый поток от блока 4 (генератор тепловых импульсов). Электрический импульс заданной длительности ( та ж 0,2-0,5 с) от блока 5 поступает на инвертор блока 4, выход которого нагружен на нагреватель 3 и первый вход блока 9 измерения времени прохождения тепловой метки. Электрический импульс при помощи нагревателя 3 вводит в контролируемый поток тепловой импульс заданной мощности, который переносится потоком и регистрируется измерительным термочувствительным элементом емкостной ячейкой 6, 7. Величина объемного расхода (Go) однозначно связана со временем переноса теплового импульса (tM), определяемого в блоке 9, формирующего импульс, длительность которого определяется временем (XM) прохождения тепловой метки от нагревателя 3 до измерительного термочувствительного элемента 6, 7. На второй вход блока 9 подается сигнал от блока 8.

На второй вход блока 5 поступает сигнал от компенсирующего термочувствительного элемента 10, который может быть выполнен в виде термопары или термосопротивления. На первый вход блока 5 поступает информация от измерителя 1 плотности.

Алгоритм вычисления степени делигни- фикации по поступающей в блок 5 информации следующий:

Заносится в память информация о конструктивных параметрах теплового преобразователя: dy - диаметр условного прохода, I - расстояние от нагревателя до измерительного термочувствительного элемента, связь удельной теплоемкости (Ср) контролируемого потоки с концентрацией абсолютно сухого вещества в контролируемом потоке (Сасв), напряжение, подводимое к нагревателю (Ун), сопротивление нагревателя (RH).

Информация об органической составляющей (Со) от блока 8 по 4-му входу поступает в блок 5 до подачи теплового импульса в контролируемый поток. Далее подается тепловой импульс от блока 4, время переноса (tM) которого поступает от блока 9 измерения времени прохождения на третий вход блока 5, где вычисляется объемный расход (Go) во формуле:

tM где л-3,14;

dy - диаметр условного прохода;

I - длина контрольного участка от нагревателя доТЧЭ;

т.м - время прохождения теплового импульса.

Далее вычисляется АТСр - средняя температура метки, поступающей от блока 8 мгновенной температуры метки TM(t) и Tn(t) (температура потока) от блока 10 по формуле

ДТср TT r/MOdt-TnO).

12

где А ТСр - средняя температура тепловой метки;

t2 - начало тепловой метки; тз - конец тепловой метки; TM(t) - мгновенная температура метки; Tn(t) - мгновенная температура потока от компенсационного ТЧЗ. Вычисление удельной теплоемкости (Ср) потока производится по формуле:

W

р Go AT,

ср

; W

JJi RH

ru;

где р- плотность потока;

Go - объемный расход;

АТСр - средняя температура тепловой метки;

UH - напряжение на нагревателе;

RH - сопротивление нагревателя;

Ти - длительность теплового импульса.

Исходя из того, что удельная теплоем- кость (Ср) черных щелоков однозначно и ли- нейно определяет концентрацию абсолютно сухих веществ (Сасв) и практически не зависит от породы древесины и режима варки целлюлозы, то определяется Сасв по формуле:

СэС8 К Ср,

где К - коэффициент пропорциональности. Далее вычисляется соотношение:

Со Со

См

Сасв - Сс

которое и определяет степень делигнифика- ции целлюлозы,-при известной плотностир контролируемого потока, информация о которой поступает на первый вход блока 5,

Применение в предлагаемом устройст- ве диэлектрической вставки с нанесенными на ее наружную поверхность электродами в совокупности с импульсным вводом тепловой энергии в контролируемый поток исключает, по сравнению с прототи- пом, необходимость разделения совокупной информации об объемном расходе Go.и концентрация Сасв, получаемой от двух термочувствительных элементов, и позволяет более точно и быстро определить концентрацию Сасв черного щелока. Относительная погрешность определения Сасв в диапазоне изменения концентрации ± 15%, при переменном расходе составила 2,5%. Вре- мя измерения Саов составило 5-10 с.

Применение емкостной ячейки позволило также определить концентрацию Со органической составляющей черного щелока с погрешностью 3,5-4%, что позволило определить степень делигнификации целлюлозы с погрешностью, не превышающей 5%. Все вышеперечисленное позволит стабилизировать качество конечного продукта и повысить его выход примерно на 1,3- 1.4%.

Формула изобретения

Устройство для измерения степени делигнификации целлюлозы в варочных котлах периодического действия, содержащее

установленный на циркуляционном трубопроводе варочной зоны котла тепловой преобразователь с нагревателем, компенсационным и измерительным термочувствительными элементами, размещенными соответственно до и после нагревателя по ходу потока, измеритель плотности, подключенный к первому входу блока вычисления степени делигнификации, связанного вторым входом с компенсационным термочувствительным элементом, третьим и четвертым входом - с измерительной цепью измерительного термочувствительного элемента, и источник тепловых импульсов, подключенный к нагревателю, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерения степени делигнификации целлюлозы,измерительный термочувствительный элемент выполнен в виде трубчатой диэлектрической бставки, установленной в разрыве циркуляционного трубопровода с нанесенными на ее наружной поверхности электродами, подключенными к измерительной цепи, а устройство дополнительно содержит блок измерения времени прохождения теплового импульса от нагревателя до измерительного термочувствительного элемента, при этом выход измерительной цепи дополнительно соединен с одним из входов блока измерения времени прохождения теплового импульса, другой вход которого соединен с выходом источника тепловых импульсов, подключенного входом к выходу блока вычисления степени делигнификации целлюлозы.

Щи г. I

Изобретение относится к целлюлозно- бумажной промышленности, в частности к устройствам для измерения степени делиг- нификации целлюлозы в варочных котлах, и может быть использовано для управления и контроля технологическим процессом варки целлюлозы в варочных котлах. Устройство содержит датчик 1 плотности, нагреватель 3, генератор 4 тепловых импульсов, блок 5 вычисления степени делигнификации целлюлозы, диэлектрическую вставку 6 в патрубке 2, электроды 7, измерительный блок 8, блок 9 измерения времени прохождения тепловой метки, компенсационный термочувствительный элемент 10. 7-8-5-4-3, 4- 9-5,8-9. 10-5, 1-5. 2ил. 36 Ј 2 сл ч ю 00