Устройство для измерения степени делигнификации целлюлозы в варочных котлах

 

Изобретение относится к целлюлознобумажной промышленности, в частности к устройствам для измерения степени делигнификации 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) 3 О 21 С 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЯ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4854297/12 (22) 02.04.90 (46) 07.07.92. Бюл. t4 25 (71) Ленинградский технологический институт им; Ленсовета (72) Ю,А.Новичков, Г.А.Соколов, Л.Б.Глазов и Г.А.Кондрашкова . (53) 621.317.7(088.8) (56) Патент США f4 3850890; кл. 162-49, 1972.

Авторское свидетельство СССР

М 702087, кл. 0 21 С 7/12, 1977, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТЕПЕНИ ДЕЛИГНИФИКАЦИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

В ВАРОЧНЫХ КОТЛАХ. Ж,„1745798 А1 (57) Изобретение относится к целлюлознобумажной промышленности, в частности к устройствам для измерения степени делигнификации целлюлозы в варочных котлах, и может быть использованодля 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.

1745798

Изобретение относится к целлюлозно- ского действия, состоящее из иэмерительбумажной промышленности и может быть ного преобразователя и измерителя плотноиспользованодля непрерывногоизмерения сти, установленных на циркуляционном степени делигнификации целлюлозы в ва- трубопроводе варочной зоны котла, причем рочных котлах. 5 измерительный преобразователь выполнен

Определение степени делигнификации в виде теплового преобразователя с нагрецаллюлоэы лабораторными методами тре- вателем, а термочувствительные элементы бует высокой квалификации. лаборанта и теплового преобразователя расположены значительного времени (десятки минут). за нагревателем Ilo ходу потока массы, изПри варке целлюлозы применяются также 10 меритель плотности связан с тепловым неоптические, органолептические методы контактным преобразователем через контроля, где о.степени делигнификации вычислительный блок, целлюлозы судят по цвету, запаху, липкости К недостаткам этого устройства необхои т.п. пробы щелочи; что требует большого димо отнести низкую точность измерения опыта оператора и приводит к необьектив- 15 степени делигнификации из-за невозможности данной им оЦенки степени делигни- ности раздельного контроля составляющих фикации, частей сухого остатка черного щелока, в изИзвестно устройство, реализующее вестном же устройстве, исходя из решения способ непрерывного контроля степени де- cplcTkMbl уравнений; лигнификации целлюлозы, состоящее из 20 At> =т1(60, С). измерительных преобразователей nepena- Aтг =4(Go, С) (1) да давления, расхода, установленных на где At> — сигналотпервогоэанагревателем трубопроводе массы, и совокупности при- термочувствительного,элемента; боров, измеряющих концентрацию этой Лт — сигнал со второго эа нагревателем массы. Определяется зависимость степени 25 термочувствительного элемента; делигнификации от перепада давления, С вЂ” концентрация абсолютно сухих верасхода и концентрации. в виде уравнения ществчерного щелока(контролируемогопорегрессии, коэффициентами которого явля- тока);

1отся показания перечисленных приборов. 6,— обьемный расход контролируемого

К недостаткам известного устройства 30 потока, относится необходимость проведения до- можно с достаточной достоверностью гово. полнительных исследований (поиск новых рить лишь о концентрации абсолютно сухих коэффициентов регрессии) при переходе на веществ черного щелока (С ). Однако недругие сорта древесины или изменении тех- обходимо отметить, что концентрация С«> нологического режима. Измерение перепа- 35 черного щелока, которая, как известно, сода давления контактным датчиком стоит из суммы концентрация минеральной ненадежно и имеет низкую точность из-за С и органической С0 составляющих, и при абразивного износа и засорения массой су- одинаковой плотности и одинаковой конжающих устройств, входящих в конструк- центрации Cacs возможно неоднозначное цию этого датчика. Перепад давления 40 решениесистемыуравнений(1), крометого, зависит также от концентрации и скорости именно соотношение между С0 и С при потока массы, которые, в свою очередь, эа- известной плотности черного щелока опревисят от состава исходного сырья, колеба- деляет степень делигнификации целлюлоний температуры массы, которые вообще не зы. контролируются. Измерение концентрации 45 Необходимо также отметить, что опрес помощью тахометра, измеряющего скоро- деление искомых параметров Со и Саса сиссть вращения мешалки и тока нагрузки в темы уравнений (1) связано с разделением цепи ее привода, весьма грубо, так как ско- получаемой совокупности информации At< рость ее вращения и ток нагрузки в цепи ее и Лt2..Ïðèìåíèòåëüíî к тепловым преобрапривода зависятнетолькоот концентрации 50 зователям такое разделение возможно и и температуры массы, но и от колебаний точность этого разделения определяется напряжения в сети привода мешалки, меха- зонами установки термочувствительных нического его износа и т.д. Относительная элементов, измеряющих 611 и Лт2. Оптипогрешность измерения степени делигни- мальный выбор указанных эон возможен фикации целлюлозы вышеуказанным уст- 55 только экспериментальным путем, а также ройством достигает 167,, поскольку статические характеристики Ьц

Наиболее близким llo технической cYU4 и AQ от Go и Саса существенно нелинейны, ности к изобретению является устро 1ство то нахождение искомых параметров Go u для измерения степени делигнификации С„, путем разделения совокупной инфорцеллюлозы в варочных котлах периодиче1745798 мации возможно только в узком диапазоне расходов и концентраций, в котором допустима линеаризация этих статических характеристик. Кроме .того показано, что тепловые преобразователи указанного типа 5 обладают довольно высокой (30-40 с) инерционностью. Таким образом, для более точного определения степени делигнификации необходимо исключить неоднозначность решения системы уравнений (1). для чего 10 необходимо определить дополнительно хотя бы одну из составляющих Сзс, например

Ср, а также точнее определить G< и Сзс . Для повышения быстродействия устройства необходимо уменьшить влияние инерционных 15 процессов теплопереноса от контролируемого потока к термочувствительному эле-. менту.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения 20 степени делигнификации целлюлозы в варочных котлах, Указанная цель достигается тем, что а устройстве, содержащем установленный на циркуляционном трубопроводе вароч- 25 ной зоны котла тепловой преобразователь . с нагревателем, компенсационным и измерительным термочувствительными элементами, размещенными соответственно до и после нагревателя по ходу потока, из- 30 меритель плотности, подключенный к первому входу блока вычисления степени делигнификации, связанного вторым входом с компенсационным термочувствительным элементом, третьим и четвертым 35 входом —.с измерительной цепью измерительного термочувствительного элемента (ТЧЭ) и источник тепловых импульсов, подключенный к нагревателю,. измерительный термочувствительный элемент выполнен в 40 виде трубчатой диэлектрической вставки, установленной в разрыве циркуляционного трубопровода с нанесенными на ее наруж-. ной поверхности электродами, подключенными к измерительной цепи, а устройство. 45 . дополнительно содержит блок измерения времени прохождения теплового импульса от нагревателя до измерительного термо. чувствительного элемента, при этом выход измерительной цепи дополнительно соединен с 50 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 55 делигнификации целлюлозы.

Повышение точности измерения достигается тем, что в предлагаемом устройстве измеряется концентрация СО органической составляющей абсолютно сухого вещества черного щелока, применяется более точный, по сравнению с прототипом, способ определения концентрации Сэсв абсолютно сухих веществ черного щелока. Быстродействие предлагаемого устройства повышается за счет применения практически безынерционного измерительного термочувствительного элемента.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — временные диаграммы. Устройство для измерения степени делигнификации целлюлозы состоит. из измерителя 1 плотности металлического патрубка 2, нагревателя 3, генератора 4 тепловых импульсов, блока 5 вычисления степени делигнификации целлюлозы, диэлектрической вставки 6, электродов 7, измерительной цепи 8, блока 9 измерения времени прохождения тепловой метки, компенсационного термочувствительного элемента 10.

Устройство работает следующим образом.

Часть щелока, циркулирующего в аарочном котле, отводится а байпасную линию и подается в измеритель 1 плотности (напри- . мер типа ИПР-1М) и в тепловой преобразователь, состоящий из металлического патрубка 2 с нагревателем З„который может 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 т .и.} поверх изоляционной тер- мостой кой подложки (сл юдопластолента, полиэмидная пленка). Измерительный термочувствительный элемент представляет иэ себя трубчатую диэлектрическую вставку 6, в разрыве металлического патрубка 2, теплового преобразователя, с нанесенными методом вжигания в диэлектрик. электродами 7, образуя тем самым емкостную ячейку проточного типа, которая подключена к входу измерительной цепи 8; Функциональная схема которой содержит высокоточный генератор (ГВЧ), конденсаторы (С1, С2) через которые генератор связан с двумя колебательными контурами — рабочим (СЗ, L1) и сравнительными (С4Л2). Емкостная ячейка б и 7 проточного типа подключена к рабочему контуру. Тепловой преобразователь защищен от внешних электромагнитных наводок металлическим экраном(кожухом), внутренняя поверхность которого покрыта листовым асбестом, служащим изолятором от теплопотерь в окружающую среду.

В процессе измерения органической составляющей (СО) черного щелока меняется добротность рабочего контура измерительной цепи, что вызывает модуляцию высоко1745798 частотных колебаний генератора ГБЧ, Это модулирующее напряжение детектируется с помощью диодов, усиливается с помощью усилителя, выполненного на базе операционного усилителя серии К153 (К140), подается на нетвертый 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 (Со) органической составляющей черного щелока, информацию о ней (Со) необходимо получить от блока 8 до подачи теплового импульса в контролируемый поток от блока 4 (генератор тепловых импульсов). Электрический импульс заданной длительности (rU - 0,2-0,5 с) от блока 5 поступает на инвертор блока 4, выход кото-, рого нагружен на нагреватель 3 и первый вход блока 9 измерения времени прохождения тепловой метки. Электрический им-. пульс при помощи нагревателя 3 вводит в контролируемый поток тепловой импульс заданной мощности, который переносится потоком и регистрируется измерительным термочувствител ьн ы м элементом емкостной ячейкой 6, 7. Величина объемного расхода (Gc).однозначно связана со временем переноса теплового импульса (tM), определяемого в блоке 9, формирующего импульс, длительность которого определяется временем (тм) прохождения тепловой метки от нагревателя 3 до измерительного термочув. ствительного 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 делигнификации по поступающей в блок 5 информации следующий:

Заносится в память информация о конструктивных параметрах теплового преоб.разователя: dó — диаметр условного прохода, - расстояние от нагревателя до измерительного термочувствительного элемента, связь удельной теплоемкости (Ср) контролируемого потоКа с. концентрацией абсолютно сухого вещества в контролируемом потоке (Сасв), напряжение, подводимое к нагревателю (0 ), 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 теп5 ловой импульс от блока 4, время переноса (tM) которого поступает от блока 9 измерения времени прохождения на третий вход блока 5, где вычисляется объемный расход (Оо) ао формуле:

x cI

Х °

4 тм где л-3,14;

dy — диаметр условного прохода; ! — длина контрольного участка от нагревателя до ТЧЭ;

t< — время прохождения теплового импульса.

Далее вычисляется ATcp — средняя температура метки, поступающей от блока 8 мгновенной температуры метки Тм(т) и Тл(т) (температура потока) от блока 10 по формуле

13

ATcp / Тм (t ) d t — Тп (1 ) тз t2 t2 l где ATcp — средняя температура тепловой метки;

30 12 — начало тепловой метки; тз — конец тепловой метки;

TM(t) — мгновенная температура метки;.

Т,() — мгновенная температура потока от компенсационного ТЧЭ.

35 Вычисление удельной теплоемкости (Cp) потока производится по формуле: н/ 02н

G AT R

40 о ср н где р- плотность потока;

G0 — объемный расход;

A Tcp — средняя температура тепловой

UH — напряжение на нагревателе;

Rp — сопротивление нагревателя; го — длительность теплового импульса.

Исходя иэ того, что удельная теплоем50 кость {Ср) черных щелоков однозначно и линейно определяет концентрацию абсолютно сухих веществ (Cace) и практически не.зависит от породы древесины и режима варки целлюлозы, то определяется

55 Сасв по фоРмуле

Сасв = К Ср, где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Далее вычисляется соотношение:

С С

См Сасв Со

1745798

10 которое и определяет степень делигнификации целлюлозы, при известной плотностир контролируемого потока, информация о которой поступает на первый вход блока 5, Применение в предлагаемом устройстве диэлектрической вставки с нанесенными на ее наружную поверхность электродами в совокупности с импульсным вводом тепловой энергии в контролируемый поток исключает, по сравнению с прототипом, необходимость разделения совокупной информации об объемном расходе Go.и концентрация Сзсв, получаемой от двух термочувствительных эле-, ментов, и позволяет более точно и быстро определить концентрацию С черного щелока, Относительная погрешность определения С в диапазоне изменения концентрации 15 npu переменном расходе составила 2,5 Время измерения Сз составило 5 — 10 с, Применение емкостной ячейки позволило также определить концентрацию С органической составляющей черного щелока с погрешностью 3,5-4, что позволило определить степень делигнификации целлюлозы с погрешностью, не превышающей

5. . Все вышеперечисленное позволит ста-. билизировать качество конечного продукта и повысить его выход примерно на 1,31,4

Формула изобретения

Устройство для измерения степени делигнификации целлюлозы в варочных кот-. лах периодического действия, содержащее. установленный на циркуляционном трубопроводе варочной зоны котла тепловой пресбразователь с нагревателем, компенсационным и измерительным термачувст5 вительными элементами, размещенными соответственно до и после нагревателя по ходу потока, измеритель плотности, подключенный к первому входу блока вычисления степени делигнификации, связанного

10 вторым входом с компенсационным термочувствительным элементом, третьим и четвертым входом — с измерительной цепью измерительного термочувствительного элемента, и источник тепловых импульсов, под15 ключенный к нагревателю, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерения степени делигнификации целлюлозы, измерительный термочувствительный элемент выполнен в

20. виде трубчатой диэлектрической вставки, установленной в разрыве циркуляционного трубопровода с нанесенными на ее наружной поверхности электродами, подключенными к измерительной цепи, а устройство

25 дополнительно содержит блок измерения времени прохождения теплового импульса от нагревателя до измерительного термочувствительного элемента, при этом выход измерительной цепи дополнительно соедй30 нен 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 сте35 пени делигнификации целлюлозы.

1745798

Egg (аю&

Юп) о А

4Ъи (от&4/

<аа (umdi ф . Составитель Л. Прохорова.

Редактор В. Бугренкова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э, Лончакова

Заказ 2367 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101