Устройство для измерения степени делигнификации целлюлозы в варочных котлах

(я)з О 21 С АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ О АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТ ский инсти Л.Б.Глазов ССРРЕНИЯ СТЕЛЛ ЮЛОЗЫ О ГОСУДАРСТВЕННЫЯ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 21) 4854297/12(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕПЕНИ ДЕЛИГНИФИКАЦИИ ЦВ ВАРОЧНЫХ КОТЛАХ(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. 2 ил.3Изобретение относится к целлюлозно- ского действия, состоящее из иэмерительбумажной промышленности и может быть ного преобразователя и измерителя плотноиспользованодля непрерывногоизмерения сти, установленных на циркуляционномстепени делигнификации целлюлозы в ва- трубопроводе варочной зоны котла, причемрочных котлах. 5 измерительный преобразователь выполненОпределение степени делигнификации в виде теплового преобразователя с нагрецаллюлоэы лабораторными методами тре- вателем, а термочувствительные элементыбует высокой квалификации. лаборанта и теплового преобразователя расположенызначительного времени (десятки минут). за нагревателем по ходу потока массы, изПри варке целлюлозы применяются также 10 меритель плотности связан с тепловым неоптические, органолептические методы контактным преобразователем черезконтроля, 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 измеренияопыта оператора и приводит к необьектив степени делигнификации из-за невозможности данной им оЦенки степени делигни- ности раздельного контроля составляющихфикации, частей сухого остатка черного щелока, в изИзвестно устройство, реализующее вестном же устройстве, исходя из решенияспособ непрерывного контроля степени де- системы уравнений;лигнификации целлюлозы, состоящее из 20 Лт 1 =т 1(60, С).измерительных преобразователей перепа- Л т 2 = т 2 (60, С) (1)да давления, расхода, установленных на где Лт 1 - сигнал отпервогоэа нагревателемтрубопроводе массы, и совокупности при- термочувствительного,элемента;боров, измеряющих концентрацию этой Лт 2 - сигнал со второго эа нагревателеммассы, Определяется зависимость степени 25 термочувствительного элемента;делигнификации от перепада давления, С - концентрация абсолютно сухих верасхода и концентрации. в виде уравнения ществчерного щелока(контролируемогопорегрессии, коэффициентами которого явля- тока);ются показания перечисленных приборов. 6, - обьемный расход контролируемогоК недостаткам известного устройства 30 потока,относится необходимость проведения до- можно с достаточной достоверностью гово. полнительных исследований (поиск новых рить лишь о концентрации абсолютно сухихкоэффициентов регрессии) при переходе на веществ черного щелока (Сасв). Однако недругие сорта древесины или изменении тех- обходимо отметить, что концентрация Сасвнологического режима. Измерение перепа черного щелока, которая, как известно, сода давления контактным датчиком стоит из суммы концентрация минеральнойненадежно иимеет низкую точность из-за См и органической С 0 составляющих, и приабразивного износа и засорения массой су- одинаковой плотности и одинаковой конжающих устройств, входящих в конструк- центрации Сасв возможно неоднозначноецию этого датчика. Перепад давления 40 решениесистемыуравнений(1),крометого,зависит также от концентрации и скорости именно соотношение между Со и Сн припотока 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 С 0 и Савв сиссть вращения мешалки и тока нагрузки в темы уравнений (1) связано с разделениемцепи ее привода, весьма грубо, так как ско- получаемой совокупности информации Ьт 1рость ее вращения и ток нагрузки в цепи ее и Ьт 2 Применительно к тепловым преобраприводазависятнетолькоотконцентрации 50 зователям такое разделение возможно ии температуры массы, но и от колебаний точность этого разделения определяетсянапряжения в сети привода мешалки, меха- зонами установки термочувствительныхнического его износа и т.д. Относительная элементов, измеряющих Лт 1 и Лт 2. Оптипогрешность измерения степени делигни- мальный выбор указанных эон возможенфикации целлюлозы вышеуказанным уст только экспериментальным путем, а такжеройством достигает 16, поскольку статические характеристики Лт 1Наиболее близким по технической сущ- и Л 2 от 60 и Са существенно нелинейны,ности к изобретению является устройство то нахождение искомых параметров 60 идля измерения степени делигнификации Сасв путем разделения совокупной инфорцеллюлозы в варочных котлах периодичемации возможно только в узком диапазонерасходов и концентраций, в котором допустима линеаризация этих статических характеристик. Кроме .того показано, чтотепловые преобразователи указанного типа 5обладают довольно высокой (30-40 с) инерционностью. Таким образом, для более точного определения степени делигнификациинеобходимо исключить неоднозначностьрешения системы уравнений (1), для чего 10необходимо определить дополнительно хотя бы одну из составляющих Сесе, напримерСо а также точнее определить Оо и Сасв Дляповышения быстродействия устройства необходимо уменьшить влияние инерционных 15процессов теплопереноса от контролируемого потока к термочувствительному эле-.менту.Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения 20степени делигнификации целлюлозы в варочных котлах,Указанная цель достигается тем, что аустройстве, содержащем установленныйна циркуляционном трубопроводе варочной зоны котла тепловой преобразователь .с нагревателем, компенсационным и измерительным термочувствительными элементами, размещенными соответственнодо и после нагревателя по ходу потока, измеритель плотности, подключенный к первому входу блока вычисления степениделигнификации, связанного вторым входом с компенсационным термочувствительным элементом, третьим и четвертым 35входом - .с измерительной цепью измерительного термочувствительного элемента(ТЧЭ) и источник тепловых импульсов, подключенный к нагревателю, измерительныйтермочувствительный элемент выполнен в 40виде трубчатой диэлектрической вставки,установленной в разрыве циркуляционноготрубопровода с нанесенными на ее наруж-.ной поверхности электродами, подключенными к измерительной цепи, а устройство, 45. дополнительно содержит блок измерениявремени прохождения теплового импульсаот нагревателя до измерительного термо. чувствительного элемента, при этом выход измерительной цепи дополнительно соединен с 50одним из входов блока измерения временипрохождения теплового импульса, другойвход которого соединен с выходом источника тепловых импульсов, подключенного входом к выходу блока вычисления степени 55делигнификации целлюлозы.Повышение точности измерения достигается тем, что в предлагаемом устройствеизмеряется концентрация Со органическойсоставляющей 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 ИПРМ) и в тепловой преобразователь, состоящий из металлического патрубка 2 с нагревателем Зкоторый 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 (С 1, С 2) через которые генератор связан с двумя колебательными контурами - рабочим (СЗ, Е 1) и сравнительными (С 4 Л 2). 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 высокочастотных колебаний генератора ГБЧ, Это модулирующее напряжение детектируется с помощью диодов, усиливается с помощью усилителя, выполненного на базе операционного усилителя серии К 153 (К 140), подается на четвертый вход блока 5, выполненного .на базе микропроцессора серии К 180 ВМ 1, в состав которого входят также аналоговый коммутатор (К 561 КП 2), таймер (К 580 ВИ 53), аналогоцифровой преобразователь серии Ф 7077/2.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 ( го - 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 (Оо),однозначно связана со временем переноса теплового импульса (ъм), определяемого в блоке 9, формирующего импульс, длительность которого определяется временем (тм) прохождения тепловой метки от нагревателя 3 до измерительного термочувствительного элемента б, 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: бу - диаметр условного прохода,- расстояние от нагревателя до измерительного термочувствительного элемента, связь удельной теплоемкости (Ср) контролируемого потоКа с концентрацией абсолютно сухого вещества в контролируемом потоке (Свсв), напряжение, подводимое к нагревателю (Он), сопротивление нагревателя (Вн) 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 теп ловой импульс от блока 4, время переноса(ь) которого поступает от блока 9 измерения времени прохождения на третий вход блока 5, где вычисляется объемный расход (Оо) цо формуле:1064тмгде л,14;бу - диаметр условного прохода;- длина контрольного участка от нагревателя до ТЧЭ;тм - время прохождения теплового импульса.Далее вычисляется ЬТср - средняя температура метки, поступающей от блока 8мгновенной температуры метки Тм(т) и То(т)lгде ЬТср - средняя температура тепловойметки;30 т 2 - начало тепловой метки;тз - конец тепловой метки;Тм(1) - мгновенная температура метки;.Тф) - мгновенная температура потокаот компенсационного ТЧЭ.35 Вычисление удельной теплоемкости(Ср) потока производится по формуле:щ 026 ЬТ В40 о ср нгде р- плотность потока;бо - объемный расход;Л Тср - средняя температура тепловой45 метки,Он - напряжение на нагревателе;Йн - сопротивление нагревателя;го - длительность теплового импульса.Исходя иэ того, что удельная теплоем 50 кость (Ср) черных щелоков однозначно и линейно определяет концентрациюабсолютно сухих веществ (Свсв) и практически не зависит от породы древесины и режима варки целлюлозы, то определяется55 Сасв по фоРмУлеСасв = КСр,где К - коэффициент пропорциональности,Далее вычисляется соотношение:См Сасв - Сокоторое 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 Оо,и концентрация Сзсв, получаемой от двух термочувствительных эле-, ментов, и позволяет более точно и быстро определить концентрацию С черного щелока, Относительная погрешность определения Сасв в диапазоне изменения концентрации15 ф , при переменном расходе составИла 2,5 . Время измерения Саов 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 стабилизировать качество конечного продукта и повысить его выход примерно на 1,3- 1,4Формула 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 термочувст вительными элементами, размещеннымисоответственно 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, под 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 измерениявремени прохождения теплового импульса от нагревателя до измерительного термочувствительного элемента, при этом выход измерительной цепи дополнительно соедй нен с одним из входов блока измерениявремени прохождения теплового импульса, другой вход которого соединен с выходом источника тепловых импульсов, подключенного входом к выходу блока вычисления сте пени делигнификации целлюлозы.