Автоматизация отбелки гипохлоритом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

автоматизация электрический технический

Автоматика, отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения систем управления, действующих без непосредственного участия человека; в узком смысле - совокупность методов и технических средств, исключающих участие человека при выполнении операций конкретного процесса. Автоматическое управление в технике, совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с заданной целью управления. Автоматическое управление широко применяется во многих технических и биотехнических системах для выполнения операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количества информации в ограниченное время, для повышения производительности труда, качества и точности регулирования, освобождения человека от управления системами, функционирующими в условиях относительной недоступности или опасных для здоровья.

В недавнем прошлом гипохлориты являлись основным реагентом для отбелки целлюлозы. Но и в современных схемах многоступенчатой отбелки целлюлозы гипохлориты кальция и натрия находят себе достаточно широкое применение. Для обеспечения точности технологического процесса для того что бы процесс отбелки гипохлоритом был максимально выгодным нужно обязательно ввести в данный технологический процесс средства автоматизации и автоматики. Нужно соблюдать точные пропорции гипохлорита, щелочи, целлюлозы. Контролировать и регулировать расход этих веществ.

1. Краткое описание технологического процесса

Отбеливание после варки целлюлозы - это химический процесс, которому подвергают целлюлозу, чтобы повысить ее степень белизны. Чтобы достичь требуемого уровня белизны, отбеливание следует проводить путем удаления из полученной химическим путем целлюлозы остаточного лигнина (делигнификация, или отбеливание с удалением лигнина). На одной ступени отбеливания невозможно избирательно удалить весь лигнин, поэтому целлюлозу обычно отбеливают на трех-шести ступенях. На первых двух ступенях в основном выделяют и экстрагируют лигнин, а на последующих ступенях удаляют остаточный лигнин и получают конечный продукт. Такое последовательное отбеливание приводит к максимальному отбеливающему эффекту для каждого компонента. Использования гипохлорита натрия в качестве отбеливателя является одним из приоритетных направлений промышленного использования наряду с дезинфекцией и очисткой питьевой воды. Мировой рынок только в этом сегменте превышает 4 млн тонн.

Обычно, для промышленных нужд в качестве отбеливателя используются водные растворы NaOCl, содержащие 10--12 % действующего вещества

Гипохлорит натрия широко используется в качестве отбеливателя и пятновыводителя в текстильном производстве и промышленных прачечных и химчистках. Он может быть безопасно использован для многих видов тканей, включая хлопок, полиэстер, нейлон, ацетат, лён, вискозу и другие. Он очень эффективен для удаления следов почвы и широкого спектра пятен в том числе, кровь, кофе, трава, горчица, красное вино и т. д.

Гипохлорит натрия также используется в целлюлозно-бумажной промышленности для отбелки древесной массы. Отбелка с использованием NaOCl обычно следует за этапом хлорирования и является одной из ступеней химической переработки древесины, используемой для достижения высокой степени белизны целлюлозы. Обработку волокнистых полуфабрикатов проводят в специальных башнях гипохлоритной отбелки в щелочной среде (pH 8--9), температуре 35--40 °C, в течение 2--3 часов. В течение этого процесса происходит окисление и хлорирование лигнина, а также разрушение хромофорных групп органических молекул.

Гипохлоритная башня и смеситель как объект управления

Объект управления характеризуется следующими входными параметрами:

Расход гипохлорита (Fгп);

Расход пара (Fп);

Расход щелочи (Fщ);

Расход оборотной воды (Fв);

Расход целлюлозы (Fц).

Основными возмущающими воздействиями в процессе отбелки являются:

Внешняя температура (fв);

Наличие коагулированых частей целлюлозы (Слипшиеся комки целлюлозной массы) (fк);

Погрешности подающей системы (fп);

Изменение давления подачи воды (fд).

Объект управления характеризуется следующими выходными параметрами:

Температура (tв);

Уровень в гипохлоритной башне (h);

Концентрация гипохлорита с щелочью (Qгип).

На рисунке 1 показан объект управления и входные, выходные параметры и возмущающие воздействия.

Рисунок 1 Объект управления отбелки целлюлозы гипохлоридом

2. Постановка и описание задачи автоматизации

Задачей отбелки целлюлозы является продолжить делигнификацию и, используя отбеливающие химикаты, удалить полностью лигнин, известный как остаточный лигнин. Остаточный лигнин остается в целлюлозе после варки и кислородной делигнификации и не может быть разрушен и растворен без существенного снижения выхода целлюлозы или прочностных свойств волокна. Гипохлорит, используемый для делигнификации при отбелке, обладают более высокой селективностью по сравнению с химикатами, используемыми при варке и кислородной делигнификации. Другими словами, гипохлорит может разрушать лигнин до небольших, растворимых в воде и щелочи фрагментов с минимальным влиянием на выход и прочность целлюлозы. Задачей автоматизации отбелки целлюлозы гипохлоритом является достижение точных пропорций гипохлорита, пара, щелочи на входе. Подержание нужной температуры в смесителе. Регулирование требуемого уровня в гипохлоритной башне. Обеспечить правильный расход оборотной воды. Для особой точности регулирования данных параметров нужно использовать современные, точные датчики, а также надежные регуляторы.

3. Описание принципиально электрической схемы

Для подачи напряжение на схему замыкаем автомат QF. Происходит проверка всех ламп сигнализации и звонка. Подается напряжение на катушку реле времени KT11. При срабатывании реле времени KT11 замыкается контакт KT11 в строке катушки KM13. Размыкаются все контакты KM13 для предотвращения ложного срабатывания ламп сигнализации. Жмем кнопку SB2 подается напряжение на катушку магнитного пускателя KM1. Замыкаются силовые контакты магнитного пускателя для подготовки всех двигателей к автоматической работе. При превышении концентрации ОВП замыкается контакт датчика P1. Катушка магнитного пускателя KM2 и катушка реле времени KT1 получают питание. На двигателе M1 замыкаются силовые контакты KM2.Двигатель начинает закрывать задвижку в трубопроводе с гипохлоридом. Если концентрация ОВП не успевает понизится тогда срабатывает контакт реле времени KT1 в строке лампы HL1. Работает лампа HL1 и звонок HA. При низкой концентрации ОВП срабатывает контакт датчика P2 катушка магнитного пускателя KM3 и катушка реле времени KT2 получают питание. На двигателе M1 замыкаются силовые контакты KM3. Двигатель начинает открывать задвижку в трубопроводе с гипохлоридом. В случае если концентрация ОВП не успевает подняться до нужного уровня то срабатывает контакт реле времени КТ2. Загорается лампа HL2 и работает звонок HA. При превышении концентрации pH замыкаются контакт датчика P3. Подается напряжение на катушку магнитного пускателя KM4 и на катушку реле времени КТ3. Замыкаются силовые контакты КМ4 на двигателе М2. Двигатель начинает закрывать задвижку в трубопроводе в котором щелочь. Если концентрация pH не успевает понизится то срабатывает контакт КТ3. Загорается лампа HL3 и работает звонок HA. При низкой концентрации pH срабатывает контакт датчика P4. Подается напряжение на катушку магнитного пускателя КМ5 и на катушку реле времени КТ4.Срабатывают силовые контакты КМ5 на двигателе М2. Двигатель начинает открывать задвижку в трубопроводе в котором щелочь. Если концентрация pH не успевает повысится то происходит замыкание контакта КТ4.Загорается лампа HL4 и работает звонок HA. При превышении температуры срабатывает контакт датчика P5. Катушка магнитного пускателя КМ6 и катушка реле времени КТ5 получают питание. Срабатывают силовые контакты на двигателе М3. Двигатель начинает закрывать задвижку в трубопроводе с паром. Если температура не успевает понизится то срабатывает контакт КТ5. Загорается лампа HL5 и работает звонок HA. При низкой температуре замыкается контакт датчика P6. На катушку магнитного пускателя КМ7 и на катушку реле времени КТ6 подается напряжение. Срабатывают силовой контакты на двигателе М3. Двигатель начинает открывать задвижку в трубопроводе с паром. Если температура не успевает повысится до нужного уровня то срабатывает контакт реле времени КТ6. Загорается лампа HL6 и работает звонок HA. При превышение уровня замыкается контакт P7. Поступает питание на катушку магнитного пускателя КМ8 и на катушку реле времени КТ7. Замыкаются силовые контакты КМ8 в цепи двигателя М4. Двигатель начинает открывать задвижку в трубопроводе выхода целлюлозы. Если уровень не успевает упасть до нужного значения то срабатывает контакт КТ7.Загорается лампа HL7 и работает звонок HA. При низком уровне замыкается контакт P8. На катушку магнитного пускателя КМ9 и реле времени КТ8 подается напряжение. Срабатывают силовые контакты КМ9 на двигателе М4. Двигатель начинает закрывать задвижку в трубопроводе выхода целлюлозы. Если уровень не успевает повысится то срабатывает контакт КТ8. Загорается лампа HL8 и работает звонок HA. При превышении расхода оборотной воды замыкается контакт датчика P9. Катушка магнитного пускателя КМ10 и катушка реле времени КТ9 получают питание. Замыкаются силовые контакты КМ10 на двигателе М5. Двигатель начинает закрывать задвижку оборотной воды. Если величина расхода не успеет уменьшится то срабатывает контакт реле времени КТ9. Загорается лампа HL9 и работает звонок HA. При низком расходе оборотной воды замыкается контакт P10. На катушку магнитного пускателя КМ11 и катушку реле времени КТ10 поступает питание. Замыкаются силовые контакты КМ11 на двигателе М5. Двигатель начинает открывать задвижку оборотной воды. Если расход оборотной воды не успевает увеличится до нужного предела то замыкается контакт КТ10. Загорается лампа HL10 и работает звонок HA. Для отключения звонка нужно нажать на кнопку SB3. Катушка КМ12 получает питание замыкается контакт КМ12 для само подхвата кнопки SB3 и размыкается контакт КМ12 в строке звонка HA. Имеется защита от межфазных замыканий с помощью нормально замкнутых контактов КМ2, КМ3, КМ4, КМ5, КМ6, КМ7, КМ8, КМ9, КМ10, КМ11. И защиты электротепловыми реле КК1, КК2, КК3, КК4, КК5, КК6, КК7, КК8, КК9, КК10.

4. Функциональная схема системы автоматизации

Качество целлюлозы после гипохлоритной отбелки зависит от температуры, расхода химикатов, продолжительности отбелки и концентрации целлюлозы.

Автоматизация отбелки целлюлозы хлорированием:

АCP температуры;

АСР величина pH;

АСР величины ОВП;

АСР уровня;

АСР расхода;

АСК расхода.

Регулирование температур проводится путем изменения расхода пара в смеситель-подогреватель позиция 1. Дозировка химикатов проводится с помощью АСР косвенных параметров: величины pH позиция 2 и ОВП позиция 3 щелока, отбираемого из-под смесителя с помощью, специального пробоотборника.

Продолжительность отбелки регулируется косвенно с помощью АСР уровня позиция 4. Для стабилизации концентрации целлюлозы стабилизируют расход оборотной воды в зону разбавления башни позиция 5.Такая схема регулирования обеспечивает постоянное качество целлюлозы, в первую очередь ее белизну, при постоянной производительности отбельной установки. При наличии возмущения по производительности схема усложняется: вместо АСР косвенных параметров (pH, ОВП) необходимо применять АСР соотношения целлюлозы и химикатов с коррекцией по косвенным параметрам. Для контроля процесса отбелки целлюлозы гипохлоритом используются АСК расходов гипохлорита позиция 6, щелочи позиция 7 и пара позиция 8. По аналогичной схеме автоматизируется отбелка целлюлозы двуокисью хлора.

5. Выбор комплекса технических средств автоматизации

В процессе отбелки гипохлоритом используются различные средства контроля и регулирование для нормального процесса нужно использовать современные датчики и регуляторы. Магнитно - индуктивный расходомер в соответствии с рисунком 2

Рисунок 2- Магнитно - индуктивный расходомер

Высокоточный расходомер для кислот, щелочей, паст и суспензий, даже с очень высоким содержанием твердых веществ в жидкостях.

Основные характеристики

Расход: 0...85 м3/час (в зависимоси от Ду)

Присоединение: 2,5 мм, 4, 6, 10, 15, 25, 40, 50, 80, 100 мм Т.

окружающей среды : -25 ° C до +60 ° C

Давление: 40, 16 бар

Исполнение: керамика, нержавеющая сталь

Точность: ±0,15 %

Электроснабжение: 24 В или 220 В

Расходомеры DIVA TVA в соответствии с рисунком 3

Рисунок 3- Расходомеры

Идеальный расходомер обтекания с переменной площадью для измерения расхода насыщенного пара. Компенсация плотности выполняется в моноблочном электронном блоке

Относительная погрешность измерений ±2,0% в диапазоне расходов 1:50.

Размеры трубопроводного датчика от Ду50 до Ду100.

Термосопротивления ДТС типа ТСП, ТСМ в соответствии с рисунком 4

Рисунок 4- Датчик температуры

Диапазон измерений (в зависимости от конструктива) -50...250 (500) °С

Значение показателя тепловой инерции термопреобразователя ДТС не превышает 30 с.

Рабочий ток в измерительной цепи ДТС не более 5 мА.

pH метр PH-013 в соответствии с рисунком 5

Рисунок 5- pH метр

Диапазон измерения pH: 0.00 - 14.00, RedOx: 0~±1999mV, °C: 0 - 100°C

Цена деления: 0.01pH, 1mV, 0.1?

Термощуп для автоматической компенсации температуры (от 0 до 50°C) в комплекте

Цена деления 0.01pH

Погрешность ±0.01pH, ±0.1? полной шкалы±1 цифра, ±0.4?

Профессиональный электрод pH в комплекте, сопротивление: 500...1000МОм (ОВП электрод приобретается отдельно)

Питание: батареи 9V в комплекте

Окружающая среда: 0-50?, влажность ?95?

Размеры 180 x 83 x 46 мм

Вес 290 г

ОВП метр ORP-169B в соответствии с рисунком 6

Рисунок 6- ОВП метр

Диапазон измерения: 0 ± 1999 мВ

Рабочая температура 0-50°C

Цена деления 1 мВ

Погрешность ± 5 мВ (после калибровки)

Калибровка эталонными растворами 240мВ или 470мВ (в комплект не входят)

Питание: батареи 2 x 3V (CR2032) в комплекте

Продолжительность работы от батарей - свыше 1000 часов

Размеры 157 x 27 x 20 мм

Вес 46 г

6. Спецификация используемых технических средств

В схеме автоматизации используются приборы, спецификация которых внесена в таблицу 1.

Таблица 7 - Спецификация технических средств

Размещено на Allbest.ru