臭氧反应器过程控制制造技术

通过前馈和／或反馈控制的采用实现对调节纸浆白度或卡伯值的过程控制。具体而言，前馈控制根据对输入纸浆白度或卡伯值及纸浆和臭氧的输入量在线测量调节进入漂白反应器的臭氧量，更具体地说，是使用一个预置方程，根据该反应器的现有的操作特性确定达到所需白度或卡伯值的臭氧量，并据此调节臭氧气体流速。与反应器配置的反馈回路中的直线传感器和流量计监测输出白度或卡伯值以产生一个误差控制信号，该信号代表用以补偿预定的不准确和／或测得的操作参数的改变的一个校正项。其它控制方法也被公开。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纸浆工业，更具体地说，涉及为取得所需白度在纸浆去木质化或漂白过程中控制臭氧漂白程度的方法。木材由两种主要成分组成一纤维状碳水化合物，即纤维素部分，和非纤维状成分。形成木材纤维状纤维素部分的聚合链相互配合并与相邻的链形成强的缔合键。非纤维状部分含有主要由苯丙烷形成的三维聚合物质，我们称之为木质素。尽管大部分木质素分布于纤维自身当中，但仍有部分木质素处于纤维素纤维之间，将其键连为一固体物质。为了用于造纸工艺，木材首先必须被粉碎制成纸浆。纸浆可被定义为能够被浆化或悬浮，然后沉积在筛网上形成一个薄片(即纸)的木材纤维。用公众熟知的牛皮纸造浆工艺或改进的牛皮纸造浆工艺对木材造浆会形成被称之为“黄料浆”的纤维素纤维的黑色料浆。参见如Rydholm，Pulping Processes.Interscience Publishers，1965和TAPPI Monograph No.27，The Bleaching of Pulp，Rapson，Ed.，The Technical Association of Pulp and Paper Industry(1963)。黄料浆的黑色是由于在煮解作用时未将全部木质素除去，而且在造浆过程中经过化学改性形成生色基所致。因此，为了减轻黄料浆的颜色，即为了使其适用于印刷、书写和其它应用白纸的用途，必须通过加入去木质物质并通过将一切残余木质素经过被称为“漂白”或“增白”的过程化学转化为无色化合物以连续去除剩余的木质素。去木质化和漂白工艺是在一系列步骤中使用化学试剂的选择性组合对洗涤后的纤维状物质进行作用的。现有技术给出了化学处理的各种组合。多年来通常使用元素氯对木材纸浆进行去木质作用和漂白。尽管已经证实元素氯是一种有效的漂白剂，但其难于使用且对工厂员工和设备而言具备潜在的危险性。另外，由于腐蚀可能性，氯滤液不能被完全循环，因此这种滤液必须经污水管排放。这将导致有机氯型化合物被排放到环境中，该排放受政府污染控制机构的控制。为避免使用氯作为纸浆或其它木质素纤维素材料的漂白剂，现已提出了使用臭氧漂白纸浆。其优点在于臭氧易于与木质素反应从而有效地降低纸浆中的木质素含量。但在许多情况下臭氧会与组成木材纤维的碳水化合物发生有害的化学反应从而大大降低所制得的纸浆的强度。此外，由于臭氧的氧化性和化学稳定性，它对于工艺条件特别敏感，且这些工艺条件变化会显著改变臭氧对木质素纤维素材料的反应活性。自从臭氧的去木质化性能在本世纪初被首先认可之后，在该领域中进行了大量和持续的研究工作以开发适用于木质素纤维素材料漂白的工业方法。已经证明这样的方法难以把握，在文献中已有数起失败的报导。在美国专利US.No.5，181，989(1993年1月26日授权)标题为“纸浆漂白方法”和美国专利US.No.5，174，861(标题为“纸浆漂白反应器”)中公开了一种用臭氧以工业实用方法漂白纸浆以制得高等级漂白纸浆的新设备和方法，这两项专利均转让给同一个受让人。在设定的参数下使用气态臭氧漂白剂高度选择性地去除和漂白木质性，同时使得纤维素的降解最少。必须加以控制的工艺参数包括纸浆进料速率，纸浆粒径，纸浆粘稠度，纸浆pH，纸浆温度，纸浆去木质作用程度，臭氧进料浓度，臭氧进料速率，用于纸浆的臭氧量(它是臭氧浓度和气体流速的函数)，以及气体和纸浆在臭氧反应器中的停留时间。在反应器中纸浆以分散的活塞流方式向前运动，从而使得几乎全部纸浆颗粒以均匀的形式与臭氧相遇，以获得白度大体均匀增加的纸浆。尽管上述设备具有在漂白工艺中避免了氯化原料的使用从而使实际上全部滤液均能被循环和回收这一优越之处，但我们还希望通过一个或多个工艺参数如输入纸浆的白度或生产率的改变来调节臭氧使用量，从而进一步改进输出白度的控制或臭氧的反应器内的卡伯(Kappa)值。此外快速获得一个新的稳定态是重要的，如在对生产率或目标白度进行有计划的改变之后。另外，由于纸浆与臭氧在反应器中相对短的停留时间，还存在快速调节臭氧的使用量以使不足或过度漂白减至最少以及使用最优臭氧消耗以获取目标白度的能力问题。由于上述种种原因，通过使用前馈控制，反馈控制或二者的结合实现控制纸浆漂白的方法。具体而言，前馈控制依据对进入反应器纸浆性能的在线测量和纸浆及漂白剂的输入量调节进入反应器的漂白剂的量。更具体地说，是使用一个预置方程依据反应器的操作特性计算出达到所需的纸浆特性或漂白程度所需要的漂白剂的使用量，并据此调节进入反应器的漂白剂的用量。与反应器配置的位于反馈电路中的传感器监测输出纸浆的特性以产生表示校正项的误差控制信号，该参数用以校正预置方程和/或测量的操作参数中的偏差。由于相对短的气体和纸浆停留时间以及对操作参数的高度敏感性，出口纸浆性能对于进料纸浆性能，生产率和/或其它操作条件的改变快速做出反应。尽管有这些变化的操作条件，本专利技术的过程控制便利地提供了一种方法以控制对纸浆的臭氧使用量，以便最快地获得所需的纸浆性能或漂白程度。在一个优选的实施方案中，使用过程控制以控制输出纸浆白度，同时使在臭氧漂白反应器中的臭氧用量最少和最优化。使用计算为达到所需纸浆性能如白度所需的臭氧使用量的预置方程，采用前馈控制的方式以调节臭氧气体流速。在线传感器监测如白度的输出纸浆性能并提供信息以产生校正前馈控制中的任何误差的反馈信号。该控制过程优选由五个或五个以上的步骤组成，在这些步骤之中或它们之间有若干可能的变化。本专利技术的有效实施方案中包括(但不局限于)下述步骤(1)用现有技术中公知的方法在线测量如输入纸浆的GE白度或卡伯值的纸浆性能;(2)测量臭氧反应器的操作参数，其中包括温度，pH，气体流速，臭氧浓度和输入纸浆的进料速率;(3)在前馈控制下，根据过程控制型，如从小试或中试数据，依据所测量的输入纸浆性能的改变，调节为达到所需纸浆性能，如白度或卡伯值所需的臭氧使用量;(4)在线测量纸浆性能，如输出纸浆的GE白度或卡伯值;和(5)在反馈控制下，根据校正误差方式调节臭氧使用量以达到所需的输出纸浆性能，如白度或卡伯值，这个校正一般而言是必须的，这是由于不完善的过程控制模型，操作过程测量中的不精确或反应器操作参数的改变和进料纸浆性能的改变所致。有各种方法可用于前馈控制和/或反馈控制。在一种实施方案中，在起动过程中和在反馈控制下，臭氧的使用量是反应器的基础负载。一旦达到稳定态操作，则在反馈控制下单独调节臭氧的使用量。然而优选将来自反馈控制的误差校正信号与来自前馈控制的部分汇总。通过阅读下述描述到及附图可获得对本专利技术更完整的理解，其中附图说明图1是本专利技术的优选过程控制的方块流程图;图2是使用本专利技术过程控制的臭氧反应器系统的示意图;图3是进料纸浆K值对进料纸浆白度的关系曲线;图4是获得53%GEB现有纸浆白度的臭氧消耗(%)对进料纸浆白度的关系曲线;图5是获得出口纸浆K值为4.5的臭氧消耗(%)对进料纸浆K值的关系曲线;图6是获得现有纸浆白度53%GEB的臭氧消耗(%)对臭氧漂白过程中pH的关系曲线;图7是获得现有纸浆白度53%GEB的臭氧消耗(%)对臭氧漂白过程中温度的关系曲线;图8是出口纸浆白度对两种不同的进料纸浆白度的臭氧消耗(%)的关系曲线;图9是用于带有反馈比例积分(PI)控制的前馈控制的控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制臭氧漂白过程以达到所需漂白程度的方法，该方法包括：（ａ）向纸浆中加入所城量的进料臭氧；（ｂ）使该纸浆进入一个漂白反应器并从该反应器流出；和（ｃ）根据测得的纸浆性能将进料臭氧的量调节至达到所需漂白程度所要求的值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DE怀特，TP甘戴克，MA匹库林，WH夫里德，
申请(专利权)人：联合帐蓬专利控股公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]