автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Автоматический контроль параметров потоков щелоков в процессе варки целлюлозы

СанктЧ1е1ербургсютй Технолоппоский шстктут

На правах рукописи

V г V' • Л

новичков Юрий Александрович1. '•*^

АЖ0МА7ЖЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЙОТОНОД, . ' ЩЕЯОК^ В ПРОЦЕОСЙ ВАРЛ! ЦИШЖОЗ« у ''

Специальность 05.Ц.13 - Приборы я методы контрг

•'у- " ^природной' срзеч, всессгв','

5 Г-'-. £кзделай .„

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ..

Саакт-Петербург 1993

О* , .

у' ^ ¿л -

, 1 • Работа шполяеиа'на кафедре автоматизации процессов ' юшичэскоЦ промышленности Саяк'г-иотерОургского .Теиюлога-.чоикого института. . . ^.

.'.Цаучиий- руководитель '{л''"; : -:Ч ' ' ■ '

дЬктор технических Наук, профессор СОКОЛОВ Г

II ■•." ■ ' . Геннадий Александре

.••.. - • ОфоишльЫ» оппоненты; . : •;•'•."•. , х-.'.'Д;"

,; )(о*«Ьр ¡«вхничёских иаук, профеосор -'; \ •: КАТУЩШ ■ -;;,

' '' ; '■''/:'.'-.' '''V".'-;'' Вяадиылр ПсгуОвич -

кандидат технических наук-, ставший,.-/- : •'• ; .

научный ротрудшш ; " V; \ . ..

. ' ■■ : Сергей Евгеньевич

Ведущее'предприятие - Всероссийский научно-иссде^бвательсю институт бумаги / С.-Петербург/,• •' ;• 'Л- ■

Защита состоится "29" 1993 года '•'•'•;•..

в ч. 60 м. в аул. 6/- на заседании- Специализированное Совета Д 063.25.11 в Санкт-Петербургском Технологической институте (198013, Санкя-Детербург, Уосковский пр., 26). С диссертацией можно ознакомится в библиотеке С.-ПбТЯ

. От-.лвы на автореферат в одном экземпляре, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу Специализированного Совета. -- •

Автореферат разослан " .мая ' 1993 г.

Учений секретарь Специализированного Совета, канн.техн.наук

В.И.Халиыо!

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТИ

Актуальность проблемы. Современное состояние отечественной целлшозно-бумажной промышленности/ЦЕП/ характеризуется высок-л спросом на ее продукцию при резко ограни-> чешшх возможностях его удовлетворения и крайне неблагоприятной экологической обстановке в местах еа производства. Большинство основных производственных процессов ЦЕП,в том числе к процессы варки целлюлозы,на ведущих предприятиях отрасли оснащены автоматизм ,вашими сиотетта управления технологическими прессами/АОУТЦ/. Однако,репение задач по совершенствовании качества продукции целлвтозно--буыажного производства не лимитируется,в настоящее врэш,, возмог эстлми и структурой средств управляющей Вычислительной техники,а в основном зависит от степени оснащенности систем информационного обеспечения процессов средствам контроля технологических параметров.определяющих качество целевого продукта. Одной из основных стадий целлюлозяо-бу-^ ш юго производства является процесс варки целлслозы,управление которым,несмотря на многообразие способов его организации и игааратурного оформления,осуществляется традиционно по, так называемому Н-фактору Врумма,объединяющему влияние температуры и продолжительности процесса. Причем, }. 1Я обеспечения заданного качества и выгода целевого продукта периодически осуществляется коррекция Н-фактора лабораторными- анализами по црямым показателям качества целэ-' вого продукта - степени делигнификацин/жестностя/ получаемой целлюлозы. л жесткости можно судить как по количеству остаточного лигнина в целлюлозе,так и косвенно по количеству лигтша,переходящего в варочный расгвор/щелок/ по мэре протекания технологического процесса. Именно наличие информации о концентрации и составе щелока в процессе варки целлюлозы принципиально обеспечит оперативную коррекцию Н--фактора по качеству целевого продукта при управлении технологическим процессом.В настоящее время отсутствуют средства непрерывного автоматического контроля вшгауказешшх ттягяметгор щелоков в их взаимосвязи о качеством целепот

продукта,что и обусловило актуальность темы исследований. Диссертационная работа проводилась в соответствии с гос./ бюдж.НИР "Разработка методологических основ и создание многофункциональных технических средств автоматизации,алгоритмического обеспечения и диагностики распределенных АСУТП и ГАЛС /рег.£01910048387/.

Цель и задачи исследования. Диссертационная работа гтосвящена создании методов и системы автоматического контроля параметров потоков щелоков в процессе варки целлюло-. 8Ы. Реализация указанной цели исследования неразрывно связана с постановкой и решением следующих задач:

-анализом иввестных принципов управления процессами варки целлюлозы,методов и средств контроля параметров потоков щелоков,исследованием их физических свойств,как характеристики качества целлюлозы; ......#.

-разработкой проточного, неконтактного неточного теплового метода измерения концентрации абсолютно сухих веществ /Сасв / щелоков и создание на его основе структур«-. и алгоритма функционирования системы автоматического контроля /АСК/ параметров потоков щелоков в процессе варки целлвдозк;.... .. .. ,

-созданием методики параметрического синтеза первичных измерительных преобразователей АСК параметров потоков щелоков J процессе варки целлюлозы на базе результатов их математического моделирования и проведения экспериментальных исследований; ......

- -метрологическими исследованиями и практическим применением разработанной АСК. ......

Методы исслеловакЕЙ. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования с применением аппарата теории вероятности и математической статистики, а также теории теплопроводности,электропроводности и массо-переноса.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

-на основе анализа щелоков,как объекта контроля,впер*-

вые предложен,теоретически и экспериментально'обоснован неконтактный тецлокондуктометрический метод измерения концентрации абсолютно сухих веществ в потоке щелоков по их удельной.теплоемкости,инвариантный к составу исходного сырья и технологическим режимам процесса варки целлюлозы;

- в синтезе на базе предложенного метода структуры ыногопараметрической АСК потоков щелоков в.процессе варки целлюлозы.новизна которой подтверждена авторским свидетельством об изобретении,й в разр-^отш, алгоритма ее функционирования;

- в создании в результате проведенных экспериментальных исследований и предложенного математического моделирования,методики и алгоритма параметрического синтеза первичных измерительных преобразовал чей АСК параметров пото-■ког челоков в прог "¡се варки целлюлозы. .

Практическая ценность работы состоит: .

г в разработке системы автоматического контроля параметров •потоков щелоков в процессе варки целлюлозы,базирующейся на предложенном проточном теплокондуктометрическои 'меточном мет. :е измерения с приме! 1нием песональаой ЭВМ для обработки первичной информации;

- в разработке практических рекомендаций по параметрическому синтезу первичных измерительных преобразователей и программного обеспечения АСК параметров потоков щелоков в процессе варки целлюлозы. - -

Реализация результатов работы. Теоретический,методические и приборные разработки автора наши практическое Ьрименение на целлюлозно-бумажном заводе /г.Советск,Калининградской обл./ при решении задач информационного обеспечения системы управления процессом периодической варки сульфитно)? целлюлозы средствами автоматического контроля . параметров потоков щелоков,циркулирующих в варочном котля. Проведчны промышленные испытания разработанной системы. Внедрение разработанной-системы обеспечит оперативную гор-рекотк Н-Фэктора при управлении процессом варки деллплозн, повисят рк^гг^тчесгую р^Фектявяость технологического иго-

б

цесса за счет экономии исходных химикатов,сырья и энергоресурсов.

Основные положения.внноркмые на зрщиту: -результаты анализа щелоков в процессе варки целлпло-'зн как объекта контроля;

• предложенный неконтактный тепло-коидуктометркческий

.метод измерения концентрации сухих веществ в щелоках на этнологическом потоке по. их удельной тепловик

-структура системы контроля параметров потоков щелоков в процессе варки целлюлозы и алгоритм ее функционирования; .

-результаты экспериментальных и теоретических исследований первичных измерительных преобразователей и разработанной системы в целом;

- методика параметрического синтеза первичных измерительных преобразователей системы контроля параметров потоков щелоков ЦБД в процессе варки целлюлозы. .. . - .

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались к обсуждались на Всесоюзных конференциях "Математические.методы в химии",Новочеркасск,1989, "Развитие, системы метрологйчес >го обеспечения измерения расхвд» и количества веществ",Казань,1991, "Автоматизация технологических процессов в химической промышленности",Челябинск, 1990, "Совершенствование средств измерения расхода жидкости,газа,пара" ..Санкт-Петербург,1992. .

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ,в числе которых авторскбе" свидетельстве об "зобретении и положительное решение на изобретение.

Структура и обьем диссертации.' Диссертационная работа состоит из введения,четырех глав,заключения и изложена на 146 страницах машинописного текста,содержит 4 таблицы, 45 рисунков, 2 приложений на 9- страницах и список использованных источников,включагаий 103 работе.

СОДгГСАИИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность проблемы,сформули-

рованц цель работы,научная.новизна исследований и выдвигаемые на защиту положения.

В пепвой главе представлен анализ технологических процессов варки целлюлозы,принципов и методов их автоматического управления,а также современное состояние информационного обеспечения систем автоматизации процесса варки целлюлозы. Установлена идентичность основных принципов управления как непрерывным,так и периодическим процессами варки целлюлозы,которые заключают т. в достижении требуемого выхода и качества получаемой целлюлозы,путем поддержания заданного значения Н-фактора,связанного со степенью де~ лигнификации/жесткости/ целлюлозы. Показано,что для повышения пчества целевого продукта при автоматическом управлении процессом варки целлюлозы целесообразно осуществлять опс.ативную коррек по Н-фактора по изменеми» концентрат и /состава/ и количеству щелоков,циркулирующих в варочном котле. . .

Проведен анализ известных.методов и средств автоматического контроля свойств и состава щелоков,применяемых на различных ;тадиях производства ^еллюдозы. Обобщение результатов представленного анализа позволило конст-гировать;

-гни один из известных методов и приборов,несмотря на и: многообразие,при наличии определенных достоинств и недостатков не обеспечивает получение информации о степени дртагнификации/жесткости/ получаемой в процессе варки целлюлозы, характеризующей ее качество;

-задача ароматического измерения плотности щелоков удовлетворительно решается-существующими методами и средствами. Однако,возможности применения плотномеров для определения концентрации абсолютно сухих веществ в щелоках прак-1 тически исключается вследствие неоднозначности их гралущо-вочннх характеристик при различной жесткости, целлюлозы;

-перспективным направлением решения задачи автоматического контроля концентрации/состава/ и количества гсело-гср.ш'ркулрругщих в ряточпом котле,является развитие не-«"птяктпнт протпочму тепловых и алектрофизрччскит метптти,

учитывая опыт их применения для измерения отдельных показателей качества щелоков на других стадиях производства. целлюлозы. Представленные в главе 1 анализ принципов управления процессами варки целлюлозы,современное состояние их информационного обеспечения и обзор известных методов и средств автоматического контроля качества и свойств щелоков предопределили постановку и решение,сформулирован-ях выше.задач настоящего исследования.

Во второй главе в результате идентификации щелоков, применяемых при варке целлюлозы.кац объекта контроля.тео-ретически обосновывается предложенный проточный некон -тактный тепловой меточный метод определения концентрации сухих веществ в щелоках,а на его основе синтезируется структура многопараметрической системы автоматического контроля концентрации состава и расхода щелоков,циркулирующих в варочном котле. .. .

Проведенный анализ щелоков в процессе варки целлюло-зы.как объекта контроля.показал.что для таких физических свойств щелоков,как плотность,теплоемкость,теплопровод- " ность,вязкость,имеет место их корреляция с концентрацией сухих веществ. Вместе с установлено,что только зависи-. мооть теплоемкости от концентрации сухих веществ,имея линейный Характер,инвариантна к изменению состава исходного сырья я технологических режимов варки целлюлозы. Установлена также достаточная для технических измерений чувствительность электрофизических свойств,в частности электропроводности щелоков к изменению концентрации и температуры.

Предложен проточный неконтактнйй тепловой меточный

метод определения концентрации сухих веществ/С„л_/ з вело. асв ке по его удельной теплоемкости/С^,реализующий уравнение

измерения /1 /:

где р - плотность щелока,

Зо - объемный расход потока щелока, ДТм - средняя температура тепловой метки, . •¿/ч - время переноса тепловой метки потоком щелока по контрольно^ участку ¿к в канале патрубка с площадью поперечного сечения »3. ,

... Тп - температура потока щелока на входе в

канал патрубка, .. .......

мгновенная темг ратуша тепловой метки, - соответственно.конечная к начальная . временная координаты тепловой метки при.прохождении максимума тепловой метки зоны ее регистрации, •.

постоянные коэффициенты. , , .Из уравнения /1/ следует,что величина С определяете . как результа1 зримых измерений плотности/ у? / 1 лйка,времени переноса тепловой метки / по контрольному участку и ее средней температуры /&Тц /. Измерение плотности щелока не представляет существенных сложностей и реализуется одним из известных методов.

Резуль. лы прямого.измерение времени переноса тепловой метки / ~Ьм / до контрольному участку,зависшего от величины объемного расхода должны быть инвариантны к изменеН" о состава щелоков,что обеспечивается,как показали исследования,фиксацией момента прихода тепловой метки в зону регистрации по ее максимуму. -

Информация о ЛТм должна адекватно соответствовать, средней по сечг"чв канала патрубка температуре метки в зоне ее регистрации,что может быть достигнуто применением кондуктометрических измерительных преобразователей. Кроме того.иондуктометрический метод измерения,как показал анализ электрофизических свойств щелоков,может обеспечить идентификацию состава сухих веществ контролируемого потока щелока.

При определении ,а следовательно и С„„„ потока

ЙСВ

щелока,по Формуле /1/ в случае генерирования теплового им-

ю

пульса неконтактным методом с помощью кольцевого нагревателя, размещенного на наружной поверхности патрубка первичного измерительного преобразователя /ШЛ /.следует опери- , ровать величиной полезной мощности игау ^са/ №пи /.которая непосредствннно расходуется на Формирование тепловой , метки в потоке,исключая из полной мощности/ Щи / величи-иу теплопотерь в окружающую ШП внешнюю среду/ \Х/лг/. При "том величина IУ/пи определится из выражения/ Р /:

^ ' Щ-Уйг - ~ Тп(-^)<кТ /2 /

где с( -> средний коэффициент конвективного теплообмена между стенкой патрубка преобразователя и потоком щелока, Т- площадь поверхности нагпева.

К - коэффициент теплопередачи через теплоизолированную стенку патрубка ПИП,

Тд - температура окружавшей среды,

Тп - температура потока.

На основа прелдожЭгГ-'ого меточного метода сннтезнро- . вала структура/рис.1 / многопараметрической автоматической системы контроля /АСК / параметров потоков- щелоков в процессе к-рки целлюлозы /. А.С.-Я Г7445798/Р5Г"!ЮТ В21С 7/12 опуйяпков. ,19Я?,Еюл..*25 /.обеспечивающая в условиях изменяющегося расхода потока щелока получение информации как о концентрации сухих веществ,так и об их составе в совокупности характеризующих жесткость получаемой целлюлозы.

Рассмотрены возможные варианта'структурной реализации первичных измерительных преобразователей и прогчагазя-рованы способы -схемного оформления блоков первичного преобразования ниформации/ЫЩ/.

Применительно к предяоженнсй структуре системы измерения параметров потоков щелоков сроведея анализ и коррекция математических моделей ШЛ системы контроля.в частнос-тг,предложены зависимости по расчету средней темгррагугм

тепловой метки, регистр^руег/ой термонрообразов-0телем с раеи ре деле иным' параметрами, например, ко ндукт ewe ■ i .iifOKOi x"--па,с учетом времени действия источника тепловой энергии и ого полезной мощности в импульсе при наличии теплопотарь в окружающую среду. Скорректированные математически мою лл являлись теоретической базой для построения физических моделе-" первичных измерительных преобразователей с цолып их экспериментального исследования,а г_'<жа при разработке методики параметрического синтеза указанных п~ 'образовать-лей,,аля системы контроля параметров потоков щелоков,обеспечивающей требуемую чувствительность к' измеряемим параметрам.

Рис.1 Структура системы контроля параметров потоков щелоков в провесе варки целлюлозы

ШТП - первичный измерительный преобразователь, ТП - гермопреобрззоааталь,

ВПП - блок перви ного преобразования информации, Рта - блок измерения времени переноса тепловой метки,

БСТ - блок измерения средней температуры тепловой метки,

БУ - блок управления источником тепловых меток, ВБ - вычислительный блок, ИМ - источник тепловых меток, ИП - иг. зритель ■ тотности. В третье? г аве.посвященной экспериментальному исследованию физических моделей ПИП АСК параметров потоков щелоков сформулированы основные задачи экспериментальных исследований,включающие:

определение оптимальных информативных параметров измерительных преобразователей,

разработку практических рекомендаций по синтезу системы автоматического контроля,

исследование метрологических характеристик разработанные ПИП и системы контроля параметров потоков щелоков.

Для решения поставленных задач разработаны специальный стенд и методика исследований физических моделей ШП системы контроля параметров потоков щелоков с использованием пг сональной ЭВМ.

В целом вксперэтлектн показали,что с позиций обеспечения чувствительности к измеряемым параметрам потоков ще- ' лог.ое предпочтительно применение тепловых меточных ПИП с кондуктомс^рйче „кими/койтактными шнеконтактными/ термопреобразователями по сравнению с ПИП,в которых в качестве термопреобразователей используются термометры сопротивления или термопары. В результате исследовгчи'й. определены информативные параметры ПИП с неконтактными/емкостными/ кондук-томэтрическими термопреобразователями - добх юность / 6? / колебательного контура,включающего измерительную ячейку с исследуемым раствором ,,едока,а с контактными - проводимость / ду / ячейки- с исслегуемым раствором.

Оценка метрологических показателей исследуемых физических моделей ПИП при косвенном измерении Сасв тепловым ?то;;см по результатам щт-нх измерений определяющих величин и .показала,что средне-квчпрятгчнся тгкго-

нение/СКО / случайной погрешности результатов прямых измерений для сточных ШП с кондуктометрическию; термог.,.ес '-разователями в диапазоне изменения Сасв~3-15л и = 5-40 л/ч составили <5^ . ^1,8*, 1.2!?. Яри этом СКО случайной погрешности измерения Са ,опрс"!леш1ая по зависимости / 3 /:

-= 2>ъь 1* /з /

Доказана возможность и метрологически оценены результаты прямого измерения концентрации по величинам

л асв

^ и К . В диапазоне изменения содержания сухих веществ в щелоке»соответствующем процессу варки целлюлозы, полутени сравнительно, высокие результаты/ ^ 1,5%/. Однако,применение такого прямого метода измерения СаО0 корректно только при неизменном составе исходного сырья, варочных- компонентов и технологичерких режимов варка целлюлозы, а при их варьировании может привести к.суяеотвеп-.. ному увеличена погрешности измерения для получаемой целлюлозы с различной степенью делигнификацил. ......

. . Эксперименты показали,что применение коядукгометрл-ческях/контактных и неконтактных / термопреобразователе!* в неточных ПИП обеспечивает прямое измерение органической составляющей / С0 / сухого остатка щелоков.что в совокупности с информацией о Сасв и плотности/ уЭ ( позволяет достоверно судить о степени делягнификации получаемой целлюлозы. Величина СКО результата измерения С0 в диапазоне изменения С0= 2-14!? не превышала 2,0%. Практический интерес представляют результаты-экспериментов,связанные о исследованием изменения величины информативного параметра для проб растворов щелоков,отражающих хронологическую последовательность последней стадии процесса варки целлюлозы. Как показали эксперимента,скорость изменения величины ^ от времени варки имеет тенденцию к уменьшению и в гределе . Характер зависимости

объективно отражает химизм процессов,протекающих при варке целлюлозы. В раствор сульфитного щелока при увеличении температуры в варочном котле интенсивно переходят лигно-сульфиновые кислоты,образовавшиеся в древесине,что приводит : увеличению активной проводимости щелока. При дос.а-жении температуры 140-14В0С скорость перехода лигнина в раствор уменьшае""я и по мере достижения определенной жесткости целлюлозы,характеризующейся минимальным содержанием лиглина.эта скорость становится постоянной. Указанной стадии проц- юа соответствует постоянное значение исследуемого информативного параметра - активней с ставля-щей проводимости / с^ / щелока. Этим обстоятельством можно воспользоваться для управления процессом варки целлюлозы, количественно оценивая производную от величины информативного параметра ^ по времени. В этом случае,при — 0 можно рекомендовать завершение процесса варки.

Экспериментальные исследования моделей меточных ПЫ с традиционными термопреобраэователями/дифференциаль-ными термобатареями иди термометрами сопротивления/,фикт спрущимк изменение' температуры -наружной поверхности . стенки патрубка ЕИП при переносе тепловой метки потоком щелчка,показали,что- вследствие" низкой чувствительности... термопрвобразрвателей.возможнорть применения указанных ПИП дконтрен содержания сухих веществ в потоке щелоков, по результатам прямых измерений £м и Л Ту .существенно ограничивается и перспективна только при более широком диапазоне изменения измеряемого параметра - Сасв. Так,величина случайной погрешности определения-указанного измеряемого параметра в диапазоне изменения Сась- 3-15$.характерном для процесса варки целлшозы,возрастает до 5,2$. Кроме того,рассмотрен!: :?! вариант реализации меточного ПИП для контроля параметров иелоков не позволяет получать информацию о составе сухого оеттгка в щелоках,а следовательно и степени делигнификацпя целлшозы в процессе вар-1'Г!, ^ результате проведенных теоретических и экспери«ен-гальны* исследований разработаны методика и алгоритм параметрического синтеза ШШ АСК ппрял^т^я потоков тело-

ков в процесса варки целлюлозы. Сформулирован*, практические рекоме эции по выбору оптимальных конструктивны^ г энергетических параметров первичных измерительных, преобразователей. Выбор внутреннего диаметра ¡с/, / ПИП производится с учетом анализа гидродинамического режима тече \я ша-лока в преобразователе.соответствующего области лахганар- • ного ть .енкя в рекомендуемом .диапазоне изменения критерия Рейнольдса 750 « Яе 6 2300. При этом ..лжняя граница указан.- го диапазона изменения критерия опрела -на иэ условия минимизации дополнительной погрешности измерения Ьм за счет влияния аксиальной.теплопроводности щелока.на процессы переноса тепловой метки потоком. Следует учесть,.что эффективность реализации неконтактного меточного метода . измерения Сасв ограничивает возможности варьирования внутреннего диаметра ПИП величиной ¿^10 мм.

... Выбор оптимальной длины контрольного участка С к производится из следующих соображений:

-при неконтактном генерировании тепловой маттг,1 в поток щелока.с целью исключения возможности переноса тетки по стенке трубы-ПИП путем теплопроводности минимальная длина контрольного участка должна составлять но менее 6</у

-увеличение длины контрольного уч&стка приводит к снижению чувствительности" ме_готаого метода определения >.я-форматнвных параметров Ьм, А Тм как вследствие теглолотерь-, так я деформации/размытия / тепловой метки.' Эт. ¿доримен-тальные и теоретические исследования позволяя рекомендовать величины контрольных учаотков.выбирать в диапазоне Ск= / 6-10 /4\. Зона установки компенсирующего термопрэ-образователя,размещаемого до нагревателя по ходу потока должна составлять не менее ,с целью исключения' погреь ности измерения от изменения температуры потока щелока на входе ПИП за счет переноса теплоты путем теплопроводности по стенке трубы преобразователя.

Из известных режимо: функционирования меточных тепловых ПИП с.позиций повышения их чувствительности путем эффективного использования всей зоны активного нагрева, особенно при измерении АТм целесообразно ориентироваться

на режим работы,лон котором справеливо неравенство:

Vtu^Zi /4 / .

где V't средняя скорость потока щелока,

•Ьи- время воздействия теплового импульса /метки/, £.£- длина зоны нагрева / нагревателя /.

С учетом .еравенст а / 4 / и уравнения / 1 / в работе предложена £ аисимость для расчета величины мощности теплового импульса ,_обеспечивающей требуемую чувстви-цельность измерения йТм при заданных конструктивных параметрах меточного .Ж,свойствах и расхода щелоков.

Завершает диссертацию четвертая глава.в которой -рассматриваются аспекты аппаратурной реализации,алгоритм функционирования,методика оценки погрешностей и результата' промышленных испытаний автоматической систем контроля' параметров потоков щелоков в процессе варки целлюлозы: . •концентрации сухих веществ / Са£в/ в щелоках,.содержания органической составляющей /С / сухого остатка,осаракте-ризупаих жесткоста / D. / получаемой целлшозы.а также расхода /' Go 1 потока щелока, циркулирующего в варочном котле. ....,.•

. . Разработанная система.подстроена по.структуре, при--- ' веденной на рис.1,и включает¡многопараметрический тепло- ' вой мрточный первичный измерительный преобразователь/ШШ/» блоки дергт1чно1 - преобразования информации/БПП/ и управления источником, те'шговых меток /БУ/,а также ПЭВМ "алектро-ника БК-0010" для обработки первичной информации и автоматического определения указанных выше параметров потоков щелоков в соответствии с- созданным алгоритмом н программным обеспечением функционирования системы, »¿уккции термопреобразователей в ПИЙ выполняют дифференциально включенные измерительная и компенсационная кондунтометрические ячейки. В качеотве источника тепловых меток применен кольцевой проволочный наг^ватель,управляемой от 1ТЭВМ через блок уп-ршигения. Блок управления выполнен по схеме встречно-вклп-ченнгх -тиристоров в цепь первичной обмотки питающего трансформатора. Ппок первичного преобразования информации ввпоя-н?п- пп г'чм тряпсформчтоггюго моста прррмепного тока.

В разработанной системе, реализуюяе)» предлог-" ..-¿й геп"оьоЯ меточнъ'Я ш. .од,предусмотрены два этапа измерения:

-измерение органической составлявшей /С0 / сухого остатка щелока, осуществляемое перед подачей тепловой метки в поток щелока по его электропроводности кондуитом -.'ричес-ким методой;

-Бычислетю концентрации сухих веществ в щелоке/С„„„/

ас в

в соответствии с зависимостью/1 / по результатам прямых изм<. \гниК времени переноса / / и_средней 1,0 сечению по* тока температуры тепловой метки /ЛТм /»используя температурную зависимость электропроводности щелоков,а также по данным прямых измерений плотности /^ / щелока. Совокупная информация о Сас0 и С0 позволяв? судить о жесткости получаемой цнллюлозы в процессе ее варки.

Представлена, методика оценки погрешностей разработанной автоматической системы контроля параметров потоков щелоков в процессе варки целлюлозы.

Разработанная система автоматического контроля параметров потоков щелоков испытана в периодическом процессе варки сульфитной целлюлозы пеллюлозно-румажного ааведа / г.Советск,Калининградской обл. /. Проведенные испытания разработанной системы контроля подтвердили результат» лабораторных экспериментов и показали,что зависимости концентрации Сасв и С0 от времени варки имеют характерный максимум,по достижению которого можно рекомендовать завершение пропесса,Поскольку даяонеЯшая делигтг;»кация древес» ного сырья не приводит к существенному улучшению качества целевого продукта.

Основная погрешность си?теки при измерении Сасв но превышала 2,А%,а при измерении органической составляю^ С0 - 1,9??,,а при изменении объемного расхода 1,1% > Внедрение разработанной система обеспечит оперативную коррекцию Н- фактора.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТУ И ВЫВОДИ I. В результате анализу принципов управления и cpe.nct р информационного обеспечения процессов варки целлюлозы

обоснована актуальность автоматического контроля концентрации, состава и количества щелоков,циркулирующих в варочной котле, и косвенно характеризующих степень делигнификации целлюлозы с целью оперативной коррекции Н-фактора при упрел нии процессами варки целлюлозы.

2. Предс-^влеи анализ щелоков в процессе варки целлюлозы как объек" контроля,показавший,что из комплекса исс .едованных свойств/ плотность,теплоемкость,теплопровод-кость, электропроводность,вязкость/ щелоков,имеющих корреляцию с концентраи й сухих веществ.только зависимость теплоемкости щел ков инвариантна к изменению сссть.а сырь* и технологических режимов варки целлюлозы . Установлена доегаточнал для технологических измерений чувстви-телъкосгь электрофизических свойств,в частности электропроводности щелоков,к изменению их состава и температуры.

3. Предложен теллокондуктометрический меточный метод определения концентрации сухих веществ по теплоемкое-. ти щелоков,основанный на результатах прямых измерений температурь. тепловой метки в зоне регистрации,времени ее переноса потоком щелока по контрольному участку и плотности

йалога. , .

4. На основе предложенного метода синтезирована . . структура системы авгоыатическрго ияиеренил параыетров погокоп щелоког в процессе варки целлюлозы /а.с.#1745798, МНИ 13 21с 7/12,1992,ЕИ »25 /.обеспечивающая получение и>г?юрмации,как о- концентрации ,так и о составе щелока в условиях изменяющегося его объемного расхода.

5. Применительно к. предложенной структуре системы измерения параметров потоков щелоков проведганализ и коррекция м&теиатическях моделей первичных измерительных преобразователей. Пол; 'егш аналитические .зависимости по расчету средней /по .сечению/ температуры тепловой метки при переносе ее-потоком щелока с учетом времениидействия источника тепловой энергии и его полезной мощности » иы-fv.'iF.r-A jipn наличии теплопотерь в окружаюцую среду.

6. Пр^яеденк (экспериментальны10 исследования физических мпдлчей пвринчнмх измерительных п|г»»оЯраяо8ат?лвв по

- 19 ■. ..,.. .

метрологической оценке результатов прямых ¡гз'дерений, опредй-;.; ляющих величин ¡температуры метки /ДТМ/ ); г-рсмеии ег пе^е-.'.'т поса / tм/ по контрольному участку при косвенных йз;леръ-нИ"!; ях концентрации, сухих веществ/Сасв/ штока щелока-меточным ' методом. Обобщение результатов показало перспективность*, • -• применения первичных измерительных преобразователей о кон-Х: дуктош -рическими термопреобразователями,для которых: величи-'. ны средне-квадратичного отклонения / СО/ результатов пря- 'у, мых т'змореннй/нри нормальном законе распределения и интер--';' валь доверительной вероятности 0,95/ составили ■[

и <3^1,22 в диапазоне изменения Сасп= 3-15$ и объемном'.',; расходе = 5-40 л/ч. Величина СКО результатов.прямнх из- ; - мерепий кондуктометрическам методом органической составляло^.'/ . дей /С0/ сухого остатка в щелоке не превышала-.<^е4;2,0$ з ?" диапазоне 1гаменекия:-т£оптролврувмого параметра С0° 2-14;».

7. В результате проведенных теоретических и аксперк-*,\ ментальных исследований разработан-алгоритм паравдтричоско-; го синтеза ПИП системы автоматизированного контроля потоков щелоков в процессе варки целлюлозы и предложена методика .оценки ее погрешностей., . •. ' :

8. Разработанная система автоматического контроля ^ ^ < параметров потоков щелоков в процессе .варки- целлюлозы,ба-, ' зирующаяся на проточном меточном методе измерения с приме-,' рением персональной ЭВМ для обработки первично'! информации; испытана в варочном цехе целлюлозно-бумажк о го завода /г.Со- , ветск/. Внедрение разработанной система обеспечит опаретив-ную коррекцию Н-фактора при- управлении процессом варки дал-. люлозы и повышение его экономической эффективности" за счет получения целевого продукта заданного качества а.йыхода.а . также- минимизации расхода варочных растворов и знер. т^^-р-сов. . . . • ■'

Основные положения диссертации излохени в следующих публикациях:

1. Ветров М.Н. .Новичков С А. .Соколов Г.А. Принципы построения и расчет многофункциональных неконтактных тепловых систем измерьлия параметров потоков веществ. Тезисы докладов 71-Всесоюзной конференции "^¿тематические методы в химии".

Йово.черкаг.ок,1909,с.143-145. . - •

Z,"-Соколов -1\А. «Новичков Ю.А. Неконтактные тепловые расходо-' .мерн-концентратомеры жидкостей с использованием' церсонадь-'ной"ЭВМ. Региональный НТС "Вопросы и принципы построения ' уо1>ойств и систем автоматизации".Новочеркасск,1990,с.о,9. } 3. Мыако С.Н. ,'гэвичков А. .Соколов Г. А.. Измерение больших'." ; расходов жидкое^ ¿ и-газов тепловым методом.; Системы и сред-<>,отва. автоматизации потенциально-опасных процессов хишчео-; кой технолог;:«. Межвузовский сборник научных трудов под ред. ?;:,'д.т.ы.Соколова Г.А. .Ленинград,1990,с.23-28. '

: 4* Новичков O.A.,Со. олов Г.А. Автоматический-контроль содер-j, жания абсолютно .сухах веществ в варочных растворах, при про:. -ваводствв целлюлозы. Целлюлоза,бумага,картон. Экслреос-ич- , -.Москва, 1990,JS23,с.7-Л2. ' 'Л' 1.1 ..' . ' '

5. Новичков &.Л. .Соколов Г.А. Новые тепловоз расходомеры. .. " Матет^али .научно-технической конференцяи"Совергаёнств.ование

, с-чдетв измерения расхода жидкости,газа и пара." Под ред.' ; } П.П.'Крбмлавского,Санкт-Петербург,1992,с.47-52..••• ;

6. Соколов Г.А.¿Новичков Ю.А..Соколов,В.Н. Неконтактные теп-ловнэ четемы измерения параметров потоков жидкостей. Метод, ут^чащш / СПбТИ,Санкт-Петербрг,1992,с.24; :■. .'-V ' -

7. Новичков Ю.А. .Соколов Г.А. .Ющенко 0.А.:. Ддавмиче.ская- тер-^ 'оког ^ективйая система контроля расхода,концентрации и свойств потоков, ад, .гостей. Тезисы доклада, научно-технического ;1.минара "Автодатязация технологических процессов в химичео-кой промышленности",Челябинск,1990,с.43,44; .

8. Соколов' Г.А.,Новичков D.A. йнтелл ктурльные неконтактные тепловые расходомеры. Тезисы доклада У1 Всесоюзной научно---технической, конференции ^Развитие системы метрологического обеспечения измерения расхода и количества веществ",Казань, 1991,с.45,46. ...

9. A.c. *17445798. К>,МШС 7/12. Устройство для измерения степени делигнификации в варочных котлах. /Ю.А.Новичков,Г.А. Соколов.Л.Б.Глааов.Г.А.Кондрашюва. - Опубл. 1992,Впл. №25./ 1С', lilnxj-ivit В.Н. .Соколов Г.А. .Новичков Ю.А. меточний теиловой расхояокоп. Цолсчс. рои. ШН1!П1Э по заявке на аьт. с вид,

& 4f£im г)т 29.10.14.

as.05.fi3r. Эак.120-50 РГП ПК СИНТЕЗ; Московский пр.Зч