Применение промышленной рефрактометрии для контроля состава щелоков в производстве сульфатной целлюлозы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат наук Лапшов, Сергей Николаевич

• Лапшов, Сергей Николаевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Лапшов, Сергей Николаевич

Оглавление

Введение

Глава 1. Содорегенерационные процессы в производстве сульфатной целлюлозы и средства их контроля

1.1 Выпарка черного щелока

1.2 Сжигание черного щелока

1.3 Каустизация зеленого щелока

1.4 Средства и методы контроля процессов регенерации щелоков в целлюлозно-бумажной промышленности

1.4.1 Технологические плотномеры

1.4.2 Промышленные рефрактометры и их применение для контроля жидкофазных продуктов химических производств

1.5 Оптические свойства щелоков

Выводы по главе 1:

Глава 2. Образцы чёрных и зелёных щелоков, лабораторные методы и средства исследования их оптических свойств

2.1 Использованные образцы растворов черных и зеленых щелоков и их приготовление

2.2 Рефрактометрические методы и средства

2.2.1 Особенности гониометрической рефрактометрии в применении к исследованию щелоков

2.2.1.1 Погрешности определения рефрактометрических характеристик растворов щелоков и оптимизация условий измерений

2.2.1.2 Приборно-измерительный комплекс и метрологическое обеспечение призменной рефрактометрии

2.2.2 Рефрактометрическая установка на базе прибора УРЛ - 1

2.2.3 Рефрактометр РП - 201

2.3 Лабораторные спектрофотометры для исследования коэффициента пропускания щелоков

2.3.1 Спектрофотометр для видимой области спектра

2.3.2 Спектрофотометр для ультрафиолетовой области спектра

Выводы по главе 2:

Глава 3. Оптические свойства щелоков

3.1 Черные щелока

3.1.1 Состав щелока

3.1.2 Концентрационная зависимость показателя преломления растворов

черного щелока

3.1.3 Температурный коэффициент показателя преломления

3.1.4 Спектры пропускания

3.2 Зеленые щелока

3.2.1 Показатель преломления растворов зеленого щелока

3.2.2 Температурный коэффициент показателя преломления

3.2.3 Спектрофотометрия зеленых щелоков

3.2.3.1 Зеленые щелока и составляющие их компоненты

3.2.3.2 Спектры пропускания

3.2.4 Дисперсионная зависимость показателя преломления

Выводы по главе 3:

Глава 4. Рефрактометрические средства контроля свойств щелоков

4.1 Промышленные рефрактометры для контроля состава черных и зеленых

щелоков и их конструктивные особенности

4.1.1 Рефрактометр для контроля черных щелоков

4.1.2 Рефрактометр для контроля зеленых щелоков

4.2 Калибровка промышленного рефрактометра

4.3 Лабораторное тестирование рефрактометрического датчика

4.4 Промышленные испытания

Выводы по главе 4:

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение промышленной рефрактометрии для контроля состава щелоков в производстве сульфатной целлюлозы»

Введение

Актуальность темы. Черные и зеленые щелока представляют собой продукты замкнутого цикла сульфатной варки целлюлозы.

Черные щелока образуются на выходе из варочного котла; после фильтрации и сгущения на выпарной станции от концентраций сухого остатка к ~ 5 - 15% до концентраций 60 - 70% и выше поступают в содорегенирационный котлоагрегат для сжигания. Формирующийся при этом остаточный минеральный продукт в виде расплава («плава») после растворения в воде дает зеленый щелок. Восстановление нормативной концентрации варочных химических компонентов в зеленых щелоках, характеризуемой показателем общей щелочности, происходит в процессе их каустизации, т.е. получения в каустизаторе недостающих по составу и концентрации реагентов, исходным компонентом для образования которых после растворения в воде является известь (СаО). Получаемый при этом белый щелок поступает снова в варочный котел вместе с растительным сырьем (например, древесной щепой) и, таким образом, процессы варки и содорегенерации становятся замкнутыми.

Контроль нормативного состава щелоков на многих сульфатных производствах целлюлозы вплоть до последнего времени производится в заводских лабораториях путем гравиметрического (для черных щелоков) или химического (для зеленых щелоков) анализа проб, отбираемых с интервалом 2-4 часа с различных ступеней технологического процесса. Результаты такого анализа не отражают реального состояния технологического процесса, т.к. «запаздывают» на время до нескольких часов. Для контроля процесса в реальном времени в последнее время в целлюлозно-бумажных производствах широко используются оптико-спектральные методы и средства и, в частности, промышленная рефрактометрия полного внутреннего отражения света на границе раздела контролируемой жидкофазной среды и оптической призмы с более высоким показателем преломления.

Погружные рефрактометрические датчики устанавливаются непосредственно в технологических потоках и позволяют измерять в режиме

online концентрацию растворимого сухого остатка или состав двухкомпонентного жидкофазного раствора. Для полного контроля процессов варки и содорегенерации в производстве сульфатной целлюлозы требуются до 12 погружных рефрактометров, возможные точки монтажа которых показаны на рис. 1 соответствующими значками. На большинстве отечественных целлюлозно-бумажных производств используются в основном иностранные рефрактометры, которые по стоимости, эксплуатационным параметрам (например, «зарастаиие» рабочей оптической призмы в процессе долговременной эксплуатации), неудовлетворительному техническому обслуживанию и сопровождению и т. п. не удовлетворяют требованиям многих предприятий. Поэтому разработка импортозамещающих погружных рефрактометров для целлюлозно-бумажной промышленности остается актуальной.

Промышленные рефрактометрические технологии требуют исчерпывающих, метрологически обоснованных и достоверных данных по оптическим параметрам и свойствам контролируемой среды. В замкнутых циклах сульфатного производства целлюлозы такой средой являются черный и зеленый щелок на различных ступенях содорегенерации. Поэтому здесь необходимо знать показатель преломления контролируемой среды, а также и его температурный коэффициент (термооптическая постоянная) dn/dt в технологически значимых диапазонах концентраций сухого остатка в черных щелоках до к = 70 % и показателя общей щелочности до С =150 г/л в зеленых щелоках при температурах до t = 90 °С и выше. В доступной научно-технической литературе необходимые данные по этим свойствам щелоков отсутствуют. Поэтому исследования их оптических свойств представляются актуальными.

Существенную научную и практическую значимость как средство контроля содорегенерации в сульфатном производстве может иметь фотометрия и, в частности, спектрофотометрии в ультрафиолетовой области спектра применительно к определению показателя общей щелочности или компонентного состава зеленых щелоков, где поглощение обусловлено оптическими переходами между электронными состояниями в минеральных компонентах, формирующих

щелока. Таким образом, исследования ультрафиолетового поглощения щелоков в производстве целлюлозы актуальны в связи с перспективой создания промышленных фотометров (в т. ч. спектрофотометров) для контроля их общего и компонентного состава

Цель работы состояла в лабораторном исследовании оптических свойств черных и зеленых щелоков, разработке промышленных рефрактометров для контроля их состава в технологическом процессе содорегенерации, лабораторных исследованиях и промышленных испытаниях разработанных рефрактометров.

Задачи работы:

1. экспериментальные исследования концентрационной и температурной зависимостей показателя преломления при концентрациях абсолютно сухого вещества до к = 70 % в черных щелоках и показателя общей щелочности до С = 150 г/л в зеленых щелоках при температурах до t = 90 °С и выше;

2. экспериментальные исследования оптического поглощения в зеленых и черных щелоках и водных растворах составляющих их химических компонентов в ближнем ультрафиолетовом и видимом диапазоне длин волн X = 225 - 405 нм ;

3. теоретическое и экспериментальное обоснование полуэмпирической модели для расчетов дисперсии показателя преломления щелоков в видимой области спектра из данных по ультрафиолетовому фундаментальному поглощению;

4. разработка промышленных рефрактометров погружного типа для контроля состава черных и зеленых щелоков в содорегенерационном процессе сульфатного производства целлюлозы, включая методики и программные средства лабораторной настройки, калибровки и поверки датчиков, а также результаты анализа промышленной эксплуатации.

Научная новизна работы:

• впервые на уровне требований промышленной рефрактометрии проведены исследования рефрактометрических свойств черных и зеленых щелоков из сульфатного производства целлюлозы;

• впервые экспериментально исследовано спектральное оптическое поглощение в черных и зеленых щелоках в диапазоне длин волн Х = 225 — 405 нм и в водных растворах составляющих их химических компонентов, а также идентифицированы характеристические линии в оптических спектрах и ответственные за них компоненты щелоков;

• обоснована и применена полуэмпирическая одноосцилляторная модель для расчетов с точностью на уровне экспериментальной погрешности концентрационной зависимости длинноволнового показателя преломления в зеленых щелоках и водных растворах составляющих их минеральных компонентов, где впервые не были использованы подгоночные параметры;

• разработаны промышленные рефрактометры погружного типа для контроля в режиме online состава черных и зеленых щелоков в сульфатном производстве целлюлозы (включая методики их настройки, калибровки и лабораторных испытаний), новизна которых состоит в моноблочной конструкции, совмещающей устанавливаемый в технологическом потоке оптический узел (зонд) с рабочей призмой полного внутреннего отражения и оптоволоконными жгутами, а также оптико-электронную систему обработки результатов измерений;

Научные положения и основные результаты, выносимые на защиту:

1. данные экспериментов по зависимостям показателя преломления от концентрации и температуры черных и зеленых щелоков из сульфатного производства целлюлозы при температурах до t = 90 °С и выше, массовых концентрациях сухого вещества до к = 70 % в черных щелоках и общей щелочности до С = 150 г/л в зеленых щелоках;

2. результаты экспериментальных исследований спектрального оптического поглощения в ультрафиолетовой и видимой областях длин волн X = 225 - 405 в зеленых щелоках и водных растворах образующих их компонентов;

3. экспериментально доказано, что в области температур t=10-^90°C и выше термооптическая постоянная (температурный коэффициент показателя

преломления) имеет одно и тоже значение dn/dt = -0,00017 1/°С для черных и зеленых щелоков во всем исследованном диапазоне концентраций сухого остатка или общей щелочности;

4. показатель преломления на длинноволновом крае фундаментальной электронной полосы поглощения в зеленых щелоках и водных растворах образующих их компонентов может быть рассчитан с погрешностью, сопоставимой с погрешностью экспериментальных данных в рамках полуэмпирической модели, представляющей ультрафиолетовое поглощение одной «эффективной» линией на А, = 245 нм и не имеющей подгоночных параметров;

5. промышленный погружной рефрактометрический датчик для контроля в режиме online состава черных или зеленых щелоков в содорегеиерационных процессах производства сульфатной целлюлозы, представляющий собой моноблок, в котором конструктивно совмещены устанавливаемый в технологическом потоке оптический узел (зонд) с рабочей призмой полного внутреннего отражения и оптоволоконными жгутами, а также оптико-электронную систему обработки результатов измерений и вывода этих данных.

Достоверность научных и практических результатов подтверждается результатами компьютерного моделирования и экспериментальных исследований оптических свойств черных и зеленых щелоков, а также данными лабораторных и производственных испытаний разработанных промышленных рефрактометров. Достоверность и обоснованность технико-эксплуатационных характеристик лабораторных спектрофотометров для ультрафиолетовой и видимой областей спектра была подтверждена результатами измерений на цветных стеклах. Для калибровки и поверки шкал длин волн спектрофотометров использовались стандартные газоразрядные лампы линейчатого спектра излучения. Кроме цветных стекол, для поверки фотометрических шкал спектрофотометров были использованы также водные растворы фенолов и нефтепродуктов, приготовленные в лаборатории на основе государственных стандартных образцов

(ГСО) состава растворимых органических веществ. Для лабораторной калибровки и аттестации лабораторных и разработанных промышленных рефрактометров использовались жидкостные образцы водных растворов глюкозы или глицерина, приготовленные во ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» СПб. Представленные в диссертационной работе промышленные рефрактометры прошли метрологическую поверку во ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» СПб и имеют сертификат РЭ4437 - 001 - 50920929 - 2004.

Внедрение результатов работы. Разработанные и представленные в диссертации промышленные рефрактометры и алгоритмы их использования в настоящее время применяются в сульфатном производстве целлюлозы в России и странах СНГ, в т. ч. Светогорском ЦБК, Архангельском ЦБК, Байкальском ЦБК, а также на целлюлозно-бумажных предприятиях Белоруссии и Украины.

Личный вклад автора. Все выносимые на защиту научные положения, результаты и выводы получены лично соискателем. Цели и основные задачи диссертационного исследования сформулированы совместно с научным руководителем. Подготовка к публикации научных статей и докладов на конференциях проводилась вместе с соавторами.

Апробация работы. Наиболее значимые результаты, приведенные в диссертации, были представлены автором на следующих научных конференциях:

• VIII международная научно-практическая конференция «Современные научные достижения». (Чехия, Прага 05.01.2012)

• Научные и учебно-методические конференции НИУ ИТМО. (20112014 гг.)

• I и II Всероссийский конгресс молодых ученых. (2012 - 2013 гг.)

• Международная конференция «Прикладная оптика-2012». СПб НИУ ИТМО. 15.10.2012- 19.10.2012

• XII, XIII, XIV Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике». СПб. (2011 - 2013 гг.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, включая 4 научные статьи, входящие в перечень рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы. Общий объем работы - 134 страниц машинописного текста, включая 57 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 71 наименования.

Диссертационная работа Лапшова С. Н. выполнена в Санкт-Петербургском

НИУ итмо.

Глава 1. Содорегенерационные процессы в производстве сульфатной целлюлозы и средства их контроля

Общая схема варки целлюлозы или регенерации химических компонентов в замкнутом цикле производства сульфатной целлюлозы [1] представлена на рис. 1.

Рис. 1. Общая схема регенерации щелочи при сульфатном способе производства целлюлозы

Черные щелока образуются на выходе из варочного котла и содержат остаточные минеральные продукты, а также щелочной лигнин и продукты разрушения углеводов. После фильтрации и выпаривания от концентрации порядка к ~ 5 - 15 % растворимого сухого остатка до 60 - 70 % и выше черные щелока сжигают в содорегенерационном котлоагрегате при температуре более 1 ООО С0. Образующийся при этом расплав минеральных продуктов в виде плава, растворяют в слабом белом щелоке или воде, в результате чего получают зеленый щелок. Этот щелок обеднен химическими компонентами необходимыми для варки. Восстановление регламентной концентрации этих компонентов происходит в результате реакции каустификации (каустизации), в процессе

которой образуется белый щелок, который затем поступает в варочный котел вместе с растительным сырьем, например, древесной щепой. В результате, цикл сульфатной варки целлюлозы становится замкнутым.

Таким образом, процесс регенерации щелочи состоит из трех основных операций:

1. Сгущение (выпаривание) черного щелока до концентрации абсолютно сухого вещества (далее - а. с. в.) 45 - 60 % в многокорпусных теплообменниках или до 65 - 70 % при использовании концентраторов.

2. Сжигание концентрированного черного щелока в содорегенерационном котлоагрегате с получением регенерированного минерального продукта в виде плава [2 - 10].

На данном этапе происходят реакции карбонизации едкого натра (ИаОН), сульфида натрия (№28) и восстановления сульфата натрия (ТчГа^ОД входящих в состав минеральной части черного щелока.

Перед сжиганием к щелоку, для возмещения потерь щелочи и серы, в СРК добавляют свежий сульфат натрия (№280.4). Под воздействием высоких температур (1000- 1200 °С) органические соединения сгорают, образуя углерод и углекислый газ. Углерод преобразует сульфат натрия до сульфида, а диоксид углерода при реакции со щелочью образует карбонат натрия [10].

Из содорегенерационного котлоагрегата плав, который состоит примерно на 70 % из карбоната натрия (ТчГа2С03) и на 25 -28 % из сульфида натрия (Ла^Б), поступая в бак-растворитель со слабым белым щелоком (или водой) и образует зеленый щелок.

3.Каустизация зеленого щелока. Данная операция осуществляется добавлением извести (СаО) в раствор щелока для получения едкого натра (ЫаОН) из карбоната натрия (Ма2С03).

Цикл регенерации щелочи при сульфатном способе производства целлюлозы критичен к концентрации сухого остатка в черном щелоке на каждой стадии выпарного процесса, а также к смеси солей и щелочей в зеленом щелоке, концентрация которой характеризуется показателем общей щелочности. Поэтому

здесь актуален контроль состава компонентов на каждой из ступеней технологического процесса.

До настоящего времени в заводских лабораториях используют гравиметрический метод для контроля черных щелоков и химические методы для определения щелочности растворов зеленых щелоков. Результаты таких анализов, как правило, запаздывают по сравнению с реальным производством. Поэтому может быть перспективно применение оптических методов контроля, и в частности, рефрактометрических. Такие датчики, как погружные рефрактометры, основанные на явлении полного внутреннего отражения, установленные непосредственно в технологический поток, позволяют контролировать в режиме реального времени концентрации растворимого сухого остатка или состав двухкомпонентного жидкофазного раствора.

Возможные варианты монтажа датчиков, которые определены технологическими задачами, отмечены соответствующими значками на рис. 1. Всего требуется до 10 - 12 датчиков для контроля сульфатной варки.

1.1 Выпарка черного щелока

Выпарка - это процесс сгущения (обогащения) раствора, путем выпаривания воды. Основными источниками воды в отработанном щелоке могут являться: древесина; пары, конденсируемые во время варки; белый щелок и вода, которая применяется при промывке целлюлозы. Основная цель выпаривания — это увеличение концентрации абсолютно сухого вещества в отработанном щелоке до необходимого уровня [11]. В настоящее время, концентрацию сухих веществ щелока доводят до 70 %, но на некоторых предприятия, в которых применяется обогревательное оборудование при транспортировке черного щелока по трубопроводам к содорегенерационным котлам, концентрация может составлять более 70 % [12].

Сгущение черного щелока происходит в выпарной установке, количество корпусов которой может составлять от 5 до 7. Выпарная установка состоит из ёмкости (танка) совмещенного с теплообменником [11].

1.2 Сжигание черного щелока

Упаренный плотный черный щелок подается на сжигание. Для сжигания черного щелока используют содорегенерационный котлоагрегат (СРК) системы Томлинсона, схема работы которого изображена на рис.2 [10]. В содорегенерационном котлоагрегате происходят два процесса: сжигание органических веществ содержащихся в щелоке и восстановление химических варочных компонентов для их использования в последующих циклах варки целлюлозы. Эти процессы осуществляются в двух основных зонах котла: окисления и восстановления. Окисление органических веществ происходит в верхней части СРК. В зоне восстановления, которая находится внизу котлоагрегата, создаются условия, которые необходимы для регенерации минеральных компонентов (температура и недостаток кислорода). Процесс сжигания черного щелока можно представить следующей реакцией:

Черный щелок + 02 = №2С03 + №28 + побочные продукты (дым). Процессы, которые происходят в топке содорегенерационного котла можно условно разделить на три основные стадии (рис. 2) [10, 11]:

Первая стадия: после впрыскивания в котел через форсунку происходит подсушивание щелока за счет контакта с горячими топочными газами. В это же время происходит реакция окисления этими газами органических компонентов.

Вторая стадия: здесь основными реакциями являются пиролиз и коксование органической части щелока. При пиролизе происходит образование летучих органических веществ, таких как сероводород Н28, метилмеркаптан СНз8Н, диметилсульфид (СНз)28 и другие. При высушивании скорость пиролиза органической части щелока растет и к началу третьей стадии большая часть углерода существует в виде скоксованной массы.

Третья стадия: основной реакцией здесь является сжигание на поду топки кокса и расплавление всех оставшихся минеральных солей. Также происходит восстановление сульфата натрия, который добавляли в щелок, чтобы восполнить потери химикатов при регенерации. Полученный расплав минеральных веществ

стекает по леткам в бак - растворитель плава со слабым белым щелоком или водой.

Зона окисления

2СО + О2- 2СОг

H2S + З/2О2 = SO2 + НгО

ЫагСОз+ ЭОз= Na2S04+ СО2

Зона сушки

N820 + С = 2№ + СО ЫагО + СО2 = ЫагСОз №гО + НгО = 2ЫаОН

Зона восстановления

2С + 02 = 2СО

Ыа2304 + 4СО = ЫагЭ + 4СОг

ЫагЗСМ + 2С = ЫагЗ + 2СОг

Рис. 2. Схема горения черного щелока: 1,2 — сопла для подачи воздуха; 3 - форсунки для подачи щёлока; 4 — сопла для подачи вторичного воздуха

Поступающий в бак - растворитель плав содержит в основном карбоната натрия (№2С03) примерно 70 - 75 %, сульфида натрия (ТчГа28) - 10-15%, сульфата натрия (Ма2804) - 15 - 20 % и едкого натра (ЫаОН) - 5 - 10 %. Помимо этого в состав плава также могут входить кислые соли натрия.

1.3 Каустизация зеленого щелока

После растворения в слабом белом щелоке (или воде) плав становится зеленым щелоком, который идет на этап каустизации, являющейся заключительной стадией регенерации химикатов. В составе зеленого щелока преобладают Ыа2С03, №ОН и №28 , и множество других соединений натрия. Но основными варочными компонентами являются сульфид и гидрооксид натрия,

которые и необходимы для делигнификации древесины. Таким образом необходимо получить варочные реагенты из зеленого щелока путем восстановления карбоната натрия до гидрооксида натрия, основного компонента варочного раствора. Этот процесс называется каустизацией (или каустификацией) [11]. На рис. 3 изображена схема процесса каустизации зеленого щелока.

Слабый зеленый и белый щелок-

Рис. 3. Схема процесса каустизации зеленого щелока

После фильтрации от нерастворимых веществ (сажа, оксиды от коррозии металла и др.) зеленый щелок смешивают с известью в известегасителе. В результате реакции между оксидом кальция и водой, которая содержится в зеленом щелоке, образуется гидрооксид кальция и некоторое количество тепла:

СаО + Н2О = Са(ОН)2+0. (1)

Далее зеленый щелок поступает на линию каустизаторов. В них происходит взаимодействие гидрооксида кальция с карбонатом натрия и получается гидрооксид натрия с карбонатом кальция, также называемым каустической содой:

Са(ОН)2 + №2С03 = СаС03 + 2ШОН. (2)

Полнота реакции характеризуется таким параметром как степень каустизации. Она должна иметь значение порядка 80 - 85 % и рассчитывается по следующей формуле:

_ т(КаОН) (3)

т(КаОН) + т(Ыа2СОз)' ^ '

где т - масса вещества.

После каустификации в растворе щелока содержится большей частью гидрооксид и сульфид натрия. Данный раствор является белым варочным щелоком и он идет на следующий цикл варки целлюлозы.

1.4 Средства и методы контроля процессов регенерации щелоков в целлюлозно-бумажной промышленности

Для контроля параметров варочных растворов, на сегодняшний день, в большинстве предприятий по производству сульфатной целлюлозы используются приборы, работа которых основана на изменении физических свойств черных и зеленых щелоков [9]. Это ареометрические (для лабораторного исследования) и автоматические (используемые на производственных линиях) плотномеры. Так же, на ряду с указанными приборами, быстрыми темпами на предприятиях ЦБП внедряются рефрактометрические технологии контроля, работа которых основана на явлении полного внутреннего отражения.

1.4.1 Технологические плотномеры

Для непрерывного контроля процесса упаривания щелока применяются автоматические плотномеры, имеющие оборудование для автоматической записи

показаний, а также аппаратурой, сигнализирующей о нарушении заданного режима упаривания и регулирования процесса по заданному температурному графику: Автоматические плотномеры используются для непрерывного определения плотности зеленого щелока и концентрации в нем общей щелочи [13]. Эти датчики устанавливаются непосредственно в технологический поток и позволяют отслеживать параметры щелоков в режиме реального времени.

Автоматические плотномеры выполняются в виде отдельных моноблоков, а также измерительных комплексов. Они могут быть изготовлены с плавающим и погруженным (рис. 4 (а) и (б) соответственно) поплавком. Отличие их в том, что в первом варианте величина погружения обратно пропорциональна плотности исследуемой жидкости, а во-втором - эта плотность прямо пропорциональна массе поплавка [14-15].

а

Рис.4. Плотномеры для жидкостей: а) с плавающим поплавком: 1, 5-основная и переливная емкости; 2 —поплавок; 3—сердечник; 4-катушки; 6, 7, 10 —входной, подводящий и отводящий трубопроводы; 8 - термодатчик; 9 - дублирующий прибор; 11 - индукционный мост, б) с погружным поплавком: 1 - камера; 2 - поплавок; 3 - уплотнительный сильфон; 4 -противовес; 5-коромысло; 6-ролик; 7-рычаг; 8-мембранная коробка; 9-заслонка; 10-сопло; 11 - дроссель питающего воздуха; 12 - дублирующий датчик

В гидростатических плотномерах применяется линейная зависимость давления жидкости от высоты ее столба, а также от плотности. Давление исследуемой жидкости измеряют манометром (пьезометрический плотномер, рис. 5). Отличие этих приборов от других заключается в используемой компенсационной системе для снижения погрешности колебаний температуры и уровня жидкости, в которой применяется схема продувки через исследуемую и эталонную жидкости воздуха, а затем сравнивают давления в этих жидкостях [15].

Рис 5. Пьезометрический плотномер: 1, 2-емкости с исследуемой и эталонной жидкостями; 3 - фильтр; 4 - измерительный блок с манометром; 5 - дифманометр; 6 -контрольный датчик

При определения плотности слабого щелока (в пределах 1,02 - 1,07 г/см3) и укрепленного (1,06- 1,11 г/см3) используются плотномеры с дифференциальным пьезометрическим датчиком, которые позволяют отслеживать плотность щелока в пределах от 0,5 до 2,5 г/см3. Для определения плотности упаренного щелока применяют тепловые плотномеры, принцип действия которых основан на измерении температурной депрессии [16].

Для непрерывного измерения плотности щелока в стационарных условиях для дистанционной записи показателей работы выпарной установки широкое применение получают радиоактивные бесконтактные плотномеры. Действие радиоактивных приборов для измерения плотности щелока основано на снижении интенсивности пучка гамма-излучения при прохождении его через слой контролируемого щелока. Наибольшее применение получили плотномеры на основе у-излучения от Со60 или Сб137 (рис. 6). Поток у-лучей проходит через контролируемую жидкость и далее попадает в приемник излучения, где усиленный сигнал преобразуется и обрабатывается.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лапшов, Сергей Николаевич, 2014 год

Список литературы

1. Рефрактометры [Электронный ресурс] // Инженерный центр «Технокон». Россия. - Сор. 2012 - Режим доступа: http://www.tcon.ru/refr/refract.htm, свободный. - Загл. с экрана.

2. Содорегенерационные котлоагрегаты: учебное пособие / С.Н. Смородин, А.Н. Иванов, В.Н. Белоусов - СПб.: ГОУВПО СПб ГТУ РП, 2010, - 164 с.

3. Газификация черного щелока сульфатного производства: учебное пособие / О.Б. Григорай, Ю.С. Иванов, A.A. Комиссаренков, A.C. Смолин — СПб. :СП6ГТУРП, 2011. - 106 с.

4. Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы. Производство сульфатной целлюлозы / Ю.Н. Непенин. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 600 с.

5. Химия древесины и синтетических полимеров. Часть 1. Строение, свойства, химические реакции и производные целлюлозы: учебно-методическое пособие / Э. И. Евстигнеев, Е. А. Павлова, Н. К. Удовенко, Р. Г. Алиев - СПб.: ГОУВПО СПб ГТУ РП, 2010. - 47 с.

6. Производство древесной массы [Электронный ресурс] // Химикаты из древесины. - Сор. 2011. - Режим доступа: http://www.tehnoinfa.ru/himikatidereva/13.html, свободный. - Загл. с экрана.

7. Богомолов Б. Д., Сапотницкий С. А. и др. Переработка сульфатного и сульфитного щелоков: Учебник для вузов / Б. Д. Богомолов, С. А. Сапотницкий и др. - М.: Лесная промышленность, 1989. - 360 с.

8. Регенерация химикатов в производстве сульфатной целлюлозы: Учебное пособие / Л. А. Миловидова, Ю. А. Севастьянова и д.р. - Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет, 2010. - 157 с.

9. Волков А. Д., Григорьев Г. П. Физические свойства щелоков целлюлозно-бумажного производства / А. Д. Волков, Г. П. Григорьев - 2-е изд. доп. и перераб. - М.: Лесн. Пром-сть, 1970. - 120 с.

10. Малков Ю. А. Технология производства сульфатной целлюлозы. Расчеты по регенерации извести: метод, указания к курсовому и дипломн. Проектированию для студентов специальности 0904. // JL: JITA, 1983. - 60 с.

11. Каустизация щелоков: учеб. пособие / А. Б. Маршак - Л.: ЛТА, 1983. - 60 с.

12. Регенерация сульфатных щелоков: учеб. пособие для профтехучилищ / Б. 3. Смоляницкий, А. Н Зайцев - М.: Лесн. пром-сть, 1987. -312 с.

13. Химическая энциклопедия XuMuK.ru [Электронный рёсурс] // Плотномеры.

- Сор. 2013. - Режим доступа - свободный: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/341 l.html, свободный. - Загл. с экрана.

14. Технологические измерения и КИП на предприятиях химической промышленности - учеб. для сред. спец. учеб. заведений / Е. Ф. Шкатов - М.: Химия, 1986.-320 с.

15. Химический каталог [Электронный ресурс] // Плотномеры. — Сор. 2013. — Режим доступа - свободный: http://www.ximicat.com/info.php?id=4285, свободный.

- Загл. с экрана.

16. Электронный фонд нормативно-технических документов Техэксперт [Электронный ресурс] // Р 50.2.041-2004 ГСИ. Ареометры стеклянные. Методика поверки. Рекомендации по метрологии. - Сор. 2012. - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200038330, свободный. - Загл. с экрана.

17. Глыбин И. П. Автоматические плотномеры и концентратомеры в пищевой промышленности / И. П. Глыбин - М.: Пищевая промышленность, 1975.-182 с.

18. Плотномеры поточные жидкостные [Электронный ресурс] // Торговый дом спецтехноресурс. - Сор. 2012. - Режим доступа: http://td-str.ru/file.aspx?id=2836, свободный. - Загл. с экрана.

19. Поточные анализаторы [Электронный ресурс] // SocTrade Process Engineering. - Сор. 2012. - Режим доступа: http://www.soctrade.ru/, свободный. -Загл. с экрана.

20. Плотномеры [Электронный ресурс] // НПО Модуль - Специальные технические системы - Сор. 2012. - Режим доступа: http://npomodul-sts.ru/, свободный. - Загл. с экрана.

21. Портативный погружной плотномер DM-230.1B [Электронный ресурс] // ЭТК ЛАНФОР — Сор. 2012. - Режим доступа: http://www.lan-for.ru/, свободный. -Загл. с экрана.

22. K-Patents Digital Divert Control System DD-23 [Электронный ресурс] // K-Patents Company. - Finland, сор. 2006-2011. Режим доступа: http://www.kpatents.com/dd23_pulp.php, свободный. - Загл. с экрана.

23. Model 1022=The Ultimate in Reliability [Электронный ресурс] // Liquid Solids Control, Inc. - USA, - сор. 2005. - Режим доступа: http://www.liquidsolidscontrol.com/1022.htm, свободный. - Загл. с экрана.

24. MPR E-SCAN [Электронный ресурс] // The Electron Machine Corporation. — USA. -Режим доступа: http://www.electronmachine.com/electronmachine/e-scan.html, свободный. - Загл. с экрана.

25. Refracto 30GS. Портативный рефрактометр с расширенным диапазоном измерений [Электронный ресурс] // Mettler-Toledo International Inc. - Режим доступа: http://ru.mt.com/ru/ru/home/products/Laboratoiy_Analytics_Browse/Refracto metiy_Family_Browse_main/Portable_Refractometer_Family_browse_main/Refracto_ 30GS_l.html, свободный.

26. Монахов Е. И., Филиппова Е. А., Фишман А. И. Методические указания к выполнению лабораторных работ общего физического практикума. (Геометрическая оптика и дисперсия света). // Казань, 2006 г. 46 с. 7.12.2013. — Режим доступа: http://edu.znate.ru/docs/3997/index-94762-3.html, свободный.

27. Пентин Ю.А., Вилков JI.B. Физические методы исследования в химии / Ю. А. Пентин, Л. В. Вилков - М.: Мир, 2006. - 683 с.

28. Панов В.А., Кругер М.Я., Кулагин В.В. и др. Справочник конструктора оптико-механических приборов / В. А. Панов, М. Я. Кругер, В. В. Кулагин и др. -3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1980. - 742 с.

29. Экспериментальные методы исследования: учебное пособие / С. А. Алексеев, A. JI. Дмитриев, ТО. Т. Нагибин и др. - СПб: НИУ ИТМО, 2012.-81 с.

30. Цветное оптическое стекло и особые стекла: каталог / Г. Т. Петровский - М.: Дом оптики, 1990. - 228 с.

31. Белов Н. П., Смирнов Ю.Ю., Шерстобитова А. С., Яськов А. Д. и др. Лабораторный спектрофотометр для ультрафиолетовой области спектра / Изв. ВУЗов. Приборостроение. - 2011. - Т. 54, № 5. _ с. 81-87.

32. Каталог цветного стекла / И. Вейнберг - М.: Машиностроение, 1967. - 63 с.

33. Физико — химические свойства черного щелока [Электронный ресурс] // Пособие выпарщику сульфатных щелоков. - Сор. 2011. — Режим доступа: http://himceh.ru, свободный. - Загл. с экрана.

34. Кислицын В. А., Глухарева А. Н., Выродов М. И. и др. Технология лесохимических производств: Учебник для вузов / В.А. Кислицын, А.Н. Глухарева, М.И. Выродов и др. - М.: Лесная промышленность, 1987, - 352 с.

35. Производство древесной массы [Электронный ресурс] // Химикаты из древесины. - Сор. 2011. - Режим доступа: http://www.tehnoinfa.rU/himikatidereva/4.html, свободный. - Загл. с экрана.

36. Белов Н.П., Лапшов С.Н., Майоров Е.Е., Шерстобитова A.C., Яськов А.Д. Оптические свойства растворов черных щелоков и рефрактометрические средства контроля концентрации сухого остатка в сульфатном производстве целлюлозы // Журнал Прикладной Спектроскопии. - 2012. - № 3 - Т. 79. - С. 514-516.

37. Иоффе Б. В. Рефрактометрические методы химии / Б.В. Иоффе - 3-е изд. перераб. - Л.: Химия, 1983. - 352с.

38. Лапшов С.Н., Майоров Е.Е., Патяев А.Ю., Шерстобитова A.C., Яськов А.Д. Оптические свойства водных растворов этиленгликоля и пропиленгликоля и применение рефрактометрии для контроля их состава при антиобледенительной обработке корпусов самолетов // Материалы VIII международной научно-практической конференции «Современные научные достижения». — Образование и наука, 2012. - Т. 24. - С. 78-81.

39. Белов Н.П., Лапшов С.Н., Майоров Е.Е., Патяев А.Ю., Шерстобитова A.C., Яськов А.Д. Применение рефрактометрии для контроля процессов противообледенительной обработки воздушных судов в аэропортах // Сб. статей XIII международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике». - СПб: Изд-во Политехнического ун-та., 2012. -Т. 1. - С. 273-275.

40. Белов Н.П., Лапшов С.Н., Патяев А.Ю., Шерстобитова A.C., Яськов А.Д. Температурная зависимость показателя преломления водных растворов этиленгликоля и пропиленгликоля // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. -2012. - Т. 78. - № 2. — С. 138139.

41. Акмаров К.А., Лапшов С.Н., Шерстобитова A.C. Оптические свойства водных растворов диметилсульфоксида // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. - СПб: Изд-во СПб НИУ ИТМО. - 2012. - Выпуск 2. - С. 4.

42. Волновая оптика Учеб. пособие для вузов / Н. И Калитеевский — 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1995. — 463 с.

43. Лапшов С.Н. Оптические свойства щелоков и рефрактометрические методы и средства их контроля в сульфатном производстве целлюлозы // Аннотированный сборник научно-следовательских выпускных квалификационных работ магистров НИУ ИТМО. - Санкт-Петербург: СПб НИУ ИТМО.-2012.-С. 50-53.

44. Белов Н.П., Лапшов С.Н., Шерстобитова A.C., Яськов А.Д. Промышленные рефрактометры для контроля черных щелоков в целлюлозно-бумажном производстве // Сб. статей XII международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности». -СПб: Изд-во Политенического ун-та. -2011. -Т. 2. - С. 315-318.

45. Лапшов С.Н., Шерстобитова А. О возможности контроля химических свойств зеленого щелока методом ультрафиолетовой спектроскопии в

технологических потоках регенерации варочных растворов производства сульфатной целлюлозы // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. -СПб: Изд-во СПб НИУ ИТМО, 2013. - Вып. 2. - С. 35-38.

46. Белов Н.П., Лапшов С.Н., Майоров Е.Е., Шерстобитова А.С., Яськов А.Д. Применение рефрактометрических технологий для контроля зеленых щелоков в производстве сульфатной целлюлозы // Сб. статей XIII международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике». — СПб: Изд-во Политехнического ун-та. - 2012. - Т. 1. - С. 275-277.

47. Золотов Ю.А., Дорохова Е.Н., Фадеева В.И. и др. Основы аналитической химии. Методы химического анализа: Учеб. для вузов / Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеев и др. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2004, -503 с.

48. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа: учеб. пособие / М. И. Лебедева - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. - 216 с.

49. Булатов, М. И. Практическое руководство по физико-химическим методам анализа./ М. И. Булатов, И. П. Калинкин - Л.: Химия, 1986. - 378 с

50. Васильев В. П. Аналитическая химия. Том 2 / В. П. Васильев - М.: Высшая школа., 1989.-384 с.

51. Берштейн И. Я. Спектрофотометрический анализ в органической химии / И. Я. Берштейн. - М.: Химия, 1986. - 200 с.

52. Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию / В.И. Малышев. - М.: Наука, 1979. - 480с: ил.

53. Введение в молекулярную спектроскопию: Учеб. пособие / Н. Г. Бахшиев — 2-е изд. испр. и доп. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. - 216с.

54. Paulonis М.А., Krishnagopalan G.A. Kraft liquor alkali analysis usung insitu conductivity sensor. // Tappi J. 73(1)A205 (1990).

55. Bertelsen P.M., Svensson J.O. Sensor-based causticizing control. // Tappi J. 69(8):72 (1986).

56. Dorris G.M., Allen L.H. Conductivity sensors for slaker control. Part I: Laboratory results. // J. Pulp Paper Sei. 15(4):J122 (1989).

57. Paulonis M.A., Krishnagopalan G.A. Kraft white and green liquor composition analisis; Discrete sample analyzer. // J. Pulp Paper Sei. 20(9):J254 (1994).

58. X.S. Chai, J.Li, J.Y. Zhu An ATR-UV Sensor for Simultaneous On-Line Monitoring of Sulphide, Hydroxide and Carbonate in Kraft White Liquors During Mill Operations. // Journal of pulp and paper science:vol.28 no.4 april 2002.

59. Утегенов M.M., Копылова E.A., Естемесов З.А. Об электронных спектрах синтетических водно-щелочных растворов // Вестник Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева. 2006. С. 90-96.

60. Акмаров К., Лапшов С.Н., Майоров Е., Шерстобитова А., Яськов А.Д. Спектры поглощения диметилсульфоксида в ближней ультрафиолетовой области длин волн // Сб. статей XV международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике». - Санкт-Петербург: СПб: Изд-во Политехнического ун-та, 2013. - Т. 1. - С. 78-81.

61. Лапшов С.Н., Майоров Е., Шерстобитова А., Яськов А.Д. Влияние химического состава зеленого щелока на оптическое поглощение в ультрафиолетовой области спектра // Сб. статей XV международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике». -Санкт-Петербург: СПб: Изд-во Политехнического ун-та, 2013. - Т. 1. - С. 116-120.

62. Лапшов С.Н., Майоров Е., Шерстобитова А., Ясысов А.Д. Применение ультрафиолетовой спектроскопии для контроля общей щелочности зеленых щелоков в производстве сульфатной целлюлозы // Сб. статей XIV международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике». - СПб: Изд-во Политехнического ун-та, 2012. - Т. 2. - С. 268-272.

63. Ультрафиолетовая (электронная) спектроскопия / Сайт химического факультета Алтайского государственного университета [электронный ресурс], —

®/>

Сор. 2011. - Режим доступа: http://www.chem.asu.ru/org/fcmi/fcmi06.pdf , свободный. - Загл. с экрана.

64. Акмаров К. А., Лапшов С. Н., Шерстобитова А. С., Яськов А. Д. Оптические свойства водных растворов диметилсульфоксида и применение рефрактометрии для контроля их состава // Журнал прикладной спектроскопии. - 2013. - №4 -Т.80. - С.625-629.

65. Акмаров К.А., Артемьев В.В., Белов Ы.П., Лапшов С.Н., Майоров Е.Е., Патяев А.Ю., Смирнов A.B., Шерстобитова A.C., Шишова К.А., Яськов А.Д. Промышленные рефрактометры и их применение для контроля химических производств // Приборы. - 2012. - № 4 (142). - С. 1-8.

66. Смирнов Ю. Ю. Колориметрические приборы и системы на основе оптоэлектронных RGB-компонентов: дис. ... канд. техн. наук: 05.11.07 / Смирнов Юрий Юрьевич. - СПб., 2013. - 171 с.

67. Патяев А. Ю. Рефрактометрические технологии контроля противообледенительной обработки воздушных судов: дис. ... канд. техн. наук: 05.11.07 / Патяев Александр Юрьевич. - СПб., 2012.-104 с.

68. Степанова О. С. Разработка и исследование биспектрального метода контроля процесса гемодиализа: дис. ... канд. техн. наук: 05.11.17 / Степанова Оксана Сергеевна. - СПб., - 2013. - 135 с.

69. Акмаров К. А. Оптические свойства водных растворов диметилсульфоксида и рефрактометрические средства их контроля при производстве полимерных волокон: дис. ... канд. техн. наук: 05.11.07 / Акмаров Константин Александрович. -СПб.,-2013.-104 с.

70. Лапшов С. Н. Чёрные и зелёные щелока в сульфатном производстве целлюлозы. Оптико-спектральные методы и средства контроля процесса регенерации / С. Н. Лапшов. - Саарбрюккен: Lap Lambert, 2014. - 97 с.

71. Белов Н. П., Лапшов С. Н., Майоров Е. Е., Шерстобитова А. С., Яськов А. Д. Оптические свойства зеленых щелоков и применение промышленной рефрактометрии для контроля их состава при производстве сульфатной целлюлозы // Оптический журнал. —, 2014. - Т. 81. — № 1. — С. 60-65.