一種確定非均勻介質(zhì)的性質(zhì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及一種用于確定非均勻介質(zhì)中的一個或多個組分或相的性質(zhì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紙漿廠的加工效率是復(fù)雜的函數(shù)，它取決于，例如，所使用的紙漿類型、紙漿性質(zhì)、工藝設(shè)備和條件。對于漂白硫酸鹽漿廠的第一加工階段(即蒸煮、氧脫木素和D0階段)，挑戰(zhàn)是實現(xiàn)最優(yōu)脫木素和高選擇性，即得到低木質(zhì)素含量和高漿得率及粘度。第二個挑戰(zhàn)為在所需的最終亮度和強度水平下最大化紙漿生產(chǎn)。
[0003]合適地操作蒸煮和氧脫木素具有巨大的影響。操作離預(yù)期工作點太遠(yuǎn)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的產(chǎn)量損失，雖然有時在例如漿得率和強度方面非常難于直接和定量地確定。從過程控制角度來看，干擾因素將造成過程可變性，導(dǎo)致偏離目標(biāo)設(shè)定點。這樣的干擾因素可能與例如原料(諸如切片水分、液體強度、木材組成等)相關(guān)。它也與所使用的不準(zhǔn)確或不適合的過程傳感器相關(guān)，例如稠度、流速、pH等。然而，并不是每個加工階段中的每個單一性質(zhì)和組成都能被測量，固有的挑戰(zhàn)是確定關(guān)鍵的工藝參數(shù)，以測量那些參數(shù)，并基于這些參數(shù)得到過程控制解決方案，以便實現(xiàn)高產(chǎn)量。
[0004]降解的和溶出的木質(zhì)素殘渣將最終進入回收鍋爐。但是將自然地發(fā)生一些下游“泄漏”，其為黑液殘留物(carryover)。此外，雖然大部分脫木素發(fā)生于蒸煮階段，但在后續(xù)階段仍產(chǎn)生極為顯著的卡伯值(Kappa number)下降，這將給過程流中加入更多溶出的木質(zhì)素。
[0005]該黑液殘留物(是指有機和無機組分)就其組成是被熟知的，現(xiàn)今有人使用傳感技術(shù)試圖捕獲所述殘留物。但是他們不具體地測量被認(rèn)為是紙漿洗滌中最重要參數(shù)的溶出木質(zhì)素含量，而測量黑液中的無機物質(zhì)含量。
[0006]可通過測量優(yōu)選紫外(UV)光的吸光度確定過程流體中木質(zhì)素的含量。但是，這意味著纖維已被分離，因此僅可被實時地施用于相對純的流體流(即不含纖維)。一些對于纖維含量的補償(包括纖維碎片及其他光散射顆粒)可通過在兩個或多個波長下進行測量來實現(xiàn)，但是當(dāng)測量，例如透光率時，即便在相對低的纖維含量下，這些纖維也阻斷幾乎所有的光線，據(jù)此流體相的確定將被干擾或成為不可能。
[0007]專利文件SE 464836描述了由于低數(shù)目的大顆粒(例如纖維)存在于給定小測量體積中，在這個體積下沒有大顆粒將是統(tǒng)計學(xué)上偶然的，條件是濃度相對于體積是足夠低的。但是，小體積(例如1_3)中小顆粒的數(shù)目也是高的，統(tǒng)計學(xué)上小顆粒的濃度將在一段時間內(nèi)基本上維持恒定。
[0008]圖1示出了在高頻率、小測量體積下的包含大顆粒和小顆粒的懸浮液的透光率測量的說明性簡圖。曲線圖示出了作為時間函數(shù)的信號水平，其中V?是純水的信號水平，VP是信號的最高水平，VDe是平均信號水平。FPC對應(yīng)于小顆粒的濃度，LPC對應(yīng)于大顆粒的濃度。
[0009]當(dāng)測量光衰減或反向透光率時，當(dāng)介質(zhì)流過給定的測量體積時，當(dāng)在測量體積中沒有大顆粒時，信號水平將會是最高的，即最高水平(見圖1的圖解d))并與小顆粒的濃度相對應(yīng)(見圖1的圖解a)和c))。平均信號水平同時受大顆粒和小顆粒的影響，見圖1的圖解b)，其意味著大顆粒的濃度可由平均信號水平和最高水平通過合適的方式計算來確定。在圖1中通過圖示描述了所述方法，因此其是常規(guī)的，并被用于光衰減(即透光率)的測量，雖然原則上在測量反射比時也可使用所述方法。
[0010]通過使用小測量體積和高時間分辨率，使大顆粒和小顆粒間的區(qū)分成為可能。因此，一個優(yōu)點為大顆粒和小顆粒對于測量信號的不成比例大的貢獻可以被抵消，并能得到大小兩種顆粒的濃度以及總顆粒濃度。
[0011]但是，確定非均勻介質(zhì)中單獨相的性質(zhì)仍是問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明目的在于提供一種確定非均勻介質(zhì)中各部分或組分性質(zhì)的方法。
[0013]本發(fā)明基于下述洞察:部分非均勻介質(zhì)的性質(zhì)可通過使用小測量體積和高信號帶寬結(jié)合施用數(shù)學(xué)模型計算。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，提供一種確定包含至少兩相的運動中的非均勻介質(zhì)的性質(zhì)的方法，所述方法包括下述步驟:使用具有至少一個預(yù)設(shè)波長的光束照射介質(zhì)，得到代表檢測到的離開所述介質(zhì)的光的測量信號，其中所述光束相對于性質(zhì)有待確定的部分介質(zhì)是小的，且其中測量信號的帶寬對于區(qū)分測量信號的時間周期足夠高，所述測量信號的時間周期與性質(zhì)有待確定的部分介質(zhì)相關(guān)，其中所述方法以下述步驟為特征:對于與性質(zhì)有待確定的部分介質(zhì)相關(guān)的測量信號的時間周期，使用測量信號確定與性質(zhì)有待確定的部分介質(zhì)的性質(zhì)，其中有待確定的性質(zhì)通過數(shù)學(xué)計算、使用與性質(zhì)有待確定的部分介質(zhì)相應(yīng)的測量信號來確定。從而可確定介質(zhì)中單個部分的性質(zhì)。
[0015]在優(yōu)選的實施方案中，有待確定的性質(zhì)是下述任一項:化學(xué)組成、亮度和顏色。
[0016]在優(yōu)選的實施方案中，性質(zhì)有待確定的部分介質(zhì)是纖維懸浮液的液相。
[0017]在優(yōu)選的實施方案中，有待確定的性質(zhì)是溶出的木質(zhì)素的濃度。然后測量信號的波長優(yōu)選在UV范圍內(nèi)，優(yōu)選基本上在280nm。所述測量優(yōu)選可通過將在木質(zhì)素吸收范圍內(nèi)的UV光測量與在不受化學(xué)組成影響的波長范圍內(nèi)的紅外(IR)光測量結(jié)合進行。
[0018]在優(yōu)選的實施方案中，性質(zhì)有待確定的部分介質(zhì)是纖維材料，優(yōu)選是在將木片精煉為紙漿的過程中的纖維材料。那么，有待確定的性質(zhì)是纖維材料中的水分含量。
[0019]在優(yōu)選的實施方案中，所述方法包括借助多元校正技術(shù)進行的校準(zhǔn)步驟，所述步驟優(yōu)選偏最小二乘或潛結(jié)構(gòu)投影(Project1n to Latent Structures)。
[0020]在優(yōu)選的實施方案中，組合了多于一個波長或波段的測量數(shù)據(jù)。
[0021]在優(yōu)選的實施方案中，使用了 0.05-1000mm3，優(yōu)選約1mm3的測量體積。
[0022]在優(yōu)選的實施方案中，測量信號的帶寬為0.05-10KHZ，優(yōu)選至少1kHz。
【附圖說明】
[0023]現(xiàn)在參照附圖以舉例的方式描述本發(fā)明，在附圖中
[0024]圖1示出了目前所使用的在高頻率下測量透光率的說明性簡圖；
[0025]圖2示出了漂白濾液的吸收光譜；
[0026]圖3為示出了來自于本發(fā)明實時應(yīng)用的數(shù)據(jù)的圖；
[0027]圖4為濾液卡伯值和C0D對傳感器原始信號的圖；
[0028]圖5a和5b為借助纖維光學(xué)用于測量反射比的探針的說明性簡圖；
[0029]圖6示出了在測量過程中與探針具有不同距離的樣品的近紅外區(qū)反射光譜；及
[0030]圖7示出了作為時間的函數(shù)的在給定波長下測量的信號的圖。
[0031]實施方案描述
[0032]在下文中，將說明一種確定非均勻介質(zhì)性質(zhì)的方法的詳細(xì)描述。
[0033]在該描述中，術(shù)語“非均勻介質(zhì)”旨在定義具有兩個或更多個相的非均相介質(zhì)，例如含有纖維或其他顆粒的懸浮液。術(shù)語“運動中的非均相介質(zhì)”旨在定義一種非均相介質(zhì)，其在例如管道中被傳送。實例為管道中的懸浮液、溜槽中測量的部分切片、傳送帶上的材料等。
[0034]定義“相對于…光束是小的”旨在描述光束的尺寸或直徑直接與測量體積相關(guān)，即光束的尺寸取決于有待測量的部分的尺寸，例如顆粒尺寸或顆粒間間隙的尺寸。對帶寬(即時間分辨率)的要求也取決于此，但也取決于介質(zhì)的流速。
[0035]術(shù)語“實時”旨在描述測量要么直接在生產(chǎn)線上進行(有時也稱為在線(in-line))，要么以其他的方式進行，例如分流，其自動從過程中獲取，且其能流過或被栗送過探針。相對于動態(tài)的過程，實時測量通常連續(xù)地或基本上連續(xù)地進行。
[0036]術(shù)語“相”和“組分”描述了介質(zhì)的不同組成，例如顆粒、纖維、液體和氣體。
[0037]術(shù)語“管道”通常指工藝管道，但也可以包括傳送機或管子(tube)等，取決于應(yīng)用。
[0038]圖2示出了含有顆粒(例如細(xì)粒