专利名称：Co的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及在采用添加CO2的湿部加工中控制CO2添加的方法。
相关领域本发明公开了一种在采用添加CO2的湿部加工中控制CO2添加的方法。本申请的受让人，Air Liquide，目前拥有一项关于湿部加工中CO2添加的待审专利申请。
在纸张加工中，由于工业竞争、原材料变化、环境考虑因素和更大的顾客需求量，对湿部化学更高层次的认识和理解对于商业上获得成功是重要的。已经发现，ζ电位(ZP)是构成最终纸张品质的一项重要性能。
人们早已认识到，ζ电位由于与纸浆的絮凝、滞留和排水性能有关，因而是造纸机工艺可操作性的重要影响因素。参见N.Vanderhoek，“通过动电学量度优化造纸机的性能(Optimizing Paper MachinePerformance Through Electrokinetic Measurement)”(APPITA，第47卷，第5期，第397-405页，1994)。湿部稳定性是得到机器效率的关键部分。T.Miyanashi等研究了ζ电位对这些现象的影响，并得出应当控制ζ电位以得到更好的絮凝和排水添加剂的结论。最优化造纸机的湿部化学不是在平衡条件下操作的，从而化学品的添加规律很关键。参见T.Miyanashi和S.Motegi，“通过控制ζ电位优化微粒的絮凝和排水(Optimizing Flocculation and Drainage for Microparticleby Controlling Zeta Potential)”(TAPPI期刊，第262-270页，1997年1月)。
需要更佳操作性能的造纸机触发了更好助留剂的研发。这决定了需要更好地理解这些新型湿部添加剂，并能够实时地控制其添加以便获得最佳的造纸机和整体的湿部操作性能。要实现这些目标，第一步依赖于可获得的实时信息。因此希望提供一种方法，其可以调节自身以适应实时的变化。在湿部工艺中，纤维特征、化学添加剂和水的性质可连续变化，因此希望在其实时发生的同时检测这些变化。
如上所述，Air Liquide研发了一种能够利用CO2改变纤维素纤维ζ电位的技术。M.Muguet和J.M.deRigaurd，“通过改善造纸原料的物理化学性能改进纸制品的制造工艺(Improvements to Processesfor Manufacturing Paper Products by Improving thePhysico-Chemical Behavior of the Paper Stock)”，国际公开号No.WO 03/074788 A2。Air Liquide在该技术上也有一个待审的专利申请，2002年9月30日作为美国临时申请递交的6052号申请，获得序列号60/414,876，并于2003年9月6日成为美国非临时申请，获得序列号10/656,857。申请人这里明确地将这些公开内容的全文引入作为参考，就如它们在本申请中做了完整的阐述。
在过程控制中，通常需要一个数学模型将输入的参数与控制系统的输出变量相互关联。为了控制湿部参数，例如湿部添加剂的滞留、排放和形成，首先需要一个使添加剂参数与ζ电位和阳离子需求量相关联的数学模型。接着，需要一个模型，其将影响絮凝的参数如ζ电位、阳离子需求量与聚合物添加剂成桥能力相互关联。由于通常这些输入-输出关系是未知的，因此无论是数学控制模型还是模拟模型的建立都是不容易的(F.Onabe)。F.Onabe，“测定和控制(Measurementand Control)”(第12章)。W.Scott解释了这些是非线形的、相互作用的关系。W.Scott，“湿部化学原理(Principles of Wet EndChemistry)”(TAPPI出版社，亚特兰大，Georgia，1996)。Wang，H.等描述了一种神经网络，其为湿部化学品与所生成纸的性能间的关系建立了模型。H.Wang，B.Oyebande，“神经网络模型在造纸湿部加工中的应用(On the Application of Neural Networks Modeling to aWet End Chemical Process in Paper Making)”(IEEE控制应用会议-会议论文集，1995，IEEE，Piscataway，New Jersey，USA，第657-662页，1995)。
要在湿部实现实时控制的优化配置，能够进行实时测定是很有用的。通常缺少有关吸附过程效果的及时反馈的测定，这是很严重的缺陷，这导致通过控制单独参数将输入扰动减少到最小的工厂实践。这些参数的大部分，如pH值、离子需求量、浓度(consistency)(Cy)、流速等一般受到控制。然而，那些因为缺少在线设备而未受到控制的性能带来了挑战。例如，ZP一般是离线测定的。大多数工厂缺少在线ZP分析仪，所以不可能取得在线的ZP控制或优化。
因此，与本发明之前的纸加工方法有关的一个问题是，它们没有提供一种通过将受控的CO2添加到湿部中来更精密地控制造纸中湿部化学性能的方法。
与本发明之前的纸加工方法有关的另外一个问题是，它们没有提供将受控的CO2添加湿到部中，其可控制未测定的性质以改善造纸中湿部化学的性能。
与本发明之前的纸加工方法有关的再进一步的问题是，它们没有提供将CO2添加到湿部中的控制机理，该机理通过提供一种有利于数据改进的系统扰动预测器，使得对未测定性质的控制更可靠。
本发明寻求解决这些问题，同时提供一种节约成本、使用简便的造纸湿部添加CO2的控制机理。
发明概述本发明公开了一种在采用添加CO2的湿部加工中控制CO2添加的方法。造纸组合物与CO2结合，产生一种富含CO2的造纸组合物。测定或估计造纸组合物或富含CO2的造纸组合物的至少一种电性能。然后控制CO2的添加速率使得该至少一种电性能保持在一个预选的数值范围内。
在一个实施方案中，从ZP、CD和离子浓度或任何与其相当的性能中选择该电性能，并经测定选自流速、CD、ZP、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度的、或者造纸组合物或者富含CO2的造纸组合物的至少一种性能和采用一种模型对该电性能做出估计。优选估计ZP。从而，可从造纸组合物或富含CO2的造纸组合物、并优选从造纸组合物测得该测定的性能。同样地，可为造纸组合物或富含CO2的造纸组合物、且优选为富含CO2的造纸组合物估计该估计的电性能。
通过将至少一种电性能保持在预选的数值范围内，采用各种控制方案以便更好地控制CO2的添加。
因此，本发明的一个目的是，通过控制CO2向湿部的添加，提供一种更精密地控制造纸中湿部化学性能的方法。
本发明的再一个目的是，提供一种将CO2添加到湿部中的控制机理，其可控制未测定的性能，从而改进造纸中的湿部化学性能。
本发明的仍然另一个目的是，提供一种将CO2添加到湿部中的控制机理，该机理通过提供一种有利于数据改进的系统扰动预测器而使得对未测定性能的控制更加可靠，从而使造纸中湿部化学的性能更佳。
本发明的以下描述会使本发明的这些和其它目的更明显。
附图简述在以下详述中，将参考下列附图
图1是说明适合于特定造纸工艺的控制方法的一个实施方案的简图；图2是说明该控制方法的另一实施方案的简图；图3是说明前馈控制的预期性能的简图，其响应于归一化的步长改变(normalized step change)和电荷需求量扰动。
图4是说明适合于特定造纸工艺的控制方法的另一实施方案的简图。
优选实施方案描述本发明提供一种用于控制湿部加工参数的系统和方法，其通过使用先行控制器以实时方式注射CO2。先行控制器的设计保持所需的设定值，而且抑制不希望的湿部扰动的影响。湿部扰动的影响可以建模，而且采用它们的在线测定以便补偿CO2的添加。本公开为湿部加工中参数控制提供一种有效方式，其使用多变量先行控制和CO2气体。
如上所述，Air Liquide已开发了一种能够利用CO2改变纤维素纤维的ζ电位的技术。M.Muguet和J.M.deRigaurd，“通过改善造纸原料的物理化学性能改进纸制品的制造工艺”，国际公开号No.WO03/074788 A2。Air Liquide在该技术上也有一个待审的专利申请，2002年9月30日作为美国临时申请递交的6052号申请，获得序列号60/414,876，并于2003年9月6日成为美国非临时申请，获得序列号10/656,857。申请人这里明确地将这些公开内容的全文引入作为参考，就如它们在本申请中做了完整的阐述。
本发明的公开涉及一种与其相适应的控制方法。
由于含碳物质的平衡，CO2的添加没有使水中的碱度改变。然而，当在CaCO3存在下添加CO2时，由于额外的碳酸氢盐的产生，碱度改变。
已经证明利用CO2能改善湿部加工的效率。该申请的设计要求很好地了解由CO2引起的相互作用和这些相互作用的程度。有关知识理论上被水化学的平衡分析所涵盖。为了保持该加工的效率，设计可以保持该加工在所设计的规范下运行并抑制主要扰动的控制系统是有帮助的。最重要的扰动可归因于补偿水中的浓度变化、温度、压力、浓度或其它化学添加物的改变。为了设计能抑制这些改变的控制系统，知晓它们对受控变量的动力学影响和它们与供应的CO2的动力学关系是有帮助的。这些关系从可获得的加工知识或工厂中的动力学实验或理论模型中可以得到。
在有气态CO2和CaCO3的含水系统中，可以建立最重要物质的动态模型和其对ζ电位(ZP)和电荷需求量(CD)的影响。假设这种动态模型的碱度恒定。
人们很好地研究了平衡条件下的CO2-CaCO3系统，但是当这些研究处于动态(动力学)条件下时就受到局限。当探索该系统的动态建模时，需要考虑各种起重要作用的参数，如质量转移和表面反应。选择CO2-CaCO3进行操作的操作条件决定了多快达到平衡条件，并且在设计基于模型的控制系统时，值得考虑这些操作条件。这里还列出了各种操作条件，比如CO2的分压、温度、以及系统特定变量比如碳酸钙的表面积和传质系数的最重要的影响。
验证所建议的模型需要离线测定碱度和[Ca2+]，其是冗长和耗时的。因此为了预测这些离线测定，考虑了使用电导率测定的潜在可能性。
模型开发平衡在CO2-CaCO3系统中，物质的动力学行为取决于数个变量。该动力学行为可用常微分方程(ODE)表达，其需要初始条件以得出它们的解。一些初始条件可在典型的(间歇)实验中了解和测定，如pH值。然而，其它初始条件不被了解或很少被测定。如[CO3-2]浓度。平衡研究能为任何给定的条件提供任何分量值的估计值，假定为了达到平衡，这些条件没有改变。接着，平衡计算可以用作ODE的初始条件。类似地，平衡计算可用于对比动力学方程的最终或稳态结果。在稳态下，ODE的结果应与新操作条件下的平衡条件相一致。
传质系数，kx，影响变量的时间响应，但不影响最终稳态或平衡值。另一方面，pCO2(CO2的分压)直接影响平衡的数值。因此，如果可能，需要发现或精密监测获得实验稳态参数的pCO2值。为了发现达到平衡条件的操作的pCO2，则要解决一个平衡问题。
在Stumm & Morgan(Stumm，W.and Morgan，J.J.的“水化学天然水的化学平衡和速率(Aquatic ChemistryChemical Equilibriaand Rates in Natural Waters)”，John Wiley & Sons，第三版，1996)第168页的例子之后，利用Matlab程序求解由下式定义的非线形代数方程的集[H+][HCO3-][H2CO3*]=K1----(1)]]>[H+][CO32-][HCO3-]K2----(2)]]>[H2CO3*]＝KHpCO2(3)[H+][OH-]＝KW(4)[Ca+2][HCO3-]＝KSO(5)2[Ca]+[H+]＝[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-](6)
该文献中报道了平衡常数。
温度与平衡常数的依赖相关性(Stumm & Morgan)
Log(Ki)＝A1+A2*T+A3/T+A4Log(T)+A5/T＾2
平衡常数与温度的依赖关系Stumm & Morgan报道了温度依赖的相关性。
方程(1)-(6)描述了在给定的CO2分压(pCO2)下，水中的CO2-CaCO3的平衡方程。这些方程可以不同的形式应用，以适应不同的条件。例如，如果钙没有处于平衡状态，那么不能使用方程(5)，需从速率方程估计[Ca+2]。
动力学(速率)平衡研究确定稳态条件或基于操作条件的总变化。而另一方面，动力学研究还确定发生该改变的速率。过程控制设计取决于这两种结果，变化的程度和变化的速率。在恒定碱度的条件下，CO2从气相到本体(bulk)液态的交换可表示为如下的扩散方程dCTdt=klx(PCO2H+Alk-CT)=RCO2----(7)]]>其中，CT＝全部含碳物质，M＝[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO3-2]klx＝传质系数，分钟-1pCO2＝CO2在气体中的分压，atmH＝亨利平衡常数Alk＝碱度，M(摩尔HCO3/升)方程(7)在[CO3--]的浓度可以忽略且CT＞＞Alk时是有效的。当压力明显高于大气中CO2的分压时，就会发生这种情况。当压力接近大气压时，方程(7)无效，但假定可以采用该方程的操作条件为富含CO2的条件。
如果碱度不是常数，那么CO2转化为[H2CO3*]的摩尔传送速率如下式d[H2CO3*]dt=ddt[CT-[HCO3-]]=dCTdt-d[HCO3-]dt----(8)]]>则，全部含碳物质的速率变为dCTdt=RCO2-d[HCO3-]dt=RCO2-dAlkdt----(9)]]>为了估计pH值随时间的变化，可从下面关系式中开始[H+]=(pK1Alk)(CT-Alk)----(10)]]>可以改写成[H+]=pK1CTAlk-pK1----(11)]]>对方程(11)进行时间求导显示，当考虑碱度的时间依赖性时，该方程变得更复杂d[H+]dt=pK1ddt(CTAlk)----(12)]]>其变为d[H+]dt=pK1{Alk*RCO2-CTdALKAlk2}----(13)]]>方程(13)的计算依赖于方程(9)或RCO2，但也取决于dAlk/dt。目前，还没有发现dAlk/dt的分析表达式。
当在CaCO3存在下向系统中添加CO2时，可用简化的质子平衡表达式得出一个试探性的表达式2[Ca++]～＝Alk (14)虽然方程(14)是质子平衡的一种平衡方程，但是可始终用其表示钙离子和碱度之间的近似关系。因此，方程两边对时间求导，dAlkdt=2d[Ca++]dt----(15)]]>由于数值计算的原因，应用方程(13)和(15)造成应用问题，且结果不成功。当同时解方程(13)和(15)时，氢质子的浓度变为非实数。因此，出现一种简化。
已知质子传递反应，如含碳的质子传递反应(carbonic reaction)通常非常快，其半衰期小于几毫秒。这提示人们可不必在ODE中表示该方程以估计氢质子或碱度。作为代替，当ODE中的速率限定方程解出时，可确定求解该合适平衡方程的剩余化学物质。
方程(9)、(13)和(15)相应地描述了CT、pH和Alk的动力学方程。Plummer等人获得的钙溶解动力学具有以下形式RCa＝kCa，1αH+kCa，2αH2CO3+kCa，3αH2O-kCa，4αCaαHCO3(16)Plummer，L.N.，Wigley，T.M.，和Parhurst，D.L.“方解石溶解在5-60℃和0.0-1.0atm CO2的CO2-水系统中的动力学(Thekinetics of calcite dissolution in CO2-water systems at 5°to60℃ and 0.0 to 1.0 ATM CO2)”(American Journal of Science，第278卷，第179-216页，1978年2月)。活度系数，ai，等于浓度。在25℃时，参数是
KCa，1＝5.115e-02；kCa，2＝3.4247e-05；kCa，3＝1.1919e-07；kCa，4＝4.55e-02；RCa的单位是mmol/(sec-1cm2)。常数kCa，i依赖于温度，而且kCa，4是逆向反应。除了转化RCa为摩尔和分钟-1之外，该动力学表达式依赖于方解石颗粒的总表面积。将颗粒面积表示为ac，定义为每单位质量的表面积，如以摩尔/分钟表示的钙溶解如下式d[Ca+2]dt=ac[CaCO3]VRCa(60/1000)----(17)]]>乘积[CaCO3]V相当于在反应器中CaCO3的总克数。Plummer报告了抛光的方解石颗粒的范围高达90厘米2/克。
这些CO2迁移和钙溶解的速率表达是表示整体速率的现象。因此，为了识别CO2-CaCO3系统中所有物质的时间依赖值，小增量求解CO2迁移和钙溶解的ODE(方程(9)和(17))会返回[Ca+2]和全部碳物质，CT。接着，求解下列代数方程可以得出碱度、[HCO3-]和氢质子[H+][H+][HCO3-][H2CO3*]=K1----(18)]]>[H+][CO32-][HCO3-]=K2----(19)]]>[H+][OH-]＝KW(20)CT＝[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-] (21)2[Ca]+[H+]＝[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-] (22)一旦求解出这些方程，可用新数值求解出ODE的下一增量。
然后，CO2-CaCO3的动态模型可以通过2个ODE(方程(9)和(17))和联立解代数方程(方程(18)至(22))来定义。所有这些方程在数值模拟前，已经有了必需指定的各种参数。这些参数是温度、传质系数、CO2的分压和碳酸钙的表面积。
所有的动力学常数和平衡常数对温度有依赖性。在以前的报告(CRC200343)中已经提出这些动力学参数的温度依赖性，并且已经将T＝25℃的列出如上。附录A中列出了平衡参数的温度依赖性。
实验进行一系列实验。这些实验采用加入到1.3升的去离子水中的8.125克CaCO3(相当于纸浆中的20％PCC)。使用两种类型的CaCO3ALBACAR HO PCC(Specialty Minerals，Inc)和试剂级的CaCO3(FisherScientific)。搅拌CaCO3储备液24个小时以达到与大气中的CO2的平衡。从这种储备液中取初样(时间为0)。将1.3升的储备液放入反应器中，并把搅拌速度设定在1500rpm。当CO2计量给料开始时，开始计时。假定为2.5％Cy浆或2.6e-04千克CO2/升时，总的CO2量为10.256千克/吨，以约40秒完成了CO2的计量给料。进行计量的目的是要获得在反应器顶部恒定的CO2分压。取出接近10毫升的样品，马上用0.02微米的过滤器过滤。为了获取较多的样品，用相同的条件实验数次。测定每个样品的电导率、pH值、碱度和钙浓度。
实验结果表1显示了使用ALBACAR PCC在～24℃获得的实验结果。特别明显的是，在几分钟后，钙的浓度和碱度快速增加，达到平衡值。
表1 使用ALBACAR PCC(24℃)的实验结果由方程(6)显示的质子平衡，和由于在这一pH值条件下碳酸盐的浓度[CO3--]可以忽略，以下关系2*[Ca+2]～＝Alk(Stumm & Morgan)一定被满足。从表1显示的实验结果中可以看出，这种关系并没有得到满足。与钙溶解的平衡相比较，这些结果代表高得多的碱度值。这些结果显示，ALBACAR PCC可能有某些影响CO2-CaCO3平衡的化学品。
表2显示了使用试剂级CaCO3的实验结果。如同ALBACAR一样，钙的浓度和碱度朝平衡方向增加得非常快。后面将提供对这种行为的更深入解释。关于平衡，令人感兴趣的事实是，平衡钙与碱度间的关系更接近于满足关系式2*[Ca+2]～＝Alk。除了1分钟样品外，实验值与分析表达式之间的平均误差为5％。1分钟样品的更高实验误差归因于在这样的实验初期获取代表性样品有困难。
表2 使用CaCO3的实验结果(25℃)值得注意的是，在时间为0的样品与最后的样品之间，过滤样品的pH值变化在实验过程中非常小。根据平衡分析，过滤前样品的pH值测定值更接近期望值。
将表2所列的结果用于本研究的其余部分，对平衡和动态模型进行比较。
结果的平衡分析平衡方程可以确定CO2-CaCO3系统的目标稳态条件。用这些信息，人们可以在实验中和动态模型模拟中事先发现期望的稳态数值。
第一步，确认所提问题及其结果的有效性，其是Stumm和Morgan在186页上问题的重复。该问题是测定在大气压(10-3.5atm＝3.16e-04atm)下的CO2-CaCO3系统中的平衡浓度。在Matlab(Mathworks，Inc)中使用非线形代数方程求解程序命令可完成此问题的求解。Matlab中求解方程集(1)～(6)而得出的结果为[Ca]＝4.636e-04M；Alk＝9.2721e-04M和pH值＝8.3048。还应注意的是，2[Ca2+]～＝Alk。
为了将用CaCO3获得的实验结果与平衡方程相比，需要CO2的分压。该压力在实验上一直不可靠或不可获得。某些早期的测定指出，CO2分压在实验开始时为约0.43psig，等于0.02atm，但是其连续下降且它的记录不可靠。另外，如方程(3)所代表的，平衡时系统的该分压特征假设为恒定。这不是系统在实验装置条件下的情形，即系统为间歇式反应器，而且变量随时间而变化。然而，为了获得平衡方程，人们不得不寻找达到相同实验平衡条件的特征CO2分压。表3显示了对于一定的CO2分压范围，求解方程(1)-(6)时获得的一组结果。
表3 CO2-CaCO3系统的平衡条件(25℃)。
将从平衡方程获得的如表3(用外推法)所列的平衡结果与表2获得的实验结果相比较，得出符合实验结果的平衡条件是情形A在25℃理论平衡。
i.Alk＝5e-03摩尔HCO3/升＝250毫克CaCO3/升＝250ppmCaCO3ii.[Ca]＝2.5e-03摩尔Ca/升＝100毫克Ca/升iii.pCO2＝10-1.049atm＝～0.09atmiv.pH值＝6.5(Matlab)，6.9-7.0PHREEQ使用ALBACAR HO(Specialty Minerals，Inc.)的实验结果表明，指示平衡的是pH值。但取得7.3平衡pH值的CO2分压达到了比实验值更低的理论碱度。这种情况下的理论平衡条件标识为情形B，并如下所示。关于这点，人们猜测，结果的差异可能是由于所用PCC(ALBACARHO，Specialty Minerals，Inc)中未知的组分。
情形B最终平衡实验结果(12/12/03)i.pH值＝7.3ii.[Ca]＝106ppm＝2.7e-03Miii.Alk～＝300ppm作为CaCO3＝6e-03摩尔[HCO3]/升iv.初始pCO2～0.4psig(+/-0.2psig)＝2.72e-02atm即使理论和实验情况下的平衡pH值一样，但钙浓度和碱度的偏离却很显著。实验上的钙浓度几乎是理论值的2倍。理论上的平衡钙浓度依赖于常数Kso。除了实验误差之外，偏差的一种可能性是所用的CaCO3或者不纯，或者不同。基于实验结果，并将以前的一些方程合并，可以得到[CO3-2]=K1K2KHpCO2[H+]2=2.8637e-06M----(23)]]>代入方程(5)中，使用实验钙浓度(2.65e-03M)，可以得到平衡常数KsoKso＝[Ca+2][HCO3-]＝7.588e-09＝10-8.1198(24)
这得出一个Kso，它几乎是文献报道的2倍。在21℃时，用新的Kso和其它常数运行平衡软件，可获得如下结果情形C采用新Kso的理论值i.pH值＝7.3061ii.pCO2＝10-1.985atm＝1.0351e-02atmiii.[Ca]＝2.2e-03M＝89.75ppmiv.Alk＝4.5e-03M＝274.5ppm尽管预计的平衡钙浓度现在更接近实验值，但是碱度估计值受到负面影响。下表列出了这些结果的汇总。
该表显示出使用化学级CaCO3的实验结果一致地满足钙和碱度的关系(情形E)。这里，将使用从该实验中得来的动态实验数据与动态模型相比较。将会使用出自平衡计算(情形A)的完整的操作条件组，如pCO2。
结果的动力学(速率)分析在方程(9)中的传质系数kx，定义了气体CO2迁移到液体中的速度。其依赖于物理性能和设备的设计。对于特定的设计和操作条件，在文献中可以发现一些相互关系。基于已经公开的文献，在其中气体在搅拌器附近鼓泡的搅拌釜中，典型的传质系数大约为0.2分钟-1。该值在下面的模拟中作为参照。
人们发现，当分压为0.09atm时，表2所列的实验结果就是平衡条件。这一压力可以用作标称操作压力。
最后，需要表面积以根据方程(16)确定溶解速率。发现在平均直径大小为～1.6微米时，ALBACAR OH(Specialty Minerals，Inc)的表面积等于11.5米2/克(11.5e+04厘米2/克)。另一方面，得自Fisher的CaCO3的平均直径为30～50微米。这可能代表表面积在104厘米2/克的范围。值得注意的是，在Plummer等人的钙溶解论文中报导的碳酸钙的最大表面积为90厘米2/克，这与CRC实验中测定的碳酸钙相比小了数个数量级。稍后将介绍钙溶解中表面积和整体动力学的结论。
动态模型实验使用标称操作条件i.pCO2＝0.09atmii.kx＝0.2分钟-1iii.T＝25℃iv.ac＝碳酸钙的表面积＝103厘米2/克这组条件将标识为条件组A。
初始条件对应于采用大气CO2分压(10-3.5atm)的平衡条件pH值＝8.96；Alk＝3.3e-04摩尔HCO3/升；[Ca+2]＝1.65e-04摩尔Ca/升；CT＝3.45e-04摩尔/升。在这个报告中，所有的碱度可以表示为摩尔/升、平均摩尔(meaning mol)[HCO3-]/升，且钙可以表示为摩尔/升，平均摩尔Ca/升。
表4显示了与实验数值对比的使用条件组A的模拟模型。当CO2的标称分压从0.09atm降低为0.07atm时，模型的稳态预测与实验数据匹配。当为了用平衡方程对其求解而使动态模型离散时，该差异归因于精度的损失。而且，因为要求“清除误差(troubleshooting)”，从而难以得出表4列出的解。当求解ODE(方程(9)和(17))时，值得注意的是，dCa/dt的解会导致[Ca2+]值高于能够在平衡中获得的数值。在本系统中dCa/dt的动态解不能解出比平衡更高的浓度。在稳态条件下，dCa/dt应当仅仅等于平衡的预测。这个问题产生的结论是当碳酸钙表面积明显高于Plummer等人所用的表面积(90厘米2/克)时，方程(16)的动力学表达式高估了钙的溶解。
当碳酸钙的表面积高(～104厘米2/克或更高)时，钙的溶解很快，以致于它实际上瞬时达到平衡，这使该反应与质子传递反应一样快。这种快速钙溶解提示人们用方程(5)所给的平衡方程计算任何给定时间的钙，同时采用其它质子传递反应。这样，对于高表面积，在每个时间区间(dCT/dt)，仅有一个微分方程被求解。一旦在一个取样间隔由方程(9)获知CT，将解出以下方程而找出平衡钙浓度K1=[H+][HCO3-][H2CO3*]----(25)]]>K1=[H+][HCO3-][H2CO3*]----(26)]]>KS＝[Ca2+][CO32-] (27)CT＝[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-] (28)这些方程可以合并求出仅作为CT函数的[Ca2+]CT=4K2K1KS[Ca2+]3+2[Ca2+]+KS[Ca2+]----(29)]]>方程(29)由于不需要初值迭代，所以求解更快，这是如求解联立非线性代数方程的情形。表4中的模拟结果显示由平衡计算出的钙，由于动力学预测高于平衡的值，所以相信这是不可能的。
CO2的分压和温度影响溶解速率，而且也影响平衡条件。在这点上，人们仅仅对改变速率感兴趣，而根据实验结果保持平衡(稳态)结果。能达成此目的的唯一可获得的参数是传质系数。实验是在很高速度(1500rpm)下进行的，但传质系数不知道。如果传质系数从0.2分钟-1增加到2.0分钟-1，则CO2更快地迁移到本体，而且质子传递反应更早发生。
表5显示用更高的传质系数得到的模拟结果。现在可以看到该实验结果与模拟结果更一致。
结论是，已经开发了CO2-CaCO3系统的动态模型，用于代表CRC获得的实验结果。然而，必须强调，为了好的模拟结果，必须考虑正确的操作条件知识，如分压和传质系数、以及碳酸钙的特性，以便取得最佳的模型代表性。实验性实例使得这种模型化的一些重要特征得到说明。接下来，将列出这些建模问题的更详细解释。
表4模拟模型-实验(条件组A) 表5传质系数，kx＝0.4分钟-1时的模拟模型表面积钙的溶解动力学受到表面反应的控制，这使表面积具有重要性。已经显示出，对于高表面积的碳酸钙，一种好的近似是忽略钙速率的预测，并以平衡方程作为代替。尽管如此，仍提出在小表面积的情况下，关于钙溶解的更深入的见解。从现在开始，将列出数种模拟，这些模拟使用下列条件组B中所定义的条件条件组Bi.pCO2＝0.025atmii.kx＝0.2分钟-1iii.T＝25℃iv.ac＝le+05厘米2/克表4和表5显示了一些模拟，这些模拟假设钙的表面积显著地高(104厘米2/克+)，这使溶解进展得如此之快，以致于几乎马上达到平衡，且从平衡方程计算钙。表6显示了当表面积较小时的一些模拟结果，接着用Plummer等人报导的动力学方程描述此钙溶解。
表6CaCO3表面积的影响(ac以厘米2/克计)通常，可以看到，最低的表面积(90厘米2/克)会需要长数个数量级的时间以达到平衡。将模拟的最高表面积9e+04厘米2/克代入组合的平衡方程和动力学方程中。在模拟开始和直到大约5分钟为止，速度预测值高于平衡值，这是不可能的，因此报道了平衡预测值。5分钟后，速度预测值低于平衡值，因此，对Plummer等的速度预测值作图。一个模型与另一个模型之间的转换引起一些数字偏差，其在这些模拟中显示为尖峰。
需注意表面积对pH值的影响。表面积高可增强钙溶解并使质子传递方程向较低[H+]浓度(高pH值)方向平衡。另一方面，当表面积小时，钙溶解非常慢，且质子传递物质的平衡浓度，如[H+]，与几乎没有钙的时候类似。由于这个原因，表6显示了当实际上没有钙和没有要溶解的CaCO3时的模拟。当没有CaCO3时，碱度和钙保持恒定，并且pH值快速下降到更低稳态的值。
表7显示了距离更近的表6-pH值的视图。可以更清楚地看到，当在初始时间的表面积小时，该系统表现得好象没有钙溶解且pH值下降很快。当钙浓度开始增加时，pH值开始向着与CaCO3相应的平衡方向增加。
表7 CaCO3表面积对pH值的影响(ac以厘米2/克计)传质系数传质系数不会影响稳态或平衡条件。正如碳酸钙表面积一样，其仅影响要多快才能达到平衡。从过程控制的观点上考虑，这些变量影响过程的时间常数而不影响增益。表8显示了不同的传质系数在所有变量上的影响。
表8传质系数kx的影响温度影响平衡条件的一个因素是系统的温度。所有的平衡常数和动力学常数都对温度有依赖性，而且任何变化都会对浓度有影响。表9显示了在不同温度下的一对模拟。所示的最高温度(50℃)驱动反应向着更低的钙溶解方向移动。附录中的平衡常数值显示，温度影响常数K1、K2和KS向不同方向移动。
关于变量对于温度的敏感性，表9显示，温度对浓度的影响大于对pH值的影响。但是小的pH值改变代表[H+]浓度变化上的大的改变(因为对数关系)。如果在工厂发生小的温度变化，当使用CO2时，不要期望大的性能改变。
表9温度的影响CO2分压表10显示CO2分压对CO2-CaCO3系统的影响。分压增加促进了CO2的迁移、pH值的降低和钙的溶解。分压还直接影响稳态条件(平衡)。和温度不同，CO2分压相对较小的变化会对所有变量，包括pH值产生较大的影响。它继续起着最重要的操纵变量的作用，规定着最终的操作条件。
表10pCO2的影响电导率在使用ALBACAR OH(Specialty Minerals，Inc)的实验过程中，记录在线的电导率测定值。表11显示了使用ALBACAR PCC(SpecialtyMinerals，Inc)的CO2-CaCO3实验之一的在线电导率测定值。电导率是水溶液传送电流能力的度量。这种能力取决于离子的存在；取决于它们的总浓度、迁移率和化合价；并取决于测定的温度。Clesceri等人提出了计算电导率的一般理论方法。参见Clesceri，L.S.，Greenberg，A.E.，和Eaton，A.D.的“水和废水的标准检验方法(Standard Methodsfor the Examination of Water and Wastewater)”(第20版，APHA，AWWA，WEF)。首先，计算无限稀释液的电导率ko=Σ|zi|(λ+i0)(mMi)+Σ|zi|(λ-i0)(mMi)----(30)]]>其中|zi|＝第i个离子电荷的绝对值mMi＝第i个离子的毫摩尔浓度(λ+i0)，(λ-i0)＝第i个离子的当量电导接着，计算离子强度，IS以摩尔单位计IS=Σzi2(mMi)/2000----(31)]]>单价离子的活度系数，y，用Davies方程计算，其适用于IS＜＝0.5M且温度为2O℃到30℃。
y＝10-0.5(a-0.3IS)；a=IS0.51+IS0.5----(32)]]>最后，电导率可以用下式计算Kcalc＝K0y2(33)可以从不同的来源得到水溶液中的当量离子电导率，包括“Lange′s Handbook of Chemistry”。Dean，J.A.“Lange′s Handbookof Chemistry”(McGraw-Hill，第13版)。上述方程是将电导率作为溶液中离子摩尔浓度的函数进行计算的，然后基于电导率测量值使用上述方程来“反算”离子浓度。由于在实验中使用去离子水，所以可知在溶液中仅能找到两种主要成分[Ca2+]和[HCO3-]。然而，存在无限数量的能够产生相同电导率的离子浓度组合。为此，需要附加的关系式。在所关心的pH值范围内，CO2-CaCO3系统中的质子平衡方程可以简化为2[Ca2+]～＝[HCO3-]＝Alk (34)于是，采用计算[Ca+2]和[HCO3-]离子浓度的最优化问题并定义如下min[Ca2+],[HCO3-]J=min(kexp-k^calc)2----(35)]]>其使得方程(32)为真。通过最小化客观因子(objective factor)，J，该反算得到求解。这一客观因子由测定的或实验的电导率kexp与由方程计算的电导率(kcalc)的估计值的均方误差组成。这个解将是满足质子平衡方程的该问题的最小化。在Matlab中用一个多变量约束函数的最小化对该问题进行数值求解。
表12显示在一个使用ALBACAR PCC(Specialty Minerals，Inc)的实验中，实验的在线电导率测定值和离线的[Ca2+]和碱度测量值。除了第一个离线样品由于取样困难而可能被认为不准确以外，由电导率测定值得到的钙的预测值与离线的实验测定值非常接近地匹配。另一方面，碱度的估计误差较大。最大误差可达40个单位。
表11采用ALBACAR OH PCC的实验测得的在线电导率 表12使用ALBACAR OH的电导率和预测值表13显示了其中使用化学级CaCO3的实验的碱度和[Ca2+]的估计值。钙的估计值几乎与前一情形一样好。另一方面，碱度的预测误差较小。这意味着，本实验由更接近期望值的离子组成。使用ALBACAR的实验可能有一些影响电导率的成分或离子，而且可能排斥方程(32)。总之，可以说，电导率的测定具有预测CO2-CaCO3系统中最重要离子发展情况的潜力。
表13来自化学级CaCO3的电导率和预测值在这样描述的优选实施方案中，帮助确定CO2-CaCO3系统中各物质速率的现象是CO2的迁移和钙的溶解。其它反应是快速发生并可认为它们处在平衡状态的质子传递反应，其包括碱度。本公开内容提出了质子传递反应的计算，其在速率方程的每个积分步长进行计算和校正。
如果碳酸钙的表面积显著地大(超过104厘米2/克)，则可以用平衡方程计算钙的溶解。在本报告的实验中所用的CaCO3具有高的表面积和考虑过钙的平衡计算的最好预测结果。随着CO2的供应带来的碱度增加对pH值有大的影响，从而对钙的溶解也有大的影响。
曾经以时间依赖的方式计算了碱度，对CO2分压、温度、传质系数和碳酸钙表面积处于各种条件的CO2-CaCO3系统进行了模拟。如果碳酸钙表面积大，则控制该系统速率最重要的因素是传质系数。如果该表面积小(颗粒直径大)，则由于钙溶解速率较慢，该系统的时间常数能引人注目地增加。
与传质系数和颗粒表面积不同，系统的温度和CO2的分压影响平衡(稳态)条件。分压对平衡条件的影响比温度大，因此具备控制良好的CO2的操作是重要的。
最后还显示，电导率的测定可用于预测CO2-CaCO3系统的钙和碱度。如果有其它离子型物质存在，则会需要更详细的推导。
现在参考图1，它所显示的是说明适合于特定造纸工艺的控制方法的一个实施方案的简图。混合浆池1接收经调节的CO2入口流和造纸组合物，比如纤维流，7，并提供富含CO2的造纸组合物，比如出口纤维流。纤维流的性能，例如流速、CD(电荷需求量)、ZP(ζ电位)、离子浓度、Cy(浓度)、pH值、电导率和碱度在该纤维流到达该混合浆池之前在线进行测量，并产生测定值2。同时，用仪器3测定该出口纤维流的在线性能，而且这些在线性能可从与上述相同的一组性能中选出。先行控制器，在这一情形下是前馈控制器，使用入口流的测定值，并通过添加控制器输出值，6，补偿反馈控制器，5。产生的控制器输出值用于操纵入口CO2，其将保持所需的湿部性能，同时使入口纤维流的变动最小化。
值得注意的是，某些性能可以描述为电性能，例如ZP、CD和离子浓度。因为离子是已经得到或失去一个或多个电子的原子或分子，因此它具有净的负电荷或正电荷。例如，聚变等离子体如此之热，以致于实际上所有的电子被从原子上剥离，从而产生一种离子，该离子净的正电荷等于其原子核中的质子数。离子浓度与每单位体积中的这种离子的数量有关。因此，存在带电荷的离子的浓度的直接关联。
然而，如果在溶液中混合有两种不同的离子A、B，其浓度为[A]和[B]，则仍存在一种总电荷，但是在溶液中例如用电导率仪测定这种总电荷，将不能区分和测定[A]和[B]。本公开内容分别预期单独地区分和测定[A]和[B]。通常应被注意到的是，离子浓度，如本文所使用的，预期在需要时进行此操作。
图2显示了前馈控制器的框图。其需要扰动和湿部测定(在这一情况下，是ζ电位(ZP)、GL)之间的数学关系，和入口CO2与相同湿部测定Gp之间的关系。先行控制器的设计在于发现前馈控制器F和反馈控制器Gc之间的数学关系。
本实施方案可应用于纸浆厂的湿部，通过添加剂的受控添加来控制纸的性质。更具体地，本实施方案考虑了混合浆池中CO2在湿部的添加。入口和出口纤维流中最重要的变量如ζ电位、电荷需求量、碱度、pH值等的测量实时进行、收集并使数据采集系统能获得这些测量值。采用传递函数形式或任何时间依赖性形式的数学关系使CO2的添加和所期望的湿部性能、或受控变量，如ζ电位或电荷需求量相关联。另外，在入口纤维流中可能的变化或扰动与受控变量之间也采用类似的关系。采用倾向于使出口纤维流的所需受控值与实时测定值之间的偏差最小化的任何反馈控制器。
另外，将从入口纤维流可获得的实时测定值用于设计预测控制器，比如前馈控制器、模型预测控制器(MPC)或任何先行控制器。前馈控制器用协同方式修改反馈控制器的输出值。反馈和前馈信号叠加，并送往线形比例控制阀，该阀控制进入混合槽的CO2流。
图3显示响应于归一化步长改变和电荷需求量扰动的前馈控制的性能。可以看到反馈控制器对于设定值改变的响应没有问题，并由于前馈控制器，该扰动几乎马上被抑制，使装置返回到希望的设定值。
用于说明另一个优选实施方案，图4显示一个混合浆池11，在该处，提供经调节的CO2入口流，7。纤维流在进入混合浆池之前通过测定值，12，在线测定纤维流的某些性能。同时，经13测定出口纤维流的一些在线性能。所有可获得的在线测定值被用于计算不可观测的变量或状态，14，使用实时模型，15，和观测器或最佳评价器(estimator)，如卡尔曼滤波器(Kalman Filter)，16。
卡尔曼滤波观测器，由于依赖于实时模型15，因此通常被称为基于模型的观测器。数据驱动的观测器如神经网络不要求实时模型，但要求大量的待处理的数据。然后观测器实时估计未观测到的变量，并将此信息送到控制器，18，其操纵CO2的输入，把未观测到的变量改变到所期望的设定值。
本实施方案可用于造纸厂的湿部控制和优化。当不能实时测定或得到预定的控制变量时，它旨在实时地控制湿部。在所称的观测方程中，可获得的在线测定值12和13与控制变量或状态有关。该观测方程是评价器或观测器6的一部分。该观测方程可假定在仪器中存在一些噪声，并假定采集速率变化。这样，评价器所用的信息也可以使用长时间间隔下可获得的离线信息。
观测方程与观测器有关，状态方程也一样。状态方程为模型15的转化形式，其与观测方程都适合一种估计算法。状态方程还包括一些模型不确定性，其对应模型的不准确性。存在多种估计算法，但最普遍的算法之一是卡尔曼滤波器(Kalman，R.E.)预测，为最佳评价器。KF评价器是一种实时评价器，其使用可获得的测定值和可获得的模型来估计不可观测的变量。KF观测器依赖于过程模型15，所以称其为基于模型的观测器。
如果无法获得模型，可使用基于数据的观测器如神经网络，但这要求大量的数据。实时优化估计值14，成为控制器18所要求的过程变量测定值，其将估计值与用户定义的设定值相比较，并基于这些误差计算出控制输出值。该控制输出值被送往线形比例阀，其改变CO2向反应器中的添加。
本发明公开了一种在采用添加CO2的湿部加工中控制CO2添加的方法。将一种造纸组合物与CO2结合，生成一种富含CO2的造纸组合物。测定或估计造纸组合物或富含CO2的造纸组合物的至少一种电性能。然后控制CO2的添加速率，以使该至少一种电性能保持在预选的数值范围内。
在一个优选实施方案中，从ZP、CD和离子浓度或任何与其相当的性能中选择该电性能，并经测定选自流速、CD、ZP、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度的、或者造纸组合物或者富含CO2的造纸组合物的至少一种性能和采用一种模型对该电性能做出估计。优选估计ZP。从而，可从造纸组合物或富含CO2的造纸组合物、并优选从造纸组合物测得该测定的性能。同样地，可为造纸组合物或富含CO2的造纸组合物、且优选为富含CO2的造纸组合物估计该估计的电性能。
在另一个优选实施方案中，一种在采用添加CO2的湿部加工中控制CO2添加的方法包括更精密的控制。将造纸组合物与CO2结合，生成一种富含CO2的造纸组合物。测定或估计该造纸组合物的至少一种性能并产生造纸组合物的性能数据。将造纸组合物的性能数据提供给先行控制器，其产生造纸组合物的输出分量。
测定或估计富含CO2的造纸组合物的至少一种性能，产生富含CO2的造纸组合物的性能数据。并将富含CO2的造纸组合物的性能数据提供给反馈控制器，其产生出口控制器的输出分量。通过分析入口控制器的输出分量和出口控制器的输出分量对反馈控制器进行补偿。控制CO2的入口流，使富含CO2的造纸组合物的至少一种性能保持在预选的数值范围内。
优选造纸组合物的该至少一种性能选自流速、ZP、CD、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度。富含CO2的造纸组合物的该至少一种性能优选选自ZP、CD和离子浓度，并最优选ZP。最优选，该先行控制器包括前馈控制器。
在本实施方案的替换实施方案中，该先行控制器包括前馈控制器，而该前馈控制器使用预测控制或推理控制。
在仍然另一个优选实施方案中，一种在采用添加CO2的湿部加工中控制CO2添加的方法，其包括略有不同的控制。将造纸组合物与CO2结合，生成一种富含CO2的造纸组合物。在线测定该造纸组合物选自流速、ZP、CD、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度的至少一种性能，产生造纸组合物的性能数据，并将数据传送给观测器。在线测定富含CO2的造纸组合物的、选自流速、ZP、CD、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度的至少一种性能，并产生富含CO2的造纸组合物的性能数据。将这些数据提供给观测器，其产生该富含CO2的造纸组合物的至少一种估计的电性能，其选自ZP、CD和离子浓度。该观测器向控制器传送造纸组合物的性能数据、富含CO2的造纸组合物的性能数据和估计的电性能数据，并且该控制器控制CO2的入口流，以保持富含CO2的造纸组合物的至少一种电性能在预选的数值范围内。
观测器可以包括一种模型，并可通过分析模型带来的不准确性和通过分析测定中的预期误差，进一步改进该估计的电性能数据。该造纸组合物的性能数据、该富含CO2的造纸组合物的性能数据和该估计的电性能数据可以并入一个软件传感器中。可使用估计的电性能数据评价设定值并执行实时的闭环控制。
注意，上述的所有实施方案中，通过在该过程的特定位置注射CO2，在利用CO2控制湿部中化学性能的湿部加工中，能够控制CO2的注射以便赋予液体或纤维所期望的性能，这两者均存在于造纸组合物中。利用液体或纤维的性能，并抑制过程的扰动可获得这些期望性能。
例如，可以在湿部的至少某一个点直接向纤维流或无纤维的液体中注射CO2，该液体随后会与纤维混合。可选地，可以将CO2注射到槽中。如果离线测定，则手动控制注射，或如果在线测定，则自动注射。
手动控制取出离线样品，从这些样品测定性能。然后基于一些方案手动调节CO2。这些手动控制的方案是基于CO2注射、测定值和所期望的设定值之间的多变量线性或非线性的回归。
自动控制可以是反馈、前馈、其组合或先行控制器。反馈控制在纤维流与富含CO2流(纯CO2或与CO2混合的水)混合后进行至少一次该过程的测定。前馈是在注射CO2(纯CO2或与CO2混合的水)之前进行至少一次该过程的测定，并在过程受到影响之前调节CO2。先行控制器或者是以上前馈和反馈的组合，或者是比如但不限于如下的先行控制器级联控制、自适应控制、最优控制、强大控制、神经网络控制器、模糊控制、模型预测控制等。先行控制器可调节CO2，以保持湿部中所期望的化学性能，同时抑制任何扰动或将湿部中化学添加剂的使用减到最少。
在湿部中通过CO2控制器保持的化学性能非限定地为ZP(ζ电位)、CD(电荷需求量)、pH值、离子浓度等。能被CO2控制器抑制的扰动非限定地为废纸再循环、入口电荷需求量的变化、入口ZP的变化、pH值的变化、温度、电导率等。CO2控制器所使用的该工艺的性能可以是固有的，也可以是广延的。固有信息可至少是、但不限于以下一种pH值、电导率、CD、ZP、离子浓度等。外延信息可至少是、但不限于流速、体积等。
控制器所用的在线性能可以是测定的或不可测定的。测定的性能至少是、但不限于以下一种pH值、电导率、温度、流速、CD、ZP等。不可测定的或不可观测的性能至少是、但不限于以下一种CD、ZP、离子浓度等。不可测定的或不可观测的性能可在线估计，并且被使用观测器或评价器的CO2控制器利用。该观测器或评价器可基于如卡尔曼滤波器或神经网络提供的算法来预测不可测定的或不可观测的性能。观测器使用的过程知识来自于基础模型、经验模型或启发模型。
要进一步注意的是，在上述实施方案中，离子浓度可以来自[H+]、[OH-]、[Ca+2]、[Na+]、[HCO3-]、[CO3--]等。
此外，在上述实施方案中，至少有三种技术用于进行自动控制利用造纸组合物中的性能、利用富含CO2的造纸组合物中的性能和利用两者的性能。对于第一种情况，希望使用前馈，其可以是典型的前馈控制或推理控制或预测控制。在第二种情况下，优先的是典型的反馈控制，当使用自适应控制、模型预测控制、强大控制、最优控制、神经网络控制、模糊控制、动态矩阵控制等。对于第三种情况，可采用两种技术的组合。
尽管在本发明前述说明书中描述了它的某些优选实施方案，而且为了说明，详细阐述许多细节。但是，本领域技术人员显而易见的是，本发明易于附加实施方案，而且本申请中描述的一定细节可不背离本发明基本原则地作相当大的修改。
权利要求
1.一种在采用添加CO2的湿部加工中控制CO2添加的方法，该方法结合地包括将造纸组合物与CO2结合，生成一种富含CO2的造纸组合物；测定或估计该造纸组合物或富含CO2的造纸组合物的至少一种电性能；和控制CO2的添加速率，以使该至少一种电性能保持在预选的数值范围内。
2.权利要求1的方法，其中该至少一种电性能选自ZP、CD和离子浓度。
3.权利要求2的方法，其中通过测定该造纸组合物或富含CO2的造纸组合物的至少一种性能和估计ZP来估计该电性能。
4.权利要求3的方法，该电性能为ZP。
5.权利要求3的方法，该电性能为CD。
6.权利要求3的方法，该电性能为离子浓度。
7.权利要求3的方法，其中该至少一种性能选自流速、CD、ZP、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度。
8.权利要求4的方法，其中该至少一种性能选自流速、CD、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度。
9.权利要求5的方法，其中该至少一种性能选自流速、ZP、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度。
10.权利要求6的方法，其中该至少一种性能选自流速、CD、ZP、Cy、pH值、电导率和碱度。
11.权利要求3的方法，其中估计该造纸组合物中的该至少一种电性能。
12.权利要求3的方法，其中测定该富含CO2的造纸组合物中的该至少一种电性能。
13.权利要求11的方法，其中估计该造纸组合物中的该至少一种电性能。
14.权利要求12的方法，其中估计该造纸组合物中的该至少一种电性能。
15.权利要求11的方法，其中测定该富含CO2的造纸组合物中的该至少一种电性能。
16.权利要求12的方法，其中测定该富含CO2的造纸组合物中的该至少一种电性能。
17.一种在采用添加CO2的湿部加工中控制CO2添加的方法，该方法结合地包括将造纸组合物与CO2结合，生成一种富含CO2的造纸组合物；测定或估计该造纸组合物的至少一种性能并产生造纸组合物的性能数据，并将该造纸组合物的性能数据提供给先行控制器，构建和布置该先行控制器以接收该造纸组合物的性能数据并产生造纸组合物的输出分量；测定或估计该富含CO2的造纸组合物的至少一种性能，产生富含CO2的造纸组合物的性能数据，并将该富含CO2的造纸组合物的性能数据提供给反馈控制器，构建和布置该反馈控制器以接收该富含CO2的造纸组合物的性能数据并产生出口控制器的输出分量；通过分析入口控制器的输出分量和出口控制器的输出分量对反馈控制器进行补偿；和控制CO2的入口流，使该富含CO2的造纸组合物的至少一种性能保持在预选的数值范围内。
18.权利要求17的方法，其中该造纸组合物的至少一种性能选自流速、ZP、CD、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度。
19.权利要求17的方法，其中该富含CO2的造纸组合物的至少一种性能选自ZP、CD和离子浓度。
20.权利要求18的方法，其中该富含CO2的造纸组合物的至少一种性能选自ZP、CD和离子浓度。
21.权利要求17的方法，其中该先行控制器包括前馈控制器。
22.权利要求21的方法，其中该造纸组合物的至少一种性能选自流速、ZP、CD、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度，和该富含CO2的造纸组合物的至少一种性能选自ZP和CD。
23.一种在采用添加CO2的湿部加工中控制CO2添加的方法，该方法结合地包括将造纸组合物与CO2结合，生成一种富含CO2的造纸组合物；测定或估计该造纸组合物的至少一种性能，该至少一种性能选自流速、ZP、CD、Cy、pH值、电导率、离子浓度和碱度，产生造纸组合物的性能数据，并将该造纸组合物的性能数据提供给先行控制器，构建和布置该先行控制器以接收该造纸组合物的性能数据并产生入口控制器的输出分量；测定或估计该富含CO2的造纸组合物的至少一种性能，该至少一种性能选自ZP、CD和盐离子浓度，并产生富含CO2的造纸组合物的性能数据，将该富含CO2的造纸组合物的性能数据提供给反馈控制器，构建和布置该反馈控制器以接收该富含CO2的造纸组合物的性能数据并产生出口控制器的输出分量；通过分析入口控制器的输出分量和出口控制器的输出分量对反馈控制器进行补偿；和控制CO2的入口流，使该富含CO2的造纸组合物的至少一种性能保持在预选的数值范围内。
24.权利要求23的方法，其中该先行控制器包括前馈控制器。
25.权利要求24的方法，其中该前馈控制器使用预测控制。
26.权利要求24的方法，其中该前馈控制器使用推理控制。
27.一种在采用添加CO2的湿部加工中控制CO2添加的方法，该方法结合地包括将造纸组合物与CO2混合，生成一种富含CO2的造纸组合物；在线测定该造纸组合物的至少一种性能，该至少一种性能选自流速、ZP、CD、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度，产生造纸组合物的性能数据，并将该造纸组合物的性能数据提供给观测器；在线测定该富含CO2的造纸组合物的至少一种性能，该至少一种性能选自流速、ZP、CD、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度的，产生富含CO2的造纸组合物的性能数据，并将该富含CO2的造纸组合物的性能数据提供给该观测器；该观测器接收该造纸组合物的性能数据和该富含CO2的造纸组合物性能数据，并产生该富含CO2的造纸组合物的至少一种估计的电性能，该至少一种估计的电性能选自ZP、CD和离子浓度，该观测器为该至少一种电性能产生估计的电性能数据，并将该造纸组合物的性能数据、该富含CO2的造纸组合物的性能数据和该估计的电性能数据传输给控制器；和该控制器控制CO2的入口流，使该富含CO2的造纸组合物的至少一种电性能保持在预选的数值范围内。
28.权利要求27的方法，其中该观测器包括一个模型。
29.权利要求27的方法，该造纸组合物的性能数据、该富含CO2的造纸组合物的性能数据和该估计的电性能数据被并入一个软件传感器中。
30.权利要求28的方法，该造纸组合物的性能数据、该富含CO2的造纸组合物的性能数据和该估计的电性能数据被并入一个软件传感器中。
31.权利要求28的方法，该观测器通过分析模型带来的不准确性进一步改进该估计的电性能数据。
32.权利要求28的方法，该观测器通过分析测定中的预期误差进一步改进该估计的电性能数据。
33.权利要求28的方法，该观测器通过分析模型带来的不准确性和通过分析测定中的预期误差进一步改进该估计的电性能数据。
34.权利要求30的方法，该观测器通过分析模型带来的不准确性进一步改进该估计的电性能数据。
35.权利要求30的方法，该观测器通过分析测定中的预期误差进一步改进该估计的电性能数据。
36.权利要求30的方法，该观测器通过分析模型带来的不准确性和通过分析测定中的预期误差进一步改进该估计的电性能数据。
37.权利要求28的方法，进一步包括使用该估计的电性能数据，以评价设定值并实施实时的闭环控制。
38.权利要求30的方法，进一步包括使用该估计的电性能数据，以评价设定值并实施实时的闭环控制。
39.权利要求36的方法，进一步包括使用该估计的电性能数据，以评价设定值并实施实时的闭环控制。
40.一种在采用添加CO2的湿部加工中控制CO2添加的方法，该方法结合地包括将造纸组合物与CO2结合，生成一种富含CO2的造纸组合物；在线测定该造纸组合物的至少一种性能，该至少一种性能选自流速、ZP、CD、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度，产生造纸组合物的性能数据，并将该造纸组合物的性能数据提供给观测器；在线测定该富含CO2的造纸组合物的至少一种性能，该至少一种性能选自流速、ZP、CD、离子浓度、Cy、pH值、电导率和碱度，产生富含CO2的造纸组合物的性能数据，并将该富含CO2的造纸组合物的性能数据提供给该观测器；该观测器接收该造纸组合物的性能数据和该富含CO2的造纸组合物的性能数据，并使用模型产生该富含CO2的造纸组合物的至少一种估计的电性能，该至少一种估计的电性能选自ZP、CD和离子浓度；该观测器通过分析该模型带来的不准确性和通过分析测定中的预期误差，改进对该至少一种电性能的估计；该观测器将该造纸组合物的性能数据、该富含CO2的造纸组合物的性能数据和该改进的估计的电性能数据输送给控制器；和该控制器控制CO2的入口流，使该富含CO2的造纸组合物的至少一种电性能保持在预选的数值范围内。
全文摘要
本发明公开了一种在采用添加CO
文档编号D21H23/00GK1806079SQ200480016886
公开日2006年7月19日 申请日期2004年6月11日 优先权日2003年6月18日
发明者V·M·萨塞多, D·杜阿特 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司