用于测量悬浮液的方法和测量设备与流程

本发明的示例性和非限制性实施例通常涉及木纤维悬浮液的测量。

背景技术：

对背景技术的以下描述可以包括本发明之前的现有技术未知的但由本发明提供的见解、发现、理解或公开、或与公开一起的联系。本发明的一些这样的贡献在下面具体指出，而本发明的其他这样的贡献根据它们的上下文将是显而易见的。

在纸和纸浆制造中，目的是获得质量良好和质量一致的最终产品。为了确保质量，在制造过程中进行测量。例如，测量纸浆的木素含量。诸如纸浆的悬浮液的木素含量通常用卡伯值(kappanumber)表示。在纸浆制造领域中已知的标准scan-c1:77中，卡伯值被定义为在以标准限定的条件下，1克干纸浆所消耗的浓度为20mmol/l的高锰酸钾溶液的毫升用量。

另一种物质是己烯糖醛酸(通常表示为hexa)，其在纸浆中的含量对工艺和最终产品有影响。

可以使用已知方法在实验室环境中测量纸浆的hexa含量。然而，实验室测量是有问题的，因为它们通常需要花费时间(从30分钟到数小时)，然而在制造环境中，应该在不同的工艺阶段快速获得结果，以便能够基于测量结果来控制制造工艺。因此，需要一种能够在制造阶段期间监测hexa含量的解决方案。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种改进的方法和一种实现该方法的设备，以减少或避免上述问题。

本发明的目的通过一种测量包含木纤维的悬浮液的方法来实现，该方法包括：在浓度范围内改变悬浮液的浓度；将使用第一光学波长和第二光学波长的光学辐射引导在悬浮液处；针对至少一个给定的浓度值来测量和确定浓度范围内的与第一光学波长相关的光学辐射的第一强度值和与第二光学波长相关的第二强度值；确定第一强度值和第二强度值的比率；确定悬浮液的卡伯值；通过将预定因子应用于第一强度值和第二强度值的比率，获得己烯糖醛酸hexa的原始值；以及通过将原始值与卡伯值相乘，确定悬浮液中己烯糖醛酸hexa的含量。

本发明的目的通过一种用于测量包含木纤维的悬浮液的测量设备来实现，该测量设备包括用于将光学辐射引导在悬浮液处的一个或多个光学功率源、以及用于测量与悬浮液相互作用的光学辐射的至少一个光学测量传感器，该测量设备被布置为：在浓度范围内改变悬浮液的浓度；将使用第一光学波长和第二光学波长的光学辐射引导在悬浮液处；针对至少一个给定的浓度值测量和确定浓度范围内的与第一光学波长相关的光学辐射的第一强度值和与第二光学波长相关的第二强度值；确定第一强度值和第二强度值的比率；确定悬浮液的卡伯值；通过将预定因子应用于第一强度值和第二强度值的比率，获得己烯糖醛酸hexa的原始值；以及通过将确定的比率与卡伯值相乘，确定悬浮液中的己烯糖醛酸hexa的含量。

在下文将详述本发明的一些实施例。

附图说明

在下文中，将参考附图借助于优选实施例更详细地描述本发明，其中

图1是示出本发明实施例的示例的流程图；

图2示出了根据实施例的测量装置的示例；

图3示出了测量装置的示例；

图4a、图4b和图4c示出了测量装置的示例；

图5a和图5b示出了测量结果的示例；

图6示出了测量设备的校准；

图7示出了被配置为充当测量控制器的设备的示例；以及

图8示出了根据实施例的测量装置的示例。

具体实施方式

根据本发明的方案特别适合测量含有木纤维的悬浮液，但绝不限于此。

在本申请中，“光学辐射”是指波长约为40nm至1mm的电磁辐射，“紫外辐射”是指波长约为40nm至400nm的电磁辐射。

在所提出的方案中，将含有木纤维的悬浮液暴露于光学辐射，并测量辐射与悬浮液的相互作用，同时在测量过程中改变悬浮液的浓度。

图1是示出本发明实施例的示例的流程图，其中，测量含有木纤维的悬浮液。

在步骤100中，在浓度范围内变化悬浮液的浓度。在一个实施例中，浓度范围从初始浓度扩展到最终浓度。

在步骤102中，将使用第一光学波长λ1和第二光学波长λ2的光学辐射引导在悬浮液处。在一个实施例中，第一光学波长是235nm±50nm，第二光学波长是280nm±50nm。

在步骤104中，针对至少一个给定的浓度值测量浓度范围内与第一光学波长相关的的光学辐射的第一强度值和与第二光学波长相关的第二强度值。

在步骤106中，确定第一强度值和第二强度值的比率。因此，获得值iλ1和iλ2。

因此，在一个实施例中，针对给定的浓度值使用两个不同的波长来测量强度值。确定这些强度的比率。

在另一个实施例中，改变悬浮液的浓度，使得浓度连续地通过浓度范围内的所有浓度。

在浓度范围内的不同浓度处测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度。确定与第一光学波长和第二光学波长相关的光学辐射的最大强度，并且确定与第一光学波长相关的光学辐射的最大强度和与第二光学波长相关的光学辐射的最大强度的比率。因此，获得值iλ1max和iλ2max。

因此，当悬浮液的浓度从初始浓度变为最终浓度时，使用第一波长和第二波长以给定间隔重复测量。间隔可以是测量参数。因此，获得第一光学波长λ1的强度iλ1和第二光学波长λ2的强度iλ2的值。

在一个实施例中，使用一个或多个光学功率源将光学辐射引导至悬浮液。例如，功率源可以用于每个波长，或者可以改变由源输出的辐射的波长，或者使用滤波器选择辐射的波长。

用一个或多个光学测量传感器测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度，光学测量传感器具有给定的表面积和距一个或多个光学功率源的给定距离。

在一个实施例中，基于浓度范围和所需的强度量来选择给定的表面积和距离。

在一个实施例中，第一光学波长和第二光学波长在紫外线辐射波长范围内。

在步骤108中，确定悬浮液的卡伯值。

确定卡伯值k有各种方式。在一个实施例中，基于所确定的最大强度值iλ1max、iλ2max中的一个或两个来确定悬浮液的卡伯值。然而，这里也可以使用任何确定悬浮液卡伯值的现有技术方法。

在步骤110中，通过将预定因子应用于确定的比率iλ1/iλ2或iλ1max/iλ2max，获得己烯糖醛酸的原始值hexaraw。用预定值校准测量结果。下面结合图6说明获得预定值的示例。

在步骤112中，通过将原始值与卡伯值相乘来确定悬浮液中己烯糖醛酸hexa的含量。从而，

hexa＝k*hexaraw或hexa＝k*hexaraw。

纸浆中的hexa含量可能对卡伯测量有影响。hexa和木素具有不同的性质，并且在制造工艺的漂白中产生不同的效果。因此，知道hexa含量很重要。制造工艺的氧化阶段，hexa含量不会随着木素含量而降低。在制造工艺中使用clo2会降低hexa和木素，但由于clo2的高成本，所以clo2不是去除hexa的好选择，因为有更便宜的物质可以去除hexa。

接下来，将参考图2描述实施例的测量装置的示例，图2示出了本发明在纸浆和造纸工业中的应用。

图2示出了管道200，包含木纤维的悬浮液202(即木纤维纸浆)在管道200流动。用取样器204从管道200取出悬浮液样品。取样器204可以是本身已知的方案，例如，其基于活塞和气缸。使用管道206将样品输送到测量室208，关闭阀210。

可以在测量之前处理测量室中的悬浮液。例如，可以使用加压空气过滤液体。阀212可以打开，通过阀的空气将样品向金属丝214压，液体流过阀216。

可以通过打开阀212和218使用水和空气清洗样品，废水流过阀216。

当样品清洗完成时，可以通过使用通过阀220的加压空气来混合样品和通过阀222添加水来开始测量过程。当样品混合完成时，关闭空气阀220。水阀222仍打开。通过阀的水改变了样品的浓度，同时混合了样品。悬浮液的浓度在浓度范围内变化。在一个实施例中，浓度范围从初始浓度扩展到最终浓度。

在样品浓度改变期间，使用测量装置224、226进行测量，测量装置224、226可以通过测量控制器228来控制。在一个实施例中，测量装置包括源和检测器部件226以及光纤和测量头部件224。

图3和图4a至图4c示出了测量装置224、226的示例。在一个实施例中，该装置包括一个或多个光学功率源300。为简单起见，图3中仅示出了一个源。测量通常在紫外线下进行，因此，光学功率源通常至少可以发射紫外线。例如，源300可以是氙灯或led(发光二极管)。光学功率源可以被配置将光学辐射引导在悬浮液处。在一个实施例中，使用第一光纤306将辐射引导至悬浮液。第一光纤306可以被配置为将光学辐射引导在悬浮液处，光纤的第一端连接至光学光源300，并且光纤的第二端位于测量头处并插入测量室208中。

在一个实施例中，该装置还包括一个或多个检测器302、304，其被设置为测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度。在一个实施例中，每个检测器连接到一组光纤308、310，光纤的端部挨着第一光纤306的第二端定位。

图4a至图4c示出了测量头312中的光纤布置的示例，测量头312可以插入测量室208中。

图4a示出了一个实施例，其中，测量装置包括连接到第一光纤306的光学功率源300和连接到光纤308的检测器302。在测量头处，第一光纤306和光纤308并排设置，彼此相距给定距离400。

图4b示出了另一个实施例，其中，测量装置包括连接到第一光纤306的光学功率源300和连接到一组光纤308的检测器302。在测量头处，光纤308的端部挨着第一光纤306的端部定位，与第一光纤相距相同的给定距离402。

图4c示出了另一个实施例，其中，测量装置包括连接到第一光纤306的光学功率源300和连接到一组光纤308、310的检测器302、304。在测量头处，光纤308的端部挨着第一光纤306的端部定位，与第一光纤相距相等的给定距离404，并且光纤310的端部挨着第一光纤306的端部定位，与第一光纤相距相等的给定距离406。

在一个实施例中，测量室208包括在测量室的壁中的窗口230。光学功率源300或连接到源的第一光纤306可以在窗口后面放置于测量室外部，用于将光学辐射引导在悬浮液处。

同样地，一个或多个检测器302、304或连接到检测器的光纤308、310可以在测量室壁中的窗口230后面放置于测量室外部。

上述光纤的使用仅仅是示例。也可以在没有光纤的情况下实现测量。在一个实施例中，使用诸如透镜、波导或任何合适介质的辐射导体将光学辐射引导到测量室。例如，光源和检测器可以放置在窗口230后面而不使用任何光纤。

图5a和图5b示出了测量结果的示例，即，在使用第一光学波长和第二光学波长利用上述测量装置测量不同浓度处与悬浮液相互作用的光学辐射强度时的测量结果。在图5a和图5b的非限制性示例中，第一光学波长是235nm，第二光学波长是280nm。根据实施例，波长可以变化例如±50nm。

图5a示出了使用第一光学波长235nm进行的测量。在图中，浓度在x轴500上，测量的强度在y轴502上。图5b示出了使用第二光学波长280nm进行的测量。在图中，浓度在x轴504上，测量的强度在y轴506上。悬浮液样品的浓度根据浓度而变化。通常，在开始时，悬浮液的浓度大，并且随着更多的水与样品混合，悬浮液的浓度变低。

在测量过程中改变悬浮液样品的浓度。图5a和图5b示出了浓度在x轴上，其中，小的浓度值在左侧，而较高的浓度值在右侧。在实际测量过程中，开始时浓度很大，并且随着水的添加，浓度会降低。

当光学功率源的光学辐射被引导到悬浮液的样品时，部分辐射从木纤维散射到检测器，部分散射到其他地方并且部分在木素中吸收。在某一时刻，随着浓度改变，对于测量的强度存在最大值508、510。测量装置可以被配置为检测由检测器检测到的强度的最大值508、510。

达到最大强度的浓度取决于吸收。吸收越多，出现最大强度的浓度越小。

在一个实施例中，浓度范围测量的初始浓度取决于悬浮液的性质。测量一直继续到检测到最大强度，并且当测量的强度在最大值之后开始变小时终止测量。

在一个实施例中，通过执行校准测量来校准测量装置以使测量装置正确运行。可以使用放置在测量装置前面的标准化参考板来执行这些测量。在一个实施例中，使用参考纸浆进行校准。在实际使用测量设备之前需要校准并且需要不时地进行校准，因为例如光学辐射的路径可能改变或者检测器响应可能随时间而改变。参考纸浆是木纤维纸浆，其性质已在实验室中测量并且相对于时间稳定。市面上有售可供校准测量设备的参考纸浆，例如，来自加拿大制造商的paprican标准参考纸浆5-96。

在一个实施例中，根据悬浮液的浓度范围和所需的强度量来选择光源和检测器的表面积和数值孔径。

在一个实施例中，据悬浮液的浓度范围和所需的强度量来选择距离400、402、404、406和光纤或光纤组306、308和310的横截面的表面积和数值孔径。

距离400、402、404、406和光纤或光纤组306、308的横截面的表面积在下文中表示为测量几何形状。测量几何形状与浓度范围相关。当进行测量时，悬浮液的浓度必须使得能进行样品处理(清洗样品和改变浓度)。如果悬浮液的浓度太大，则样品处理可能不会成功。另一方面，如果浓度太低，则测量动力学会受到影响。光学光源的可用光强度也对测量有影响。当测量卡伯值时，卡伯值越大，样品中的木素吸收的光越多。

在一个实施例中，目的是检测在浓度范围内与悬浮液相互作用的光学辐射的最大强度。达到最大强度的浓度可能取决于以下问题：

-光学功率源和测量点之间的距离400、402、404、406，即第一光纤306的端部与其他光纤306、308的端部之间的距离。距离越大，出现最大强度时的浓度越小。

-光学功率源和测量点的表面积。表面积越大，出现最大强度时的浓度越小。

-样品的卡伯值。卡伯值越大，出现最大强度时的浓度越小。

-光学功率源输出的辐射波长。悬浮液中辐射的吸收取决于波长。吸收越多，出现最大强度时的浓度越小。

-悬浮液样品的粒度。颗粒越小，出现最大强度时的浓度越小。

因此，在一个实施例中，测量参数可以包括测量中使用的浓度范围、测量几何形状、光学辐射的波长。

此外，浓度范围取决于悬浮液的性质。例如，当测量松木悬浮液时，浓度范围可以是0.3-0.1％，当测量桦木悬浮液时，浓度范围可以是0.4-0.2％。这些数值仅是非限制性示例。

光纤直径的典型值约为几百μm，但是根据待测量的性质也可以使用其他值。

通常，上述讨论也适用于光源和检测器不使用光纤而使用一些其他合适的介质连接到测量室的情况。

在一个实施例中，如上面结合图1所述，确定和第一光学波长相关的光学辐射的最大强度与和第二光学波长相关的光学辐射的最大强度的比率iλ1max/iλ2max。

图8示出了测量装置的实施例。在该示例中，在测量室中测量强度值。测量装置包括具有浓度给定的悬浮液的测量室800。该装置包括一个或多个光源802、804。在一个实施例中，例如，光源(诸如氙光源)可以发射具有多个波长的光。在一个实施例中，对于每个波长可以存在光源。单波长光源的示例是led。该装置还包括一个或多个检测器806、808。在一个实施例中，检测器可以包括仅通过给定波长的滤波器。滤波器可以是可变的。这尤其适用于光源发射多个波长的情况。在一个实施例中，在光源仅发射一个波长的情况下，不需要滤波器。

此外，确定悬浮液的卡伯值。在一个实施例中，基于所确定的最大强度值iλ1max、iλ2max中的一个或两个来确定悬浮液的卡伯值。然而，这里也可以使用任何用于确定悬浮液的卡伯值的现有技术方法。

当已经确定出第一强度值和第二强度值的比率和卡伯值时，可以确定hexa的值。为了校准测量结果，将预定因子应用于该比率，并获得所谓的原始hexa值。通过原始hexa值与卡伯值相乘得到以umol/g为单位的hexa值。

图6示出了确定预定因子的示例。在确定因子时，改变悬浮液的浓度并且在两个波长(在该实施例中为235和280nm)下测量强度。强度值被测量的样品也被带到实验室，其是使用实验室程序确定卡伯值和hexa值的前提。因此，对于每个强度值比，存在实验室hexa和卡伯值，其可以表示为hexalab和kappalab。图6说明了比率hexalab/kappalab与强度值之比的函数关系。可以看出，在该示例中，该关系遵循幂函数。

在一般形式中，幂函数可以表示为y＝ax^b，其中，y＝hexalab/kappalab，x＝iλ1/iλ2，并且其中，变量a和b是预定因子。

在图6的具体示例中，幂函数是y＝0.6561x^-1.402。

因此，当该关系遵循上述幂函数时，可以从测量的强度值比率获得rawhexa值，如下

rawhexa＝a*(iλ1/iλ2)^b或rawhexa＝a*(iλ1max/iλ2max)^b。

这里幂函数仅用作示例。根据情况，该关系也可以是线性函数，或多项式函数，或将强度值的比率映射到比率hexalab/kappalab的一些其他函数。

通常，对于每个测量设备，如果设备的配置或悬浮液类型(例如，从一种树型到另一种树型)不改变，则仅需要进行一次预定因子的确定。在一个实施例中，可以使用测量结果不时地检查因子的正确性。

图7示出了一个实施例。该图示出了被配置为用作测量控制器228的设备的简化示例。

应该理解的是，在本文中该设备被描述为示出一些实施例的示例。对于本领域技术人员显而易见的是，该设备还可以包括其他功能和/或结构，并且不需要所有描述的功能和结构。虽然该设备已被描绘为一个实体，但是不同的模块和存储器可以在一个或多个物理或逻辑实体中实现。

该示例的设备228包括控制电路700，其被配置为控制装置的至少部分操作。

该设备可以包括用于存储数据的存储器702。此外，存储器可以存储可由控制电路700执行的软件704。存储器可以集成在控制电路中。

该设备还可以包括接口电路706，其被配置为将该设备连接到其他设备。接口可以提供有线或无线连接。接口可以将该设备连接到测量装置224、226。在一个实施例中，该设备可以连接到用在制造纸浆中的自动过程控制计算机。

例如，该设备还可以包括用户界面708(诸如显示器、键盘和鼠标)。在一个实施例中，该设备不包括用户界面，而是连接到提供对该设备访问的其他设备。

在一些实施例中，该设备可以用小型或微型计算机、个人计算机或笔记本电脑或任何合适的计算设备来实现。

在一个实施例中，可以使用不同的测量几何形状在相同的测量室中执行强度测量和卡伯测量。例如，在图4c的方案中，一个检测器可以测量卡伯值和其他强度。

对于本领域技术人员明显的是，随着技术发展，本发明构思可以以各种方式来实现。本发明及其实施例不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。