BR112015028834B1 - Método para monitorar o acúmulo de crosta - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA MONITORAR O ACÚMULO DE CROSTA A invenção provê métodos e composições para medir a formação de crosta dentro de um sistema do processo. O método envolve medir alterações na incrustação de célula como refletida nas medições de índice de refração de um meio líquido com um refratômetro e determinar a formação de crosta a partir de alterações no fator de incrustação de célula. Isto permite que um refratômetro determine a formação de crosta em localizações que, de outra forma, não seriam mensuráveis.

Description

Fundamentos da Invenção

[001] A invenção se refere a métodos e aparelhos para o monitoramento deposição de uma solução aquosa nas superfícies do equipamento de processo. Mais especificamente, a invenção se refere a um método para monitorar a deposição de crosta a partir de licor negro em digestores de moinho de polpa, evaporadores e concentradores. A invenção tem relevância particular ao monitoramento e a inibição deposição de crosta em digestores de moinho de polpa, evaporadores e concentradores para aprimorar a eficiência de processo nas operações de formação de polpa de.

[002] O processo de formação de polpa de Kraft é um dos principais processos de formação de polpa de na indústria de polpa e papel. Licor usado que resulta do processo de formação de polpa de Kraft (licor negro ou "BL") contém vários materiais orgânicos bem como sais inorgânicos, a deposição da qual diminui de um ciclo de recuperação e formação de polpa de química eficiente devido à condutividade térmica decrescente e fervuras demoradas. Outros processos de formação de polpa de menos comuns tais como formação de polpa de sulfito ou alcalina diferem de processo Kraft na composição química do licor que afeta a composição dos depósitos.

[003] A crosta mais comum na indústria de papel e polpa é carbonato de cálcio que também é a crosta que prevalece em muitas outras indústrias (Amjad, Z. (Ed.) Mineral scale formation and inhibition. Plenum, Nova Iorque (1995); Cowan, J.C., Weintritt, D.J. Water-Formed Scale Deposits. Gulf Publ. Co., Houston, TX (1976)). É um problema especialmente grave nos digestores de kraft (Markham, L.D., Bryce, J.R.G., Formation of calcium carbonate scale in a Kamyr digester, Proc. TAPPI Pulping Conf., TAPPI Press, 17-21 (1979); Severtson, S.J., Duggirala, P.Y., Carter, P.W., Reed, P.E. Mechanism and chemical control of CaCO3 scaling in the kraft process. TAPPI J., 82(6), 167-174 (1999); Sitholé, B. Scale deposit problems in pulp and paper mills. Proc. African Pulp and Paper Week, Durban, SA (2002)). Normalmente, não é possível inibir completamente a precipitação de carbonato de cálcio devido à alta força motriz. Abordagens de sucesso para inibir a deposição confiam na fabricação depósito não aderente e disperso, ou sequestro dos íons de cálcio. A deposição de carbonato de cálcio pode ser induzida por temperatura ou por pH. Enquanto a indução de temperatura é típica de digestores e evaporadores, na planta de branqueamento crosta de carbonato de cálcio mais geralmente são induzidas por alcalinização. Um vasto espectro de produtos de tratamento de carbonato de cálcio está disponível, já que o seu relativo desempenho depende das condições, e a aplicabilidade depende dos problemas de estabilidade e regulações ambientais.

[004] Depósitos de carbonato de cálcio formam extensivamente em muitos estágios do processo de fabricação de papel. Como descrito por exemplo nas Patentes dos EUA 7.985.318, 6.053.032, 6.942.782, 6.250.140, e 5.734.098, incrustação de sal inorgânico em evaporadores e concentradores de licor gasto continua a ser um dos problemas mais persistentes encontrados na indústria de papel e polpa. Licor concentrado contém íons de cálcio, sódio, carbonato, e sulfato em níveis altos o suficiente para formar crostas que precipitam a partir da solução e depositam em superfícies aquecidas. Os tipos mais importantes de crosta em evaporadores são crostas rígidas, tal como carbonato de cálcio (CaCO3), e crosta macia, tal como burqueita (2(Na2SO4):Na2CO3). A solubilidade de ambos os tipos de crosta diminui quando a temperatura aumenta, que faz com que as crostas sejam aderidas a superfícies de transferência de calor assim reduzem drasticamente a eficiência global do evaporador (Ver Smith, J. B. & Hsieh, J. S., Preliminary investigation into factors affecting second critical solids Black liqueur scaling. TAPPI Pulping/Process, Prod. Qual. Conf., pp. 1 a 9, 2000 e Smith, J. B. & Hsieh, J. S., Evaluation of sodium salt scaling in a pilot falling film evaporator. TAPPI Pulping/Process, Prod. Qual. Conf., pp. 1013 a 1022, 2001; e Smith, J. B. et al., Quantifying burkeite scaling in a pilot falling film evaporator, TAPPI Pulping Conf., pp. 898 to 916, 2001).

[005] Em geral, o monitoramento de crosta inorgânica é alcançado de maneira mais eficiente usando tecnologias de com base em microbalança de cristal de quartzo ("QCM"). A aplicabilidade instrumentos com base em QCM é determinada, no entanto, pela estabilidade cristal de sensor sob as condições de processo. Tais instrumentos não podem ser usados sob condições de alta temperatura e/ou alta alcalinidade. Esta limitação torna a tecnologia inútil em digestores e evaporadores. Além de uma técnica gravimétrica simples e uma caracterização não quantitativa usando Lasentec- FBRM, uma técnica com base no acúmulo depósito na superfície aquecida foi rtqrquVc rctc qu nkeqtgu eqo eqpVgúfq fg u„nkfq ockqt fq swg 77' *“OgVjqf of monitoring and inhibiting scale deposition in pulp mill evaporators and concentrators," Número da Patente 8.303.768. No entanto, este método é capaz detectar apenas volumes que podem ser dimensionados do depósito que torna inútil em digestores de moinho de Kraft onde o acúmulo de carbonato de cálcio é muito lento para o método de tal baixa sensibilidade.

[006] Assim existe uma necessidade presente pelo desenvolvimento de métodos sensíveis para monitorar depósitos na indústria de papel e polpa sob as condições de alta temperatura, alcalinidade e pressão. Tal monitoramento é de importância particular nos digestores de moinho de polpa, evaporadores e concentradores. A técnica descrita nesta seção não está intencionada a constituir uma admissão de que qualquer, publicação ou outra informação referida aqui é "técnica anterior" em relação a esta invenção, a menos que seja designado especificamente desta forma. Em adição, esta seção não deve ser interpretada para significar que uma busca foi feita ou que nenhuma outra informação pertinente como definido em 37 CFR § 1.56(a) existe.

Breve Sumário da Invenção

[007] Para satisfazer as necessidades sentidas há muito tempo, porém não resolvidas identificadas acima, pelo menos uma modalidade da invenção é direcionada para um método para monitorar o acúmulo de crosta em uma superfície em contato com um meio líquido. O método compreendendo as etapas de: prover um refratômetro tendo uma fonte de emissão de fóton, um prisma que emite fótons que passam através, e um sensor óptico construído e arranjado para detectar fótons que são refratados através do prisma, o prisma tendo pelo menos uma superfície de medição; posicionar a superfície de medição em relação ao meio tal que fótons emitidos serão refratados como um resultado das propriedades do meio; determinar um ângulo crítico ao controle de refração para o meio para fótons emitidos pela fonte de emissão; emitir fótons a partir da fonte de emissão; medir o fator de incrustação de célula do ângulo de refração crítico medido em relação ao ângulo crítico de controle; e calcular a formação de crosta com base no fator de incrustação de célula medido.

[008] Pelo menos uma modalidade da invenção é direcionada para um método para medir a efetividade um agente de controle de crosta. O método compreende as etapas de: prover um refratômetro tendo uma fonte de emissão de fóton, um prisma que emite fótons que passam através, e um sensor óptico construído e arranjado para detectar fótons que são refratados através do prisma, o prisma tendo pelo menos uma superfície de medição; posicionar a superfície de medição em relação ao meio tal que fótons emitidos serão refratados como um resultado das propriedades do meio; determinar um ângulo crítico ao controle de refração para o meio para fótons emitidos pela fonte de emissão; adicionar um reagente de controle de crosta para o meio líquido; emitir fótons a partir da fonte de emissão; medir o fator de incrustação de célula do ângulo de refração crítico medido em relação ao ângulo crítico de controle, e calcular a efetividade do reagente de controle de crosta com base no fator de incrustação de célula medido.

[009] A invenção engloba o desempenho das suas etapas em qualquer uma e todas as variações de ordem e sequência.

[0010] Funcionalidades e vantagens adicionais são descritas aqui, e serão aparentes a partir da seguinte Descrição Detalhada.

Breve Descrição dos Desenhos

[0011] Uma descrição detalhada da invenção aqui a seguir é descrita com referência específica sendo feita aos desenhos em que:

[0012] A FIG. 1 é uma ilustração do uso de um refratômetro para detectar o ângulo de refração crítico usado na invenção.

[0013] A FIG. 2 é uma ilustração do uso de um refratômetro para medir o ponto de transição usado na invenção.

[0014] A FIG. 3 é um gráfico mostrando uma correlação entre a kPetwuVc>«q fg efilulc *“faVqt fg kpetwuVc>«q fg efilulc") g acúmulo de crosta medido independentemente usando um instrumento de SRM-3.

[0015] A FIG. 4 é um gráfico mostrando acúmulo de crosta a partir de uma solução de bicarbonato de cálcio modelo como medido pelo índice de crosta (leitura de incrustação de célula reversa) e o efeito de um inibidor de crosta no acúmulo de crosta como medido pelo mesmo parâmetro.

[0016] A FIG. 5 é um gráfico mostrando o efeito de um inibidor de crosta em diferentes doses no acúmulo de crosta a partir de uma solução de bicarbonato de cálcio modelo como medido pelo índice de crosta (leitura de incrustação de célula reversa); limpeza com ácido do sensor ocorre no fim.

[0017] A FIG. 6 é um gráfico mostrando acúmulo de crosta a partir de licor negro diluído como medido pelo índice de crosta (leitura de incrustação de célula reversa).

[0018] A FIG. 7 é um gráfico mostrando acúmulo de crosta a partir de licor negro padrão supersaturado com carbonato de cloreto de cálcio e sódio, como medido pelo índice de crosta (leitura de incrustação de célula reversa).

[0019] Para os propósitos desta descrição, numerais de referência semelhantes nas figuras devem se referir a funcionalidades a menos que seja indicado de outra forma. Os desenhos são apenas uma exemplificação dos princípios da invenção e não estão intencionados a limitar a invenção para as particulares modalidades ilustradas.

Descrição Detalhada da Invenção

[0020] As seguintes definições são providas para determinar como termos usados neste pedido, e em particular como as reivindicações, devem ser interpretados. A organização das definições é para conveniência apenas e não para limitar qualquer uma das definições para qualquer categoria particular.

[0021] "Consistindo essencialmente de" quer dizer que os métodos e composições podem incluir adicionais etapas, componentes, ingredientes ou semelhantes, mas apenas se as adicionais etapas, componentes e/ou ingredientes não alteram materialmente as características básicas e novas dos métodos e composições reivindicados.

[0022] "Processo de fabricação de papel" quer dizer um método de fabricação de produtos de papel a partir de madeira e produtos de madeira, compreende um ou mais de: madeira de formação de polpa, polpa de branqueamento, formação de uma matéria-prima de fabricação de papel celulósica aquosa a partir de polpa de madeira reciclada ou virgem, drenar a matéria-prima para formar uma folha, pressionar a folha para remover água adicional, e secar a folha. As etapas de madeira de formação de polpa, formação a matéria-prima de fabricação de papel, drenagem, pressionamento, e secagem podem ser realizados de qualquer maneira convencional em geral conhecidos para os peritos na técnica. O processo de fabricação de papel também se refere à fabricação de polpa.

[0023] “Surfactante” fi wo Vgtoq xcuVq swg kpenwk uwthceVcpVgu aniônico, não iônico, catiônico e zwitteriônico. Descrições de habilitação de surfactantes são declaradas em Kirk-Othmer, Enciclopedia of Chemical Technology, Terceira Edição, volume 8, páginas 900 a 912, e em McCutcheon's Emulsifiers and Detergents, ambos os quais são incorporados aqui por referência.

[0024] “fERIV’ swgt fkzgt âpiwnq fg tgfrc>«q etivkeqo

[0025] “Fator de incrustação de célula” swgt fkzgt c rtgeku«q fg woc medição tomada de acordo com uma medição refratométrica onde a precisão pode ser diminuída devido aos erros na medição causada pelo menos em parte pelo acúmulo de crosta no refratômetro, fator de incrustação de célula pode ser expresso em um número de modos incluindo mas não limitado a desvios percentuais a partir do valor medição correto, pode ser causado pelo menos em parte por tal fenômeno como espalhamento de luz e bloqueio de luz por incrustação de célula de uma porção de absorção de luz ou transparente de um sensor.

[0026] “Incrustação de célula” qw “Crosta” swgt fkzgt q ceúownq fg matéria pelo menos parcialmente sólida na superfície de pelo menos uma porção de uma peça de equipamento dentro de um sistema do processo, inclui mas não está limitado a depósitos inorgânicos, depósitos orgânicos, depósitos microbiológicos, e qualquer combinação dos mesmos, sua formação comumente ocorre nas superfícies em contato com água ou líquidos de processo, e varia com base nas condições de processo tal como variações e durações de temperatura, composição química, exposição à luz do sol ou fatores ambientais, pH, e meios de processo, pode ser um problema em tais indústrias incluindo mas não está limitado a polpa e papel, processamento de petróleo, mineração, processamento de alimento, caldeiras, sistemas de água de refrigeração.

[0027] No evento de que as definições acima ou uma descrição declarada em outro local neste pedido é inconsistente com um significado (explícito ou implícito) que é comumente usado, em um dicionário, ou declarado em uma fonte incorporada por referência neste pedido, o pedido e os termos da reivindicação em particular são entendidos para ser interpretados de acordo com a definição ou a descrição neste pedido, e não de acordo com a definição comum, definição de dicionário, ou a definição de que foi incorporado por referência. Em luz do dito acima, no evento de que um termo pode ser apenas entendido se é interpretado por um dicionário, se o termo é definido por Kirk-Othmer Enciclopédia of Chemical Technology, 5a edição, (2005), (Publicado por Wiley, John & Sons, Inc.) esta definição deve controlar como o termo deve ser definido nas reivindicações.

[0028] Pelo menos uma modalidade da invenção é direcionada para a detecção de crosta em um sistema de líquido de processo usando alterações no fator de incrustação de célula do ângulo de refração crítico do líquido *fETKV+0" Eqoq" fguetkvq" rqt" gzgornq" pcu" Rcvgpvgu" fqu" GWC" 805:90927." 4.776.697, 4.571.075, 5.815.264, 5.859.705, 6.819.419, e 7.094.562 refratometria pode ser usada para determinar propriedades de um líquido.

[0029] Como ilustrado na FIG. 1, em um arranjo de refratometria ideal uma fonte de emissão (1) descarrega fótons através de um prisma (2) e em um meio líquido (3). Alguns dos fótons descarregados são absorvidos pelo meio (3) e alguns são refratados de volta através do prisma para um sensor de emissão (4). A diferença na natureza da refração entre um líquido de controle, e um líquido medido pode ser usada para determinar várias propriedades do líquido tal como o tipo e a quantidade partículas presentes no líquido.

[0030] Medições refratométricas confiam no cálculo de um ângulo de tgfrc>«q etívkeq qw fETKVo Rctc swcnswgt fcfq rtkuoc gzkuVg wo ogpqt ângulo de refração possível em relação à superfície de medição daquele prisma (5). Isto ocorre pois em ângulos menores do que este ângulo, a alteração da direção de um fóton é tal que não permanece dentro do prisma ocu rcuuc rctc q ogkq níswkfqo fETKV fi q âniwnq ogfkfq ogpqt fg fóVqpu refletidos que passam através da superfície que sai do prisma (7) para uma fcfc"coquvtc0" fETKV" xctkc" fgrgpfgpfq"fcu" rtqrtkgfcfgu" fq" rtkuoc"g" fq" meio líquido.

[0031] Em referência agora à FIG. 2 é mostrada uma maneira em que fETKV"rqfg"ugt"tgrtgugpvcfc"itchkecogpvg0"Eqoq"fguetkvq"go"ockqt"fgvcnjg" em US 6.387.705, porções dos raios de luz que estão em ângulos maiores do swg"fETKV"u«q"tghngvkfcu"rgnc"uwrgthície de medição (5) do prisma para um detector de imagem (não mostrado nesta figura). Raios incidentes na uwrgtfíekg fg ogfk>«q *7+ go âpiwnqu ogpqtgu fq swg fETKV tghtcVco pq meio de processo (3) em contato com superfície de medição (5) e não são refletidos. Basicamente, este feixe de largura de banda estreita é emitido pela fonte de emissão (1) e é direcionado para a superfície de medição (5) onde parte fq hgkzg swg fi ockqt fq swg fETKV ugtá tgflgVkfc fg xqnvc rgnc superfície (5) e para a área de reflexão total (6). Raios que chegam em um ângulo com a superfície de medição (5), que são menores do que o ângulo mínimo, serão refratados do prisma (2) através da superfície de saída (7) para área de refração total (8). Os feixes refletidos de volta para a base pela superfície de medição (5) podem ser detectados pelo detector (9) e o ângulo crítico determinado pela quantidade luz detectada pelo detector (9).

[0032] fETKV ugtá fgpgpfgpVg fq ípfkeg fg tghta>«q fq ptkuoa *4+ g no índice de refração de material em contato com superfície de medição (3). Portanto, o índice de refração de um líquido em contato com a superfície de medição (3) pode ser determinado a partir dos fótons medidos pelo detector (9) encontrando a área crítica do ponto de transição (10). Devido à pequena alteração no índice de refração de várias soluções introduzidas durante a operação da presente invenção, a alteração na posição do limite entre raios refratados (12) e refletidos (11) também é muito pequena.

[0033] Como ilustrado na Fig. 2, no detector óptico, o uso detector de imagem (9) e o digitalizador de imagem vai encontrar o limite claro-escuro que é o ponto de transição (10) usando um método de ajuste. Em pelo menos uma modalidade o método de ajuste inclui, mas não está limitado à interpolação linear, interpolação de curva polinomial, ou qualquer combinação dos mesmos. O termo "limite claro-escuro" ou ponto de transição (10) como usado aqui quer dizer o limite entre uma região de reflexão de fóton total (6) e uma região de refração total (8). Ao longo do limite claro- escuro ou ponto de transição (10), um fenômeno de difração de Fresnel pode ocorrer. Em pelo menos uma modalidade na determinação do limite claro- escuro, é conveniente para explorar o fenômeno de difração de Fresnel em que a quantidade fótons na forma de onda medida é sempre aumentada além daquela emissão de referência. O ponto de interseção mais próximo da porção onde a quantidade fóton aumentou entre a forma de onda de referência e a forma de onda medida é lida como o limite claro-escuro ou ponto de transição (10).

[0034] Em pelo menos uma modalidade o detector de imagem (9) captura os fótons que por sua vez são processados pelo digitalizador de imagem para formar sinais de voltagem a partir das fotocélulas podem ser divididos nas três regiões. Estas regiões se referem à região de refração total (8), a região de reflexão total (6) e o ponto de transição ou limite claro-escuro (13). Em pelo menos uma modalidade o digitalizador de imagem localiza a região (13) notando o deslocamento de voltagem a partir de quase cerca de um volt na modalidade preferida para significativamente menos como mostrado aqui.

[0035] Medições de refratometria podem ser feitas imprecisas pela presença de crosta no refratômetro. Por exemplo em uma medição de uma dada amostra em que a composição de partícula do líquido não se altera, mas a VgorgtcVwtc fq niswkfq ug cnvgtc. fETKV ogfkfq owfc ftcuVkecogpVgo Woc vez que, no entanto, que o refratômetro foi lavado com ácido, mesmo na alta vgorgtcvwtc fETKV ogfkfq tgvqtpc rctc q xcnqt eqttkikfq0 C rtgeku«q fg fETKV ogfkfq em relação a fETKV tgal fi q haVqt fg kpetwuVc>«q fg efinwnCo

[0036] Sem estar limitado por uma particular teoria ou projeto da invenção ou do escopo concedido na construção das reivindicações, é acredita que por conta da crosta que geralmente é inversamente solúvel em relação uma temperatura, o fator de incrustação de célula do refratômetro diminui devido ao acúmulo de crosta na superfície de medição que muda as propriedades refrativas do prisma.

[0037] Em pelo menos uma modalidade a alteração no fator de incrustação de célula pode ser usada para detectar e medir o acúmulo de crosta em um sistema. Em pelo menos uma modalidade o refratômetro pode ser posicionado em qualquer lugar em um sistema do processo.

[0038] A detecção de crosta por um refratômetro pode ser complicada pelas propriedades inatas para a formação de crosta. Por exemplo, geralmente a crosta mais prontamente se acumulam em ambientes extremamente rígidos onde um detector não pode ser posicionado facilmente ou lido ou onde o refratômetro em si pode não sobreviver muito tempo tal como, por exemplo, em um reator de alta temperatura ou em um digestor de polpa. Como um resultado, em pelo menos uma modalidade um refratômetro é posicionado em contato com uma amostra que é idêntica em composição a um outro local e que pode ser usado para prever a presença de crosta naquela outra localização.

[0039] Por exemplo, em pelo menos uma modalidade pelo menos uma porção de um refratômetro (tal como, mas não limitado a superfície de medição) é aquecido e uma alteração no fator de incrustação de célula é observada. Uma alteração no fator de incrustação de célula pode indicar que esta mesma amostra quando exposta a aquela temperatura pode passar a formação de crosta. Em pelo menos uma modalidade as relativas diferenças entre a propensão que a formação de crosta de um material o fluido de processo está dentro e a propensão em que a formação de crosta da porção do refratômetro precisa ser levada em conta. Como um resultado, a propensão de uma amostra para formar crosta quando passa para um ponto diferente em um processo industrial com uma temperatura diferente pode ser prevista pela aplicação de uma alteração de temperatura representativa para o refratômetro.

[0040] Em pelo menos uma modalidade o método é usado para prever a presença de crosta em tais processos como fabricação de papel, formação de polpa de incluindo formação de polpa de Kraft, branqueamento, processo de recuperação de moinho de polpa, e ainda, além da área de aplicação de polpa e papel, englobam mais aplicações onde monitoramento de crosta/depósito é crítico, por exemplo, caldeiras, torres de refrigeração, mineração (processamento Bayer de alumina), indústria de petróleo, etc. O meio líquido pode ser tais itens como licor negro na formação de polpa de e licor de Bayer na fabricação de alumínio.

[0041] Em pelo menos uma modalidade o refratômetro é posicionado a montante ou a jusante a partir de um estágio de processo que é susceptível à formação de crosta.

[0042] Em pelo menos uma modalidade o refratômetro não é limpo de crosta de forma a permitir cálculos precisos de crosta.

[0043] Esta invenção faz o uso de um fenômeno novo e não explicado que é ensinado pela técnica anterior. Técnicas de refratometria padrão tomam como garantido que a superfície de medição deve ser mantida limpa então eles ensinam efetivamente olhar para o que na verdade são erros para prever a formação de crosta. A técnica anterior mencionou uma correlação entre a formação de crosta e propriedades ópticas, por exemplo, na Avaliação de resumo cientifico de Intrinsic Optical Fiber Sensor for in Situ Monitoring of Scale-Forming Salts, de Wallace, Andrew D., Boerkamp, Martijn, Lye, Peter G., Lamb, David W., Doherty, William O. S., Fellows, Christopher M., Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 47 Issue 4, pp. 1066-1070 *422:+ *cswk c ugiwkt “Ycnnceg’^ Ycnnceg. pq gpVcpVq. p«q hcz ogp>«q fq wuq de refratometria para simular a formação de crosta em outras localizações de um sistema do processo, não faz menção do aquecimento do sensor refratométrico, não faz menção do uso do refratômetro para detectar crosta que é inversamente solúvel a temperatura (mede crosta proporcional à temperatura) e a maioria deles ensina o uso do refratômetro nas condições ftáuVkecu já swg Vcku eqpfk>õgu “fankfieao fg ocpgktc kirgxgtuíxgn” g “gzegfgo a VgorgtcVwtc fg Vtanuk>«q xíVtgc” fqu ugwu ugpuqtgu „rVkeqUo Kfo go 1069.

[0044] Em pelo menos uma modalidade em resposta à crosta medida ou prevista um programa de remediação de crosta é ativado ou aprimorado. Tal remediação inclui a adição de crosta que inibem ou removem materiais. A crosta que inibe ou remove materiais pode ser introduzida ou as dosagens alteradas como uma preferência, ou reação de resposta à medição ou previsão de crosta.

[0045] Em pelo menos uma modalidade a crosta são pelo menos em parte: causadas por e/ou causa as consequências e/ou é remediado por pelo menos um dos itens descritos em um ou mais de: Low-cost evaporator upgrades boost performance, reduce scaling, de Adams, R.W., Pulp Paper, Volume 73 Issue 2, pp. 83-89 (1999), problemas depósito de crosta em moinhos de polpa e papel, de Sitholé, B, Proc. African Pulp and Paper Week, Durban, SA (2002), Os efeitos de extrativos de madeira no fechamento de sistema, de Sithole, B.B., Allen, L, TAPPSA Journal, Volume 9, (2002), Water-Formed Scale Deposits, de Cowan, J.C., Weintritt, D.J, Gulf Publ. Co., Houston, TX (1976), Mechanism and chemical control of CaCO3 scaling in the kraft process, de Severtson, S.J., Duggirala, P.Y., Carter, P.W., Reed, P.E, TAPPI J., Volume 82 Issue 6, pp. 167-174 (1999), Measuring the response of pitch control strategies, by Garver, T.M., Yuan, H, Pulp Paper Canada, Volume 103 Issue 9, pp. 24-28 (2002), The distribution of calcium in kraft mill brownstock systems, by Douek, M.; Allen, L.H.. Sven, Papperstidn Volume 83 Issue 15, pp. 425-429 (1980), e Patentes dos EUA 3.433.603 e 5.254.286. Em pelo menos uma modalidade o uso da invenção prevê, detecta, mede, reduz e/ou elimina um ou mais de tais problemas.

[0046] A formação de crosta no equipamento de processamento de madeira geralmente traz ineficiências para o processo de formação de polpa de por causa de perdas de tempo ocioso, maiores custos de utilidade, e corrosão. Em pelo menos uma modalidade o uso da invenção prevê, detecta, mede, reduz e/ou elimina um ou mais de tais problemas.

[0047] No contexto de fabricação de papel, a formação de crosta a partir de águas de moinho no equipamento complica operações de planta. Primeiramente, afeta a eficiência operacional que reduz a transferência de calor que obstrui fios de lavador, ofuscamento de telas, caldo de constrição e escoamento de licor, e eventualmente resultando em um tempo de parada de equipamento significativo para a remoção de crosta. Por segundo, afeta a qualidade da polpa que produz um produto fora das especificações devido aos defeitos de lâmina e alta contagem de sujeira, e também aumenta os níveis de lixo aniônico e contaminantes coloidais. Eventualmente, afeta negativamente a formação de polpa de e o custo de branqueamento devido aos altos custos de energia, produção perdida e taxas de produção reduzidas, e tempo de parada para a remoção de crosta. Em pelo menos uma modalidade o uso da invenção prevê, detecta, mede, reduz e/ou elimina um ou mais de tais problemas.

[0048] Os mecanismos de formação de crosta e abordagens para controlar diferentes tipos de crosta são diferentes. Como um resultado em pelo menos uma modalidade um programa de controle de crosta de múltiplos componentes é usado. Uma forma particularmente trabalhosa da formação de crosta está no digestor e planta de branqueamento de uma planta de fabricação de papel. Tal crosta pode ser inorgânica, apesar de crosta orgânica se originar a partir de passo de madeira e a partir de produtos químicos de processo pode compor o problema e ocasionalmente se tornam um problema separado (por exemplo, em arruelas de polpa marrom); nas plantas de reciclagem as crostas mais importantes são orgânicas. As crostas inorgânicas mais comuns em plantas de branqueamento são carbonato de cálcio, oxalato de cálcio e sulfato de bário, em um digestor é carbonato de cálcio. Geralmente crostas são de natureza misturada já que a crosta que se acumular a partir de um tipo de componente pode formar uma base excelente para outras crostas crescerem. Misturas orgânicas na crosta inorgânica são um fenômeno comum. A fibra pode ser facilmente aprisionada pelos cristais crescentes e então formam uma base para novos cristais crescerem. Em pelo menos uma modalidade o uso da invenção prevê, detecta, mede, reduz e/ou elimina um ou mais de tais problemas.

[0049] A força motriz para a formação de crosta está excedendo os limites de solubilidade dos componentes da crosta. As etapas iniciais de pareamento de íon e nucleação, envolvem a adsorção dos componentes de crosta em uma superfície. O processo de adsorção continua a produzir agrupamentos de íon na superfície. O mesmo processo ocorre na solução volumétrica que rende agrupamentos dispersos e microcristais que podem tanto ficar na solução que não causa perigo ou anexar com centros de cristalização na superfície que aumento o volume da crosta. Os agrupamentos de íon crescem em microcristais na superfície, comumente em imperfeições de superfície. Eles se tornam centros de cristalização para crescimento de crosta adicional e acelerado. O crescimento da crosta continua através de pareamento de íon ou nucleação. O crescimento de íon por íon ocorre quando agrupamentos de íon continuam a ser adsorvidos pelos núcleos existentes na superfície. No crescimento de núcleo para núcleo, núcleos são formados na fase volumétrica da solução antes da sua anexação para os núcleos de superfície. Estes núcleos são maiores em tamanho do que o agrupamento de íon e consequentemente acumulam crosta imperfeita mais brutas na superfície. Em adição, quaisquer cristais que são formadas na solução também podem ser aprisionadas dentro da matriz de crosta que cresce rapidamente resultando em uma crosta mista. Em pelo menos uma modalidade o uso da invenção prevê, detecta, mede, reduz e/ou elimina um ou mais de tais problemas.

[0050] Crosta depósito orgânico no processo de fabricação de papel podem se originar tanto a partir de madeira (campo de madeira) ou a partir de aditivos de papel que são liberados durante a reciclagem (elementos adesivos, campo branco). Campo de madeira primariamente consiste de ácidos graxos e seus sais, ceras, e outros materiais orgânicos hidrofóbicos. Forma partículas microscópicas que se aglomeram facilmente. A porção que pode ser saponificada de campo é sensível às condições, e tende a depositar em menor pH e na presença de cátions de metal bivalentes. Orgânicos neutros que não são saponificados, em geral, são insolúveis e presentes em um estado coloidal não estável que pode formar prontamente depósitos. A deposição começa quando grandes aglomerados se formam a partir de pequenas partículas coloidais. Quantidades significativas de cálcio foram encontradas nos depósitos de passo a partir dos sistemas de caldo marrom de moinhos de Kraft. Como um exemplo de composição, o depósito caracterizado naquele papel foi de 16% de resina de madeira, 30% de sabões de metal (na sua maioria sabões de cálcio), 38% de carbonato de cálcio, e 16% de sílica e fibras. Tipicamente, os depósitos são de natureza mista. Produtos químicos de controle de campo afetam tanto a estabilidade coloidal quanto a concentração de campo. Em pelo menos uma modalidade o uso da invenção reduz ou elimina tais problemas. Em pelo menos uma modalidade o uso da invenção prevê, detecta, mede, reduz e/ou elimina um ou mais de tais problemas.

EXEMPLOS

[0051] O dito anteriormente pode ser mais bem entendido em referência aos seguintes exemplos, que são apresentados para os propósitos de ilustração e não estão intencionados a limitar o escopo da invenção.

[0052] Uma configuração experimental foi feita como um exemplo da modalidade que combina um sistema de circulação e sensor refratométrico aquecido construído de material que pode sustentar as condições de alta alcalinidade. A configuração foi esperada de ser representativa de um ambiente industrial onde altas temperaturas, pressões, e alcalinidades estão presentes. Esta configuração de fato produz deposição de carbonato de cálcio induzida pela temperatura no sensor aquecido quando as concentrações de íons de cálcio e carbonato permitem. Isto nasceu pelas referências às FIGS. 3 a 7 que mostram que as temperaturas sobem, crosta aumenta e o fator de incrustação de célula aumenta e precisa ser corrigido.

[0053] Um número de amostras foi medido usando um sensor refratométrico em linha que provê corrente contínua de dados, que foi usado para determinar o fator de incrustação de célula e índice de refração. Em um primeiro teste o sensor foi imerso em uma solução supersaturada de bicarbonato de cálcio (16 mM com base em cloreto de cálcio e bicarbonato de sódio) no topo da célula de do instrumento SRM-3 (Nalco-Ecolab Company). Crosta foi induzida pela supersaturação todas sobre a célula incluindo os sensores refratométricos e QCM. Ambos os sensores demonstram tendências similares na formação de crosta. A crosta acumulada resulta em alterações drásticas no fator de incrustação de célula que foram proporcionalmente relacionadas com a formação de crosta como independentemente medido pelo instrumento SRM-3 com base em uma tecnologia de microbalança.

[0054] Em um segundo exemplo, o sensor foi continuamente aquecido sob controle em um arranjo de fluxo através, enquanto a temperatura da solução foi mantida em um nível de temperatura ambiente por um termostato improvisado de forma que o gradiente de temperatura pode ser mantido a 60°C. Neste caso, menor concentração de bicarbonato de cálcio (4mM com base em cloreto de cálcio e bicarbonato de sódio) foi aplicada. A deposição induzida por temperatura foi gravada (FIGs. 4 a 5); aplicação de um excesso de ácido hidroclorídrico após o teste ter removido completamente o depósito que foi refletido nas leituras de instrumento. O mesmo experimento foi repetido na presença de 20 e 5 ppm de ScaleGuard60116, efeito que é claramente demonstrado (mesmas figuras). A formação de crosta também foi detectada em um licor negro diluído (10% em água) sob as mesmas condições (FIG 6). Apesar disso, note que naquele caso o padrão de alterações na incrustação de célula é diferente. O gráfico mostra a queda rápida da incrustação de célula quando a crosta se forma em uma quantidade suficiente para bloquear a janela do sensor. O aumento inicial no índice de refração é devido à adição de carbonato à solução de BL fraca. A queda abrupta no fator de incrustação de célula é devido à adição de cálcio.

[0055] Em um terceiro exemplo, o sensor foi continuamente aquecido sob controle em um arranjo de fluxo através com licor negro de formação de polpa de Kraft real (15% de sólidos) saturado com carbonato de sódio, com adição em gotas contínua de solução de 10% de cloreto de cálcio. A temperatura da solução foi mantida aproximadamente em um nível de 40°C por um termostato improvisado de forma que o gradiente de temperatura pode ser mantido de 40 a 60°C (FIGS. 3, 4). A deposição induzida pela temperatura foi gravada (FIG. 7); aplicação de um excesso de ácido hidroclorídrico após o teste completamente removido o depósito que foi refletido nas leituras de instrumento.

[0056] Enquanto esta invenção pode ser incorporada de muitas formas diferentes, são descritas em detalhe aqui modalidades preferidas específicas da invenção. A presente descrição é uma exemplificação dos princípios da invenção e não está intencionada a limitar a invenção às modalidades particulares ilustradas. Todas as patentes, pedidos de patente, publicações científicas, e quaisquer outros materiais referenciados mencionados aqui são incorporados em referência na sua totalidade. Adicionalmente, a invenção engloba qualquer combinação possível de alguma das ou todas as várias modalidades mencionadas aqui, descritas aqui e/ou incorporadas aqui. Em adição a invenção engloba qualquer combinação possível que também especificamente exclui qualquer uma ou algumas das várias modalidades mencionadas aqui, descritas aqui e/ou incorporadas aqui.

[0057] A descrição acima está intencionada a ser ilustrativa e não exaustiva. Esta descrição vai sugerir muitas variações e alternativas para um do perito nesta técnica. Todas estas alternativas e variações são intencionadas para ser incluídas dentro do escopo das reivindicações onde o termo "compreendendo" quer dizer "incluindo, mas não limitado a". Aqueles familiares com a técnica podem reconhecer outros equivalentes das modalidades específicas descritas aqui que equivalentes também são intencionados de ser englobados pelas reivindicações.

[0058] Todas as faixas e parâmetros divulgados aqui são entendidos de englobar quaisquer e todas as subfaixas resumidas aqui, e cada número gpVtg qu rqpVqu fmckUo Rqt gzgornq. woc hckzc fgenctcfc fg “3 c 32” fgxg ugt considerada para incluir quaisquer e todas as subfaixas entre (e inclusive de) o valor mínimo de 1 e o valor máximo de 10; ou seja, todas as subfaixas que começam com um valor mínimo de 1 ou mais, (por exemplo 1 a 6,1), e que termina com um valor máximo de 10 ou menos, (por exemplo 2,3 a 9,4, 3 a 8, 4 a 7), e finalmente para cada número 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, e 10 contido dentro da faixa. Todas as porcentagens, razões e proporções aqui estão em peso a menos que seja especificado de outra forma.

[0059] Isto completa a descrição das modalidades alternadas e preferidas da invenção. Os peritos na técnica podem reconhecer outros equivalentes das modalidades específicas descritas aqui que equivalentes são intencionados de ser englobados pelas reivindicações anexadas a mesma.

Claims (10)

1. Método para monitorar o acúmulo de crosta em uma superfície em contato com um meio líquido, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: prover um refratômetro tendo uma fonte de emissão de fótons (1), um prisma (2) através do qual passam os fótons emitidos, e um sensor (4) óptico construído e arranjado para detectar fótons que são refratados através do prisma, o prisma tendo pelo menos uma superfície de medição (5), posicionar a superfície de medição (5) em relação ao meio (3) tal que os fótons emitidos serão refratados como um resultado das propriedades do meio (3), determinar um ângulo crítico de controle de refração para o meio (3) para fótons emitidos pela fonte de emissão (1), emitir fótons a partir da fonte de emissão, medir o fator de incrustação de célula como a acurácia do ângulo de refração crítico medido em relação ao ângulo crítico de controle, e calcular a formação de crosta com base no fator de incrustação de célula medido, em que o ângulo crítico de refração é o menor ângulo medido dos fótons refletidos que passam através da superfície de saída (7) do prisma para uma determinada amostra, o ângulo crítico de controle de refração é o menor ângulo medido de fótons refletidos que passam através da superfície de saída (7) do prisma para uma amostra de controle e os ângulos críticos de refração são medidos pela determinação de um limite claro-escuro entre fótons refletidos e refratados a partir de uma superfície de medição do prisma (2) e correlacionando o índice de refração da solução à concentração de partículas particulares no meio (3), e em que o refratômetro é usado para medir o acúmulo de formação de crosta dependente da temperatura, em que o refratômetro é posicionado em um local onde o meio não está a uma temperatura suficiente para formar crosta e o sensor do refratômetro é aquecido para corresponder à temperatura presente em outro local dentro o sistema de processo.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o refratômetro compreende um corpo de metal que conduz calor com uma pequena janela feita de um material resistente a alcalinos e calor é aplicado ao corpo.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície de medição (5) é aquecida.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor refratométrico é feito de materiais que suportam condições drásticas de processos de formação de polpa de Kraft, evaporadores nas indústrias de processamento de açúcar e polpa e papel ou um processo Bayer na mineração.

5. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o cálculo é corrigido para diferenças na propensão da superfície de medição (5) de acumular crosta e a propensão de formação de crosta em pelo menos um outro material que uma superfície de uma peça de equipamento no sistema do processo é construída.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície de medição (5) é aquecida onde a formação de crosta é monitorada de maneira contínua, com limpeza expressa do refratômetro através de interação físico-química em intervalos regulares.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a crosta é aquela selecionada a partir de carbonato de cálcio, oxalato de cálcio, sulfato de cálcio, sulfito de cálcio, sulfato de bário, silicato de magnésio, carbonato de sódio/sódio, burqueita e qualquer combinação dos mesmos.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio (3) líquido é um item selecionado a partir da lista que consiste de: licor negro, licor de formação de polpa, líquido digestivo, líquido de evaporador, licor de branqueamento, água de recuperação, água de fabricação de papel, líquido a partir de estágios de tratamento residual dos processos de fabricação de polpa e papel, líquido de processo industrial, líquido de processamento de minério, líquido de processo de refino de petróleo, líquido de processo de extração de petróleo, líquido de processo de transporte de petróleo, água de torre de refrigeração, água de cadeira, líquido de sanitização de alimentos, pasta fluida de minério e qualquer combinação dos mesmos.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o refratômetro é posicionado em uma corrente lateral divergida do sistema do processo.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de controle de crosta é adicionado ao meio líquido.

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