CN102985149A - 用于监测含水流的性质的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监测工业过程的含水流的性质的在线方法和系统。该方法包括：提供源于所述过程的初始含水流，该含水流包含显示第一沉降行为的固体物质；将改性剂以添加速率添加到所述初始含水流，该添加速率足以提供包含显示不同于该第一沉降行为的第二沉降行为的固体物质的改性的含水流；将该初始含水流或改性的含水流、包括该改性的含水流的任意组合流或该改性的含水流的任意子流的采样分批从采样点引导至具有一定容积的沉降容器；以及测量作为时间的函数的固体物质局部地在所述沉降容器中在采样中的所述沉降行为。本发明可被用于有效地监测以及可选地控制浆和纸或板制造过程的附聚程度。

Description

用于监测含水流的性质的方法和系统

技术领域

本发明涉及含水流的处理。具体地，本发明涉及监测工业过程中具体地在制浆过程或纸或板制造过程中的含水流的性质的方法和系统。该方法包括：提供来源于所述过程的含水流，该含水流包含显示第一沉降行为的固体物质；以及，将改性剂添加到该含水流以提供具有显示与第一沉降行为不同的第二沉降行为的固体物的改性的含水流。该固体物质在该含水流中可为悬浮和/或胶体的形式和/或可被沉淀的溶解物质。

背景技术

包含大量可被沉淀的固体物质和/或溶解物质的含水流的示例包括工业流，例如，在制浆和造纸过程中的流。这些流可包括例如纸/板制造过程的淡和浓的原料。在浆和造纸过程中的含水流包含不同数量的纤维材料。取决于含水流的来源，其它固体物质可为有机或无机的或其组合。也可能包括一些生物物质。固体物质浓度，包括可沉淀的溶解物质，可广泛地不同。通常，以重量计它的范围从含水流的约0.1至30%。

对于上文种类的许多流来说共同的是，存在对调节以悬浮、胶体和/或可沉淀形式存在于水中的固体物质的沉降性质的需要。在下文中，所有这些类型的物质将被称为“固体物质”。改性剂，诸如促凝剂、凝聚剂、钝化化学品、表面活性剂、分散剂、助留剂、微粒、上浆剂和/或酶，通常被用于所述调节。

作为具体的示例，在制浆过程或纸和板制造过程的许多流中，存在控制存在于含水流中的固体物质的量、大小和/或属性的需要。化学管理的一个重要目标是维持良好的颗粒甚至颗粒到纤维和/或纤网的附着并且从而阻止含水流中固体物质的积聚。然而，当浆悬浮物被供给至网上，或当纤网形成在网上时，固体物质的一部分通常保持未附着到纤维。因此，可变数量的固体物质进入造纸机水系统。该固体物质通常包含来源于原水、再循环水、纤维和涂层废纸的无机、有机和生物材料，例如，天然和白树脂、胶粘物、粘性物、微生物、颜料和（多种）粘合剂以及添加剂。因此，期望保持剩余的固体物质均匀地分散在水中以防止其附聚或不受控制的附聚，因为这将导致增加的沉积和随后对机械运行性能和产品质量的影响。

除在包含较少的纤维的含水流诸如造纸机中的白水中的颗粒的附聚之外，颗粒的附聚也可发生在管线中的具有较高的纤维浓度的浆流中，或在浆厂和造纸机中的罐中，或在废纸中，或在制备或不同种类的浆例如化学品、化学机械或机械浆中。通常，颗粒的附聚由过程化学品的不合适的管理例如（多种）改性剂或不适合的化学品的不充分配给或过度配给而引起。在固体物质颗粒和/或纤维之间的不受控制的相互作用常常导致附聚，促使颗粒的数量显著下降。附聚颗粒和附聚物可为疏水的或亲水的或其组合。悬浮物中微生物的量也可为高的：达10百万/毫升或更大，这也有助于附聚。

当系统中的颗粒的大小足够小时，它们常常不会不利地影响造纸过程的运行性能或纸的质量。可允许的大小取决于使用的过程和设备。然而，颗粒大小的增加常常产生问题。例如，固体物质的附聚可导致固体物质的快速沉降以及随后在设备表面上的沉淀。通常，疏水颗粒在该过程中更令人烦恼。沉淀物形成也妨碍例如网和毡制品，从而损害造纸过程的运行性能。附聚也使颗粒到纤维的均匀粘合恶化，并且因此，纸中的缺陷变得更加可见。

因此，优选使在该过程中的固体物质具有期望的大小和/或数目和/或具有期望的表面性质。这可通过控制在过程流中的诸如固定剂的改性化学品的量来实现。

因此，通常，（多种）改性剂在一个或多个添加点处被以估计的添加速率添加到该含水流，该估计的添加速率足以改变在该过程流中的颗粒的表面性质和/或附聚趋势。然而，确定（多种）改性化学品的所需的量和/或（多种）类型的问题出现。

通常基于像浊度和阳离子需求的简单实验室测试来分析改性化学品的性能。所获得的结果是不同反应的汇总并且没有描述例如颗粒大小的改变。复杂的实验室方法是可用的，但是它们常常涉及许多采样准备步骤并且因此是非常复杂且耗时的。然而，提及的实验室方法代表仅一个时间点的过程流的特性。

在A. Mantovanelli, P.V. Ridd, Journal of Sea Research 56 (2006) 199-226中讨论了用于测量粘性沉淀物聚集体的沉降速度的已经的装置。这些包括用手操作的沉降管和装备有视频系统的自动化沉降柱、光学仪器和激光仪器以及水下平衡仪器。

另一个问题是，快速质量改变常常在含水过程流中发生。另一方面，归因于循环流和长循环周期的过程延迟可能很长甚至几天。这导致改性剂的临时过度配给或欠配给，导致随后在纸质量（例如，归因于沉淀物，在纸中更多缺陷）和过程的经济性上的影响。

仅一些用于监测含水流以及可选地控制配给的在线测量存在。US 4279759公开了一种用于控制水处理化学品到过程流的供给速率的方法。在该方法中，采样流作为过程流的侧流获得并且被以恒定速率供给至沉降柱，其中固体的浓度不断地被确定。该方法需要以适当的供给速率通过沉降柱供给连续流。因此，虽然该方法辅助在线监测，但其确定采样的沉降特性的能力是十分有限的。

US 2004/0182138公开了一种用于沉降悬浮物的超声波特征化的方法。该方法基于确定采样的稠度的高峰时间测量值。该方法最佳地适合于高稠度采样（以重量计>10%）以及适合于预特征化包括基本上仅一种大小的颗粒（单分散采样）的采样。对于较低稠度和多分散采样，预期高峰时间测量值归因于降低的灵敏度给出劣质结果。超声波特征化的进一步的缺陷是，声波对温度和采样中的振荡有影响，这可影响其沉降性质。

因此，存在对在线监测系统的需要以便能够及时改变化学品配给速率和/或当流的质量改变时对所使用的化学品的选择。具体地，在工业过程中存在对用于在线监测和/或控制到包含固体物质的含水流的化学品配给的方法的需要。当监测影响固体物质的颗粒大小、附聚和/或颗粒相互作用的化学品的作用的过程流时，这类需要尤其存在。此外，存在对用于控制影响固体物质的颗粒大小、附聚和/或颗粒相互作用或在该过程中固体物质的颗粒大小管理的改性剂的配给的方法的需要。本文的特别兴趣是如下过程：在这些过程中，过程流具有长循环或吞吐时间，因而在过程监测和/或控制中的延迟可十分长。因此，存在对减小延迟的监测和/或控制方法的需要。

发明内容

本发明的目的是消除关于已知技术的问题的至少一部分以及提供用于在线监测工业过程的含水流诸如在纸或板制造过程中的循环流的特性的改进的方法和系统。

具体地，本发明的目的是提供一种用于含水过程流的固体物质的沉降行为的在线监测以及可选地用于调节化学品添加以影响在该流中的固体物质的沉降行为的方法和系统。

进一步的目的是提供用于估计以及可选地降低在造纸机的含水过程流中的附聚风险的手段。

本发明是基于确定在添加（多种）改性化学品之前和/或之后从大量含水流提取小采样中的固体颗粒的沉降行为的局部改变的想法；基于采样的沉降行为，可得出与大体积流相关的结论。该确定可通过测量来进行，优选地分批并且在重复的周期中依次进行。

根据本发明方法允许通过描述在这些流中的固体物质的沉降行为的频繁且快速的测量来监测含水流。所使用的测量甚至可用来描述或估计采样的平均颗粒大小。该方法与例如单独的颗粒大小测量相比，关于代表过程的状态的含水流的质量可甚至更具信息性，因为颗粒大小测量常常排除影响沉降行为的重要的因素，诸如例如颗粒形状和密度。

从采样确定的所关心的量可为例如固体颗粒的沉降速度。取决于固体物质的过程和特性，可得出在测量的沉降行为例如沉降速率、平均颗粒大小和/或疏水颗粒大小之间的相关性。

因此，本发明包括如下步骤：

- 提供源于工业过程的初始（第一）含水流，该初始含水流包含以悬浮和/或胶体和/或可沉淀形式的固体物质，该固体物质显示第一沉降行为；

- 将诸如阳离子化学品的（多种）改性剂添加到该初始含水流以提供包含显示不同于该第一沉降行为的第二沉降行为的固体物质的改性的（第二）含水流；

- 将该初始或改性的含水流、包括该改性的含水流的任意组合流或该改性的含水流的任意子流的采样从采样点引导至具有一定容积的沉降容器；以及

- 允许该采样在该沉降容器中沉降，并且同时测量随时间变化的局部地该沉降容器中采样中的固体物质的沉降行为。

可选地，取决于确定的沉降速度，添加到初始含水流的改性剂的添加速率受到控制。此外或代替添加速率，改性剂的类型可受到控制。

更具体地，根据本发明的方法由权利要求1中陈述的内容来表征。根据本发明的系统由权利要求26中陈述的内容来表征。

优选地，采样的沉降行为的测量包括下列中的至少一个：测量采样的固体物质含量，测量采样的浊度，测量在采样中的悬浮固体的量或测量采样的稠度。

基于固体物质的暂时的沉降行为，可确定例如下列中的一项或多项：在采样中的固体物质的沉降速度；在采样中的固体物质的沉降时间；或采样到达预定的浊度值所需的时间。

根据有利的实施例，在采样中的固体物质的沉降速度基于该测量来确定。该沉降速度取决于随时间变化的改变。这可与采样的平均颗粒大小有关。因此，获得了来自颗粒大小的信息。

沉降速度可被确定为浊度每时间单位（例如，NTU/s）或为指示每时间单位在采样中沉降的固体物质的其它数量，例如每时间单位的固体物质的量。

根据一个实施例，该方法包括：作为时间的函数，测量采样的固体物质含量或浊度或在采样中的悬浮固体的量或稠度；以及，基于所述测量，确定在采样中的固体物质的沉降速度或沉降时间或采样到达预定的浊度值所需的时间。进一步的所述测量在第一临时沉降区处执行，在该第一临时沉降区期间，采样的浊度比在沉降周期结束时的浊度高至少20%。在该区域期间，允许采样不受干扰地沉降。根据一个实施例，在至少一个时刻处或在时间跨度上通过计算所述测量的时间导数或在所述第一沉降区中在至少两个时间时刻之间的斜率来确定采样的沉降速度。因此，可以可靠地确定沉降速度。

根据一个实施例，采样的沉降浊度在测量通常在第二临时沉降区处的沉降速度之后被测量，在该第二临时沉降区期间，浊度比在沉降周期结束时的浊度高少于50%。沉降速度和沉降浊度很好地表征在许多情况下的流并且为改进的过程控制提供了额外信息。

通常，在第一沉降区处的沉降速度与在第二沉降区处的沉降速度相比是至少两倍。

本方法适合于应用于以重量计稠度为5%或更小或以重量计2%或更小的含水流优选地多分散流的一些优选实施例中。本方法是最适合于应用于以重量计稠度为1%或更小的多分散含水流。

采样的固体物质含量的局部测量是有益的，因为固体物质含量一般遵守公式f(x, y, z, t)，其中x、y是在沉降容器内的水平坐标和z为竖直空间坐标，并且t是时间。“局部”在本文意味着测量数据仅从在沉降容器中的某一区域（在所使用的传感器头部附近）收集，该区域的容积小于沉降容器的容积。优选地，测量大致在参照沉降容器的竖直轴线的方向的同一位置进行。对随时间而变的沉降行为的测量意味着测量至少在两个不同的时间点处执行。例如，在至少两个时间点处测量采样的固体物质含量或浊度。测量的数据或其部分的数学转换，例如对数或导数和/或斜率可用于确定描述固体物质的沉降行为的参数。此外，基于作为时间的函数的测量，数据序列测量的每一个的分立值或多个值可用于监测目的。

本方法对于所关心的颗粒的选择性例如受到测量的时间跨度、测量位置、以及受到所使用的测量装置的规范（诸如，光学或微波检测器的辐射波长）的影响。

具体地，在采样中的固体物质的沉降速度在沉降过程的开始阶段被确定，该沉降速度归因于如下事实不是随时间恒定的：采样包含具有不同大小和沉降性质的颗粒的分布。在沉降容器中的采样显示第一沉降速度的第一临时沉降区（以具有大于在采样中的所述固体物质的平均大小的大小的固体颗粒为主）以及小于第一沉降速度的第二沉降速度的第二临时沉降区（以具有小于所述固体物质的平均大小的大小的固体颗粒为主）。沉降行为的测量优选地在第一临时沉降区中被执行。通过这类布置，获得与也许对于所关心的工业过程最有害的最大颗粒相关的信息。通常，沉降速度在沉降周期的第一沉降区期间被确定，具体地，沉降速度在沉降周期的上半周期期间被确定，其实际上常常意指沉降周期的第一个180秒。

应注意的是，改性剂可在过程的与取出采样的阶段相比极不相同的阶段中被添加到含水流。因此，该流可在这些阶段之间以任意的化学、机械或物理方式处理。可替代地或额外于此，该流可与任意其它过程流合并和/或被划分成在这些阶段之间更小的子流。

例如，在纸或板制造过程中，改性剂被添加到的含水流可为废纸流、化学浆流、机械浆流、化学机械浆流、回收的浆流、白水流或另一个内循环水流，并且采样可在它们的组合流中的任一种或从初始流或组合流分出的子流执行。改性剂也可在浆的制备期间或之前被添加。

而且，在初始添加点与采样点之间的中间阶段，可另外添加相同类型或一些其它类型的（多种）改性剂。

根据一个实施例，采样提取自含水循环流，例如在造纸机或纸板机中的白水或网水，其用于稀释被供给到造纸机或纸板机的流浆箱中的浓浆。该流最终流通到造纸机或纸板机的流浆箱。在这类流以及可以应用本发明的其它流中，固体物质可包括无机颜料、填料和/或沉淀物、有机化合物和聚合物以及生物物质及其组合，具体地树脂、乳胶、胶粘物或其组合。

如上所讨论的，本方法最适合于相对低稠度流。然而，采样也可从包含可变且高固体物质量的含水流提取。如果从包含高纤维量的流提取采样，则采样优选地经过过滤和/或筛选以便获得大致无纤维的采样，其中的固体物质含量较容易测量。在过滤或筛选之后，稠度优选地是以重量计5%或更小，具体地以重量计2%或更小，最适当地以重量计1%或更小。

在优选实施例中，在过滤的采样中的固体物质的以重量计大于50%由非纤维固体物质组成。

通过本发明可获得相当大的优势。因此，一般地，沉降速度是用于控制（多种）改性剂的供给和/或类型的有效参数。当对流中的最大颗粒感兴趣时，测量可以在沉降周期的开始非常快地执行，并且可在无过度延迟的情况下预测附聚。

与采样在测量期间被混合或采样流是连续的现有技术方法对照，允许采样不受干扰地沉降的分批采样和测量允许评估采样中的小颗粒和大颗粒两者。也在本发明中，测量在每个沉降周期期间可以是连续的以便获得关于沉降的临时的和颗粒大小依赖的信息，但是采样不是连续流而是初始过程流的代表性批次，然后测量该采样的行为。实际上，在本发明的一些实施例中，数据从至少两个以不同大小的颗粒为主的临时沉降区域获得。这允许增强的过程控制，包括化学控制。化学控制可包括对适当的（多种）改性化学品的选择和/或对化学品的量和/或（多个）添加点的控制。

通过控制浆和造纸过程的含水流中的固体物质浓度，利用正确数量的（多种）改性剂，可调节颗粒的附聚，并且对生产存在较小的有害作用，例如，在机器表面上的纸或沉积物中的较少的缺陷。

接着，将在详细描述的辅助下并且参照附图更密切地检查本发明。

附图说明

图1a示出根据本发明的一个实施例的具有采样侧流的造纸过程。

图1b示出根据本发明的另一个实施例的两个替代采样侧流的造纸过程。

图2示出根据本发明的一个实施例的顺序采样过程中的浊度对时间曲线以及基于根据一个实施例的测量对沉降速度的确定。

具体实施方式

如上文所讨论的，本发明主要包括利用至少一种改性剂处理初始含水流以获得改性的含水流的方法。该改性的含水流具有改性的沉降性质。根据优选的实施例，从改性的含水流抽取采样，并且基于该采样，确定改性的含水流在沉降容器中的沉降速度。

在说明书和权利要求中，术语“初始含水流”表示在该过程中被用改性剂处理的任意流。术语“改性的含水流”不只被限制于紧接在用改性剂处理之后的初始含水流，而是还覆盖以其它方式处理的流、与一个或多个流合并的流或被划分成一个或多个子流的流。自然地，改性剂影响不仅经处理的含水流而且合并的流和子流的沉降行为，用改性剂处理的流或受改性剂影响的附聚物被引导。本发明还覆盖多于一种改性剂在一个或多个添加点处被添加到过程或在一些添加点处添加相同的改性剂的过程。

根据一个实施例，采样在添加改性剂之前即从初始含水流执行。这对于进行过程的预测或前馈控制是有用的，尤其是在过程的特性已被熟知的情况下。基于初始流的沉降行为，可估计改性剂的需求量。然而，在大多数情况下，采样仅在添加改性剂之后执行，这确保观察到实际的沉降行为，并且可更加准确地确定并且优选地控制改性剂的需求量和/或类型。改性的流的沉降行为通过改性剂的反馈受到控制。

根据优选的实施例，取决于在沉降容器中的所确定的沉降行为，改性剂的添加速率和/或类型被改变。可以使用软传感器和模型[例如，语言方程式（LE）]来辅助数据解释和合理性判断。其它商业地可得到的方法和装置，诸如流式细胞仪，也可被用于估算和计算。关于适当的设备，我们指用于化学品的自动剂量控制的方法和设备，在WO 2005/022278中描述，其内容通过引用并入此处。

本发明还包括其中沉降行为的确定仅作为监测步骤被执行的解决方案。

根据一个实施例，本发明被用于工业过程的远程监测和/或控制。因此，目前的测量仪器在功能上可与数据传送装置相连接，数据传送装置能够将测量数据传送到远程位置和/或将控制数据从远程位置传送到当前工业过程的位置。与现有技术方法相比，这是重要的可能性和明显的优势，现有技术方法通常需要必须被手动执行的实验室分析和步骤。

如上所讨论的，在预定的时刻或时间跨度处的沉降速度是将被从采样确定的优选的数量。这是因为沉降速度或在沉降速度中的改变与采样的颗粒大小特性相关，并且因此指示在纸、板和浆过程中颗粒的附聚的程度。

本发明还包括如下解决方案，其中，除了确定采样的沉降速度之外，采样的沉降浊度被确定以及可选地被用于改变改性剂的添加速率。“沉降浊度”是指在预定的时间段之后的浊度，该预定的时间段通常比沉降速度被确定的时间段更长。通常，在浊度测量之前的时间段是5分钟或以上，具体地10分钟或以上，而沉降速度在该时间段结束之前被测量。沉降浊度也可为通过增加的沉降时间不再显著改变的浊度值（即，小于预定的绝对或相对量）。

根据一个实施例，改性剂能够影响在颗粒之间或在颗粒与纤维或在流中的其它成分之间的表面性质和/或相互作用。在一些情况下，改性剂能够附聚在含水流中存在的固体物质。

根据本发明的优选的实施例，从促凝剂和/或凝聚剂中选择改性剂。促凝剂或凝聚剂包括或可选自盐类或阴离子聚合电解质、非离子聚合电解质和单价或多价阳离子诸如钠、钙、镁、铁、铝的阳离子聚合电解质；诸如淀粉的天然产物；诸如阳离子淀粉的半合成聚合物；以及诸如丙烯酸聚合物、聚胺、聚氧化乙烯、和烯丙基聚合物的合成聚合物；或其混合物。

凝结是通过添加已知作为凝结剂的化学试剂而引起的胶体颗粒的去稳定作用。在悬浮物中的细颗粒相互碰撞并粘在一起。通常这些颗粒通过布朗运动或通过流动而相互靠近（Water Treatment Handbook, Vol 1 和 Vol 2, 1991, Degremont）。凝结剂通常是无机（阴离子/阳离子）或有机（聚合电解质）化学品，其中和杂质诸如胶体颗粒的负的或正的表面电荷（去稳定）。(Water Treatment Handbook, Vol 1 和 Vol 2, 1991 , Degremont)。 

凝聚是指例如聚合物的在悬浮粒子之间形成桥接或通过补丁模型工作的活动。凝聚剂可促进絮凝物的形成。凝聚剂可为无机聚合物（诸如活性硅）、天然聚合物（淀粉、藻朊酸盐）或合成聚合物 (Water Treatment Handbook, Vol 1 和 Vol 2, 1991, Degremont, Water Quality and Treatment, A Handbook of Community Water Supplies)。

可选地或另外地，改性剂通常可为钝化的化学品、表面活性剂、分散剂、助留剂、微粒、上浆剂和酶或它们的组合。

根据本发明的一个实施例，沉降快的大附聚物的形成被使用本文所公开的监测和控制系统监测并且可选地被阻止。在造纸过程中有助于附聚形成的最重要的因素是在流中的溶解物质、pH改变、微生物以及添加到流中的化学试剂具体地疏水试剂。使用本发明可检测和控制由所有这些源引起的附聚。这是因为固体物质的沉降速度取决于颗粒大小并且因此也随时间可变。

在一个实施例中，以足以将沉降速度（或平均颗粒大小）维持在低于预定的水平的速率添加改性剂。根据一个实施例，该方法用于控制改性化学品的添加速率和/或类型，使得沉降速度被维持在750 NTU/s以下。在造纸过程的至少一些含水悬浮物中，这对应于小于约20μm的固体物质的平均颗粒大小。

根据该过程或系统，沉降速度、沉降浊度或其组合可被用于控制目的。沉降浊度指示小颗粒的存在及其相对的数量或水平。沉降速度，另一方面，指示附聚物的存在。因此，使用这些测量提供有用的信息用于过程控制目的。通过改性剂的类型和/或量和/或添加点，可以影响固体物质的颗粒大小。

通常，改性的含水流的平均颗粒大小优选地被保持在100μm以下，具体地在50μm以下，最有利地在20μm以下。然而，在一些实施例中，改性的含水流的平均颗粒大小优选地被保持在500μm以下，或在250μm以下。

例如，造纸机或纸板机的所谓的短循环通常包括从网浆池（wire chest）回收白水的步骤以及将它输送返回到用于稀释被供给到流浆箱的含高稠度纤维的浆的过程中的步骤。期望的是，防止固体物质在循环流中的附聚并且从而防止或减少其沉降而且能够获得对固体物质的再次使用。本发明可被用来实现该目的。

图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的造纸过程。在该过程中，纸块从一个或多个源3、4、5被供给混合浆池30。这些源可包含例如机械浆、化学浆、化学机械浆、再生纤维和/或废纸。一个或多个化学改性剂可被添加到每一个纸块或在添加点15A处的混合浆池。混合块被从混合浆池30引导至在湿端中的流送系统中的成浆池40。一种或多种化学品也可在这个阶段或在添加点15B处成浆池40处被添加。此外，经处理的块被引导至造纸机或纸板机50的流浆箱。改性化学品也可以在添加点15C处在这个阶段被添加。

从造纸机或纸板机50的网段（wire section），白水循环流65被引导至网坑（wire pit）60并且循环返回至流浆箱。根据本发明用于沉降速度确定的采样优选地从该循环流提取，其通常被用来稀释被供应到造纸机或纸板机的流浆箱中的浓浆。

根据图1中所示的实施例，通过从采样点抽取侧流68将白水循环流65的采样引导至沉降容器。侧流68优选地具有小于白水循环流的流率的流率。侧流68被引导至沉降容器22。

替代地，侧抽取可以从纸浆或造纸过程的任意其它流（未示出）中提取。例如，在一个或多个化学品添加点之后，采样点可在浆或废纸或造纸机或纸板机的供给线中。如果从包含高纤维量的流提取采样，则采样优选地经过过滤和/或筛选以便获得基本上无纤维的采样，固体颗粒含量从该无纤维的采样较容易测量。

图1b示出具有分别从循环流65和过程供给线3提取的两个替代侧流68A和68B的过程的实施例。此外，存在分别被布置在侧流68A和68B中的诸如阀V4A和V4B的装置，用于控制被引导至沉降容器22的物质的源。因此，取决于控制，改性的含水流是在一个或多个化学品添加点15A、15B、15C处被改性的白水循环流65或在化学品添加点15A处被改性的供给流3。因此，相同的测量设备能够被用于监测和/或控制在两个或更多个位置或处理阶段处的过程。

自然地，作为一个示例，如在图1b中所图示，该系统可仅包括在已经用改性化学品改性的流的任一个处的各个可能的采样点中的一个，即，没有这类源控制，如参照图1b所图示。

优选地，使用电磁辐射测量采样的沉降行为。因此，沉降容器22包括检测装置21，诸如对在传感器附近的沉降容器的固体物质含量响应的光学传感器。该传感器可在UV、可见或IR波长范围内起作用。由于不改变沉降容器的总固体物质含量，所以优选的是，使用能够局部测量的传感器以便能够方便地确定沉降速度。

基于电磁辐射的检测器优于声波检测器，因为它适合于低稠度采样并且不会遭受在测量期间与采样相互作用使得它影响沉降性质的问题。例如，乳胶颗粒的性质是温度依赖的。电磁辐射对采样中的空气泡或不均匀性也是不敏感的，与声波相反。

根据一个实施例，该传感器包括允许用于固体物质的局部测量的传感器头部，例如，就采样的浊度或固体含量的测量而言。传感器头部被定位在离沉降容器的底部的一定距离处，并且可选地也可定位在离沉降容器的顶部的一定距离处。传感器头部可直接在沉降容器中或在设置在沉降容器的壁上的窗后。优选地，传感器被布置在沉降容器的侧壁上。传感器可以一定角度相对于侧壁布置。

沉降容器可被打开或关闭。优选地它是流通过类型，允许沉降容器被容易地连接到从改性的含水流提取的侧流。优选地，采样从下方被引导至沉降容器。

在使用侧流中的阀V2的浊度测量期间，可以中断侧流。带有阀V1的附加的洗涤线也可存在于侧抽取通道中。洗涤线允许检测器21和沉降容器22在连续的测量之间将被洗涤。沉降的采样可通过净化线26从沉降容器离开，并且被引导至收集器23，并且可选地循环返回至该过程。也可设置与侧抽取通道分离的附加检测器或容器冲洗阀V3和冲洗线。

通过测量含水侧流的浊度的改变来确定沉降速度。具体地，固体物质的浊度或量的改变在预定时段内被测量，优选地在沉降期的开始阶段，即，当在采样中仍然存在大颗粒沉降时，如上所述。

图2示出以循环方式操作的沉降容器中的浊度对时间关系图，每个周期包括向沉降容器供给新鲜流的周期（采样，阀V2打开）以及沉降周期（测量和确定沉降速度，阀V2关闭）。沉降周期通常可以为约1至1200秒长或甚至更长。沉降速度（如在图2中的虚线的斜率）通常在第一个1-240秒优选地1-120秒期间被确定，而沉降浊度（图2中的S₁、S₂、S₃、S₄）可在120-1200秒之后被确定，这取决于采样的性质。通常，存在1至20个测量周期/小时。

沉降速度可被确定为在从预定的较高浊度值到预定的较低浊度值的周期（该范围对应于期望的颗粒大小（例如，从700至400NTU)）内或可替代地在沉降周期开始之后的某一时刻开始的预定时间段内的平均沉降速度。

Claims (30)

1.一种用于监测在工业过程中诸如在浆或纸或板制造过程中的在线含水流的性质的方法，所述方法包括：

- 提供源于所述过程的初始含水流，所述含水流包含显示第一沉降行为的固体物质；

- 将改性剂以添加速率添加到所述初始含水流，所述添加速率足以提供包含显示与所述第一沉降行为不同的第二沉降行为的固体物质的改性的含水流；

- 将所述初始含水流或改性的含水流、包括所述改性的含水流的任意组合流或所述改性的含水流的任意子流的采样分批从采样点引导至具有一定容积的沉降容器；

-允许所述采样在所述沉降容器中沉降，并且同时地测量作为时间的函数的固体物质局部地在所述沉降容器中在采样中的所述沉降行为；

-可选地，取决于所确定的固体物质在所述采样中的沉降行为，改变所述改性剂的添加速率和/或类型和/或添加点。

2.根据权利要求1所述的方法，其中对所述采样的沉降行为的所述测量包括：测量作为时间的函数的在所述采样中的固体物质含量或所述采样的浊度或悬浮固体的量或稠度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：基于所述测量，确定在所述采样中所述固体物质的沉降速度或沉降时间或所述采样到达预定的浊度值所需的时间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：基于所述测量确定所述采样的固体物质的沉降速度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述将所述初始含水流或改性的含水流的采样引导至所述沉降容器通过在所述采样点处分别抽取具有比所述含水流或改性的含水流、组合流或子流的流率更小的流率的侧流进行，并且将所述侧流引导至所述沉降容器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述测量之前使用在所述侧流中的阀中断所述侧流。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中：

-所述沉降行为包括：第一临时沉降区，以具有比在所述采样中的所述固体物质的平均大小更大的大小的固体颗粒为主；以及第二临时沉降区，以具有比在所述采样中的所述固体物质的平均大小更小的大小的固体颗粒为主；并且

-所述沉降行为在所述采样的所述第一临时沉降区期间被测量。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述改性剂包括促凝剂和/或凝聚剂、钝化化学品、表面活性剂、分散剂、助留剂、上浆剂、杀菌剂、酶或其任意组合，并且优选地选自盐类或阴离子聚合电解质、非离子聚合电解质和单价或多价阳离子诸如钠、钙、镁、铁、铝的阳离子聚合电解质；诸如淀粉的天然产物；诸如阳离子淀粉的半合成聚合物；以及合成聚合物诸如丙烯酸聚合物，聚胺，聚氧化乙烯，和烯丙基聚合物，斑脱土，硅胶；或其混合物。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述固体物质包括无机颜料、填料和/或沉淀物、有机化合物和聚合物以及生物物质及其组合，具体地树脂、乳胶、胶粘物或其组合。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述固体物质以悬浮和/或胶体和/或可沉淀的形成存在于所述采样中。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中基于所确定的在所述采样中的固体物质的沉降速度，以足以将所述沉降速度维持在低于预定的水平诸如低于750 NTU/s来添加所述改性剂。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述采样点是在所述改性的含水流中。

13.根据权利要求1-11中的任一项所述的方法，其中所述采样点是在所述初始含水流中。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述过程是造纸过程，并且所述采样点位于造纸机或纸板机的水循环流中，优选地在所述造纸机的白水线中。

15.根据权利要求1-13中的任一项所述的方法，其中所述采样点是在到造纸机或纸板机的浆或废纸的供给线中。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中采样的步骤以及在所述采样中的固体物质的沉降性质的测量的步骤周期性地反复地进行。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述周期被重复1到20次/小时。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述沉降行为在沉降的第一个180秒期间在所述沉降容器中被确定。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述沉降速度基于在从预定的浊度值开始的预定时段上或在所述沉降开始之后的时间、或在从预定的较高浊度值开始到预定的较低浊度值的未知时段上的沉降行为而确定。

20.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述采样的沉降行为通过使用电磁辐射检测固体物质含量而测量。

21.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括：

-在沉降周期期间测量作为时间的函数的所述采样的固体物质含量或浊度或在所述采样中悬浮固体的量或稠度，

-基于所述测量，确定在所述采样中所述固体物质的沉降速度或沉降时间或所述采样到达预定的浊度值所需的时间，

并且其中：

-所述测量在第一临时沉降区处执行，在所述第一临时沉降区期间，所述采样的浊度比在所述沉降周期结束时的浊度高出至20%。

22.根据权利要求21所述的方法，包括：通过计算所述测量的时间导数或在至少两个时间时刻之间的斜率来确定在至少一个时刻处或在时间跨度上在采样中的固体物质的沉降速度。

23.根据权利要求21或22所述的方法，还包括：

-在所述测量之后测量所述采样的沉降浊度，以便确定通常在第二临时沉降区处在所述采样中的所述固体物质的沉降速度或沉降时间或所述采样到达预定的浊度值所需的时间，在所述第二临时沉降区期间，所述采样的浊度比在所述沉降周期结束时的浊度高小于50%。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述沉降速度和/或沉降浊度两者均被用于确定改变所述改性剂的添加速度和/或类型和/或添加点的需要。

25.根据权利要求21-24中的任一项所述的方法，其中所述沉降速度和/或沉降浊度被用于对所述改性剂的量和/或添加点的前馈和/或反馈控制。

26.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在测量所述沉降行为时，所述采样的稠度是按重量计算5%或更小。

27.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中：

-所述初始含水流包含纤维，

-所述采样被过滤以便在将它引导至所述沉降容器之前移除纤维材料。

28.一种用于工业过程的含水流的在线监测的系统，包括：

-用于引导包含具有第一沉降性质的固体物质的初始含水流的装置；

-用于以添加速率将改性的化学品在添加点处添加到所述初始含水流用于更改所述初始含水流的沉降行为的装置，以便提供包含具有第二沉降性质的固体物质的改性的含水流；

-用于将初始含水流或改性的含水流、包括所述改性的含水流的任何组合流或所述改性的含水流的任意子流的分批采样作为从所述初始或改性的含水流提取的侧流依次引导至沉降容器的装置；

-用于测量作为时间的函数的在所述沉降容器中局部地在采样中的固体物质的沉降行为的装置，

-可选地，取决于所测量的沉降行为，用于改变所述改性剂的添加速率和/或类型的装置。

29.根据权利要求28所述的系统，其中所述首先测量所述固体物质的沉降行为的装置适于确定在至少一个时间时刻或在时间跨度上所述分批采样的固体物质的沉降速度。

30.根据权利要求28或29所述的系统，适于执行根据权利要求1-27中的任一项所述的方法。

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