CN103439216B - 一种纸浆纤维悬浮液中气体含量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纸浆纤维悬浮液气体含量测量装置；包括浆料取样筒、真空罐、压力表和抽气筒；取样筒的一端接有第一软管，通过第一软管连接流送系统的取样口，进行取样；取样筒的另一端连接玻璃管，玻璃管设有水平段，玻璃管与三通阀连接；三通阀还分别与测量管和排空管连接；玻璃管的水平段的高度与三通阀的中心高度相同；测量管竖直放置，测量管的上端与真空罐连接；真空罐上安装有压力表，真空罐通过第二软管与抽气筒连接。本发明将被测纸浆纤维悬浮液密闭在取样筒内，改变取样筒内纸浆悬浮液中气体所受的压力，使纸浆纤维悬浮液中气体体积发生变化，测得取样筒中气体体积的变化量，测出取样筒中气体的体积含量。

Description

一种纸浆纤维悬浮液中气体含量测量装置

技术领域

本发明涉及一种纸浆纤维悬浮液中气体含量的测量装置，特别是涉及造纸车间流送系统中的纸浆纤维悬浮液中的气体含量的测量。

背景技术

在纸机抄造过程中，如果浆料中气泡(空气或气体)含量太高，可能会引发一系列问题，如泵的能耗增加、纸机断头、浆料沉积、“针眼”纸病、起泡等，严重影响纸机的正常抄造和成纸质量。

浆料中的气体一般以两种形式存在：一是以游离状态的气体存在于纤维和纤维之间，或附着在纤维表面上，或存在于纤维的细胞腔内的气泡，它们可以改变纤维的相对密度和浆料的可压缩性、脱水性，是产生泡沫和浮浆的主要原因；二是溶解于水的气体，它们对浆料的性质影响不大，但如果这种气泡的成分以CO₂气体为主时，会影响纤维的极性，产生絮聚现象。

浆料中游离态的气体主要是由以下几种原因产生的：(1)制浆过程中，浆料洗涤不充分，造成浆料中留有残碱，以及浆料发酵的原因，导致在打浆的过程中产生气体；(2)当浆池浆料液位较低，浆池搅拌器露出液面或浆池中的进浆管道未伸入液面，浆料进入浆池中时，从空中冲入液面，都会产生大量的空气气泡。(3)浆泵的压头不当，泵壳漏气、向下流动的浆流在管道中流速过快，在接头处容易吸入空气。(4)系统白水封闭循环使用等原因，造成系统中疏水物质不断累积，也会增加浆料系统中的空气或气体含量。

浆料中溶解气体产生的原因：造纸系统中，浆料中高含量的溶解气体主要来源于碳酸钙分解产生的CO₂。与空气相比，CO₂更容易溶解于水。压力降低或温度升高导致的溶解气体释放是影响纸机抄造的重要因素。碳酸钙填料和涂布颜料使用量的增加或高硬度的水，尤其是在系统中添加了硫酸铝、PAC、湿强剂或其他酸性化学品后，都会导致CO₂的产生，溶解的CO₂是影响纸机抄造的一个主要因素，pH值8左右时，碳酸钙开始分解。pH值5左右时，几乎所有的碳酸钙都转变为CO₂气体溶解于水中。CO₂在水中的最大溶解度是空气在水中溶解度的50～100倍。大量的测试发现，浆料中溶解的气体组成有超过90％以上是CO₂。

存在于浆料中的气体会对纸张的抄造以及纸页质量造成不良影响，主要有以下几个方面：(1)浆料中所含的气泡会降低纤维与纤维之间的结合，降低纸页的湿强度，导致抄造过程中容易出现断纸。(2)由于浆料中的空气或气体含量过高，而导致纸张中产生针眼或纸洞，涂布时由于纸张的缺陷，会发生颜料漏涂、漏印和颜料黏辊子的现象，造成纸机断头或频繁停机。(3)浆料中的气泡会堵塞纤维网络中的毛细管，从而阻碍浆料的脱水通道，影响浆料在网部的滤水。在网部，浆料中的气泡会降低真空箱和真空伏辊的真空度，进而影响浆料在网部的滤水。(4)浆料中的气泡含量过高会影响纸张与烘缸表面接触的紧密程度，从而影响烘缸与纸张之间的传热，使干燥部的汽耗增加。(5)浆料中的气泡减轻了浆料的相对密度，使浆料中的纤维浮起产生浮浆、泡沫和絮聚，造成上网浆料分散不均匀，使纸张质量降低，主要表现在纸张成形不好，对成纸的匀度产生不良影响，还会使成纸的紧度、平滑度、强度有所下降。(6)网浆料中气泡含量过高时，含有气泡的浆料经过成形后，通过网部的脱水元件把浆料中的气泡抽掉而形成纸洞；或者造成网部纸张的局部位置脱水不理想，纸张局部水分偏大，经压榨后形成纸洞。(7)从流浆箱到网部，由于浆料的压力急剧降低而导致溶解气体的释放，可能会使纸张产生针眼，其对后续涂布和印刷造成严重影响。

在造纸生产过程中，一般上网浆料中的气体含量控制在2.0％以下，在这个数量下纸机基本能够稳定运行。因此，为了更好地控制上网浆料中的气体含量，更好地控制化学除气剂的加入量，应该对浆料中的气体含量进行测定。

目前采用较多的是用EGT气体含量测试仪，测量过程中对测量样品施加一个大气压压力时，则样品中气泡体积减小一半，从而测量出浆料中气体的体积含量。这种测量方法是利用波义尔定律，增加浆料中气体所受的压力，从而改变其体积来测量的。这种测量方法对于难溶性气体是有效的，但对于CO₂等易溶性气体则无法测出，而且，随着压力的增加，原来呈游离态的气体有一部分会溶解到浆料中变为溶解状态的气体，导致测量存在误差。

本发明与EGT气体含量测量仪在原理上相同，都是利用波义尔定律来测量气体的体积，但方法上有所不同。本发明通过降低被测样品的压力，使其中的游离态气体的体积增加，从而测得浆料中游离态气体的体积含量。另外，由于测量过程中，被测样品的压力减小了，溶解于其中的溶解气体的溶解度降低，会析出一部分溶解性气体，但溶解状态的气体析出的过程相对于游离态气体体积增加的过程所需的时间要多一些，速度要较慢。利用这两个过程速度上的差异，可以分别测量出被测样品中原来存在的游离态气体和析出的溶解性气体的体积。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够较为准确地测量纸浆纤维悬浮液中的气体含量的测量装置，尤其是用于测量造纸过程中的纸浆流送系统的纸浆纤维悬浮液内的气体含量。

本发明通过以下技术方案实现：

一种纸浆纤维悬浮液气体含量测量装置，包括取样筒、真空罐、压力表和抽气筒；取样筒的一端接有第一软管，第一软管上设有第一阀门，通过第一软管连接流送系统的取样口，进行取样；取样筒的另一端连接玻璃管，玻璃管设有水平段，玻璃管与三通阀连接；三通阀还分别与测量管和排空管连接；玻璃管的水平段的高度与三通阀的中心高度相同；在测量管上设有刻度，以观察液面的高度，测量管竖直放置，测量管的上端与真空罐连接；真空罐上安装有压力表，真空罐通过第二软管与抽气筒连接；第二软管上设有第二阀门。

优选地，所述取样筒为竖直放置。所述取样筒的上端和下端都为锥形。所述取样筒的容积为1升。所述压力表为真空表。所述抽气筒为手持式抽气筒。所述第一阀门和第二阀门为球阀。

本发明取样完成后，封闭于取样筒内的纸浆纤维悬浮液所受的压力为大气压力；利用手持式抽气筒将真空罐内的压力减少至0.5个大气压；通过三通阀，将取样筒与真空罐接通，则取样筒内纸浆纤维悬浮液所受的压力为0.5个大气压，根据波义尔定律，在纸浆纤维悬浮液内的游离态气体的体积迅速增加一倍，其体积变化量可以通过玻璃管上的刻度读出，从而测出纸浆纤维悬浮液内的游离态气体体积V1；另外，溶解于水的气体在压力下降后，其溶解度也随之而降低，通过实验观察，该部分气体从水中析出的速度较慢，导致玻璃管内液面缓慢上升，经过液面缓慢上升后，液面高度不再发生变化，其体积变化量可以通过玻璃管上的刻度读出为V2(V2比V1要小得多)；此时，还有部分溶解态气体并没有析出，但这部分溶解气体在生产的工艺条件下，很难再析出，所以对生产过程以及纸页的质量没有明显的不良影响。通过以上方案可以测的纸浆纤维悬浮液内的游离态气体为V1，溶解态气体为V2。

取样筒竖直放置，取样时，纸浆纤维悬浮液从取样筒的底部流入，控制流速，使取样同内的液面缓慢上升，取样筒上下两端均为锥形，目的是将取样筒内原来的空气可以完全排出，提高测量精度。

相对于现有技术，本发明具有以下明显的优点与效果：

1、利用波义尔定律，通过对被测气体施加负压，使其体积增大，从而可以测出纸浆纤维悬浮液中的游离态气体含量V1。因为测量中，气体所受压力减小，因此不会增加气体的溶解度，保证测量的准确。

2、通过负压的保持，使溶解状态的气体的溶解度减小，溶解的气体慢慢从水中析出，导致体积缓慢上升，上升量为V2，测得析出的溶解状态的气体体积V2。

3、利用气体体积变化快慢的区别，可分别测出游离态气体体积V1和溶解态气体体积V2，在负压下，还有一部分溶解态气体保留在纸浆纤维悬浮液内，但该部分气体在负压下尚不能析出，可以认为在生产过程中不会对生产以及产品质量造成不良影响，因此可以忽略不计。

附图说明

图1为纸浆纤维悬浮液气体含量测量装置结构示意图。

图2为取样完成后，液位高度示意图。

图3为测量游离态气体V1示意图。

图4为测量溶解态气体V2示意图。

具体实施方式

为进一步说明本发明，下面结合附图和实施范例对本发明做进一步描述，但本发明要求保护的范围不局限于实施方式。

如图1所示，一种纸浆纤维悬浮液气体含量测量装置，该装置包括取样筒3、真空罐8、压力表7和抽气筒12。取样筒3的两端都为锥形，一端接有第一软管1，第一软管上设有第一阀门2，通过第一软管1可连接流送系统的取样口，进行取样；取样筒的另一端连接玻璃管4，玻璃管4设有水平段A，玻璃管4与三通阀5连接；三通阀5还分别与测量管6和排空管9连接；玻璃管4的水平段A的高度与三通阀5的中心高度相同；在测量管6上设有刻度，可以观察液面的高度，测量管6竖直放置，上端与真空罐8连接；真空罐8上安装有压力表7，真空罐8通过第二软管10与抽气筒12连接；第二软管10上设有第二阀门11。取样筒3优选容积V＝1升；取样筒3优选竖直放置；抽气筒12优选为手持式抽气筒12。压力表7优选为真空表。第一阀门和第二阀门优选为球阀。

取样时，第一阀门2处于打开状态，连通第一软管1和取样筒3；三通阀5接通排空管9和玻璃管4，测量管6处于关闭状态；第二阀门11处于打开状态，抽气筒12不接入系统(取样时真空管的气压保持为大气压力，没有真空)；纸浆纤维悬浮液可以通过第一软管1、第一阀门2接入取样筒3内，通过第一阀门2控制流速，使纸浆纤维悬浮液的液面在取样筒3内缓慢上升，有利于排除取样筒3内原有气体。纸浆纤维悬浮液充满取样筒3后，经玻璃管4、三通阀5、排空管9排出；由于三通阀5的中心高度和玻璃管的水平部分A高度相同，所以纸浆纤维悬浮液可以充满取样筒3和玻璃管4，液面高度处于三通阀的中心处，如图2所示。

取样完成后，将第一阀门2关闭；三通阀5旋至全关状态，将被测纸浆纤维悬浮液封闭于取样筒3内(玻璃管4内也有一部分纸浆纤维悬浮液，但该部分的容积相对于取样筒的容积非常小，可忽略不计)；接通手持式抽气筒12，第二阀门11处于打开状态，利用手持式抽气筒12将真空罐8内的气压调至0.05MPa；关闭第二阀门11，将三通阀旋转90度，接通测量管6和玻璃管4，排空管9处于关闭状态；此时取样筒3内的纸浆纤维悬浮液所受的气压为0.05MPa，相比原来降低了一半，所以纸浆纤维悬浮液内的游离态气体的体积迅速增加一倍，导致测量管6内的液面在瞬间内上升至图3中所示位置，从测量管6的刻度可以读取体积变化量为V1，如图3所示，可以测量出取样筒内纸浆纤维悬浮液的游离态气体体积为V1(根据波义尔定律：密闭气体PV＝常数，压力降低一半，气体体积增加一倍，所以增的体积就等于原有气体的体积)。随后，测量管6内的液面缓慢上升至图4所示位置，(通过现场测量发现液面上升持续时间约为10秒钟，之后没有明显上升过程)，体积增量为V2。(实验观察发现，溶解态的气体析出过程相对于游离态气体的膨胀，速度要慢一些)

因为取样筒的容积已知为V，通过以上测量可以测得取样筒内纸浆纤维悬浮液的游离态气体含量为V1，溶解态气体的体积为V2，游离态气体的体积百分含量为：溶解态气体的百分含量为重复测量多次可提高测量的准确性，测量完成后，可以通过第一软管1或排空管9装入清水，对系统进行清洗。

本发明通过负压的保持，使溶解状态的气体的溶解度减小，溶解的气体慢慢从水中析出，导致体积缓慢上升，上升量为V2，测得析出的溶解状态的气体体积V2。

本发明利用波义尔定律，通过对被测气体施加负压，使其体积增大，从而可以测出纸浆纤维悬浮液中的游离态气体含量V1。因为测量中，气体所受压力减小，因此不会增加气体的溶解度，保证测量的准确。

本发明利用气体体积变化快慢的区别，可分别测出游离态气体体积V1和溶解态气体体积V2，在负压下，还有一部分溶解态气体保留在纸浆纤维悬浮液内，但该部分气体在负压下尚不能析出，可以认为在生产过程中不会对生产以及产品质量造成不良影响，因此可以忽略不计。

Claims (7)

1.一种纸浆纤维悬浮液气体含量测量装置，其特征在于：包括取样筒、真空罐、压力表和抽气筒；取样筒的一端接有第一软管，第一软管上设有第一阀门，通过第一软管连接流送系统的取样口，进行取样；取样筒的另一端连接玻璃管，玻璃管设有水平段，玻璃管与三通阀连接；三通阀还分别与测量管和排空管连接；玻璃管的水平段的高度与三通阀的中心高度相同；在测量管上设有刻度，以观察液面的高度，测量管竖直放置，测量管的上端与真空罐连接；真空罐上安装有压力表，真空罐通过第二软管与抽气筒连接；第二软管上设有第二阀门。

2.根据权利要求1所述的纸浆纤维悬浮液气体含量测量装置，其特征在于：所述取样筒为竖直放置。

3.根据权利要求1所述的纸浆纤维悬浮液气体含量测量装置，其特征在于：所述取样筒的上端和下端都为锥形。

4.根据权利要求1所述的纸浆纤维悬浮液气体含量测量装置，其特征在于：所述取样筒的容积为1升。

5.根据权利要求1所述的纸浆纤维悬浮液气体含量测量装置，其特征在于：真空罐上的压力表为真空表。

6.根据权利要求1所述的纸浆纤维悬浮液气体含量测量装置，其特征在于：所述抽气筒为手持式抽气筒。

7.根据权利要求1所述的纸浆纤维悬浮液气体含量测量装置，其特征在于：所述第一阀门和第二阀门为球阀。