CN107607596B - 一种基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法与装置。检测方法包括以下步骤：S1.将20~60℃的黑液与稀释液在流动状态混合得到混合溶液，检测黑液的流速V_B和稀释液的流速V_D；S2.检测混合溶液在t时刻的pH值，检测稀释液的pH值；S3.纸浆卡伯值的计算，采用偏最小二乘技术进行计算。检测装置包括与制浆蒸煮器连接的取样管道、冷却装置、稀释液槽、液体混合装置、参比液槽、pH参比电极、参比检测槽、检测槽、pH检测电极以及计算机。本发明在线检测方法对硫酸盐法纸浆卡伯值均具有很好的预测效果。该检测装置和在线检测方法为硫酸盐法浆卡伯值的在线检测和控制具有重要的现实意义。

Description

一种基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检 测方法与装置

技术领域

本发明涉及造纸黑液卡伯值测定的技术领域，更具体的，涉及一种基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法与装置。

背景技术

在现代制浆造纸工业中，蒸煮是制浆造纸生产的重要工段，如何在蒸煮中降解和溶出更多的木素，留下更多的完整纤维形态的纤维素和半纤维素，提高纸浆的质量，是蒸煮所要控制的过程。脱木素程度是蒸煮过程中要控制的重要指标之一，蒸煮过程纸浆质量是通过控制纸浆的卡伯值，卡伯值的确定代表着纸浆质量的确定，通过稳定纸浆的卡伯值还可以提高纸浆的得率。

我国在卡伯值在线检测技术上与国外相比，还比较落后，但是领先于世界的平均水平。主要体现在，没有可以应用于生产现场的在线测量传感器，国外的卡伯值传感器不适用于国内的生产工艺流程，且国外的设备价格过高，国内大部分企业没有得到广泛应用。目前国内卡伯值测量还是使用光学分析法和化学分析法两类。化学分析法(CN103630501A；单点卡伯值分析仪SPK-5500在化学浆线的应用实践,徐峰等.《中国造纸》,第35卷第1期,2016年,第64-68页.)必须用最终产品检测分析后，才能反馈到实际生产中，这种方法在检测过程中存在着的误差，会影响到整个制浆生产的监控。而光学分析法(CN1312465A；CN2482074Y)分辨率高，分析比较快速，不需要对样品进行处理，对待测物适应力强，可以实现在线检测。但是采用紫外光谱法也存在着一定的问题，比如蒸煮液吸收太强，必须经过稀释，所以要建立精密的稀释系统；另外，所建立的机理模型与实际生产中检验模型必须经过反复论证才能施行，这样才能保证模型预报准确。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述缺陷，提供一种基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法。

本发明的另一目的在于提供一种基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测装置。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法，包括以下步骤：

S1.将20～60℃的黑液与稀释液在流动状态混合得到混合溶液，检测黑液的流速V_B和稀释液的流速V_D；

S2.检测混合溶液在t时刻的pH值，检测稀释液的pH值；

S3.纸浆卡伯值的计算，采用偏最小二乘技术进行计算，因变量与自变量的关系式如下：

K＝f(V_B，V_D，pH_t，pH_B，pH₀）

式中：K——纸浆卡伯值，无量纲；V_B——黑液流速，mL/min；V_D——稀释液流速，mL/min；pH_t——t时刻所测得的稀释后黑液的pH值，无量纲；pH_B——稀释液的pH值，无量纲；pH₀——黑液在装锅完毕时所测得的pH值，无量纲；所述稀释液为pH＝6.0～8.0的蒸馏水。

优选地，所述黑液的流速V_B为0.01～1L/min，所述稀释液的流速V_D为0.1～5L/min。

一种采用上述基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法的装置，包括与制浆蒸煮器连接的取样管道、冷却装置、稀释液槽(10)、液体混合装置、参比液槽(14)、pH参比电极(17)、参比检测槽(16)、检测槽(8)、pH检测电极(12)以及计算机(13)；所述取样管道连接制浆蒸煮器(1)与冷却装置，所述取样管道上设有阀门(2)和计量泵(3)；所述冷却装置(4)与液体混合装置通过管道连通，所述稀释液槽(10)通过管道和计量泵(11)与液体混合装置连通，所述参比液槽(14)通过泵(15)和管道与参比检测槽(16)连通；所述参比检测槽(16)与检测槽(8)通过管道和阀门(18)连通；所述液体混合装置连通检测槽(8)；所述阀门、计量泵、pH参比电极(17)和pH检测电极(12)分别与计算机(13)连接。

优选地，所述冷却装置包括用管道连通的冷却水槽(5)、冷却器(4)和热水槽(7)，所述管道上设有计量泵(6)和/或阀门；所述冷却器(4)与取样管道连接。

优选地，所述冷却器(4)的结构为螺旋管式换热装置。

优选地，所述液体混合装置包括三通阀直接混合器和/或稳流混合作用的螺旋管路。

优选地，还设有废液槽(9)，所述废液槽(9)与检测槽(8)连通。

一种上述装置的检测方法，包括以下步骤：

S11.启动计算机(13)，阀门(2)、计量泵(3，11)处于关闭状态；开启泵(15)和阀门(18)，使参比液槽(14)中的参比液进入参比检测槽(16)、检测槽(8)、并最终流入废液槽(9)；计算机(13)读取pH值参比电极(17)和pH值检测电极(12)的pH值信号，并依据读取的pH值参比电极数值校正pH值检测电极数值；

S12.pH值检测电极数值校正完成后，将泵(15)和阀门(18)设置为关闭状态，开启计量泵(11)将稀释液以0.1～5L/min的流速V_D输送至检测槽(8)，并最终流入废液槽(9)；

S13.待稀释液的流量稳定后，依次开启计量泵(6)、阀门(2)和计量泵(3)，冷却水由计量泵(6)以1～10L/min流速输送至冷却器(4)和热水槽(7)；反应器(1)内的黑液由计量泵(3)以0.01～1L/min流速V_B输送至冷却器(4)、检测槽(8)，最后进入废液槽(9)；计算机(13)可根据冷却水和黑液的流量、初始温度及冷却器的效率，控制冷却器(4)将黑液冷却至20℃～60℃；

S14.冷却后的黑液与稀释水混合后进入检测槽(8)，pH值检测电极(12)将检测到的pH值信号pH_t传送给计算机(13)；

S15.计算机(13)根据预先建立的黑液pH值与纸浆卡伯值之间的数学预测方程实时给出纸浆的卡伯值K。

优选地，还包括以下步骤：

S16.当纸浆达到目标卡伯值后，关闭阀门(2)和计量泵(3，6)；计量泵(11)继续工作将检测槽(8)内的残余黑液冲洗干净；干净程度的判断依据为流入废液槽(9)的液体接近澄清、pH值检测电极(12)测得的pH值不在发生显著变化；

S17.关闭计量泵(11)，开启泵(15)和阀门(18)，计算机(13)根据pH参比电极的检测值对pH检测电极(12)进行校正；校正后关闭泵(15)和阀门(18)，准备进行下一批次的检测。

优选地，所述数学预测方程为采用偏最小二乘技术进行计算，因变量与自变量的关系式如下：

K＝f(V_B，V_D，pH_t，pH_B，pH₀)

式中：K——纸浆卡伯值，无量纲；V_B——黑液流速，mL/min；V_D——稀释液流速，mL/min；pH_t——t时刻所测得的稀释后黑液的pH值，无量纲；pH_B——稀释液的pH值，无量纲；pH₀——黑液在装锅完毕时所测得的pH值，无量纲。

与现在有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法无论是否在制浆前对原料(木材、竹子、麦草、蔗渣等)进行预处理、预处理后是否倒出预抽提液，硫酸盐法制浆后的纸浆卡伯值均与黑液的氢氧根离子浓度存在高度依赖的线性关系，通过检测黑液pH值预测纸浆的卡伯值具有可行性。

本发明的在线检测装置具有pH校正功能，能够有效的减少检测误差。并且通过黑液温度的控制，也进一步确保了检测结果的精度。通过稀释液对黑液进行在线稀释，一方面使得检测得以进行，另一方面具有高度的智能化和自动化。该在线检测装置实现了纸浆卡伯值实时检测，减少了实验室检测结果的滞后性，对实际生产工艺的调控和管理带来了极大的时效性。

本发明的在线检测方法对硫酸盐法纸浆卡伯值均具有很好的预测效果。该检测装置和在线检测方法为硫酸盐法浆卡伯值的在线检测和控制具有重要的现实意义。

附图说明

图1为基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测装置的结构示意图。

其中，1—反应器；2—阀门；3—计量泵；4—冷却器；5—冷却水槽；6—计量泵；7—热水槽；8—检测槽；9—废液槽；10—稀释液槽；11—计量泵；12—pH值电检测极；13—计算机；14—参比液槽；15—泵；16—参比检测槽；17—pH参比电极；18—阀门。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。

一种基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法，包括以下步骤：

S1.将20～60℃的黑液与稀释液(即pH为6.0-8.0的蒸馏水)在流动状态混合得到混合溶液，检测黑液的流速V_B和稀释液的流速V_D；

S2.检测混合溶液在t时刻的pH值，检测稀释液的pH值；

S3.纸浆卡伯值的计算，采用偏最小二乘技术进行计算，因变量与自变量的关系式如下：

K＝f(V_B，V_D，pH_t，pH_B，pH₀)

式中：K——纸浆卡伯值，无量纲；V_B——黑液流速，mL/min；V_D——稀释液流速，mL/min；pH_t——t时刻所测得的稀释后黑液的pH值，无量纲；pH_B——稀释液的pH值，无量纲；pH₀——黑液在装锅完毕时所测得的pH值，无量纲。

黑液的流速V_B为0.01～1L/min，稀释液的流速V_D为0.1～5L/min。

实施例1

一种采用上述基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法的装置，包括与制浆蒸煮器连接的取样管道、冷却装置、稀释液槽10、液体混合装置、参比液槽14、pH参比电极17、参比检测槽16、检测槽8、pH检测电极12以及计算机13；取样管道连接制浆蒸煮器1与冷却装置，取样管道上设有阀门2和计量泵3。冷却装置4与液体混合装置通过管道连通，稀释液槽10通过管道和计量泵11与液体混合装置连通，所述参比液槽14通过泵15和管道与参比检测槽16连通；所述参比检测槽16与检测槽8通过管道和阀门18连通；液体混合装置连通检测槽8；阀门、计量泵、pH参比电极17和pH检测电极12分别与计算机13连接。还设有废液槽9，废液槽9与检测槽8连通。

冷却装置包括用管道连通的冷却水槽5、冷却器4和热水槽7，管道上设有计量泵6；冷却器4与取样管道连接。冷却器4的结构为螺旋管式换热装置，液体混合装置包括三通阀直接混合器和/或稳流混合作用的螺旋管路。

一种上述装置的检测方法，包括以下步骤：

S11.启动计算机13，阀门2、计量泵3，11处于关闭状态；开启泵15和阀门18，使参比液槽14中的参比液进入参比检测槽16、检测槽8、并最终流入废液槽9；计算机13读取pH值参比电极17和pH值检测电极12的pH值信号，并依据读取的pH值参比电极数值校正pH值检测电极数值；

S12.pH值检测电极数值校正完成后，将泵15和阀门18设置为关闭状态，开启计量泵11将稀释液以0.1～5L/min的流速V_D输送至检测槽8，并最终流入废液槽9；

S13.待稀释液的流量稳定后，依次开启计量泵6、阀门2和计量泵3，冷却水由计量泵6以1～10L/min流速输送至冷却器4和热水槽7；反应器1内的黑液由计量泵3以0.01～1L/min流速V_B输送至冷却器4、检测槽8，最后进入废液槽9；计算机13可根据冷却水和黑液的流量、初始温度及冷却器的效率，控制冷却器4将黑液冷却至20℃～60℃；

S14.冷却后的黑液与稀释水混合后进入检测槽8，pH值检测电极12将检测到的pH值信号pH_t传送给计算机13；

S15.计算机13根据预先建立的黑液pH值与纸浆卡伯值之间的数学预测方程实时给出纸浆的卡伯值K。

还包括以下步骤：

S16.当纸浆达到目标卡伯值后，关闭阀门2和计量泵3，6；计量泵11继续工作将检测槽8内的残余黑液冲洗干净；干净程度的判断依据为流入废液槽9的液体接近澄清、pH值检测电极12测得的pH值不在发生显著变化；

S17.关闭计量泵11，开启泵15和阀门18，计算机13根据pH参比电极的检测值对pH检测电极12进行校正；校正后关闭泵15和阀门18，准备进行下一批次的检测。

数学预测方程为采用偏最小二乘技术进行计算，因变量与自变量的关系式如下：

K＝f(V_B，V_D，pH_t，pH_B，pH₀)

式中：K——纸浆卡伯值，无量纲；V_B——黑液流速，mL/min；V_D——稀释液流速，mL/min；pH_t——t时刻所测得的稀释后黑液的pH值，无量纲；pH_B——稀释液的pH值，无量纲；pH₀——黑液在装锅完毕时所测得的pH值，无量纲。

实施例2

本实施例选择4个小试规模的硫酸盐法制浆工段进行实施，按本发明实施例1中的在线检测装置和方法，进行在线检测。同时，留取各实验相应的纸浆样品按GB/T 1546-2004《纸浆卡伯值的测定》在实验室内进行检测。

4个小试规模的硫酸盐法制浆工段的制浆工艺条件如表1所示，为了与GB/T 1546-2004的检测结果进行比对，本实施例以4个小试规模的硫酸盐法制浆工段制浆终止时的黑液进行检测并获得检测结果；并将获得制浆以GB/T 1546-2004检测卡伯值，检测结果如表1所示。

本实施例中数学预测方程为采用偏最小二乘技术进行计算，因变量与自变量的关系式如下：

表1

从表1中可知，本发明基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法以及检测装置，能够准确可靠的检测纸浆卡伯值，其检测结果与GB/T 1546-2004《纸浆卡伯值的测定》的检测结果偏差小于7.26％。

Claims (10)

1.一种基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将20～60℃的黑液与稀释液在流动状态混合得到混合溶液，检测黑液的流速V_B和稀释液的流速V_D；

S2.检测混合溶液在t时刻的pH值，检测稀释液的pH值；

S3.纸浆卡伯值的计算，采用偏最小二乘技术进行计算，因变量与自变量的关系式如下：

K＝f(V_B，V_D，pH_t，pH_B，pH₀)

式中：K——纸浆卡伯值，无量纲；V_B——黑液流速，mL/min；V_D——稀释液流速，mL/min；pH_t——t时刻所测得的稀释后黑液的pH值，无量纲；pH_B——稀释液的pH值，无量纲；pH₀——黑液在装锅完毕时所测得的pH值，无量纲；所述稀释液为pH＝6.0～8.0的蒸馏水。

2.根据权利要求1所述基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法，其特征在于，所述黑液的流速V_B为0.01～1L/min，所述稀释液的流速V_D为0.1～5L/min。

3.一种采用权利要求1或2所述基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法的装置，其特征在于，包括与制浆蒸煮器连接的取样管道、冷却装置、稀释液槽(10)、液体混合装置、参比液槽(14)、pH参比电极(17)、参比检测槽(16)、检测槽(8)、pH检测电极(12)以及计算机(13)；所述取样管道连接制浆蒸煮器(1)与冷却装置，所述取样管道上设有阀门(2)和计量泵(3)；所述冷却装置(4)与液体混合装置通过管道连通，所述稀释液槽(10)通过管道和计量泵(11)与液体混合装置连通，所述参比液槽(14)通过泵(15)和管道与参比检测槽(16)连通；所述参比检测槽(16)与检测槽(8)通过管道和阀门(18)连通；所述液体混合装置连通检测槽(8)；所述阀门、计量泵、pH参比电极(17)和pH检测电极(12)分别与计算机(13)连接。

4.根据权利要求3所述基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法的装置，其特征在于，所述冷却装置包括用管道连通的冷却水槽(5)、冷却器(4)和热水槽(7)，所述管道上设有计量泵(6)和/或阀门；所述冷却器(4)与取样管道连接。

5.根据权利要求4所述基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法的装置，其特征在于，所述冷却器(4)的结构为螺旋管式换热装置。

6.根据权利要求5所述基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法的装置，其特征在于，所述液体混合装置包括三通阀直接混合器和/或稳流混合作用的螺旋管路。

7.根据权利要求6所述基于流动分析的硫酸盐法制浆过程纸浆卡伯值的在线检测方法的装置，其特征在于，还设有废液槽(9)，所述废液槽(9)与检测槽(8)连通。

8.一种权利要求7所述装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11.启动计算机(13)，阀门(2)、计量泵(3，11)处于关闭状态；开启泵(15)和阀门(18)，使参比液槽(14)中的参比液进入参比检测槽(16)、检测槽(8)、并最终流入废液槽(9)；计算机(13)读取pH值参比电极(17)和pH值检测电极(12)的pH值信号，并依据读取的pH值参比电极数值校正pH值检测电极数值；

S12.pH值检测电极数值校正完成后，将泵(15)和阀门(18)设置为关闭状态，开启计量泵(11)将稀释液以0.1～5L/min的流速V_D输送至检测槽(8)，并最终流入废液槽(9)；

S13.待稀释液的流量稳定后，依次开启计量泵(6)、阀门(2)和计量泵(3)，冷却水由计量泵(6)以1～10L/min流速输送至冷却器(4)和热水槽(7)；反应器(1)内的黑液由计量泵(3)以0.01～1L/min流速V_B输送至冷却器(4)、检测槽(8)，最后进入废液槽(9)；计算机(13)可根据冷却水和黑液的流量、初始温度及冷却器的效率，控制冷却器(4)将黑液冷却至20℃～60℃；

S14.冷却后的黑液与稀释水混合后进入检测槽(8)，pH值检测电极(12)将检测到的pH值信号pH_t传送给计算机(13)；

S15.计算机(13)根据预先建立的黑液pH值与纸浆卡伯值之间的数学预测方程实时给出纸浆的卡伯值K。

9.根据权利要求8所述装置的检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S16.当纸浆达到目标卡伯值后，关闭阀门(2)和计量泵(3，6)；计量泵(11)继续工作将检测槽(8)内的残余黑液冲洗干净；干净程度的判断依据为流入废液槽(9)的液体接近澄清、pH值检测电极(12)测得的pH值不在发生显著变化；

S17.关闭计量泵(11)，开启泵(15)和阀门(18)，计算机(13)根据pH参比电极的检测值对pH检测电极(12)进行校正；校正后关闭泵(15)和阀门(18)，准备进行下一批次的检测。

10.根据权利要求8所述装置的检测方法，其特征在于，所述数学预测方程为采用偏最小二乘技术进行计算，因变量与自变量的关系式如下：

K＝f(V_B，V_D，pH_t，pH_B，pH₀)

式中：K——纸浆卡伯值，无量纲；V_B——黑液流速，mL/min；V_D——稀释液流速，mL/min；pH_t——t时刻所测得的稀释后黑液的pH值，无量纲；pH_B——稀释液的pH值，无量纲；pH₀——黑液在装锅完毕时所测得的pH值，无量纲。