CN1100264C - 硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制浆蒸煮过程测量控制技术，提供一种硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量方法，该方法的主要步骤包括建立纸浆Kappa值数学模型：Ka＝A-Bln{(H-H_b)[ln(S)EA_b]^R}；调试模型中的参数A，B，R和H_b值；输入硫化度S%和蒸煮粗浆目标Kappa值；当H＝H_b时取药液试样，测其有效碱浓度EA_b后输入计算机；当当前纸浆Kappa值和蒸煮粗浆目标Kappa值相等时即为蒸煮终点。采用本法可使蒸煮粗浆Kappa值稳定，从而提高蒸煮粗浆得率，降低消耗，提高经济效益。

Description

硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量方法

本发明涉及制浆蒸煮过程测量控制技术，具体是指硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa(卡伯)值的在线软测量方法。

蒸煮是制浆过程的一个重要环节，纸浆Kappa值表示原料在蒸煮过程中的蒸解程度。在蒸煮过程中，稳定纸浆的卡伯值，是稳定纸浆质量的关键，而且还可提高纸浆得率，降低消耗，减少环境污染，提高经济效益。因此，纸浆Kappa值是纸浆的重要质量指标。遗憾的是，迄今为止，尚未有开发出蒸煮过程在线测量纸浆Kappa值的仪表。目前国内外普遍采用软测量的方法，即建立硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的软测量数学模型，采用计算机实现蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量。

目前国内外用于蒸煮过程Kappa值软测量的数学模型均为经验模型。如国内采用的Chari模型的变形模型，美国Measurex公司采用的Chari模型，AccuRay公司采用的Hatton模型，瑞典ASEA-MoDo公司采用的回归模型等。经验模型虽然易于使用，但存在通用性差、应用范围小和局限条件多的缺陷。

我国拥有近百家大型制浆造纸企业，其蒸煮过程的自动控制水平较低，造成其后续的筛选、洗涤和漂白工序的产量和质量波动较大。提高和稳定蒸煮粗浆质量是我国造纸工业亟待解决的问题。

本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种采用计算机确定蒸煮过程药液取样时间后对蒸煮过程纸浆Kappa值进行在线软测量，进而预报蒸煮终点的硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线测量方法，以提高和稳定蒸煮粗浆质量。

本发明的上述目的是这样实现的：

一种硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线测量方法，包括以下主要步骤：

(1)建立蒸煮过程纸浆Kappa值的数学模型如下：

           Kα＝A-Bln{(H-H_b)[ln(S)EA_b]^R}

式中：

    Kα-Kappa值

    H-Vroom定义的H因子

    H_b-大量脱木素阶段开始时的H因子

    EA_b-当H＝H_b时，所取药液试样的有效碱浓度

    S-硫化度(S％)

    A、B、R-参数

(2)对新用户，根据不同工厂、不同原料等条件，测量生产现场多批间歇蒸煮的碱量、液比、硫化度及其相应的H因子、EA_b和实验室离线测定的纸浆Kappa值，采用数据回归方法调试软件包中数学模型中的参数A、B、R值，用Rekunen方法计算出H_b值；

(3)输入硫化度、H_b及蒸煮粗浆的目标Kappa值；

(4)投入运行，系统将在H＝H_b时发出药液取样信号，此时取药液试样，测定其有效碱浓度EA_b值，并将EA_b值输入系统；

(5)系统将动态显示当前生产过程中纸浆的Kappa值及蒸煮粗浆目标Kappa值，当两者相等时，系统发出信号，报示蒸煮终点已到，可采用人工或自动放锅。

本发明主要包括两个方面，一方面是建立硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量数学模型。这是发明者根据蒸煮过程脱木素反应动力学和数据处理方法得出机理数学模型，并在该机理模型的基础上用实验修正(调试)某些参数后获得的准确数学模型。另一方面是根据上述模型和蒸煮过程要求组成蒸煮过程纸浆Kappa值在线软测量和蒸煮终点预报系统，建立系统的软件包。

本发明与现有技术相比具有如下突出的优点：

(1)本发明实现了计算机对蒸煮过程纸浆Kappa值进行在线软测量，并对蒸煮终点进行预报，使蒸煮粗浆Kappa值稳定，进而到达了提高纸浆质量的目的，同时还可提高得率，降低消耗，减少环境污染，提高经济效益。

(2)从二个实施例结果可看出，采用硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量方法，对蒸煮过程纸浆Kappa值在线软测量的标准偏差在1.6以内。达到目前造纸发达国家纸浆Kappa值在线软测量的标准偏差在2.0以内的先进水平。

(3)本发明中提出了一种确定蒸煮过程中药液取样时间的新方法，即当H＝H_b时为取样时间。该方法既避免了升温速率波动带来的干扰，又避免了参数不易确定的缺陷。

(4)本发明应用范围较大，既可用于针叶木，又可用于阔叶木，局限条件少，特别适合我国绝大多数制浆厂未对木片水分、厚度和重量进行在线测量的国情。

图1为硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量及蒸煮终点预报系统示意图。

图2为硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量及蒸煮终点预报软件包的主程序流程示意图。

以下结合附图对本发明的实施例进行具体描述，进一步说明硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量方法。

硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量及蒸煮终点预报系统包括硬件和软件包两部分。硬件包括一个A/D转换器(DATAShuttle)，一台PC586微机和一台打印机。软件包是在WorkBench PC^TM for Windows^TM平台下开发的，包含数据采集、过程计算、控制、数据分析、人机界面、图形显示等功能。

如图1所示，虚线框I为M/K 609-2-10立式间歇外循环间接加热蒸煮系统，虚线框II为Kappa值在线软测量及蒸煮终点预报系统。蒸煮锅1上装有压力表6，流量阀8，放气阀9和药液取样阀7，蒸煮锅1通过药液循环泵2和药液循环管3与装有温度传感器5的药液加热器4构成蒸煮系统，温度变送器10分别与温度传感器5和A/D转换器11相连，A/D转换器11与计算机12和打印机13相连。

硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量及蒸煮终点预报的主要步骤如下：

(1)建立蒸煮过程纸浆Kappa值的数学模型如下：

         Kα＝A-Bln{(H-H_b)[ln(S)EA_b]^R}

式中：

    Kα-Kappa值

    H-Vroom定义的H因子

    H_b-大量脱木素阶段开始时的H因子

    EA_b-当H＝H_b时，所取药液试样的有效碱浓度

    S-硫化度(S％)

    A、B、R-参数

(2)对新用户，根据不同工厂、不同原料等条件，采用数据回归方法调试软件包中数学模型中的参数A、B、R值，用Rekunen方法计算出H_b值；

(3)输入硫化度、H_b及蒸煮粗浆的目标Kappa值；

(4)投入运行，系统将在H＝H_b时发出药液取样信号，此时打开药液取样阀7取药液试样约40毫升，之后，关闭取样阀，测定所取药液的有效碱浓度EA_b值，并将EA_b值输入系统；

(5)系统将动态显示当前纸浆的Kappa值及蒸煮粗浆目标Kappa值，当两者相等时，系统发出信号，报示蒸煮终点已到，可放锅，此时关闭循环泵2，药液加热器停止加热，打开放气阀9，直至压力表6显示为0，放锅结束。

根据上述硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量及蒸煮终点预报的主要步骤，发明人优选如下实施例：

实施例1

在华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，对用M/K 609-2-10立式间歇外循环间接加热蒸煮器，采用不同蒸煮条件，即用碱量为17.5％～21.0％(Na₂O计)、液比为1∶3.5～1∶4.6、硫化度为25％～35％进行马尾松硫酸盐法间歇蒸煮的14批间歇蒸煮原始数据(包括相应的H因子、EA_b、和实验室离线测定的纸浆Kappa值)进行步进回归处理，求得A＝342.044、B＝25.3121、R＝1.12。用Rekunen方法计算出H_b值为110，调试所得软件包中的Kappa值数学模型为：

        Kα＝342.044-25.3121ln{(H-110)[ln(S)EA_b]^1.12}

应用Kappa值软测量及蒸煮终点预报系统对10批马尾松硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆的Kappa值进行在线软测量的标准偏差为1.1。

实施例2

在华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，对用M/K609-2-10立式间歇外循环间接加热蒸煮器，采用不同蒸煮条件，即用碱量用碱量为16％～17％(Na₂O计)、液比为1∶3.0～1∶3.5、硫化度为25％～30％的6批雷林一号桉硫酸盐法间歇蒸煮数据(包括相应的H因子、EA_b、和实验室离线测定的纸浆Kappa值)进行步进回归处理，求得A＝96.597、B＝4.7924、R＝2.36。用Rekunen方法计算出H_b值为125，调试所得软件包中的Kappa值数学模型为：

       Kα＝96.597-4.7924ln{(H-125)[ln(S)EA_b]^2.36}

应用Kappa值软测量及蒸煮终点预报系统对5批雷林一号桉硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆的Kappa值进行在线软测量的标准偏差为1.6。

Claims (1)

1、一种硫酸盐法间歇蒸煮过程纸浆Kappa值的在线软测量方法，它包括建立蒸煮过程纸浆Kappa值在线软测量数学模型，计算机确定蒸煮过程药液取样时间，其特征在于包括以下主要步骤：

(1)建立蒸煮过程纸浆Kappa值的数学模型如下：

         Kα＝A-Bln{(H-H_b)[ln(S)EA_b]^R}

式中：

    Kα-Kappa值

    H-Vroom定义的H因子

    H_b-大量脱木素阶段开始时的H因子

    EA_b-当H＝H_b时，所取药液试样的有效碱浓度

    S-硫化度(S％)

    A、B、R-参数；

(2)测量生产现场多批间歇蒸煮的碱量、液比、硫化度及其相应的H因子、EA_b和实验室离线测定的纸浆Kappa值，采用数据回归方法调试软件包中数学模型中的参数A、B、R值，用Rekunen方法计算出H_b值；

(3)输入硫化度、H_b及蒸煮粗浆的目标Kappa值；

(4)投入运行，系统将在H＝H_b时发出药液取样信号，此时取药液试样，测定其有效碱浓度EA_b值，并将EA_b值输入系统；

(5)系统将动态显示当前生产过程中纸浆的Kappa值及蒸煮粗浆目标Kappa值，当两者相等时，系统发出信号，报示蒸煮终点已到，可采用人工或自动放锅。