CN1309906C - 控制工业过程的碱度和pH的装置和方法 - Google Patents

控制工业过程的碱度和pH的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制工业过程的碱度和pH的装置和方法。该装置适合安装在所述工业过程的主流程物流的外部。该装置包括碱性物质、酸性物质和水的进料设备(2，3，4)、所述进料设备(2，3，4)的控制装置(6)、用于使所述碱性物质、所述酸性物质和所述水反应，以在得到的含水缓冲混合物中提供预定碱度和pH的反应器(1)、以及将所述缓冲混合物供应至所述主流程物流，以控制所述工业过程的碱度和pH的出料设备(9)。

Description

控制工业过程的碱度和pH的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制工业过程的碱度和pH的装置和方法。
背景技术
碱度是含水体系的缓冲能力，即防止pH变化的能力的度量。也可以视作接受H+或OH-离子的能力。缓冲能力使得向含水体系中加入酸性和碱性物质不会明显改变pH。可以在不影响pH的情况下加入的碱和酸的量取决于碱和酸的强度和量，以及碱度的大小。许多工业过程缺乏正确操作所需的足够碱度。
高碱度防止了由加入具有不同pH的原料而引起的pH的不利变化。pH的改变可以在工业过程中引起例如，不希望的沉淀和溶解。
根据以下等式[碱度]＝[OH-]+2[CO3 2-]+[HCO3 -]-[H+]，碱度一般由水溶液中氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐离子的量产生。碱度还由铵以及磷酸、硅酸、硼酸和有机酸的共轭碱产生。
根据用于分析的测定方法，碱度可以表示为M-碱度或P-碱度。M-碱度是通过用酸滴定至甲基橙终点(pH4.5)而测定的，并且M-碱度主要由碳酸氢盐离子的浓度产生。P-碱度是通过使用酸滴定至酚酞终点(pH8.3)而测定的，并且P-碱度由氢氧化物和碳酸盐离子的浓度产生。碱度通常以CaCO3mg/l和mmol/l的单位表示。
碱度与pH不要混淆，pH是H+离子浓度的度量(pH＝-1g[H+])。
在工业过程的含水体系不具备足够缓冲能力的情况下，pH的控制和调节会很困难。必须非常小心地测量将要加入的酸性和碱性物质的量。尤其是如果使用强酸或碱，任何过量的用量极易导致pH变化过大。
例如在制造纸浆或纸张的过程以及水处理过程中，适当的碱度尤其有利。
在化学纸浆的制造中，用于制造纸张或纸浆的纸浆悬浮液通常是通过蒸煮、漂白、提取和/或洗涤操作，在所谓纤维机中制造的，其中pH基本上在单元操作之间变化，并且其中通常不希望高碱度。造纸纸浆还可以由再生纸制成。当纸浆已被处理并且准备好加工为纸浆板或纸张时，纸浆进入造纸厂。这样的纸浆此时称为造纸纸浆，以区别于纤维机中的纸浆。在后续的处理中，用水将造纸纸浆进行稀释，并使用化学物质进行各种细微的调节。造纸纸浆也可以通过匀浆或研磨，由纸屑制成。这样的造纸纸浆称为机械纸浆。
造纸纸浆悬浮液具有较低的内在缓冲能力。纸浆悬浮液中碱度较高是有利的，因为在造纸过程中，会加入许多化学物质以及进行处理，影响了pH。另一方面，pH的波动会在操作，例如匀浆中引起各种问题。
在造纸中，例如，如果进入纸料制备时造纸纸浆是酸性的，以及在中性或碱性pH或微酸性下运行短循环，高碱度是有利的。pH通常上升并且需要通过加入氢氧化钠NaOH进行控制。但是，NaOH是非常强的碱，这意味着仅需要少量用于pH调节，NaOH在加入之前还必须稀释。造纸工会根据进料纸浆pH改变的情况而停止，这对纸的质量和造纸机的运行能力有负面影响。
其中纤维已被处理并且准备好用于造纸的造纸纸浆称为纸料。通过纸料制备以及造纸设备的长和短循环，加入大量造纸化学物质和稀释水，其中一些是酸性的，并因此降低了纸浆的pH。因此，造纸工会根据短循环或纸料制备中pH过低而停止，这会导致用作填料的碳酸钙和/或色素溶解，并且由于溶解的碳酸钙分解而产生起泡问题。可能被迫使用NaOH再次调节pH。pH在匀浆或存储塔中也会由于微生物生长而改变。
当使用连二亚硫酸盐漂白纸浆时，连二亚硫酸盐会在其氧化时引起问题。在造纸机循环中形成的硫酸在水和纸浆中引起pH下降。
在水处理过程中，相当高的碱度在新鲜水和废水的加工中均是有利的。在饮用水的处理中，足够的碱度确保了，例如在水分布体系中pH不会变化过大。由于还原氧化条件的变化，pH波动过大会导致，例如管路中的腐蚀。天然水的固有硬度也会在操作中产生问题。
在废水处理中，水的碱度和pH对于生物活性是重要的。足够的碱度将确保pH不会波动过大。pH不应变化过大，并且为了生物过程得以适当进行，其应当停留在适合生物活性的值上。
在现有技术中，一种避免工业过程中pH波动过大的方式是向过程中加入溶解的碳酸氢钠NaHCO3。NaHCO3在含水介质中离解，形成碳酸氢根HCO3 -，其具有缓冲能力并因此抵消了任何的pH变化。NaHCO3是固体粉末，其通常是以所谓大包(big-bags)的形式供应的，工厂需要处理空间、溶解装置和储罐。NaHCO3在与湿气或水接触时是难以处理的。
根据WO98/56988，通过增加悬浮液的碳酸氢盐碱度而稳定造纸机的纸料制备中纸浆悬浮液的pH。氢氧化钠和二氧化碳的结合在纸浆中提供了显著的缓冲效果。但是，在根据该发明加入氢氧化钠和二氧化碳时会出现一些困难。由氢氧化钠的加入引起的局部高pH会导致碳酸钙沉淀。高pH会溶解提取物，所述提取物随后在过程中的其它地方沉淀下来。高pH还会导致纸浆变黄。向过程中加入足量二氧化碳也是困难的。
在现有技术中，在工业过程中所需的碱性和酸性物质通常在特殊的加料点分别加入。在这些物质加入工业过程之前，使用碱性和酸性物质通常需要预处理，例如溶解和稀释，并需要特殊设备。加料点的选择取决于正在讨论的工业过程和化学物质。例如，必须小心地选择气态物质的加料点，以具有适当的压力、温度和纸浆稠度。在工业过程所需的点上，甚至不可能加入气态物质，或者需要复杂的设备。
由于工艺条件的变化，对于每种工业过程而言，碱性和酸性物质的需要量必须分别测量和确定。在使用强酸和碱的情况下，尤其必须仔细测量加入量，以避免由过量剂量引起的pH变化过大。稀释的物质比较容易加入，但稀释本身需要额外的工作。
在不影响体系pH的情况下加入工业过程所需的酸性或碱性物质通常是重要的。
因此，需要一种向工业过程中加入酸性和碱性物质的简单和可靠的方式，用于控制工业过程中液体的碱度、pH和/或硬度。
发明内容
本发明的目的是提供一种容易连接至工业过程，以向工业过程中加入酸性和碱性物质，用于在所需位置控制碱度和/或pH的装置。本发明的另一目的是提供一种确保向工业过程的液体中自动和精确地加入酸性和碱性物质的装置。
本发明的另一目的是提供一种控制工业过程的碱度和/或pH的方法。
本发明的再一目的是提供一种控制工业过程中水的硬度的方法。
在附加的权利要求中定义了本申请的发明，其内容此处引作参考。
因此，本发明涉及一种通过向工艺中自动加入并混合水以及碱性和酸性物质以控制工业过程的碱度的装置和方法。
本发明涉及一种控制工业过程的液体碱度和/或pH的装置，其中该装置适合安装在工业过程的主流程物流的外部。装置包括碱性物质、酸性物质和水的进料设备、进料设备的控制设备以及碱性物质、酸性物质和水的反应器。反应器在得到的含水缓冲混合物中提供了预定的碱度和/或pH。装置还包括将缓冲混合物供至主流程物流，用于控制工业过程的碱度和/或pH的出料设备。
本发明还涉及一种用于控制工业过程的碱度的方法。该方法包括以下步骤：提供碱性和酸性物质，其中组合形式的所述物质能够在含水介质中形成缓冲离子；将碱性和酸性物质的受控原料以及水引入位于工业过程的主流程物流外部的设备的反应器中；使碱性物质、酸性物质和水反应，以在得到的含水缓冲混合物中提供预定的碱度；以及将含水缓冲混合物供至主流程物流，用于控制工业过程的碱度。
本发明的装置能够非常精确地控制碱度。还能够精确控制pH。本发明还能够控制工业过程的含水媒介物的硬度。装置容易安装在工业过程中任何需要的加料点上，因此不需要直接向工艺中直接加入酸和碱。酸性和碱性物质的加入自动和安全地发生在本发明装置中主流程的外部，没有麻烦的处理或物质之间的危险反应。可以根据正在讨论中的工业过程随意确定装置的位置和制备缓冲混合物的加料点。
本发明的装置可以按照许多方式设计，以最好地适应讨论的工业过程。可以根据其使用的工业过程以及考虑在装置中用于制备缓冲混合物的物质来设计结构。
本发明的装置包括反应器，其可以是连续反应器或间歇反应器。连续反应器能够连续控制工业过程中的碱度。在碱度或操作条件发生改变的情况下，可以自动且没有延迟地进行调节。在例如，由特殊的工艺条件或原料引起的需要调节碱度时，可以操作间歇型反应器装置。间歇型反应器还可以将缓冲混合物引入罐中，缓冲混合物在所述罐中连续和/或间歇地被引入工业过程。
附图说明
下面参照附图更详细地描述本发明，其中图1公开了本发明装置的优选实施方案。
图2是安装了本发明装置的造纸工艺的示意图。
具体实施方式
在优选实施方案中，图1所示装置具有的反应器是设计为带一个弯管11的管式反应器1。装置包括碱性和酸性物质以及水的各自进料设备2，3，4。酸性物质的入口包括位于管式反应器1内的小型孔管5。孔管5具有几个进料开口7。进料设备2，3，4分别具有单独的控制设备6。控制设备6是通过控制器件(未示出)单独调节的，所述控制器件优选与调节主流程的计算机连接。装置还包括控温和监控设备8、静态混合器10和采样设备12，以及出料设备9。
管式反应器1的长度是根据安装所述反应器的工业过程而调节的。管式反应器1具有使物质之间在受控条件下发生反应的长度是重要的。弯管11的数目以及管式反应器的形状和尺寸是根据反应器1的长度及其安装位置的空间而调节的。
装置的进料设备2，3，4包括用于工业过程的常规装置，诸如阀。用于碱性和/或酸性物质的进料装置优选还包括用于将物质稀释和/或溶于水中，以提供所述物质的受控水溶液的设备(未示出)。这意味着，甚至可以使浓酸和碱或固体物质优选在装置外没有任何预处理的情况下用于装置中。将浓物质稀释为适合的浓度或者将固体物质溶解优选在装置的相应进料设备中进行。此时不需要单独的稀释和溶解步骤。
碱性和酸性物质的进料设备2，3还可以分别包括气体入口，所述气体能够在含水介质中形成碱或酸。该入口是在管式反应器1内部，通过例如图1所示的孔管5而提供的。孔管5通过大量步骤连续并逐渐地将酸性物质加入反应器1，并保证酸性物质的安全加入。
水的进料设备4装置所用水的入口。不需要单独提供水的进料设备，而是可以与碱性和/或酸性物质的进料设备结合。此时，水由与碱性或酸性物质相同的进料点引入。装置还可以包括单独的容器，用于所述碱性和/或酸性物质与水预混合。得到的稀释混合物随后在反应器中与其它物质混合。
在优选实施方案中，装置具有几个，更优选二个或更多的所述碱性和/或酸性物质和/或水的入口。优选通过3-10个步骤加入一些酸性物质，诸如二氧化碳。在管式反应器类型的装置中，入口优选沿管式反应器间隔排布。这保证了物质的加入，使得在更多的物质加入反应器之前，在加入的物质之间有足够的时间发生反应。
在图1的优选实施方案中，位于管式反应器1内部的孔管5具有多个入口。孔管5的多个开口7保证了酸性物质连续并逐渐地加入反应器1。根据酸性物质的量和流速相对于整个管式反应器1以及开口7的数目调整孔管5的长度。孔管5优选用作气态物质，诸如二氧化碳的入口。管5末端的开口7可以大于入口端的，以补偿管中的压降。
进入装置的碱性和酸性物质进料和水是通过进料设备2，3，4的控制设备6控制的。图1中的方框表示控制设备6。控制设备6包括监测和调节反应所需的碱性和酸性物质流速的设备。控制流速以保证物质的准确计量。通过控制碱性和酸性物质进入反应器的量，精确控制反应的化学平衡，并在得到的含水缓冲混合物中获得预定的碱度和pH。还优选控制和监测工艺中所需的物质的浓度。这样可以避免由装置中量和浓度不准确而发生故障。
反应器1中方框表示的控制设备8是设计用于控制装置中的反应条件和物质浓度。装置的控制也保证了装置稳定并安全地操作。控制设备8可以包括任何用于测量和分析必要参数，诸如温度的常规设备。控制设备8还可以包括对异常情况的报警系统。
装置的出料设备9包括用于工业过程的常规设备。出料设备9使装置中制得的缓冲混合物能够供至工业过程。
为了确保装置中的物质适当混合，其优选包括用于喷洒和/或搅拌的设备。混合器优选是静态混合器10，诸如图1中公开的那些。装置中的混合优选是自动和恒定的，尽管其需要单独控制和监测。
装置优选还包括用于冷却所述反应器的器壁以防止诸如碳酸钙的物质沉淀在器壁上的设备。装置的控制设备还可以包括用于除去沉淀物的设备。
本发明的碱度装置优选连接至工业过程或主流程物流的控制和监测体系。因此，使用主流程同时控制和监测装置的功能。运行本发明装置的人员不必单独监测装置，因为其作为主流程的一部分运行。在装置中提供稀释的情况下，碱性和酸性物质可不经预处理而用于装置。
在本发明的优选实施方案中，用计算机控制装置，以确保装置以受控方式操作。
本发明的装置可以用于需要控制碱度的工业过程中。装置可以根据各个工业过程的需要来设计。装置可以在例如造纸或纸浆工艺的不同位置，诸如纸料制备、水循环、纸浆厂和造纸厂之间的过滤器或者废纸储罐中使用。在水处理工艺中也可以使用本发明的装置。废水和新鲜水的处理均可使用本装置。
图2公开了一种造纸工艺，其中本发明的装置26连接至过滤器22之后的稀释螺杆23上。在实施例1中更详细地解释了此类装置26的功能。
本领域技术人员能够计算出为了在工艺中保持足够的缓冲能力而在工业过程中需要的碱度的量。碱度的需要量取决于，例如进入工业过程的化学物质的量和类型、原料流量、填料和纸浆的量。
用于本说明书和权利要求的术语“主流程物流”基本上是指从工业过程的起点至终点的混合原料流。但是，主流程物流也可以表示提供本发明碱度的原料之外的原料流，或者表示工作流体的回路和再循环，诸如生产用水在工业过程的各个位置上的循环。工业过程可以按照连续或间歇型操作进行，但优选连续操作。
本发明的主流程物流优选是工业过程中的含水物流，在所述工业过程中，原料从起点向终点流动。主流程物流也可以是通往原料流或从中分离的物流。其可以是，例如纤维装置或造纸机中的含水纸浆悬浮液，或者通往所述悬浮液和/或从中分离的水流。主流程物流还可以是纸料制备、长循环或短循环中漂白步骤之后的纸浆悬浮液。其可以包括洗涤水再循环或新鲜水路线。主流程物流还可以是水或废水处理工艺中的物流。
本说明书中的术语“纸料制备”、“长循环”和“短循环”具有Papermaking Science and Technology：Book 8，Papermaking Part 1，Stock Preparation and Wet End，ed.Hannu Paulapuro，Fapet Oy，2000第125页中定义的含义。
本发明的碱性物质是在讨论中的工艺环境中作为碱的物质。碱性物质可以以固体、液体或气体的形式加入，并且可以在装置中将其溶解或稀释。优选的碱性物质是碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属磷酸盐、碱金属磷酸氢盐和/或碱金属亚磷酸盐。优选的碱性物质是液体或固体的氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、氢氧化钙、氢氧化钾或木材蒸煮工艺的绿液或白液。
酸性物质是在讨论中的工艺环境中作为酸的物质。酸性物质也可以是气体在含水介质中形成的酸。这表明其可以是在含水介质中形成酸的气态物质，例如气体二氧化碳或二氧化硫。二氧化碳是气体，容易根据以下反应，在碱性条件下溶于，例如水中或纸浆悬浮液中，形成碳酸和/或碳酸氢根： 。在尤其是高于10的高pH下，主要的反应是 。
酸性物质的水溶液也可以称为含水酸。因此二氧化碳是形成含水酸的酸性物质。酸性物质还可以是有机或无机酸，优选选自亚硫酸、明矾、磷酸、碳酸、柠檬酸和盐酸。
在使用氢氧化钠或氢氧化钾的情况下，优选的酸性物质是二氧化碳、二氧化硫、亚硫酸、碳酸或磷酸。最优选的组合是氢氧化钠和二氧化碳。优选碱性和酸性物质的组合是，例如碳酸盐或磷酸盐和强酸，诸如盐酸或明矾。
碱性和/或酸性物质的受控水溶液是指具有特定浓度的相应物质的溶液。溶液可以由浓缩或固体物质预先单独制备，并随后引入装置中。但是，装置的一个优点在于受控水溶液也可以在装置中自动制备。例如在使用NaOH作为碱性物质的情况下，装置优选包括用于稀释初始浓度为例如约30％的NaOH，以提供浓度为1-9wt％，优选约6％的NaOH溶液的设备。
用于装置的水可以包括原料水或者从工业过程的所述主流程物流中分离的水。水可以从，例如通往纸浆悬浮液或造纸纸料和/或从中分离的水流产生。水也可以包括从所述主流程分离出来的稀释的纸浆悬浮液。水也可以是水处理工艺中的待处理饮用水。优选恰好在水供至水分布体系之前提高饮用水的碱度。废水的碱度优选在废水处理的过程中控制。
本发明提供了一种用于工业过程中的含水缓冲混合物。在装置中在碱性物质和酸性物质之间的反应制得混合物，组合形式的物质能够形成影响含水介质碱度的缓冲离子。得到的含水缓冲混合物具有预定的碱度，所述碱度取决于讨论中的工业过程所需的碱度。含水缓冲混合物能够在其供至工业过程时在其中提供升高的碱度。
本发明的缓冲混合物是由以受控方式引入装置中的碱性物质、酸性物质和水形成的。碱性物质和酸性物质在装置中于水中反应，在得到的含水缓冲混合物中提供了预定的碱度。装置的控制设备确保了缓冲混合物具有所希望的碱度和pH。优选通过测量例如碱性物质的密度，控制和监测碱性物质的浓度。随后调节进入反应器的酸性物质的量，以在得到的缓冲混合物中获得所需的碱度和pH。将得到的含水缓冲混合物供至工业过程的主流程物流，用于控制所述工业过程的碱度和pH。
还优选控制和监测反应器中的pH。根据工业过程的需要控制所得含水缓冲混合物的pH。在纸张或纸浆的制造工艺中，优选的pH是例如，约6-10。还可以在装置中监测碳酸根离子浓度、碳酸氢根离子浓度和/或总碱度或M-碱度。因此，在装置中将所得含水缓冲混合物的碱度调节至特定的预定值。将得到的含水缓冲混合物供至工业过程，以控制主流程物流的碱度。
为了将条件控制为适合水以及酸性和碱性物质之间的反应，优选在装置中控制和监测反应器中的温度和压力。优选控制温度，因为反应是高度放热的。温度过高会导致压力增加，甚至爆炸。
优选将物质混合，以保证物质适当和安全地反应。在逐渐加入酸或碱的多步反应中，应当在任何新物质加入之前完成在先反应。在例如反应器中温度和压力变得过高的情况下，装置可以含有用于快速关闭入口的设备。
在一些情况下，用于反应的水含有游离钙离子。游离钙离子会在许多工艺中引起问题，例如它们与其它化合物在工艺中沉淀。钙离子会导致，例如器壁上不希望的结垢。在本发明的优选实施方案中，可以通过冷却所述反应器的器壁防止碳酸钙沉淀在反应器的器壁上。因此，任何沉淀的碳酸钙将保持在溶液中，并以固体颗粒形式与缓冲混合物一起进入主流程中，也可以从混合物中除去。在水的硬度较高的情况下，可以处理水以降低硬度和钙离子的量。可以采用磁力或通过沉淀处理水。所述方法是可以从市场获得的。
在造纸工艺中，任何钙离子沉淀在装置中都是有利的。尤其是当包括氢氧化钠的碱性物质与水中的钙离子接触时，作为酸性物质随后加入的CO2将使钙离子以碳酸钙的形式沉淀。沉淀的碳酸钙将被引入造纸工艺中，并与纸浆悬浮液中的纤维接触，并且从循环水除去。
在本发明的优选实施方案中，装置使用氢氧化钠作为碱性物质和二氧化碳作为酸性物质来控制碱度。引入装置的氢氧化钠也可以是浓缩的。氢氧化钠可以在引入所述反应器之前在装置中按需稀释。稀释后的浓度优选是1-9％，更优选将NaOH稀释为约6％的浓度。氢氧化钠的稀释可以在引入二氧化碳之前的位置上，于反应器的入口末端进行，或者氢氧化钠可以单独预稀释。
在优选实施方案中，二氧化碳以至少两个单独的步骤，优选2-10个单独的步骤引入。在使用管式反应器的情况下，二氧化碳优选通过，例如位于管式反应器内部的孔管，逐渐引入管式反应器。
下面在若干实施例中阐述本发明，所述实施例并不以任何方式限制本发明。本领域技术人员将能够以不同的方式使用装置。
实施例1
在具有图2所示工艺特征的造纸厂中测试本发明的装置。按照图2的公开，本发明的装置26是位于造纸厂的主流程20外部的管式反应器。装置26与造纸厂的控制和监测体系连接。
装置26用于通过将气态二氧化碳28吸收到氢氧化钠的稀水溶液29(约2％)中而制备含有钠和碳酸氢根离子的缓冲混合物。混合物的pH为约8.0。混合物的碱度是约500mmolCaCO3/l。
在造纸厂中，将含桦木系和pH5.0的纸浆悬浮液20从纸浆厂存储塔21抽送至造纸厂的过滤器22。过滤器之后的纸浆稠度是约30％。在过滤器22之后的稀释螺杆23上，将装置26中制备的缓冲混合物以6kg/1000kg质量(基于干重)的量供应至纸浆悬浮液中。同时通过向缓冲混合物中加入水30，将纸浆悬浮液稀释为约10％的稠度。得到的纸浆悬浮液通过滴液管24抽送至造纸厂存储塔25。塔中的pH约为7.2，且碱度是7-8mmolCaCO3/l。
从存储塔25中抽出纸浆，与来自在pH8.0下操作的后续造纸机的含CaCO3白水31一起进入造纸工艺27。既然纸浆悬浮液的pH已经通过缓冲混合物升高至7.5，并且由于纸浆悬浮液的碱度升高，白水中的CaCO3以固体形式保留在所得稀释悬浮液中。在未使用缓冲混合物的情况下，CaCO3已经在随后的pH变化中溶解，当pH5.0的纸浆悬浮液与pH8.0的白水相遇时，会发生所述pH变化。将缓冲混合物在螺杆23上引入工艺的结果是，整个后续的造纸工艺变得稳定，且白水的M-碱度由2.6mmolCaCO3/l上升至4.5mmolCaCO3/l。白水的硬度下降了约30％(由65Camg/l降至28Camg/l)。
上述步骤也可以应用于相同造纸厂的松木系。除了将缓冲混合物供应至滴液管24分配环之外，步骤相同。获得与在桦木系中使用的情况下相同的有利结果。
实施例2
测试本发明的装置防止废纸存储塔中由形成的有机酸引起的pH改变，所述有机酸是由微生物活性造成的
将来自造纸工艺中多个位置的废纸收集在存储塔中。本发明的装置连接在存储塔中使用的循环管线上，以助于塔中的废纸的均匀化。将pH7.5的缓冲溶液以5kgNaHCO3/1000kg质量(基于干重)的量间歇地供至循环塔。尽管存在微生物活性，但仍然观察到废纸的pH保持稳定并且未下降。
实施例3
供水体系中的水碱度较低(0.2mmolCaCO3/l)。低碱度导致供应体系中pH波动，并随即引起管线中的腐蚀问题。
采用本发明的装置，使用NaOH和CO2，将水的碱度上升至1.0mmolCaCO3/l的值。
缓冲后水的pH保持恒定于7.0，并且在管线中未发生腐蚀问题。
本发明显然可以按照许多方式变化，这对于本领域技术人员是显而易见的，并不背离权利要求的范围。

Claims (36)

1.一种用于控制含水体系的工业过程的碱度、pH和/或硬度的装置，所述装置安装在所述工业过程的主流程物流的外部，所述装置包括
a)碱性物质、酸性物质和水的进料设备，
b)所述进料设备的控制设备，
c)用于使所述碱性物质、所述酸性物质和所述水反应，以在得到的含水缓冲混合物中提供预定碱度和/或pH的反应器，以及
d)将所述缓冲混合物供应至所述主流程物流，以控制所述工业过程的出料设备。
2.权利要求1的装置，其中所述工业过程是制造纸张或纸浆的过程，或者用于处理新鲜水或废水的水处理过程。
3.权利要求1的装置，其中所述装置与所述工业过程或所述主流程物流的控制和监测体系连接。
4.权利要求1的装置，其中碱性物质的进料设备包括固体或液体碱的入口，并且所述酸性物质的进料设备包括气态二氧化碳、二氧化硫、液体有机酸或液体无机酸的入口。
5.权利要求4的装置，其中所述的固体或液体碱选自：
a)氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、氢氧化钙和/或氢氧化钾，
和/或
b)绿液或白液。
6.权利要求4的装置，其中所述酸性物质选自：亚硫酸、明矾、磷酸、碳酸和盐酸。
7.权利要求1的装置，其中所述碱性物质和酸性物质的进料设备包括用于将所述碱性和/或酸性物质稀释和/或溶于水，以提供所述碱性和/或酸性物质的受控水溶液的设备。
8.权利要求1的装置，其中所述酸性物质的进料设备包括液体酸或能够在含水介质中形成酸的气体的入口。
9.权利要求8的装置，其中所述碱性物质的进料设备包括稀释的氢氧化钠的入口，并且所述酸性物质的进料设备包括气态二氧化碳的入口。
10.权利要求1的装置，其中水的进料设备包括水或从所述主流程物流中分离出来的稀释纸浆悬浮液的入口。
11.权利要求1的装置，其中所述水的进料设备与所述碱性物质和/或所述酸性物质的进料设备合并。
12.权利要求1的装置，其中所述进料控制设备包括监测和调节所述碱性和酸性物质的流量和/或浓度以及水的流量，以提供所述预定碱度的设备。
13.权利要求1的装置，其中所述装置包括连续反应器或间歇反应器。
14.权利要求1的装置，其中所述反应器包括管式反应器，其长度足以使所述物质之间的反应以受控方式进行。
15.权利要求14的装置，其中所述管式反应器包括数个所述碱性和/或酸性物质和/或水的入口。
16.权利要求14的装置，其中所述管式反应器包括两个或多个所述酸性物质的入口，所述入口沿管式反应器间隔分布。
17.权利要求1的装置，其中所述反应器包括控制设备，用于控制选自温度、压力、流量和速度、以及pH的参数。
18.权利要求17的装置，其中所述反应器包括的控制设备包括用于冷却所述反应器的器壁，以防止碳酸钙沉淀在器壁上的设备。
19.权利要求1的装置，其中所述反应器包括用于除去沉淀物的控制设备。
20.权利要求1的装置，其中所述装置适合安装在外部，并与造纸工艺中的纸料制备、水循环管线、短循环、造纸厂和纸浆厂之间的过滤器、废纸储罐和/或清洁过滤物管线连接。
21.权利要求1的装置，其中所述装置包括用于所述缓冲混合物的罐。
22.一种控制含水体系的工业过程的碱度、pH和/或硬度的方法，所述方法包括
a)提供碱性和酸性物质，其中组合在一起的所述物质能够形成缓冲离子，影响含水介质的碱度；
b)将所述碱性和酸性物质的受控原料以及水引入位于所述工业过程的主流程物流外部的装置的反应器中；
c)使所述碱性物质和酸性物质在所述水中反应，以在得到的含水缓冲混合物中提供预定的碱度和/或pH；
d)将所述含水缓冲混合物供至主流程物流，用于控制所述工业过程。
23.权利要求22的方法，其中所述工业过程是制造纸张或纸浆，或者水或废水的处理过程。
24.权利要求22的方法，其中所述主流程物流包括：
a)造纸工艺中的含水纸浆悬浮液，或者
b)通往和/或从所述悬浮液分离出来的水流。
25.权利要求22的方法，其中
a)所述碱性物质包括
i)碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属磷酸盐、碱金属磷酸氢盐和/或碱金属亚磷酸盐
和/或
ii)绿液或白液，
并且
b)所述酸性物质包括气态二氧化碳、气态二氧化硫、液态有机酸或液态无机酸。
26.权利要求25的方法，其中所述液态无机酸选自亚硫酸、明矾、磷酸、碳酸和盐酸。
27.权利要求25的方法，其中所述碱性物质包括氢氧化钠，所述酸性物质包括二氧化碳。
28.权利要求25的方法，其中所述二氧化碳以至少两个单独的步骤引入管式反应器。
29.权利要求28的方法，其中所述二氧化碳通过3-10个或更多步骤引入管式反应器。
30.权利要求22的方法，其中所述水包括从所述主流程物流中分离出来的生产用水和/或通往所述主流程物流的水。
31.权利要求22的方法，其中所述水含有钙离子，并且冷却所述反应器的器壁，以防止碳酸钙沉淀在器壁上，并且在缓冲混合物供应至所述主流程物流之前从中除去任何沉淀物，或不除去任何沉淀物。
32.权利要求22的方法，其中监测所述反应的温度、压力和/或pH和/或所述酸性物质、碱性物质或含水缓冲混合物的流量。
33.权利要求22的方法，其中所述含水缓冲混合物的pH控制在6-10。
34.权利要求22的方法，其中处理所述水，以降低水的硬度。
35.权利要求34的方法，其中通过磁力或沉淀处理所述水。
36.权利要求22的方法，其中控制所述工业过程，将碳酸钙保持为固体形式。
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