DE112021000530T5

DE112021000530T5 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen einer in einem Rohrfraktionator strömenden Suspension

Info

Publication number: DE112021000530T5
Application number: DE112021000530.8T
Authority: DE
Inventors: Matti TÖRMÄNEN
Original assignee: Valmet Automation Oy
Current assignee: Valmet Automation Oy
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2022-10-27
Also published as: JP2023509998A; US20210214893A1; CA3165684A1; FI20225693A1; SE2250861A1; WO2021144502A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Messen einer strömenden Suspension umfasst eine Strahlungsquelle, die eine Wellenbewegung zur strömenden Suspension richtet, wobei eine Strömung der strömenden Suspension bewirkt, dass Partikel der strömenden Suspension auf der Basis ihrer Größen sortiert werden. Eine Messanordnung misst erste Werte eines ersten Parameters der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem ersten Wellenlängenband der Wellenbewegung. Die Messanordnung misst zweite Werte von mindestens einem der folgenden: einem zweiten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung, und dem ersten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem zweiten Wellenlängenband der Wellenbewegung, wobei die Messung der ersten Werte und der zweiten Werte miteinander synchronisiert ist. Die Messanordnung bildet mindestens einen Vergleich, wobei jeder Vergleich konfiguriert ist, sich auf einen der ersten Werte und einen der zweiten Werte zu beziehen. Die Messanordnung bildet eine Verteilung, die mindestens einen der ersten Werte als eine Funktion eines der Vergleiche aufweist.

Description

Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer Suspension, die in einem Rohrfraktionator strömt.
Hintergrund
Rohrflussfraktionierung basiert auf einem Flussratengradienten, der durch einen Strömungswiderstand der Rohrwand in der Querschnittsrichtung des Rohrs verursacht wird. Die Flussrate ist höher in der Mitte des Rohrs verglichen zum Randbereich des Rohrs nahe der Wand. Aufgrund von Turbulenz werden sich einige Partikel in die Nähe des Rohrs bewegen, während andere in der Mitte des Rohrs in der schnelleren Strömung verbleiben werden. Größere Partikel weisen eine stärkere Wahrscheinlichkeit auf, in der schnelleren Strömung in der Mitte des Rohrs mitgerissen zu werden. Partikel, die sich in der Mitte der Strömung bewegen, werden Partikel überholen, die sich in den Randbereichen langsamer bewegen, und somit als erste das Ende des Rohrs erreichen. Rohrflussfraktionierung ermöglicht somit, dass Partikel in verschiedene Größenklassen sortiert werden. Die Probenfraktionen können basierend auf dem Fluss zu verschiedenen Zeitpunkten oder als Funktion der Zeit gemessen in separate Behälter geleitet werden.
Ein Fraktionator kann auf diesem Rohrflussfraktionierungsprinzip basieren. Eine solche Fraktionierung kann ein optisches Messmodul und eine optische Messung verwenden, um Flussfraktionen zu messen. Basierend auf dem derzeit verwendeten Berechnungsverfahren sind die Signale des optischen Messmoduls in Bauer-McNett-Verteilungen kalibrierbar.
Es gibt einige Patente zur Rohrflussfraktionierung. Zum Beispiel beschreiben die Patentschriften FI20095381 und WO2010116030A1 die Analyse einer vor dem Stoffauflauf entnommenen Probe basierend auf zwei Zeitpunkten. Auf der Basis dieser Signalwerte zu zwei verschiedenen Zeitpunkten kann die Partikelgröße modelliert werden. Die Fraktionatormessungen des Stands der Technik sind empfindlich gegenüber Temperatur- und Strömungsgeschwindigkeitsvariation, die eine Ungenauigkeit der Messergebnisse erhöhen.
Es besteht daher eine Notwendigkeit, die Messungen zu verbessern.
Kurze Beschreibung
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Verbesserung der Messungen bereitzustellen.
Die Erfindung ist durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Figurenliste
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 ein Beispiel für das Prinzip der Fraktionierung veranschaulicht;
2 ein Beispiel für ein Mengensignal als eine Funktion der Zeit veranschaulicht;
3 ein Beispiel für eine Wirkung einer Änderung der Flussrate auf die Fraktionsberechnung veranschaulicht;
4 ein Beispiel für eine Wirkung der Fraktionierungswassertemperatur auf das Schwächungssignal in Nadelholzfaserstoff veranschaulicht;
5 ein Beispiel für eine Wirkung von Fraktionierungswassertemperatur in Eukalyptusfaserstoff veranschaulicht;
6 ein Beispiel für eine Änderung des Fraktionsgehalts in Eukalyptusfaserstoff veranschaulicht, wenn sich die Temperatur ändert;
7 ein Beispiel für eine Wirkung von Fraktionierungswassertemperatur in Kiefernfaserstoff veranschaulicht;
8 ein Beispiel für eine Änderung in Fraktionsgehalten in Kiefernfaserstoff veranschaulicht, wenn sich die Temperatur ändert;
9 ein Beispiel für eine Schwächung der Intensität durch Streuung veranschaulicht;
10 ein Beispiel für ANir-Schwächungskoeffizientantworten in Eukalyptusfaserstoff mit drei verschiedenen Kaolingehalten veranschaulicht;
11 ein Beispiel für eine Wirkung von Mehrfachstreuung auf die Ausbreitung von Licht veranschaulicht;
12A und 12B Beispiele für Fraktogramme veranschaulichen, die Partikeleigenschaften und -menge als eine Funktion der Flussrate beschreiben;
13 ein Beispiel für Zuordnen einer Menge entsprechend einer ersten Eigenschaftsklasse an Faserverteilung veranschaulicht;
14 ein Beispiel für Zuordnen einer Menge entsprechend einer zweiten Eigenschaftsklasse an Faserverteilung veranschaulicht;
15 ein Beispiel für Zuordnen einer Menge entsprechend einer dritten Eigenschaftsklasse an Faserverteilung veranschaulicht;
16 ein Beispiel für Zuordnen von Mengenwerten entsprechend Eigenschaftsklassen an Faserverteilung veranschaulicht;
17 ein Beispiel für ein Fraktionierungsergebnis einer Kiefernfaserstoffprobe unter Verwendung des neuen Berechnungsverfahrens veranschaulicht;
18 ein Beispiel für eine Faserindexverteilung einer Kiefernfaserstoffprobe unter Verwendung des AVis-Signals bzw. des DVis-Signals zur Berechnung veranschaulicht;
19 Beispiele für Faserindexverteilung als Primärmessung und Größenindexverteilung als Sekundärmessung veranschaulicht;
20 ein Beispiel für die Faserverteilung in Kiefernfaserstoff bei einer Änderung der Wassertemperatur von 15°C auf 40°C veranschaulicht;
21 ein Beispiel für Änderungen im Fraktionsgehalt als Funktion der Temperatur in einer Kiefernfaserstoffprobe mit dem literbasierten Berechnungsverfahren des Stands der Technik und mit dem neuen Berechnungsverfahren veranschaulicht;
22 ein Beispiel für Faserindexverteilungen von Eukalyptusfaserstoff über Temperaturänderungen von 15°C bis 40°C veranschaulicht;
23 Beispiele für Änderungen im Fraktionsgehalt als Funktion der Temperatur in einer Eukalyptusfaserstoffprobe mit einem literbasierten Berechnungsverfahren des Stands der Technik und mit dem neuen Berechnungsverfahren veranschaulicht;
24 Beispiele für die Verteilungen von Faserstoffproben bei 0,7% Konsistenz veranschaulicht;
25 Beispiele für Antworten von Feinfraktionen des Probenfaserstoffs als Funktion der Gesamtkonsistenz veranschaulicht;
26 Beispiele für Antworten der Faserfraktionen FR2 des Probenfaserstoffs als Funktion der Gesamtkonsistenz veranschaulicht;
27 ein Beispiel für die gesamten kombinierten Antworten von Fein- und Faserfraktionen des Probenfaserstoffs als Funktion der Gesamtkonsistenz, und die Konsistenzantworten von Gesamtfaserstoffen mit gesamten kombinierten Faser- und Feinfraktionsantworten veranschaulicht;
28 Beispiele für Fraktogramme und Verteilungen von Faserstoff, der ausschließlich lange Fasern enthält, veranschaulicht;
29 ein Beispiel für Fraktogramme und Verteilungen von Faserstoff, der nur kurze Fasern enthält, veranschaulicht;
30 Beispiele für Fraktogramme und Verteilungen von Faserstoff, der zu 90% aus Kurzfaserfaserstoff und zu 10% aus Calciumcarbonat besteht, veranschaulicht;
31 Beispiele für Größenindexverteilungen bei Zugabe von Calciumcarbonat zu Langfaser-Faserstoff in verschiedenen Verhältnissen veranschaulicht;
32 ein Beispiel für Fraktogramme und Verteilungen von Faserstoffgemisch, das 60% TMP und 40% Eukalyptusfaserstoff bei einer Gesamtkonsistenz von 0,3% Cs enthält, veranschaulicht;
33 ein Beispiel für Fraktogramme und Verteilungen von Faserstoffgemisch, das zur Hälfte 60% TMP und 40% Eukalyptusfaserstoff und zur Hälfte Kaolin bei einer Gesamtkonsistenz von 0,3% Cs enthält, veranschaulicht;
34A und 34B Beispiele für eine Wirkung von Schwarzlauge auf das Schwächungskoeffizient-Fraktogramm veranschaulicht;
35 ein Beispiel für Änderungen im Größenindex der Feinfraktion als Funktion des Faserindexes veranschaulicht;
36 ein Beispiel für den Faserindex bei verschiedenen Refining-Intensitäten veranschaulicht;
37 ein Beispiel für die Größenindexverteilung bei verschiedenen Refining-Intensitäten veranschaulicht;
38 ein Beispiel für die Refining-Intensität auf den Größenindex und den Faserindex veranschaulicht;
39 ein Beispiel für Fraktogramme und Verteilungen einer gut gemischten auflösendem Faserstoffprobe veranschaulicht;
40 ein Beispiel dafür veranschaulicht, wenn eine Probe schlecht gemischt ist;
41 ein Beispiel für Fraktogramme und Verteilungen einer Nanokristallprobe veranschaulicht;
42 ein Beispiel für die Faser- und Größenindizes eines chemischen Refiner-Faserstoffs bei unterschiedlichen Fraktionierungsraten veranschaulicht;
43 ein Beispiel für die Positionen mehrerer Proben im Fraktionierrohr zu einem Zeitpunkt während der Fraktionierung veranschaulicht;
44 ein Beispiel dafür veranschaulicht, wenn Flocken und kurze Fasern basierend auf ihrer Ankunftsreihenfolge getrennt werden;
45 ein Beispiel für ein Flussdiagramm einer strömenden Suspension veranschaulicht;
46 ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Messen von strömender Suspension veranschaulicht;
47 ein Beispiel für eine Datenverarbeitungseinheit veranschaulicht;
48 ein Beispiel für eine allgemeine Messkonfiguration der Messvorrichtung veranschaulicht; und
49 ein Beispiel für eine Steuerungsanordnung veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Die folgenden Ausführungsformen sind nur Beispiele. Auch wenn in der Beschreibung an mehreren Stellen auf „ein“ Beispiel oder „eine“ Ausführungsform Bezug genommen wird, bedeutet dies nicht notwendigerweise, dass sich jeder dieser Bezüge auf dasselbe Beispiel oder dieselbe(n) Ausführungsform(en) bezieht, oder dass das Merkmal nur für ein einziges Beispiel oder eine einzige Ausführungsform gilt. Einzelne Merkmale verschiedener Beispiele oder Ausführungsformen können auch kombiniert werden, um andere Ausführungsformen bereitzustellen. Darüber hinaus sollten die Worte „umfassend“ und „einschließlich“ verstanden werden, die beschriebenen Beispiele oder Ausführungsformen nicht einzuschränken, nur aus den Merkmalen zu bestehen, die erwähnt wurden, und solche Beispiele oder Ausführungsformen können auch Merkmale/Strukturen enthalten, die nicht ausdrücklich erwähnt wurden. Alle Kombinationen der Beispiele oder Ausführungsformen werden als möglich angesehen, wenn ihre Kombination nicht zu einem strukturellen oder logischen Widerspruch führt.
Es sollte beachtet werden, dass die Figuren, obwohl sie verschiedene Beispiele oder Ausführungsformen veranschaulichen, vereinfachte Diagramme sind, die nur einige Strukturen und/oder Funktionseinheiten zeigen. Die in den Figuren dargestellten Verbindungen können sich auf logische oder physikalische Verbindungen beziehen. Einem Fachmann auf dem Gebiet ist ersichtlich, dass die beschriebene Vorrichtung auch andere Funktionen und Strukturen umfassen kann als die in den Figuren und im Text beschriebenen. Es sollte verstanden werden, dass Details einiger Funktionen, Strukturen und der Signalisierung, die für die Messung und/oder Steuerung verwendet werden, für die eigentliche Erfindung irrelevant sind. Sie brauchen daher hier nicht in weiterem Detail erörtert zu werden.
Dieses Dokument beschreibt eine neue Berechnungsvorrichtung und ein Verfahren, welches ermöglicht, Wellenbewegungsmessungen umfassender zu nutzen und die technischen Lösungen des Fraktionators zu vereinfachen.
Man untersuche nun die derzeitig verwendete Fraktionsberechnung. Eine Fraktionierungsmessung bezieht drei Schritte ein: Probendosierung, Probentrennung und Probenmessung. Das Prinzip der Fraktionierung ist in 1 gezeigt. Beim Dosieren wird die Probe in ein Fraktionierrohr 10 dosiert; bei der Trennung wird die Probe in einem Flüssigkeitsstrom durch das Fraktionierrohr 10 gedrückt, wodurch die Probe in verschiedene Fraktionen aufgeteilt wird. Im Messschritt wird die während der Trennung aufgeteilte Probe als eine Funktion der Zeit und/oder der Flussrate gemessen. Es können jedoch auch andere Arten der Fraktionierung verwendet werden.
Eine derzeit verwendete Fraktionsberechnung basiert auf dem Analysieren der Änderungen in einem Messsignal, das sich auf die Partikelmenge zu verschiedenen Zeitpunkten der Strömung bezieht. Das Messsignal kann z. B. auf der Schwächung, Streuung oder Depolarisation elektromagnetischer Strahlung beruhen. Für die Fraktionsanalyse werden Zeitgrenzen oder äquivalente Flussratenwerte festgelegt, und verschiedene Fraktionen werden basierend auf diesen in ihre eigene Berechnungsklassen definiert. 2 zeigt ein Beispiel dafür. In 2 wurde die Probe in drei verschiedene Klassen FR1, FR2 und FR3 als eine Funktion der Zeit definiert. Davon beschreibt FR1 die Menge an großen Faserpartikeln, FR2 beschreibt die Menge an mittelgroßen Partikeln, und FR3 beschreibt die Menge an kleinen Partikeln. Diese Definitionen gelten für das gesamte Dokument. Wenn die Fraktionierung von irgendeiner anderen Variablen als der Zeit oder der Flussrate abhängt, kann die Variable in ähnlicher Weise verarbeitet werden wie die Zeit oder die Flussrate im in diesem Dokument beschriebenen Messverfahren verarbeitet werden. Die andere Variable der Fraktionierung kann z. B. eine Position sein.
2 veranschaulicht ein Beispiel für ein Mengensignal als eine Funktion der Zeit, das von der Strömung im Fraktionierrohr 10 abhängt oder eine bekannte Beziehung zu ihr hat. Auf der vertikalen Achse ist die Menge, der Schwächungskoeffizient, und auf der horizontalen Achse sind die Zeitpunkte, zu denen eine Probe basierend auf der Flussrate gemessen wird.
Die Größen werden als eine Gesamtsumme der Signalwerte oder als Integral der Signalwerte in ihren eigenen begrenzten Strömungsbereichen berechnet. Das Mengensignal kann ein Schwächungssignal, ein Depolarisationssignal oder ein Streuungssignal sein. Das Signal kann auch ein Kombinationssignal der vorstehenden oder ein beliebiges anderes Signal proportional zur Menge sein. Im Beispiel der Figur ist die Messung, die die Menge auf der y-Achse beschreibt, ein Schwächungssignal, das bei der sichtbaren Wellenlänge gemessen wird. Eine Schwächungsberechnung wird nach 8 ausführlicher beschrieben, wo die derzeit verwendeten Technologien erläutert werden.
Eine solche auf der Flussrate basierende Fraktionsberechnung erfordert eine kontrollierte und stabile Strömung während der Trennung und Messung. Insbesondere bei einer Langzeittrennung ist die Kontrolle der Strömung jedoch eine Herausforderung. Zusätzlich zur der Flussrate wird die während der Strömung stattfindende Fraktionierung des Weiteren durch z.B. die Temperatur und Viskosität der Fraktionierungsflüssigkeit sowie die Eigenschaften der Rohrwand beeinflusst. Änderungen dieser Variablen werden als Fehler in der Fraktionierungsberechnung gesehen.
Ein Beispiel dafür wird in 3 gezeigt, wo die Flussrate angestiegen ist, und das Fraktogramm als Ergebnis etwa 5 Flusseinheiten vor dem vorherigen Fall eintraf. Die Strömung auf der horizontalen Achse bezieht sich auf die Zeitpunkte, zu denen eine Probe gemessen wird. Daher veranschaulicht 3 ein Beispiel für eine Wirkung einer Änderung der Flussrate auf die Fraktionsberechnung. Dies erzeugt einen erheblichen Fehler bei den berechneten Fraktionsgehalten. In diesem Beispiel wurden die Fraktionsgehalte als fraktionsspezifische Prozentzahlen der Gesamtmenge beschrieben.
Strömungsbedingungen beeinflussen die Reynolds-Zahl gemäß Gleichung (1). Die optimale Reynolds-Zahl für Rohrflussfraktionierung ist 1000-10 000. $Re = \frac{ρ VD}{μ}$
wobei

p = Mediumdichte
V = Flussrate
D = Durchmesser des Fraktionierrohrs
µ = Mediumviskosität

Die Temperatur beeinflusst die Reynolds-Zahl über die Mediumdichte und die Mediumviskosität. Bei Wasser über +4°C können beide dieser Eigenschaften mit steigender Temperatur abnehmen, aber die Viskosität nimmt in der Regel relativ stärker ab als die Dichte. Aus diesem Grund erhöht ein Temperaturanstieg die Reynolds-Zahl der Wasserströmung. Ein Anstieg der Wassertemperatur von 10°C auf 40°C verdoppelt die Reynolds-Zahl. Allgemeiner kann die Tatsache, dass eine Temperaturänderung eine Änderung der Reynolds-Zahl der Wasserströmung bewirkt, zu einem Ausfall oder einer Ungenauigkeit bei der Messung von Fraktionen führen.
Zusätzlich zur Wassertemperatur erhöht auch ein Erhöhen der Flussrate oder des Rohrdurchmessers die Reynolds-Zahl. Möchte man also die Fraktionierungszeit mit einer schnelleren Strömung verkürzen und dabei die Reynolds-Zahl konstant halten, ist es möglich, die Erhöhung der Flussrate durch Verkleinern des Durchmessers des Fraktionierrohrs 10 oder durch Verwenden von kälterem Wasser ausgleichen. Es kann beobachtet werden, dass sich eine Temperaturänderung stärker auf die Trennung von Faserfraktionen als Feinfraktionen auswirkt.
4 veranschaulicht ein Beispiel für eine Wirkung der Temperatur des Fraktionierungswassers auf das Schwächungssignal in Nadelholzfaserstoff. Die vertikale Achse ist die Schwächung, die horizontale Achse ist die Flussrate in Litern. Die Kurve, die als erste abfällt, steigt auch als erste an. Auf diese Weise sind sie in einer aufeinanderfolgenden Reihenfolge. Die Wirkung des Fraktionierungswassers auf das Schwächungssignal in einer Nadelholzfaserstoffprobe ist deutlich zu erkennen.
Die Wirkung der Temperatur des Fraktionierungswassers wurde in einem Versuch ermittelt, bei dem die Wassertemperatur zwischen 15°C und 40°C verändert wurde. Die verwendeten Testfaserstoffe waren Eukalyptusfaserstoff und Kiefernfaserstoff. Die Veränderung im Fraktogramm von Eukalyptusfaserstoff als ein Ergebnis der sich ändernden Temperaturänderung ist in einem Beispiel der 5 gezeigt. Die Spitze des Fraktogramms änderte sich bei dieser Temperaturänderung von 25°C um etwa 4 Sekunden. Wenn die Fraktionsgrenze in der Verteilung in der Figur auf 34 Sekunden gesetzt wird, stellt Fraktion 191% der Gesamtmenge dar, wobei 9% in Fraktion 2 verbleiben. Diese Veränderung ist auch im Fraktionsgehaltgraphen in einem Beispiel von 6 sichtbar. Der Gehalt ändert sich, wenn sich die Temperatur ändert, so dass Fraktion 1 um 22 Prozentpunkte auf 69% sinkt. Der Gehalt der Fraktion 2 steigt um einen entsprechenden Anteil an.
5 veranschaulicht ein Beispiel für eine Wirkung der Temperatur des Fraktionierungswassers in Eukalyptusfaserstoff. Die vertikale Achse ist die Schwächung, und die horizontale Achse die Strömungszeit in Sekunden.
6 veranschaulicht ein Beispiel für ein Veränderung im Fraktionsgehalt in Eukalyptusfaserstoff, wenn sich die Temperatur ändert. Die x-Achse ist die Temperatur und die y-Achse ist der Fraktionsgehalt [%].
7 veranschaulicht ein Beispiel für die Wirkung der Temperatur des Fraktionierungswassers in Kiefernfaserstoff. Die vertikale Achse ist die Schwächung, und die horizontale Achse ist die Strömungszeit in Sekunden.
8 zeigt ein Beispiel für die Veränderung der Fraktionsgehalte in Kiefernfaserstoff, wenn sich die Temperatur ändert. Die x-Achse ist die Temperatur und die y-Achse der Fraktionsgehalt [%]. Der Gehalt der Fraktion 1 in Kiefernfaserstoff sinkt von 95% auf 90%. Entsprechend steigt der Gehalt der Fraktion 2 von 5% auf 10%.
Nachstehend werden die derzeit verwendeten Nachweistechnologien erläutert. Die in diesem Dokument beschriebenen Messungen und Messergebnisse verwenden eine optische Messung, die auf dem Messen der Lichtschwächung bei zwei verschiedenen Wellenlängen und der Umkehrung der Polarisationsebene in der Wellenlänge des sichtbaren Lichts beruht. Eine Lichtschwächung wird hier mit den Abkürzungen AVis und ANir bezeichnet. Eine Schwächung AVis beschreibt die Schwächung, die im sichtbaren Wellenlängenbereich auftritt, und ANir die Schwächung im nahen infraroten Wellenlängenbereich. Die Abkürzung DVis beschreibt die im sichtbaren Wellenlängenbereich auftretende Umkehrung der Polarisation. Die Berechnungen werden in den folgenden Kapiteln beschrieben.
Der Schwächungskoeffizient (Attn Coeff, AVis, ANir) beschreibt die Menge der Schwächung der Lichtintensität, wenn sich Licht in einem Medium fortbewegt. Eine Schwächung kann auch als Absorptionsvermögen bezeichnet werden. Zwei Mechanismen wirken sich auf die Schwächung von Licht aus: Lichtabsorption und Streuung. Absorption bezieht sich auf die Absorption von Lichtenergie in Materie, und Streuung bezieht sich hier auf die Richtungsänderung des Lichts, wenn es auf feste Materie in einer Flüssigkeit trifft.
9 veranschaulicht ein Beispiel für durch Streuung verursachte Schwächung der Intensität. Die Intensität des Lichts kann unter Verwendung des Detektors 22 gemessen werden, und die Schwächung kann mit der Datenverarbeitungseinheit 24 bestimmt werden (siehe 46). Eine geringere Konsistenz bewirkt eine schwächere Streuung als eine höhere Konsistenz. Bei Messungen der Konsistenz (d. h. der Konzentration) wird die Schwächung hauptsächlich durch die Zunahme der Lichtstreuung als eine Funktion der Konsistenz verursacht; ein Beispiel für das Prinzip dieses Effekts ist in 9 gezeigt. Holzfasern und andere Partikel, die sich im Lichtweg befinden, lenken einen Teil des Lichts von seiner ursprünglichen Richtung ab, und die Lichtintensität am Detektor nimmt als Ergebnis ab. Je höher die Konsistenz ist, desto mehr streuende Partikel befinden sich auf dem Lichtweg, und desto stärker nimmt die Intensität ab.
Die Intensität nimmt im Verhältnis zur Konsistenz logarithmisch ab. Die Schwächungsmenge wird als Verhältnis zwischen der Messintensität und der Intensität der Wassermessung berechnet. Die Berechnung eines AVis-Signals erfolgt wie folgt: $AVis = ln (\frac{IntAVis (Probe)}{IntAVis (Wasser)})$
wobei IntAVis(Probe) = Messwert von AVis, gemessen durch die Probe, und IntAvis(Wasser) = Messwert von AVis, gemessen durch Wasser. IntAVis(Probe) und IntAvis(Wasser) können vom Detektor 22 gemessen werden, und AVis kann durch die Datenverarbeitungseinheit 24 bestimmt werden (siehe 46, 47).
Äquivalent erfolgt die Berechnung eines ANir-Signals wie folgt: $ANir = ln (\frac{IntANir (Probe)}{IntANir (Wasser)})$
wobei IntANir(Probe) = Messwert von ANir, gemessen durch die Probe, und IntANir(Wasser) = Messwert von ANir, gemessen durch Wasser. IntANir(Probe) und IntANir(Wasser) können vom Detektor 22 gemessen werden, und ANir kann durch die Datenverarbeitungseinheit 24 bestimmt werden (siehe 46, 47).
Dunkelwerte, wie sie durch den Dunkelstrom eines Detektors verursacht werden, wurden aus allen Messwerten entfernt.
In diesem Fall ist der Schwächungskoeffizient somit ein Schwächungskoeffizient, der im Verhältnis zur durch Wasser gemessenen Intensität steht. Aus diesem Grund ist der Schwächungskoeffizient nullbasiert, da der Schwächungskoeffizient von reinem Wasser bei diesem Berechnungsverfahren als null angenommen werden kann. Dies wird in 10 gesehen, die ein Beispiel für eine ANir-Schwächungskoeffizientantwort von Eukalyptusfaserstoff mit drei verschiedenen Kaolingehalten zeigt.
10 veranschaulicht ein Beispiel für eine ANir-Schwächungskoeffizientantwort in Eukalyptusfaserstoff mit drei verschiedenen Kaolingehalten. Die horizontale Achse ist die Konsistenz Cs in %. Der Schwächungskoeffizient ist nicht nur nullbasiert, sondern kann auch als primär linear in Bezug auf die Konsistenz betrachtet werden. 10 zeigt jedoch ein Beispiel dafür, dass diese Linearität zunehmend verschwinden kann, wenn die Konsistenz zunimmt, was hier durch die gestrichelten Linien veranschaulicht wird, die von den geraden Linien abzuweichen beginnen.
11 veranschaulicht ein Beispiel für eine Wirkung von Mehrfachstreuung auf die Ausbreitung von Licht. Die Nichtlinearität der Schwächungskoeffizientantwort ist zumindest teilweise auf die Mehrfachstreuung zurückzuführen, die aufzutreten beginnt, wenn sich die Partikeldichte bei steigender Konsistenz erhöht. Bei der Mehrfachstreuung wird ein Teil des vom ursprünglichen Lichtweg abgelenkten Lichts in seine ursprüngliche Richtung zurückgelenkt, wodurch der relative Anstieg der Schwächung im Verhältnis zur Konsistenz abzunehmen beginnt.
Eine Depolarisationsmessung oder kurz Polarisationsmessung beschreibt die Umkehrung der Polarisation, wenn Licht auf Holzfasern trifft. Das Prinzip der Messungsberechnung ist wie folgt: $DVis = (\frac{IntDVis (Probe)}{IntAVis (Probe)})$
wobei IntDVis(Probe) = Messwert von DVis, gemessen durch die Probe, und IntAVis(Probe) = Messwert von AVis, gemessen durch die Probe. Davor wurden die Dunkelwerte aus beiden Messwerten entfernt. IntDVis(Probe) und IntAVis(Probe) können durch den Detektor 22 gemessen werden, und DVis kann von der Datenverarbeitungseinheit 24 bestimmt werden (siehe 46, 47).
Eine Division des durch die Probe gemessenen Messwerts von DVis durch den AVis-Intensitätswert kann verwendet werden, um die Wirkung der Schwächung auf depolarisiertes Licht zu korrigieren.
Die Depolarisationsmessung kann auf nullbasiert sein, wenn der Wasserwert aus den Messungen entfernt wird. Sie kann auch als linear angesehen werden. Die Annahme der Linearität kann jedoch nur in einem begrenzten Konsistenzbereich gelten. Eine Vergrößerung des Messabstands kann den linearen Bereich der Messung einengen. Bei niedrigen Konsistenzen reagiert die Depolarisation auf die Fasermenge, bei höheren Konsistenzen jedoch auf alle Materialien, die Streuung verursachen. Die Depolarisationsmessung ist jedoch weniger überempfindlich gegenüber Füllstoffen in Bezug auf Änderungen der Konsistenz als Schwächungsmessungen.
Gemäß einem Beispiel von 2 verwendet das bekannte Fraktionsberechnungsverfahren somit eine gemessene Variable proportional zur Menge, um die Menge an Material zu beschreiben, die zu unterschiedlichen Strömungszeiten zur Messung ankommt. Die Zunahme des Lichtschwächungskoeffizienten aufgrund zunehmender Partikelmenge kann als Variable proportional zur Menge verwendet werden. Andererseits ist es möglich, die Depolarisation von Licht zu verwenden, die ansteigt, wenn die Menge an doppelbrechendem Material ansteigt. Auch andere Messverfahren, die auf Streuung beruhen, werden mit der derzeit bekannten Lösung genutzt.
Das neue Berechnungsverfahren verwendet zusätzlich zu dem herkömmlichen Messsignal, das die Menge beschreibt, eine Variable, die die Eigenschaften der Probe beschreibt. Das neue Berechnungsverfahren liefert somit gleichzeitig Probeneigenschaft und Mengenmessungen, die unabhängig von der Flussrate als Verteilungen dargestellt werden können. Aus den Verteilungen ist es auch möglich, fraktionsspezifische Integralwerte oder mittlere fraktionsspezifische Schwerpunktwerte als charakteristische Größen zu berechnen. Der Schwerpunkt kann ein gewichtetes Mittel der Werte bedeuten.
Ein neuer Begriff Faserindex kann in der folgenden Weise definiert werden. Bei Fasermessungen ist ein mögliches Signal, das Probeneigenschaften beschreibt, das Verhältnis zwischen dem Depolarisationssignal und der Schwächungsmessung. Dieses Verhältnis bildet die Faserigkeit der Probe ab, und wird in diesem Bericht als Faserindex (FI) bezeichnet. $Faserindex = FI = \frac{DVis}{AVis} - {DVis}_{Wasser}$
Der Faserindex FI kann von der Datenverarbeitungseinheit 24 gebildet werden (siehe 46, 47).
Von dem Depolarisationssignal kann ein Wasserwert DViswasser abgezogen werden, was somit bewirkt, dass das Verhältnis bei Null beginnt.
Bei reinen und ungebrochenen Fasern ist die Depolarisation stark und die Schwächung gering, wodurch das Verhältnis hoch ist. Bei Feinteilen und Füllstoffen verhalten sich die Signale umgekehrt, wodurch das Verhältnis niedrig ist.
Es kann auch ein neuer Begriff, Größenindex, wie nachstehend erläutert definiert werden. Ein Schwächungskoeffizientverhältnis bei kurzen und langen Wellenlängen wird hier als ein zweiter Index verwendet, der die Eigenschaften beschreibt. Es stellt Partikeldimensionen dar, wie Partikelgröße oder Faserbreite oder Faserwanddicke. Dieses Schwächungskoeffizientverhältnis kann als Größenindex (SI) bezeichnet werden.
Das Verhältnis der Schwächungskoeffizienten von kurzen und langen Wellenlängen beschreibt die Partikelgröße. $Gr \ddot{o} ßenindex = SI = \frac{ANir}{AVis}$
wobei ANir eine lange Wellenlänge darstellt und AVis eine kurze Wellenlänge darstellt. ANir kann ein Band des nahen Infrarotbereichs einschließen, und AVis kann ein Band eines sichtbaren Lichts einschließen. Der Größenindex SI kann von der Datenverarbeitungseinheit 24 gebildet werden (siehe 46, 47). Das sichtbare Licht kann im Bereich von etwa 400 nm bis etwa 700 nm liegen. Der nahe Infrarotbereich kann im Bereich von 700 nm bis 1400 nm liegen.
Eine Variable, die umgekehrt den Größenindex beschreibt, kann durch Dividieren des Schwächungskoeffizienten für kurze Wellenlängen durch den äquivalenten Schwächungskoeffizienten für lange Wellenlängen oder umgekehrt erhalten werden. Anstelle des Schwächungskoeffizienten kann es auch möglich sein, andere gemessene Variablen zu verwenden, die auf Änderungen der Lichtintensität reagieren. Im Allgemeinen kann eine Funktion aus einem ersten Wellenlängenschwächungskoeffizienten und einem zweiten Wellenlängenschwächungskoeffizienten gebildet werden, wobei die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge unterschiedliche Wellenlängen sind.
Zusätzlich zu der Partikelgröße und -form wird die Schwächung, die bei unterschiedlichen Wellenlängen auftritt, auch durch die spektralen Brechungsindizes von Partikeln und Flüssigkeit beeinflusst.
Bei der Berechnung des Faserindexes können das Depolarisationssignal und das Schwächungssignal bei einer beliebigen Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung gemessen werden, und es ist nicht erforderlich, dass sie auf derselben Wellenlänge liegen.
Bei der Berechnung des Größenindexes ist es möglich, die Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung weit zu verwenden. Extrem kurze Wellenlängen, z. B. der ultraviolette Bereich, reagieren am empfindlichsten auf kleine Teilchen. Ähnlich wie bei der Berechnung des Faserindexes können auch bei der Berechnung des Größenindexes mehrere verschiedene Messsignale verwendet werden, von denen eine Messgröße, die die Partikelgröße beschreibt, durch das Berechnungsverfahren erzeugt wird.
Die Größenindexmessungen können auch auf das Vorhandensein von gelöstem Material in der Flüssigkeit reagieren; dies wird später in Messbeispielen veranschaulicht werden.
Zusätzlich zu einer Variable, die die Menge beschreibt, benötigt das neue Berechnungsverfahren für Fraktionen auch eine die Partikeleigenschaften beschreibende Variable, die in diesem Schritt das Verhältnis zwischen zwei verschiedenen Signalen ist. Die Änderung des Verhältnisses beschreibt die Veränderung der Partikeleigenschaften während der Fraktionierung. Obwohl sich die Eigenschaften der Partikel an sich nicht ändern, führt die Strömung der Suspension dazu, dass die Partikel in verschiedene Größenklassen sortiert werden, die sich in der Strömung nacheinander bewegen. Das heißt, die Partikel bewegen sich in Fraktionen innerhalb der Strömung. Es ist auch möglich, mehr als zwei Basissignale in der Berechnung zu verwenden, mit welchen Signalen es möglich ist, komplexere Modelle zu berechnen, um die Eigenschaften des strömenden Materials zu beschreiben. Die Modelle müssen nicht proportional sein, sondern können durch eine beliebige Funktion erzeugt werden, die eine gewünschte Eigenschaft beschreibt.
Des Weiteren müssen die Signale nicht optisch sein, da auch andere Messtechniken Variablen erzeugen können, die Eigenschaften beschreiben.
In einer Ausführungsform kann eine Division basierend auf dem Verhältnis zwischen Signalen so gewählt werden, dass die Signale nullbasiert und linear sind. Im Falle von Schwächungssignalen kann dies umgesetzt werden, wenn die Konsistenzen relativ gering sind. Selbst das Depolarisationssignal ist bei niedrigen Konsistenzen zumindest einigermaßen linear. Linearität ist jedoch keine absolute Voraussetzung.
Bei der Fraktionierung wird die Probe im Fraktionierungsrohr 10 über eine lange Strecke aufgeteilt und kann daher gegenüber der Konsistenz der ursprünglichen Gesamtprobe verdünnt sein. Diese Verdünnung kann genutzt werden, um die Schwächungs- und Depolarisationssignale im linearen Bereich zu halten.
Dieses Kapitel beschreibt das Berechnungsverfahren, das eine Verteilung erzeugt. 12A und 12B veranschaulichen Beispiele für Fraktogramme, die Partikeleigenschaften (DVis/AVis) und Menge (AVis) als eine Funktion der Flussrate beschreiben. Das Fraktogramm, das die durch das Schwächungssignal erzeugte Menge (AVis) beschreibt, ist in 12A, und das Fraktogramm, das die Faserigkeit (DVis/AVis) beschreibt, ist in 12B. Neben dem Schwächungssignal, das die Menge (AVis) in 12A beschreibt, wurde ein Faserindex berechnet, der ein äquivalentes Fraktogramm (DVis/AVis) beschreibt (siehe 12B). Hohe Werte des Faserindexes (DVis/AVis) beschreiben Fasern mit einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit zu Beginn des Fraktogramms. Mit fortschreitender Strömung nimmt der Wert des Faserindexes (DVis/AVis) ab, da die Faserigkeit der zur Messung eintreffenden Partikel abnimmt.
Ein Kombinieren der den Eigenschaftsklassen entsprechenden Mengenvariablen erzeugt eine Verteilungsinformation. Diese Kombination wird durch ein Beispiel in 13-16 verdeutlicht. In den Beispielfiguren erzeugt der Faserindex (DVis/AVis), der Faserigkeit beschreibt, eine Faserverteilung, die verwendet werden kann, um darzustellen, wie viel dem jeweiligen Faserindex entsprechendes Material das gemessene Material enthält. Die Verteilung wird durch Klassifizieren jedes Messpunkts, der in Bezug auf die Strömung gemessen wird, basierend auf dem Faserindex und durch Berechnen der Gesamtsumme der Mengensignalwerte, die jeder Faserklasse entsprechen, erzeugt.
Im Beispiel ist das Mengendiagramm die Schwächung der sichtbaren Wellenlänge AVis, die in den Figuren das mittlere Diagramm ist. Das unterste Diagramm ist die Faserindexverteilung, die auf der Basis der Eigenschafts- und Mengendiagramme erzeugt wurde.
13 veranschaulicht ein Beispiel für das Zuordnen der Menge entsprechend einer ersten Eigenschaftsklasse in der Faserverteilung. Die x-Achse im obersten Diagramm ist die Flussrate, und die y-Achse ist das Verhältnis der Signale DVis/AVis. Die x-Achse im mittleren Diagramm ist die Flussrate, und die y-Achse ist die Menge und/oder Schwächung des optischen Signals. Die x-Achse im untersten Diagramm ist der Faserindex FI, und die y-Achse ist die Summe über das Signal AVis. Die Werte 0-0,25 entsprechen in diesem Beispiel der ersten Klasse, wobei der Mittelwert für die Klasse 0,125 beträgt. In 13 werden Werte in dieser Klasse sowohl im Strömungsbereich 0...5 als auch im Strömungsbereich 30...42 eingeschlossen. Die AVis-Mengenwerte, die den Werten im Strömungsbereich 0...5 entsprechen, zeigen jedoch an, dass es in diesem Strömungsbereich kein Material gibt, wodurch diese Punkte die berechnete Gesamtsumme nicht beeinflussen.
Die Summe der Mengenwerte, die dieser untersten Eigenschaftsklasse entsprechen, beträgt 3,6. Der Wert befindet sich im Verteilungsgraphen an dem Punkt, der dem Mittelwert von 0,125 entspricht. Daher befindet sich eine (x, y)-Stelle (0,125, 3,6) im untersten Diagramm. Der Wert beschreibt somit die Menge der meisten nicht-faserigen Partikel in der Probe.
14 veranschaulicht ein Beispiel für das Zuordnen der Menge entsprechend einer zweiten Eigenschaftsklasse in der Faserverteilung. Die x-Achse im obersten Diagramm ist die Flussrate, und die y-Achse ist das Verhältnis der Signale DVis/Avis. Die x-Achse im mittleren Diagramm ist die Flussrate, und die y-Achse ist die Menge und/oder Schwächung des optischen Signals. Die x-Achse im untersten Diagramm ist der Faserindex FI, und die y-Achse ist die Summe über das Signal AVis. Die Berechnung der Materialmenge, die der zweiten Eigenschaftsklasse entspricht, wird durchgeführt. Die zweite Eigenschaftsklasse liegt in diesem Beispiel im Bereich 0,25-0,5, wobei der der Klasse entsprechende Mittelwert 0,375 beträgt. Das dieser Klasse entsprechende Material wird im Strömungsbereich 23...29 gemessen. Die AVis-Gesamtsumme dieser Messpunkte beträgt 15,0. Diese Summe befindet sich an dem Punkt, der dem Mittelwert 0,375 auf dem Verteilungsgraphen entspricht, an einer Stelle, wo die (x, y) Koordinaten (0,375, 15) betragen.
15 veranschaulicht ein Beispiel für das Zuordnen der Menge entsprechend der dritten Eigenschaftsklasse in der Faserverteilung. Die x-Achse im obersten Diagramm ist die Flussrate, und die y-Achse ist das Verhältnis der Signale DVis/AVis. Die x-Achse im mittleren Diagramm ist die Flussrate, und die y-Achse ist die Menge und/oder Schwächung des optischen Signals. Die x-Achse im untersten Diagramm ist der Faserindex FI, und die y-Achse ist die Summe über das Signal AVis. Es gibt nur einen Messpunkt in der dritten Eigenschaftsklasse 0,5-0,75 im Strömungswert 22, der im Beispiel von 15 gezeigt ist. Dieser AVis-Wert ist 1,5, der sich in der Verteilung bei dem Wert 0,625 des Faserindexes befindet, so dass die (x, y)-Position (0,625, 1,5) ist.
16 veranschaulicht ein Beispiel für das Zuordnen von Mengenwerten entsprechend Eigenschaftsklassen in der Faserverteilung. Die x-Achse im obersten Diagramm ist die Flussrate, und die y-Achse ist das Verhältnis der Signale DVis/AVis. Die x-Achse im mittleren Diagramm ist die Flussrate, und die y-Achse ist die Menge und/oder Schwächung des optischen Signals. Die x-Achse im untersten Diagramm ist der Faserindex FI, und die y-Achse ist die Summe über das Signal AVis (siehe Gleichung (2)).
Wenn das gesamte Fraktogramm auf diese Weise klassifiziert wird, kann ein Beispiel für die abgeschlossene Verteilung erhalten werden. In diesem Beispiel entsprechen somit die niedrigen Werte des Faserindexes der Menge der nicht-faserigen Partikel, und die hohen Werte der Menge der faserigen Partikel. Material mit einem hohen Faserindex ist in der Regel eine reine, nicht fibrillierte Faser. Die Fasern im mittleren Bereich können z. B. Material sein, das teilweise seine Faserigkeit behalten hat, aber pulverisiert und fibrilliert wurde. Die niedrigste Faserklasse enthält Feinteile und insbesondere Material, das keinen polarisationsverursachenden Faserstoff enthält.
Das Schwächungsverhalten des sichtbaren Wellenlängenbereichs, der im Beispiel verwendet wird, ist für Partikel mit unterschiedlichen Faserindizes unterschiedlich. Aus diesem Grund erzeugen die Feinteile und Füllstoffe eine andere Antwort in Bezug auf die Faserstoffmenge als reine Fasern. Die Feinteile und Füllstoffe können eine stärkere Antwort als Schwächung erzeugen, z. B. in Bezug auf die Faserstoffmenge, als reine Fasern. Dies kann durch Kalibrieren des Mengensignals berücksichtigt werden, so dass der Mengenmessung im unteren Faserindexbereich ein kleinerer Gewichtungskoeffizient zugewiesen wird als bei höheren Faserindizes. Die Kalibrierung kann durch Messen von Partikeln mit bekannten Eigenschaften und bekannten Gehalten durchgeführt werden.
17 zeigt ein Beispiel für ein Fraktionierungsergebnis einer Kiefernfaserstoffprobe unter Verwendung des neuen Berechnungsverfahrens. Im linken Diagramm zeigt die unterste Linie, die auch kontinuierlich ist, das AVis-Signal, und die gestrichelte Linie über dem AVis-Signal zeigt das DVis-Signal. Die höchste Linie ist der Faserindex FI. Diese Signale werden als Funktion der Flusszeit gezeigt. Die Berechnung der Flusszeit wurde nach der Trennsequenz begonnen, wenn die Messsequenz beginnt, wobei die Probe zur Messung eintrifft.
Zu Zeitpunkten von 10-30 Sekunden besteht die gemessene Probe aus Fasern, deren Menge zum Zeitpunkt von 18 Sekunden ihren Höhepunkt erreicht.
Die Feinteile in der Probe kommen nach dem Zeitpunkt 30 Sekunden an. Der Faserindex, der das Verhältnis zwischen den DVis- und AVis-Signalen beschreibt, wird mit der höchsten Linie dargestellt und von der rechten vertikalen Achse abgelesen. Zum 20-Sekunden-Zeitpunkt der Faserfraktion beträgt der Faserwert 6, d. h. der Wert des DVis-Signals ist etwa sechsmal der Wert des AVis-Signals. Je höher der Faserwert, desto rein faseriger ist die Probe. Beim Übergang zur Feinfraktion sinkt die Faserigkeit auf etwa 1, wobei die DVis- und AVis-Werte miteinander auf dem gleichen Niveau liegen. Niedrige Faserwerte zeigen also an, dass die Probe zu diesem Zeitpunkt im Durchschnitt sehr nicht-faserig ist.
Zu Zeitpunkten, an denen die AVis- und DVis-Signale sehr niedrig sind, ist der durch Division erhaltene Faserindex verrauscht. Dieses Rauschen beeinträchtigt die Messung jedoch nicht signifikant, da das Mengensignal zu diesen Zeitpunkten so gering ist, dass es die berechnete Gesamtsumme in der Praxis nicht erhöht.
Der Faserindex beschreibt also die Faserigkeit der Probe, reagiert aber nicht primär auf die Menge der Probe. Die Signale AVis und DVis reagieren auf die Menge der Probe, wobei sie am Punkt der Feinfraktion auf einem signifikant niedrigeren Niveau liegen. Daraus lässt sich direkt ableiten, dass die betreffende Kiefernfaserstoffprobe im Vergleich zum Fasermaterial sehr wenig Feinteile enthält.
Wie bereits erläutert, veranschaulicht 17 Beispiele für die Faserindexverteilung der Kiefernfaserstoffprobe auf der Basis eines AVis-Signals. Die x-Achse des linken Diagramms ist die Zeit, und die y-Achse ist der Wert des AVis-Signals. Die x-Achse des rechten Diagramms ist der Faserindex FI, und die y-Achse ist eine Summe der Werte des AVis-Signals. In den Beispielen der 17 wurde ein Grenzwert für Feinteile beim Faserindexwert von 3 festgelegt, oberhalb dessen die Faserfraktion und unterhalb dessen die Feinfraktion liegt.
Die rechte Seite von 17 zeigt eine Faserindexverteilung, die wie in 12 bis 16 und deren Erläuterung berechnet wurde, so dass die Menge durch die Gesamtsumme beschrieben wird, die aus dem AVis-Signal durch Faserindexklassen berechnet wird.
Die Faserverteilung zentriert sich in diesem Beispiel ungefähr auf den Wert 6, d.h. die Partikel der Probe sind relativ faserig. Die Feinteilmenge der Probe ist hier relativ gering.
Das auf der Schwächungsmenge basierende AVis-Signal ist relativ signifikant empfindlicher auf die Menge der Feinteile als auf die Menge der Fasern, wenn der Mengenvergleich auf der Basis der Masse von Trockenmasse durchgeführt wird. Die Situation bei dem auf Depolarisation basierenden DVis-Signal ist umgekehrt: die Faserempfindlichkeit ist relativ höher als die Feinteilempfindlichkeit. Die beiden oberen Diagramme in einem Beispiel von 18 zeigen ein Beispiel einer Faserindexverteilung einer Kiefernfaserstoffprobe unter Verwendung des AVis-Signals bzw. des DVis-Signals zur Berechnung. Die Probe ist die gleiche wie im Beispiel von 17.
Beim Durchführen von fraktionsspezifischen Vergleichen des Faserstoffgehalts erzeugen diese Empfindlichkeitsbelastungen die Notwendigkeit einer Kalibrierung. Um eine vergleichbare Menge für die verschiedenen Teile der Verteilung zu haben, muss die Messung mit einer Gewichtungskoeffizientfunktion umgesetzt werden, die die Menge der verschiedenen Materialien durch einen Koeffizienten gewichtet, der durch ihre Reaktion erforderlich ist. Bei Verwendung des AVis-Signals gibt die Funktion den Feinteilen einen kleineren Gewichtungskoeffizienten als dem Fasermaterial. Bei Verwendung des DVis-Signals hingegen muss die Gewichtung von Feinteilen stärker sein als die von Fasermaterial. Die Gewichtungskoeffizientfunktion kann in Abhängigkeit vom Fall linear oder nichtlinear sein. Bei Verwendung anderer als der vorstehend genannten Messverfahren kann eine geeignete Gewichtungskoeffizientfunktion auf der Basis des Antwortverhaltens dafür verwendet werden.
Die Empfindlichkeitsunterschiede zwischen dem Schwächungskoeffizientsignal und dem Depolarisationssignal können durch Verwendung eines geeigneten Modells dieser ausgeglichen werden. Ein bei den Messungen in diesem Dokument häufig verwendetes Modell ist der euklidische Abstand der Signale AVis und DVis vom Ursprung. Dieser wird hier als CsDA bezeichnet, was beschreibt, dass er einer Konsistenzmessung ähnelt, deren Berechnung die D- und A-Signale verwendet. Cs in CsDA bezieht sich auf Konsistenz, D bezieht sich auf Depolarisation und A bezieht sich auf Schwächung. Eine Berechnung der CsDA-Variablen ist in Gleichung 7 dargestellt. CsDA kann als mengenbasiert angesehen werden. CsDA kann durch eine geeignete Berechnung oder durch Verwendung geeignet kalibrierter Koeffizienten in Konsistenz umgerechnet werden. $CsDA = \sqrt{{AVis}^{2} + {DVis}^{2}}$
CsDA kann von der Datenverarbeitungseinheit 24 gebildet werden (siehe 46, 47).
Die Berechnung gleicht die Empfindlichkeitsunterschiede zwischen verschiedenen Bestandteilen aus und verringert die Notwendigkeit einer Kalibrierung im Vergleich zur Verwendung nur der DVis- oder AVis-Signale.
18 veranschaulicht Beispiele für die Faserindexverteilung der gleichen Kiefernfaserstoffprobe unter Verwendung der Signale AVis, DVis und CsDA. Die x-Achse ist der Faserindex FI, und die Signale AVis, DVis und CsDA befinden sich auf den y-Achsen. Die Variable CsDA wird als das Mengensignal verwendet.
Der in diesem Dokument verwendete Begriff „Summe CsDA“ bezieht sich entweder auf die Summe oder das Integral der CsDA-Werte, die in der fraglichen Fraktion eingeschlossen sind, oder auf die Gesamtsumme oder das Integral, das über alle Fraktionen berechnet wird. Das heißt, es ist die Gesamtsumme der Balken im Diagramm.
Beim Analysieren von Proben, die faserige Partikel enthalten, funktioniert der Faserindex gut als eine primäre Messung, anhand derer es möglich ist, die Probe zu klassifizieren. Ein Vorteil des Faserindexes bei der Rohrflussfraktionierung ist beim klaren Aufteilen der Probe in der Strömung auf der Basis von Faserigkeit wirksam.
Es ist jedoch auch möglich, die Probe anhand des Größenindex zu analysieren, was insbesondere bei der Mikrofraktionierung gerechtfertigt ist, bei der die Fraktionierung in einem Fraktionsrohr 10 mit sehr kleinem Durchmesser durchgeführt wird. In diesem Fall ist die Partikelgröße typischerweise sehr klein, und Faserigkeit ist keine signifikante Partikeleigenschaft.
Andererseits ist es auch möglich, den Größenindex als eine sekundäre Messung der Faserindexverteilung zu verwenden. In diesem Fall wird der Größenindex fraktionsspezifisch für Fraktionen basierend auf dem Faserindex berechnet.
19 veranschaulicht Beispiele für die Faserindexverteilung als primäre Messung und die Größenindexverteilung als sekundäre Messung. Das linke Diagramm zeigt den Größenindex als Funktion der Strömungszeit, ähnlich zum Faserindexsignal im linken Diagramm von 17. In diesem Fall wurden Zeitpunkte, an denen der AVis-Wert weniger als 0,001 beträgt, bei den Indexberechnungen ausgelassen, um unbedeutende Rauschpunkte aus den Faser- und Größenindexwerten zu entfernen. Im Allgemeinen können Werte am oder unterhalb des Rauschspiegels aus den Berechnungen entfernt werden.
Das Größenindexsignal an der Stelle der Faserfraktion ist etwa 0,8 und nimmt in diesem Beispiel zur Feinfraktion hin auf unter 0,6 ab (siehe 17). Dies deutet auf eine abnehmende Partikelgröße als eine Funktion der Strömung hin. Es kann angenommen werden, dass die Partikeldimension, die den Größenindex der Faserfraktion am signifikantesten beeinflusst, wahrscheinlich die Faserwanddicke ist.
Das Diagramm auf der rechten Seite zeigt fraktionsspezifische Größenindexverteilungen. Die weißen Balken stellen die Größenindexverteilung von Partikeln über 3 ihrer Faserindizes dar, und die schwarzen Balken stellen die Größenindexverteilung von Partikeln unter 3 ihrer Faserigkeit dar. Das Verteilungsdiagramm zeigt den Größenindex der Fasern, der somit wahrscheinlich die Faserwanddicke darstellt und signifikant höher ist als der Größenindex, der die Partikelgröße der Feinfraktion darstellt.
In einer Ausführungsform ist es möglich, Größenindexverteilungen für alle erzeugten Fraktionen auf der Basis des Faserindexes zu berechnen, wodurch die Größenverteilungsdaten verschiedener Partikelklassen voneinander unterschieden werden können. Die Breite des Klassifizierungsfensters, das bei der Erstellung des Faserindex verwendet wird, ist der einzige Faktor, der die Anzahl der Fraktionen begrenzt. Daher kann es so viele Fraktionsklassen geben, wie es Balken in der Verteilung gibt.
In einer Ausführungsform können aus den Verteilungen, ähnlich wie in den vorstehenden Beispielen, bestimmte charakteristische Größen abgeleitet werden, um die fraktionsspezifische Menge und die Eigenschaften der gemessenen Probe darzustellen.
Wenn Partikel im Nanomaßstab gemessen werden, gilt das Hauptinteresse dem Größenindex der Partikel. In einigen Fällen kann der Faserindex die sekundäre Messung sein, die somit die Kristallinität von Nanokristallen charakterisiert.
Ein Integrieren der gesamten Faser- und/oder Größenverteilung ergibt die Gesamtkonsistenz der Probe. Durch Integrieren der Verteilung nach Fraktionen kann eine fraktionsspezifische Konsistenz erhalten werden. Zum Beispiel die Konsistenz langer Fasern, die Konsistenz mittlerer Fasern und die Konsistenz von Feinteilen. Wo eine hohe Genauigkeit erforderlich ist, kann das in den Konsistenzdefinitionen verwendete Mengensignal mit Hilfe einer Gewichtungskoeffizientfunktion kalibriert werden. Jedoch beschreibt sogar ohne Kalibrierung das Verhältnis der Werte die relativen Mengenänderungen in Feinteilen und Fasern im Verhältnis zur Gesamtkonsistenz.
In einer Ausführungsform ist es möglich, z. B. fraktionsspezifische Schwerpunktwerte, gewichtete Mittelwerte, Mittelwerte oder verteilungssymmetrisch basierte Werte zu erzeugen. Fraktionsspezifische gewichtete Mittelwerte, die auch als Schwerpunkte betrachtet werden können, stellen die mittlere Eigenschaft der fraglichen Fraktion dar. Im Beispiel von 17 ist der Schwerpunkt des Faserindexes für die Feinfraktion etwa 1 und für die Faserfraktion etwa 6. Bewegen sich die Schwerpunkte in Richtung höherer Werte, kann dies bestätigen, dass die Partikel der fraglichen Fraktion im Durchschnitt faseriger geworden sind. In ähnlicher Weise kann die mittlere Partikelgröße abnehmen, wenn sich die Schwerpunkte der Größenindexverteilung zu niedrigeren Werten bewegen, und die mittlere Partikelgröße kann zunehmen, wenn sich die Schwerpunkte zu höheren Werten bewegen.
20 veranschaulicht Beispiele für die Faserverteilung in Kiefernfaserstoff, wenn sich die Wassertemperatur von 15°C auf 40°C ändert. Der Faserindex ist auf der x-Achse, und der Wert des Faserindexes auf der y-Achse. In einer Ausführungsform kann die Wirkung der Fraktionierungswassertemperatur in den Fraktogrammen durch Verwendung eines neuen Berechnungsverfahrens kompensiert werden, das in diesem Dokument vorgestellt wird. Das Mengensignal ist hier CsDA. Ein Referenzwert einer Messung, die bei einer Temperatur von 15°C durchgeführt wurde, wird mit einer durchgehenden Linie gezeigt und die Messungen mit Balken, d.h. er ist im Diagramm oben rechts in 20 gezeigt. Die Verteilungen ändern sich nicht signifikant, obwohl sich die Fraktionierung bei verschiedenen Temperaturen signifikant ändert.
Die Fraktionen können sich signifikant ändern, wenn sich die Fraktionierungstemperatur ändert, auch wenn die Probenfaserstoff und die Strömungsgeschwindigkeit gleichbleiben.
21 veranschaulicht Beispiele für Änderungen im Fraktionsgehalt als Funktion der Temperatur in einer Kiefernfaserstoffprobe mit dem literbasierten Berechnungsverfahren des Stands der Technik und mit dem in diesem Dokument vorgestellten neuen Berechnungsverfahren. Der Faserfraktionsgehalt gemäß dem Verfahren des Stands der Technik wird als „Fraktion 1 Stand der Technik“ bezeichnet, der Faserfraktionsgehalt gemäß dem vorliegenden Verfahren wird als „Fraktion 1 bisheriges vorliegendes Verfahren“ bezeichnet. Der Feinfraktionsgehalt gemäß dem Verfahren des Stands der Technik wird als „Fraktion 2 Stand der Technik“ bezeichnet, und der Feinfraktionsgehalt gemäß dem vorliegenden Verfahren wird als „Fraktion 2 bisheriges vorliegendes Verfahren“ bezeichnet. Mit dem in diesem Dokument vorgestellten neuen Berechnungsverfahren sind die Gehalte signifikant stabiler geblieben als mit dem auf Litern basierenden Verfahren.
Als ein Beispiel sind die Ergebnisse eines ähnlichen Tests, der mit Eukalyptusfaserstoff durchgeführt wurde, in den Beispielen der 22, 23 gezeigt. Beispiele für die Faserverteilung sind in 22 gezeigt. Ein Beispiel für die Fraktionsgehaltergebnisse des Tests ist in 23 gezeigt. Somit kann die auf dem neuen Berechnungsverfahren basierende Fraktionsberechnung verwendet werden, den durch die Temperatur verursachten Fraktionierungsfehler zu eliminieren.
22 veranschaulicht Beispiele für Faserindexverteilungen von Eukalyptusfaserstoff über Temperaturänderungen von 15°C bis 40°C. Der Faserindex ist auf der x-Achse und der Wert des Faserindex ist auf der y-Achse. Ein Referenzwert einer Messung, die bei einer Temperatur von 15°C durchgeführt wurde, ist mit einer durchgezogenen Linie und die Messungen als Balken gezeigt (siehe 20).
23 veranschaulicht Beispiele für Änderungen im Fasergehalt als eine Funktion der Temperatur in einer Eukalyptusfaserstoffprobe mit einem literbasierten Berechnungsverfahren gemäß dem Stand der Technik und mit dem in diesem Dokument vorgestellten neuen Berechnungsverfahren. Der Faserfraktionsgehalt gemäß dem Verfahren des Stands der Technik wird als „Fraktion 1 Stand der Technik“ bezeichnet, der Faserfraktionsgehalt gemäß dem vorliegenden Verfahren wird als „Fraktion 1 bisheriges vorliegendes Verfahren“ bezeichnet. Der Feinfraktionsgehalt gemäß dem Verfahren des Stands der Technik wird als „Fraktion 2 Stand der Technik“ bezeichnet, und der Feinfraktionsgehalt gemäß dem vorliegenden Verfahren wird als „Fraktion 2 bisheriges vorliegendes Verfahren“ bezeichnet. Wie man sieht, ist das neue Berechnungsverfahren temperaturunabhängig.
Gemäß 20 und 22 neigen die Verteilungen der beiden Faserstofftypen bei hohen Temperaturen zu niedrigeren Faserwerten als bei niedrigen Temperaturen. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass bei hoher Temperatur die Fraktionierung die Probe auf eine kürzere Zeit/Strömungsperiode aufteilt, wodurch sich Fasern unterschiedlicher Qualität nicht vollständig voneinander trennen, sondern teilweise ineinandergreifend ankommen. Aufgrund dessen kann gleichzeitig mit rein langen Fasern auch nicht-faseriges Material gemessen werden, und dann beschreibt der Wert des Faserindexes die mittlere Faserigkeit der Partikel zum gleichen Zeitpunkt in der Messung.
Eine Zusammenfassung des neuen Berechnungsverfahrens, das in diesem Dokument vorgestellt wird, kann in der folgenden Weise beschrieben werden, und die folgenden können als Verteilungskennzahlen verwendet werden:

- Integrale, die durch Fraktionen berechnet werden, die Konsistenz oder Konzentration fraktionsspezifisch anzeigen;
- Gesamtintegrale von Verteilungen, die Gesamtkonsistenz oder Gesamtkonzentration beschreiben
- Schwerpunkte oder andere äquivalente Kennzahlen, die fraktionsspezifisch in Bezug auf ein Eigenschaftsdiagramm berechnet werden, das die fragliche Eigenschaft und ihre mögliche Veränderung beschreibt;
- Schwerpunkte oder andere äquivalente Kennzahlen, die für die gesamte Verteilung in Bezug auf ein Eigenschaftsdiagramm berechnet werden, das die fragliche Eigenschaft und Änderungen des Schwerpunkts oder der äquivalenten Kennzahl beschreibt, was die Änderung der fraglichen Eigenschaft für die gesamte Probe beschreibt;
- Symmetrie der Verteilung in Bezug auf ein Eigenschaftsdiagramm, das die Gewichtung von Materialmenge für verschiedene Eigenschaften beschreibt - auch dies kann entweder fraktionsspezifisch oder für die gesamte Probe durchgeführt werden;
- Sekundäreigenschaften, die in Bezug auf eine primäre Eigenschaft berechnet werden - z. B. Größenindizes verschiedener Fraktionen auf der Basis des Faserindexes.

Um das vorstehend Ausgeführte durchzuführen, umfasst eine Vorrichtung zum Messen einer strömenden Suspension eine Strahlungsquelle, die konfiguriert ist, eine Wellenbewegung zur strömenden Suspension zu richten, wobei eine Strömung der strömenden Suspension bewirkt, dass Partikel der strömenden Suspension auf der Basis ihrer Größen sortiert werden. Die Größe kann sich auf ein Volumen eines Partikels beziehen, während die Form des Partikels zum Beispiel variieren kann. Der Fachmann auf dem Gebiet ist mit dieser Art der Feldflussfraktionierung an sich vertraut. Die Feldflussfraktionierung kann verwendet werden, um Partikel einer Suspension zu trennen, die durch das Fraktionierrohr 10 strömen gelassen wird.
Die Wellenbewegung kann zum Beispiel optische Strahlung oder akustische Strahlung sein. Die Wellenbewegung schließt Teilchenstrahlung aus, wobei die Teilchen typischerweise atomare oder subatomare Teilchen sind. Eine Messanordnung kann erste Werte eines ersten Parameters der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem ersten Wellenlängenband der Wellenbewegung messen. Jeder der ersten Werte kann ein Wert einer einzelnen Messung oder ein Mittelwert einer Vielzahl von gemessenen Werten sein. Die Messanordnung kann zweite Werte von mindestens einem der folgenden messen: einem zweiten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung, und dem ersten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem zweiten Wellenlängenband der Wellenbewegung, wobei die Messung der ersten Werte und der zweiten Werte miteinander Wert für Wert synchronisiert wird. In ähnlicher Weise wie die ersten Werte kann jeder der zweiten Werte ein Wert einer einzelnen Messung oder ein Wert basierend auf einer Vielzahl an Messungen sein. Die Messanordnung kann mindestens einen Vergleich bilden, wobei jeder Vergleich konfiguriert ist, sich auf einen der ersten Werte und einen der zweiten Werte zu beziehen. Die Messanordnung kann eine Verteilung bilden, die mindestens einen der ersten Werte als eine Funktion eines der Vergleiche aufweist, um eine Darstellung von Schwächungen der Wellenbewegung durch die Probe bezüglich der Konsistenz zu ersetzen.
In einer Ausführungsform kann die Messanordnung die ersten Werte des ersten Parameters messen, der von einer Konsistenz der strömenden Suspension abhängt. Die Messanordnung kann den mindestens einen Vergleich bilden, der von den physikalischen Eigenschaften der Partikel der strömenden Suspension abhängt.
In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung einen Rohrflussfraktionator umfassen, in dem die strömende Suspension strömt.
In einer Ausführungsform kann eine optische Strahlungsquelle optische Strahlung zur strömenden Suspension richten, wobei die Strahlung mindestens einen Strahl, der polarisiert ist, oder eine Vielzahl von Strahlen umfasst, von denen mindestens einer polarisiert und mindestens ein separater Strahl nicht polarisiert ist. Eine Messanordnung kann Schwächungen der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung messen. Die Messanordnung kann Polarisationsparameter der mit der Suspension wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung messen, wobei die Messungen der Schwächungen und der Polarisationsparameter synchronisiert sind. Die Messanordnung kann dann Vergleiche der Polarisationsparameter und der Schwächungen bilden, wobei jeder der Parameter und jede der Schwächungen eines Vergleichs einander auf der Basis der Synchronisation entsprechen. Die Messanordnung kann schließlich die Schwächungen in Bezug auf die Vergleiche zwischen den Polarisationsparametern und den Schwächungen verteilen.
In einer Ausführungsform kann die Messanordnung die Vergleiche bilden, die mit Wellenlängen gemessen werden, die ein bekanntes Verhältnis zueinander haben. Um die Verteilung durchzuführen, kann die Messanordnung für mindestens einen von mindestens zwei Wertebereichen der Polarisationsparameter eine Summe der Schwächungen berechnen, die synchron mit den Polarisationsparametern gemessen werden, wobei die Polarisationsparameter innerhalb eines der mindestens zwei Wertebereiche liegen, wobei die Wertebereiche nicht überschneidend sind. Die Messanordnung kann nacheinander jede der Summen und jeden der Wertebereiche, die jeweils zur Berechnung der Summe verwendet werden, miteinander zum Bilden der Verteilung der Summen der ersten Werte als eine Funktion der Wertebereiche assoziieren.
In einer Ausführungsform kann die optische Quelle die elektromagnetische Strahlung von mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen zur strömenden Suspension richten; und die Messanordnung kann Größenindizes durch Vergleichen der Schwächungen der verschiedenen Wellenlängen miteinander, die durch einen gleichen Abschnitt der strömenden Suspension laufen, bilden.
Diese Art der Messung erlaubt es, ein Qualitätssignal zu bilden, was wiederum die Eliminierung von Strömungsgeschwindigkeitsinformationen bezüglich der der strömenden Suspension ermöglicht. Als eine Funktion von Qualitäts- und Quantitätsmessungen it es möglich, Verteilungen zu bilden, die verwendet werden können, um Kennwerte zu bilden.
Im Fall von Partikeln, die hauptsächlich Fasern oder dergleichen sind, kann ein Faserindex verwendet werden. Im Fall von Partikeln, die nicht Fasern oder weniger wie Fasern sind, kann ein Größenindex oder dergleichen verwendet werden.
Auf der Basis von Fraktionen, die mit Hilfe des Faserindexes oder des Größenindexes oder dergleichen gebildet wurden, ist es möglich, sekundäre Qualitätswerte zu bestimmen. Auf der Basis der ermittelten Faserindizes können beispielsweise Größenindizes einzelner Fraktionen gebildet werden. Auf der Basis der ermittelten Größenindizes können Faserindizes der einzelnen Fraktionen gebildet werden, wobei die Faserindizes dann zum Beispiel einen Kristallisationsgrad jeder der Fraktionen darstellen. Fluoreszenzindizes der einzelnen Fraktionen können auf der Basis der ermittelten Größenindizes gebildet werden, wobei die Fluoreszenzindizes beispielsweise die Prozentzahl oder die Menge des fluoreszierenden Materials in der Probe darstellen.
Die Messung der Konsistenz ist bei der Herstellung von Faserstoff und Papier wichtig. Die Konsistenz ist definiert als der Massengehalt an Trockenmasse im Verhältnis zum Gesamtvolumen. Gemäß standardisierten Verfahren (ISO, Tappi, SCAN) erfolgt eine Konsistenzbestimmung durch Filtrieren, Trocknen und Wiegen der Probe. Bei vielen Anwendungen enthält die Trockenmasse Bestandteile, die sich stark voneinander unterscheiden können. Bestandteile mit unterschiedlicher Größe, Form und spezifischem Gewicht stellen insbesondere bei der optischen Konsistenzmessung eine große Herausforderung dar. Oftmals benötigen die Messungen als separate gemessene Variablen die Aschekonsistenz, die die Menge der Füllstoffe darstellt, und die Faserkonsistenz, die die Menge von holzbasiertem Material darstellt. Zusammengenommen ergeben diese die Gesamtkonsistenz. Es ist eine Herausforderung, getrennte Messung von Asche- und Faserkonsistenz als eine Verfahrensmessung umzusetzen.
Eine Fraktionierung ermöglicht eine zeitlich getrennte Messung von verschiedenen Arten von Bestandteilen in der Probe. Dann kann ein Gemisch von Bestandteilen mit unterschiedlichen Antworten, was ein herkömmliches Messproblem darstellt, in Suspensionen von Bestandteilen mit ähnlicher Konsistenzantwort aufgespalten werden, was somit eine echt bestandteilspezifische Messung und Kalibrierung ermöglicht. Das in diesem Dokument vorgestellte neue Berechnungsverfahren kann verwendet werden, um die anspruchsvolle mechanische Struktur der Fraktionierung zu vereinfachen und kann somit die Verwendung der Fraktionierung als Teil eines unabhängigen Verfahrenskonsistenzmessers ermöglichen. Vor allem ermöglicht die Berechnung separate Konsistenzmessungen von Fein-, Asche- und Faserfraktionen, vorausgesetzt, es ist möglich, diese Bestandteile in der Fraktionierung in ihre eigenen Fraktionen zu trennen. Die Berechnung stellt auch fraktionsspezifische Partikelgrößeninformationen bereit.
Man untersuche nun die Wirkung der Faserstoffart auf die Faserverteilung. Die Testvorrichtung bei der Untersuchung der Faserstoff-Typantworten war der Fraktionator, ausgestattet mit einer Messung unter Verwendung eines Wellenlängenbands von 950 nm, worin sowohl die Depolarisation als auch die Schwächung gemessen werden. Aufgrund der nur einen Wellenlänge kann aus den Ergebnissen nur der Faserindex berechnet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Messung mit mehr als einem Wellenlängenband durchzuführen, wie bei den anderen in diesem Dokument beschriebenen Messtests.
Ein Test im folgenden Beispiel schloss 5 verschiedene Proben ein:

- TMP-Rejekt-Refining-Zufuhr (TMP RJ Zufuhr), TMP nach Rejekt-Refining (TMP RJ Nach), Unsortiertes TMP (TMP),
- Kiefernfaserstoff und
- Eukalyptusfaserstoff (Euca).

Von diesen wurden Konsistenzverdünnungen im Bereich von 0,1 % Cs bis 1,6 % Cs hergestellt.
24 veranschaulicht Beispiele für Verteilungen von Faserstoffproben bei 0,7% Konsistenz. Die horizontale Achse ist der Faserindex und die vertikale Achse stellt äquivalente Mengenwerte dar. Die Mengenwerte sind fraktionsspezifische Gesamtsummen der CsDA-Werte gemäß Gleichung 7. Hier wurden die Verteilungen als Beispiel in zwei Fraktionen aufgeteilt, und der Grenzwert der beiden Fraktionen auf den Wert des Faserindex von 0,6 gesetzt, was ebenfalls ein Beispiel ist. Somit schließt in diesem Beispiel die Feinfraktion FR1 Werte unter 0,6 und die Faserfraktion FR2 Werte über 0,6 ein.
24 zeigt, wie die mechanischen Refiner-Faserstoffe (TMP) signifikante Mengen an Feinteilen enthalten können, während die chemischen Faserstoffe keinen signifikanten Feingehalt aufweisen können. Die Probe in der Mitte der Figur, TMP, ist ursprünglicher, ungesiebter mechanischer Refiner-Faserstoff, der den höchsten Feingehalt aufweist, während die Faserfraktion gleichmäßig Fasern von unterschiedlichen Qualitäten im Faserindexbereich von 0,6-1,4 enthält.
Ganz oben in 24 ist der aus dem TMP gesiebte Rejekt-Faserstoff. Dieser Faserstoff wurde als eine Rejekt-Refining-Zufuhrprobe entnommen. Der Feingehalt des TMP-Rejekts ist im Vergleich zu der ungesiebten TMP-Probe gering. Die Faserfraktion schließt immer noch signifikant faserige Partikel ein, was in den Verteilungswerten bei einem Faserindexwert von 1,3 gezeigt ist.
Das zweite Diagramm von oben in 24 ist ein Beispiel für eine Probe, die nach dem Rejekt-Refining entnommen wurde. Hier hat die Menge an Fasermaterial abgenommen und die Menge an Feinteilen entsprechend zugenommen.
Beispiele für chemische Faserstoffproben sind in 24 unten gezeigt: Als zweites von unten ist Kiefernfaserstoff und unten ist Eukalyptusfaserstoff. Die chemischen Faserstofffasern sind gleichmäßiger und faseriger als die mechanischen Faserstofffasern. Dies ist am höheren Faserindexwert zu sehen. Die größere Faserlänge von Kiefernfaserstoff im Vergleich zu Eukalyptusfaserstoff ist in der Gewichtung der Verteilung zu höheren Faserwerten sichtbar. Die in dieser Ergebnisdiskussion verwendete Feinfraktion für chemische Faserstoffe schließt eine geringere Menge an Probenmaterial im Bereich von 0,3-0,6 ein. Im Bereich unter 0,3 sind keine Partikel, wodurch es möglich ist zu interpretieren, dass die Feinteile im chemischen Faserstoff eine sehr unterschiedliche Qualität aufweisen verglichen zu den mechanischen Faserstoffen.
25 veranschaulicht Beispiele für Antworten von Proben der Faserstofffeinfraktionen als Funktion der Gesamtkonsistenz. Die Konsistenzantworten der Verdünnungen können durch fraktionsspezifisches Integrieren der Verteilungen erhalten werden. Die horizontale Achse ist die Konsistenz, und die vertikale Achse stellt äquivalente Mengenwerte dar. Die Mengenwerte sind fraktionsspezifische Gesamtsummen von CsDA-Werten gemäß Gleichung 7. Die erhaltenen Fraktionsintegrale können dann als eine Funktion der Laborkonsistenz dargestellt werden. 25 zeigt ein Beispiel für die Antworten der Feinfraktion FR1 auf Probenfaserstoffe, die in verschiedenen Gesamtkonsistenzen gemessen wurden. Der hohe Feingehalt von ungesiebtem TMP ist als eine starke Antwort sichtbar, und gleichermaßen ist der niedrige Feingehalt von Faserstoffen als niedrige Antwort sichtbar. Die Wirkung von Rejekt-Refining auf die Feinteile ist in der höheren Feinteilantwort von Refiner-Faserstoff sichtbar. Es ist bemerkenswert an diesem Ergebnis, dass die Antworten auf Null basieren und über den gesamten Konsistenzbereich linear sind. Dies ermöglicht eine Ein-Punkt-Kalibrierung, die nur mit einem Bestätigungswert durchgeführt wird.
25 veranschaulicht Beispiele für Antworten von Holzfaserfeinfraktionsproben als Funktion der Gesamtkonsistenz. Die x-Achse ist die Konsistenz [%] und die y-Achse ist SUMME DA FR1. In 25 bedeutet die Abkürzung SUMME DA FR1 die SUMME CsDA von FR1.
26 veranschaulicht Beispiele für Antworten der Holzfaserfraktionsproben FR2 als Funktion der Gesamtkonsistenz. Die x-Achse ist die Konsistenz [%] und die y-Achse ist eine Summe von DA FR2. In 26 bedeutet die Abkürzung SUMME DA FR2 „SUMME CsDA von FR2“. Die horizontale Achse ist die Konsistenz und die vertikale Achse zeigt äquivalente Mengenwerte. Die Mengenwerte sind fraktionsspezifische Gesamtsummen von CsDA-Werten gemäß Gleichung 7. Die Antworten folgen einem logischen Muster: Die chemischen Faserstoffe ohne Feinteile weisen die höchsten Antworten auf, während die TMP-Antworten niedriger sind als die der chemischen Faserstoffe, wobei ungesiebter TMP am niedrigsten ist.
27 veranschaulicht Beispiele für die kombinierten Gesamtantworten von Faserstofffeinteilproben und Faserfraktionen als Funktion der Gesamtkonsistenz, und die Konsistenzantworten von Gesamtfaserstoffen mit den gesamten kombinierten Faser- und Feinteilantworten. Die x-Achse ist die Konsistenz [%] und die y-Achse ist eine Summe von DA FR1 und FR2 in einer beliebigen Skala. In 26 bedeutet die Abkürzung SUMME DA FR1 + FR2 „SUMME CsDA von FR1 und FR2“. Die Mengenwerte sind fraktionsspezifische Gesamtsummen der CsDA-Werte gemäß Gleichung 7. Die Antworten liegen sehr nahe beieinander und sind immer noch linear und nullbasiert.
In Anbetracht der Tatsache, dass die Antworten nicht kalibriert sind, sind die Ergebnisse vielversprechend. Das bei den Messungen verwendete CsDA-Signal gleicht die reziproke Antwortdifferenz von Fasern und Feinteilen aus, die normalerweise ein häufiges Problem bei optischen Messungen ist.
Depolarisation und Schwächung, die als Basismessungen verwendet werden, können nullbasiert sein, und diese Eigenschaft kann auf das berechnete CsDA-Signal übertragen werden. Das fraktionierende Messverfahren verdünnt die Probe so, dass die Antworten über einen weiten Konsistenzbereich zumindest annähernd linear gehalten werden können. Die Linearität und die Nullbasiertheit ermöglichen eine funktionierende und einfache Ein-Punkt-Kalibrierung mit Hilfe einer einzigen wirksamen Bestätigung. Die gegenseitige Ähnlichkeit zwischen den Antworten der Feinteile und der Faserfraktion im CsDA-Signal ermöglicht es, dass der Messfehler minimiert werden kann, auch wenn er unkalibriert ist.
Man untersuche nun die Wirkungen von verschiedenen Fasertypen und Calciumcarbonat auf die Antworten.
In einem Test, der der Reaktionen von Fasertypen und Calciumcarbonat untersucht, wurden Langfaser-Faserstoff (LF), Kurzfaser-Faserstoff (SF) und gemahlenes Calciumcarbonat (GCC) in verschiedenen Verhältnissen gemischt. Die Probennamen bezeichnen das gegenseitige Verhältnis von Faserstoffproben durch die Zahlen, die vor LF und SF stehen. Vor der Abkürzung GCC steht ein Verhältnis, das den relativen Anteil der Füllstoffe an den gesamten Feinteilen angibt. Zum Beispiel bedeutet 0LF 100SF 50GCC, dass 100% der Fasern im Probengemisch kurze Fasern sind, und dass Calciumcarbonat 50% der gesamten Feinteile ausmacht.
Bezeichnungsbeispiele
Die Gesamtkonsistenz aller Proben war eine konstante 0,5% Cs. Bei der Analyse der Ergebnisse wurde der Feinteilgrenzwert auf einen Faserindex von 1 gesetzt.
28 veranschaulicht Beispiele für die Fraktogramme und Verteilungen von Faserstoff, der nur lange Fasern enthält. Der Großteil des Faserstoffs ist in der Faserfraktion. Das Maximum des Faserindexes liegt nahe bei 10, und das Gewicht fällt in den Bereich von 6...9. Der Faserstoff enthält viele Materialien von unterschiedlicher Faserigkeit. Der Größenindex der Faserfraktion liegt im Durchschnitt bei etwa 0,95, d. h. die Fasern sind zum Beispiel relativ dickwandig oder von einem großen Durchmesser/Breite. Der Faserstoff enthält auch eine signifikante Menge an Feinteilen mit einem durchschnittlichen Größenindex von etwa 0,7. Die Balken der Feinteile sind im oberen rechten Diagramm weiß und im unteren rechten Diagramm schwarz. Die Balken für die Fasern sind im oberen rechten Diagramm schwarz und im unteren rechten Diagramm weiß. Hier ist die Zeitskala 0s bis 0,06s eigentlich 0s bis 60s. Dasselbe gilt auch für die 29 bis 34.
29 veranschaulicht Beispiele für die Fraktogramme und Verteilungen von Faserstoff, der nur kurze Fasern enthält. Der Faserindex des Faserstoffs tendiert zu niedrigeren Werten als der des langfaserigen Faserstoffs im Beispiel von 28. Auch der Größenindex der Faserfraktion ist bei diesem Faserstoff etwas niedriger. Im Vergleich zum Langfaser-Faserstoff ist im Kurzfaser-Faserstoff deutlich mehr Material in der Feinfraktion eingeschlossen, und der niedrigste Wert des Größenindex ist 0,45. Dies zeigt an, dass die Größe der feinsten Feinteile in diesem Faserstoff im Vergleich zum Langfaser-Faserstoff kleiner ist. Die Balken des Feinteile sind im oberen rechten Diagramm weiß und im unteren rechten Diagramm schwarz. Die Balken für die Fasern sind im oberen rechten Diagramm schwarz und im unteren rechten Diagramm weiß.
30 veranschaulicht Beispiele für Fraktogramme und Verteilungen von Faserstoff, der zu 90% aus Kurzfaserfaserstoff und zu 10% aus Calciumcarbonat besteht. In den Diagrammen auf der rechten Seite sind die Balken für die Feinteile weiß und die Balken für die Fasern schwarz. Der basierend auf dem Faserindex ermittelte Feingehalt nimmt leicht zu, und der Größenindex bewegt sich auf leicht höhere Werte zu.
Der Anstieg des Größenindexes ist aufgrund der größeren Partikelgröße des zugesetzten Calciumcarbonats im Vergleich zu den holzbasierten Feinteilen. Die Calciumcarbonatfraktion und die Feinfraktion kommen überlappend in der Strömung an, wodurch beide Bestandteile gleichzeitig in der Messung vorhanden sind. Daher beschreibt die Messung im Durchschnitt beide Bestandteile.
Man untersuche nun, was passiert, wenn Calciumcarbonat zu langfaserigem Faserstoff hinzugefügt wird.
31 veranschaulicht Beispiele für Größenindexverteilungen bei Zugabe von Calciumcarbonat zu Langfaser-Faserstoff in verschiedenen Verhältnissen. Die x-Achse ist der Größenindex SI, und die y-Achse ist SUMME CsDA in einer gemeinsamen Skala. Eine Änderung kann in der Größenindexverteilung der Feinfraktion im Langfaser-Faserstoff durch Zugeben von Calciumcarbonat bewirkt werden. Holzbasierte Feinteile, die durch weiße Balken im Diagramm der Ausgangssituation oben links dargestellt sind, erzeugen eine Verteilung im Bereich von 0-160. Im Diagramm der Endsituation unten rechts mit einem GCC-Gehalt von 45% verschiebt sich die Verteilung in den Bereich 100-1500. Der Größenindex SI der Feinteile scheint, aufgrund der Wirkung des Calciumcarbonats, sozusagen auf die andere Seite der Größenverteilung der schwarz dargestellten Faserfraktion zu steigen.
Man betrachte nun TMP, das mit Eukalyptusfaserstoff und Kaolin zugegeben wurde.
Im Test wurde ein Faserstoffgemisch aus 60% TMP und 40% Eukalyptusfaserstoff hergestellt. Dieser Mischung wurde Kaolin in verschiedenen Verhältnissen beigemischt, und die Konsistenz jeder Mischung auf 0,3% Cs gesetzt. Fraktogramme und Verteilungen des Faserstoffgemisches, das kein Kaolin bei einer Konsistenz von 0,3% Cs enthielt, sind in einem Beispiel der 32 gezeigt. In einem Beispiel von 33 sind Fraktogramme und Verteilungen für eine Probe gezeigt, die 50% TMP- Eukalyptusfaserstoff und 50% Kaolin enthält.
Drei verschiedene Fraktionen werden nun in den Fraktogramm-Graphen unterschieden: In der CsDA-Variablen zu Zeitpunkten 0-20 Sekunden, gezeigt im Beispiel von 32, sind die Fasern hauptsächlich die größten und am wenigsten prozessierten Fasern im TMP-Faserstoff. Bei den Zeitpunkten 20-30 Sekunden sind die Fasern Eukalyptusfasern und Fasern der kürzeren Fraktion von TMP. Bei den Zeitpunkten 30-50 Sekunden ist das Material hauptsächlich TMP-Feinteile.
Die im Beispiel von 33 gezeigte CsDA-Variable entspricht ansonsten der gleichen Fraktion, aber am Punkt der Feinteilfraktion sind neben den holzbasierten Feinteilen Kaolinpartikel vorhanden.
Die Größenindizes der Messungen sind als separate Diagramme für die drei Fraktionen unten rechts in den Figuren dargestellt.
32 veranschaulicht Beispiele für Fraktogramme und Verteilungen eines Faserstoffgemisches, das 60% TMP und 40% Eukalyptusfaserstoff bei einer Gesamtkonsistenz von 0,3 % Cs enthält. In 32 und 33 ist CsDA als eine Funktion des Größenindex SI der Fraktionen FR1, FR2 und FR3 dargestellt.
33 veranschaulicht Beispiele für Fraktogramme und Verteilungen eines Faserstoffgemisches, das zur Hälfte 60% TMP und 40% Eukalyptusfaserstoff und zur Hälfte Kaolin bei einer Gesamtkonsistenz von 0,3% Cs enthält.
Man untersuche nun gelöstes Lignin, Schwarzlauge. Beim chemischen Faserstoffverfahren besteht ein signifikantes Bedürfnis, zusätzlich zur Kappa-Zahl auch die Menge des in Schwarzlauge gelösten Lignins zu messen.
Ein Test zum Messen des Ligningehalts von Schwarzlauge wurde durchgeführt, bei dem zur ursprünglichen Probe, die zu 0% aus Schwarzlauge bestand, zu 2,4 % Schwarzlauge hinzugefügt wurde.
In einem Beispiel von 34A und 34B veranschaulichen Beispiele eine Wirkung von Schwarzlauge auf das Schwächungskoeffizient-Fraktogramm.
34A zeigt die Originalprobe, die keine Schwarzlauge enthält, und 34B zeigt eine Probe, die 2,4 % Schwarzlauge enthält. ANir, das im Infrarotbereich arbeitet, reagiert nicht so stark auf Zugaben von Schwarzlauge wie AVis der blauen Wellenlänge im sichtbaren Bereich.
Die Spitzen des Feinteil-/Schwarzlaugengehalts in den Schwächungskurven der Probe, die keine Schwarzlauge enthält, werden auf beiden Wellenlängen zum gleichen Zeitpunkt gesetzt. Bei Zugabe von Schwarzlauge geht die AVis-Spitze auf signifikant spätere Zeitpunkte als die äquivalente ANir-Spitze über (siehe die gestrichelte Linie zwischen den Spitzen). Basierend auf einer Probe, die keine Schwarzlauge enthält, ist es möglich, auszuwerten, dass die durch Partikel verursachte AVis-Schwächung eine Spitze beim Zeitpunkt 40 Sekunden auslöst, und die Partikelmenge beim Zeitpunkt von etwa 52 Sekunden auf Null abnimmt. Eine Probe, die viel Schwarzlauge enthält, erreicht den Spitzenwert beim Zeitpunkt von etwa 42 Sekunden. Wie die Diagramme zeigen, überlagern sich bei diesen Messungen die Feinpartikel und die gelöste Flüssigkeit signifikant.
Um die Größe und Menge der Partikel und die Konzentration und Menge des gelösten Materials getrennt bestimmen zu können, müssen die durch die Partikel einerseits und die Mediumabsorption andererseits verursachten Schwächungsänderungen voneinander getrennt werden. Dies wird am besten umgesetzt, wenn Partikel und gelöstes Element durch Fraktionierung getrennt werden können. So kann es durch eine Streuungsmessung in Kombination mit einer Schwächungsmessung oder einer anderen gemessenen Variable, die das Vorhandensein von Partikeln anzeigt, möglich sein, festzustellen, ob die Schwächung am fraglichen Strömungspunkt die Menge der Partikel oder die Menge des gelösten Materials beschreibt.
Die Eigenschaften des gelösten Materials können in diesem Fall sogar mit Hilfe von Spektroskopie oder anderen geeigneten Verfahren bestimmt werden, die Materialeigenschaften beschreiben. Diese Eigenschaften können verwendet werden, um verschiedene Materialbestandteile zu identifizieren.
Wenn sich die Fraktionen von Feinteilen und gelöstem Material nach der Fraktionierung überschneiden, kann der Gehalt an Materialien, die die Schwächung beeinflussen, unter Verwendung einer bekannten Feinteilgrößenverteilung und einer Schwächung bei verschiedenen Wellenlängen klassifiziert werden.
Während die Werte der Schwächungskoeffizienten gegenseitig subtrahierbar sind, kann die Differenz zwischen den Schwarzlaugenproben und der ursprünglichen Probe betrachtet werden, um die durch die Schwarzlauge verursachte Schwächung signifikant zu beschreiben.
Durch die Verwendung noch längerer NIR-Wellenlängen anstelle der derzeit verwendeten ANir-Wellenlänge ist es möglich, eine Wellenlänge zu finden, die in einer begrenzten Weise oder gar nicht auf Lignin reagiert, sondern zum Beispiel nur auf Partikel. Das Schwächungssignal der längeren Wellenlänge dient somit als ein Messwert, der Feststoffe anzeigt, und die Schwächung der kürzeren Wellenlänge reagiert sowohl auf Feststoffe als auch auf gelöstes Material. Wenn in einem solchen Fall die Wirkung von Feinteilen auf das AVis-Signal im Verhältnis zum ANir-Signal bekannt ist, kann es möglich sein, mit Hilfe des ANir-Signals den Anteil des AVis-Signals zu berechnen, der von Feinpartikeln stammt. Der Rest des AVis-Signals kann dann als Absorption interpretiert werden, die durch Schwarzlauge oder ein anderes in der Flüssigkeit gelöstes Material verursacht wird. In diesem Fall wäre es nützlich, die Antwort der reinen Feinfraktion zu kennen, und die Fraktionierung sollte im Verhältnis zur Strömung stabil sein. Die Größenverteilung der Feinfraktion ist bei chemischen Faserstoffprozessen oft recht konstant, was die Verwendung eines solchen Berechnungsverfahrens ermöglichen kann.
Es kann auch möglich sein, andere Messungen zum Identifizieren der Feinfraktion zu verwenden, wie z. B. Streumessungen, die das Vorhandensein von Feinteilen anzeigen. Wird bei der Messung keine Streuung festgestellt, kann daraus geschlossen werden, dass die Schwächung zum Zeitpunkt des Messsignals signifikant aus durch gelöstes Material erzeugter Absorption gebildet ist.
Vorteile bei der Messung von chemischen Faserstoffverfahren lassen sich wie folgt zusammenfassen.

- Eine Fraktionierung ermöglicht ein Waschen der Probe im Fraktionierrohr 10 für die Kappa-Zahlmessung. Dies kann separate Wascheinheiten in der Messung ersetzen, und reine Fasern können in einer Wassersuspension für die Kappa-Zahlmessung erhalten werden.
- Eine Ligningehaltmessung der Lösung wird ermöglicht.
- Eine wirksame Fraktionierung ermöglicht auch die Messung einer separaten Feinteil-Kappa-Zahl.

Ein Test, der sich auf Messungen im Deinking-Verfahren bezieht, schloss Proben ein, die an vier verschiedenen Stellen des Flotationsverfahrens entnommen wurden. Es gab 3-4 parallele Proben von allen Probenstellen. Den Messungen zufolge treten Veränderungen hauptsächlich in der Feinfraktion auf.

- 4 parallele Proben aus der primären Flotationsannahmeposition
- 3 parallele Proben aus der primären Flotationszufuhrposition
- 3 parallele Proben aus der sekundären Flotationsannahmeposition
- 3 parallele Proben des Endfaserstoffs

Die Veränderungen im Größenindex der Feinfraktion FR1 scheinen stabiler zu sein als die der Fasern. Die Größe der Feinpartikel nimmt bis zur Annahme der sekundären Flotation ab und nimmt im Endfaserstoff zu. Die Veränderungen der mittleren Schwerpunktwerte des Größenindexes der Feinfraktion können entweder auf die Entfernung kleiner Partikel aus der Feinfraktion oder Material, das aus der Faserfraktion zur Feinfraktion zusammen mit dem Refining transferiert wurde, zurückzuführen sein. Der höhere Feinanteil des Endzellstoffs kann durch Sieben vor dem Bleichen verursacht sein, bei dem die kleinsten Partikel aus dem Zellstoff entfernt werden.
35 veranschaulicht ein Beispiel für Veränderungen im Größenindex der Feinfraktion als Funktion des Faserindexes. Die y-Achse ist ein Mittelwert des Größenindexes SI, und die x-Achse ist der Faserindex FI. Die Schwerpunkte des Größenindexes und ein Mittelwert des Faserindexes der Feinfraktion FR1 verschiedener Phasen des Verfahrens im Verhältnis zueinander sind gezeigt. Mit fortschreitender Flotation nimmt die Partikelgröße der Feinteile ab und die Faserigkeit steigt an. Die Zunahme der Faserigkeit kann durch die Flotation verursacht sein, die größere nichtfaserige Farb- und Schmutzpartikel stärker entfernt als kleinere zellulosehaltige Partikel. Die Zunahme der Faserigkeit und des Größenindexes des Endzellstoffs ist möglicherweise auf das Sieben vor dem Bleichen zurückzuführen, bei der die feinsten Feinteile aus dem Zellstoff entfernt werden.
Man untersuche nun Refining-Wirkungen. In diesem Test wurde die Wirkung der Refining-Intensität auf die Partikeleigenschaften untersucht. 36 veranschaulicht ein Beispiel für den Faserindex bei verschiedenen Refining-Intensitäten. Die y-Achse stellt SUMME CsDA in einer willkürlichen Skala dar, und die x-Achse ist der Faserindex FI. Es werden die Faserindexverteilungen von Nicht-Refiner-Faserstoff und von Faserstoff, der mit drei verschiedenen Refining-Intensitäten aufgearbeitet wurde, gezeigt. Die Faserindexverteilung reagiert auf die Änderungen der Refining-Intensität.
37 veranschaulicht ein Beispiel für die Größenindexverteilung bei verschiedenen Refining-Intensitäten. Die y-Achse stellt die SUMME CsDA in einer beliebigen Skala dar, und die x-Achse ist der Größenindex SI. Es werden die Größenindexverteilungen von Nicht-Refiner-Faserstoff und von Faserstoff, der mit drei verschiedenen Refining-Intensitäten aufgearbeitet wurde, gezeigt. Der Größenindex der Partikel ändert sich wie erwartet: Je mehr Leistung für das Refining eingesetzt wurde, desto stärker fragmentiert sind die Partikel.
38 veranschaulicht ein Beispiel für die Wirkung der Refining-Intensität SRE, die sich auf die spezifische Refining-Energie bezieht, auf den Größenindex SI und den Faserindex FI. Sowohl der Größenindex als auch der Faserindex nehmen mit zunehmender SRE ab.
Eine Fraktionierung ermöglicht auch die Überwachung des Faser-Refinings basierend auf der Faserigkeit (Fibrillierung), der Feinteilanreicherung und wahrscheinlich auch der Feinteilqualität und der Faserwandbreite.
Man betrachte nun Nanomaterialmessungen als eine Ausführungsform. Es besteht ein zunehmender Bedarf am Messen von Partikeln in Mikro- und Nanogröße. Da Partikel in Nanogröße mit normalen Lichtmikroskopen nicht gesehen werden können, werden Partikelanalysen in der Regel durch zeitaufwändige Elektronenmikroskopie durchgeführt.
Die nachstehend beschriebenen Messungen werden mit einem Mikrofraktionator mit einem Fraktionierrohr 10 mit einem Durchmesser von etwa 5 mm durchgeführt.
39 veranschaulicht ein Beispiel für Fraktogramme und Verteilungen einer gut gemischten sich auflösenden Faserstoffprobe. Im Diagramm links oben ist die x-Achse die Flussrate, die y-Achse und auf der rechten Seite ist der Faserindex FI. Im Diagramm links unten ist die x-Achse die Flussrate, die y-Achse links und rechts ist der Größenindex SI. Im Diagramm oben rechts ist die x-Achse der Faserindex FI, und die y-Achse die Summe von CsDAs. Im Diagramm oben rechts beziehen sich die Balken nur auf die Fraktion FR1, da die anderen Fraktionen FR3 und FR2 nicht existieren oder nur geringfügig vorhanden sind. Im Diagramm unten rechts beziehen sich die Balken nur auf die Feinteile, da Fasern nicht existieren oder nur geringfügig vorhanden sind.
Die Fraktogramme und Verteilungen einer aufgelösten Faserstoffprobe, die nur Nanomaterial enthält und vor der Messung gut gemischt wurde. Der Faserindex erscheint im Bereich von 0,1...0,2, d.h. recht niedrig. Die Werte der Größenindexverteilung sind ebenfalls sehr niedrig bei 0,2...0,35. Die höchste Spitze liegt bei einem Wert von unter 0,25. Dies deutet auf eine extrem kleine Partikelgröße hin.
Ein Beispiel von 40 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die gleiche Probe schlecht gemischt ist. Im Diagramm oben links ist die x-Achse die Flussrate, die y-Achse links und rechts ist der Faserindex FI. Im Diagramm links unten ist die x-Achse die Flussrate, die y-Achse links und rechts ist der Größenindex SI. Im Diagramm oben rechts beziehen sich die Balken nur auf die Fraktion FR1, da die anderen Fraktionen FR3 und FR2 nicht existieren oder nur geringfügig vorhanden sind. Im Diagramm unten rechts beziehen sich die Balken nur auf die Feinteile, da Fasern nicht existieren oder nur geringfügig vorhanden sind.
Hier sind die Partikel nicht vollständig voneinander getrennt, und die Agglomerate sind in der Größenindexverteilung deutlich nachweisbar. Die Verteilung erreicht eine Spitze bei Punkt 0,25, aber die Verteilung setzt bis zum Wert 1 des Größenindexes fort. Ein Partikel oder Agglomerat, das in diesem Bereich erscheint, liegt wahrscheinlich im Mikrometer-Größenbereich.
Ein Beispiel von 41 veranschaulicht ein Beispiel für Fraktogramme und Verteilungen einer Nanokristallprobe.
Im Diagramm oben links ist die x-Achse die Zeit (in Sekunden), die y-Achse auf der linken Seite und auf der rechten Seite ist der Faserindex FI. Im Diagramm links unten ist die x-Achse die Flussrate, die y-Achse links und rechts ist der Größenindex SI. Wie in 40 beziehen sich die Balken der Diagramme oben rechts nur auf die Fraktion FR1, da die anderen Fraktionen FR3 und FR2 nicht existieren oder nur geringfügig vorhanden sind. Im Diagramm unten rechts beziehen sich die Balken nur auf die Feinteile, da Fasern nicht existieren oder nur geringfügig vorhanden sind.
Die Breite der Kristalle liegt im Nanometerbereich und ihre Länge bei einigen hundert Nanometern. Die Größenverteilung dieser Probe liegt im Bereich unter 0,2. Die Dimension, die die Messung in erster Linie beeinflusst, könnte hier vermutlich die Nanokristalllänge sein. Wenn die Messwellenlänge ausreichend verkürzt wird, können auch die Kristallbreitendaten erhalten werden, obwohl dafür extrem kurze Wellenlängen erforderlich sind.
Besonders interessant ist hier die starke Wirkung der Polarisation, die die Werte des Faserindexes erhöht. Dies ermöglicht die Messung der Kristallinität von Nanokristallen, für die es ebenfalls einen großen Bedarf gibt.
Für Nanomaterialien kann der Größenindex als die primäre Messung verwendet werden, in Bezug auf welche andere Eigenschaften wie die Kristallinität mittels Polarisation oder z. B. dem Vorhandensein von fluoreszierenden Bestandteilen in der Probe durch Fluoreszenzmessungen bewertet werden können. Andere Messungen, die Probeneigenschaften beschreiben, können natürlich auch als primäre oder sekundäre Messungen verwendet werden.
Man prüfe nun Anwendungen der vorgestellten Messungen in anderen Industriezweigen. Solche Anwendungen können als Ausführungsformen der Messungen dieses Dokuments betrachtet werden. Neben der Faserstoff- und Papierherstellung benötigen auch andere Verfahren der verfahrenstechnischen Industrie, wie z. B. im Bergbau und in der Mineralienindustrie, in der Recyclingindustrie, in der Lebensmittelindustrie, in der pharmazeutischen Industrie und in der Umwelttechnik, Partikelgrößenverteilungen und Messungen, die die Partikelkonzentration anzeigen. Die Rohrflussfraktionierung und das in diesem Bericht beschriebene darauf bezogene Berechnungsverfahren sind in diesen Industrien anwendbar. Zusätzlich zur Größenverteilung ist eine Messung von anderen Eigenschaftsverteilungen auch unter Verwendung der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren möglich.
Das Berechnungsverfahren, das die Eigenschaften von Partikeln oder Flüssigkeit in Betracht zieht, vereinfacht die technische Struktur und macht die Messergebnisse robuster. Dies ermöglicht die Anwendung der Rohrflussfraktionierung zum Messen sehr unterschiedlicher Proben.
Prinzipiell ist es möglich, jede beliebige Probe, die Partikel enthält, zu fraktionieren. Es ist nicht erforderlich, dass die Probe eine Suspension oder Dispersion ist; es ist möglich, z.B. verschiedene Pulver in die Fraktionierflüssigkeit zu dosieren. Wenn das Dosierungsvolumen oder die Masse standardisiert werden können, kann die Messung zum Messen von Gehalten oder Konzentrationen verwendet werden. Diese verlangen jedoch die Berücksichtigung vieler praktischer Bedingungen.
Zusätzlich zu flüssigen Medien kann die Rohrflussfraktionierung auch unter Verwendung von Luftströmung oder anderen Arten von Gasströmung zum Messen trockener Proben umgesetzt werden. Das in diesem Bericht beschriebene Berechnungsverfahren ist auch auf gasstrombasierte Fraktionierung anwendbar.
Es ist möglich, die vorgestellten Messungen bei Umweltbeobachtungen anzuwenden. Ein großer Teil von Umweltmessungen ist wasserbasiert. Die Messung des Humusgehalts von natürlichen Gewässern stellt beispielsweise signifikante Herausforderungen dar. Humus kann als Agglomerate unterschiedlicher Größe auftreten, was insbesondere für traditionelle optische Online-Verfahren beim Messen ganzer Proben ein Problem bereitet. Eine Messung mittels Fraktionierung und Qualitätsklassifizierung würde einen neuen Bereich für die Messung über die Größenverteilung von Humusagglomeraten schaffen. Zusätzlich zur Klassifizierung basierend auf dem Größenindex könnten die Messverfahren z.B. eine Fluoreszenzmessung zum Bestimmen aromatischer Bestandteile einschließen.
Das Messen von in Gewässern gelösten Stoffen erfordert oft partikelfreie Proben, die bei Online-Messungen besonders schwierig zu erhalten sind. Fraktionierung erzeugt eine partikelfreie Probe, was somit eine Messung des Gehalts an verdünnten Stoffen ermöglicht.
Der Zustand von natürlichen Gewässern und Abwässern wird zum Beispiel durch verschiedene Zooplankton- und Phytoplanktonanalysen überwacht. Solche Plankton enthaltenden Proben könnten fraktioniert gemäß Größenindex und Referenzmessungen in verschiedene Klassen eingeteilt werden, die den Zustand des Wassers beschreiben. Referenzmessungen könnten z. B. Fluoreszenzmessungen einschließen. Einige Planktonorganismen sind zu klein, um durch Lichtmikroskopie nachgewiesen zu werden. Dies sollte jedoch durch eine Größenindexmessung basierend auf Lichtschwächung in seiner eigenen Fraktion möglich sein.
Eine fraktionierungsbasierte Messung ist bei der Messung sowohl von industriellen als auch kommunalen Abwässern erforderlich. Eine Fraktionierungsvorbehandlung kann beim Analysieren der Partikelgröße im Flockungsverfahren verwendet werden, und die Dosierung von Flockungsmitteln kann auf der Basis dieser Partikelgrößendaten angepasst werden. Andererseits wird eine Polymerüberdosierung durch das von freiem Polymer erzeugte Signal in der Größenindexverteilung angezeigt, wenn extrem kleine Partikel berücksichtigt werden.
Die Messung des Sauerstoffbedarfs ist ein wichtiger Aspekt der Nährstoffbelastungsanalyse. Diese Messungen erfordern partikelfreie Proben, die unter Feldbedingungen nur schwer zu erhalten sind. Eine Fraktionierung kann zumindest einen Teil des Fraktogramms partikelfrei machen, wodurch der Anteil an partikelfreiem gelöstem Material am Fraktogramm messbar ist.
Eine Fraktionsmessung kann auch dazu verwendet werden, das derzeitige große globale Problem der Mikroplastikbelastung verschiedener Gewässer oder Sedimente anzugehen. Partikel vieler Größenklassen werden als Mikroplastik angesehen. Am problematischsten zu messen sind die kleinsten Partikel, von denen manche weniger als einen Mikrometer groß und unter einem Lichtmikroskop nicht sichtbar sind. Ein Trennen dieser Partikel durch Fraktionierung und das Anwenden von z. B. einer auf dem Größenindex basierenden Messung ermöglichen die Erstellung von Größenverteilungsdaten von Proben, die Mikroplastik enthalten. Es ist auch möglich, Mikroplastikfraktionen z. B. durch Fluoreszenzmessungen zu identifizieren.
Mineralien können ebenfalls unter Verwendung von dem, was in diesem Dokument gelehrt wird, gemessen werden. Eine Partikelgrößenverteilungsmessung auf der Basis der Rohrflussfraktionierung kann zusammen mit möglichen sekundären Messungen bei der Zerkleinerung, Klassifizierung, Konzentration und Granulierung von Mineralien eingesetzt werden. Insbesondere die Untersuchung von Suspensionen, die kleine Partikel enthalten, ist möglich und bietet einen zusätzlichen Wert. Partikelgrößenverteilungsdaten erleichtern die Kontrolle von Verfahren und die Bewertung des Erfolgs oder der Ausbeute von Teilverfahren.
So kann beispielsweise das Herstellungsverfahren von gefälltem Calciumcarbonat (PCC), das als Füllstoff verwendet wird, mit Hilfe von Partikelgrößenverteilungsdaten intensiviert werden.
Zusätzlich kann auch die Lebensmittelindustrie von dieser Art von Messungen profitieren. Zahlreiche Bedürfnisse der Partikelgrößenverteilungsmessung können durch eine Fraktionierungszubereitung in der Lebensmittelindustrie erfüllt werden.
Bei Milchverfahren kann z. B. eine Überwachung des Fettabbaus durch Fraktionierungsmessung erfolgen. Andere messbare Kenndaten schließen die Menge und Größenverteilung von Kaseinmizellen ein. Ein Verarbeiten von Milch zu Käse ist ebenfalls ein Verfahren, das Partikelgrößenverteilungsdaten verwendet kann. Zusätzlich zur Größenverteilung sind auch gelöste Stoffe in ähnlicher Weise messbar wie in Messungen der Faserstoff- und Papierindustrie. Fraktionierungsbasierte Messungen, die Eigenschaften und Mengen beschreiben, können auch in verschiedenen anderen Bereichen der Lebensmittelindustrie angewendet werden. So ist beispielsweise eine Brechungsindexmessung, entweder allein oder in Kombination mit anderen Messungen, zum Messen von Sacchariden eine mögliche Anwendung.
Des Weiteren können Messungen in der Ölindustrie auf die in diesem Dokument beschriebene Weise durchgeführt werden. In Ölindustrieverfahren gibt es zahlreiche Anwendungen, bei denen das Fraktionierungsmessungsverfahren anwendbar ist. Eine Fraktionierung kann zum Trennen verschiedener Fraktionen verwendet werden, deren Eigenschaften und Mengen für die meisten Teile gemessen werden können. Die Anzeige und Größenverteilungsanalyse von Partikeln in Öl wird durch die Fraktionierungsmessung ermöglicht.
Auf ähnliche Weise besitzt diese Methodik ein interessantes Potenzial bei der Steuerung und der Kontrolle des Pyrolyseverfahrens sowie in der Pharma-und Gesundheitsindustrie. In der pharmazeutischen Industrie besteht ein erheblicher Bedarf an Größenverteilungsmessungen, insbesondere für den Nachweis und die Analyse von Nanomaterialien.
Beim Messen verschiedener menschlicher und tierischer Blut-, Urinusw. Proben ist es möglich, eine Fraktionierung, insbesondere im Mikrobereich, anzuwenden.
Eine Fraktionierung kann bei der Größenverteilungs- und Farbmessung von Farbe oder Druckfarbpigmenten sowie bei vielen anderen Analysen in der Farb- und Druckindustrie angewendet werden.
Ein Vorteil des Verfahrens ist, dass ein schneller Überblick über die Partikelgrößenverteilung der Probe mit einer kleinen Probengröße erhalten wird, was ein Überwachen von Produktionsverfahren in Echtzeit ermöglicht.
Man untersuche nun zukünftige Möglichkeiten. Die in diesem Dokument beschriebenen Messungen wurden hauptsächlich unter Verwendung von Lichtschwächung und Depolarisation umgesetzt.
Bei Fasermessungen ist der Faserindex auf der Basis der Polaritätsniveauumpolung ein verwendbares Basissignal, das durch eine Größenindexberechnung auf der Basis der spektralen Schwächung unterstützt werden kann. Darüber hinaus stellen Messungen auf der Basis der Streuintensität von Licht andere durchführbare Möglichkeiten für den Nachweis von Nachweistechnologien dar.
Mit Hilfe von Streuintensität kann es möglich sein, feststellen, ob die bei der Messung auftretenden Schwächungsänderungen auf eine durch Partikeländerungen verursachte Streuungsänderung oder auf eine durch gelöstes Material verursachte Absorption zurückzuführen sind. Andererseits ermöglicht die spektral umgesetzte Messung von Streuintensität die Messung von Absorptionsänderungen in der Oberfläche oder der inneren Struktur von Partikeln. In Faserstoff- und Papierproben beschreiben Absorptionsänderungen in der Partikeloberfläche z. B. die Helligkeit von Fasern oder die veränderte Kappa-Zahl beim Faserstoffaufschluss. Die Messung der Streuungsintensität kann auf dem Messen von diffuser Reflexion oder direkter Streuungsintensität basieren.
Eine mögliche optische Messtechnik kann eine Messung basierend auf der Fluoreszenz von Licht sein. Die Fluoreszenzwirkung kann z. B. beim Messen der Ligninmenge zum Unterstützen der Schwächung und Streuung oder als eigenständige Messung genutzt werden. Eine weitere mögliche Anwendung der Fluoreszenz ist die Anzeige und Mengenmessung von optischen Aufhellern. Es ist auch möglich, Fluoreszenz beim Identifizieren und Messen unterschiedlicher Qualitäten von Kunststoff, insbesondere im Bereich der Mikroplastikanalyse zu verwenden.
Die Verwendung einer Durchflussküvette ermöglicht die Anwendung vieler anderer Messtechniken. Optische Messungen können z. B. diffraktive Verfahren auf der Basis der Lichtinterferenz, Verfahren auf der Basis des Raman-Effekts und Abtastverfahren einschließen. Auch Verfahren, die auf der Schwächung, Streuung, Beugung und Verzögerungsänderungen von Mikrowellen und Schallwellen beruhen, sind möglich.
Andere mögliche Nachweistechnologien schließen auch Laserbeugung und Ladungsmessungen ein.
Die Empfindlichkeit der (vorliegenden) optischen Messungen kann in einer Ausführungsform durch die Verwendung von Messoptiken verbessert werden, die einen möglichst großen Bereich messen. Dies verringert das durch die Strömung verursachte Messrauschen. Wenn es möglich ist, zum Zeitpunkt der Messung eine langsame Strömung zu verwenden, können auch bei schwierigen Proben sehr stabile Messungen erzielt werden. Darüber hinaus verringert das Durchführen der Messung mit verschiedenen Signalen so gleichzeitig wie möglich das Rauschen signifikant.
Eine Herausforderung bei der Fraktionierung ist die ähnliche Fraktionierung von Füllstoffen und holzbasierten Feinteilen mit den gleichen Abmessungen, und somit ihr gleichzeitiges Eintreffen bei der Messung. Diese Partikel, voneinander unterschiedlich aber gleichzeitig in der Messung, können nicht leicht voneinander unterschieden werden, wobei die erhaltene Messung die mittleren Eigenschaften und Mengen dieser Partikelklassen beschreibt.
In der Papierindustrie besteht ein besonders großer Bedarf an getrennten Messungen für die Füllstoffkonsistenz und die holzbasierte Feinteilkonsistenz. Ähnliche Bedürfnisse können auch in anderen Branchen bestehen.
Um dieses Problem zu lösen, kann es in einer Ausführungsform möglich sein, die Unterschiede in den spezifischen Gewichten der Partikel zu nutzen. Beispielsweise wird der Startabschnitt des Fraktionierrohrs 10 senkrecht nach oben montiert, wodurch die leichteren Feinpartikel im Strom schneller als die schweren Füllstoffpartikel in der Strömungsrichtung wandern. Falls notwendig wird eine Rückführung nach unten durch eine Rohrspirale umgesetzt, wobei das gegenseitige Verhältnis zwischen dem Kraftvektor parallel zur Strömung und dem Schwerkraftvektor die schwereren Partikel an den Rand des Fraktionierrohres 10 und damit zur langsamsten Strömung steuert. Die schweren Füllstoffpartikel kommen somit getrennt von der Feinfraktion an, und sie können somit auch als eine separate Fraktion gemessen werden.
In einer Ausführungsform kann eine andere mögliche Herangehensweise sein, eine Fraktionierrohrspule horizontal so zu montieren, dass die Strömung senkrecht zur Schwerkraftrichtung auftritt. Die Schwerkraft zieht somit schwerere Partikel zur Rohrwand und damit zur langsameren Strömung.
Um die Fraktionierung zu beschleunigen und eine bessere Trennung zu erreichen, kann es in einer Ausführungsform möglich sein, ein viskoseres Medium als Wasser, z. B. Ethanol, zu verwenden. Dies kann auch so umgesetzt werden, dass sich das viskosere Medium nur in dem Teil des Fraktionierrohrs 10 befindet, in dem sich die Probe bewegt, und der Rest des Fraktionierrohrs 10 kann mit Wasser gefüllt sein. In diesem Fall drückt das Wasser das Ethanol und die Probe darin vorwärts. Eine eigentliche Fraktionierung findet somit in der Ethanolumgebung statt.
Unter Verwendung einer Brechungsindexeinstellung ist es in einer Ausführungsform möglich, den Brechungsindex eines Partikels zu entschlüsseln. Partikel werden in Flüssigkeiten mit bestimmten Brechungsindizes eingetaucht und durch eine mit der Streuung vergleichbare Messung gemessen. Eine Probe, in der der Brechungsindex der Flüssigkeit nahe am Brechungsindex der Partikel liegt, erzeugt die geringste Streuung. Dies ist als eine niedrige Streuintensität oder ein niedriger Schwächungswert sichtbar. Der Brechungsindex der Flüssigkeit, die das Streuminimum umsetzt, ist gleich dem Brechungsindex der Partikel.
Das Immersionsverfahren funktioniert nicht bei Proben, die Partikel mit unterschiedlichen Brechungsindizes enthalten, da diese die Messung durcheinanderbringen.
Eine Fraktionierung kann beim Trennen von Partikeln mit unterschiedlichen Brechungsindizes gemäß unterschiedlichen Zeitpunkten in der Strömung benutzt werden. Wenn die Fraktionierung in einer Flüssigkeit mit einem äquivalenten Brechungsindex zu bestimmten Partikeln durchgeführt wird, können diese Partikel in der Messung im Bezug auf die Streuung unsichtbar gemacht werden. In einem solchen Fall ist die einzige Sache, die die Messung beeinflusst, eine Absorption, die sich möglicherweise von der der Flüssigkeit unterscheidet. Es ist möglich, zum Beispiel durch Einstellen des Brechungsindexes der Fraktionierungsflüssigkeit, um dem Brechungsindex der holzbasierten Feinteile zu entsprechen, gleichzeitig mit diesen Feinteilen eintreffende Füllstoffpartikel ohne die gleichzeitige Wirkung der Feinteile sichtbar zu machen.
Das Immersionsverfahren benötigt immer noch die Anpassung des Brechungsindexes von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit in der Probe, indem entweder das Wasser getauscht wird oder der Flüssigkeit ein Bestandteil hinzugefügt wird, der den Brechungsindex an die Flüssigkeit anpasst. Das Immersionsverfahren ist für ursprünglich trockene Proben besser geeignet als für feuchte Proben.
Partikel in Proben haften aus vielerlei Gründen oft in Klumpen aneinander. In vielen Verfahren, z. B. bei der Retentionseinstellung von Papiermaschinen, dem Deinking von Recycling-Faserstoff durch Flotation oder der Abwasserflockung, können diese Agglomerate oder Flocken durch verschiedene Chemikalien gefördert werden. In manchen Fällen erzeugen die Partikel auf natürliche Weise Agglomerate.
Die Stärke der Bindungen, die diese Agglomerationen verursachen, sind oft wichtige Daten bezüglich des Verfahrensmanagements oder der Nachverfolgung.
Bei der Rohrflussfraktionierung löst Wasserturbulenz die Partikelagglomerationen auf. Je stärker die Bindungen sind, desto stärker muss die Turbulenz sein, um sie aufzubrechen. Diese Wirkung kann z. B. durch Durchführen von getrennten Fraktionierungen einer bestimmten Probe in unterschiedlichen Strömungsbedingungen benutzt werden. In einer Ausführungsform können die Strömungsbedingungen durch Ändern der Flussrate, der Flüssigkeitstemperatur oder der Flüssigkeitsviskosität im Fraktionierrohr 10 eingestellt werden. Darüber hinaus kann die Turbulenz, die Bindungen aufbricht, z. B. durch die Verwendung von Rohren unterschiedlicher Form, Reduzierstücken, Strömungsbögen oder Änderungen im Innenteil des Fraktionierrohrs 10 eingestellt werden. Die Materialwahl der inneren Oberfläche des Fraktionierrohrs 10 kann sich auch auf den Reibungskoeffizienten der Rohrwand auswirken, was wiederum einen Einfluss auf die Turbulenz und damit auf die Fraktionierung hat.
42 veranschaulicht ein Beispiel für Faser- und Größenindizes von chemischem Refiner-Faserstoff bei unterschiedlichen Fraktionierungsraten. Dies ist ein Testergebnis für einen chemischen Faserstoff. Die y-Achse ist SUMME CsDA und die x-Achse ist der Faserindex (links) oder der Größenindex (rechts). Die Probe schließt Materialien in Mikro- und sogar in Nanogröße ein. Die Probe wurde mit drei verschiedenen Drehzahlen der Pumpe und den gleichen drei Flussraten fraktioniert. Die Ergebnisse zeigen, dass signifikante Änderungen in der Partikelgröße insbesondere in der Feinfraktion auftreten. Bei einer langsamen Flussrate von 6 ml/s befinden sich die Feinteile in einer Größenklasse mit einem Größenindex-Spitzenwert von 0,42. In ähnlicher Weise weist der Faserindex eine signifikante Spitze beim Wert 1 auf, und es gibt kein signifikantes Signal darunter. Wenn die Strömung beschleunigt wird, wird die Feinverteilung flacher und erreicht deutlich niedrigere Größenindexwerte bis hinunter zu 0,35, was extrem kleine Partikel bedeutet. Daraus lässt sich ableiten, dass die Feinpartikel dazu neigen, miteinander zu agglomerieren, und dass diese Agglomerationsempfindlichkeit, und teilweise die Stärke der Bindungen, durch Fraktionieren paralleler Proben des gleichen Faserstoffes mit unterschiedlichen Flussraten gemessen werden kann. Eine weitere nachweisbare Veränderung ist die leichte Verschiebung in der Größen- und Faserindexverteilung der Faserfraktion hin zu kleinen Partikeln. Dies ist wahrscheinlich aufgrund der Haftung kleiner Partikel an der Oberfläche der Fasern und des Verbleibs in den Fasern bei einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit jedoch erhöht wird, lösen sich die Feinteile von den Fasern ab. Bei einer Agglomeration kann gesehen werden, dass sie eine ähnliche Wirkung sowohl auf die Größenindexverteilung als auch die Faserverteilung hat.
Diese Wirkungen können in den Verteilungszahlen, die mit dem neuen Berechnungsverfahren erzeugt werden, hervortreten. In den traditionellen, auf der Strömung basierenden Fraktionsverteilungen sind diese nur schwer zu unterscheiden.
42 veranschaulicht Beispiele für Faser- und Größenindizes von chemischem Refiner-Faserstoff bei verschiedenen Fraktionierungsraten. Die x-Achse ist der Faserindex und die y-Achse ist die SUMME CsDA.
In einer Ausführungsform, von der ein Beispiel in 43 veranschaulicht ist, kann die statistische Signifikanz der Fraktionsmessung verbessert werden, indem mehrere Proben nacheinander in das Fraktionierrohr 10 zugeführt werden, wobei sichergestellt wird, dass die Proben genügend Platz haben, zu fraktionieren, ohne sich mit den benachbarten Proben zu vermischen. Die statistische Signifikanz der Verteilungen dieser Proben kann verbessert werden, indem man sie aufsummiert oder einen Mittelwert mit ihnen bildet. Die schwarzen Flächen im oberen Teil von 43 veranschaulichen die Positionierung mehrerer Proben im Fraktionierrohr 10 während der Fraktionierung. Die Partikelgrößenverteilung der Proben erfolgt durch die Strömung im Fraktionierrohr 10.
Um eine konstante Strömung zum Zeitpunkt der Messung zu erreichen, kann die Zufuhr der Proben auf der Basis des Messsignals synchronisiert werden. Jedes Mal, wenn die Messung Wasser zwischen den gemessenen Proben identifiziert, kann eine neue Probe an der Startseite des Fraktionierrohrs 10 zugeführt werden. Obwohl die Strömung immer an der Stelle jeder neuen Probe stoppt, stört dies nicht die Messung. Es ist von Vorteil, dass die Strömung stabilisiert ist, so dass während den Messungen die gleiche Flussrate vorherrscht.
44 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem Flocken und kurze Fasern basierend auf ihrer Ankunftsreihenfolge getrennt werden. Im Beispiel von 44 wurde die Probe auf der Basis ihres Faserindexes in drei Fraktionen unterteilt. Die Fraktionsbereiche sind FR1 = 0-2, FR2 = 2-6,5 und FR3 = 6,5-10. In der mittleren Fraktion FR2 sammelt sich das Material zu verschiedenen Zeitpunkten in Bezug auf die Strömung an. Diese Zeitpunkte sind durch die gestrichelten Rechtecke 44 in 44 gekennzeichnet. Zu Beginn, im Bereich unter 17 Litern, besteht das Material aus großformatigen Faserbündeln. Danach, im Bereich von 16,8-17,6 Litern, kommen reine Fasern an, die als Fraktion FR3 klassifiziert sind. Danach, im Bereich von 17,6-18,5 Litern, besteht das ankommende Material aus kleineren Fasern, unter denen sich auch nicht faseriges Material befinden kann. Die durch diese beiden Materialien erzeugte Ansammlung, die sich voneinander unterscheiden und durch die gestrichelten Rechtecke 44 begrenzt sind, erscheint in der Verteilung im gleichen Faserindexbereich, obwohl sie sich in ihren Eigenschaften stark unterscheiden. Falls erforderlich, können diese Materialien in ihre eigenen Fraktionen aufgeteilt werden, indem die Ankunftsreihenfolge der Fraktionen berücksichtigt wird. Ein Berücksichtigen der Ankunftsreihenfolge erfordert keine Litermengeninformation. Wenn die Messung jedoch mit einer Vorrichtung durchgeführt wird, in dem die Strömung stabilisiert wurde und die Strömungsmenge bekannt ist, kann sie zur Trennung der Fraktionen verwendet werden.
Ein Verfahrenssteuerungsvorrichtung, die die gleiche sein kann wie die Datenverarbeitungseinheit 24 in den 46 und 47 oder eine separate Steuerung des Verfahrens, kann zum Steuern eines unter Verwendung von strömender Suspension gemessenen Verfahrens verwendet werden, empfängt Verfahrensinformationen von einer Messvorrichtung zum Messen der im Rohrfraktionator strömenden Suspension (siehe 49). Die Messvorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle, die eine Wellenbewegung zur strömenden Suspension richtet, wobei eine Strömung der strömenden Suspension dazu führt, dass Partikel der strömenden Suspension auf der Basis ihrer Größen sortiert werden. Eine Messanordnung misst erste Werte eines ersten Parameters der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem ersten Wellenlängenband der Wellenbewegung. Die Messanordnung misst zweite Werte von mindestens einem der folgenden: einem zweiten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung, und dem ersten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem zweiten Wellenlängenband der Wellenbewegung, wobei die Messung der ersten Werte und der zweiten Werte miteinander synchronisiert ist. Die Messanordnung bildet mindestens einen Vergleich, wobei sich jeder Vergleich auf einen der ersten Werte und einen der zweiten Werte bezieht. Die Messanordnung bildet als Verfahrensinformation eine Verteilung, die mindestens einen der ersten Werte als eine Funktion eines der Vergleiche aufweist. Die Verfahrenssteuerungsvorrichtung steuert dann das Verfahren auf der Basis der Verfahrensinformation.
Bei einem in 45 veranschaulichten Verfahren zum Messen einer strömenden Suspension wird in Schritt 10 eine Wellenbewegung zur strömenden Suspension gerichtet, wobei eine Strömung der strömenden Suspension dazu führt, dass Partikel der strömenden Suspension basierend auf ihrer Größe sortiert werden. Erste Werte eines ersten Parameters der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung werden bei einem ersten Wellenlängenband der Wellenbewegung in Schritt 12 gemessen. In Schritt 14 werden zweite Werte von mindestens einem der folgenden gemessen: einem zweiten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung, und dem ersten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem zweiten Wellenlängenband der Wellenbewegung, wobei die Messung der ersten Werte und der zweiten Werte miteinander synchronisiert sind. In Schritt 16 wird mindestens ein Vergleich gebildet, wobei sich jeder Vergleich auf einen der ersten Werte und einen der zweiten Werte bezieht. In Schritt 18 wird eine Verteilung gebildet, die mindestens einen der ersten Werte als eine Funktion eines der Vergleiche aufweist, um eine Darstellung von Schwächungen in Bezug auf der Konsistenz zu ersetzen, um die Abhängigkeit von der Strömung und/oder der Zeit zu vermeiden.
In einer Ausführungsform können die ersten Werte des ersten Parameters, der von einer Konsistenz der strömenden Suspension abhängt, gemessen werden. Der mindestens eine Vergleich, der von physikalischen Eigenschaften der Partikel der strömenden Suspension abhängt, kann gebildet werden.
In einer Ausführungsform kann ein Rohrflussfraktionator verwendet werden, in dem die strömende Suspension strömt.
In einer Ausführungsform kann elektromagnetische Strahlung zur strömenden Suspension gerichtet werden, wobei die Strahlung mindestens einen Strahl umfasst, der polarisiert ist, oder eine Vielzahl von Strahlen, von denen mindestens einer polarisiert ist und mindestens ein separater Strahl nicht polarisiert ist. Die Schwächungen der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung können gemessen werden. Die Polarisationsparameter der mit der Suspension wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung können gemessen werden, wobei die Messungen der Schwächungen und der Polarisationsparameter synchronisiert sind. Es können Vergleiche der Polarisationsparameter und der Schwächungen gebildet werden, wobei jeder der Parameter und jede der Schwächungen eines Vergleichs einander auf der Basis der Synchronisation entsprechen. Die Schwächungen können in Bezug auf die Vergleiche verteilt sein.
In einer Ausführungsform können Größenindizes durch Vergleichen der Schwächungen der verschiedenen Wellenlängen miteinander, die mit dem gleichen Abschnitt der strömenden Suspension wechselwirken, gebildet werden.
In einer Ausführungsform kann jeder der Polarisationsparameter durch Messung eines Polarisationsgrades oder eines Depolarisationsgrades gemessen werden.
In einer Ausführungsform kann optische Strahlung zur strömenden Suspension gerichtet werden, wobei die optische Strahlung mindestens einen Strahl polarisierter optischer Strahlung oder eine Vielzahl von Strahlen umfasst, von denen mindestens einer polarisiert und mindestens ein separater Strahl nicht polarisiert ist.
In einer Ausführungsform kann die Summe der Größenindizes durch einen euklidischen Abstand der Schwächungen und der Polarisationsparameter, die einander entsprechen, korrigiert werden.
In einer Ausführungsform kann der Vergleich zwischen den Polarisationsparametern und den Schwächungen, die beide mit der gleichen Wellenlänge gemessen wurden, gebildet werden. Zur Bildung der Verteilungsberechnung kann für mindestens einen von mindestens zwei Wertebereichen der Polarisationsparameter eine Summe der Schwächungen berechnet werden, wobei die Schwächungen synchron mit den Polarisationsparametern gemessen werden, die Polarisationsparameter innerhalb eines der mindestens zwei Wertebereiche liegen und die Wertebereiche sich nicht überschneiden. Jede der Summen und jeder der Wertebereiche kann nacheinander miteinander assoziiert werden, wobei jeder der Wertebereiche zum Berechnen der Summe verwendet wird, um die Verteilung der Summen der ersten Werte als eine Funktion der Wertebereiche zu bilden.
In einer Ausführungsform kann ein euklidischer Abstand der Polarisationsparameter und der Schwächungen gebildet werden; und Durchführen der Assoziation durch nacheinander Assoziieren jeder der Summen der Schwächungen und jedes der euklidischen Abstände, die jeweils der Summe entsprechen, miteinander, um eine Verteilung der Summen der Schwächungen als eine Funktion der euklidischen Abstände zu bilden.
In einer Ausführungsform kann das Bilden einer Konsistenz von einer oder mehreren Fraktionen durch Integrieren der Summen über einen oder mehrere der Wertebereiche innerhalb der Fraktionen gebildet werden.
In einer Ausführungsform kann ein mittlerer Schwerpunktwert der Größenindizes der Feinfraktion gebildet werden, um den Aschegehalt der Feinfraktion zu definieren.
46 veranschaulicht ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Messen einer strömenden Suspension. Die Vorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle 20, die eine Wellenbewegung zur strömenden Suspension im Fraktionierrohr 10 oder im Rohr nach dem Fraktionierrohr, in dem die Fraktionen bereitstehen, richtet. Die Wellenbewegung kann zum Beispiel elektromagnetische Strahlung oder akustische Strahlung sein. Die Strömung der strömenden Suspension hat dazu geführt, dass die Partikel der strömenden Suspension gemäß ihrer Größe sortiert werden.
Obwohl 46 zeigt, dass die Wellenbewegung durch die strömende Suspension läuft, ist es auch möglich, die Wellenbewegung in einer Richtung zu empfangen, die von der Richtung der Übertragung oder der Wellenbewegung abweicht.
Eine Messanordnung 26 umfasst einen Detektor 22. Der Detektor 22 kann zum Beispiel ein Halbleiterdetektor sein. In einer Ausführungsform, wenn die Wellenbewegung optische Strahlung ist, kann der Detektor 22 beispielsweise mindestens einen Fotosensor oder ein Spektrometer umfassen. In einer Ausführungsform, wenn die Wellenbewegung akustische Strahlung ist, kann der Detektor 22 beispielsweise mindestens einen Schallwandler umfassen. Der Detektor 22 kann erste Werte eines ersten Parameters der Wellenbewegung bei einem ersten Wellenlängenband der Wellenbewegung und zweite Werte der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem zweiten Wellenlängenband der Wellenbewegung messen. In diesem Fall ist der Parameter beiden Werten gemeinsam, da es eine Frage der Schwächung der Wellenbewegung ist, aber die Werte auf unterschiedlichen Wellenlängen basieren. Alternativ können die zweiten Werte von einem zweiten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung sein, der vom ersten Parameter verschieden ist. Die Parameter können sich zum Beispiel auf die Schwächung und die Polarisation beziehen. Die Messung der ersten Werte und der zweiten Werte wird in einer synchronisierten Weise durchgeführt, oder die Messergebnisse werden in einer Datenverarbeitungseinheit 24 der Messanordnung 26 synchronisiert. Die Synchronisation kann bedeuten, dass die miteinander verglichenen Werte zum gleichen Zeitpunkt an der gleichen Probe gemessen werden. Wenn die Messungen der verglichenen Werte zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt werden, bedeutet die Synchronisation, dass dieselbe Probe zu einem ersten Zeitpunkt gemessen wird und, nachdem die Probe eine Strecke zurückgelegt hat, die Probe zu einem zweiten Zeitpunkt gemessen wird. Hier kann der Ausdruck „zum gleichen Zeitpunkt“ auch bedeuten, dass die Messung der verglichenen Werte zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt werden kann, aber der zeitliche Unterschied zwischen den Messungen so gering ist, dass die von ihnen gemessene Probe innerhalb einer Toleranz gleich ist. Das heißt, die Probe hat sich so wenig bewegt, dass die Wirkung der Bewegung auf den/die Messwert(e) kleiner als oder gleich dem Rauschen oder einer gewünschten Messtoleranz ist. Alternativ kann sich der Detektor 22 in Bezug auf die Probe um den Abstand zwischen den Messungen der verglichenen Werte bewegen.
Für wellenlängenbasierte Schwächungsmessungen kann der Detektor 22 Filter 34 zum Durchlassen eines geeigneten Wellenlängenbandes zum Detektor 22 aufweisen. In einer Ausführungsform, von der ein Beispiel in 48 dargestellt ist, hat der Detektor 22 ein Detektorelement 36 für jedes gemessene Wellenlängenband. In einer Ausführungsform hat der Detektor 22 ein Detektorelement und Filter, die sich vorübergehend vor dem Detektorelement befinden, um den ersten und zweiten Wert zu messen. Das heißt, die Filter können sich zu einem Detektorelement hin und von diesem weg bewegen.
In einer Ausführungsform kann die Strahlungsquelle 20 zwei verschiedene Wellenlängenbänder gleichzeitig oder zeitlich nacheinander übertragen. Dann kann der Detektor 22 ohne die vorstehend erwähnten Filter verwendet werden. Die Strahlungsquelle 20 kann eine oder mehrere Strahlungsquelleneinheiten 38 zum Ausgeben der Wellenbewegung in einer oder mehreren Wellenlängen aufweisen.
Ein Fachmann auf dem Gebiet ist mit Messungen der Schwächung von Wellenlängenbändern an sich vertraut. Deshalb ist 48 eine allgemeine Übersicht über mehrere Möglichkeiten.
Für die Polarisationsmessung kann der Detektor 22 einen oder mehrere Polarisationsfilter vor dem Detektor 22 haben. Für dieses Beispiel können die Filter 34 in 48 als die Polarisationsfilter betrachtet werden. Ein Drehen der Polarisation oder des Polarisationsgrads kann mit einem oder mehreren Detektorelementen 36 des Detektors 22 gemessen werden. Zum Zeitpunkt der Messung(en) kann die Suspension strömen, oder sie kann stillstehen oder sich in einem nicht strömenden Zustand befinden.
Der mindestens eine Sensor 28 kann zum Beispiel die Konsistenz, die Temperatur und/oder die Strömung (Geschwindigkeit/Rate) messen. Der Sensor 28 kann ein Halbleitersensor sein. Ein Fachmann auf dem Gebiet ist mit verschiedenen Sensoren 28 an sich vertraut. Zusätzlich kann eine Uhr zur Zeitmessung vorhanden sein.
Die Datenverarbeitungseinheit 24 bildet dann mindestens einen Vergleich, wobei jeder Vergleich konfiguriert ist, sich auf einen der ersten Werte und einen der zweiten Werte zu beziehen. Dieser Vergleich basiert auf den Gleichungen (2) - (6).
Die Messungen des ersten und des zweiten Wertes, die verglichen werden, können zum gleichen Zeitpunkt oder zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten durchgeführt werden. Unterschiedliche Wellenlängen können zum gleichen Zeitpunkt unter Verwendung von zwei oder mehr Detektorelementen nachgewiesen werden, oder ein gemeinsames Detektorelement kann unterschiedliche Wellenlängen nacheinander durch verschiedene Filter empfangen, wobei jedes der Filter konfiguriert ist, die eingehende Wellenbewegung zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten zu filtern. Das heißt, die Filter können nacheinander vor dem Detektor 22 als eine Funktion der Zeit wechseln. Filter sind jedoch nicht erforderlich, wenn die Strahlungsquelle 20 unterschiedliche Wellenlängen als eine Funktion der Zeit ausgibt.
Schließlich ist die Datenverarbeitungseinheit 24 konfiguriert, eine Verteilung zu bilden, die mindestens einen der ersten Werte als eine Funktion eines der in den 13-16 und in deren Beschreibung dargestellten Vergleiche aufweist.
47 veranschaulicht ein Beispiel für die Datenverarbeitungseinheit 24, die einen oder mehrere Prozessoren 30 und einen oder mehrere Speicher 32 einschließlich eines geeigneten Computerprogrammcodes umfassen kann. Der eine oder die mehreren Speicher 32 und der Computerprogrammcode können zusammen mit dem einen oder den mehreren Prozessoren 30 die Datenverarbeitungseinheit 24 veranlassen, die in diesem Dokument beschriebenen Messschritte durchzuführen.
49 veranschaulicht ein Beispiel für eine Steuerungsanordnung. Die Verfahrenssteuerungsvorrichtung 42 kann die Datenverarbeitungseinheit 24 oder eine separate Steuerung sein, die wie die Datenverarbeitungseinheit 24 einen oder mehrere Prozessoren und einen oder mehrere Speicher einschließlich eines geeigneten Computerprogrammcodes umfassen kann. Die Verfahrenssteuerungsvorrichtung 42 steuert das Verfahren 40 auf der Basis der Verteilung, die mindestens einen der ersten Werte als eine Funktion eines der Vergleiche aufweist. Beispiele für das Verfahren 40 finden sich in der Faserstoff- und Papierherstellung, aber auch in anderen Verfahren der mechanischen Verfahrensindustrie, wie zum Beispiel der Bergbau- und Mineralienindustrie, der Recyclingindustrie, der Lebensmittelindustrie, der pharmazeutischen Industrie und der umwelttechnischen Industrie oder dergleichen, wie bereits in diesem Dokument erwähnt.
Ausführungsformen des vorgestellten Messverfahrens können als eine logische Schaltungslösung oder als Computerprogramm umgesetzt werden. Dementsprechend kann die Verfahrenssteuerung die gemessenen Informationen der Steuerung des Verfahrens benutzen, die als eine logische Schaltungslösung oder als Computerprogramm umgesetzt sein kann. Das Computerprogramm kann auf einem Computerprogrammverteilungsmittel für die Verteilung davon platziert sein. Das Computerprogrammverteilungsmittel ist durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung lesbar und kodiert die Befehle des Computerprogramms, führt die Messungen durch und steuert gegebenenfalls die Verfahren auf der Basis der Messungen.
Das Computerprogramm kann unter Verwendung eines Verteilungsmediums verteilt werden, das ein beliebiges, von der Steuerung lesbares Medium sein kann. Das Medium kann ein Programmspeichermedium, ein Speicher, ein Softwareverteilungspaket oder ein komprimiertes Softwarepaket sein. In einigen Fällen kann die Verteilung unter Verwendung von mindestens einem der folgenden durchgeführt werden: einem Nahfeldkommunikationssignal, einem Kurzstreckensignal und einem Telekommunikationssignal.
Es wird für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass das erfindungsgemäße Konzept im Zuge des technischen Fortschritts auf verschiedene Weisen umgesetzt werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können innerhalb des Umfangs der Ansprüche variieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

FI 20095381 [0004]
WO 2010116030 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Messen einer strömenden Suspension, wobei die Vorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle (20), die konfiguriert ist, Wellenbewegung zur strömenden Suspension zu richten, wobei eine Strömung der strömenden Suspension bewirkt, dass Partikel der strömenden Suspension auf der Basis ihrer Größen sortiert werden; eine Messanordnung (26), die konfiguriert ist, erste Werte eines ersten Parameters der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem ersten Wellenlängenband der Wellenbewegung zu messen; die Messanordnung (26), die konfiguriert ist, zweite Werte von mindestens einem der folgenden zu messen: einem zweiten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung, und dem ersten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem zweiten Wellenlängenband der Wellenbewegung, wobei die Messung der ersten Werte und der zweiten Werte miteinander synchronisiert sind; wobei die Messanordnung (26) konfiguriert ist, mindestens einen Vergleich zu bilden, wobei jeder Vergleich konfiguriert ist, sich auf einen der ersten Werte und einen der zweiten Werte zu beziehen; wobei die Messanordnung (26) konfiguriert ist, eine Verteilung zu bilden, die mindestens einen der ersten Werte als eine Funktion eines der Vergleiche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messanordnung konfiguriert ist, die ersten Werte des ersten Parameters zu messen, der von einer Konsistenz der strömenden Suspension abhängt; und die Messanordnung konfiguriert ist, den mindestens einen Vergleich zu bilden, der von physikalischen Eigenschaften der Partikel der strömenden Suspension abhängt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung einen Rohrflussfraktionator umfasst, in dem die strömende Suspension konfiguriert ist, zu strömen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine optische Strahlungsquelle konfiguriert ist, optische Strahlung zur strömenden Suspension zu richten, wobei die Strahlung mindestens einen Strahl umfasst, der polarisiert ist, oder eine Vielzahl von Strahlen, von denen mindestens einer polarisiert ist und mindestens ein separater Strahl nicht polarisiert ist; eine Messanordnung konfiguriert ist, Schwächungen der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung zu messen; die Messanordnung konfiguriert ist, Polarisationsparameter der mit der Suspension wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung zu messen, wobei die Messungen der Schwächungen und der Polarisationsparameter synchronisiert sind; die Messanordnung konfiguriert ist, Vergleiche der Polarisationsparameter und der Schwächungen zu bilden, wobei jeder der Parameter und jede der Schwächungen eines Vergleichs einander auf der Basis der Synchronisation entsprechen; die Messanordnung konfiguriert ist, die Schwächungen in Bezug auf die Vergleiche zwischen den Polarisationsparametern und den Schwächungen zu verteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Messanordnung konfiguriert ist, die Vergleiche zu bilden, die mit Wellenlängen mit einem bekannten Verhältnis zueinander gemessen werden; um die Verteilung durchzuführen wobei die Messanordnung konfiguriert ist, für mindestens einen von mindestens zwei Wertebereichen der Polarisationsparameter eine Summe der Schwächungen zu berechnen, die synchron mit den Polarisationsparametern gemessen werden, wobei die Polarisationsparameter innerhalb eines der mindestens zwei Wertebereiche liegen, wobei die Wertebereiche nicht überschneidend sind; die Messanordnung konfiguriert ist, nacheinander jede der Summen und jeden der Wertebereiche, die jeweils zur Berechnung der Summe verwendet werden, miteinander zum Bilden der Verteilung der Summen der ersten Werte als eine Funktion der Wertebereiche zu assoziieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die optische Quelle konfiguriert ist, die elektromagnetische Strahlung mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen zur strömenden Suspension zu richten; und die Messanordnung konfiguriert ist, Größenindizes durch Vergleichen der Schwächungen der verschiedenen durch einen gleichen Abschnitt der strömenden Suspension hindurchgehenden Wellenlängen miteinander zu bilden.
Verfahrenssteuerungsvorrichtung zum Steuern eines Verfahrens, das unter Verwendung einer strömenden Suspension gemessen wird, die konfiguriert ist, zu bewirken, dass Partikel der strömenden Suspension auf der Basis ihrer Größen sortiert werden, wobei die Verfahrenssteuerungsvorrichtung Verfahrensinformationen von einer Messvorrichtung zum Messen der in dem Rohrfraktionator strömenden Suspension empfängt, wobei die Messvorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle, die konfiguriert ist, eine Wellenbewegung zur strömenden Suspension zu richten, wobei eine Strömung der strömenden Suspension bewirkt, dass Partikel der strömenden Suspension auf der Basis ihrer Größen sortiert werden; eine Messanordnung, die konfiguriert ist, erste Werte eines ersten Parameters der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem ersten Wellenlängenband der Wellenbewegung zu messen; wobei die Messanordnung konfiguriert ist, zweite Werte von mindestens einem der folgenden zu messen: einem zweiten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung, und dem ersten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem zweiten Wellenlängenband der Wellenbewegung, wobei die Messung der ersten Werte und der zweiten Werte miteinander synchronisiert sind; die Messanordnung konfiguriert ist, mindestens einen Vergleich zu bilden, wobei jeder Vergleich konfiguriert ist, sich auf einen der ersten Werte und einen der zweiten Werte zu beziehen; die Messanordnung konfiguriert ist, eine Verteilung, die mindestens einen der ersten Werte als eine Funktion eines der Vergleiche aufweist, als die Verfahrensinformation zu bilden; und die Verfahrenssteuerungsvorrichtung konfiguriert ist, das Verfahren auf der Basis der Verfahrensinformation zu steuern.
Verfahren zum Messen einer strömenden Suspension, wobei das Verfahren umfasst: Richten (10) von Wellenbewegung zur strömenden Suspension, wobei eine Strömung der strömenden Suspension bewirkt, dass Partikel der strömenden Suspension auf der Basis ihrer Größen sortiert werden; Messen (12) erster Werte eines ersten Parameters der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem ersten Wellenlängenband der Wellenbewegung; Messen (14) von zweiten Werten von mindestens einem der folgenden: einem zweiten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung, und dem ersten Parameter der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden Wellenbewegung bei einem zweiten Wellenlängenband der Wellenbewegung, wobei die Messung der ersten Werte und der zweiten Werte miteinander synchronisiert sind; Bilden (16) mindestens eines Vergleichs, wobei sich jeder Vergleich auf einen der ersten Werte und einen der zweiten Werte bezieht; Bilden (18) einer Verteilung, die mindestens einen der ersten Werte als eine Funktion eines der Vergleiche aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren des Weiteren umfasst Messen der ersten Werte des ersten Parameters, der von einer Konsistenz der strömenden Suspension abhängt; und Bilden des mindestens einen Vergleichs, der von physikalischen Eigenschaften der Partikel der strömenden Suspension abhängt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren des Weiteren Verwenden eines Rohrflussfraktionators umfasst, in dem die strömende Suspension strömt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren des Weiteren umfasst, Richten von elektromagnetischer Strahlung zur strömenden Suspension, wobei die Strahlung mindestens einen Strahl, der polarisiert ist, oder eine Vielzahl von Strahlen umfasst, von denen mindestens einer polarisiert ist und mindestens ein separater Strahl nicht polarisiert ist; Messen der Schwächungen der mit der strömenden Suspension wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung; Messen von Polarisationsparametern der mit der Suspension wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung; wobei die Messungen von Schwächungen und die Polarisationsparameter synchronisiert sind; Bilden von Vergleichen der Polarisationsparameter und der Schwächungen, wobei jeder der Parameter und jede der Schwächungen eines Vergleichs einander auf der Basis der Synchronisation entsprechen; Verteilen der Schwächungen in Bezug auf die Vergleiche zwischen den Polarisationsparametern und den Schwächungen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren des Weiteren Bilden von Größenindizes durch Vergleichen der Schwächungen der verschiedenen Wellenlängen, die mit einem gleichen Abschnitt der strömenden Suspension wechselwirken, miteinander umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren des Weiteren Messen jedes der Polarisationsparameter durch Messen eines Polarisationsgrades oder eines Depolarisationsgrades umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren des Weiteren Richten von optischer Strahlung zur strömenden Suspension umfasst, wobei die optische Strahlung mindestens einen Strahl polarisierter optischer Strahlung oder eine Vielzahl von Strahlen umfasst, von denen mindestens einer polarisiert ist und mindestens ein separater Strahl nicht polarisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verfahren des Weiteren Korrigieren der Summe der Größenindizes durch einen euklidischen Abstand der Schwächungen und der Polarisationsparameter, die einander entsprechen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verfahren des Weiteren umfasst Bilden des Vergleichs zwischen den Polarisationsparametern und den Schwächungen, die beide mit einer gleichen Wellenlänge gemessen werden; um die Verteilung zu bilden Berechnen, für mindestens einen von mindestens zwei Wertebereichen der Polarisationsparameter, einer Summe der Schwächungen, die synchron mit den Polarisationsparametern gemessen werden, wobei die Polarisationsparameter innerhalb eines der mindestens zwei Wertebereiche liegen, wobei sich die Wertebereiche nicht überschneiden; nacheinander Assoziieren von jeder der Summen und jedem der Wertebereiche, die jeweils zum Berechnen der Summe verwendet werden, zum Bilden der Verteilung der Summen der ersten Werte als eine Funktion der Wertebereiche.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren des Weiteren Bilden eines euklidischen Abstands der Polarisationsparameter und der Schwächungen umfasst; und Durchführen der Assoziation durch nacheinander Assoziieren jeder der Summen der Schwächungen und jeder der euklidischen Abstände, die jeweils der Summe entsprechen, miteinander, um eine Verteilung der Summen der Schwächungen als eine Funktion der euklidischen Abstände zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren des Weiteren das Bilden einer Konsistenz von einer oder mehreren Fraktionen durch Integrieren der Summen über einen oder mehrere der Wertebereiche innerhalb der Fraktionen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren des Weiteren einen mittleren Schwerpunktwert der Größenindizes der Feinfraktion zum Definieren des Aschegehalts der Feinfraktion umfasst.