SE437043B - Sett for linjebestemning av den viktmessiga fordelningen av den specifika ytan hos fibrerna i en massa samt anordning for genomforande av settet - Google Patents

Description

80-031413-5 andra egenskaper hos massan, men där varje mätning påverkas av den specifika ytan och genom lösning av simultana ekvationer för att erhålla indikation på massans specifika yta. Denna procedur komplicerades ytterligare av det faktum, att tekniken för uppmät- ning av koncentrationen inte heller var en sann mätning och vida-, re återspeglade den specifika ytans egenskaper så, att tre sumul- tana ekvationer måste lösas för att bestämma massans specifika yta, dvs den genomsnittliga specifika ytan. En sådan teknik beskrives i US-A-3 802 984.

Flertalet mätningar av specifik yta utnyttjar genomtränglighetsme- _ toden, men dylika metoder lämpar sig ej för linjemätningar.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sätt och en anordning för linjebestämning av den viktmässiga fördelnin- * gen av den specifika ytan hbs fibrerna i en massa. Detta sker en- ligt uppfinningen genom att sättet och anordningen utföres med de särdrag som framgår av kravet 1 resp. 2.

Ytterligare kännetecken, syftemål och fördelar med föreliggande upp- finning kommer att framgå av nedanstående detaljerade beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen i anslutning till bi- fogade ritningar, på vilka fig. 1 visar en schematisk vy av över- vakningssystemet enligt uppfinningen, fig. 2 är ett diagram med spe- cifik yta i m2 per gram mot turbiditetsmätaravläsningen i Jackson Turbidity Units (JTU), som visar effekten av koncentrationsföränd- ringar på sambandet mellan specifik yta och turbiditetsmätaravläs- ningen, fig. 3 visar en schematisk vy av en turbiditetsmätare och fig. 4 är ett diagram över kumulativ viktfraktion som procent av provflödet mot specifik yta i m2 per gram.

Såsom visas i fig. 1 inträder ett massaprov, som avdragits från den mekaniska massaprocessen, i systemet genom ledningen 10 och beroende på varifrån i den mekaniska massaanläggningen provet ta- gits, passerar den genom en latensborttagande anordning 12 och in- träder sedan i behållare 14 via ledningen 16.

En lämplig princip för frigörande av de latenta egenskaperna i me- kanisk massa relativt snabbt användes i en laboratoriesönderdelare som under namnet Domtar Disintegrator säljes av Noram Quality 86031113-5 Control and Research Equipment Ltd. Denna anordning frigör de la- tenta egenskaperna i en mekanisk massa genom snabb recirkulation av massan genom en centrifugalpump, varvid massan har en tempera- tur av ca 90-95°C.

Massa från behållaren 14 pumpas via pumpen 18 till koncentrations- mätaren 20 och återföres till behållaren 14 via ledningen 22.

Kraven på en koncentrationsmätare 20 som skall användas i ett lin- jeövervakningssystem är sådana, att den bör mäta koncentrationen oberoende av andra fiberegenskaper, dvs fíberlängd och specifik yta, och bör kunna mäta absoluta koncentrationer med en noggrannhet och reproducerbarhet inom i 5% av det absoluta värdet. Principen i kon- centrationsmätare som skall användas enligt föreliggande uppfinning skall sålunda vara direkt, dvs den skall vara baserad på koncentra- tionsdefinitionen. De flesta koncentrationsmätare uppmäter koncent- rationen indirekt, dvs de mäter andra massaegenskaper såsom ström- ningsmotstånd, massasuspensionens dielektriska egenskaper etc, vil- ka är relaterade till koncentrationen liksom till andra fiberegen- skaper.

Olika teknik har föreslagits för bestämning av koncentrationen för en massa, som saknar andra massaegenskaper, genom direkt avkänning av massauppslamningens densitet.

Exempelvis har Thiessen och Dagg föreslagit avkänning av de vibra- tioner, som härrör från en obalanserad rotor, för bestämning av densiteten i en vätska jämfört med en kontrollvätska, genom använd- ning av en roterande provbehållare och bestämning av systemets oba- lans, se Pulp & Paper Magazine of Canada, september 1959.

Vidare har föreslagits användningen av en Sperry Gravitymaster för bestämning av koncentrationen direkt oberoende av andra massaegen- skaper. Denna anordning utnyttjar en tyngdkraftsbalansteknik för be- stämning av viktförändringen i ett prov med given storlek, se Measurement and Control, vol. 1, november 11, 1968, sidorna T179-T186.

Ingen av ovannämnda anordningar tros för närvarande vara tillgäng- liga på marknaden.

Om koncentrationen uppmätes direkt med användning av endera av ovan- ß-ÛÛSIME-E nämnda tekniker eller en teknik som föreslås nedan, är det essen- tiellt att provet är väsentligen fritt från eller innehåller kän- da kvantiteter av främmande material, särskilt får ingen luft fin- nas i provet och eventuellt främmande material i fibrerna, t.ex. fyllmedel etc, måste vara noggrant kända, innan koncentrationen kan bestämmas. Vidare är det viktigt, att temperaturen styres nog- grant eller är känd, eftersom en temperaturförändring kommer att ändra instrumentets noggrannhet, även om instrumentet kan kalibre- ras för olika temperaturer.

Det har nu visat sig att ett instrument, känt som en densitetscell som säljes under namnet "Dynatrol" C1-10HY, framställd av Automa- tion Products, Houston, Texas, kan ge ett mycket noggrant värde på koncentrationen, oberoende av andra massaegenskaper. Denna anord- ning uppmäter förändringen i frekvens för ett vibrerande rör genom 7 vilket massasuspensionen kontinuerligt matas och därigenom kan en kontinuerlig indikation på koncentrationen i materialet erhållas för materialkoncentrationer inom omrâdet ca 0,1-1,5%, vilket är det koncentrationsområde inom vilket föreliggande uppfinning opererar.

Koncentrationsmätaren 20 uppmäter koncentrationen i materialet i behållaren 14 och justerar företrädesvis vatteninmatningen, som är väsentligen fri från fibrer och andra fasta partiklar, genom led- ningen 24 via styrventilen 26 för att hålla koncentrationen i mate- rialet i behållaren 14 väsentligen konstant.

De streckade linjerna i fig. 1 anger styrledningar från olika in- strumenteringar till de olika elementen som styres och till manö- verkontrollen 28.

Det skall noteras, att koncentrationsmätaren 20 är förbunden med ventilen 26 via styrledningen 30 och med manöverkontrollen 28 via ledningen 32. För det fall koncentrationen i tanken 14 alltid hål- les konstant, kan styrledningen 32 utelämnas, eftersom den inte kom- mer att variera i systemet.

Materialet i tanken 14 cirkuleras också via en pump 34 genom ett mätinstrument-36 för specifik yta och återföres till tanken 14 via ledningen 38. Mätinstrumentet 36 för specifik yta matar en signal till manöverkontrollen 28 via styrledningen 40'. Detta ger massans genomsnittliga specifika yta. ' E 81003413-5 i Vanligtvis utnyttja: mätinstrumentet för specifik yta permeabi- litetsmetoden för bestämning av den specifika ytan, men en sådan metod är icke särskilt lämpad för linjemätning.

Ett lämpligare sätt för uppmätning av specifik yta har visat sig vara att använda en optisk metod, som avkänner det spridda ljuset från ett massaprov, dvs en anordning, känd som turbiditetsmätare, vilken normalt användes för bestämning av fastämneskoncentrationen i en uppslamning. Det spridda ljuset från en samling massafibrer i ett massaprov kan sägas vara proportionellt mot antalet partiklar per enhetsvolym av suspensionen och deras yta, dvs T = KNA, , där T är mängden spritt ljus, dvs mätarangivelsen, K = en konstant som beror av fibrernas refraktionsindex och deras storlek relativt det använda ljusets våglängd, N = antalet partiklar och A = den ge- nomsnittliga arean för en partikel. Materialets koncentration är C = Nm, där m är en partikels genomsnittliga massa, vilket ger T = Kc(g) m och termen å är arean per enhetsmassa, dvs specifika ytan för par- tikeln, varför T = S ll SS = - T KC ( S)g e er ( )g KC' där (SS)g är den genomsnittliga specifika ytan för fibermätverket.

Indexet (g) användes för att beteckna en geometriskt specifik yta eller ljusspridningsyta, i motsats till den hydrodynamiska specifi- ka ytan som uppmätes genom permeabilitetsmetoden. Även om dessa två specifika ytor icke nödvändigtvis har samma numeriska värde, står de i ett bestämt förhållande till varandra.

För 130 prov som innefattade slipmassa, raffinörmassa och termoke- misk massa, kemiska massor och blandningar av fibrer från kemiska och slipmassor, där de experimentella resultaten korrelerades en~ ligt ekvationen (ss) = 6,92 x 10' 7 7 (JTu)1'7 . (eg)-2,16 2 där (SS) är den genomsnittliga (hydrodynamiska) specifika ytan i m per gram, JTU är turbiditetsmätaravläsningen i Jackson Turbidity Units och Cg är koncentrationen i procent. R2-korrelationskoeffi- cienten (Coefficient of Determination) för ekvation 2 är 0,88, vil- &øoz41s-s ket anger att 88% av variationerna i specifik yta beror av varia- tionerna i JTU och Cg.

Fig. 2 är ett diagram, där ekvation 2 ritats upp för olika koncent- rationer och visar förhållandet mellan specifik yta och turbiditets- mätarutslaget. Turbiditetsmätare erbjuder sålunda en bra, lätt och snabb operationsteknik för bestämning av specifika ytan i ett mas- saprov. bjusspridningen i massan kan uppmätas med en kommersiellt tillgäng- lig turbiditetsmätare, varvid den modell som användes vid förelig- gande uppfinning är en DRT-1000 processlinjeturbiditetsmätare, fram- ställd av HF Instruments, Bolton, Ontario. Turbiditetsmätare låter vanligen en ljusstråle passera genom en suspension och uppmäter det spridda ljuset på båda sidor om ljusstrålen, vid en vinkel av 900 mot strålen, liksom det ljus som tränger genom suspensionen, dvs i linje med ljusstrålen. _ Fig. 3 visar schematiskt en turbiditetsmätare, som är försedd med en ljuskälla 20, i vilken ljus passerar genom en lins 202 och genom ett prov 204, som kontinuerligt passerar genom den genomsynliga rör- sektionen eller tuben 206. Tre detektorer 208, 210 och 212 är anord- nade att detektera det ljus som reflekteras från och passerar genom provet, dvs detektorerna 208 och 210 detekterar mängden reflekterat eller spritt ljus på provets motsatta sidor och detektorn 212 de- tekterar ljus som transmitterats genom-provet. Ljuskällan 200, röret 206 och detektorn 212 befinner sig på en rät linje och detektorer- na 208 och 210 och röret 206 befinner sig också på en rät linje, varvid de två linjerna inbördes är väsentligen vinkelräta.

Mätinstrumenten för specifik yta vid föreliggande uppfinning, såsom instrumentet 36, är i själva verket turbiditetsmätare som drives i samverkan med en koncentrationsmätare, alternativt en fix koncent- ration, för bestämning av den specifika ytan i massafraktionen el- ler den inmatade massan, baserat på kurvor såsom de som visas i fig. 2.

Koncentrationsmätaren 20 och mätaren för specifik yta 36 visar kon- centrationen och den specifika ytan för inmatad massa.

Massan pumpas av en pump 34 genom en ledning 40 till mätinstrumen- 0003413-5 v-.J ten för specifik yta, generellt betecknade med 42, vilka innefattar en hydrocyklon 44 med en överströmningsutloppsledning 46 (bas) och en underströmningsutloppsledning 48 (apex). Koncentrationsmätaren 50, mätaren 52 för specifik yta (turbiditetsmätare) och strömnings- mätaren 54 uppmäter respektive koncentrationen, specifika ytan och fiberströmningshastigheten genom överströmningsutloppsledningen 46.

Utsignalerna från dessa mätare matas via ledningar 56, 58 och 60 till manöverkontrollen 28 och materialet i ledningen 46 återföres till systemet via ledningen 62.

Koncentrationen och specifika ytan hos underströmningsfraktionen i ledningen 48 kan också mätas upp genom koncentrationsmätaren 64, och mätaren 66 för specifik yta (turbiditetsmätare). Utsignalerna från dessa mätare matas via ledningar 68 resp. 70 till manöverkont- rollen 28 och materialet i ledningen 48 återföres till systemet via ledningen 62.

Flödet till instrumenten 42 och särskilt till hydrocyklonen 44 sty- res via strömningsmätaren 72, vilken via ledningen 74 styr venti- len 76 och sålunda flödet genom ledningen 40.

Strömningsmätarutgången kan förbindas med manöverkontrollen 28 via ledningen 78, men om flödet till hydrocyklonen 44 hålles väsentli- gen konstant, erfordras uppenbarligen ingen direkt matning från strömningsmätaren 72 till manöverkontrollen 28.

Kcncentrationen i ledningen 48 eller 46 kan beräknas, eftersom ma- terialets koncentration och flöde, som inträder i systemet, är känt och koncentrationen och flödet i ledningarna 46 eller 48 bestämmes.

Instrumenten 42 matar manöverkontrollen 28 med specifika ytan och viktfraktionen hos överströmnings- och underströmningsfraktionen och den specifika ytan i den inmatade massan ges via mätaren 36.

En laboratoriemetod för bestämning av specifika ytfördelningen ut- nyttjar en hydrocyklon, där ett prov delas upp och viktfraktionerna och specifika ytan för de olika underströmnings- och/eller över- strömningsfraktionerna uppmätes för att därigenom hestämma fördel- ningskurvan för fibrernas specifika yta. När sådana data för en me- kanisk massa eller kemomekanisk massa plottas på kumulativt normal- fördelningspapper (cumulative normal probability paper) som kumula- tiv specifik ytfraktion i víktprocent av provflödet mot specifik 8605413-5 yta, har det visat sig att den kan approximeras med en rät linje över ett avsevärt område för massafibrernas specifika ytor. I prin- cip erfordras därför bara två punkter för bestämning av hela fib- rernas specifika ytfördelning över området.

Typiska kumulativa fördelningskurvor för specifik yta visas i fig. 4. Dessa kurvor togs fram från labdata och visar det precist linjä- ra förhållandet mellan kumulativ specifik ytfraktion som procent av mätningen mot specifik yta, plottade på det särskilda papperet för kumulativ fördelning. De ihåliga och ifyllda cirklarna betecknar tvâ olika termomekaniska massor och de ihåliga och fyllda trianglarna två olika slipmassor. ' I den specifika linjesenscrn enligt föreliggande uppfinning hade hydrocyklonen 44 en huvuddiameter på 51 mm och var utrustad med en 7,9 mm underströmningsöppning. Flödet, koncentrationen och specifi- ka ytan i provflödet och underströmnings- och överströmningsfrak- tionerna uppmättes eller beräknades med hjälp av signalerna till manöverkontrollen 28 frân~koncentrationsmätaren 20, flödesmätaren 72, koncentrationsmätaren 50, mätaren för specifik yta 52, flödes- *mätaren 54, koncentrationsmätaren 64 och mätaren för specifik yta I 66. Under användning av det rätlinjiga förhållandet kan fördelnin- gen av-specifik yta över området erhållas såväl som fraktioner med låg specifik yta, Vilket är viktigt för bestämning av damning.

Alternativt eller för kontroll kan provflödets specifika yta, upp- mätt genom mätarna 36 och 20 och dess flöde (mätaren 72) och speci- fika ytan för överströmningen, uppmätt genom mätarna 62 och 60 och dess flöde (mätare 64 eller underströmningsfraktionsledningen 48), användas för att erhålla de erforderliga punkterna på kurvan. Vil- ken som helst av underströmningen eller överströmningen eller prov- flödet kan uppmätas för att erhålla de erforderliga två punkterna från materialbalans över hydrocyklonen.

Den specifika ytfördelpinggnïgghådenfigenomsnittliga specifika ytan för massan_kan alltså erhållas med användning av mätinstrumenten 42 eller några utvalda instrument av dessa, och massaprovet, som användes för att bestämma parametrarna, återföres till systemet via ledningarna 46 och 48, som är förbundna med ledningen 62.

Claims (6)

.1 moms-s Patentkrav

1. Sätt för linjebestämning av den viktmässiga fördelningen av den specifika ytan hos fibrerna i en massa. k ä n n e - t e c k n a t av att ett provflöde av massan i en hydro- cyklonanordning kontinuerligt uppdelas i ett överströmnings- flöde och ett underströmningsflöde. att mängden och specifika ytan för åtminstone två av flödena mätes samt att den viktmäs- siga fördelningen av den specifika ytan i provflödet beräknas på grundval av de uppmätta mängderna och specifika ytorna i de två mätta flödena och ett i huvudsak kumulativt normalfördel- ningsförhållande i massan för den kumulativa specifika ytan som procentuell viktandel av flödet i förhållande till den specifika ytan.

2. Anordning för genomförande av sättet enligt krav l för bestämning av den viktmässiga fördelningen av den specifika ytan hos fibrerna i en massa. k ä n n e t e c k n a d av en hydrocyklonanordning (44) med ett överströmningsutlopp (46) och ett underströmningsutlopp (48). organ (34.40) för matning av ett provflöde av massan till hydrocyklonanordningen (44) för uppdelning i ett överströmningsflöde och ett underström- ningsflöde. organ (50.52,54.64.66.72) för mätning av mängden och specifika ytan för åtminstone två av flödena samt beräk- ningsorgan (28) för bestämning av fördelningen av fibrernas specifika yta i massan på grundval av de uppmätta mängderna och specifika ytorna och ett kumulativt normalfördelningsför- hållande i massan för den kumulativa specifika ytan som pro- centuell viktandel av flödet i förhållande till den specifika ytan.

3. Anordning enligt krav 2. k ä n n e t e c k nia d av att organen för mätning av den specifika ytan innefattar organ (50.64) för mätning av koncentrationen i huvudsak oberoende av massans övriga egenskaper samt organ (52,66) för mätning av massans turbiditet. $0031e13§~5 w a.

4. Anordning enligt krav 3. k ä n n e t e c k n a d av att turbiditetsmätningsorganen (52.66) är anordnade att mäta spritt ljus som reflekteras från massan.

5. Anordning enligt krav 3. k ä n n e t e c k n a d av att organen (52.66) för mätning av den specifika ytan utgöres av organ för bestämning av den specifika ytan på grundval av ett förutbestämt förhållande mellan mätt turbiditet och koncentra- tion mot specifik yta.

6. Anordning enligt något av kraven 2-5. k ä n n e t e c k - n a d av att mängdmätningsorganen vardera innefattar organ (54.72) för mätning av flödeshastigheten och organ (50.64) för mätning av koncentrationen. varvid koncentrationsmätningsorga- nen är anordnade att mäta koncentrationen i huvudsak oberoende av massans övriga egenskaper.