WO2002016692A1 - Verfahren zur überwachung von thermo-mechanischen holzaufschlussprozessen - Google Patents

Verfahren zur überwachung von thermo-mechanischen holzaufschlussprozessen Download PDF

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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3554—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/002—Control devices
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G9/00—Other accessories for paper-making machines
    • D21G9/0009—Paper-making control systems

Definitions

  • thermo-mechanical wood digestion represent a great application potential of new sensor concepts.
  • off-line measurements of the respective measuring objects such as control and evaluation of the raw materials, examination of the production water, properties of the products or similar performed that require a lot of money and time.
  • the measurement results are usually available with a large time delay, so that it is no longer possible to influence the production process under consideration.
  • thermo-mechanical digestion of wood shows a typical thermo-mechanical digestion of wood according to the prior art.
  • the solutions of the woodworking industry given in the prior art are mostly examined by means of off-line measurements in the industrial laboratory with regard to fewer measurement variables which are important, for example, for wastewater treatment (phenol content, dry matter).
  • these measurement variables often have no effect on, for example, spectral data and are therefore in principle not usable for process control, or it would take a lot of time on this basis and would be associated with enormous financial expenditure.
  • the analyzes have to be bought in an external laboratory, so that the user is not able to optimize calibration models himself or to create his own if the production parameters change. This reduces the potential buying interest for such a measuring and control system.
  • the aim of the invention is to optimize the production process of thermomechanical pulp.
  • the invention provides reference data for the measurement of concentrations of substance groups in production water during thermo-mechanical wood digestion after the components have been quantitatively separated according to their solubility in different solvents and the information therefrom is used to calibrate the current measurement.
  • infrared spectroscopy it is advantageous to use infrared spectroscopy for measurements on the production water.
  • a so-called calibration has to be carried out for the implementation, which relates the spectral IR data obtained to the production parameters or properties of the measurement object.
  • the application of infrared spectroscopy in this industrial area provides new possibilities for the development of online and in-line measurement and control systems for process control, quality assurance and process optimization.
  • the separation of the groups of substances is easy to do and provides reference data in the shortest possible time, which have an impact on the spectral data, since they are directly linked to the concentrations of a specific molecular group.
  • Reference data for the calibration of spectral data can be provided with little expenditure of time and personnel.
  • a very large number of Samples are examined.
  • the results appear in the spectra in the form of the concentrations of the molecular groups and are thus linked, for example, in infrared spectra in the form of the Lambert-Beer law.
  • the user is able to carry out this analysis in a simply equipped industrial laboratory. This enables him to carry out calibrations himself and to react quickly to changes in production parameters, for example by using a new type of wood.
  • the analysis is carried out as follows: A sufficient amount of an organic solvent is added to a defined amount of the process water. As a result of the different solubilities of the components contained, precipitation occurs at predetermined ratios of the water and the organic solvent, which are separated from the filtrate using chemical analysis methods, such as, for example, centrifugation, decantation. Both the precipitates and the filtrate are evaporated and their masses determined gravitationally. The concentrations of the components in the starting solution are then deduced from the known volumes of the starting solution.
  • the inventive step consists in determining the concentrations of groups of substances with different ratios of polar and non-polar groups in production waters of the woodworking industry as a reference method for spectroscopic measurements.
  • the relatively simple composition of these waters is used, which largely consist of organic components.
  • Organic molecules have a different proportion of polar (eg OH group) and non-polar (eg aromatic system) molecular residues, which determine their solution properties to a decisive degree. See literature reference / 2 / and / 3 /. Exemplary embodiments are described on the basis of schematic figures:
  • FIG. 1 shows an illustration of the thermo-mechanical digestion process of wood using the example of the production of fiberboard
  • FIG. 2 shows an illustration of the solubility behavior of molecules with differently polar and non-polar residues depending on the polarity of the solvent used
  • FIG. 3 shows the beginning of the precipitation of glucose of different concentrations depending on the volume ratio of acetone to water
  • FIG. 4 shows a representation of the procedure for analyzing the white water during the thermo-mechanical digestion of wood for fiber board production
  • FIG. 5 shows the upper one Figure shows the concentrations of the filtrate and the precipitation of 6 samples of the process under consideration, determined with the reference methods above; in the lower picture the representation of the production parameters, varies according to a test plan, when sampling,
  • Figure 6 shows the result of the PLS calibration to predict the concentration of the filtrate in the white water with the help of NIR spectra
  • FIG. 7 shows the comparison of the ATR spectra of the starting solution, the precipitate and the filtrate for the qualitative evaluation of the separation process used
  • FIG. 8 shows the principal result of the thin-layer chromatography of the starting solution, the precipitate and the filtrate.
  • the above picture shows a typical thermo-mechanical pulping of wood using the production of fiberboard as an example.
  • the goal in this specific application is to optimize the production process of fiberboard by using an infrared sensor at the measuring point, M ⁇ , which determines, for example, concentrations of substance groups in the white water.
  • M ⁇ the measuring point
  • Corresponding calibration models could, for example, supply the lignin content in the white water, which can then be achieved chemically
  • thermoelectric separation method for the analysis of production water in thermo
  • the invention provides reference data for IR measurement for concentrations of substance groups in production water during thermo-mechanical wood digestion after the components have been quantitatively separated according to their solubility in different solvents for calibration.
  • the inventive step consists in determining the concentrations of groups of substances with different ratios of polar and non-polar groups in production waters of the woodworking industry as a reference method for spectroscopic measurements.
  • the relatively simple composition of these waters, which largely consist of organic components, is used.
  • Organic molecules have a different proportion of polar (e.g. OH group) and non-polar (e.g. aromatic system) molecular residues, which determine their solution properties to a decisive degree. See literature reference 12 / and / 3 /.
  • Mainly monomeric and polymeric sugars are contained with a predominant proportion of polar groups, but also components that have both polar and non-polar groups in their molecular structure (e.g. bonds between the "wood glue” lignin and the sugars).
  • This different molecular structure causes the different solubility of the respective components in different solvents.
  • Substances with predominantly polar groups dissolve well in water, but not in organic solvents such as Acetone or ether.
  • complete solubility only occurs with certain mixtures of the solvent. See Fig. 2
  • the example of glucose shows the different solubility depending on the water / acetone ratio. 3 shows the dependence of the solubility of monomeric glucose on the volume ratio of acetone / water at different concentrations. The start of the precipitation of the glucose in the form of the turbidity of the solution was chosen as the measure.
  • Fig. 1 Wood is broken down by a thermo-mechanical process in a refiner, the wood fibers are suspended in water and then sieved. The pressing process then causes the wood fibers to be felted and glued into sheets, which are characterized by appropriate quality parameters (eg flexural strength).
  • quality parameters eg flexural strength
  • the vibrations of the primary, secondary and tertiary OH groups which occur in the range from 1000 cm -1 to 1150 cm -1 (these are mainly assigned to the monomeric and polymeric sugars contained), mainly occur in the spectra of the precipitation ,
  • Fig. 8 shows schematically the result of this analysis that a substance contained in the starting solution is missing in the precipitate and is completely present in the filtrate.

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Abstract

Verfahren zur Überwachung von thermo-mechanischen Holzaufschlussprozessen, bei dem die Konzentrationen von in Produktionswässern enthaltenen Stoffgruppen mit unterschiedlichen Verhältnissen polarer und unpolarer Gruppen mittels quantitativer Trennung durch den Einsatz unterschiedlicher Lösungsmittel bestimmt wird und diese Konzentrationen als Referenz für spektroskopische Messverfahren an den Prozesswässern verwendet werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überwachung von thermo-mechanischen Holzauf- schlussprozessen
Die Kontrolle und Steuerung von Produktionsprozessen unter Nutzung des thermo-mechanischen Holzaufschlusses stellen ein großes Anwendungspotential neuer Sensorkonzepte dar. Gegenwärtig werden häufig nur Off-Line - Messungen der jeweiligen Messobjekte, wie Kontrolle und Bewertung der Rohstoffe, Untersuchung der anfallenden Produktionswässer, Eigenschaften der Produkte oder ähnliches durchgeführt, die einen hohen finanziellen und zeitlichen Aufwand erfordern. Die Messergebnisse liegen meist mit einer großen zeitlichen Retardierung vor, so dass ein Einfluss auf den betrachteten Produktions- prozess nicht mehr möglich ist.
In Figur 1 wird ein typischer thermo-mechanischer Aufschluss von Holz nach dem Stand der Technik dargestellt. Die im Stand der Technik angegebenen Lösungen der holzverarbeitenden Industrie werden meist durch Off-Line - Messungen im Industrielabor hinsichtlich weniger Messgrößen untersucht, die z.B. für die Abwasserreinigung (Phenolgehalt, Trockensubstanz) bedeutsam sind. Sie ermöglichen jedoch meist keine Kontrolle und Steuerung der Produktionsprozesse. Diese Messgrößen haben zudem oftmals keine Auswirkung auf beispielsweise spektrale Daten und sind damit prinzipiell zur Prozessführung nicht verwendbar, oder es würde auf dieser Basis viel Zeit erfordern und wäre mit enormen finanziellen Aufwendungen verbun- den. Häufig müssen die Analysen in einem externen Labor zugekauft werden, so dass der Anwender nicht in der Lage ist, Ka- librationsmodelle selbst zu optimieren oder bei sich verändernden Produktionsparametern eigene selbst zu erstellen. Dies mindert das potentielle Kaufinteresse für ein solches Mess- und Regelsystem. Das Ziel der Erfindung ist die Optimierung des Produktionsprozesses von thermomechanischem Zellstoff.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch den Gegenstand des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.
Die Erfindung stellt Referenzdaten zur Messung für Konzentrationen von Stoffgruppen in Produktionswässern beim thermo- mechanischen Holzaufschluss zur Verfügung, nachdem eine quantitative Trennung der Komponenten entsprechend deren Löslichkeit in unterschiedlichen Lösungsmitteln erfolgt und die In- formationen daraus zur Kalibrierung der aktuellen Messung verwendet werden.
Es ist vorteilhaft für die Messungen an den Produktionswässern die Infrarot-Spektroskopie einzusetzen. Jedoch ist zur Implementierung eine sogenannte Kalibration durchzuführen, die die erhaltenen spektralen IR - Daten in Beziehung zu den Produktionsparametern oder Eigenschaften des Messobjektes setzen. Die Applikation der Infrarot - Spektroskopie in diesem Industriebereich stellt neue Möglichkeiten der Entwick- lung von On-und In-Line Mess- und Regelsystemen zur Prozesskontrolle, der Qualitätssicherung und von Prozess - Optimierungen zur Verfügung.
Die Trennung der Stoffgruppen ist einfach durchzuführen und stellt in kürzester Zeit Referenzdaten bereit, die Auswirkungen auf die spektralen Daten haben, da sie direkt mit den Konzentrationen einer bestimmten Molekelgruppe verknüpft sind.
Die Vorteile des quantitativen Trennverfahrens sind: Mit geringen zeitlichem und personelle Aufwand können Referenzdaten zur Kalibration spektraler Daten bereitgestellt werden. In sehr kurzer Zeit kann eine sehr große Zahl von Proben untersucht werden. Die Ergebnisse treten in den Spektren in Form der Konzentrationen der Molekülgruppen auf und sind somit z.B. in Infrarot-Spektren in Form des Lambert- Beer schen-Gesetzes verknüpft. Der Anwender ist in der Lage, diese Analyse in einem nur einfach ausgerüsteten Industrielabor durchzuführen. Damit kann er Kalibrationen selbst vornehmen und schnell auf Änderungen der Produktionsparameter, beispielsweise durch den Einsatz einer neuen Holzsorte, reagieren.
Zur Analyse wird folgendermaßen vorgegangen: Einer definierten Menge des Prozesswassers wird ein organisches Lösungsmittel hinreichender Menge zugegeben. Infolge der unterschiedlichen Löslichkeiten der enthaltenen Komponen- ten kommt es zu Ausfällungen bei vorbestimmten Verhältnissen des Wassers und des organischen Lösungsmittels, die mit Analysenmethoden der Chemie, wie beispielsweise Zentrifugierung, Dekantierung, vom Filtrat getrennt werden. Sowohl die Niederschläge, als auch das Filtrat werden eingedampft und deren Massen gravi etrisch bestimmt. Aus den bekannten Volumen der Ausgangslösung wird dann auf die Konzentrationen der Komponenten in der Ausgangslösung gefolgert.
Der erfinderische Schritt besteht in der Bestimmung der Kon- zentrationen von Stoffgruppen mit unterschiedlichen Verhältnissen polarer und unpolarer Gruppen in Produktionswässern der holzverarbeitenden Industrie als Referenzmethode spektroskopischer Messungen. Dabei wird die relativ einfache Zusammensetzung dieser Wässer ausgenutzt, die zum Großteil aus or- ganischen Bestandteilen bestehen. Organische Moleküle besitzen einen unterschiedlichen Anteil polarer (z.B. OH - Gruppe) und unpolarer (z.B. Aromatsystem) Molekülreste, die in entscheidendem Maße deren Lösungseigenschaften bestimmen. Siehe Literaturstelle /2/ und /3/. Anhand von schematischen Figuren werden Ausführungsbeispiele beschrieben:
Figur 1 zeigt eine Darstellung des thermo-mechanischen Auf- Schlussprozesses von Holz am Beispiel der Produktion von Faserplatten, Figur 2 zeigt eine Darstellung des Löslichkeitsverhaltens von Molekülen mit unterschiedlich polaren und unpolaren Resten in Abhängigkeit der Polarität des ver- wendeten Lösungsmittels,
Figur 3 zeigt den Beginn der Ausfällung von Glucose verschiedener Konzentrationen in Abhängigkeit des Volumenverhältnisses Aceton zu Wasser, Figur 4 zeigt eine Darstellung der Vorgehensweise der Ana- lyse des Siebwassers beim thermo-mechanischen Auf- schluss von Holz zur Faserplattenproduktion, Figur 5 zeigt, im oberen Bild die Konzentrationen des Filt- rates und des Niederschlages von 6 Proben des betrachteten Prozesses, ermittelt mit den obigen Re- ferenzverfahren; im unteren Bild die Darstellung der Produktionsparameter, variiert entsprechend eines Versuchsplanes, bei der Probennahme, Figur 6 zeigt das Ergebnis der PLS - Kalibrierung zur Vorhersage der Konzentration des Filtrates im Siebwas- ser mit Hilfe von NIR - Spektren,
Figur 7 zeigt den Vergleich der ATR - Spektren der Ausgangslösung, des Niederschlages und des Filtrates zur qualitativen Bewertung des eingesetzten Trennverfahrens, Figur 8 zeigt eine Darstellung des prinzipiellen Ergebnisses der Dünnschicht-Chromatographie der Ausgangslösung, des Niederschlages und des Filtrates.
Die Applikation der Infrarot - Spektroskopie in diesem Industriebereich stellt neue Möglichkeiten der Entwicklung von On - und In - Line Mess- und Regelsystemen zur Prozesskon- trolle, der Qualitätssicherung und von Prozess - Optimierungen zur Verfügung. Jedoch muss zur Implementierung eine sogenannte Kalibration durchgeführt werden, die die erhaltenen spektralen IR - Daten in Beziehung zu den Produktionsparame- tern oder Eigenschaften des Messobjektes setzen. Dies erfordert eine Analyse des betrachteten Messobjektes, die im folgenden als Referenzverfahren bezeichnet wird und quantitative Werte zur Verfügung stellt, mit denen eine Kalibration durchgeführt werden kann. Für eine Nutzung dieser Technik ist ein entscheidendes Kriterium für den Anwender, dass das Referenzverfahren schnell, zuverlässig und mit vertretbarem Aufwand im Industrielabor durchgeführt werden kann.
Obiges Bild zeigt am Beispiel der Produktion von Faserplatten einen typischen thermo-mechanischen Aufschluss von Holz. Ziel in dieser konkreten Anwendung ist die Optimierung des Produktionsprozesses von Faserplatten, indem am Messpunkt ,MΛ eine Infrarot - Sensorik eingesetzt wird, die z.B. Konzentrationen von Stoffgruppen im anfallenden Siebwasser bestimmt. Entspre- chende Kalibrationsmodelle könnten z.B. den Gehalt an Lignin im Siebwasser liefern, das dann durch entsprechende chemisch
- biologische Verfahren zur Verklebung der Fasern aktiviert wird. Hierdurch könnte der Einsatz von zusätzlichen Harz minimiert und damit eine Produktionsoptimierung erzielt werden. Zur Erstellung der Kalibrationen zwischen den Spektren und einem Referenzverfahren können chemometrische Verfahren (PCR, PLS, neuronale Netze, etc.) eingesetzt werden /l/.
Diese Erfindung stellt eine einfache und reproduzierbare Trennmethode zur Analyse von Produktionswässern beim thermo
- mechanischen Holzaufschlussverfahren bereit, deren Ergebnisse in Form von Konzentrationen unterschiedlicher Stoffgruppen als Referenz für spektroskopische Messverfahren verwendet werden können.
Da der Einsatz der Spektroskopie bis zum bisherigen Zeitpunkt nicht erfolgte, war die Notwendigkeit einer entsprechenden Referenzanalytik, die in der Lage ist, die obigen Anforderungen zu erfüllen, nicht vorhanden.
Die Erfindung stellt Referenzdaten zur IR-Messung für Konzentrationen von Stoffgruppen in Produktionswässern beim thermo-mechanischen Holzaufschluss zur Verfügung, nachdem eine quantitative Trennung der Komponenten entsprechend deren Löslichkeit in unterschiedlichen Lösungsmitteln zur Kalibrierung erfolgt ist.
Der erfinderische Schritt besteht in der Bestimmung der Konzentrationen von Stoffgruppen mit unterschiedlichen Verhältnissen polarer und unpolarer Gruppen in Produktionswässern der holzverarbeitenden Industrie als Referenzmethode spektro- skopischer Messungen. Dabei wird die relativ einfache Zusammensetzung dieser Wässer ausgenutzt, die zum Großteil aus organischen Bestandteilen bestehen. Organische Moleküle besitzen einen unterschiedlichen Anteil polarer (z.B. OH - Gruppe) und unpolarer (z.B. Aromatsystem) Molekülreste, die in ent- scheidendem Maße deren Lösungseigenschaften bestimmen. Siehe Literaturstelle 12/ und /3/.
Hauptsächlich sind monomere- und polymere Zucker mit einem überwiegenden Anteil polarer Gruppen enthalten, aber auch Komponenten, die sowohl polare, als auch unpolare Gruppen in deren Molekülstruktur aufweisen (z.B. Bindungen zwischen dem "Holzklebstoff" Lignin und den Zuckern) . Dieser unterschiedliche Molekelaufbau bedingt die verschiedene Löslichkeit der jeweiligen Komponenten in unterschiedlichen Lösungsmitteln. Stoffe mit überwiegend polaren Gruppen lösen sich gut in Wasser, jedoch nicht in organischen Lösungsmitteln wie z.B. Ace- ton oder Ether. Für Moleküle mit gemischten Anteilen tritt eine vollständige Löslichkeit erst bei bestimmten Mischungen des Lösungsmittels auf. Siehe hierzu Fig. 2
Am Beispiel der Glucose wird die unterschiedliche Löslichkeit in Abhängigkeit des Wasser / Aceton - Verhältnisses gezeigt. Fig. 3 stellt die Abhängigkeit der Löslichkeit monomerer Glu- cose vom Volumenverhältnis Aceton / Wasser bei verschiedenen Konzentrationen dar. Als Maß wurde der Beginn der Ausfällung der Glucose in Form der Trübung der Lösung gewählt.
Man erkennt, dass ab einem gewissen Verhältnis der beiden Lösungsmittel das Löslichkeitsprodukt erreicht wird und die Glucose beginnt auszufallen. Der Punkt hängt dabei von der Konzentration der Lösung ab. Dies bedeutet auch, dass für ein annähernd vollständiges Ausfällen der enthaltenen Glucose, Aceton im Überschuss zugegeben werden muss. Damit muss ein Analysenverfahren auch hinsichtlich der Wahl der Lösungsmittelverhältnisse optimiert werden. Man kann dieses Verfahren auch stufenweise anwenden, indem die Niederschläge bei mehreren Stufen unterschiedlicher Polaritäten des Lösungsmittels bestimmt werden.
Im angeführten Beispiel wird das Ergebnis der Analyse von Laugen dargestellt, die während der Produktion von Faserplat- ten als sogenanntes Siebwasser anfallen. Das Prinzip des Herstellungsprozesses ist in Fig. 1 dargestellt. Holz wird durch einen thermo-mechanischen Prozess in einem Refiner aufgeschlossen, die Holzfasern in Wasser aufgeschwemmt und anschließend abgesiebt. Durch den Pressvorgang erfolgt dann die Verfilzung und Verklebung der Holzfasern zu Platten, die durch entsprechende Qualitätsparameter (z.B. Biegefestigkeit) charakterisiert werden. Ziel ist die Entwicklung eines On-Li- ne - Messverfahrens, dass eine Kontrolle der Produktion der Faserplatten ermöglicht, indem NIR - spektroskopische Messun- gen am anfallenden Siebwasser am Messpunkt ,MΛ erfolgen.
Im Rahmen der Untersuchungen wurde dazu die obige Referenzanalyse für diese Wässer angewendet, die eine Kalibration zwischen den erhaltenen Spektren und den Daten der Referenzanalyse ermöglicht. Zudem sind durch die Referenzdaten leich- tere Schlussfolgerungen auf die Signifikanz von Stellgrößen des Produktionsprozesses (Aufschlussgrad des Holzes, Holzart, etc.) in Bezug auf deren Auswirkung auf die Zusammensetzung des Siebwassers möglich. Die Analyse der Wässer erfolgte in 2 Stufen, deren Ablauf in Fig. 3 dargestellt ist. Einer definierten Probenmenge wurde ein entsprechende Menge Aceton zugefügt. Dabei kommt es zu der oben beschriebenen Fällungsreaktion. Nach dem Dekantieren werden der Niederschlag und das Filtrat eingedampft und die Massen gravimetrisch bestimmt.
In Fig. 5 ist das Ergebnis der Analyse von sechs Siebwasser- proben dargestellt, die im Rahmen eines Versuchsplanes obigem Produktionsprozess entnommen wurden. Gleichzeitig wurden die zugehörigen NIR-Spektren im Spektralbereich von 1200 nm - 2400 nm in Transmission gemessen.
Fig. 5 zeigt die ermittelten Konzentrationen des Filtrates und des Niederschlages während der Änderung der Prozessparameter SFC (Maß für den Aufschlussgrad des Holzes im Refiner) und der Holzart. Die Konzentration des Filtrates nimmt im Verlaufes des Versuches ab, hingegen zeigt die des Nieder- Schlages ein Maximum, dass durch einen hohen Aufschlussgrad erzeugt werden kann.
Aus Fig. 5 geht zudem hervor, dass direkte Korrelationen zu den Prozessparametern SFC und Holzart nicht gegeben sind, da die Messungen des Siebwassers z.B. durch Verdünnungseffekte beeinflusst werden.
Fig. 6 zeigt am Beispiel des Filtrates, dass die ermittelte Konzentration im Spektrum wiedergefunden werden kann. Dazu wurde eine CROSS-Validierung der Spektren mit den Konzentra- tionen des Filtrates durchgeführt. Als Kalibrationsmethode wurde das in der Chemometrie breit angewendete PLS (Partial - Least - Squares ) verwendet. Siehe hierzu Literaturstellen /4/ und /5/.
Qualitative Betrachtung der Trennmethode:
Fig. 7 zeigt die Analyse der Ausgangslösung, des Filtrates und des Niederschlages mittels MIR (mittleres Infrarot) - Spektroskopie. Dargestellt ist das Fingerprintgebiet von 600 cm-1 bis 1800 cm-1 Wellenzahl, in dem die charakteristischen Schwingungen von Molekülgruppen auftreten. Dabei wurde nachgewiesen, dass im Niederschlag die Molekül-Gruppe der Schwin- gung bei 1515 cm-1, die mit der charakteristischen Schwingung des unpolaren Aromaten identifiziert werden kann, vollständig entfernt wurde. Dies bedeutet, dass eine vollständige Trennung hinsichtlich dieser Molekülgruppe mit dem oben beschriebenen Trennverfahren erreicht werden konnte. Zudem treten die Schwingungen der primären, sekundären und tertiären OH-Grup- pen, die im Bereich von 1000 cm-1 - 1150 cm-1 auftreten (diese werden vorwiegend den enthaltenen monomeren und polymeren Zuckern zugeordnet) , hauptsächlich in den Spektren des Niederschlages auf.
Mittels Dünnschichtchromatographie /6/ konnte ebenfalls der Nachweis erbracht werden, dass eine Auftrennung von Komponenten des Siebwassers erfolgt. Fig. 8 zeigt schematisch das Ergebnis dieser Analyse, dass eine in der Ausgangslösung enthaltene Substanz im Niederschlag fehlt und vollständig im Filtrat vorhanden ist.
Zusammenfassung der Ergebnisse der Anwendung der beschriebenen Trennmethode als Referenz für die Erstellung von Kalibra- tionsmodellen:
Am Beispiel der NIR-Spektroskopie von Produktionswässern konnte die Anwendbarkeit der oben beschriebenen Trennmethode gezeigt werden. Die Analyse ist einfach durchzuführen und erfordert einen minimalen apparativen Aufwand. Die Ergebnisse liegen in kurzer Zeit mit hinreichender Genauigkeit vor und können mit den spektralen Daten korreliert werden, d.h. es können Kalibrationsmodelle erstellt werden. Das komplexe Stoffgemisch der organischen Komponenten kann mittels der NIR-Spektroskopie beurteilt werden. Literaturliste :
11/ Chemometrie, M. Otto, Weinheim: VCH, 1997 /2/ Einführung in die organische Chemie, F. Klages, 3. Auf- läge, Walter de Gruyter
/3/ Wasser - Struktur und Dynamik, M. Klose, J.I. Naberu- chin, Akademie - Verlag Berlin 1986 /AI Partial Least Squares Regression: A Tutorial; P. Geladi, B.R. Kowalski; Analytica Chimia Acta, 185 (1986) 1-17 /5/ CROSS - Validatory Estimation of the Number of Compo- nents in Factor and Principal Components Models, S. Wold; Technometrics, Volo.20, No. 4, November 1978 /6/ Analytische Chemie, G. Schwedt, Georg Thieme Stuttgart New York, 1995

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung von thermo-mechanischen Holzaufschlußprozessen, bei dem die Konzentrationen von in Produktionswässern enthaltenen Stoffgruppen mit unterschiedlichen Verhältnissen polarer und unpolarer Gruppen mittels quantitativer Trennung durch den Einsatz unterschiedlicher Lösungmittel bestimmt wird und diese Konzentrationen als Referenz für spektroskopische Messver- fahren an den Prozesswässern verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die spektroskopischen Messverfahren im infraroten Wellenlängenbereich geschieht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem im nahen (NIR) oder im mittleren (MIR) infraroten Wellenlängenbereich gearbeitet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Konzentrationen der Stoffgruppen in den Prozesswässern in einem Modell zur Vorhersage der Produktqualität verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Faserplattenherstellung überwacht wird.
PCT/DE2001/003126 2000-08-22 2001-08-16 Verfahren zur überwachung von thermo-mechanischen holzaufschlussprozessen WO2002016692A1 (de)

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