Устройство и способ характеристики твердого вещества, присутствующего в жидкостях
Настоящее изобретение относится к устройству, системе и способу измерения липкости вещества, такого как целлюлозная масса, с датчиком, работающим в режиме он-лайн или встроенным, имеющим прозрачную пластину с поверхностью, к которой могут прикрепляться липкие частицы. Прикрепившиеся частицы идентифицируют с помощью фотокамеры, расположенной позади пластины. Камера сфокусирована на определении стационарных частиц, прикрепленных к поверхности. Измерение проводят непосредственно из технологического потока или из бокового потока, при этом пластина не нуждается в извлечении из процесса для измерения. Материалом пластины может быть пластмасса, такая как поликарбонат или акриловый пластик. Кроме того, скорость потока может поддерживаться низкой, например менее 0,1 м/с, в положении измерения и/или может существовать застойная точка потока в месте измерения или рядом с ним, где скорость потока приближается к нулю. Техническим результатом является непрерывное определение осаждаемости твердых частиц по мере их прохождения через производственный процесс. 7 н. и 28 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для измерения осаждаемости, например, склонности к осаждению на поверхностях, твердого вещества, присутствующего в жидкостях. Способ и устройство особенно хорошо подходят для измерения осаждаемости твердых загрязнений водных жидкостей, содержащих такие твердые вещества, как целлюлозные волокна. Способ и устройство могут быть осуществлены, например, при работе в режиме он-лайн, например, из боковой фракции подаваемого вещества, или в виде встроенного измерения из основного потока вещества.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Зачастую важно знать о склонности твердого вещества, присутствующего в жидкости, содержащей твердое вещество, осаждаться на поверхностях. Это может также рассматриваться, как осаждаемость вещества, то есть относительная склонность твердых частиц вещества осаждаться на поверхностях. Кроме того, иногда это истолковывается как липкость или налипаемость или осаждаемость вещества. Это особенно важно для бумажной промышленности, а также для некоторых других химических производственных процессов или систем, содержащих жидкости с твердыми частицами, как, например, охлаждающая вода. В частности, обычно важно знать или оценивать осаждаемость твердых частиц или твердых загрязнений, присутствующих в жидкости, в особенности, в веществе на водной основе. Это имеет место в случае процессов производства бумаги или картона. Осаждаемость твердых частиц может быть охарактеризована, например, количеством осаждающихся частиц на поверхности во время измерения, размером осаждающихся частиц, количеством осаждающихся частиц определенной размерной группы, площадью измеряемой поверхности, покрытой осаждающимися частицами или комбинацией этого. Осаждающиеся частицы часто имеют гидрофобную природу.
Липкие вещества представляют собой различные адгезивы, поступающие в бумажное производство с рециклированными волокнами. Это могут быть, например, термоплавкие клеи, клеи, склеивающие при надавливании, оболочечные клеи, контактные клеи, адгезивные покрытия для бумаги и/или связующие для типографской краски. Липкие вещества образуются или поступают из бумаги или картона вторичной переработки. Типичные композиции липких веществ представляют собой или включают в себя, например: акрилаты, поливинилацетаты и/или латексы либо любой полимерный материал, присутствующий в рециклированном волокне. Помимо этого липкость может вызвать древесный пек, поступающий из механической или химической целлюлозы. Липкие вещества налипают на устройства бумагоделательных машин, гидропланки, цилиндры и каландровые валы. В других отраслях промышленности водные потоки, содержащие осаждающиеся, зачастую гидрофобные твердые частицы, также могут приводить к проблемам в ходе процесса.
Значительная часть липких частиц вещества может быть удалена механически при обработке рециклированного волокна в размольно-подготовительных отделах или на установках ОКТ (англ. ОСС) (англ. old corrugated containers - отработанная картонная тара). Все остальные липкие вещества могут регулироваться химическими способами. Например, поверхности липких частиц могут быть пассивированы с помощью химического реагента, делающего ее менее липкой. Липкие частицы могут сохранять небольшие размеры с помощью диспергирующих реагентов или они могут прикрепляться к поверхностям волокон с помощью фиксирующих или удерживающих реагентов. Таким образом, важно знать, насколько липкой является целлюлозная масса, чтобы регулировать, ручным способом и/или автоматически, процессы и химические добавки для уменьшения или смягчения липких веществ, включая выбор химических реагентов.
Склонность к осаждению липких веществ часто оценивают описанием липкости таких веществ. Существующие способы определения липкости таких веществ или частиц, включающие в себя испытания методом пластинок и испытания с помощью аэрации, требуют отбора образцов из технологического процесса. Существует несколько стандартизированных способов измерения липких макрочастиц: метод TAPPI Т277 (TAPPI 1999), метод No. 4 INGEDE (International Association of the Deinking Industry - Международной ассоциации компаний по очистке бумаги от краски) и метод в соответствии с Международной организацией по стандартизации (ISO), основанный на отборе и либо визуальном контроле (ISO 15360-1:2000), либо анализе изображений (ISO 15360-2:2001). Эти или несколько отличающиеся другие способы широко используют в промышленности и исследованиях.
Большинство лабораторных методов, измеряющих количество липких макровеществ, основаны либо на отливке листа вручную, либо на процеживании целлюлозной массы через щели размером 100 или 150 мкм. Такие предварительные обработки сопровождаются окрашиванием липких веществ, фона или того и другого для создания большего контраста между фоном и липкими веществами. После этого липкие вещества оценивают количественно в виде площади (мм2/кг) или в виде количества липких веществ на кг сухой целлюлозной массы. Хотя может существовать хорошая корреляция между липкими макровеществами, проанализированными с помощью анализа изображения, и отходами сортировки, проанализированными с помощью DCM экстракции, и количественной оценкой липких веществ с помощью FTIR (англ. Fourier transform infrared spectroscopy - инфракрасная спектроскопия на основе преобразования Фурье), измерение липких макровеществ не всегда коррелируется с проблемой осаждений на бумагоделательных машинах.
В современных методах определения склонности к осаждению на поверхностях твердых веществ, присутствующих в жидкостях, существуют значительные ограничения. Например, никакой из существующих методов не позволяет осуществлять непрерывное определение осаждаемости твердых частиц по мере их по мере их прохождения через производственный процесс. Таким образом, существует потребность в способе или устройстве, которые позволили бы определять осаждаемость твердых частиц непрерывно, в частности, в режиме он-лайн.
Еще одно ограничение современных методов определения осаждаемости твердых частиц, присутствующих в жидкости, заключается в том, что технологический поток, подлежащий измерению непрерывно или в режиме он-лайн, должен быть фракционирован перед измерением. То есть твердые загрязнения, подлежащие анализу, перед измерением должны быть отделены от образца.
Еще одно ограничение современных методов оценки осаждаемости вещества заключается в необходимости извлечения образца из производственного процесса. Способ извлечения образца, или в случае испытания методом пластинок, извлечения пластинки, подвергшейся воздействию вещества, и транспортировки образца для дистанционного тестирования требует дополнительных ресурсов и времени для определения липкости. Это не только неэффективно в целом, но это также может означать, что в течение времени, прошедшего между отбором образцов и испытанием, через зону образца проходит нежелательное количество некачественного вещества. Одно или несколько из упомянутых выше ограничений присутствуют в существующих измерительных приборах и способах измерения осаждаемости твердых загрязнений в системах целлюлозно-бумажного производства.
Различные технологические процессы и вещества требуют различных степеней точности и временных интервалов для определения липкости или осаждаемости вещества. Таким образом, существует необходимость в устройстве или датчике, способных определять осаждаемость жидких веществ быстро и без извлечения измерительной пластины для дистанционного анализа.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства, позволяющих определять характеристику осаждаемости твердого вещества, присутствующего в жидкости, в частности, в водных веществах. Целью некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства для определения в режиме он-лайн осаждаемости твердых частиц, присутствующих в жидкости, в частности, в водном веществе, в частности, в технологическом потоке или в части технологического потока. Целью некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства для встроенного измерения водного вещества, содержащего твердое вещество.
Определение характеристики осаждения вещества основано на измерениях осаждений на поверхности из по меньшей мере части объема вещества. Осаждения, такие как, например, частицы, волокна или липкие вещества, присутствующие на поверхности осаждения и способные захватываться устройством формирования изображений во время измерения обеспечивают основу для определения характеристик осаждения твердых частиц.
Цель настоящего изобретения достигается посредством нового устройства для определения осаждаемости твердого вещества по пункту 1, системы для определения осаждаемости твердого вещества по пункту 15, способа измерения осаждаемости твердого вещества, присутствующего в жидкости, по пункту 24, или посредством использования устройства по любому из пунктов с 1 по 14 или 23, системы по любому из пунктов с 15 по 23 или способа по любому из пунктов с 24 по 42 для регулирования дозирования химического реагента в процесс.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения особенно хорошо подходят для определения характеристик осаждения веществ в системах целлюлозно-бумажного производства. Такие вещества включают в себя, например: целлюлозные массы, суспензии целлюлозы, водные суспензии волокон и/или частиц, техническую воду, оборотную воду и тому подобное. Например, некоторые варианты осуществления используются при определении характеристической величины облагороженной макулатурной массы на основе смешанного канцелярского мусора, газетной макулатуры и/или журнальной макулатуры. Другие сорта рециклированноого волокна, такие как отработанная картонная тара или смешанные отходы типа целлюлозных масс, также хорошо подходят для таких определений. Некоторые варианты осуществления также хорошо подходят для определения осаждаемости древесного пека, происходящего из механической или химической целлюлозы или других типов целлюлозных масс. При определении осаждаемости требуемого вещества исходное вещество может быть сначала разбавлено, например, добавлением соответствующего количества жидкости или другого вещества, после чего измененное вещество пропускают через измерительное устройство. Измерение или признаки, основанные на измерении измененного вещества, могут быть использованы непосредственно для определения осаждаемости исходного вещества, или они могут быть использованы в сочетании с известными качественными характеристиками разбавляющего вещества для получения величины осаждаемости исходного вещества. Аналогично, исходное вещество или часть исходного вещества могут быть сконцентрированы перед измерением. Вещество, исходное или разбавленное, может также частично содержать воздух, такой как газ.
Содержание воды в измеряемом технологическом потоке, как правило, превышает 90%.
Некоторые варианты осуществления описаны здесь в виде устройства, включающего в себя камеру, расположенную таким образом, что вещество, для которого определяют осаждаемость, может проходить сквозь нее. Вещество, подразумеваемое в качестве образца, поступает в измерительную камеру, при этом образец зачастую включает в себя жидкость, в частности, жидкость на водной основе, и твердое вещество. Многообразие подходящих типов веществ можно оценить на основании приведенного ниже подробного описания. Твердое вещество может включать в себя твердое вещество, считающееся загрязняющим веществом (например, липкие вещества), в особенности, твердые загрязняющие вещества, и другой твердый материал (например, волокна, минеральные пигменты). Загрязняющее твердое вещество может быть частично растворимым. Однако во время измерения загрязняющие твердые вещества имеют твердую форму. Камера также включает в себя прозрачную часть, с которой по меньшей мере некоторая часть вещества контактирует при прохождении через камеру. По мере того как вещество контактирует с прозрачной частью, частицы твердого вещества могут, по меньшей мере временно, осаждаться на прозрачную часть. Осаждение может быть химическим или механическим. В большинстве случаев осаждение имеет в большей степени химическую природу. Устройство, формирующее изображение, располагают для осмотра осажденных частиц на прозрачной части так, чтобы можно было определить осаждаемость вещества или образца.
Устройство, система и способ согласно изобретению особенно хорошо подходят для жидких веществ, содержащих другое твердое вещество помимо осаждаемого твердого вещества. Предпочтительно, другое твердое вещество содержит волокна.
Согласно некоторым вариантам осуществления, датчик располагают как датчик встроенного типа по отношению к технологическому потоку вещества, например, через встроенный датчик пропускают полный поток вещества из технологического потока.
Согласно некоторым вариантам осуществления, датчик располагают как датчик встроенного типа по отношению к технологическому потоку, который может также рассматриваться как расположенный для работы в режиме он-лайн по отношению к боковому потоку, отходящему из технологического потока. Например, отбирают образец из основного технологического потока, непрерывно или периодически, и направляют через его боковой поток. Устройство согласно изобретению размещают в боковом потоке. Указанный датчик располагают непосредственно в линии бокового потока. Боковой поток проходит через измерительную камеру. Боковой поток течет непосредственно через датчик, что позволяет осуществлять непрерывное измерение липкости в режиме он-лайн. Согласно некоторым вариантам осуществления, расход через датчик регулируют так, чтобы он был небольшим в положении измерения. Согласно некоторым вариантам осуществления, поток устанавливают так, чтобы существовала точка торможения потока, чтобы скорость потока в точке измерения или рядом с ней приближалась к нулю. Согласно некоторым примерам, скорость потока может быть или устанавливается такой, чтобы при подходе к месту формирования изображения она составляла менее 0,1 м/с или, в частности, менее 0,03 м/с.
Во время формирования изображения захватываются одно или несколько изображений осажденных частиц. Как правило, данные изображений, полученных во время формирования изображения, анализируют с помощью анализа изображений.
Согласно некоторым вариантам осуществления, поверхность может периодически очищаться с помощью душевой установки. Орошающий поток может быть потоком сжатого воздуха, воды, очищающей жидкости или их смеси. Кроме того, период формирования изображений может составлять между интервалами очистки от 1 с до 10 часов, в частности, от 10 минут до 5 часов. Согласно некоторым вариантам осуществления, период формирования изображений может составлять между интервалами очистки от 1 с до 2 часов, в частности, от 10 с до 2 часов или, в частности, от 1 минуты до 30 минут.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На Фиг. 1A показано устройство, работающее в режиме он-лайн, подключенное к основному потоку или к боковому потоку.
На Фиг. 1B показано в разрезе устройство, работающее в режиме он-лайн с Фиг. 1A.
На Фиг. 2A изображено Т-образное проточное устройство.
На Фиг. 2B показано в разрезе устройство с Фиг. 2A.
На Фиг. 3 показан вариант осуществления устройства, находящегося внутри технологического потока.
На Фиг. 4 показан встроенный вариант осуществления, расположенный непосредственно внутри трубопровода.
На Фиг. 5 показан вариант осуществления устройства с камерой, имеющей нестандартную геометрическую форму.
На Фиг. 6 приведены данные анализа изображений одного из вариантов осуществления. Количество осажденных частиц в зависимости от времени представлено для двух категорий размеров частиц при использовании целлюлозной массы, содержащей 65% облагороженной макулатурной массы.
На Фиг. 7 приведены данные анализа изображений одного из вариантов осуществления. Относительная площадь осажденных частиц от общей площади осаждения в зависимости от времени представлена для двух категорий размеров частиц при использовании целлюлозной массы, содержащей 65% облагороженной макулатурной массы.
На Фиг. 8 приведены данные анализа изображений одного из вариантов осуществления. Количество осажденных частиц в зависимости от времени представлено для двух категорий размеров частиц при использовании сначала целлюлозной массы, содержащей 65% облагороженной макулатурной массы, с последующей заменой на 100% крафт-целлюлозу.
На Фиг. 9 приведены данные анализа изображений одного из вариантов осуществления. Количество осажденных частиц в зависимости от времени представлено для двух категорий размеров частиц при использовании сначала целлюлозной массы, содержащей 65% облагороженной макулатурной массы, с последующей заменой на 100% крафт-целлюлозу.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вариант осуществления 10 настоящего изобретения изображен на Фиг. 1A и 1B. Устройство согласно данному варианту осуществления содержит камеру 12, которая включает в себя внутреннее пространство 13 и верхнюю часть 14 с двумя светоизлучающими диодами 15, над которой размещено устройство 16, формирующее изображение, и трубопровод 17.
Поток 18 вещества подают через трубопровод 17 в камеру 12. Камера 12 на Фиг. 1A показана в продольном расположении. Труба 17 может быть главным трубопроводом технологического процесса либо может быть вспомогательной трубой бокового потока другого основного потока. Камера 12 включает в себя внутреннее пространство 13, через которое проходит поток. На рисунках внутреннее пространство изображено в виде прямоугольника, имеющего большее поперечное сечение по сравнению с входной трубой и выпускной трубой 17. Геометрическая форма камеры 12 и внутреннего пространства 13 может быть похожей на кювету, может значительно отличаться и не ограничивается прямоугольником. Кроме того, поперечное сечение камеры 12 и/или внутреннего пространства 13 может быть такого же размера, приблизительно такого же размера или больше, чем входная и выпускная трубы. Могут быть использованы различные геометрические формы в зависимости от требуемых условий эксплуатации. Стенки камеры, окружающие внутреннее пространство, могут, согласно некоторым вариантам осуществления, окружать лишь частично внутреннее пространство, вследствие чего внутреннее пространство может быть, например, открытым каналом.
Согласно варианту осуществления Фиг. 1A и 1B, площадь поперечного сечения потока увеличивается, когда поток 17 вещества поступает во внутреннее пространство 13 камеры из входной трубы 18. Таким образом, расширение трубы 18 до большего поперечного сечения камеры 12 обеспечивает средство снижения скорости потока жидкого вещества, по меньшей мере, вблизи области изображения.
По меньшей мере часть верхней части 14 камеры 12 является прозрачной/светопроницаемой и/или по существу свободной, так что по меньшей мере часть материала, проходящего через датчик, может захватываться устройством 16, формирующим изображение. Прозрачная часть камеры 12 может быть изготовлена из акрила, поликарбоната, пластмассы, стекла или любого другого подходящего прозрачного материала, как описано выше. Прозрачность в данном контексте означает, что свет может проходить через прозрачный материал. Поверхность прозрачного материала, подвергнутая воздействию содержимого внутреннего пространства, то есть поверхность осаждения, должна быть способна накапливать частицы в течение по меньшей мере кратковременного промежутка времени из потока вещества. Хотя на рисунках показано, что лишь верхняя часть 14 камеры 12 является прозрачной, любая другая часть камеры может быть прозрачной, например, ее стороны или дно, и/или одна или несколько дополнительных частей камеры могут быть изготовлены из такого же или аналогичного прозрачного материала. Кроме того, может быть один или несколько дополнительных слоев/материалов между устройством, формирующим изображение, и верхней частью 14, которые должны быть по меньшей мере частично прозрачными/светопроницаемыми или иным способом не полностью заслоняющими устройство, формирующее изображение, во время формирования изображения.
На Фиг. 1A и 1B камера 12 изображена в виде прямоугольника, имеющего прямоугольное внутреннее пространство 13 и прозрачную верхнюю часть 14, закрывающую всю верхнюю часть внутреннего пространства. Над верхней прозрачной частью 14 размещено устройство 16, формирующее изображение. Устройство 16, формирующее изображение, расположено таким образом, что может непрерывно или дискретно фокусироваться через прозрачную часть на или рядом с поверхностью внутри камеры, то есть на поверхности или на некотором расстоянии около поверхности к внутреннему пространству. Зону фокусировки камеры регулируют до расстояния 0-300 мкм от прозрачной поверхности, предпочтительно, 0-150 мкм, более предпочтительно, 0-30 мкм. Устройство 16, формирующее изображение, располагают так, чтобы оно было способно непрерывно или дискретно фокусироваться на внутренней части верхней прозрачной части 14, то есть на или рядом с поверхностью прозрачной части, лицевой стороной к внутреннему пространству. Для того, чтобы через прозрачный материал, например, на внутреннюю поверхность прозрачного материала, сфокусировать много устройств, формирующих изображение, таких как фотокамера, материал должен иметь большую толщину. Необходимую толщину прозрачного материала 14 определяют на основании устройства, формирующего изображение, характеристик применяемых линз, соединенных с устройством, формирующим изображение, и материала слоя 14. Однако устройство, формирующее изображение, должно быть способно непрерывно и/или дискретно отслеживать любые частицы, осаждающиеся на поверхность осаждения, внутреннюю поверхность верхней прозрачной части 14.
Или же, прозрачная часть 14 может быть обеспечена в другом месте, отличном от верхней части устройства, например, в нижней части камеры. Осаждение частиц на поверхности прозрачной части обусловлено другими силами, отличными от сил гравитации.
Устройство 16, формирующее изображение, должно иметь разрешение, позволяющее измерять требуемые размеры налипших частиц, подлежащих подсчету. Во многих областях применения, например, в бумажной промышленности, фотокамера, имеющая разрешающую способность изображения приблизительно от 0,7 мкм/пиксель до 20 мкм/пиксель, предпочтительно, от 1 до 10 мкм/пиксель, предпочтительно, от 1,5 до 5 мкм/пиксель, позволяет определять частицы, имеющие размеры свыше 2 мкм, что достаточно для многих областей применения. Однако разрешение и выбор устройства, формирующего изображение, при необходимости может варьироваться.
Наличие верхней прозрачной части 14 соответствующей толщины и без искривления способствует формированию изображений частиц, осажденных на внутреннюю поверхность прозрачной части 14. Внутренняя поверхность прозрачной части обращена к внутреннему пространству. По этой причине во многих ситуациях может быть использован плоский, прямоугольный кусок прозрачного материала, имеющий постоянную толщину и расположенный по существу перпендикулярно к устройству, формирующему изображение. Аналогично, в некоторых ситуациях может быть предпочтительно наличие поверхности осаждения прозрачной части 14, находящейся на постоянном расстоянии от устройства 16, формирующего изображение. Кроме того, хотя прозрачная часть 14 показана как закрывающая всю верхнюю часть внутреннего пространства 13, для получения изображения надлежащего качества достаточно лишь прозрачной части 14. Вследствие этого необходимо, чтобы лишь часть поверхности камеры, обращенная к устройству, формирующему изображение, была прозрачной, например, в виде окна. Другие геометрические формы и расположения могут быть могут быть осуществлены без отклонения от объема настоящего изобретения.
Внутри, на и/или вблизи камеры могут быть расположены одно или несколько осветительных устройств, помогающих формированию изображения. На Фиг. 1B показаны два светоизлучающих диода (СИД, англ. LED, Light Emitting Diodes) (LED) 15, размещенных внутри прозрачного слоя 14. Один или несколько СИД (англ. LED), размещенных внутри прозрачного материала, могут быть использованы для освещения всей части материала, позволяя легко получать изображение внутренней поверхности. СИД (англ. LED) также могут быть расположены на внешней или внутренней поверхностях прозрачного материала 14. Для получения требуемого освещения для устройства, формирующего изображение, могут быть использованы и другие источники освещения, такие как традиционные лампы накаливания, галогеновые лампы, органические СИД (англ. LED), лазеры и другие известные источники освещения. Освещение может быть непрерывным или дискретным.
Кроме того, одна или, кроме того, одна или несколько дополнительных поверхностей камеры могут быть изготовлены частично или полностью из прозрачного или полупрозрачного материала. Такие поверхности могут содержать осветительные элементы и/или могут пропускать через себя свет, чтобы обеспечить освещение для устройства, формирующего изображение. Например, поверхность, противоположная устройству, формирующему изображение, и прозрачная поверхность 14 могут быть прозрачными и пропускать свет для эффективного освещения частиц, налипающих на прозрачную поверхность 14.
Вариант осуществления 20 настоящего изобретения выполнен Т-образной формы (см. Фиг. 2A и 2B). Устройство согласно этому варианту осуществления содержит камеру 21, которая включает в себя внутреннее пространство 22, имеющее прозрачную часть 23. За пределами верхней прозрачной части 23 расположено устройство 25, формирующее изображение. В прозрачной части 23 также может присутствовать один или несколько осветительных элементов 24. Напротив прозрачной части 24 расположено устройство/трубопровод 26 для подачи вещества. Для отвода вещества из камеры 21 предусмотрены трубопроводы 28 по обе стороны камеры. Камера также оборудована линией 31 подачи промывочной жидкости и линией 32 продувки воздухом.
Подаваемое вещество 27 проходит через трубопровод 26 в камеру 21 и покидает камеру 21 в виде материала 29 через трубопроводы 28 по обе стороны камеры. Аналогично варианту осуществления 10, камера 21 включает в себя внутреннее пространство 22, имеющее прозрачную часть 23. За пределами верхней прозрачной части 23 расположено устройство 25, формирующее изображение, способное улавливать изображение частиц, осаждающихся на поверхность осаждения, например, на внутреннюю поверхность, находящуюся в условиях воздействия содержимого внутреннего пространства 22, прозрачной части 23.
В варианте осуществления 20 прозрачная часть 23 расположена напротив устройства 26 для подачи вещества. При таком расположении, когда вещество 27 поступает во внутреннее пространство 22 и вытесняется через левый и правый трубопроводы 28, оно образует зону 34, где поток находится или почти приближается к застойной зоне, имеющей, по меньшей мере временно, скорость подачи потока, равную или близкую к 0 м/с. Устройство 25, формирующее изображение, расположено так, чтобы была видна по меньшей мере часть, и зачастую - большая часть, или вся поверхность прозрачной части 23 вблизи застойной зоны 34. Аналогично варианту осуществления 10, в этом случае также может присутствовать один или несколько осветительных элементов 24.
Согласно варианту осуществления Фиг. 2A и 2B, поток 27, поступающий во внутреннее пространство 22 через входную трубу 26, подразделяется на два выходящих потока 29. Разделение потока на два выходящих потока может позволить снизить скорость потока жидкого вещества в пределах внутреннего пространства камеры по меньшей мере вблизи области изображения.
Согласно варианту осуществления Фиг. 2A и 2B, площадь поперечного сечения увеличивается, когда поток вещества 27 поступает во внутреннее пространство 22 камеры 21 из входной трубы 26. Вследствие этого расширение трубы 26 до большего поперечного сечения внутреннего пространства 22 обеспечивает средства для снижения скорости потока жидкого вещества во внутреннем пространстве по меньшей мере вблизи зоны изображения. На входе во внутреннее пространство или выходе из камеры скорость потока может превышать скорость потока, возникающую в зоне изображения. Согласно некоторым вариантам осуществления, типичные скорости потока на входе или выходе составляют менее 0,5 м/с.
Из-за образования застойной зоны 34 в Т-образном варианте осуществления 20 зачастую бывает необходимо промывать камеру сильной струей жидкости для удаления время от времени осадившихся частиц. По этой причине камеру 22 в данном варианте осуществления оборудуют линией 31 подачи промывочной жидкости и линией 32 продувки воздухом. При необходимости промывки камеры или по меньшей мере поверхности осаждения поток вещества сокращают, и для промывки камеры используют смесь воздуха, например, сжатого воздуха, и жидкости, например, воды из процесса производства бумаги, из линий 31 и 32. Смытое вещество может быть затем удалено из камеры через трубопроводы 28 или с сырьем 27 либо с помощью специального трубопровода для промывки (не показан).
Хотя изображены отдельные линии подачи жидкости и воздуха, 31 и 32, для промывки системы, для промывки камеры могут быть использованы альтернативные элементы. Например, через одну линию могут подаваться жидкость и газ или только одно вещество для промывки камеры. Жидкость может быть водой, химически обработанной водой, химическим веществом или практически любым известным веществом, способным промыть камеру. Другие способы очистки внутренней поверхности прозрачного слоя 23, например, механические средства, такие как скребок, могут быть использованы вместе или вместо промывки. В силу вышесказанного, очистка может осуществляться в присутствии или в отсутствии потока 27 веществ.
Хотя вариант осуществления 20 изображен в виде "Т" и имеет входные и выходные трубопроводы, расположенные под прямым углом, угол врезания загрузочного отверстия 26 и/или угол выхода выходных устройств 28 могут быть отличны от прямых углов. Кроме того, может быть одно или больше двух выходных устройств. Выходное отверстие может быть расположено так, чтобы занимать постоянно 360 градусов вокруг области изображения за счет размещения другой камеры для сбора выходящего потока. Геометрическая форма и характеристики камеры и внутреннего пространства могут варьироваться, как обсуждалось выше применительно к варианту осуществления 10.
На Фиг. 3 показан вариант осуществления 40 системы, использующей устройство в режиме он-лайн, с расположением в боковом потоке. Линия 41 подачи основного вещества имеет линию 43 бокового потока, который регулируют с помощью регулировочного средства 42, например, вентиля. При необходимости определения липкости подаваемого вещества регулировочное средство 42 позволяет в течение некоторого времени по меньшей мере часть подаваемого вещества направлять через линию 43. Вещество, подаваемое из линии 43, далее поступает в сенсорную камеру 44, где определяют осаждаемость подаваемого вещества. Камера 44 может быть любой камерой, такой как описана выше и изображена на Фиг. 3 в виде “T”-образного расположения аналогично варианту осуществления 20 Фиг. 2A и 2B.
Частицы из подаваемого вещества налипают или осаждаются на прозрачной части камеры 44 и регистрируются с помощью устройства 46, формирующего изображение. Устройство 46, формирующее изображение, присоединено к ЦП (англ. CPU, central processing unit - центральному процессору) 48. Изображения из устройства, формирующего изображение, может непрерывно или избирательно храниться в памяти или быть доступно с помощью, ЦП (англ. CPU) 48. ЦП (англ. CPU) 48 содержит программное обеспечение на машиночитаемом носителе, таком как жесткий диск или съемный энергозависимый или энергонезависимый носитель, способное анализировать данные изображений с устройства, формирующего изображение, для определения осаждаемости подаваемого вещества. ЦП (англ. CPU) 48 может быть любым известным вычислительным средством, таким как PC (англ. Personal Computer), MAC (англ. Macintosh), сервер, облачный сервер, процессор, КПК (англ. PDA, Personal Digital Assistant - карманный персональный компьютер), часть устройства, формирующего изображение, сама по себе, и тому подобное. Устройство, формирующее изображение, может иметь разрешение, позволяющее улавливать частицы размером менее 50 мкм, или, в частности, менее 5 мкм, или в некоторых случаях менее 150 мкм или менее 100 мкм.
Определение осаждаемости вещества основано на измерении осаждений из по меньшей мере части или объема вещества. В частности, устройство и способ согласно изобретению позволяют осуществлять определение осаждаемости без фракционирования вещества или образца. Осаждения, такие как, например, гидрофобные частицы, липкие вещества, пек, адгезивы, поступающие из бумажного брака с покрытием, или другие частицы, присутствующие на поверхности осаждения и регистрируемые с помощью устройства формирования изображений во время измерения, создают основу для определения характеристик осаждения вещества.
Вычислительное программирование позволяет определять характеристики и/или качество на основании захваченных изображений. Например, оно позволяет заставить процессор выполнять стадию подсчета количества частиц, присутствующих в изображении, посредством любых известных способов распознавания изображений. Например, программа может рассчитать среднее значение, исходя из нескольких изображений, или может сравнить несколько изображений, чтобы исключить из результата неприкрепленные частицы. Грязь, накапливающаяся в системе формирования изображений, может быть удалена из результатов путем пренебрежения частицами, присутствовавшими на изображениях до начала конкретного измерения.
Помимо подсчета количества частиц вычислительное программирование может быть использовано для определения размера каждой частицы и/или групп частиц. Кроме того, вычислительное программирование может быть использовано для определения процента площади, покрытой осаждениями или определенным видом и/или размером осаждений. В некоторые моменты, например, перед определением, может быть проведена обработка данных для определения предопределенного или программного уровня яркости и/или эталонного изображения, с которым сравнивают измеряемые изображение или изображения. Любая из этих величин или любая их комбинация могут быть использованы отдельно или в качестве основы для определения осаждаемости образца вещества, измененного вещества или исходного вещества.
Величиной, характеризующей осаждаемость вещества, может быть, например, общее количество частиц, среднее количество частиц, процент площади покрытой поверхности, средняя шкала яркостей изображения, цвет или продукт, согласно алгоритму, принятому для расчета одной или нескольких из указанных в качестве примера величин. Алгоритм может также осуществлять классификацию частиц, позволяющую идентифицировать, например, липкие вещества, частицы краски, неорганические отложения, пек, волокна, пигменты, пузырьки воздуха и микробиологическую слизь. Классификация может быть основана, например, на форме, размере и цвете. Величины, используемые для характеристики осаждаемости лучшим способом, могут зависеть, например, от размера или типа частиц в образце. Средний специалист в данной области сможет оценить многочисленные характеристики и количественные параметры, достигаемые при использовании устройств, описанных в данном контексте, не отклоняющиеся от объема настоящего изобретения.
Величины, полученные на основании измерений, описывающие частицы, проанализированные с поверхности осаждения, могут использоваться как таковые либо применительно, например, к общему содержанию твердых частиц в веществе. При определении величины характеристики требуемого вещества исходное вещество может быть сначала разбавлено, например, добавлением соответствующего количества жидкости или другого вещества, после чего измененное вещество пропускают через воспринимающее устройство. Измеренная качественная характеристика измененного вещества может быть использована непосредственно для определения относительной величины характеристики исходного вещества или может быть использована в комбинации с известными качественными характеристиками разбавляющего вещества для получения величины характеристики исходного вещество. Аналогично, исходное вещество или часть исходного вещества могут быть сконцентрированы перед измерением.
Устройство может работать в периодическом или непрерывном режиме.
Если устройство работает в периодическом режиме, количества дискретных частиц изображений могут быть получены и храниться, позволяя программировать определение дискретной величины осаждаемости для вещества в изображении в определенный момент времени. Если датчик работает в непрерывном режиме, или режиме он-лайн, способ дальнейшего изменения или относительного изменения частиц в изображениях в течение определенного периода времени может быть использован для определения относительной осаждаемости вещества по сравнению с нормой или с веществом в предшествующий момент времени. Эта величина может быть индикационной или использоваться для определения показателя плотности подаваемого потока вещества в течение одного или нескольких периодов времени. Согласно одному из вариантов осуществления, частицы могут характеризоваться по площади, которую они занимают, шкале яркости и/или цвету. Помимо этого, в качестве измеряемой величины может использоваться общая площадь, покрытая осадившимися частицами. Кроме того, средняя шкала яркости изображения может быть использована в качестве измеряемой величины.
В варианте осуществления с использованием непрерывного режима скорость накопления осаждающихся частиц может быть следующей. В варианте осуществления с использованием непрерывного режима осаждающиеся частицы могут отслеживаться без (остановок для) промывки или очистки датчика или его поверхности. Для выявления общего количества осадившихся частиц важно обнаруживать неподвижные частицы. Движущимися частицами можно пренебречь, рассматривая шкалу яркости или цветовую шкалу средних картинок из нескольких картинок или отслеживая только частицы, проявляющиеся в одном и том же месте на последующих картинках. Исходя из картинок, на которых отсутствуют движущиеся частицы, осадившиеся частицы определяют, например, с помощью пороговой фильтрации или с помощью более современных средств анализа изображений. Пороговые значения могут быть выбраны в зависимости от обстоятельств. Вместо этого также могут быть использованы и другие методики обнаружения частиц. Обнаруженные частицы классифицируют и, например, пересчитывают. Накопление или скорость накопления осаждений могут контролироваться в любые подходящие периоды времени, согласно некоторым вариантам осуществления, в более длительные периоды времени, например, от 1 до 24 часов, предпочтительно, от 2 до 8 часов. Поток внутри датчика направлен беспорядочно, что может осаждать частицы на поверхность быстрее или может даже высвобождать частицы с поверхности. Вследствие этого часто рекомендуются более длительные периоды отслеживания. Для отслеживания накопления или скорости накопления осадившихся частиц может быть вычислен, например, угловой коэффициент кривой количества частиц или общая площадь осадившихся частиц. Эти величины могут быть рассчитаны, например, для общей численности частиц или для каждого класса размеров частиц.
Вещество, подаваемое из камеры, выходит через один или несколько выпускных трубопроводов 45. В варианте осуществления, аналогичном осуществлению 20 и камере 44, показанной на Фиг. 3, могут быть предусмотрены средства 47 для промывки, используемые для промывки камеры сильной струей жидкости и/или для очистки изображенной поверхности камеры. При работе в периодическом режиме промывка в большинстве случаев будет проводиться, когда подаваемый поток вещества приостанавливается. В варианте осуществления средство для промывки представляет собой жидкость и/или газ, подаваемые через линию 47, после этого промывное вещество может покидать камеру через трубопровод (трубопроводы) 45 и отводиться в линию 52 отходов через контрольный вентиль 51. Подаваемое вещество, отбираемое из основного потока 41 через боковой цикл, может либо вновь возвращаться в основной поток через регулирующий вентиль 49, либо может возвращаться обратно в любую часть процесса и/или может выбрасываться через трубопровод для сточных вод 52.
Боковой цикл, такой как описан применительно к Фиг. 3, может содержать дополнительные вентили, регуляторы, трубопроводы, один или несколько насосов, и/или дополнительные датчики. Кроме того, основная линия 41 может содержать дополнительное устройство согласно настоящему изобретению. Например, там может присутствовать встроенное устройство или датчик, такие как описаны применительно к варианту осуществления 10, перед регулирующим вентилем 42. Если встроенный датчик регистрирует относительное изменение липкости вещества, то часть потока может сразу же отводиться в боковой цикл для более подробного и точного анализа в режиме он-лайн.
Датчики или устройства и системы и способы, такие как описаны в данном контексте, могут быть особенно полезны для целлюлозно-бумажной и картонной промышленности. Например, они могут быть использованы при тестировании целлюлозной массы из смешанного канцелярского мусора (СКМ (англ. MOW)), смешанных отходов (СО (англ. MXW)), облагороженной макулатурной массы (ОММ (англ. DIP)), целлюлозной массы из старых газет (ЦМСГ (англ. ONP)), целлюлозной массы из старой журнальной бумаги (СЖБ (англ. OMG)), целлюлозной массы из отработанной картонной тары (ОКТ (англ. ОСС)), дефибрерной древесной массы (ДФДМ (англ. GW)), термомеханической целлюлозы (ТМЦ (англ. ТМР)), беленой химической термомеханической массы (БХТММ (англ. ВСТМР)), покрытого бумажного брака и других типов целлюлозы или любых смесей, содержащих их. Типичное содержание твердого вещества, например, целлюлозы, может составлять от 0,3 до 12%. Это типичная концентрация между сборником-аккумулятором массы и бумагоделательной машиной. Иногда концентрация может составлять от 0,1 до 12%, например, в машинах для изготовления папиросной бумаги. Это также является приемлемой рабочей областью для измерений. Для датчика бокового потока предпочтительно содержание твердых веществ менее 4%. Анализируемая целлюлозная масса может быть в ее первоначальной, обработанной, обрабатывающейся или разбавленной форме. Измерение может быть выполнено также из оборотной воды или из фильтрата приготовления бумажной массы, процессов варки целлюлозы, процессов изготовления бумаги или картона. В этом случае содержание твердых частиц обычно составляет менее 1%. Предпочтительной точкой измерений может быть короткая петля бумагоделательной машины, где осаждения легко вырастают до значительных размеров.
Измерительное устройства также позволяет оценивать влияние агентов, реагентов и других химических веществ, например, пассивирующих агентов, диспергирующих агентов, поверхностно-активных веществ и фиксаторов на осаждаемость таких целлюлозных масс. Химический реагент может быть использован для уменьшения количества упомянутых выше осаждений, измеряемых с помощью устройства согласно изобретению. Информация, полученная при измерении, может быть использована для регулирования дозирования химического реагента (реагентов) для достижения достаточно низкой склонности к осаждению при минимальном или оптимальном расходе реагентов. Регулирование дозирования химического реагента может быть осуществлено также с помощью системы контроля, основанной на результате измерений, полученных при помощи устройства. Управление может быть каскадным, с прямой связью или любым другим доступным алгоритмом управления.
В системе, такой как описана на Фиг. 3, водопровод (не показан) может добавлять воду в линию 43 отводимого потока перед или на входе в камеру 44 для разбавления подаваемого вещества до требуемой концентрации. Устройство для измерения концентрации может быть установлено в одном или нескольких местах внутри цикла для определения начальной и/или отрегулированной концентрации подаваемого вещества. В таком варианте осуществления отведенное и разбавленное вещество не будет, скорее всего, возвращаться в основную линию. Таким образом, вентиль 49 и связанная с ним линия, присоединяющая цикл обратно к основной линии 41, могут быть изъяты. Например, СКМ ОММ (англ. MOW DIP), имеющая концентрацию 5%, предпочтительно, 4,8%, в основной линии, может проверяться как таковая либо может быть разбавлена. Например, в системе, такой как описана применительно к Фиг. 3, осаждаемость СКМ ОММ (англ. MOW DIP) желательно проверять дискретно с равными интервалами. В течение 1,5 часов осаждаемость проверяют 8 раз. В определенное или заданное время регулирующий вентиль 42 открыт, позволяя целлюлозной массе из основной линии поступать в боковой цикл по линии 43. Целлюлозная масса в линии 43 может сначала проходить через датчик, измеряющий ее концентрацию.
Затем целлюлозная масса поступает в камеру 44 и в этот момент в нее может быть добавлена вода, например, водопроводная вода при температуре 50°C, для разбавления подаваемой массы до концентрации 2%. Концентрация разбавленной подаваемой массы может быть измерена снова перед попаданием в камеру 44. Затем веществу позволяют течь в течение, например, заданных 5 минут, чтобы дать возможность липкому материалу осадиться на акриловую пластину камеры 44. По истечении этого времени в течение второго периода времени происходит формирование изображения, например, в течение заданных 2 минут. Вещество может течь во время формирования изображений, или оно может быть уже остановлено. После завершения формирования изображения регулирующий вентиль 42 дросселирует или полностью блокирует поток из основной линии 41 в боковой цикл, если это еще не было сделано. Затем подаваемое вещество либо возвращают в основную линию 41, либо отводят в линию 52 сброса.
По истечении периода формирования изображений с помощью промывочного средства промывают камеру и/или очищают акриловую пластину камеры 44. Данные, полученные во время периода формирования изображений, отправляются или, посылаемые в режиме реального времени, хранятся и/или сразу анализируются ЦП (англ. CPU) 48. Затем изображение анализируют для определения, например, количества, размера и/или гранулометрического состава осадившихся частиц с помощью одного или нескольких изображений, захваченных в период формирования изображений. Если в период формирования изображений получают многократные изображения, особенно если поток присутствует во время формирования изображений, результаты, полученные для одного или нескольких изображений, могут быть усреднены и для определения липкости используют усредненные данные.
Камера может быть также открыта в технологический поток, обеспечивая в таком случае встроенное измерение. Одна из функций камеры может заключаться в уменьшении скорости потока в точке, где липкие частицы или частицы, имеющие склонность осаждаться на поверхность, могут прикрепляться или осаждаться по меньшей мере в течение некоторого времени, формируя изображение на поверхности, при этом остальной поток не будет сметать частицы до того, как они будут измерены. Однако, в особенности в случаях, когда скорость потока не является предметом исследования, может потребоваться камера для замедления подаваемой массы. В любом случае, вместо действительной камеры часть линии, трубы или трубопровода, такого как главный питательный трубопровод, может содержать прозрачную часть и располагаться таким образом, как описано в данном контексте. Соответственно, входом сырья будет символическая часть трубопровода перед прозрачной частью, а выходом сырья - символическая часть трубопровода после прозрачной части. Секция трубопровода между указанными символическими частями будет представлять собой камеру. Как таковое, пространство внутри указанной определенной камеры будет представлять собой внутреннее пространство.
Примером такого варианта осуществления является изображенный на Фиг. 4 вариант осуществления 60. Данный вариант осуществления включает трубопровод 61, вставку 63, некоторая часть которой вдается в трубопровод, которая содержит прозрачную часть 64, причем вставка может слегка выступать за прозрачную часть, образуя выступ 67, при этом устройство 65, формирующее изображение, расположено по отношению к прозрачной части 64, как описано выше, а также средство 66 очистки.
Трубопровод 61, который может быть, например, главным питательным трубопроводом, содержащим целлюлозную массу, обычно имеет неограниченное течение потока 62 вещества. Часть трубопровода заменена прозрачным материалом 64. Прозрачная часть 64 может образовывать часть внутренней и наружной поверхностей трубопровода (не показано), так что трубопровод в остальной части является неизмененным. В примере осуществления, изображенном на Фиг. 4, имеется вставка 63, некоторая часть которой вдается в трубопровод. Вставка содержит прозрачную часть 64. Кроме того, вставка может слегка выступать за прозрачную часть. Этот выступ 67 может быть использован для создания требуемого, и во многих случаях минимального, нарушения режима течения потока 62 вещества вокруг прозрачной части 64. Выступ 67 может также действовать для локального замедления скорости потока в трубопроводе. Так, например, выступ 67 может обеспечивать средство снижения скорости потока жидкого вещества по меньшей мере вблизи области изображения. Такое нарушение может облегчить осаждение частиц, а также предотвратить смывание осадившихся частиц главным потоком 62. Предполагается, что осаждающиеся частицы прикрепляются к поверхности осаждения. В некоторых случаях частицы могут механически осаждаться на поверхность или вблизи поверхности в пределах фокуса изображения.
Кроме того, средство 66 очистки показано в выдвинутом состоянии. Средство 66 очистки может включать в себя форсунку, которая может распылять вещество, такое как воздух/вода и/или химическое соединение, на экспонируемую поверхность прозрачной части для очистки поверхности осаждения от осаждающихся частиц. Средство 66 для очистки может находиться в фиксированном положении, однако средство очистки может также втягиваться, так что оно не будет прерывать поток 62, и вытягиваться при необходимости очистки указанной поверхности прозрачной части. Другое средство очистки, способное счищать присоединившиеся частицы с поверхности, такое как средство, описанное применительно к средствам смывки, или другое средство, также могут быть использованы.
На Фиг. 5 показан еще один вариант осуществления 70 настоящего изобретения. Данный вариант осуществления содержит камеру 71, которая имеет входной трубопровод 72 и выпускной трубопровод 73 при линейном расположении аналогично варианту осуществления 10. Камера 71 имеет выемку 74, расположенную перед прозрачной частью 75. Напротив прозрачной части 75 располагается устройство 77, формирующее изображение. Кроме того, вокруг устройства, формирующего изображение, и снаружи от прозрачной части 75 расположены несколько осветительных устройств 78. Кроме того, вторая прозрачная часть 76 находится напротив прозрачной части 75 с источником света 79, предназначенным для эффективной задней подсветки прозрачной части 75 и изображения, захваченного устройством 77, формирующим изображение. Также данный вариант осуществления включает средство очистки 81.
Как показано пунктирными линиями, наличие выемки приводит к нарушению потока через камеру и облегчает осаждение и измерение частиц. Вместо выемки может быть использована любая форма сужения поперечного сечения. Такое возмущение потока может создать зону турбулентного движения в или вокруг прозрачной части. Для создания такого эффекта могут быть использованы различные расположения и геометрические формы впадин и препятствий, размещенных внутри камеры. Сужение камеры также может создать точку покоя потока, что может ускорить осаждение частиц на поверхности, так как после сужения площадь поперечного сечения потока снова возрастает.
Устройство 77, формирующее изображение, предназначено для захвата через прозрачную часть частиц, осадившихся на прозрачную часть 75. Устройство 77, формирующее изображение, сфокусировано на поверхности устройства, на котором формируется изображение (на поверхности осаждения), или предпочтительно находится на расстоянии до 150 мкм, предпочтительно, до 100 мкм от поверхности осаждения в направлении внутреннего пространства, в частности, от 0 до 50 мкм. Устройство, формирующее изображение, расположено снаружи от внутреннего пространства для создания изображений через прозрачную поверхность. Аналогично, на Фиг. 5 показано средство очистки 81 в бесконтактном убранном положении.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
Облагороженную макулатурную массу на основе смешанного канцелярского мусора (СКМ-ОММ (англ. MOW-DIP)) и неочищенную от краски макулатурную массу, содержащую 50% газетной макулатуры и 50% старой журнальной бумаги (ЦМСГ-СЖБ (англ. ONP-OMG)), используют в качестве опытных целлюлозных масс. СКМ-ОММ (англ. MOW-DIP) также обрабатывали с помощью известного реагента, снижающего клейкость, содержащего поливиниловый спирт.
Содержание экстрактивных веществ в целлюлозных массах определяли гравиметрически с помощью экстракции лиофилизированных образцов целлюлозной массы тетрагидрофураном (ТГФ (англ. THF)) перед испытаниями. Долю полимерной фракции в общем экстракте определяли с помощью жидкостной хроматографии с эксклюзионной колонкой (ВЭЖХ-ЭХ (англ. HPLC-SEC)). Результаты вычисляли в виде мг/г сухой целлюлозы.
В качестве измерительного устройства использовали Т-образную кювету. Кювету, то есть зону изображения, изготавливали из акрилового пластика. Подачу целлюлозной массы организовывали путем циркулирования целлюлозной массы из рециклированного волокна через кювету при концентрации 2% в петле насосных ходов с емкостью для хранения объемом 50 л. Скорость потока на выходе из кюветы составляла приблизительно 0,1 м/с. Кювету промывали водой 8 раз в течение одного часа работы. После каждого цикла промывки поддерживали поток в течение 5 минут, чтобы позволить липкому материалу из целлюлозных масс осадиться на акриловую пластину. Таким образом, период формирования изображения составлял 5 минут. В конце периода формирования изображений получали одно изображение.
Фотокамера для формирования изображений в режиме он-лайн была установлена выше крышки кюветы. Формирование изображений повторяли по 5-8 раз для каждого образца целлюлозной массы, прозрачную пластину очищали между повторами. После этого вычисляли среднее количество частиц на изображении в точке измерения. Разрешающая способность составляла 2 мкм/пиксель, а зона изображения составляла приблизительно 2 см × 1,5 см. Помимо этого, осуществляли горизонтальное освещение с помощью светодиодных модулей.
Результаты, приведенные выше в Таблице 1, показывают, что с помощью использования метода формирования изображений можно оценить твердые загрязнения образца целлюлозы и образца, для которого загрязнения не были отделены перед измерениями. Кроме того, можно оценить влияние химических реагентов на липкость образцов. Как можно отчетливо видеть из сравнения между обработанными и необработанными СКМ-ОММ (англ. MOW-DIP), уменьшитель липкости (пассивирующий химический реагент, содержащий 9% поливинилового спирта в водном растворе) уменьшает количество осажденных частиц, как и ожидалось. Кроме того, ЦМСГ (англ. ONP)/СЖБ (англ. OMG), которая имела большее количество экстрактивных веществ и липких веществ, показала значительно большее среднее количество осажденных частиц на изображение. Это демонстрирует, что метод формирования изображений представляет собой быстрый способ эффективного определения относительной осаждаемости веществ.
Согласно одному из вариантов осуществления, представлен способ измерения осаждаемости твердого вещества, присутствующего в жидкости. Способ включает в себя следующие стадии: обеспечение контакта по меньшей мере части потока вещества с поверхностью прозрачной части камеры, обращенной во внутреннее пространство камеры, в течение первого периода времени, при этом указанная прозрачная часть камеры имеет устройство, формирующее изображение, расположенное так, чтобы захватывать изображения частиц, осажденных на доступную внутреннюю поверхность при контакте с потоком вещества; захвата одного или нескольких изображений частиц, осажденных на указанную поверхность прозрачной части камеры; анализа указанного одного или нескольких изображений для определения величины для указанного твердого вещества и/или указанного жидкого вещества на основании, по меньшей мере частично, захваченного изображения, при этом указанная величина является относительной или индикационной величиной осаждаемости, общим количеством изображенных частиц, количеством частиц, осаждающихся на поверхность во время измерения, средним количеством частиц, усредненным по заданной поверхности и/или интервалу времени, количеству изображений, процентом площади покрытой поверхности, размером осаждающихся частиц, количеством осаждающихся частиц определенной размерной группы, площадью поверхности измерений, покрытой осаждающимися частицами, уровнем яркости по серой шкале и/или цветом изображенных частиц, или любой комбинацией из указанных.
Согласно одному из вариантов осуществления, представлено устройство для определения осаждаемости твердого вещества. Устройство включает в себя камеру, имеющую внутреннее пространство, при этом указанная камера имеет по меньшей мере одну прозрачную часть, и по меньшей мере один вход в камеру для жидкого вещества и по меньшей мере один выход из камеры для жидкого вещества, и устройство, формирующее изображение, расположенное так, чтобы захватывать изображения пространства в пределах внутреннего пространства и/или по меньшей мере части поверхности прозрачной части камеры, при этом указанная поверхность подвергается воздействию содержимого внутреннего пространства камеры.
Примеры и варианты осуществления, описанные в данном контексте, предназначены для того, чтобы помочь проиллюстрировать настоящее изобретение и не имеют значения ограничивающих примеров. Многочисленные изменения и комбинации элементов из конкретных вариантов осуществления и примеров, раскрытых в данном контексте, могут быть успешно выполнены средним специалистом в данной области без отклонения от объема настоящего изобретения. Кроме того, изменения, такие как: геометрическая форма, конструкция, расположение и размеры камеры и/или различные устройства формирования изображений и/или процессорные устройства и методики, известные специалистам в данной области, но не раскрытые в данном контексте, могут быть сделаны без отклонения от объема изобретения.
Пример 2а
Целлюлозную смесь, содержащую 65% смешанного канцелярского мусора (содержащего липкие вещества рециклированного волокна) на основе облагороженной макулатурной массы (СКМ-ОММ (англ. MOW-DIP)) и 35% крафт-целлюлозы, использовали в качестве опытной целлюлозы (см. Фиг. 6 и 7). Использованная крафт-целлюлоза не содержала липких веществ. Испытание проводили с использованием промышленной бумагоделательной машины, производящей туалетную бумагу. В качестве измерительной камеры использовали Т-образную кювету. Кювета, и тем самым, зона изображения, были изготовлены из акрилового пластика. Густую массу с бумагоделательной машины направляли в боковой поток, разбавляли и подавали непрерывно через измерительную камеру. Скорость потока на выходе из камеры составляла приблизительно 0,1 м/с.
Фотокамеру (1,4 Мпикс камера на ПЗС (англ. charge-coupled-device camera -камера на приборах с зарядовой связью) для формирования изображений в режиме он-лайн устанавливали выше крышки кюветы. Разрешающая способность составляла 2 мкм/пиксель, а зона изображения составляла приблизительно 2,9 мм × 2,1 мм. Светодиодные модули располагали вокруг камеры на той же стороне прозрачной части, где была расположена камера.
Кювету не промывали водой во время испытания. 100 изображений были сделаны во время испытаний в течение 33 минут, таким образом время между изображениями составило 20 секунд. Таким образом, период формирования изображения составлял 33 минуты. На основании 100 последовательных изображений было рассчитано среднее изображение по серой шкале яркости для исключения из данных движущихся частиц. На основании среднего изображения частицы были идентифицированы и рассчитаны с помощью программного обеспечения. Вычисляли количество частиц на площадь изображения и относительную площадь осаждающихся частиц и строили график зависимости от времени. При вычислении относительной площади частиц предполагалось, что частицы имеют круглую форму. Например, определяли угол наклона кривой для всего количества выявленных осаждений или для относительной площади (0,11 л/мин или 6,3 мм2/(м2 мин), соответственно). Кроме того, например, количество или относительная площадь осажденных частиц в выбранный момент времени может быть использована для оценки осаждаемости вещества.
Устройство, система или способ согласно изобретению могут быть использованы для регулирования дозирования химического реагента в процесс, где химический реагент может изменять осаждаемость твердого вещества, присутствующего в жидкости. Химический реагент может быть, согласно некоторым вариантам осуществления, пассивирующим агентом, диспергирующим агентом, поверхностно-активным веществом или фиксатором либо их комбинацией.
Неограничивающими примерами фиксаторов являются полиамины, ПДАДМАХ (англ. poly-DADMAC, polydiallyldimethylammonium chloride - хлорид полидиаллилдиметиламмония), катионные крахмалы и катионные полиакриламиды (ПАА (англ. РАМ)) с низкой характеристической вязкостью (менее 4 дл/г).
Неограничивающими примерами диспергирующих агентов являются нафталенсульфонаты, сополимеры ангидрида малеиновой кислоты и акриловой кислоты.
Неограничивающими примерами пассивирующих агентов являются анионные и неионные поверхностно-активные вещества, этоксилированные спирты жирных кислот и поливиниловые спирты.
Пример 2b
В этом опыте (Фиг. 8 и 9) использовали другую целлюлозную смесь СКМ-ОММ (англ. MOW-DIP) 65% и 35% крафт-целлюлозы (СКМ (англ. MOW) 65% на рисунках). Экспериментальная установка в остальных отношениях была аналогична опыту Примера 2а. По истечении приблизительно 350 минут целлюлозная масса превращалась в 100% крафт-целлюлозу, вследствие чего количество изображенных осадившихся частиц и относительный охват их на поверхности изображения оставались практически постоянным. Несмотря на то, что крафт-целлюлоза не содержит липкий материал, некоторое количество липких веществ может присутствовать в системах циркуляционной воды и в системе бумажного брака.
Скорость накопления осаждающихся частиц выше в случае целлюлозы, содержащей осадившиеся частицы. Например, величины в определенные моменты времени или наклон кривой, описывающей количество осажденных частиц, или относительная площадь осадившихся частиц на анализируемой зоне изображения могут быть использованы для оценки осаждаемости вещества. Величины или любые расчетные величины могут быть использованы как таковые для сравнения осаждаемости технологических потоков, или же они могут быть соотнесены, например, с твердым веществом всего технологического потока.
1. Устройство для определения склонности к осаждению жидкого вещества, содержащего твердое вещество, включающее:
- камеру, имеющую внутреннее пространство, при этом указанная камера имеет по меньшей мере одну прозрачную часть,
- по меньшей мере один вход в камеру для жидкого вещества и по меньшей мере один выход из камеры для жидкого вещества
и устройство, формирующее изображение, расположенное так, чтобы захватывать изображения по меньшей мере части поверхности прозрачной части камеры при фокусировке на указанной поверхности или на некотором расстоянии к указанному внутреннему пространству около указанной поверхности, при этом указанная поверхность подвержена воздействию жидкого вещества во внутреннем пространстве камеры, причем
- указанное устройство, формирующее изображение, приспособлено для формирования данных изображений, характеризующих склонность к осаждению жидкого вещества, содержащего твердые частицы, осажденные на указанную поверхность прозрачной части камеры.
2. Устройство по п. 1, дополнительно включающее блок обработки данных, позволяющий определять величину для указанного твердого вещества и/или указанного жидкого вещества по меньшей мере частично на основании захваченного изображения, при этом указанная величина является относительной или индикационной величиной склонности к осаждению, общим количеством изображенных частиц, количеством частиц, осаждающихся на поверхность во время измерения, средним количеством частиц, усредненным по заданной поверхности и/или интервалу времени/количеству изображений, процентом площади покрытой поверхности, размером осаждающихся частиц, количеством осаждающихся частиц определенной размерной группы, площадью измеряемой поверхности, покрытой осаждающимися частицами, уровнем яркости по серой шкале и/или цветом изображенных частиц или любой комбинацией перечисленного.
3. Устройство по п. 2, в котором указанный блок обработки данных включает машиночитаемые инструкции, хранящиеся на машиночитаемом носителе, для того, чтобы давать команду процессору анализировать данные изображения из устройства, формирующего изображение.
4. Устройство по п. 2 или 3, в котором определение склонности к осаждению и/или величины липкости для жидкого вещества основано на определении, по меньшей мере, количества частиц из жидкого вещества.
5. Устройство по п. 1, в котором осаждающийся материал является липким и возможно включает один или несколько из следующих:
- липкие вещества рециклированных волокон,
- древесный пек и
- кроющие адгезивы.
6. Устройство по п. 1, в котором частично прозрачная часть камеры представляет собой материал, выбранный из группы пластмасс, акрилопластов, поликарбонатов и стекол, предпочтительно имеющих толщину, достаточную для того, чтобы устройство, формирующее изображение, было сфокусировано на частицах, налипших на дальнюю поверхность прозрачной части.
7. Устройство по п. 1, дополнительно включающее один или более осветительных элементов, расположенных внутри или на прозрачной части камеры.
8. Устройство по п. 1, в котором одна или несколько сторон камеры изготовлены из по меньшей мере частично прозрачного материала.
9. Устройство по п. 1, дополнительно включающее средство очистки, позволяющее, по существу, удалять частицы, прилипшие к указанной внутренней поверхности прозрачной части камеры.
10. Устройство по п. 1, где устройство, формирующее изображение, расположено так, чтобы захватывать изображения на расстоянии 0-150 мкм от прозрачной поверхности.
11. Устройство по п. 1, где устройство включает средства для снижения скорости потока жидкого вещества, по меньшей мере, вблизи области изображения.
12. Система для определения склонности к осаждению жидкого вещества, содержащего твердое вещество, включающая:
- трубопровод для потока жидкого вещества, подлежащего измерению,
- камеру, имеющую внутреннее пространство и по меньшей мере одну прозрачную или частично прозрачную часть, при этом указанный трубопровод ведет во внутреннее пространство камеры,
- по меньшей мере один выход из камеры для потока вещества,
- устройство, формирующее изображение, расположенное так, чтобы захватывать изображения по меньшей мере части поверхности прозрачной части камеры при фокусировке на указанной поверхности и/или в пространство в пределах внутреннего пространства около указанной поверхности, при этом указанная поверхность подвержена воздействию внутреннего пространства камеры, и
- блок обработки данных для определения величины склонности к осаждению твердых частиц, содержащихся в указанном жидком веществе, по меньшей мере частично на основании данных изображения указанных частиц, осажденных на указанную поверхность прозрачной части камеры, захваченного устройством, формирующим изображение.
13. Система по п. 12, в которой трубопровод и выход из камеры находятся, по существу, на одной линии друг с другом и параллельны указанной прозрачной части камеры.
14. Система по п. 13, в которой блок обработки данных включает машиночитаемое программное обеспечение, хранящееся на машиночитаемом носителе, заставляющее процессор определять одну или несколько величин относительной склонности к осаждению и/или липкости для вещества в течение периода времени.
15. Система по п. 12, в которой трубопровод расположен напротив и, по существу, перпендикулярно к указанной прозрачной части камеры.
16. Система по п. 15, включающая средства для создания застойной зоны для снижения скорости потока жидкого вещества напротив указанной поверхности прозрачной части камеры, а устройство, формирующее изображение, расположено так, чтобы быть сфокусированным и захватывать изображение через указанную прозрачную часть.
17. Система по п. 12, дополнительно включающая средства для промывки, позволяющие, по существу, удалять частицы, прилипшие к указанной внутренней поверхности прозрачной части камеры.
18. Система по п. 12, дополнительно включающая один или несколько осветительных элементов.
19. Способ измерения склонности к осаждению частиц, присутствующих в жидком веществе, включающий стадии:
- обеспечения контакта по меньшей мере части потока вещества, поступающего непосредственно из технологического потока, с поверхностью прозрачной части камеры, обращенной во внутреннее пространство камеры, при этом указанная прозрачная часть камеры имеет устройство, формирующее изображение, расположенное так, чтобы захватывать изображения частиц, осажденных на доступную внутреннюю поверхность, приведенную в контакт с потоком вещества,
- захвата одного или более изображений частиц, осажденных на указанную поверхность прозрачной части камеры,
- анализа указанного одного или более изображений для измерения склонности к осаждению указанных частиц.
20. Способ по п. 19, где общее количество изображенных частиц, количество частиц, осаждающихся на поверхность во время измерения, среднее количество частиц, усредненное по заданной площади поверхности и/или интервалу времени/количеству изображений, процент площади покрытой поверхности, размер осаждающихся частиц, количество осаждающихся частиц определенной размерной группы, площадь измеряемой поверхности, покрытой осаждающимися частицами, уровень яркости по серой шкале и/или цвет изображенных частиц или любая комбинация перечисленного.
21. Способ по п. 19 или 20, в котором захват одного или более изображений осуществляют через прозрачную часть камеры.
22. Способ по п. 19, в котором контакт по меньшей мере части потока вещества, поступающего непосредственно из технологического потока, с поверхностью прозрачной части камеры, обращенной во внутреннее пространство камеры, обеспечивают в течение первого периода времени, а также захват одного или более изображений проводят в течение второго периода времени, при этом указанный второй период времени отличается от указанного первого периода времени.
23. Способ по п. 19, в котором контакт по меньшей мере части потока вещества, поступающего непосредственно из технологического потока, с поверхностью прозрачной части камеры, обращенной во внутреннее пространство камеры, обеспечивают в течение первого периода времени, а также захват одного или более изображений проводят в течение второго периода времени, при этом указанный второй период времени перекрывает указанный первый период времени.
24. Способ по п. 19, в котором только неподвижные частицы определяют и анализируют, а движущимися частицами пренебрегают.
25. Способ по п. 22 или 23, в котором указанный второй период времени составляет от 2 секунд до 2 часов, в частности от 1 минуты до 30 минут.
26. Способ по п. 19, в котором по меньшей мере часть потока вещества разбавляют перед приведением в контакт с указанной прозрачной частью камеры.
27. Способ эксплуатации устройства по любому из пп. 1-11 в соответствии с любым из пп. 19-26.
28. Способ по п. 19 или 27, в котором по меньшей мере часть потока вещества имеет скорость менее 0,1 м/с или более предпочтительно менее 0,03 м/с в прозрачной части.
29. Способ по п. 19 или 27, в котором осадившиеся частицы являются липкими и возможно включают одно или несколько из следующего: липкие вещества рециклированных волокон, древесный пек или адгезивы, поступающие из покрытого бумажного брака.
30. Применение устройства по любому из пп. 1-11 для регулирования дозирования химического реагента в процесс, в котором химический реагент может изменять склонность к осаждению твердого вещества, присутствующего в жидком веществе, в указанном процессе.
31. Применение системы по любому из пп. 12-18 для регулирования дозирования химического реагента в процесс, в котором химический реагент может изменять склонность к осаждению твердого вещества, присутствующего в жидком веществе, в указанном процессе.
32. Применение способа по любому из пп. 19-29 для регулирования дозирования химического реагента в процесс, в котором химический реагент может изменять склонность к осаждению твердого вещества, присутствующего в жидком веществе, в указанном процессе.
33. Применение по любому из пп. 30-32, в котором химический реагент является пассивирующим агентом, диспергирующим агентом, поверхностно-активным веществом или фиксатором либо их комбинацией.
34. Применение по любому из пп. 30-32, в котором указанное жидкое вещество содержит рециклированные волокна, или механическую волокнистую массу, или покрытый бумажный брак.
35. Применение по любому из пп. 30-32, в котором устройство расположено там, где анализируемое жидкое вещество поступает или из линии обработки рециклированного волокна, или из процесса выработки бумаги, картона или тиссью перед формированием полотна, в частности в подводящих разбавленных потоках (с концентрацией менее 3%).
