專利名稱：工藝物流的連續(xù)元素分析的制作方法
在纖維素紙漿生產(chǎn)中，一般按一定方式設(shè)計(jì)紙漿的生產(chǎn)過程和化學(xué)回收過程，以便利用獲得的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)最終用于控制工藝過程的方法或者利用犧牲工藝過程最佳參數(shù)以便利用簡單設(shè)備的方式來完成控制。雖然某些紙漿生產(chǎn)過程的確基于這種分析在控制紙漿的處理中連續(xù)監(jiān)測漿液的質(zhì)量，但是這些控制一般是利用密度的測量完成的。例如，在US-4239590中公開了一種保持被送入連續(xù)式蒸煮器中纖維素材料的均勻度的方法，此法采用r射線吸收法在將木片漿送入蒸煮器之前才測定其密度，然后進(jìn)行處理。在1991年10月25日提出的申請?zhí)枮?7/782828號共同待批專利申請中(代理律師的參照號為10-311)，送入連續(xù)式蒸煮器內(nèi)的纖維素物料，利用連續(xù)測量與被送入材料物流有關(guān)的質(zhì)量來控制，具體方法是利用進(jìn)料槽和木片裝鍋計(jì)量器使一束核粒子流穿過該物流來測定其密度。但是，大部分工藝過程并不采用連續(xù)式監(jiān)測法，因?yàn)檫@些方法迄今尚未提供出對于隨后進(jìn)行工藝條件和設(shè)備控制來說十分有用的情報(bào)。
現(xiàn)在出售一些利用中子輻照測量送入的木片流中水含量的紙漿和造紙工業(yè)用系統(tǒng)(如“Drywood”)。這些系統(tǒng)測量輸送帶上木片流入總量的原理是利用傳統(tǒng)的r射線測量根據(jù)r-射線穿過被輸送的材料時(shí)所產(chǎn)生的衰減作用來算出輸送帶上的木片質(zhì)量。除了這種測量方法之外，此同一物流還用快中子照射，測量向后散射或穿透的中子能譜。由于快中子在含輕核的任何材料中均迅速減慢，所以中子的能譜移向較低能量。換句話說，中子在介質(zhì)中熱能化。所說的熱能化效率取決于產(chǎn)生熱能化的介質(zhì)中不同質(zhì)量核間的比例?；诖爽F(xiàn)象，可以找到在此測量系統(tǒng)中被照射的木片流中氫原子與較重的碳和氧原子之間的比例。此系統(tǒng)對于水含量約20-60%的情況來說工作令人十分滿意，但是隨著水含量的增加而變得很不準(zhǔn)確。雖然此系統(tǒng)的確利用r射線照射和中子輻照，但是它不測量元素組成而且只基于觀測中子的熱活化作用和r-射線的衰減作用。
本發(fā)明提供出用于連續(xù)分析與纖維素紙漿有關(guān)的液流以及由這種分析結(jié)果進(jìn)行設(shè)備的有效過程控制的方法和設(shè)備。本發(fā)明作了連續(xù)在線元素分析。所說的液流可以是傳統(tǒng)的液流或者是為便于分析而“標(biāo)記的”液流。通過測定液流的各化學(xué)成分量，可以進(jìn)行各種控制。
本發(fā)明特別適于分析黑液，由于纖維素蒸煮的結(jié)果其中含有溶解的固體(包括木質(zhì)素)，而且本發(fā)明還適用于分析含有被粉碎的纖維素材料的漿液。雖然連續(xù)式在線元素分析迄今在許多工業(yè)中是已知的，例如在煤炭、石油、水泥和采礦工業(yè)中例如用于測定煤中灰含量、作水泥的元素分析或?yàn)槊旱臍饣O(shè)備作煤中二氧化硅含量測定等，其中使用了傳統(tǒng)的設(shè)備(如由科學(xué)應(yīng)用國際公司、MDH-Motherwell有限公司和Gamma-Metrics等制造的設(shè)備)，但是這些技術(shù)迄今尚未用于紙漿和造紙工業(yè)之中。
元素分析技術(shù)尚未用于紙漿和造紙工業(yè)中的一個(gè)理由，無疑是由于許多已有的技術(shù)用于固體材料而不是液體材料上，而且固體材料更容易分析。不管此技術(shù)迄今尚未用于紙漿和造紙工業(yè)中的理由是什么，但是本發(fā)明發(fā)現(xiàn)這樣的技術(shù)能夠極有利的用于許多紙漿工業(yè)中，而且可以清楚地判明此連續(xù)式在線監(jiān)測設(shè)備對于實(shí)施這種技術(shù)來說是必不可少的。
本發(fā)明的一個(gè)基本內(nèi)容是提供一種對生產(chǎn)纖維素紙漿所使用的設(shè)備進(jìn)行有效過程控制的方法;所說的方法包括下列步驟(a)對一種或多種液流作連續(xù)式在線之素分析，所說的液流包括含溶解的固體的作纖維素紙漿處理或纖維素紙漿處理排出的液體或含粉碎的纖維素材料的漿液;
(b)測定一種或多種液流中至少部分元素的組成;
(c)根據(jù)(b)控制(自動(dòng)或人工)一或多個(gè)作用在一種或多種液流上的工藝過程使此一或多個(gè)工藝過程最佳化。
步驟(a)優(yōu)選以放射性粒子或輻射線轟擊被分析液流并且檢測作為轟擊的結(jié)果的放射性粒子或輻射線的方式進(jìn)行。一種特別優(yōu)選的方法是瞬發(fā)r中子活化分析法，但是也可以使用其它的方法，例如核磁共振(NMR)(尤其是質(zhì)子磁共振1H-MR)、質(zhì)子活化分析和X-射線熒光分析。使用NMR或1H-MR還有另外一些好處，即除了元素組成之外，還能測定工藝物流中的各種分子和化學(xué)物質(zhì)的濃度。此外，還可以測定各種物質(zhì)在工藝物流中的分配，例如可以查明物流是否均勻以及化學(xué)藥品是被結(jié)合到紙漿纖維上還是在漿液的水部分中自由流動(dòng)。在步驟(a)之前還可以有步驟(d)，即向一或多種液流(如紙漿纖維漿)中加入標(biāo)記化學(xué)品(如氯化物或溴化物)，然后進(jìn)行步驟(b)檢測標(biāo)記化學(xué)品量。
如前所述，在紙漿和造紙廠中利用本發(fā)明方法的最佳對象之一是黑液。例如，在黑液進(jìn)入蒸發(fā)器之前可以進(jìn)行步驟(a)，而且實(shí)施步驟(c)控制蒸發(fā)器蒸發(fā)。黑液也可以是濃黑液(蒸發(fā)之后)，以便施行步驟(a)之后立即將黑液送入回收鍋爐，而且步驟(c)是利用控制回收鍋爐操作，例如空氣的主和次級供給的方法來實(shí)施。步驟(c)也可以這樣實(shí)施，即萬一突然提高的氫/碳比表明黑液進(jìn)料中水含量高到不能容許的程度，則緊急切斷黑液的供料。這樣高的水含量若不加控制會導(dǎo)致水蒸汽爆炸。當(dāng)被分析的液流是黑液時(shí)，已發(fā)現(xiàn)最佳結(jié)果是在液流的流動(dòng)橫截面尺寸為14-20cm左右，尤其是采用瞬發(fā)r中子活化分析法時(shí)獲得的。在此情況下，通常使用由2-3cm鉛輻射屏蔽板屏蔽了中子輻射源的鍺-半導(dǎo)體檢測器，也可以使用碘化鈉(NaI)檢測器。
雖然本發(fā)明特別適于分析黑液并隨后控制黑液的處理步驟，但是本發(fā)明也適于測定漿液密度。然而，與其按照例如傳統(tǒng)的r射線吸收裝置(如US-4239590中所述)測定密度、水含量或濃度，不如按本發(fā)明分析漿液中的碳量?；蛘?，可以測定漿液內(nèi)纖維中許多痕跡化學(xué)物質(zhì)量，用作密度測定的基礎(chǔ)，進(jìn)而可以用于確定精確的固體濃度。然后在分析點(diǎn)下游可以控制向漿液中加入的化學(xué)處理劑數(shù)量，或者在分析點(diǎn)的上游可以控制成漿的液/纖維材料之比。
本發(fā)明能夠測定液流中的硫、鈉、鈣、氯、鉀、氫、碳或其組合的數(shù)量，而且可以將普通的輻射源與多個(gè)液流(如設(shè)置在其四周的圓上的)結(jié)合，與多個(gè)檢測器結(jié)合，一個(gè)檢測器與各液流連接，或者提供單個(gè)可動(dòng)的檢測器。用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。
本發(fā)明的另一內(nèi)容，提供出分析液流以測定其中一或多種元素用方法，所說的液流包括其中溶解有在生產(chǎn)或處理纖維素紙漿時(shí)產(chǎn)生的固體的液體。所說的方法包括下列步驟(a)使溶解有在生產(chǎn)或處理纖維素紙漿時(shí)產(chǎn)生的固體的液體，沿第一方向連續(xù)流動(dòng);
(b)使輻射線對準(zhǔn)流動(dòng)的液體(例如與第一方向基本上垂直的第二方向)以轟擊液體中的固體;
(c)作為步驟(b)的結(jié)果，檢測穿過流動(dòng)的液體或者從其中發(fā)射出的輻射線;
(d)將檢測到的輻射轉(zhuǎn)變成電信號;以及(e)用計(jì)算機(jī)分析此電信號以確定所說液體中存在的一或多種元素的數(shù)量。
步驟(c)-(e)可以進(jìn)行如下用低溫恒溫冷卻的探測器或適當(dāng)?shù)木w材料探測器(如NaI探測器)檢測所說的輻射以產(chǎn)生信號，調(diào)制由探測器發(fā)出的信號為短間隔脈沖而不改變振幅，將此模擬脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字形式，根據(jù)振幅將數(shù)字脈沖分為數(shù)個(gè)頻道，分析此多頻道以形成頻譜。
本發(fā)明的又一內(nèi)容，提供出一種分析紙漿廠液體用設(shè)備。此設(shè)備包括中子源，內(nèi)橫截面約14-20cm的分析液體的導(dǎo)管，在所說導(dǎo)管之遠(yuǎn)離r射線源側(cè)安裝的探測器，以及設(shè)置在探測器和中子源之間的大約2-3cm厚鉛輻射屏蔽板。
按照本發(fā)明的再一具體方案，提供出一種同時(shí)而相當(dāng)經(jīng)濟(jì)地完成多種分析用、包括下列部件的分析設(shè)備;中子源，各與中子源操作連接設(shè)置的數(shù)根導(dǎo)管，與每根導(dǎo)管相連而且設(shè)置在各導(dǎo)管遠(yuǎn)離中子源側(cè)的r射線探測器，或從一位置向另一位置人工或機(jī)械可移動(dòng)的單一探測器，以及與各r-射線探測器操作連接的鉛屏蔽板。
本發(fā)明也設(shè)想出分析流動(dòng)的液態(tài)材料中元素成分用設(shè)備，它包括下列組件一個(gè)第一主導(dǎo)管，與第一主導(dǎo)管連接的第二和第三分支導(dǎo)管第二導(dǎo)管具有內(nèi)流動(dòng)通路約2-6cm的工作部分，第三導(dǎo)管具有內(nèi)流動(dòng)通路大于第二支管的工作部分;與第二和第三導(dǎo)管的工作部分操作連接設(shè)置的中子源(如锎);以及與第二和第三導(dǎo)管工作部分連接的用于探測r輻射線或在流過所說導(dǎo)管的液體材料被轟擊后與中子源有關(guān)的射線的至少一個(gè)探測器。
本發(fā)明也設(shè)想出一種用于測定纖維素紙漿的纖維漿中至少部分元素組成中一種或多種成分，分子濃度、化學(xué)物質(zhì)濃度、流動(dòng)分布以及確定其中的化學(xué)物質(zhì)呈自由流動(dòng)態(tài)還是結(jié)合到紙漿纖維上用方法，包括下列步驟(a)用NMR(如1H-MR)對物流作連續(xù)在線分析;
(b)測定(如用計(jì)算機(jī))所需的分析特性;和(c)根據(jù)(b)控制作用在所說物流上的一種或多種工藝過程使此一種或多種工藝過程最佳化。
本發(fā)明的基本目的在于通過連續(xù)在線元素分析為纖維素紙漿廠提供工藝過程和設(shè)備的有效分析以及隨后的控制。本發(fā)明的此目的和其它目的由閱讀對本發(fā)明的詳細(xì)說明和所附的權(quán)利要求將變得更清楚。
附

圖1是圖示舉例說明本發(fā)明可以使用的生產(chǎn)紙漿和回收化學(xué)品用設(shè)備的流程圖;
附圖2是實(shí)施本發(fā)明用分析單元實(shí)例的部分截面的部分縱剖側(cè)視圖;
附圖3是對于數(shù)個(gè)不同液流使用一個(gè)共同輻射源的一種本發(fā)明設(shè)備的部分剖視的腑視圖;
附圖4是示意說明紙漿廠液體具體質(zhì)量分析和檢測用各種元件的方框圖;
附圖5和6是按本發(fā)明由黑液的元素分析結(jié)果所得到的代表性曲線;
附圖7是按本發(fā)明用中心計(jì)算機(jī)控制各種控制元件的控制示意圖;
附圖8與附圖3中的相似，僅用于說明具有單一可動(dòng)中子源和單一可動(dòng)探測器的導(dǎo)管的不同構(gòu)型的示意圖;以及附圖9是說明其中使用一支探測器分析碳而且用另一支探測器分析其它元素的一種本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)的示意圖。
附圖1圖示說明傳統(tǒng)的紙漿廠中一些傳統(tǒng)部件。通常，將粉碎的纖維素纖維材料(如木片)在裝置11(如進(jìn)料槽)中與水按適當(dāng)比例混合后，用高壓輸送裝置12轉(zhuǎn)移到浸漬容器13之中，接著被送入連續(xù)式蒸煮器14內(nèi)。所生產(chǎn)的紙漿自蒸煮器底部由管道15放出，按16所示意說明的方式洗滌后，按在17所示意說明的方式漂白，等等根據(jù)需要生產(chǎn)管路18中的最終產(chǎn)品。向漂白設(shè)備17中的紙漿內(nèi)加入(經(jīng)由多個(gè)閥門，例如圖1中閥19所說明的方式)漂白化學(xué)品。
在紙漿處理期間，最好回收蒸煮的化學(xué)品(在牛皮漿的情況下是白液)。為此，通常將黑液從靠近連續(xù)式蒸煮器14中部的管路20連續(xù)放出后，在閃急罐21中迅速通入蒸氣，接著送入一系列傳統(tǒng)的蒸發(fā)器22中。熱處理黑液以降低其粘度和驅(qū)出一些硫的操作，可以選擇性地按圖1中步驟23所指出的方式用US-4929307中所介紹的方法進(jìn)行。蒸發(fā)器步驟22和選擇性熱處理步驟23產(chǎn)出一種濃黑液，其中有高濃度的溶解固體，可以將其存貯在罐24中最后作為燃料于傳統(tǒng)的回收鍋爐25中燃燒。在回收鍋爐25之前，可以采用選擇性處理步驟(如圖1中26所指出的)處理黑液來除去所不希望的高含量某些元素(如氯化物)。
回收鍋爐25的廢氣從27排出后在28處理。主空氣和次空氣分別經(jīng)由管路29和31以及閥30和32供給回收鍋爐25使黑液燃燒?？拷厥斟仩t25底部形成的熔渣流入罐33中被向其中經(jīng)管路34加入的水溶解，生成綠液后在35處澄清。經(jīng)澄清的綠液按在36處所示的那樣消化后苛化，生成白液，白液按37所指出的那樣澄清后分別經(jīng)由管路38和39被送入加到蒸煮器14內(nèi)的纖維素材料漿和浸漬容器13中。進(jìn)行苛化所需的石灰按圖1中41所示的那樣處理。
本發(fā)明在紙漿生產(chǎn)設(shè)施中各點(diǎn)利用連續(xù)式在線元素分析。雖然附圖1中說明的具體方案例中僅就黑液處理系統(tǒng)的特定部分說明了在線元素分析設(shè)備，但是應(yīng)當(dāng)理解到這樣的技術(shù)可以運(yùn)用在化學(xué)回收系統(tǒng)的許多不同部位上。此外，雖然僅在舉例說明的實(shí)施方案中纖維管路內(nèi)一處說明了連續(xù)式在線元素分析，但是應(yīng)當(dāng)理解到它也可以用在此纖維管路內(nèi)許多不同點(diǎn)進(jìn)行許多不同的控制。
附圖1圖示說明了由參照符號43、44和45標(biāo)明的、連接到計(jì)算機(jī)46上的連續(xù)式在線分析單元。單元43-45中每一個(gè)均能測定與之連接的液體(無論是溶解有固體的液體，還是懸浮有粉碎的纖維素材料的漿液)中元素組成。附圖7圖示說明的是控制方案，其中計(jì)算機(jī)46接受來自與單元43-45連接的探測器的信號后，控制工廠10其余設(shè)備的各種組件，例如閥19、30和32，以及處理站22(蒸發(fā)器)、26(選擇性處理操作從黑液中除去化學(xué)品，如氯化物)和33(熔渣溶解罐)。
應(yīng)當(dāng)知道，按本發(fā)明進(jìn)行分析和測定以便控制本發(fā)明的工藝過程(無論是上游還是下游，也不論是采用向前還是向后供料)既不必完全準(zhǔn)確，也不必是瞬時(shí)的。在紙漿廠中除少數(shù)分析(例如為了防止爆炸測定水中氫，隨后作為工藝控制而切斷)之外，在某點(diǎn)開始分析和隨后的工藝控制之間具有約5-20分(或更長)的時(shí)間延遲能夠容易地適應(yīng)，而且準(zhǔn)確度只需要處于大約85-98%范圍內(nèi)(在紙漿和造紙廠之外許多已有的工藝方法要求99+%的準(zhǔn)確度，這是完全不必要的)?？梢哉{(diào)節(jié)測量時(shí)間的長度，而且完成控制可以自動(dòng)或手動(dòng)。
附圖2中43圖示說明一種分析單元實(shí)例。此設(shè)備包括一支被分析液流從中流過的導(dǎo)管50(在單元43的情況下，其中流過的是黑液)，導(dǎo)管50的一側(cè)是輻射源，例如具有r射線外屏蔽(鉛)層52的中子源51)例如241镅-鈹源，半衰期為433年，1%強(qiáng)度時(shí)仍然穩(wěn)定約10年)，另一側(cè)是封在鉛屏蔽層54中的探測器53。特別是若采用瞬發(fā)r中子活化分析，則探測器53優(yōu)選同軸鍺半導(dǎo)體探測器(常常叫作“Ge-Li探測器”)?；蛘呤褂蔑?52中子源或碘化鈉(NaI)探測器。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，被分析的樣品厚度是測量幾何學(xué)中的重要因素，它影響著所用鉛屏蔽層52的最佳厚度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于黑液來說，在元件51和53設(shè)置在其相對側(cè)處的導(dǎo)管50中樣品厚度(指內(nèi)截面尺寸)約14-20cm，而鉛屏蔽層52則約為2-3cm厚。當(dāng)然，導(dǎo)管50可以僅僅是一支傳統(tǒng)型黑液管，或者當(dāng)普通導(dǎo)管直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于14-20cm時(shí)，導(dǎo)管50可以是穿過單元43后返回到黑液主管的一支支管。
附圖3圖示說明一種實(shí)施方案例，其中備有一個(gè)與數(shù)支導(dǎo)管(如管道50、50-1、50-2和50-3)相連的單中子源51，每個(gè)導(dǎo)管各有一支與其相連的探測器，每個(gè)探測器各帶有鉛屏蔽層或者有一個(gè)共同的鉛屏蔽層。附圖3圖示說明的系統(tǒng)的一種特別好的應(yīng)用，是與蒸發(fā)器22相通的黑液分析?？梢允狗蛛x的導(dǎo)管50、50-1等等與每個(gè)蒸發(fā)器級相連，例如從入口至各級的支管。
對于附圖3的設(shè)備來說，可以提出一種改進(jìn)。在此改進(jìn)方案中，只裝備一支探測器53，此探測器相對于導(dǎo)管50、50-1等等安裝得可移動(dòng)，同時(shí)只就一支導(dǎo)管進(jìn)行分析。
如附圖8中看出的那樣，使用僅在參照號前加1的類似參照符號說明與附圖3中的可作比較的結(jié)構(gòu)，給出了一種元件間的不同配置。此例中中子源151是可移動(dòng)的(沿軌道68)，而單一探測器也是可移動(dòng)的(沿軌道69)。中子源151和探測器153從一個(gè)管道(如150)向下一個(gè)管道(如150-1)對準(zhǔn)位置，依次對每支管道進(jìn)行分析，然后可以使其返回到開始的位置，利用馬達(dá)、液壓或氣動(dòng)傳動(dòng)裝置使之產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。
附圖4說明與探測器53相連分析探測器輸出信號的分析設(shè)備。如附圖4所說明的那樣，可以使用低溫恒溫器將Ge-Li探測器低溫恒溫冷卻到大約-200℃溫度下，探測器53由高壓源59供電。探測器53的輸出被送入前置放大器60中，前置放大器60將探測器發(fā)出的脈沖調(diào)制成短間隔脈沖而不改變其振幅，然后將此信號送入分光放大器61中，接著再送入AD-轉(zhuǎn)換器62將模擬脈沖信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字形。多道分析器63將AD-轉(zhuǎn)換器62發(fā)出的脈沖按振幅分成一些頻道，這些頻道由62可以讀入計(jì)算機(jī)46中。在計(jì)算機(jī)46中，多道分析儀程序形成元素分析的頻譜，并存貯作進(jìn)一步處理。
圖5和6說明許多不同元素的典型頻譜分析。圖5是使用2000-5000千電子伏特(Kev)能量粒子分析黑液的樣品實(shí)例時(shí)由Ge-Li探測器53所得到的，而附圖6是使用5000-8000Kev能量的粒子由相同的黑液樣品得到的。
按本發(fā)明的一種具體分析方案，用中子源51和Ge-Li探測器53分析黑液，作瞬發(fā)r中子活化分析。使用該設(shè)備時(shí)所得到的元素分析結(jié)果(每個(gè)元素之后的括號中是誤差范圍)如下表1元素強(qiáng)度(C/S)GeLiH 9.8(±0.5%)S 0.7(±5%)C 5%O 0.13(±15%)CL 0.22(±10%)O+CL ……Na 0.42(±6%)利用上述的元素分析可以完成許多控制方案。例如，各分析的黑液是濃黑液，則在回收鍋爐25中燃燒之前作分析，黑液的熱值可以由表1中分析的碳、氫、氧和其它物質(zhì)的相對量用計(jì)算機(jī)46算出。然后可以對燃燒空氣總量進(jìn)行控制(例如利用閥30和32的控制)使燃燒最佳化，例如提高還原率和減少排放的有害而多灰的廢氣。此外，根據(jù)Na/S比，可以控制由回收鍋爐25排放的硫和送入罐33中熔渣的硫化度。不僅如此，還可以根據(jù)Na/S比調(diào)節(jié)供給回收鍋爐25的空氣分配，這也使還原和排放最佳化。通過測定氯化物和其它有害物質(zhì)的數(shù)量，可以監(jiān)測這些物質(zhì)濃度，并在必要時(shí)例如利用選擇性處理步驟26加以除去(如除去氯化物)。
本發(fā)明的方法可以用于測定硫、鈉、鈣、氯、碳、氫、氧、鉀或其組合的絕對和相對數(shù)量。氫百分比的快速增高，是水漏入黑液中的警告，這可能是由于蒸發(fā)器22的故障引起的，于是可以在回收鍋爐25中發(fā)生大量攪動(dòng)或蒸汽爆炸之前修復(fù)。若測定流過蒸發(fā)器22的黑液中干固體物含量，則可以更有效地控制和監(jiān)測蒸發(fā)器22。中子活化分析在直接測定干固體含量而不必取樣的條件下能夠得出化學(xué)物質(zhì)(包括氫)間比例。
利用本發(fā)明測定紙漿物流濃度(如在圖1中45處測定)時(shí)，濃度的計(jì)算由從中流過物流的碳含量和氫含量之直接測量確定;然后利用此情報(bào)直接控制纖維管線中各階段的紙漿處理，例如控制經(jīng)由閥19向漂白設(shè)備17中加入的漂白化學(xué)試劑量的方法控制紙漿處理。
樣品中碳的測定，通常以不同于測定許多其它元素的方式進(jìn)行。碳的測定基于4.33Kev r輻射。镅-鈹中子源也放射大約此能量水平的r輻射線，因此最好在此中子源和樣品之間放置輻射屏蔽物，或者使用幾乎不放射相同能量干擾r射線的锎252中子源。對于快中子檢測來說，最佳樣品厚度僅為幾厘米(如大約2-6cm)，因?yàn)橹凶釉诟甙俜直容p核樣品材料(如紙漿等)中很快熱能化。
當(dāng)碳是欲測定其含量的元素之一時(shí)，實(shí)施本發(fā)明的最佳方式可能是利用附圖9的設(shè)備。在此方案中，第一主導(dǎo)管70分叉為第二和第三導(dǎo)管，分別為71和72，必要時(shí)可以在75處重新匯合。導(dǎo)管71和72各有一個(gè)工作部分，分別為73和74，此二工作部分與固定的中子源(如锎252)相連。部分73最好是內(nèi)部厚度僅約2-6cm的平導(dǎo)管段，紙漿纖維漿流過此平管段。部分74的厚度比部分73大得多，例如是直徑約12-15cm的圓形管。與部分73相連的探測器78用于測定碳，而與部分74相連的探測器79用于測定其它元素。尤其是若中子源77是镅-鈹中子源時(shí)，則可以在源77和部分73之間設(shè)置輻射屏蔽物80。
本發(fā)明可以采用的實(shí)施方法是對液體材料中固有的(天然存在的)痕量材料作元素分析(例如，若從某處采伐的木材品種中痕量材料，如鎂，源是未知的，則可以檢測由該木材品種所制造的紙漿漿中的鎂)，或者可以使用標(biāo)記化學(xué)物質(zhì)并分析此標(biāo)記化學(xué)物質(zhì)數(shù)量。例如，作為標(biāo)記化學(xué)物質(zhì)可以向紙漿漿料中加入氯化物或溴化物，使之附著在紙漿纖維上;然后測定附著在木纖維上的氯化物或溴化物數(shù)量。
應(yīng)當(dāng)知道，雖然本發(fā)明專門對瞬發(fā)r中子活化分析作了說明，但是也可以應(yīng)用到其它方法上，例如NMR、尤其是1H-MR、質(zhì)子活化分析和X-射線熒光分析法上。使用NMR時(shí)，如上所述除了作元素分析之外，還有其它優(yōu)點(diǎn)。
由此可以看出，本發(fā)明提出一種在處理纖維素紙漿時(shí)所用控制設(shè)備以及化學(xué)紙漿生產(chǎn)期間回收化學(xué)品的有效機(jī)理，以及有益的分析技術(shù)和有關(guān)的設(shè)備。本發(fā)明在本文雖然是就目前所認(rèn)為最現(xiàn)實(shí)和優(yōu)選的具體方案加以說明和描述的，但是對于本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員來說其許多改進(jìn)和更改可以在本發(fā)明范圍內(nèi)作出，本發(fā)明范圍記載在后附權(quán)利要求的最廣義的措辭中，以便包括全部等效的結(jié)構(gòu)和工藝方法。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)纖維素紙漿用設(shè)備進(jìn)行過程控制的方法，包括下列步驟(a)對一種或多種液流作連續(xù)式在線元素分析，所說的液流包括作纖維素紙漿處理或由纖維素紙漿處理得到的溶解有固體的液體，和包含粉碎的纖維素材料的液漿；(b)測定一種或多種液流中至少部分元素組成；和(c)根據(jù)(b)控制作用在所說一種或多種液流上的一種或多種工藝過程，使所說的一種或多種工藝過程最佳化。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)用放射性粒子轟擊被分析的液流，并檢測放射性粒子作為該轟擊結(jié)果的方法加以實(shí)施。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)用放射性輻射轟擊被分析的液流并且檢測放射性輻射作為該轟擊結(jié)果的方法實(shí)施。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)用瞬發(fā)r中子活化分析法實(shí)施。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中所說的被分析的液流是黑液，而且其中步驟(a)在黑液進(jìn)入蒸發(fā)器之前進(jìn)行，而且步驟(c)用控制所說的蒸發(fā)器操作的方法進(jìn)行。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中所說的被分析的液流是濃黑液，而且其中步驟(a)在所說黑液進(jìn)入回收鍋爐之前進(jìn)行，步驟(c)用控制所說回收鍋爐操作的方式進(jìn)行。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其中所說的被分析的液流是黑液，而且其中步驟(a)用瞬發(fā)r中子活化分析流動(dòng)截面尺寸約14-20cm的黑液流的方法進(jìn)行。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟(a)用由2-3cm厚鉛輻射屏蔽層屏蔽了中子發(fā)射源的鍺半導(dǎo)體探測器進(jìn)行，而且將所說的探測器置于約14-20cm黑液流截面的所說發(fā)射源的相對側(cè)。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(a)還用由241镅-鈹源發(fā)出中子的方法實(shí)施。
10.權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(a)還用從锎252源發(fā)出中子的方法實(shí)施。
11.權(quán)利要求6所述的方法，其中步驟(c)還利用控制向所說的回收鍋爐供給主和次級空氣流的方法實(shí)施。
12.權(quán)利要求1所述的方法，其中所說的被分析的液流是液體中含粉碎的纖維素材料、固體濃度約3-20%的漿液，而且其中步驟(a)和(b)通過分析所說漿液碳含量以確定其精確固體濃度或分析痕量元素或纖維的方法實(shí)施。
13.權(quán)利要求12所述的方法，其中步驟(c)通過控制向?qū)嵤┎襟E(a)處漿液下游所加入的處理化學(xué)品數(shù)量的方式進(jìn)行。
14.權(quán)利要求12所述的方法，其中還包括在實(shí)施步驟(a)處的上游控制工藝步驟的步驟。
15.權(quán)利要求12所述的方法，其中步驟(c)利用在實(shí)施步驟(a)處上游控制成漿液/纖維素材料間比例的方式進(jìn)行。
16.權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)和(b)進(jìn)行到精度達(dá)約85-98%水平，而且其中步驟(c)在步驟(a)時(shí)間延遲約5-20分鐘后進(jìn)行。
17.權(quán)利要求1所述的方法，其中實(shí)施步驟(a)和(b)，以測定所說液流中硫、鈉、鉀、鈣、氯、氫、氧、碳或其結(jié)合的數(shù)量。
18.權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟(a)還用共同輻射源、多個(gè)液流和至少一個(gè)按一定方式設(shè)計(jì)的探測器的方式進(jìn)行，使所說的探測器可以與多個(gè)液流中的每一液流相連。
19.權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟(b)用計(jì)算機(jī)實(shí)施。
20.權(quán)利要求7所述的方法，其中所說的被分析的液流是濃黑液，而且步驟(a)在所說黑液進(jìn)入回收鍋爐之前實(shí)施，步驟(c)用控制所說回收鍋爐的方法實(shí)施。
21.權(quán)利要求7所述的方法，其中所說的被分析的液流是黑液，而且步驟(a)在所說黑液進(jìn)入蒸發(fā)器之前進(jìn)行，步驟(c)用控制所說蒸發(fā)器操作的方法進(jìn)行。
22.權(quán)利要求1所述的方法，其中還包括在步驟(a)之前進(jìn)行的步驟(d)，即向一種或多種液流中加入標(biāo)記化學(xué)物質(zhì)的步驟，而且實(shí)施步驟(b)以檢測標(biāo)記化學(xué)物質(zhì)的量。
23.權(quán)利要求22所述的方法，其中所說的被分析的液流是粉碎的纖維素纖維在液體中的固體濃度約3%或更高的漿液，而且步驟(d)用加入能標(biāo)記所說纖維素纖維的化學(xué)物質(zhì)的方式進(jìn)行。實(shí)施步驟(b)以檢測在纖維上附著的標(biāo)記化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量。
24.權(quán)利要求23中所述的方法，其中步驟(d)利用加入基本上由溴化物和氯化物組成的一組物質(zhì)中選出的化學(xué)物質(zhì)來標(biāo)記所說纖維的方法進(jìn)行。
25.權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)用NMR實(shí)施。
26.權(quán)利要求25所述的方法，其中步驟(a)用1H-MR實(shí)施。
27.權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)和(b)的進(jìn)行方式為用中子轟擊所說的液流，用第一探測器檢測大約2-6cm厚第一液流中的碳原子，而且用第二探測器檢測厚度大于所說第一液流的第二液流中的其它元素。
28.權(quán)利要求27所述的方法，其中所說的第一和第二液流是一個(gè)主液流的支液流，而且有基本相同的組成，以及其中步驟(a)使用锎作為中子源的方式實(shí)施。
29.分析液流用方法，所說的液流包括含生產(chǎn)或處理纖維素紙漿期間生成的溶解固體的液體，以便測定其中一種或多種元素的數(shù)量，所說的方法包括下列步驟(a)使含有在生產(chǎn)或處理所說纖維素紙漿時(shí)產(chǎn)生的溶解固體的所說液體連續(xù)地沿第一方向流動(dòng);(b)使輻射或粒子對著所說流動(dòng)的液體，轟擊所說的含溶解固體的液體;(c)檢測作為步驟(b)的結(jié)果穿過所說流動(dòng)的液體或從中發(fā)出的輻射;(d)將檢測到的輻射轉(zhuǎn)變成電信號，以及(e)用計(jì)算機(jī)分析此電信號來測定存在于所說液體中一種或多種元素的量。
30.權(quán)利要求29所述的方法，其中進(jìn)行步驟(e)以便測定所說液體中硫、鈉、鈣、氯、碳、氫、氧或其組合的數(shù)量。
31.權(quán)利要求29所述的方法，其中所說的含溶解的固體的液體是黑液。
32.權(quán)利要求31所述的方法，其中步驟(b)用r射線進(jìn)行，而且步驟C用鍺半導(dǎo)體探測器或NaI探測器進(jìn)行。
33.權(quán)利要求32所述的方法，其中進(jìn)行步驟(a)以便沿第一方向提供一種截面尺寸約14-20cm的液流，而且步驟(b)用沿著一般橫穿所說第一方向的第二方向使輻射通過的方式進(jìn)行。
34.權(quán)利要求33所述的方法，其中還包括在鍺半導(dǎo)體探測器和液流之間設(shè)置大約2-3cm厚鉛輻射屏蔽的步驟。
35.如權(quán)利要求29所述的方法，其中步驟(c)-(e)按以下方式進(jìn)行用低溫恒溫冷卻的探測器檢測輻射產(chǎn)生一個(gè)信號，調(diào)制由探測器發(fā)生的此信號為短間隔脈沖而不改變振幅，將這模擬脈沖轉(zhuǎn)變成數(shù)字形式，按照脈沖的振幅把脈沖分成頻道，并且分析所說的多頻道以形成頻譜。
36.如權(quán)利要求31所述的方法，其中實(shí)施步驟(e)以測定所說液體中的硫、鈉、鈣、氯、碳、氫、氧或其組合的數(shù)量。
37.一種用于分析液流中元素的設(shè)備，包括中子源內(nèi)截面尺寸約14-20cm的被分析液體導(dǎo)管;安裝在所說導(dǎo)管旁處于所說r射線源相對側(cè)的探測器;以及在所說探測器和所說中子源之間設(shè)置的約2-3cm厚鉛輻射屏蔽物。
38.按照權(quán)利要求37所述的設(shè)備，還包括與所說中子源相連的數(shù)支所說導(dǎo)管，以及至少一個(gè)與一支或多支所說導(dǎo)管相連配置的r射線探測器。
39.按照權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中所說的導(dǎo)管排列在所說中子源四周的環(huán)上，而且在提供一個(gè)探測器與每支導(dǎo)管相連的情況下，所說的探測器處于所說中子源的相對側(cè)，所說的中子源是固定的。
40.按照權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中所說的導(dǎo)管排列在通路中，而且所說的中子源和所說的探測器相對于所說的導(dǎo)管是可移動(dòng)的，以便從一個(gè)導(dǎo)管位置轉(zhuǎn)移到下一位置，反映所說的通路。
41.分析流過導(dǎo)管的流體材料中元素成分的設(shè)備，包括中子源各與所說中子源操作連接設(shè)置的數(shù)支導(dǎo)管;與每支所說導(dǎo)管相連而且設(shè)置在每支導(dǎo)管旁處于所說中子源相對側(cè)的r射線探測器;和與每個(gè)所說的r射線探測器相連的鉛屏蔽物。
42.分析流動(dòng)的液態(tài)材料中元素成分用設(shè)備，包括第一主導(dǎo)管;與所說的第一導(dǎo)管相連的第二和第三分支導(dǎo)管;所說的第二導(dǎo)管具有內(nèi)流動(dòng)通路操作尺寸為大約2-6cm的工作部分;所說的第三導(dǎo)管具有內(nèi)流動(dòng)通路操作尺寸約為12-15cm的工作部分;與所說的第二和第三導(dǎo)管工作部分操作相連設(shè)置的中子源;以及與所說的第二和第三導(dǎo)管工作部分相連、檢測r輻射或者在轟擊流過所說導(dǎo)管的液態(tài)材料后與所說中子源有關(guān)的輻射用的至少一支探測器。
43.按照權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中所說的中子源包含锎。
44.一種測定纖維素紙漿纖維漿流中至少部分元素組成中一種或多種成分、分子濃度、化學(xué)物質(zhì)濃度、流動(dòng)分布和確定化學(xué)物質(zhì)是否自由流動(dòng)或結(jié)合到紙漿纖維上的方法，包括下列步驟(a)對所說物流用NMR作連續(xù)在線分析(b)測定所需的分析特性，和(c)根據(jù)(b)控制作用在所說物流上的一種或多種工藝過程，使所說的一種或多種工藝過程最佳化。
45.按照權(quán)利要求44所述的方法，其中步驟(a)用1H-MR進(jìn)行，而且步驟(b)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行。
全文摘要
一種分析纖維紙漿工業(yè)中液流，如處理纖維紙漿用的或由之產(chǎn)生的含溶解固體的液體或含粉碎纖維材料液漿中元素成分用的方法和設(shè)備。對液流作連續(xù)在線元素分析，測定至少部分元素(無論材料或?yàn)橹圃焖釉?組成，再以分析結(jié)果控制液流的工藝過程使之最佳化。本發(fā)明特別適于用瞬發(fā)r中子活化分析法連續(xù)在線分析黑液，并控制蒸發(fā)器或回收鍋爐操作；還可用于紙漿漿液以分析其碳含量，測定精確的固體濃度，并可采用NMR或
文檔編號G01N33/34GK1089320SQ9311962
公開日1994年7月13日 申請日期1993年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月23日
發(fā)明者E·基斯基拉, P·維蘇里, M·科基凱羅 申請人:阿爾斯特羅姆公司