FI104653B - Menetelmä massan ominaisuuksien määrittämiseksi - Google Patents

Description

104653

MENETELMÄ MASSAN OMINAISUUKSIEN MÄÄRITTÄMISEKSI

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä nesteen sisältämän kaasun määrän 5 määrittämiseksi. Erityisen hyvin keksinnön mukainen menetelmä soveltuu paperi- ja selluloosateollisuuden erilaisten kuitususpensioiden eli ns. massan sisältämän sekä kuplamaisen että liuenneen kaasun määrän määrittämiseen. Edullisesti keksintö soveltuu paperikoneen lyhyenkierron ilmanpoiston ohjaus- ja säätösovellutuksiin.

10 Paperin valmistuksessa käytettävä massa, jonka normaalisti oletetaan sisältävän vettä, fibrilloituja kuituja sekä tarpeellisia lisäaineita, sisältää myös laitteista, prosessista ja massan laadusta riippuen ilmaa ja muita kaasuja.

Ilmaa joutuu massaan sakean massan, kiertovesien, pulpperoinnin sekä sekoituksen 15 yhteydessä. Alipaineisten vuotavien tiivisteiden ja avoimien turbulenttisten virtausten kautta pääsee ilmaa myös prosessiin. Kemialliset ja mikrobiologiset reaktiot vapauttavat kaasuja massan joukkoon, joista yleisin kaasu on CO2. Muita kaasuja kuten O2, SO2, H2S, ja CI2 voi myös esiintyä.

20 Kaasua esiintyy massassa kahdessa perusmuodossa: kuplamaisena ilmana sekä liuenneena kaasuna. Kuplamainen ilma voidaan jakaa vapaaseen ja jäännösilmaan. Vapaalla ilmalla tarkoitetaan nesteessä kuitujen välissä vapaasti liikkuvia ilmakuplia. Jäännösilma syntyy vapaan ilman dispergoituessa mekaanisesti esim. jauhimessa. Näin syntyvät mikrokuplat tarttuvat tiiviisti kuidun pintaan tai lumeniin. Liuenneilla kaasuilla käsitetään nesteeseen 25 liuenneita erilaisia kaasuja, kuten CO2, O2, N2, jne. Tässä muodossa kaasut eivät yleensä aiheuta häiriöitä eikä niillä ole vaikutusta massan ominaisuuksiin, mutta liuenneet kaasut > voivat muuttua kuplamaisiksi paineen, lämpötilan tai kemiallisen tasapainon muutosten * « vuoksi Ilman kokonaismäärä vaihtelee suuresti olosuhteista ja massan laadusta riippuen. Esimerkiksi perälaatikon syötteessä on ilmaa normaalisti 1-4 tilavuus-%.

P1371FIiinaltxt 30 104653 2

Ilman näkyvin vaikutus paperikoneella on vapaan ilman synnyttämä vaahto sekä ilmakuplat viiralla. Kuplamainen ilma aiheuttaa sakeuden vaihteluja, koska massassa olevat ilmakuplat syrjäyttävät tilavuutensa verran kuituja sekä vettä. Jäännösilman vaikutus massan ominaisuuksiin ja paperin laatuun on huomattavin. Paljon jäännösilmaa 5 sisältävät kuidut saostuvat avoimelle pinnalle. Liikkuessaan kuidut törmäävät toisiinsa ja takertuvat yhteen. Jäännösilma vaikeuttaa paperikoneen toimintaa sekä huonontaa paperin laatua.

Ilman aiheuttamat häiriöt voidaan poistaa estämällä huolellisella laite- ja proses-10 sisuunnittelulla ilman sekoittuminen massaan ja/tai poistamalla massassa oleva ilma. Ilmanpoisto voidaan suorittaa edullisesti Ahlström Machinery Corporationin DECU-LATOR®-ilmanpoistolaitteistolla.

Esillä olevan keksinnön eräänä päätarkoituksena on aikaansaada parannettu tapa massan 15 sisältämän kuplamaisen ilman ja liuenneiden kaasujen mittaamiseksi.

Keksinnön eräänä toisena tarkoituksena on aikaansaada parannettu tapa liuenneen kaasun mittaamiseksi käyttämällä ultraääntä, joka nopeuttaa ja tehostaa liuenneen kaasun erottumista massasta.

20

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaiselle edellä mainitut tarkoitukset \ täyttävälle menetelmälle on tunnusmerkillistä, että vapautetaan tarkasteltava neste lepotilaan, kohdistetaan mainittu mittasäiliössä lepotilassa (Vo, po) oleva neste vastaavan alipaineen pi vaikutukselle, jolloin mainitun alipaineen pi vaikutuksesta ainakin osa liuen-25 neesta kaasusta vapautuu kuplamuotoon ja tilavuus kasvaa arvoon V2, määritetään liuenneen kaasun vapautumisesta seuraava tilavuuden muutos V2 - Vi ja määritetään vapautuneen liuenneen kaasun määrä kyseisen tilavuuden muutoksen V2 - Vi perusteella.

Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää kuvataan yksityiskohtaisemmin viittaamalla 30 oheisiin kuvioihin, joista kuvio 1 esittää kaaviollisesti keksinnön erään edullisen suoritusmuodon, PI 371Flfinallxl 104653 3 kuvio 2 esittää kaavallisesti mittausjärjestelmää keksinnön mukaisen tavan erään suoritusmuodon toteuttamiseksi.

Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukainen eräs mittausjärjestelmä. Mittasäiliöön 10 on 5 liitetty anturit ainakin lämpötilan T, paineen P sekä liuenneen kaasun esim. hapen Ch mittaamista varten. Lisäksi mittasäiliöön on liitetty ultraäänianturi US sekä laitteet L männän ί 20 liikkeen määrittämiseksi mittasäiliön yhteyteen jäljestetyssä sylinterissä 22. Lisäksi ί mittasäiliössä 10 on venttiilit 12, 14, 16 ja 18 ainakin massan sisäänsyöttöä, massanpois- ' toa, huuhteluveden sisäänmenoa sekä tyhjennystä varten, vastaavasti Näin ollen mit-10 tauksen loputtua mittasäiliö 10 voidaan tyhjentää ja huuhdella. Haluttaessa koko mittaustoiminto voidaan automatisoida.

Keksinnön mukaisella mittarilla ilman ja kaasujen mittaus voidaan suorittaa joko ilmanpaineessa tai prosessipaineessa. Ilmanpaineessa mittaus voidaan järjestää tapah-15 tuvaksi automaattisesti esimerkiksi siten, että mitattavan massan virratessa mittasäiliön 10 läpi tasaisena virtana ja painettaessa mittauspainiketta laitteen syöttöventtiili sulkeutuu ja viiveen jälkeen sulkeutuu myös poistoventtiili, jotta varmistutaan siitä, että paine mittasäiliössä 10 on tasaantunut. Venttiilien rajoittama tilavuus on tarkasti tunnettu ja laitteen prosessorin tiedossa niin, että männän 20 aseman vaikutus tilavuuteen voidaan 20 määrittää. Prosessipaineessa mittaus tapahtuu siten, että painettaessa mittauspainiketta laitteen poistoventtiili sulkeutuu ja viiveen jälkeen sulkeutuu myös syöttöventtiili Tällöin *. venttiilien väliin jää tarkasti tunnettu prosessipaineinen tilavuus.

Laite toimii periaatteessa siten, että liikuttamalla mäntää 20 sylinterissä 22 muutetaan 25 mittasäiliö-sylinteri yhdistelmän tilavuutta. Painettaessa mäntää 20 lepotilasta, tilavuus

Vo, paine po, lähtien syvemmälle (kuviossa ylöspäin) sylinterissä 22 paine mittasäiliössä T 10 kasvaa. Eräs edullinen tapa mittauksen suorittamiseksi on puristaa mäntää sylinteriin, « kunnes paine on kohonnut haluttuun lukemaan pi, esim. 50 kPa ylipainetta, jonka jälkeen mittalaite rekisteröi männän asema-anturien antaman tiedon perusteella tilavuuden 30 muutoksen Vi mittasäiliö-sylinteri-yhdistelmässä. Tämän tiedon perusteella voidaan laskea kuplamaisen kaasun määrä massassa Boylen lain mukaan. Käytetyn mittauspai- P1371FIfinaIUt 104653 4 neen pi tulee edullisesti olla suhteellisen matala, jotta kaasu ei ala liueta kuplista nesteeseen. Liuenneen kaasun määrää lähdetään keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mu-kaisesti mittaamaan vetämällä mäntää 20 lepotilasta lähtien sylinterissä 22 ulospäin (kuviossa alaspäin) niin, että mittasäiliön tilavuus kasvaa lepotilasta mitattuna arvolla Vi.

5 Tällöin paine mittasäiliö-sylinteriyhdistelmässä alenee arvoon -pi, esimerkiksi 50 kPa alipainetta (vastaten kuplamaisen kaasun mittauksessa käytettyä ylipainetta) ja liuennut kaasu pyrkii erottumaan kupliksi Havainnollisimman käsityksen asiasta saa, kun tarkastelee kuviota 2, johon on piirretty tilavuuden muutos ajan funktiona. Kuviosta voidaan nähdä, että tilavuus pienenee lepotilasta määrän Vi mäntää sylinteriin painetta-10 essa annetulla paineella (esim. 50 kPa). Vastaavasti tilavuus kasvaa lepotilasta lähtien määrän Vi pienennettäessä paine vastaavaan alipainearvoon pi (-50 kPa) mittasäiliössä 10. Kun samaa vakioalipainetta pi ylläpidetään kauemmin mittasäiliössä siirtyy mäntä 22 vähitellen ulommas (arvoon V2), joka tarkoittaa sitä, että liuennutta kaasua on irronnut kupliksi mittasäiliössä 10 olevasta massasta. Määrittämällä liuenneen kaasun 15 erottumisesta johtuva tilavuuden muutos V2 - Vi saadaan selville liuenneen kaasun osuus.

Koska etenkin liuenneen kaasun määrän mittaaminen voi olla hidasta, mittalaitteeseen voidaan kytkeä ultraäänivärähtelijä. Ultraäänen aiheuttaman suhteellisen voimakkaan 20 kavitaation kaltaisen värähtelyn aikana liuenneiden kaasujen vapautumisnopeus kupliksi moninkertaistuu ja vastaavasti mittausaika lyhenee. Automaattisessa mittauksessa asetetun ajan t kuluttua liuenneen kaasun mittaus lopetetaan ja vapautunut kaasumäärä lasketaan Boylen lain mukaan.

25 Tämän jälkeen mäntä palautetaan alkuasentoon ja uusi mittaus voidaan aloittaa. Kun mittalaitetta käytetään prosessin jatkuvaan tiedonseurantaan mittauskertojen väli asetetaan sopivaksi Mittalaitteen toiminnan tehokkuuden kannalta mittausväli on mahdollisimman lyhyt. Automaattisesti toimiessaan laitteen mittausväli on edullisesti n. 5 - 10 min.

m P1371FIfinalttt 30 5 1046.53

Mittalaitteeseen voidaan lisäksi liittää liuenneen hapen tai vastaavan kaasun mittalaite.

Laite mittaa liuenneen hapen prosentuaalisen tai todellisen määrän.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaiseen kuplamaisen ilman sekä liuenneen S kaasun mittalaitteeseen on liitetty myös massan hetkellisen lämpötilan sekä paineen mittausanturit T ja P. Kaasun määrän määrittämiseen liittyviä lämpötilan ja paineen mittauksen sekä tarkkuusmännän aseman mittauksen hoitavia mittausosia voidaan sijoittaa tarkasteltavaan prosessiin useampia. Tällöin massan ominaisuuksien seuranta tehostuu huomattavasti 10

On myös huomattava, että kun liuenneen kaasun määrä määritetään kussakin käyttökohteessa useimmiten hyvin samantyyppisistä nesteistä tai kuitususpensioista, on mahdollista nopeuttaa mittausta seuraavasti Kussakin käyttökohteessa mittauksia aloitettaessa pyritään liuenneen kaasun määrä määrittämään mahdollisimman tarkoin eli IS esimerkiksi käytetään paljon aikaa kunkin mittauksen suorittamiseen mahdollisesti myös ultraäänivärähtelijää käyttäen. Määrittämällä nyt liuenneen kaasun erottumisnopeus, toisin sanoen seuraamalla ajan funktiona kuinka nopeasti kaasua erottuu (graafisesti voitaisiin esittää vaikkapa käyrällä, joka on piirretty koordinaatistoon, jonka akseleina ovat erottuneen kaasun määrä prosentteina ja aika), on mahdollista ennustaa hyvinkin 20 lyhyen mittausajanjakson perusteella nesteessä olevan kaasun määrä. Toisin sanoen, erottumisnopeustarkastelu voi antaa vaikkapa tuloksen, jossa 90 % koko kaasumäärästä v erottuu tietystä nesteestä tietyissä olosuhteissa kymmenessä minuutissa ja puolet koko kaasumäärästä erottuu kahdessa minuutissa. Tällöin voidaan jatkossa mittaukset suorittaa kahden minuutin jaksoissa. Käytettäessä mikroprosessoria tai tietokonetta 25 mittaustulosten käsittelyyn on mahdollista syöttää tietokoneen muistiin liuenneen kaasun erottumisnopeustarkastelujen tuloksia koskien suurta joukkoa erilaisia nesteitä erilaisissa ’ olosuhteissa, jolloin edes olosuhteiden muutokset eivät hidasta tehdasmittauksia.

Voidaan jopa ajatella, että jo ennen tehtaalle viemistä laitteen prosessorin/tietokoneen muistiin syötetään laboratorio-olosuhteissa eri nesteille eri olosuhteissa määritettyjä 30 erottumisnopeusarvoja, jolloin laitetta päästään tehtaalla käyttämään heti alusta alkaen nopeasti ja käytännöllisesti P1371FBinaUxt 6 1046&3

Kuten edellä olevista kaavamaisista esimerkeistä käy ilmi, pystytään keksinnöllä ratkaisemaan se ongelma, että aikaisemmin ei massan sisältämää liuennutta kaasua ole pystytty määrittämään. Keksintömme mukaisella menetelmällä on mahdollista määrittää S liuenneen kaasun määrä useimpiin tarkoituksiin riittävällä tarkkuudella. Lisäksi käyttämällä ultraäänivärähtelijää pystytään liuenneen kaasun mittausta nopeuttamaan ja näin parannetaan samalla lyhyenkierron ilmanpoiston säädettävyyttä sekä tätä kautta pystytään valmistamaan laadukkaampaa paperia. Lisäksi on huomattava, että keksintöä voidaan soveltaa paperinvalmistuksen lyhyenkierron lisäksi myös raassanvalmistus-10 prosessin syöttöpumppujen, lajittimien, pesineiden ym. yhteydessä tai yleensä massan-valmistusprosessin osissa, joissa ilmamäärien mittaaminen on tarpeellista. Edellä esitetyistä esimerkeistä on huomattava, että niillä ei millään muotoa ole tarkoitus rajata keksintöä siitä, mikä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

IS Kuten edellä esitetystä huomataan, on pystytty kehittämään huomattavasti aiemmin tunnettuja kaasumäärän mittaustapoja tehokkaampi, tarkempi ja yksinkertaisempi mittausmenetelmä. Lisäksi keksintömme mukainen menetelmä voidaan myös varustaa ottamaan huomioon lämpötilan vaihtelut joko niin, että lämpötila-anturin antamien tietojen perusteella lämpötilakalibrointi suoritetaan matemaattisesti, tai siten, että 20 mittasäiliöön on jäljestetty vakiolämpötila. On myös huomattava, että keksinnön mukainen mittausmenetelmä on esitetty edellä vain esimerkinomaisesti niin, että : ; keksinnön varsinainen suojapiiri käy ilmi vain oheista patenttivaatimuksista.

«' k « 1

Pl371FIfinalUt

Claims (12)

104653 7

1. Menetelmä nesteessä sekä kuplamuodossa olevan että nesteeseen liuenneen kaasun määrän määrittämiseksi, jossa menetelmässä 5 a) tuodaan tarkasteltava neste mittasäiliöön, b) kohdistetaan lepotilassa (V0, po) oleva neste ylipaineeseen pi, c) määritetään paineen muutoksesta pi johtuvan tilavuuden muutoksen Vi perusteella kuplamuodossa olevan kaasun määrä, tunnettu siitä, että 10 d) vapautetaan tarkasteltava neste lepotilaan, e) kohdistetaan mainittu mittasäiliössä lepotilassa (V0, po) oleva neste vastaavan alipaineen pt vaikutukselle, jolloin mainitun alipaineen pi vaikutuksesta ainakin osa liuenneesta kaasusta vapautuu kuplamuotoon ja tilavuus kasvaa arvolla V2, f) määritetään liuenneen kaasun vapautumisesta seuraava tilavuuden muutos 15 V2-Vi,ja g) määritetään vapautuneen liuenneen kaasun määrä kyseisen tilavuuden muutoksen V2 - Vi perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määri-20 tetään kaasun vapautumisesta seurannut tilavuuden muutos V2 - Vi kuluneen ajan funktiona ja määritetään vapautuneen kaasun määrä kyseisen tilavuuden muutoksen V2 - « Vi perusteella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 määritetään vapautuneen kaasun määrä kyseisen tilavuuden muutoksen V2 - Vi ja mainitun alipaineen pi perusteella.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ultraää- nivärähtelijällä edesautetaan liuenneen kaasun erottumista massasta koko liuenneen 30 kaasun mittaamisen ajan. P1371;M1tula 8 104653

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattaessa liuenneen kaasun määrää seurataan ajan sijasta kaasukuplien vapautumisnopeutta, jolloin nopeuden selvästi hidastuessa lopetetaan mittaus. 5

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattaessa liuenneen kaasun määrää mittaus suoritetaan yhdessä tai useassa vaiheessa, jolloin viimeinen mittausvaihe tapahtuu mittalaitteen maksimialipaineessa.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasu- määrän mittauksen loputtua mittasäiliö tyhjennetään ja huuhdellaan, jolloin mäntä palautuu alkuasentoon.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittalaite 15 voidaan varustaa erillisellä sisäänmenevällä huuhteluventtiilillä sekä erillisellä uiostule- valla huuhteluventtiilillä.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasun määrityslaitteeseen on liitettävissä liuenneen hapen mittalaite. 20

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasun määrityslaite mittaa myös massan hetkellistä lämpötilaa sekä painetta.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritys 25 suoritetaan prosessipaineessa tai ilmanpaineessa.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mit- • · tasäiliön lämpötila on vakioitu. « P137I; Mutia 9 104653