FI123789B - Suspension kiinteän aineen määrän mittaus - Google Patents

Suspension kiinteän aineen määrän mittaus Download PDF

Info

Publication number
FI123789B
FI123789B FI20106260A FI20106260A FI123789B FI 123789 B FI123789 B FI 123789B FI 20106260 A FI20106260 A FI 20106260A FI 20106260 A FI20106260 A FI 20106260A FI 123789 B FI123789 B FI 123789B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
suspension
amount
measuring
measurement
gas
Prior art date
Application number
FI20106260A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20106260A (fi
FI20106260A0 (fi
Inventor
Matti-Paavo Saren
Arvo Rahikkala
Sami Saarenmaa
Marko Heikkinen
Original Assignee
Metso Automation Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Metso Automation Oy filed Critical Metso Automation Oy
Priority to FI20106260A priority Critical patent/FI123789B/fi
Publication of FI20106260A0 publication Critical patent/FI20106260A0/fi
Priority to PCT/FI2011/051057 priority patent/WO2012072880A1/en
Priority to EP11845071.7A priority patent/EP2646797B1/en
Priority to CN201180057589.3A priority patent/CN103238053B/zh
Priority to CA2819205A priority patent/CA2819205A1/en
Priority to US13/988,627 priority patent/US9207228B2/en
Priority to JP2013541395A priority patent/JP5897029B2/ja
Publication of FI20106260A publication Critical patent/FI20106260A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI123789B publication Critical patent/FI123789B/fi

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/34Paper
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/026Dielectric impedance spectroscopy
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/041Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/34Paper
    • G01N33/343Paper pulp

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

Suspension kiinteän aineen määrän mittaus
Ala
Keksintö koskee suspensioon dispergoituneen kiinteän aineen määrän mittausta.
5 Tausta
Erityisesti paperi- ja selluteollisuudessa on tärkeää voida mitata sul-pun sakeus, koska sakeus kertoo sulpussa olevan kiinteän aineen suhteellisen osuuden. Kiinteän aineen määrä ja laatu puolestaan vaikuttavat ratkaisevasti lopputuotteena syntyvän paperin tai kartongin ominaisuuksiin ja laatuun.
10 Sulppu on suspensiota, jonka sakeus voidaan mitata esimerkiksi sähkömagneettisen säteilyn avulla. Sakeus voidaan määrittää sähkömagneettisen säteilyn vaimentumisen avulla säteilyn ollessa vuorovaikutuksessa suspension kanssa. Sähkömagneettinen säteily voi tällöin olla radiotaajuista tai optista. Sakeus voidaan mitata myös esimerkiksi radiotaajuisen säteilyn kulku-15 ajan avulla. Kummassakin mittauksessa radiotaajuinen säteily tai optinen säteily joko menee suspension läpi tai heijastuu siitä. Vastaavanlaisia suspension mittauksia voidaan suorittaa myös muilla teollisuuden aloilla.
Suspension kiinteän aineen määrän mittausta häiritsee kuitenkin suspensiossa oleva ilma tai muu kaasu, jota teollisissa prosesseissa joutuu tai 20 mahdollisesti tahallisestikin lisätään suspensioon. Täten suspension kiinteän aineen määrän mittauksesta tulee epätarkka.
Lyhyt selostus
Keksinnön tavoitteena on toteuttaa parannettu ratkaisu mitata sus-£2 pension kiinteän aineen määrää.
° 25 Tämän saavuttaa laite suspension kiinteän aineen määrän mittaa- i § miseksi.
i g Laite käsittää ensimmäisen mittausosan kohdistaa sähkömagneet- x tista säteilyä suspensioon ja mitata suspension kanssa vuorovaikutuksessa
CC
ollutta sähkömagneettista säteilyä suspension dispergoituneen aineen määrän § 30 mittaamista varten; toisen mittausosan, joka on sovitettu mittaamaan suspen- o sion sähkönjohtavuus- ja/tai impedanssijakaumaa impedanssitomografisesti ° suspension sisältämän vapaan kaasun suhteellisen tilavuuden määrittämistä varten; ja signaalinkäsittelyosan sovitettu muodostamaan yksi tai useampi poikkileikkauskuva suspensiosta ja muodostamaan suspension dispergoitu- 2 neen kiinteän aineen määrä perustuen dispergoituneen aineen määrään ja vapaan kaasun suhteelliseen tilavuuteen mainitun yhden tai useamman suspensiosta muodostetun poikkileikkauskuvan perusteella.
Keksinnön kohteena on myös menetelmä suspension kiinteän ai-5 neen määrän mittaamiseksi. Menetelmässä mitataan suspension dispergoituneen aineen määrää mittauksella, jossa sähkömagneettinen säteily vuorovaikuttaa suspension kanssa; mitataan suspension sisältämän vapaan kaasun suhteellista tilavuutta perustuen impedanssitomografiseen suspension sähkönjohtavuus- ja/tai impedanssijakauman mittaukseen; ja muodostetaan yksi tai 10 useampi poikkileikkauskuva suspensiosta ja muodostetaan suspension dispergoituneen kiinteän aineen määrä perustuen dispergoituneen aineen määrään ja vapaan kaasun suhteelliseen tilavuuteen mainitun yhden tai useamman suspensiosta muodostetun poikkileikkauskuvan perusteella.
Keksinnön edullisia suoritusmuotoja kuvataan epäitsenäisissä pa-15 tenttivaatimuksissa.
Kullakin keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan useita etuja. Suspension kiinteän aineen määrä voidaan mitata tarkasti, mikä mahdollistaa lopputuotteen laadun parantamisen.
Kuvioluettelo 20 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh teydessä viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1A esittää radiotaajuisella sähkömagneettisella säteilyllä suoritettavaa mittausta suspension läpi, kuvio 1B esittää radiotaajuisella sähkömagneettisella säteilyllä suo-25 ritettavaa suspension heijastusmittausta,
CO
^ kuvio 2A esittää optista mittausta suspension läpi, ™ kuvio 2B esittää optista heijastusmittausta suspensiosta,
CO
9 kuvio 3A esittää impedanssitomografista mittausta suspensiosta, o kun yksi syöttävä kontaktielementti on aktiivinen, | 30 kuvio 3B esittää impedanssitomografista mittausta suspensiosta toi- sella kontaktielementillä, kuvio 3C esittää havaittua kaasukuplaa, ° kuvio 4A esittää yhdistettyä sähkömagneettisella säteilyllä suoritet- o ^ tavaa kiinteän aineen mittausta suspension läpi ja impedanssitomografista 35 kaasun määrän mittausta suspensiosta, 3 kuvio 4B esittää yhdistettyä sähkömagneettisella säteilyllä suoritettavaa kiinteän aineen heijastusmittausta suspensiosta ja impedanssitomogra-fista kaasun määrän mittausta suspensiosta, kuvio 5 esittää paperikonetta, 5 kuvio 6 esittää kierrätyskuidun käsittelylaitteistoa, kuvio 7 esittää jätevedenkäsittelylaitosta, ja kuvio 8 esittää menetelmän vuokaaviota.
Suoritusmuotojen kuvaus
Esitettyä ratkaisua voidaan soveltaa esimerkiksi sellun käsittelyssä, 10 paperin tai kartongin valmistuksessa, kierrätyskuitumassoihin liittyvissä prosesseissa, ympäristön huoltoon kuuluvilla teollisuuden aloilla, kuten jäteveden puhdistuksessa ja/tai vastaavissa, mainittuihin esimerkkeihin kuitenkaan rajoittumatta.
Suspensio käsittää nestemäisen väliaineen, jossa on dispergoitu-15 neena kiinteän aineen hiukkasia. Lisäksi suspensio voi tämän hakemuksen toimintamuodoissa sisältää myös dispergoitunutta kaasua, kuten ilmaa. Väliaine on tavallisesti vettä, mutta yleisessä tapauksessa väliaine voi olla muutakin nestettä. Suspension sakeus voi vaihdella nollasta kymmeniin prosentteihin. Paperiteollisuudessa sakeus on usein 0,1 % - 20 %. Dispergoituneen aineen 20 määrää suspensiossa voidaan mitata tilavuusprosentteina tai massaprosent-teina. Tilavuusprosentteina ilmoitettuna dispergoituneen aineen tilavuus jaetaan suspension kokonaistilavuudella ja kerrotaan 100 %:lla. Massaprosenttei-na ilmoitettuna dispergoituneen aineen massa jaetaan suspension kokonaismassalla ja kerrotaan 100 %:lla.
25 Varsinkin paperi- ja selluteollisuuden sovelluksissa suspension kiin-
CO
£ teä aine voi olla esimerkiksi kuituja. Paperi- ja kartonkiteollisuudessa kuitu on ™ usein puukuitu. Kuitu voi kuitenkin olla mikä tahansa kuitu, kuten eläinkuitu,
CO
9 kasvikuitu, selluloosapohjainen kuitu tai tekokuitu. Paperin ja kartongin valmis- o tuksessa käytetty sulppu on suspensiota, jonka väliaine on vettä ja kiinteän ir 30 aineen partikkelit voivat olla kuituja, hienoaineita, täyteainetta, retentioainetta, Q_ päällystysainetta, mustetta jne.
cS Puhdistettavassa jätevedessä oleva kiinteä aines voi olla esimerkik- 9 si hiekkaa, paperia, ravinteita ja erilaisia saostumia tai lietettä, o
Kiinteän aineen määrän mittaus perustuu siihen, että sähkömag-35 neettisen säteilyn mittaukseen vaikuttaa kiinteän aineen hiukkasten ja väliaineen eri suhteellinen dielektrisyysvakio. Mitä enemmän kiinteää ainetta on 4 suspensiossa, sitä enemmän mittaustulos poikkeaa pelkän väliaineen mittaustuloksesta. Kiinteän aineen määrän mittausta häiritsee se, että väliaineella ja kaasulla voi olla myös toisistaan poikkeava suhteellinen dielektrisyysvakio. Täten sekä kiinteä aine että kaasu vaikuttavat yhdessä mittaustulokseen, eikä 5 tarkkaa tietoa kiinteän aineen määrästä saada.
Kuvioissa 1A - 4B on esitetty ratkaisu, joka perustuu siihen, että mit-tausosa 150, 152, 250, 252, 350 määrittää suspension 106 dispergoituneen aineen määrän perustuen mittaukseen, jossa sähkömagneettinen säteily on suspension 106 kanssa vuorovaikutuksessa. Lisäksi mittausosa 150, 152, 250, 10 252 määrittää suspension sisältämän vapaan kaasun 318 suhteellisen tilavuu den perustuen sähkönjohtavuus- ja/tai impedanssijakaumaan suspensiossa 106.
Kuvio 1A esittää erästä kiinteän aineen määrän, kuten sakeuden mittausta käyttäen radiotaajuista sähkömagneettista säteilyä. Yleisesti kiinteän 15 aineen määrän mittaus voi tarkoittaa kiinteän aineen tilavuusosuutta tai paino-osuutta tietyssä tilavuudessa. Mittausjärjestelyssä radiotaajuinen lähde 100, kuten radiotaajuusoskillaattori voi pyyhkäistä lähettävän radiotaajuisen sähkömagneettisen signaalin taajuutta yli halutun taajuuskaistan.
Ratkaisussa voidaan käyttää FMCVV-menetelmää (Frequency Mo-20 dulation Continuous Wave). Radiotaajuisen lähteen 100 tuottaman sähkömagneettisen säteilyn taajuus voi olla esimerkiksi 100 MFIz -100 GFIz. Mittauksessa käytetty taajuuskaista voi olla esimerkiksi muutamia satoja megahertsejä. Pyyhkäisy voidaan suorittaa esimerkiksi siten, että lähetettävän radiotaajuisen signaalin taajuus nousee alkutaajuudesta fo suurimpaan taajuuteen fmax ja 25 tämän jälkeen taajuus laskee suurimmasta taajuudesta fmax takaisin alkutaa- £2 juuteen fo. Tällaista taajuuden pyyhkäisyä voidaan toistaa koko mittauksen o ajan. Taajuus voi nousta ja laskea jatkuvasti tai diskreetisti. Pyyhkäisyn pituus i o ei ole keksinnön kannalta kriittinen, mutta käytännössä taajuuspyyhkäisyn ajal- g linen kesto voi olla esimerkiksi 1 ms -100 ms.
x 30 Radiotaajuisesta lähteestä 100 lähtenyt signaali etenee syöttöele- mentille 102, joka voi olla kiinni putkessa 104 ja joka voi olla esimerkiksi an-o g tenni, kuten rako-, flat panel- tai patch-antenni. Syöttävä kontaktielementti 102 o syöttää signaalin esimerkiksi putkessa 104 virtaavan suspension 106 läpi vas- ° taanottavalle kontaktielementille 108, jolloin sähkömagneettinen säteily on vuo- 35 rovaikutuksessa suspension 106 kanssa. Suspension 106 läpi kulkenut signaali etenee detektoivan kontaktielementin 108 kautta signaalinkäsittely- 5 yksikköön 110, joka vertailee suspensioon 106 kohdistettavaa sähkömagneettista signaalia suspension 106 kanssa vuorovaikutuksessa olleeseen signaaliin. Mittausparametrinä voi olla signaalin kulkuaika, taajuus tai vaihe. Kontak-tielementit 102, 108 voivat olla kiinni putkessa 104.
5 Signaalinkäsittely-yksikkö 110 voi esimerkiksi määrittää suspension 106 läpi kulkeneen signaalin kulkuajan ja/tai sen vaimentumisen suhteessa suoraan lähteeltä 100 lähteneeseen signaaliin. Lohkot 100, 102 ja 108 muodostavat siis mittausosan 150 kiinteän aineen mittaamiseksi suspensiosta 106.
Mittaus voidaan suorittaa suorana kulkuaikamittauksena signaali-10 pulssin avulla mittaamalla pulssin lähetyksen ja vastaanoton välinen aika. Tämä on yleisesti käytetty mittaustekniikka esimerkiksi pinnankorkeusmittauksis-sa, missä mitatun kulkuajan perusteella lasketaan heijastusta aiheuttavan pinnan etäisyys lähetinvastaanotinantennista.
Suspension 106 läpi kulkeneen signaalin kulkuaika voidaan määrit-15 tää myös suspensioon 106 syötetyn signaalin ja suspension läpi menneen signaalin välisen vaihe-eron avulla.
Suspension läpi kulkeneen signaalin ja suspensioon syötetyn signaalin välisen viiveen erolle At pätee 20 At = f * T / B, missä f on signaalin taajuus, B = taajuuspyyhkäisyn kaistan suuruus (Hz) ja T = taajuuspyyhkäisyn kesto (s).
Vaihe-ero voidaan määrittää myös mittaamalla mittatien läpi kulke-25 neen yhden tai useamman pistetaajuuden vaihe, silloin kun taajuuspyyhkäisyä ei käytetä. Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi ns. heterodynetekniikalla, joka o tuottaa suspensioon syötetyn signaalin ja suspension läpi kulkeneen radiotaa-
C\J
^ juisen signaalin vaihe-eroon perustuvan arvon. Koska generaattori 100 voi ° syöttää koko ajan muuttumatonta signaalia, voidaan suspension 106 läpi kul- <j> ° 30 keneen signaalin vaiheen muutokset suoraan mitata.
| Kulkuaika on mahdollista määrittää myös korrelaatiotekniikalla. Kor- o relaatiomittauksessa pyritään löytämään suurin mahdollinen korrelaatio siirtä-
CO
™ mällä suspensioon 106 syötettyä signaalia ja suspension läpi kulkenutta sig- ? naalia toistensa suhteen. Se, paljonko signaaleita pitää siirtää toistensa suh- ^ 35 teen ajallisesti mittaushetkeen nähden suurimman mahdollisen korrelaation 6 muodostamiseksi, määrittää kulkuaikojen eron suspensioon syötetyn ja suspension läpi kulkeneen signaalin välillä.
Signaalinkäsittely-yksikkö tai signaalinkäsittelyosa voi muodostaa korrelaation C(t) esimerkiksi seuraavasti: 5 C(t) = J x(t) · y(t-r)dt missä x(t) on ensimmäinen detektoitu signaali ja y(t - τ) on toinen detektoitu signaali, jota on viivästetty τ:η verran. Korrelaation arvo lasketaan useilla viiveen arvoilla siten, että τ e [t0, ..., tn], missä t0 on lyhin mahdollinen viive ja tn on suurin mahdollinen viive.
10 Koska kulkuaika ja vaihe ovat suoraan verrannollisia toisiinsa, kiin teän aineen määrä, kuten sakeus voidaan laskea niistä kumman tahansa perusteella. Kulkuajan At ja vaiheen φ yhteys voidaan ilmaista esimerkiksi yhtälöllä 15 At = n *Tf + φ/2π *Tf, missä Tf = käytetyn taajuuden jaksonpituus, n = täysien jaksonpituuksien määrä mittatiellä, φ = signaalin vaihe ja π « 3,14159265.
Koska vaihe riippuu kulkuajasta, puhutaan jatkossa pelkästään kul-20 kuajasta, vaikka mittaus voitaisiin sinänsä suorittaa vaihetta käyttäen.
Mittausparametri voi olla myös signaalin voimakkuus, ja siksi kulku-ajan sijaan tai lisäksi signaalinkäsittely-yksikkö 110 voi määrittää radiotaajuisen sähkömagneettisen säteilyn voimakkuuden muutoksen eli vaimennuksen, kun sähkömagneettinen säteily on vuorovaikutuksessa suspension 106 kans-25 sa. Suspensiossa 106 olevat kiinteän aineen partikkelit ja kaasukuplat vaimen-„ tavat radiotaajuista sähkömagneettista säteilyä suspensiossa 106. Mitä use- o ampaan kiinteän aineen hiukkaseen ja/tai kaasukuplaan sähkömagneettinen co säteily suspensiossa törmää, sitä alemmaksi sen voimakkuus laskee. Säteilyn o voimakkuus voidaan mitata esimerkiksi intensiteettinä (P/A, missä P on teho
O
30 esimerkiksi watteina ja A tarkoittaa detektoivaa pinta-alaa esimerkiksi neliö-£ metreinä).
§ Kuviossa 1B on esitetty toimintamuoto, jossa lähteen 100 tuottama g radiotaajuinen säteily kohdistetaan suspensioon 106 kontaktielementillä 112, 5 joka myös ottaa vastaan ja detektoi suspensiosta 106 heijastuneen säteilyn.
CVJ
35 Kontaktielementti 112 voi olla lähetys-ja vastaanottoantenni. Muutoin suspension 106 kanssa vuorovaikutuksessa olleen säteilyn ja vuorovaikutukseen syö- 7 tettävän säteilyn vertailu voidaan suorittaa signaalinkäsittely-yksikössä 110 kuten kuvion 1A tapauksessakin. Lohkot 100 ja 112 muodostavat täten mitta-usosan 152 kiinteän aineen mittaamiseksi suspensiosta 106.
Radiotaajuisen mittauksen lisäksi tai sijaan optista sähkömagneet-5 tista säteilyä voidaan käyttää kiinteän aineen määrän mittaukseen suspensiosta. Suspensiossa 106 olevat kiinteän aineen partikkelit ja kaasukuplat vaimentavat optista säteilyä suspensiossa 106. Mitä useampaan kiinteän aineen hiukkaseen ja/tai kaasukuplaan optinen säteily suspensiossa törmää, sitä alemmaksi sen voimakkuus laskee. Samoin kuin radiotaajuisen säteilyn voimak-10 kuus myös optisen säteilyn voimakkuus voidaan mitata esimerkiksi intensiteettinä I (I = P/A, missä P on teho esimerkiksi watteina ja A tarkoittaa detektoivaa pinta-alaa esimerkiksi neliömetreinä).
Kuvio 2A esittää toimintamuotoa, jossa optisen säteilyn lähde 200 syöttää optista säteilyä kohti syöttävää kontaktielementtiä 202, joka on kiinni 15 esimerkiksi putkessa 104. Kontaktielementti 202 kohdistaa optisen säteilyn suspensioon 106. Vuorovaikutettuaan suspension 106 kanssa kulkumatkallaan suspension 106 läpi tulokontaktielementti 208 ottaa vastaan optisen säteilyn ja välittää sen signaalinkäsittelyosaan 210, johon voidaan syöttää myös ennalta määrätty osa optisen säteilyn lähteen 200 optisesta säteilystä. Signaalinkäsit-20 tely-yksikkö 210 voi näin määrittää optisen säteilyn vaimentumisen suspensiossa 106. Optisen säteilyn lähde 200 voi syöttää optista säteilyä kontaktiele-mentille 202 optisen kuidun välityksellä. On myös mahdollista, että optisen säteilyn lähde 200 sijaitsee kontaktielementissä 202, jolloin optisen säteilyn lähde 200 suoraan kohdistaa optista säteilyä suspensioon 106. Detektoiva kontak-25 tielementti 208 voi olla optisen kuidun pää, jossa voi olla ainakin yksi optinen komponentti, kuten linssi. Optinen kuitu voi siirtää vastaanotetun optisen sätei-5 lyn signaalinkäsittely-yksikköön 210. Tulokontaktielementti 208 voi myös olla
C\J
^ optisen säteilyn detektori, joka muuntaa optisen säteilyn sähköiseksi signaalik- ° si. Signaalinkäsittely-yksikkö 210 voi siten ottaa vastaan detektorin muodosta en ° 30 man sähköisen signaalin, joka välittää tiedon optisen signaalin voimakkuudes- | ta. Lohkot 200, 202 ja 208 muodostavat siis mittausosan 250 kiinteän aineen o mittaamiseksi suspensiosta 106.
CD
Kuvio 2B esittää kuvion 1B mukaista ratkaisua toteutettuna optises-° ti. Optisen säteilyn lähteen 200 tuottama optinen säteily kohdistetaan suspen- 00 35 sioon 106 kontaktielementillä 212, joka myös ottaa vastaan ja detektoi suspen siosta 106 heijastuneen säteilyn. Muutoin suspension 106 kanssa vuorovaiku- 8 tuksessa olleen säteilyn ja vuorovaikutukseen syötettävän säteilyn vertailu voidaan suorittaa signaalinkäsittely-yksikössä 110 kuten kuvion 2A tapauksessakin. Lohkot 200 ja 212 muodostavat täten mittausosan 252 kiinteän aineen mittaamiseksi suspensiosta 106.
5 Vaikka kuvioissa 1A - 2B säteily on piirretty kulkemaan poikittain vir- taussuuntaan/putkeen 104 nähden, kiinteän aineen määrän mittaus voidaan suorittaa myös virtaussuunnassa/putken 104 pituussuunnassa suoraan tai viistosti.
Tarkastellaan nyt kuvion 3A avulla kiinteän aineen mittauksen yh-10 teydessä olevaa tai siihen integroitua vapaan kaasun suhteellisen tilavuuden mittausta, joka mittaa impedanssi- ja/tai sähkönjohtavuusjakaumaa. Mittaus voi perustua esimerkiksi impedanssitomografiaan. Signaalinlähde 300 voi syöttää sähköistä signaalia kuhunkin kontaktielementtiin 302 - 316 erikseen omana ajanhetkenään. Kukin kaksi peräkkäistä kontaktielementtiä 302 - 316 voi olla 15 samalla tai eri etäisyydellä AD toisistaan kuin muut peräkkäiset kontaktiele-mentit. Sähköinen signaali voi olla vaihtosähkösignaali, jonka taajuus voi olla pienempi kuin radiotaajuisen signaalin. Kuviossa 3A kontaktielementti 316 syöttää sähköistä signaalia suspensioon 106 ja muilla kontaktielementellä 302 - 314 sähköistä signaalia otetaan vastaan ja signaali tai signaalista mitattu mit-20 tausarvo siirretään kontaktielementeistä signaalinkäsittelyosaan 320. Kulkiessaan suspension läpi sähköinen signaali voi joutua vuorovaikutukseen yhden tai useamman kaasukuplan 318 kanssa, joista kukin vaikuttaa sähköiseen signaaliin. Vastaanotettaessa sähköistä signaalia kontaktielementit 302 - 314 voivat ottaa vastaan sähköisen signaalin, jota signaalinkäsittelyosa 320 voi verra-25 ta suspensioon 106 kontaktielementillä 316 syötettyyn sähköiseen signaaliin ja siten muodostaa suspension 106 johtavuuden ja/tai impedanssin kunkin kon-o taktielementin 302 - 314 ja 316 välillä. Johtavuus ja impedanssi ovat toisistaan
CvJ
^ riippuvia suureita. Usein mittauksessa määritetään impedanssi, josta muodos- ° tetaan johtavuus. Johtavuus ja impedanssi voidaan käsittää esimerkiksi tois- o ° 30 tensa käänteisarvoiksi.
| Muodostetut johtavuudet ja/tai impedanssit kuvaavat sähkönjohta- o vuus- ja/tai impedanssijakaumaa suspension 106 läpi. Johtavuudessa ja/tai
CO
™ impedanssissa voidaan huomioida yhdessä tai erikseen sekä resistiivinen ^ komponentti että reaktiivinen komponentti.
^ 35 Kuvio 3B esittää myös impedanssitomografista mittausta. Tässä esimerkissä sähköisenä signaalinlähettäjänä on kontaktielementti 314. Käytet- 9 taessa eri kontaktielementtejä signaalin syöttämiseen suspensiossa olevat kaasukuplat 318 näyttäytyvät erilaisena kaasukuplien konfiguraationa kontak-tielementtien 302 - 316 välisessä mittauksessa, mikä mahdollistaa kuplien ominaisuuksien määrittämisen. Signaalinkäsittelyosa 320 voi havaita kaasu-5 kuplien sijainnista johtuvan vuorovaikutuksen muutoksen syöttävän kontak-tielementin ja kunkin vastaanottavan kontaktielementin välisessä impedanssissa. Kaikki kaasukuplat ja erityisesti niiden rajapinnat suspension kanssa, koko, kuten läpimitta, poikkipinta-ala ja/tai tilavuus voivat muuttaa kontaktielementti-en välistä impedanssia. Kun monen tai kaikkien kontaktielementtien 302 - 316 10 väliset impedanssimittaukset on tehty, voidaan mittausalueella mahdollisesti olevien kaasukuplien 318 muotoa, kokoa, määrääjä kuplien rajapintojen määrää arvioida. Arviointi voi perustua esimerkiksi tomografiseen esitykseen tai vastaavaan suspensiosta 106 ja siinä mahdollisesti olevasta ainakin yhdestä kaasukuplasta. Mutta ilman tomografista esitystäkin voi signaalinkäsittely-15 yksikkö 320 muodostaa mahdollisen yhden tai useamman kaasukuplan 318 kokonaistilavuuden mittausalueella, joka kuvioiden 3A ja 3B esimerkissä on putken 104 poikkileikkaus. Suspension 106 sisältämän vapaan kaasun suhteellisen tilavuuden määrittäminen voi perustua nimittäin siihen, että signaalinkäsittely-yksikkö 320 voi detektoida impedanssitomografisesti suspension 106 20 sähkönjohtavuus- ja/tai impedanssijakauman, joka muodostaa ikään kuin poik-kileikkauskuvan mittaustilavuudesta. Poikkileikkaus voi olla ennalta määrätty tai haluttu pinta, jonka suuntaisesti mittaukset on tehty suspensiossa. Kaasu-kuplat 318 edustavat suspensiossa olevaa vapaata, liukenematonta kaasua, ja kuvioissa 3A ja 3B esitetyllä ratkaisulla voidaan mitata suspension volometri-25 nen jakauma liittyen sähkön käyttäytymiseen suspensiossa sähkön ollessa kytketty suspensioon galvaanisen kytkennän kautta.
5 Jos kunkin kontaktielementin 302 - 316 syöttämät sähköiset signaa-
C\J
^ lit moduloidaan ja/tai koodataan erilaisiksi, jotta ne voidaan erottaa toisistaan ° myös vastaanotossa ja/tai signaalinkäsittelyssä, voidaan useiden tai kaikkien O) ° 30 kontaktielementtien 302 - 316 väliset impedanssimittaukset suorittaa samanai- | kaisesti.
o Kontaktielementit 302 - 316 voi olla yhdistetty tai integroitu yhdeksi kokonaisuudeksi kontaktielementtien 102, 108, 202, 208, 212 kanssa. Samoin ° signaalinkäsittely-yksikkkö 320 voi olla yhdistetty tai integroitu yhdeksi koko- 00 35 naisuudeksi signaalinkäsittely-yksikön 110, 210 kanssa. Edelleen lähde 300 10 voi olla yhdistetty tai integroitu yhdeksi kokonaisuudeksi lähteen 100, 200 kanssa.
Signaalinlähde 300, kontaktielementit 302 - 316 ja signaalinkäsitte-lyosa 320 voivat muodostaa suhteellista kaasun tilavuutta mittaavan toisen 5 mittausosan 350, joka ei esiinny kuvioissa, mutta johon viitataan kuvioiden 5, 6 ja 7 selityksessä ja vaatimuksissa. Lisäksi ensimmäinen mittausosa ja toinen mittausosa voivat olla yhdistetty toisiinsa ja/tai integroitu yhdeksi kokonaisuudeksi. Edelleen signaalin- ja/tai datankäsittely voidaan suorittaa erillisissä sig-naalinkäsittelyosissa tai koko prosessin yhteisessä ohjaimessa.
10 Signaalinkäsittelyosa, joka esiintyy kuvioissa 4A ja 4B viitenumerolla 430 ja joka on yhteinen sekä kiinteän aineen määrän määritykselle että vapaan kaasun suhteellisen tilavuuden määritykselle, voi määrittää suspension 106 dispergoituneen kiinteän aineen määrän perustuen ensimmäisen mittaus-osan 150, 152, 250, 252 mittaamaan sähkömagneettiseen säteilyyn ja toisen 15 mittausosan 350 mittauksella muodostettuun sähkönjohtavuus- ja/tai impe-danssijakaumaan suspensiossa 106. Ensimmäinen ja toinen mittausosa muodostavat mittausosaparin 134, joka esiintyy kuvioissa 5, 6 ja 7.
Kuvio 3C esittää peräkkäisiä leikkauskuvia kaasukuplasta, joka ete-nee suspensiovirran mukana mittauskohdan ohi. Mittausajanhetkellä T1 kuplan 20 370 pää osuu mittauskohtaan, jolloin saadaan ensimmäinen leikkauskuva 372.
Kaasukupla 370 on merkitty katkoviivalla. Toisena mittausajanhetkenä T2 kaasukupla on edennyt virtauksen mukana, jolloin saadaan toinen leikkauskuva 374. Kolmantena mittausajanhetkenä T3 saadaan kolmas leikkauskuva 376, joka tässä esimerkissä osuu kuplan 370 keskelle. Neljäntenä mittausajanhet-25 kenä T4 saadaan melko lailla samanlainen leikkauskuva 378 kuin mittausajan-hetkellä T2. Viimeinen leikkauskuva 380 kuplasta 370 saadaan mittausajan-5 hetkellä T5. Leikkauskuvien 372 - 380 avulla voidaan muodostaa kuplan 370
C\J
^ pituusestimaatti virtauksen suunnassa. Paksuusmittaestimaatit puolestaan ° voidaan muodostaa suoraan kustakin leikkauskuvasta 372 - 380. Näin voidaan O) ° 30 yleisessä tapauksessa määrittää kaasukuplien määrän lisäksi kaasukuplien | mitat, muodot ja rajapintojen määrä.
o Mittausosa 350 voi määrittää suhteellisen tilavuuden lisäksi vapaas- co ta kaasusta 318 myös ainakin yhden seuraavista: kuplien määrän, kuplien ja ° suspension välisten rajapintojen määrän. Koska sähkömagneettisen säteilyn 00 35 kulkuaika ja vaimennus riippuvat kaasukuplien määrästä suspensiossa 106, voidaan kiinteän aineen määrän mittaustulosta muokata vapaan kaasun tila- 11 vuusmittauksen lisäksi myös kaasukuplien määrän avulla. Kaasukuplien määrä voi ilmaista kaasukuplien suhteellisen määrän mittaustilavuudessa. Koska sähkömagneettisen säteilyn kulkuun suspensiossa vaikuttaa kaasukuplien ja suspension rajapintojen määrä, voidaan kiinteän aineen määrän mittaustulosta 5 muokata kaasukuplien määrän sijaan tai lisäksi myös mainittujen rajapintojen määrän perusteella. Pääsääntöisesti mitä enemmän kuplia ja/tai rajapintoja on, sitä enemmän mittaustulosta pitää muuttaa. Kuitenkin kaasukuplien koko myös vaikuttaa sähkömagneettisen säteilyn kulkuun suspension läpi. Esimerkiksi sironta, joka vaikuttaa sekä sähkömagneettisen säteilyn kulkuaikaan että vai-10 mennukseen, on yleensä voimakkaimmillaan, kun kaasukuplien halkaisija on mittauksessa käytetyn aallonpituuden luokkaa. Sironta on yleensä vähäisempää, kun kaasukuplien koko on kauempana aallonpituuden suuruusluokasta.
Kuvio 4A esittää yhdistettyä kiinteän aineen mittausta ja kaasun mittausta suspensiosta 106. Sähkömagneettisella säteilyllä kiinteän aineen mää-15 rää mittaava laite voi käsittää sähkömagneettisen säteilyn lähteen 100 ja sig-naalinkäsittelyosan 430, jotka voivat fyysisesti sijaita samassa laitekotelossa. Signaalinkäsittelyosa 430 tarkoittaa samaa kuin tai signaalinkäsittelyosan 430 osana voi olla signaalinkäsittely-yksikkö 320 (kuviot 3A, 3B) ja/tai ainakin yksi signaalinkäsittely-yksiköistä 110 ja 210 (kuviot 1A - 2B). Sähkömagneettinen 20 säteily voidaan syöttää esimerkiksi kaapelilla radiotaajuisen säteilyn lähteestä 100 kontaktielementtiin 102, josta sähkömagneettinen säteily voi siirtyä suspensioon 106. Kuvion 4A mukaisessa esimerkissä sähkömagneettinen säteily ei kulje poikittain suspension 106 virtausta vastaan vaan yhdensuuntaisesti virtauksen kanssa. Vuorovaikutettuaan suspensiossa 106 sähkömagneettinen 25 säteily otetaan vastaan kontaktielementillä 108, ja sähkömagneettinen säteily tai sen mittausparametrin arvo siirretään signaalinkäsittelyosaan 430 esimer-5 kiksi kaapelia pitkin. Myös kontaktielementille 102 syötetty signaali, sen tunnet-
C\J
^ tu osa tai tieto signaalin mittausparametrin arvosta voidaan syöttää referens- ° siksi signaalinkäsittelyosaan 430 suspension 106 vaikutuksesta syntyneen O) ° 30 sähkömagneettisen signaalin muutoksen määrittämiseksi. Vaihtoehtoisesti re- | ferenssinä voidaan käyttää jotain kontaktielementillä 108 saatua mittaustulosta o muiden mittaustulosten muutosten määrittämiseen.
CD
Sähkömagneettisen säteilyn ja suspension 106 vuorovaikutusalu-° eella voidaan samanaikaisesti suorittaa myös vapaan kaasun suhteellisen tila- 00 35 vuuden mittaus impedanssitomografisesti. Vuorovaikutusalue on käytännössä suspensiossa 106 oleva tilavuus, jossa molemmat mittaukset suoritetaan. Put- 12 ki 104 voidaan ympäröidä useammalla kuin yhdellä kaasun suhteellisen tilavuuden mittauksessa käytettävällä kontaktielementillä siten, että ainakin kaksi kontaktielementtiä on rinnakkain. Kuviossa 4B on esitetty esimerkkinä kaksi kontaktielementtien 302 - 316 ja 402 - 416 kehää 450, 452. Varsinaisia erillisiä 5 kehiä ei kuitenkaan ole välttämätöntä käyttää, vaan erillisten kehien sijaan kon-taktielementit voidaan sijoittaa spiraalimaisesti putken 104 ympärille. Näin saadaan aikaan kontaktielementtien rakenne, jossa kontaktielementtejä on sekä peräkkäin että rinnakkain. Useiden rinnakkaisten kontaktielementtien käyttö putken 104 ympärillä mahdollistaa sen, että signaalinkäsittelyosa voi 10 muodostaa ikään kuin poikkileikkauskuvan suspensiosta 106 rinnakkaisten kontaktielementtien 302 - 316 ja 402 - 416 välisessä tilassa. Rinnakkaisten kontaktielementtien välinen etäisyys l_2 toisistaan voi olla suuruusluokaltaan esimerkiksi kahden välittömästi peräkkäisen kontaktielementin etäisyys AL, joka toisen peräkkäisen kontaktielementin välinen etäisyys tai suurempi. Rin-15 nakkaisten kontaktielementtien välinen etäisyys L2 toisistaan voi olla myös pienempi kuin kahden välittömästi peräkkäisen kontaktielementin etäisyys AL.
Signaalinkäsittelyosa 430 voi muodostaa suspension 106 dispergoi-tuneen kiinteän aineen määrän tarkasti esimerkiksi siten, että mitattaessa sähkömagneettisella säteilyllä suspensiosta 106 sekä vapaan kaasun että kiinteän 20 aineen yhteismäärää kuvaava arvo, joka on mitattu sähkömagneettisen säteilyn avulla, korjataan vapaan kaasun suhteellisen tilavuudella, joka on mitattu impedanssitomografisen sähkönjohtavuus- ja/tai impedanssijakauman mittauksella. Korjaus voidaan tehdä siten, että muokataan kiinteän aineen määrän laskentaa adaptiivisesti signaalinkäsittelyosassa 430 siten, että lopputulos tuot-25 taa suspension 106 sellaisen kiinteän aineen määrän, jossa vapaan kaasun vaikutus on pienennetty tai josta se on poistettu. Korjaus voidaan suorittaa 5 myös siten, että signaalinkäsittelyosa 430 muodostaa kiinteän aineen ja kaa- C\l ^ sun yhteismäärän sähkömagneettisella säteilyllä suoritetulla mittauksella. Sa- ° moin signaalinkäsittelyosa 430 muodostaa vapaan kaasun suhteellisen tila- σ> ° 30 vuuden sähkönjohtavuus-ja impedanssijakauman mittauksella. Tämän jälkeen | signaalinkäsittelyosa 430 voi muokata, jos se on tarpeen, kiinteän aineen mää- o rään ja vapaan kaasun tilavuuteen liittyvät tiedot suhteellisiksi tai absoluuttisik- co ™ si arvoiksi. Signaalinkäsittelyosa 430 voi muodostetusta kiinteän aineen ja | kaasun yhteismäärästä vähentää muodostamansa vapaan kaasun määrän ^ 35 pois, jolloin jäljelle jää todellinen kiinteän aineen määrä suspensiossa 106.
13
Signaalinlähde 300, kontaktielementit 302 - 316, 402 - 416 ja sig-naalinkäsittelyosa 320 voivat muodostaa suhteellisen kaasutilavuuden mittaa-van mittausosan 350, johon viitataan kuvioiden 5, 6 ja 7 selityksessä ja vaatimuksissa, mutta joka ei esiinny kuvioissa.
5 Kuvio 4B esittää muutoin samanlaista mittausosaparia kuin kuvion 4A tapauskin, mutta kuvion 4B esimerkissä sähkömagneettisella säteilyllä suoritettava mittaus tehdään heijastusmittauksena, joita kuviot 1B ja 2B esittävät yksityiskohtaisemmin. Signaalinkäsittelyosa 430 voi tässä esimerkissä käsittää signaalinkäsittely-yksikön 110 tai 210 tai vastaavat toiminnot.
10 Tarkastellaan seuraavaksi esitetyn ratkaisun sovellusalueita. Kuvi ossa 5 on esitetty paperikoneen periaatteellinen rakenne. Yksi tai useampi massa syötetään paperikoneeseen viirakaivon 506 kautta, jota ennen tavallisesti ovat osamassojen sekoitussäiliö 502 ja konesäiliö 504. Konemassa annostellaan lyhyeen kiertoon esimerkiksi neliöpainosäädön tai lajinvaihto-15 ohjelman ohjaamana. Sekoitussäiliö 502 ja konesäiliö 504 voidaan myös korvata erillisellä sekoitusreaktorilla (ei esitetty kuviossa 5), ja konemassan annostusta ohjataan kunkin osamassan syötöllä erikseen venttiilien tai muun vir-taussäätöelimen 500 avulla. Viirakaivossa 506 konemassaan sekoitetaan vettä, jotta saataisiin haluttu sakeus lyhyeen kiertoon (katkoviiva formerista 520 20 viira-kaivoon 506). Näin syntyneestä massasta voidaan poistaa hiekka (pyör-repuhdistimet), ilma (ilmanpoistosäiliö) ja muu karkea materiaali (painesihti) puhdistuslaitteistoilla 508, ja massaa pumpataan pumpulla 510 perälaatikkoon 516. Ennen perälaatikkoa 516 massaan voidaan lisätä venttiilien 512, 514 kautta lopputuotteen laadun parantamiseksi täyteainetta TA ja/tai retentioainet-25 ta RA, jotka ovat kiinteää ainetta ja vaikuttavat sakeuteen.
Perälaatikosta 516 massa syötetään perälaatikon huuliaukon 518 5 kautta formeriin 520. Formerissa 520 rainasta 10 poistuu vettä, ja lisäksi pois-
C\J
^ tuu lyhyeen kiertoon kiinteää ainetta kuten tuhkaa, hienoaineita ja kuituja.
° Formerissa 520 massa syötetään rainaksi 10 viiralle, ja alustavasti rainaa 10 O) ° 30 kuivataan ja puristetaan puristimessa 522.
| Kosteuden mittauksen voidaan ajatella sisältyvän kiinteän aineen o määrän mittausperiaatteeseen. Kiinteän aineen määrä ja kosteus ovat nimit-
CO
täin toisistaan suoraan riippuvia suureita. Jos kosteus on 45 %, on kiinteän ° aineen määrä tällöin 100 % - 45 % = 65 %.
o 00 35 Tässä hakemuksessa rainaa 10 pidetään suspensiona siihen asti, kunnes rainan 10 vesipitoisuus on laskenut liian alas. Tavallisesti raina 10 ei 14 puristimen 522 jälkeen ole varsinaisesti suspensiota, joten tässä hakemuksessa esitetty mittaustapa ei yleensä ole enää sovellettavissa puristimen 522 jälkeen.
Paperikoneessa voi olla kutakin osaprosessia 500 - 522 ennen, 5 kussakin osaprosessissa 500 - 520 tai kunkin osaprosessin 500 - 520 jälkeen ainakin yksi mittausosapari 134, jolla voidaan määrittää sakeus sähkömagneettisen säteilyn avulla ja suhteellisen kaasun tilavuuden sähkönjohtavuusja-kaumaan perustuen edellä esitetyllä tavalla. Mittausosapari 134 käsittää sekä sähkömagneettisella säteilyllä suoritettavan kiinteän aineen määrän mittaus-10 osan 150, 152, 250, 252 että sähkönjohtavuusjakaumaa mittaavan mittaus-osan 350.
Kuviossa 5 on esitetty myös paperikoneen säätöjärjestely. Esimerkiksi paperin laatuun ja lajinvaihtoon vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa osamassojen määrä ja suhde toisiinsa, täyteaineen määrä, retentioaineen 15 määrä, konenopeus, viiraveden määrä ja kuivausteho. Ohjain 524, joka voi vastaanottaa mittaustietoja signaalinkäsittelyosalta 430 tai jonka osa signaalin-käsittelyosa 430 voi olla, voi ohjata osamassojen annostelua venttiilien 500 avulla, kunkin täyteaineen TA annostelua venttiilin 512 avulla, retentioaineen RA annostelua venttiilin 514 avulla, säätää huuliaukon 518 suuruutta, säätää 20 konenopeutta ja ohjata viiraveden määrää ja kuivausprosessia. Ohjain 524 voi käyttää hyväksi yhtä tai useampaa mittausosaparia 134 suoraan tai signaalin-käsittelyosan 430 kautta massan ja/tai rainan 10 mittaamiseksi. Ohjain 524 voi ottaa vastaan tietoja massasta ja/tai rainasta myös muualta (esim. samoista kohdista, joissa säätöjä suoritetaan).
25 Tämän lisäksi on selvää, että paperikoneen toiminta sinänsä on alan ammattimiehelle tunnettua eikä sitä sen vuoksi tässä yhteydessä tämän 5 tarkemmin esitetä.
C\J
^ Tarkastellaan seuraavaksi yleisesti kierrätyskuituprosessia kuvion 6 ° avulla. Aluksi keräyksestä saatua raaka-ainetta, kuten sanomalehtiä, mainos- cn ° 30 lehtiä tai aikakauslehtiä, voidaan syöttää pulpperointiosaprosessiin 600, jonka | käsittämässä pulpperissa raaka-aine sekoitetaan veteen siten, että kierrätys- o kuitumassan sakeudeksi tulee esimerkiksi 5 -18 % riippuen käytetystä pulppe- co rointimenetelmästä. Pulpperointiosaprosessin tarkoituksena on hajottaa kiinteä ° raaka-aine erillisiksi hiukkasiksi suspensioon. Pulpperi 600 voi olla esimerkiksi 00 35 mekaanisesti massaa hajottava pyörivä pulpperi. Pulpperointiosaprosessiin voidaan myös syöttää useita kemikaaleja hiukkasten irrottamiseksi toisistaan.
15
Suurimmat epäpuhtaudet ja hajoamattomat kappaleet kuten niitit, muovinpalaset jne. voidaan suodattaa pois ja siirtää jätekuljettimelle.
Seuraavaksi kierrätyskuitumassa voidaan pestä pesuosaproses-sissa 602. Tässä vaiheessa kierrätyskuitumassan sakeutta lasketaan tavalli-5 sesti esimerkiksi tasolle noin 1 %. Pesussa voidaan käyttää vaahdotusta, joka poistaa kierrätyskuitumassasta pieniä vapaita hiukkasia. Pesussa poistuu kaikenkokoisia hiukkasia, mutta eniten poistuu kiinteän aineen hiukkasia kokoluokassa noin 10 pm -100 pm.
Dispergointiosaprosessin 604 tehtävänä on edelleen irrottaa vielä 10 kierrätyskuitumassan kuiduissa kiinni olevia mustepartikkeleita kemiallisme-kaanisesti. Mekaanista käsittelyä varten dispergointiosaprosessin dispergointi-kone sisältää staattorin ja pyörivän roottorin, joiden terät muokkaavat massaa. Terien välissä kulkiessaan massan nopeus muuttuu nopeasti, jolloin kuituihin kohdistuu mekaanista rasitusta, joka irrottaa mustetta kuiduista. Samalla kui-15 duista pyritään irrottamaan myös tahmoja ja pienentämään mustepartikkelei-den hiukkaskokoa.
Lopuksi kierrätyskuitumassa voidaan pestä vielä kerran toisessa pe-suosaprosessissa 606. Tässäkin pesussa voidaan käyttää vaahdotusta, joka poistaa kierrätyskuitumassasta pieniä vapaita hiukkasia.
20 Kutakin prosessia ennen, kussakin prosessissa tai kunkin prosessin jälkeen voi olla mittausosapari 134, joka käsittää sekä sähkömagneettisella säteilyllä suoritettavan kiinteän aineen määrän mittausosan 150, 152, 250, 252 ja suhteellisen kaasun tilavuuden määrää mittaavan mittausosan 350. Kierrä-tyskuituprosessin kutakin eri osaprosessia 600 - 606 voidaan ohjata ohjaimella 25 608, johon voidaan syöttää mittaustuloksia kierrätyskuituprosessin eri kohdista.
Ohjain 608 voi vastaanottaa mittaustietoja kultakin mittausosapari Itä 134. On 5 myös mahdollista, että tavallisesti mittausosapareissa 134 sijaitseva signaalin- c\j ^ käsittelyosa 430 on ohjaimen 608 osa. Ohjain 608 voi käyttää hyväksi yhtä tai ° useampaa mittausosaparia 134 suoraan tai ohjaimeen 608 sijoitetun signaa- o ° 30 linkäsittelyosan 430 kautta massan mittaamiseksi eri prosesseissa ja/tai niiden | välissä. Ohjain 608 voi käyttää osaprosesseja koskevia mittaustietoja hyväk- o seen optimoidessaan kunkin osaprosessin toimintaa erikseen tai optimoides- co ™ saan eri osaprosessien yhteistoimintaa mahdollisimman hyvän lopputuotteen ? aikaansaamiseksi, o ^ 35 Kuvio 7 esittää jätevedenpuhdistuslaitteistoa. Jätevesisuspensio voidaan syöttää putkea tai vastaavaa pitkin mekaaniseen puhdistusprosessiin 16 700, jossa jätevedestä voidaan erotella helposti erottuva kiinteä aines, kuten hiekka ja isot kiinteät kappaleet. Mekaaninen puhdistusprosessi 700 voi käsittää esimerkiksi välppäyksen ja mahdollisesti esi-ilmastuksen. Seuraavaksi mekaanisesti puhdistettu jätevesisuspensio voidaan siirtää esiselkeytysprosessiin 5 702, jossa lietteen annetaan laskeutua esiselkeytysprosessissa 702 käytetyn altaan pohjalle. Laskeutunut liete voidaan esimerkiksi kuivattaa ja kompostoida. Jätevesisuspensio voidaan siirtää esiselkeytysprosessista 702 väliselkey-tysprosessiin 704, jossa jätevesisuspensiota voidaan esimerkiksi ilmastaa esimerkiksi typen vähentämiseksi jätevedestä. Ilmastettu jätevesisuspensio 10 voidaan edelleen siirtää jälkiselkeytysprosessiin 706, johon voidaan syöttää saostuskemikaalia, kuten ferrosulfaattia. Saostunut liete voidaan jälkiselkeytysprosessiin 706 kuuluvan altaan pohjalta kierrättää takaisin esimerkiksi esiselkeytysprosessiin 702. Puhdistettu jätevesisuspensio, jossa on nyt vain vähän kiinteää ainetta, voidaan syöttää esimerkiksi mereen tai jatkokäsittelyyn.
15 Mittausosaparilla 134 voidaan jätevesisuspensiota mitata esimerkik si ennen mekaanista puhdistusprosessia 700, jokaisen prosessin 700 - 706 välissä, jälkiselkeytysprosessin 706 jälkeen ja/tai kussakin prosessissa 700 -706. Mittausosapari 134 käsittää sekä sähkömagneettisella säteilyllä suoritettavan kiinteän aineen määrän mittausosan 150, 152, 250, 252, että kaasun 20 suhteellisen tilavuuden mittaavan mittausosan 350.
Jätevedenpuhdistuslaitteiston kutakin eri osaprosessia 700 - 706 voidaan ohjata ohjaimella 708, johon voidaan syöttää mittaustuloksia jäteveden käsittelyn eri kohdista. Ohjain 708 voi vastaanottaa mittaustietoja kultakin mittausosaparilta 134. On myös mahdollista, että tavallisesti mittausosapareis-25 sa 134 sijaitseva signaalinkäsittelyosa 430 on ohjaimen 708 osa. Ohjain 708 voi käyttää hyväksi yhtä tai useampaa mittausosaparia 134 suoraan tai oh- 5 jaimeen 708 sijoitetun signaalinkäsittelyosan 430 kautta massan mittaamiseksi
(M
^ eri prosesseissa ja/tai niiden välissä. Ohjain 708 voi käyttää osaprosesseja ° koskevia mittaustietoja hyväkseen optimoidessaan kunkin osaprosessin toi- <n ° 30 mintaa erikseen tai optimoidessaan eri osaprosessien yhteistoimintaa mahdol- | lisimman hyvän lopputuotteen aikaansaamiseksi.
o Edellä on kuvattu, että suspensiota siirretään putkessa 104. Putken
CD
gj 104 sijaan voidaan kuitenkin käyttää myös muuta suspension siirtovälinettä.
° Siirtoväline voi olla esimerkiksi V- tai U-profiilin muotoinen kouru. Lisäksi sus- ^ 35 pensiota 106 ei välttämättä siirretä mihinkään, vaan putken 104 sijaan kysees sä voi olla myös säiliö, jossa suspensiota säilytetään. Tällöin suspensiosta voi- 17 daan mitata kiinteän aineen määrän ja kaasun suhteellisen tilavuuden lisäksi esimerkiksi konvektiovirtauksia tai sekoituksen aiheuttamia virtauksia.
Signaalinkäsittely-yksiköt 110, 210 ja 320 ja signaalinkäsittelyosa 430 samoin kuin ohjaimet 524, 608 ja 708 voivat käsittää prosessorin, muistia 5 ja sopivan tietokoneohjelman näillä komponenteilla suoritettavaksi kuvattujen toimenpiteiden toteuttamiseksi.
Kuvio 8 esittää menetelmän vuokaaviota. Menetelmän askeleessa 800 suspension 106 dispergoituneen aineen määrä määritetään perustuen suspension 106 mittaukseen, jossa sähkömagneettinen säteily vuorovaikuttaa 10 suspension 106 kanssa. Askeleessa 802 suspension 106 sisältämän vapaan kaasun 318 suhteellinen tilavuus määritetään perustuen suspension 106 sähkönjohtavuus- ja/tai impedanssijakauman mittaukseen. Askeleessa 804 suspension 106 dispergoituneen kiinteän aineen määrä muodostetaan perustuen dispergoituneen aineen määrään ja vapaan kaasun 318 suhteelliseen tilavuu-15 teen.
Kuviossa 8 esitetty menetelmä voidaan toteuttaa logiikkapiiriratkai-suna tai tietokoneohjelmana. Tietokoneohjelma voidaan sijoittaa tietokoneohjelman jakeluvälineelle sen jakelua varten. Tietokoneohjelman jakeluväline on luettavissa tietojenkäsittelylaitteella, ja se koodaa tietokoneohjelmakäskyt suo-20 rittaa mittaukset ja mahdollisesti ohjata prosesseja mittausten perusteella.
Jakeluväline puolestaan voi olla esimerkiksi tietojenkäsittelylaitteella luettavissa oleva media, ohjelmantallennusmedia, tietojenkäsittelylaitteella luettavissa oleva muisti, tietojenkäsittelylaitteella luettavissa oleva ohjelmiston jakelupakkaus, tietojenkäsittelylaitteella luettavissa oleva signaali, tietojenkäsit-25 telylaitteella luettavissa oleva tietoliikennesignaali tai tietojenkäsittelylaitteella luettavissa oleva kompressoitu ohjelmistopakkaus.
5 Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten
C\J
^ mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan ° sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten puitteissa.
O) ° 30 x cc
CL
O
CD
C\l
CD
O
O
CM

Claims (10)

1. Laite suspension kiinteän aineen määrän mittaamiseksi, tunnettu siitä, että laite käsittää 5 ensimmäisen mittausosan (150, 152, 250, 252) kohdistaa sähkö magneettista säteilyä suspensioon (106) ja mitata suspension (106) kanssa vuorovaikutuksessa ollutta sähkömagneettista säteilyä suspension (106) dis-pergoituneen aineen määrän mittaamista varten; toisen mittausosan (350), joka on sovitettu mittaamaan suspension 10 (106) sähkönjohtavuus- ja/tai impedanssijakaumaa impedanssitomografisesti suspension (106) sisältämän vapaan kaasun (318) suhteellisen tilavuuden määrittämistä varten; ja signaalinkäsittelyosan (430) sovitettu muodostamaan yksi tai useampi poikkileikkauskuva suspensiosta ja muodostamaan suspension (106) 15 dispergoituneen kiinteän aineen määrä perustuen dispergoituneen aineen määrään ja vapaan kaasun (318) suhteelliseen tilavuuteen mainitun yhden tai useamman suspensiosta muodostetun poikkileikkauskuvan perusteella.
2. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että mittausosa (350) on sovitettu määrittämään suhteellisen tila- 20 vuuden lisäksi vapaasta kaasusta (318) ainakin yhden seuraavista: kuplien määrän, kuplien ja suspension välisten rajapintojen määrän.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että signaalinkäsittelyosa (430) on sovitettu määrittämään kiinteän aineen ja kaasun suhteellinen yhteismäärä sähkömagneettisen säteilyn mittauksen perus- co 25 teella; ^ signaalinkäsittelyosa (430) on sovitettu määrittämään vapaan kaara sun suhteellinen tilavuus suspensiossa (106) sähkönjohtavuus- ja/tai impe- co danssijakauman avulla; ja o x signaalinkäsittelyosa (430) on sovitettu vähentämään määritetty va- * 30 paan kaasun suhteellinen tilavuus määritetystä kiinteän aineen ja kaasun suh- § teellisestä yhteismäärästä. CVJ CO T-
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että 00 ensimmäinen mittausosa (150, 250) on sovitettu mittaamaan radiotaajuisen sähkömagneettisen säteilyn kulkuaikaa.
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että ensimmäinen mittausosa (152, 252) on sovitettu mittaamaan optisen sähkömagneettisen säteilyn vaimennusta.
6. Menetelmä suspension kiinteän aineen määrän mittaamiseksi, 5 tunnettu siitä, että menetelmässä mitataan (800) suspension (106) dispergoituneen aineen määrää mittauksella, jossa sähkömagneettinen säteily vuorovaikuttaa suspension (106) kanssa; mitataan (802) suspension (106) sisältämän vapaan kaasun (318) 10 suhteellista tilavuutta perustuen impedanssitomografiseen suspension (106) sähkönjohtavuus- ja/tai impedanssijakauman mittaukseen; ja muodostetaan yksi tai useampi poikkileikkauskuva suspensiosta ja muodostetaan (804) suspension (106) dispergoituneen kiinteän aineen määrä perustuen dispergoituneen aineen määrään ja vapaan kaasun (318) suhteelli-15 seen tilavuuteen mainitun yhden tai useamman suspensiosta muodostetun poikkileikkauskuvan perusteella.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan suspension (106) kanssa vuorovaikutuksessa ollutta sähkömagneettista säteilyä ja määritetään kiinteän aineen ja kaasun suhteellinen yhteis- 20 määrä mainitun sähkömagneettisen säteilyn mittauksen perusteella; määritetään vapaan kaasun suhteellinen tilavuus suspensiossa (106) sähkönjohtavuus-ja/tai impedanssijakauman avulla; ja vähennetään määritetty vapaan kaasun suhteellinen tilavuus määritetystä kiinteän aineen ja kaasun suhteellisesta yhteismäärästä. CO o 25
8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, CvJ ^ tunnettu siitä, että mitataan radiotaajuisen sähkömagneettisen säteilyn ° kulkuaika suspension (106) dispergoituneen aineen määrän määrittämiseksi. o o
9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, Q_ tunnettu siitä, että mitataan optisen sähkömagneettisen säteilyn vaimen- o ^ 30 nus suspension (106) dispergoituneen aineen määrän määrittämiseksi. CD o
10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan suspension (106) virtausta vertaamalla ainakin kahtena eri ajanhetkenä suoritettua mittausta toisiinsa.
FI20106260A 2010-11-30 2010-11-30 Suspension kiinteän aineen määrän mittaus FI123789B (fi)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20106260A FI123789B (fi) 2010-11-30 2010-11-30 Suspension kiinteän aineen määrän mittaus
PCT/FI2011/051057 WO2012072880A1 (en) 2010-11-30 2011-11-29 Measurement of amount of solid in suspension
EP11845071.7A EP2646797B1 (en) 2010-11-30 2011-11-29 Measurement of amount of solid in suspension
CN201180057589.3A CN103238053B (zh) 2010-11-30 2011-11-29 悬浮液中固体量的测量
CA2819205A CA2819205A1 (en) 2010-11-30 2011-11-29 Measurement of amount of solid in suspension
US13/988,627 US9207228B2 (en) 2010-11-30 2011-11-29 Measurement of amount of solid in suspension
JP2013541395A JP5897029B2 (ja) 2010-11-30 2011-11-29 懸濁液中の固体量の測定

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20106260A FI123789B (fi) 2010-11-30 2010-11-30 Suspension kiinteän aineen määrän mittaus
FI20106260 2010-11-30

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20106260A0 FI20106260A0 (fi) 2010-11-30
FI20106260A FI20106260A (fi) 2012-05-31
FI123789B true FI123789B (fi) 2013-10-31

Family

ID=43269036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20106260A FI123789B (fi) 2010-11-30 2010-11-30 Suspension kiinteän aineen määrän mittaus

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9207228B2 (fi)
EP (1) EP2646797B1 (fi)
JP (1) JP5897029B2 (fi)
CN (1) CN103238053B (fi)
CA (1) CA2819205A1 (fi)
FI (1) FI123789B (fi)
WO (1) WO2012072880A1 (fi)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019018616A1 (en) 2017-07-19 2019-01-24 Process Wastewater Technologies, LLC SYSTEMS AND METHODS FOR DEHYDRATION
FI128736B (fi) * 2018-03-09 2020-11-13 Valmet Automation Oy Menetelmä ja mittauslaite suspension mittaamiseksi
CN108844870B (zh) * 2018-08-08 2021-09-21 重庆交通大学 基于光纤结构的pm10和pm2.5探测仪器装置和***
US12023609B2 (en) 2018-10-31 2024-07-02 Process Wastewater Technologies, LLC Adjustable receptacles
DE102018129356A1 (de) 2018-11-21 2020-05-28 Endress+Hauser SE+Co. KG Messgerät
CN116930016B (zh) * 2023-09-18 2023-11-28 江苏希诚新材料科技有限公司 一种纳米浆料沉降特性测试装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD207122A3 (de) * 1981-09-22 1984-02-15 Norbert Beiermann Verfahren zur messung des feststoff-massenstromes
US4770232A (en) * 1986-10-09 1988-09-13 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Gas particle radiator
JPH06114062A (ja) 1991-04-08 1994-04-26 Olympus Optical Co Ltd 被検体通過光中の散乱成分抑制方法
JPH07190928A (ja) 1993-12-27 1995-07-28 Meidensha Corp 懸濁物濃度測定装置
CN1314992A (zh) * 1998-07-03 2001-09-26 奈勒斯菲尔德控制有限公司 流体测量的方法和装置
JP2000190928A (ja) * 1998-12-25 2000-07-11 Minolta Co Ltd 綴じ部材処理装置並びにこれを用いた自動原稿搬送装置、用紙処理装置および画像形成装置
US6940286B2 (en) * 2000-12-30 2005-09-06 University Of Leeds Electrical impedance tomography
AU2003900857A0 (en) 2003-02-26 2003-03-13 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Method and apparatus for characterising multiphase fluid mixtures
JP2006294095A (ja) * 2005-04-07 2006-10-26 Fuji Photo Film Co Ltd 磁気記録媒体及びその製造方法
EP1813345A1 (en) 2006-01-30 2007-08-01 Sulzer Pumpen Ag Method and apparatus for controlling the efficiency of mixing
JP2010107487A (ja) 2008-11-01 2010-05-13 Tokyo Institute Of Technology 混相流測定装置および混相流測定方法

Also Published As

Publication number Publication date
FI20106260A (fi) 2012-05-31
CN103238053B (zh) 2016-11-02
EP2646797B1 (en) 2017-09-06
JP2013545987A (ja) 2013-12-26
JP5897029B2 (ja) 2016-03-30
CA2819205A1 (en) 2012-06-07
US9207228B2 (en) 2015-12-08
EP2646797A1 (en) 2013-10-09
WO2012072880A1 (en) 2012-06-07
US20130249569A1 (en) 2013-09-26
CN103238053A (zh) 2013-08-07
EP2646797A4 (en) 2015-06-17
FI20106260A0 (fi) 2010-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI123789B (fi) Suspension kiinteän aineen määrän mittaus
EP2294383B1 (en) Method and device for a high precision measurement of a characteristic of a fouling and/or scaling deposit inside a fluid vessel or of a characteristic of a portion of the wall inside a fluid vessel by using an ultrasonic transducer
CA2805993C (en) Method and system for monitoring properties of an aqueous stream
FI103678B (fi) Menetelmä paperin tai kartongin neliömassan säätämiseksi paperi- tai k artonkikoneessa
FI104447B (fi) Menetelmä ja mittalaite nestemäisen aineen kaasupitoisuuden mittaamiseksi
EP2417497B1 (en) Modelling of a property of paper, paperboard or board
FI109926B (fi) Menetelmä ja järjestelmä päällystereseptin hallinnassa
Koponen et al. The effect of in-line foam generation on foam quality and sheet formation in foam forming
EP3162956B1 (en) Feed system of a fiber web machine
EP4293157A2 (en) Method for controlling a fiber fractionation system
US10054539B2 (en) Method for determining a property of a heterogeneous medium
Kotze et al. Commissioning of a novel in-line rheometery system in a wastewater treatment plant for more efficient polymer dosing
JP2023509998A (ja) 管分別器内を流れるサスペンションを測定する機器および方法
Bergström et al. Velocity measurements in a cylindrical hydrocyclone operated with an opaque fiber suspension
Negro et al. In-line flocculation monitoring in a Hatschek machine for fibre–cement manufacture
EP1785525B1 (en) Measurement of paper/board process
SE529637C2 (sv) Förfarande vid beredning, såsom läkemedelsberedning, beredningsanordning samt användning
FI129318B (fi) Lietekiertomenetelmä ja lietekiertojärjestelmä
KR102652925B1 (ko) 현탁물질의 퇴적억제방법, 피치장해의 억제방법 및 현탁물질의 퇴적검출방법
WO1996010738A1 (en) Method for determination of filler content in paper
WO2001075228A1 (en) Apparatus and method for measuring pulp quality
JP2024094368A (ja) 水中気泡検知方法及びこれを用いた脱気剤の添加方法
CA1227193A (en) Surface velocity sensor for pulp consistency control
NL8400416A (nl) Stelsel voor het meten van deeltjestransport in een fluidum.
WO2008006939A2 (en) Method and apparatus for determining the consistency of a suspension

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 123789

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

MM Patent lapsed