СПОСОБ ОТСЛЕЖИВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОСАДКОВ В БУМАЖНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
METHOD TO TRACE ORGANIC SEDIMENTS IN PAPER PRODUCTION

Настоящее изобретение относится к области бумажного производства. В частности, данное изобретение относится к области отслеживания образования осадков в технологии бумажного производства.
Образование осадков органических смолистых веществ (вещества, извлекаемые из древесины, и родственные натуральным материалам в первичном сырье, липкие и подобные синтетические компоненты в переработанных материалах) является распространенной проблемой в бумажном производстве. Для сортов бумаги такие извлекаемые вещества при их выделении во время обработки древесины или продукции из макулатурной бумаги могут стать как нежелательными компонентами при изготовлении бумаги, так и опасными осадками на всем оборудовании комбината.
Природа органических осадков отличается от технологии к технологии и от комбината к комбинату. Чаще всего это смеси органических нерастворимых солей, неомыляемых органических веществ, древесных волокон и/или слабо растворимых полимерных добавок к бумаге. Следовательно, их осаждение во время производственного процесса представляет достаточно сложную проблему из-за такого множества потенциальных причин.
Экспресс-метод для отслеживания органических осадков и программы управления прогнозами активности осадка имеют огромное значение для отрасли. В настоящее время такого способа нет.
Настоящее изобретение относится к способу отслеживания осаждения органических осадков из жидкости или суспензии в процессе бумажного производства, включающему измерение скорости осаждения органических осадков из жидкости или суспензии на кварцевые микровесы, имеющие верхнюю сторону, контактирующую с жидкостью или суспензией, и вторую, нижнюю сторону, изолированную от жидкости или суспензии.
Настоящее изобретение также предлагает способ измерения эффективности ингибиторов, которые сокращают осаждение органических осадков в процессе бумажного производства, включающий измерение скорости осаждения органических осадков из жидкости или суспензии на кварцевые микровесы, имеющие верхнюю сторону, контактирующую с жидкостью или суспензией, и вторую, нижнюю сторону, изолированную от жидкости или суспензии; добавление ингибитора, который сокращает осаждение органических осадков в жидкость или суспензию; и повторное измерение скорости осаждения органических осадков из жидкости или суспензии на кварцевые микровесы.
Настоящее изобретение также предлагает способ измерения эффективности ингибиторов, которые сокращают осаждение органических осадков в процессе бумажного производства, включающий: отслеживание осаждения органических осадков из жидкости или суспензии, которые имитируют жидкость или суспензию, встречающиеся в процессе бумажного производства, включающее замер скорости осаждения органических веществ из жидкости или суспензии на кварцевые микровесы, имеющие верхнюю сторону, контактирующую с жидкостью или суспензией, и вторую, нижнюю сторону, изолированную от жидкости или суспензии; добавление ингибитора, который замедляет выпадение органических осадков в жидкости или суспензии; и повторное измерение скорости осаждения органических осадков из жидкости или суспензии на кварцевые микровесы.
Фиг.1. Образование органических осадков в трубопроводе для промывки небеленой сульфатной массы после кислородной обработки: прирост массы.
Фиг.2. Образование органических осадков в трубопроводе для промывки небеленой сульфатной массы после кислородной обработки: демпфирующее напряжение.
Фиг.3. Осаждение древесных смол и склеенной мелочи в бумагоделательной машине (трубопровод белой воды).
Фиг.4. Осаждение древесных смолистых веществ и склеенной мелочи в бумагоделательной машине (трубопровод белой воды): прирост массы.
Фиг.5. Осаждение древесных смолистых веществ и склеенной мелочи в бумагоделательной машине (трубопровод белой воды): демпфирующее напряжение.
Фиг.6. Отслеживание клейких веществ в композиции бумажной массы напорного ящика, распущенной при температуре 60°С (экспериментальное оборудование): прирост массы.
Фиг.7. Отслеживание клейких веществ в композиции бумажной массы напорного ящика, распущенной при температуре 60°С (экспериментальное оборудование): демпфирующее напряжение.
Фиг.8. Отслеживание клейких веществ в композиции бумажной массы напорного ящика, распущенной при температуре 60°С (экспериментальное оборудование): температура.
Фиг.9. Смешанный органический/неорганический осадок в трубопроводах D100 сброса фильтрата отбельной установки.
Фиг.10. Смешанный органический/неорганический осадок в трубопроводах D1 сброса фильтрата отбельной установки.
Фиг.11. Смешанная алюминиево-кальциевая соль полимерной органической кислоты (передозировка ингибитора осадка, диагностика в программных приложениях регулирования осадка) в трубопроводе белой воды в гидроразбивателе брака: прирост массы.
Фиг.12. Смешанная алюминиево-кальциевая соль полимерной органической кислоты (передозировка ингибитора осадка, диагностика в программных приложениях регулирования осадка) в трубопроводе белой воды в гидроразбивателе брака: демпфирующее напряжение.
«КМВ» означает кварцевые микровесы.
«НМО» означает независимый монитор осаждения. Прибор поставляет компания Nalco Company, Naperville, IL. Это портативный прибор, который регистрирует действительное осаждение и с точки зрения применения отличается от традиционных образцов своей высокой чувствительностью и способностью непрерывно отслеживать осаждение и оценивать природу осадка. Данные собирают постоянно через интервалы, варьирующие от минут до часов, а затем загружают из НМО в компьютер. Вся система трубопроводов выполнена с использованием труб из нержавеющей стали с арматурой, работающей под давлением. Она включает впускные и выпускные отверстия для проб из системы. Расход при непрерывной работе (датчик подключен к технологической линии с помощью системы, создающей воздушный поток) обычно составляет от 7,56 до 15,12 л (от 2 до 4 галлонов) в минуту. Прибор также позволяет осуществить сбор данных из системы с периодической загрузкой, в которой датчик прибора погружают в испытуемую жидкость, перемешиваемую с использованием механической или магнитной мешалки.
Отслеживающая система основана на кварцевых микровесах, являющихся основной частью датчика прибора. Основные физические принципы и терминологию, касающуюся кварцевых микровесов, можно найти в следующих публикациях: Martin et. al., Measuring liquid properties with smooth-and textured-surface resonators. (Измерение свойств жидкости с помощью резонаторов с гладкой и текстурированной поверхностью.) Proc. IEEE Int. Freq. Control Symp., v. 47, p.603-608 (1993); Martin et. al., Resonator/oscillator response to liquid loading. (Отклик Резонатора/генератора на жидкую нагрузку), Anal.Chem., vol 69 (11), 2050-2054 (1997); Schneider et. al., Quartz Crystal Microbalance (QCM) arrays for solution analysis, (Кварцевые Микровесы (КМВ) для анализа жидкости), Sandia Report SAND97-0029, р. 1-21 (1997). В кварцевых микровесах плоский кристалл кварца зажат между двумя электропроводящими поверхностями. Одна сторона (верхняя сторона) находится в постоянном контакте с испытуемой средой, в то время как другая (нижняя сторона) изолирована от испытуемой жидкости или суспензии. Микровесы вибрируют, когда подают потенциал (пьезоэлектрический эффект). Параметры, измеренные датчиком прибора, частота генератора и демпфирующее напряжение, связаны с количеством и физическими свойствами осадка на верхней (открытой для среды) стороне кварцевых микровесов. Частота вибрации в целом прямо пропорциональна массе осадка на металлической поверхности микровесов. Измерение частоты, таким образом, предлагает способ отслеживания осаждения в режиме реального времени. Прибор также измеряет демпфирующее напряжение. Этот параметр зависит от вязкоупругих свойств осадка, таким образом, указывая на его природу. Демпфирующее напряжение не изменяется в случае жестких осадков (какого-то неорганического осадка). Оно повышается в начальной стадии накопления в случае органических осадков. И частота вибрации и демпфирующее напряжение также зависят от свойств водной фазы, таких как температура и вязкость. Поэтому во время эксперимента необходимо поддерживать одинаковые условия.
По одному из вариантов осуществления изобретения процесс бумажного производства происходит в одном из мест, выбранных из следующих: целлюлозный комбинат; бумагоделательная машина; машина по изготовлению санитарных бумаг; гидроразбиватель; водный контур; подготовка влажной бумажной массы; и стадия отмывки печатной краски от макулатуры.
По другому варианту осуществления изобретения органические осадки выбирают из группы, состоящей из древесины; экстрактивных веществ; повторно осажденного лигнина; пеногасителей; поверхностно-активных веществ и клейких веществ.
По другому варианту осуществления изобретения клейкие вещества выбирают из группы, состоящей из проклеивающих химикатов и адгезивов.
По другому варианту осуществления изобретения непрерывно текущая суспензия представляет собой суспензию волокнистой массы.
По другому варианту осуществления изобретения указанные органические осадки являются поверхностно-активными веществами на основе кремния, а указанный процесс бумажного производства является процессом гидроразбивания санитарных бумаг.
По другому варианту осуществления изобретения верхняя сторона кварцевых микровесов выполнена из одного или более проводящих материалов, выбранных из группы, состоящей из платины; титана; серебра; золота; свинца; кадмия; алмазоподобных тонких пленочных электродов с или без имплантированных ионов; силицидов титана, ниобия и тантала; свинцово-селеновых сплавов; амальгамы ртути и кремния.
Еще по одному из вариантов осуществления изобретения верхняя сторона кварцевых микровесов покрыта одним или более проводящих или непроводящих материалов, выбранных из группы, состоящей из полимерных пленок; монослоев; полислоев; поверхностно-активных веществ; полиэлектролитов; тиолов; диоксида кремния; ароматических сорбатов; самособранных монослоев и молекулярно-кристаллических тел.
Следующие примеры не ограничивают изобретения, если иное не утверждается в прилагаемой формуле изобретения.
Примеры
Пример 1. Прибор НМО напрямую присоединили (подключение за воздушным потоком) к трубопроводу для фильтрата, чтобы гарантировать постоянный расход жидкости. Осаждение регистрировали напрямую и данные оформлены в виде Фиг.1 и Фиг.2. Формирование «легких» органических осадков на трубопроводе для промывки сульфатной небеленой массы после кислородной обработки отслеживали в реальном времени с помощью НМО. Наблюдали равномерный прирост массы, сопровождающийся изменениями характеристики демпфирующего напряжения (начальное повышение с последующим выравниванием). В нескольких экспериментах добавление химиката Nalco PP10-3095 приводило к удалению осадка с последующим полным подавлением осаждения (100-50 частей на миллион) или замедлению осаждения (25 частей на миллион).
Пример 2. Прибор НМО напрямую присоединили (подключение за воздушным потоком) к трубопроводу белой воды в бумагоделательной машине (0,3-0,5% целлюлозной мелочи). Осаждение древесных смол и склеенной мелочи регистрировали напрямую и данные оформили в виде Фиг.3. Осаждение прекращалось при применении химиката Nalco PP10-3095 при 100 частях на миллион (следует учитывать, что химикат не удаляет материал с поверхности НМО).
Пример 3. Прибор НМО напрямую присоединили (подключение за воздушным потоком) к трубопроводу белой воды в бумагоделательной машине (0,3-0,5% целлюлозной мелочи). Осаждение древесных смол и склеенной мелочи регистрировали напрямую и данные оформили в виде Фиг.4 и Фиг.5. Осаждение прекращалось при применении химиката Nalco PP10-3095 при 50 и 100 частях на миллион (химикат не удалил смолу с поверхности НМО)
Пример 4. Поверхностно-активные вещества на основе кремнийорганического масла из процесса гидроразбивания санитарных бумаг (3% волокнистой массы, химический стакан, 400 об/минуту, комнатная температура). При таком настольном применении наблюдали линейный прирост органического осадка со скоростью, зависящей от агентов, регулирующих осаждение в системе.
Пример 5. Отслеживание клейких веществ. Образец из напорного ящика (100% макулатурная ОСС) распустили при температуре 60°С. Суспензию перенесли в химический стакан емкостью 1 л с магнитной мешалкой. Датчик НМО поместили вертикально на стойке, а данные оформили в виде Фиг.6-8. Суспензию перемешивали с постоянной скоростью 400 об/мин при комнатной температуре и дали остыть. Данные скорректировали до 20°С, используя формулу температурно-частотной линейной корреляции, полученной для прибора НМО в отдельном эксперименте. Кривые прироста массы и демпфирующего напряжения можно однозначно приписать органическому материалу, который осаждается с заметной скоростью пока раствор еще теплый, после чего осаждение замедляется.
Пример 6. Смешанные органические/неорганические осадки. Это пример использования как техники отслеживания, так и средства диагностики. На целлюлозном комбинате установили НМО в трубопроводах для сброса фильтрата (рН 3,5-3,8, при 60-66°С), где предполагалось осаждение смешанного осадка сульфата бария/оксалата кальция. В обоих случаях прибор регистрировал осаждение, которое невозможно было приписать одному только неорганическому осадку из-за заметных изменений демпирующего напряжения. (См. фиг. 9-10). Действительно, микрофотографии осадка также отмечают, что осадок смешанный преимущественно содержит органический компонент (наподобие захваченных волокон и, возможно, вязких органических веществ).
Пример 7. Смешанные алюминиево-кальциевые соли полимерной органической кислоты (передозирование ингибитора осадка, диагностика приложений программы контроля за осаждением). Прибор НМО напрямую присоединили (подключение за воздушным потоком) к трубопроводу белой воды в гидроразбивателе брака (0,3-0,5% целлюлозной мелочи). Изначально шло осаждение неорганических веществ. Раствор содержал очень высокие концентрации ионов металлов, особенно алюминия и кальция. Применение избытка вещества, регулирующего осадок в линии НМО через шланговый насос, которое по своей природе являлось полимерной органической кислотой, привело к быстрому увеличению количества осадка. (См. Фиг.11-12). Прибор позволил непосредственно приписать этот феномен органическому материалу, которые мог быть только смешанной алюминиево-кальциевой солью полимерной органической кислоты, образованной из-за передозировки ингибитора осадка.