專利名稱：用于測量制漿造紙漿料中顆粒污染物沉淀的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法，其用于測量漿液或者造紙廠流體流中顆粒污染物的沉淀能 力，并且進(jìn)一步幫助估計漿液或者造紙廠流體流中顆粒污染物與其它污染物之間的相互作 用。在該方法中，在合適的基質(zhì)上收集污染物，通過借助具有至少2000點每英寸分辨率 (“DPI”)的圖像分析技術(shù)分析基質(zhì)來對所收集的污染物數(shù)量進(jìn)行定量。該方法還適于確 定對漿液或者造紙廠流體流或者模擬漿液或者造紙廠流體流的液體或者漿料中進(jìn)行沉淀 抑制處理的有效性。本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于在基質(zhì)上收集顆粒污染物的裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，在造紙工藝中設(shè)備表面上的有機(jī)污染物(即樹脂和膠粘物)沉淀對產(chǎn) 品質(zhì)量和造紙工藝的效率都很不利。一些污染組分天然存在于木頭中，并且在各種制漿和 造紙工藝過程中被釋放。該問題的兩個具體表現(xiàn)被認(rèn)為是樹脂(Pitch)(主要是天然樹脂) 以及膠粘物(來自回收紙的黏合劑或者涂料)。樹脂和膠粘物具有導(dǎo)致造紙工藝中沉淀、質(zhì) 量和效率問題的可能。術(shù)語“樹脂(pitch) ”這里指的是由有機(jī)成分組成的沉淀，所述有機(jī)成分可能來源 于天然木頭樹脂、它們的鹽、以及可能在漿液中發(fā)現(xiàn)的涂層黏合物、上漿劑，以及去除泡沫 的化學(xué)制品。此外，樹脂經(jīng)常包含無機(jī)組分，例如碳酸鈣、云母、黏土、鈦以及相關(guān)材料?！澳z粘物”這個術(shù)語現(xiàn)在越來越多地描述在使用回收纖維的系統(tǒng)中出現(xiàn)的沉淀。這 些沉淀經(jīng)常包含在“樹脂”中發(fā)現(xiàn)的相同材料，并且還可能包含黏合劑、熱熔物、蠟和油墨。當(dāng)有機(jī)污染物，例如樹脂和膠粘物，在造紙中沉淀在表面上時，漿液或者造紙廠的 質(zhì)量和操作效率可能會被影響或者降低。有機(jī)污染物可以沉淀在造紙系統(tǒng)中的工藝設(shè)備上 從而導(dǎo)致系統(tǒng)操作困難。當(dāng)有機(jī)污染物沉淀在稠度調(diào)節(jié)器和其它儀器探針上時，這些部件 會不可靠或不可用。在篩機(jī)(screens)上的沉淀會降低系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和并使系統(tǒng)操作不 正常(upset operation)。這種沉淀不僅會發(fā)生在系統(tǒng)中的金屬表面上，同樣也發(fā)生在塑料 和合成物表面上，例如機(jī)器線、毛氈、貼箔(foil)、Uhle箱、機(jī)頭箱部件等。歷史上，有機(jī)沉淀問題的子集，“樹脂”和“膠粘物”，它們已經(jīng)被清楚地區(qū)分開來， 并且被分開區(qū)別處理。從物理的角度來說，“樹脂”沉淀通常由原料中黏性材料(天然或者人 造)的微觀顆粒堆積在造紙或者漿液設(shè)備上形成。在原料箱壁、造紙機(jī)貼箔、Uhle箱、紙機(jī) 線、濕壓榨毛氈、烘缸毛氈(dryer felts)、烘缸罐(dryer cans)、以及日常堆積(calendar stacks)上很容易找到這些沉淀。關(guān)于這些沉淀的問題包括直接干擾被污染表面的效率，導(dǎo) 致產(chǎn)量減少，以及降低用于例如涂施、轉(zhuǎn)化或者印刷操作的紙張質(zhì)量和實用性的孔洞、污垢 以及其它紙張缺陷。從物理的角度來說，“膠粘物”通常為來源于回收纖維原料中可視或者接近可視尺 寸的顆粒。這些沉淀趨于在許多能夠發(fā)現(xiàn)“樹脂”的相同表面上堆積，并且導(dǎo)致許多與“樹 脂”所導(dǎo)致的問題相同的問題。然而，最嚴(yán)重的“膠粘物”所形成的沉淀趨于在造紙機(jī)線、濕 毛氈、烘缸毛氈和烘缸罐上發(fā)現(xiàn)。
阻止沉淀在漿液和造紙廠設(shè)備和表面上積累的方法在工業(yè)上具有重要意義。紙機(jī) 要關(guān)閉以做清潔，但是為了清潔而停止操作是不推薦的，因為會引起生產(chǎn)的損失。當(dāng)沉淀脫 離并且合并到紙張中時，沉淀還會導(dǎo)致不良的產(chǎn)品質(zhì)量。因此能夠有效地阻止沉淀是非常 優(yōu)選地。過去，膠粘物沉淀和樹脂沉淀更典型地是出現(xiàn)在不同系統(tǒng)中。這是因為造紙廠通 常僅使用原始纖維或者僅使用回收纖維，而不將這些配料漿料混合在一起。經(jīng)常使用非常 不同的處理化學(xué)制品和策略來控制這些獨立的問題?，F(xiàn)在的趨勢是增加回收纖維在所有造紙系統(tǒng)中的強(qiáng)制使用。這會導(dǎo)致在原有的造 紙廠中膠粘物和樹脂的問題共同出現(xiàn)。此外，隨著纖維回收次數(shù)的增加，朝向“微膠粘物”的 趨勢會令人擔(dān)憂地增長，所述微膠粘物定義為直徑小于150 μ m的膠粘物。由于微膠粘物的 小尺寸和大表面積，它具有很大的沉淀和/或凝聚的趨勢。為了建立最好的設(shè)備以處理或阻止這種問題，期望得到一種方法可以預(yù)告顆粒污 染物沉淀的可能性，并且能夠?qū)λ男Ч涂赡軐嵤┑母鞣N處理的效果進(jìn)行定量。為了確定漿液中的污染物含量，已經(jīng)使用通過重量分析測量特定基質(zhì)上有機(jī)污染 物沉淀的方法。美國專利文件NO. 6，090, 905教導(dǎo)了一種方法，其中利用放置在不銹鋼隔板 中的包裝泡沫在暴露至漿液之前和之后的重量差來估計所沉淀的膠粘物含量。歐洲專利文 件NO. 0922475A1公開了一種機(jī)構(gòu)，其在由旋轉(zhuǎn)盤引起的切變場下堆積沉淀。一種對沉淀定量的重量分析法的變型是使用對沉淀重量作出響應(yīng)的傳感器。美國 專利文件NO. 5，646，338教導(dǎo)了一種裝置，其將圍繞懸臂探針樞軸的側(cè)向撓度與在所述探 針的突出部上積累的沉淀聯(lián)系起來。美國專利申請公開NO. 2006/0281191A1教導(dǎo)使用石英 晶體天平，它的振動頻率和幅度受到晶體暴露側(cè)上沉淀形成的影響。使用測量沉淀量的重量分析方法的缺陷是，由于基質(zhì)上沉淀的重量很小，在實際 測量具有較高的變化可能性。重量分析方法還典型地確定污染物的總量，但這可能與所沉 淀的數(shù)量不對應(yīng)。當(dāng)傳感器被引入高切變環(huán)境或者在流體中有機(jī)械振動時，傳感器也會出 現(xiàn)問題。因此，這些方法可能不能描述沉淀處理程序效能的特征。J. Dyer ^ Progress in Paper Recycling 第 44—51 頁(1997 年 8 月summary of Stickies Quantification Methods”中描述了具體對漿液中的膠粘物進(jìn)行定量的方 法。這些方法包括圖像分析技術(shù)，例如使用設(shè)計成將纖維從包括膠粘物和碎片的污染物 中機(jī)械分離出來的低稠度篩機(jī)機(jī)構(gòu)Pulmae MasterScreen(美國，VT, Montpelier, Pulmac International)。R. Blanco 等人在 Pulp & Paper Canada (2000)第 40-43 頁 101 (9) "New System to Predict Deposits due to DCM Destabilization in Paper Mills，，中公開了 在使用圖像分析技術(shù)的歐洲專利文件NO. 0922475A1中所公開設(shè)備的改型。K. Cathie等人 在Pulp & Paper Canada，(1992)，第 157-160 頁 93(12)“Understanding the Fundamental Factors Influencing Stickies Formation and Deposition，，中公開了一禾中方法，其中在 形成線上的膠粘物沉淀由圖像分析進(jìn)行定量。一些圖像分析技術(shù)在不同類型污染物之間進(jìn)行辨別，以對那些具體導(dǎo)致沉淀的污 染物進(jìn)行定量。然而，它們典型地不能對微膠粘物進(jìn)行定量。仍然在繼續(xù)尋找收集顆粒污 染物、診斷膠粘物和樹脂形成以及評估阻止沉淀處理有效性的改進(jìn)方法和裝置。發(fā)明目的
一方面，一種用于測量漿液或造紙廠流體流中出現(xiàn)的顆粒污染物沉淀能力的方法 包括在基質(zhì)上收集污染物，然后借助具有至少2000點每英寸(“DPI”)分辨率的圖像分析 技術(shù)分析基質(zhì)從而對收集到的污染物的數(shù)量進(jìn)行定量。第二方面，一種用于對漿液或造紙廠沉淀抑制處理的效能進(jìn)行評估的方法包括在 基質(zhì)上收集出現(xiàn)在漿液或造紙廠流體流中的污染物，然后如同第一方面所述，借助具有至 少2000DPI分辨率的圖像分析技術(shù)分析基質(zhì)，以對收集到的污染物數(shù)量進(jìn)行定量。在方法 的第二方面中，實施沉淀抑制程序，隨后重新測量在基質(zhì)上收集的出現(xiàn)在漿液或造紙廠流 體流中的污染物的數(shù)量，所述基質(zhì)在沉淀抑制處理開始之后被添加到漿液或造紙廠流體流 中。還可通過在基質(zhì)上收集顆粒污染物然后借助具有至少2000DPI分辨率的圖像分析技術(shù) 分析掃描出的基質(zhì)圖像，對出現(xiàn)在模擬漿液或造紙廠流體流的液體或漿料中的污染物的數(shù) 量進(jìn)行定量來評估漿液或造紙廠沉淀抑制處理的效能。響應(yīng)于圖像分析的結(jié)果，可以在模 擬液體或漿料中實施沉淀抑制程序，隨后可通過插入第二基質(zhì)收集顆粒污染物重新測量顆 粒污染物，其結(jié)果(沉淀抑制處理之后)可與第一結(jié)果(沉淀抑制處理之前)進(jìn)行對比。第三方面中，用于在管線中顆粒污染物收集的裝置包括具有入口和出口的采樣 室，包含流體或漿料或工藝水的漿液流的一部分被引入所述采樣室內(nèi)。基質(zhì)薄片被引入所 述采樣室內(nèi)并且在所述薄片的至少一個表面上收集顆粒污染物。電機(jī)或者其它驅(qū)動設(shè)備控 制基質(zhì)薄片行進(jìn)通過采樣室的速度，使得所述基質(zhì)薄片維持與包含流體或漿料或工藝水的 漿液接觸至少大約五分鐘。沖洗機(jī)構(gòu)沖洗已經(jīng)收集了顆粒污染物的表面，并且干燥機(jī)構(gòu)干 燥沖洗好的表面。數(shù)字成像系統(tǒng)對干燥好的表面進(jìn)行掃描或者攝影。成像系統(tǒng)通過借助具 有至少2000點每英寸(“DPI”)分辨率的圖像分析技術(shù)分析基質(zhì)從而對收集到的污染物數(shù) 量進(jìn)行定量。


將參考下面的附圖對本發(fā)明的其它目的、有利特征和可能應(yīng)用進(jìn)行描述。圖1 用于執(zhí)行本發(fā)明方法的示范性連續(xù)在線/在線上監(jiān)控機(jī)構(gòu)的示意圖。圖2 漿料的污染物顆粒尺寸占總面積比例的曲線圖。圖3 使用分辨率為4000DPI的掃描儀和65倍放大率的顯微鏡所得到的圖像中沉 淀所占面積百分比的對比。圖4 在對漿液添加沉淀抑制處理之前和之后，對于不同漿液濃度基質(zhì)顆粒污染 物所得到的沉淀所占面積百分比的對比。圖5 用于執(zhí)行本發(fā)明方法的可替換示范性的在管線中監(jiān)控機(jī)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式—種用于測量在造紙廠和漿液廠中顆粒污染物沉淀能力的方法的一個實施例包 括三個步驟1)將一個或多個合適的基質(zhì)插入所感興趣的流體流(例如造紙配料)內(nèi)，顆 粒污染物可以沉淀在所述合適的基質(zhì)上；2)以至少2000DPI的分辨率捕捉所沉淀顆粒的一 幅或多幅圖像；并且3)計數(shù)和確定沉淀顆粒的尺寸。最佳地，在捕捉圖像之前清洗和干燥 顆粒污染物沉淀在其上的基質(zhì)?？稍谄渖鲜占恋淼暮线m基質(zhì)包括，但不限于，具有機(jī)加工表面的金屬；形式為形成線和毛氈的塑料或者塑料薄膜；涂有來自回收纖維源的有機(jī)污染物組分涂層的任何大體 上不透液體材料的表面；以及涂有來自原始纖維表面的有機(jī)污染物組分涂層的任何大體上 不透液體材料的表面。后兩種類型的基質(zhì)表面模擬已經(jīng)形成顆粒污染物形式沉淀的生長。示范性的合適塑料或者塑料薄膜基質(zhì)包括，但不限于，聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯 或聚二氯乙烯、或者聚酯，例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或者聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)。優(yōu)選為允許可見光通過的透明塑料薄膜。這些塑料薄膜基質(zhì)大體上不透液體并且 可在其上載有涂層。示范性的合適金屬基質(zhì)包括，但不限于，不銹鋼或者碳鋼。這些金屬基質(zhì)大體上不 透液體并且可在其上載有涂層。在本發(fā)明的另一方面中，合適基質(zhì)可以包括與顆粒組分或者其它有機(jī)沉淀相似或 者相同組分的層或者薄膜。例如，涂有不溶水黏合劑涂層的透明塑料基質(zhì)，例如由3M(美 國，MN，St.Paul)制造的Scotch牌透明黏性膠帶，是合適基質(zhì)。污染物材料，或者污染物材 料的混合，可被用于形成薄膜，優(yōu)選通過將所述污染物材料或多種污染物材料溶解在適當(dāng) 的揮發(fā)溶劑中并且將溶液均勻涂施到基質(zhì)上隨后蒸發(fā)溶劑，以作為在透明基質(zhì)的一個或多 個表面上的涂層。所述污染物可以包括，但不限于，木纖維(樹脂)、甘油三酸酯、脂肪酸、固 醇、萜烯酸(terpenoic acids)、膠乳或者用于造紙的木頭固有的有機(jī)材料。其它產(chǎn)生于回 收流的污染物材料，例如帶有涂層的廢紙、黏合劑、油墨和類似物也被包括，作為可被用于 制備基質(zhì)的污染物材料。除了污染物材料之外，其它感興趣的材料也可以被涂在作為薄膜的基質(zhì)上。這些 可以包括鈍化材料或者處理漿液流而添加的化學(xué)制品以改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量。可以使用不同方法將材料薄膜涂施在基質(zhì)上。如果材料具有低粘度，可以使用刷 子或者刀片涂施薄膜材料。高粘度流體、涂膠和固體可以溶解或者分散在揮發(fā)溶劑中，然后 被涂施到基質(zhì)上。在漿液或者造紙廠流體流中出現(xiàn)的顆粒污染物粘附到涂有污染物的薄膜上的能 力是(a)在這些污染物之間的相互吸引作用和(b)開始沉淀和供沉淀生長的能力的指數(shù)。在本發(fā)明的方法中的對基質(zhì)涂施涂層的一個變型是將來自一種漿液或者造紙廠 流體流中的沉淀收集到基質(zhì)上。在使用圖像分析記錄下來自該第一流的沉淀的特征之后， 涂上一層“污垢”的基質(zhì)被引入可能具有不同組污染物的第二漿液或者造紙廠流體流內(nèi)。隨 后進(jìn)行第二圖像分析。在第二漿液或造紙廠流體流中發(fā)生在污垢基質(zhì)上的沉淀是對第一和 第二漿液流中的污染物之間相互作用的測量。對于離線或者某種在線的監(jiān)控，基質(zhì)可以被原樣使用或者安裝在保持器上，以便 于引入漿液或者造紙廠流體流。為了進(jìn)行圖像掃描，將基質(zhì)安裝在35mm載玻片保持器上是 有用的。通過將基質(zhì)與漿液或者造紙廠流體流一致地(對齊地)插入管線中，或者通過將 一些配料從造紙廠分出并且運行攪拌單元來進(jìn)行沉淀步驟，在單元中配置有基質(zhì)?；|(zhì)留 在漿液或者造紙廠流體流或者攪拌單元中期望的一段時間以堆積沉淀。感興趣的漿液流可 以為造紙廠中實際感興趣的任何稠度。它也可以在可包含顆粒沉淀的白水(white water) 或者其它廢液流中執(zhí)行。在一些例子中，可能需要或者期望在造紙工藝中從漿液或者造紙 廠流體流分出側(cè)流并且對其進(jìn)行適當(dāng)稀釋?？梢杂貌煌椒ㄔ诨|(zhì)上收集沉淀。在沉淀收集的離線實施例中，相信包含有感興趣污染物的漿液樣品被收集和放入容器內(nèi)?；|(zhì)懸浮在容器內(nèi)，而漿液被強(qiáng)力 (vigorously)攪拌一段期望的沉淀時間。漿液可以被適當(dāng)?shù)叵♂屢允箶嚢璨襟E可以進(jìn)行。 這種方法也可以被用于模擬漿液和污染物。沉淀測量的一個在線實施例是通過將基質(zhì)與流動漿液流接觸實現(xiàn)的。實現(xiàn)該實施 例的優(yōu)選方法是使用采樣端口和閥使少量的流動漿液流改道?？梢酝ㄟ^將改道后的漿液流 錨固(anchoring)在流動機(jī)構(gòu)(例如管道)內(nèi)使所述改道后的漿液流與基質(zhì)接觸。允許漿 液以適當(dāng)?shù)牧魉俳佑|和流過基質(zhì)(例如模擬造紙工藝中的流速)一段期望的時間以收集顆 ?；蛘呶廴疚锍恋?。對于收集顆?；蛘呶廴疚锍恋淼娜魏蝺?yōu)選方法，沉淀時間可以在幾秒到幾小時之 間變化。然而，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)為了減少測量的變化性，沉淀時間應(yīng)該為至少五分鐘。在沉淀時間結(jié)束之后，基質(zhì)被去除并且徹底地在水中沖洗以將非黏性材料從基質(zhì) 沖走?；|(zhì)被干燥然后用于圖像捕捉和分析。以上所述的測量和分析方法也可以被用于創(chuàng)立連續(xù)和自動化的在線監(jiān)控機(jī)構(gòu)10， 例如圖1中所示。參考圖1，機(jī)構(gòu)10包括具有入口 14和出口 16的采樣室12。入口 14可 包括側(cè)流樣品流動控制(圖1中未示出)以連續(xù)地允許所要求數(shù)量的漿液(由箭頭40表 示)流入采樣室12內(nèi)?；|(zhì)20是連續(xù)薄片(web)，在所述連續(xù)薄片上優(yōu)選具有黏性涂層。 圖1中示出了涂有黏性涂層的一側(cè)22?；|(zhì)20或者連續(xù)薄片從供應(yīng)卷軸或者輥18供給進(jìn) 入采樣室12。一系列輥和滑輪24允許基質(zhì)20穿行(threaded)進(jìn)入和離開采樣室12至提 升(take-up)卷軸或輥32。提升輥32被電機(jī)34驅(qū)動，例如步進(jìn)電機(jī)，其控制基質(zhì)10在采 樣室12中的行進(jìn)速度。電機(jī)34的速度直接與所期望的停留時間或沉淀時間相關(guān)，在所述 停留時間或沉淀時間期間，基質(zhì)10與采樣室12中的樣品漿液流接觸。一旦基質(zhì)10離開采 樣室12，其優(yōu)選被噴水口或者噴水嘴26噴出的水沖洗，然后被噴氣嘴28噴出的空氣干燥。 干燥后的基質(zhì)然后被裝配有微距鏡頭的數(shù)碼相機(jī)或者掃描儀30采集圖像或者攝影。圖像 被傳送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(圖1中未示出)，在該處使用圖像分析程序測量例如例子中所描述 的那些沉淀參數(shù)。不管使用離線或者在線顆粒污染物沉淀方法，都對沉淀形成在其上的基質(zhì)采集圖 像。圖像捕捉的理想方法基于基質(zhì)的本質(zhì)特性。對于非透明基質(zhì)(例如金屬和金屬貼箔)， 照相機(jī)可以或者直接或者通過反射光顯微鏡捕捉圖像。如果照相機(jī)圖像是非數(shù)字的，則優(yōu) 選使用掃描儀對圖像進(jìn)行數(shù)字化。對于透明基質(zhì)(例如透明塑料薄膜或者膠帶)，優(yōu)選的方 法是使用具有至少2000DPI分辨率的薄膜/載玻片掃描儀，但是也可以使用其它類型的高 分辨率掃描儀。2000DPI對應(yīng)于12. 7 μ m的像素尺寸。為了具有對于單個顆粒合理的分辨 率，單個顆粒的圖像可以包括至少四個像素，相當(dāng)于25 μ m χ 25 μ m的尺寸。低于2000DPI 的分辨率將使最小分辨的膠粘物尺寸增大，在較小膠粘物上的信息可能會丟失。較低的分 辨率將不能區(qū)別“微膠粘物”的小尺寸顆粒污染物特征。為了捕捉較小尺寸顆粒，可以通過 顯微鏡采集圖像，在這種情況中，可能需要若干圖像以描繪整個基質(zhì)。在某些情況中，顆粒 可能不能光學(xué)區(qū)分，它們的可探測性可以通過對沉淀作用和使用適當(dāng)?shù)膾呙鑳x來促進(jìn)。一旦捕捉到圖像或者一系列圖像，可以通過不同方法確定顆粒尺寸和數(shù)目特征。 一種方法是手動計算，但是手動計算非常乏味。市場中有若干種可以在平面光學(xué)場中識別顆粒的有效圖像處理軟件包。一種圖像
8分析軟件程序是 Verity IA(美國，WI，Oshkosh，Verity IA LLC)。另一種是 Image-Pro (美 國，MD, Bethesda, Media Cybernetics) 0通過識別與大多數(shù)像素強(qiáng)度不同的像素，然后通 過對不同強(qiáng)度的鄰近像素進(jìn)行編組，軟件就可以限定顆粒的邊界。一旦單個顆粒的邊界被 限定，軟件可以對每個顆粒進(jìn)行計數(shù)和確定尺寸。由此，可以獲得沉淀在基質(zhì)上的顆?？倲?shù) 目，以及沉淀顆粒的尺寸分布。此外，圖像處理軟件可以進(jìn)行尺寸和形狀過濾以忽略非常大 或者具有高縱橫比的顆粒，例如可能出現(xiàn)在漿液流中的纖維素纖維。為了對比良好的和不 良的樣品，可以限定不同的參數(shù)以捕捉沉淀的數(shù)量和質(zhì)量。一個參數(shù)是沉淀顆粒的數(shù)目。因 為凝聚顆粒沉淀的可能性，另一個有用的尺度是顆粒覆蓋基質(zhì)的面積分?jǐn)?shù)。但是，對沉淀進(jìn) 行定量的任何幾何性質(zhì)都可以使用。為了得到沉淀在整個基質(zhì)上的統(tǒng)計學(xué)抽象，圖像可以被分為多于一個的感興趣面 積(“Α0Ι”)?？梢栽诿總€面積內(nèi)執(zhí)行顆粒計數(shù)，可以舍棄具有過高或過低計數(shù)的面積。然 后可以得到在剩余面積上的平均計數(shù)。此外，多個基質(zhì)收集機(jī)構(gòu)可以同時放置在漿液或者 造紙廠流體流中以對沉淀的顆粒污染物數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計量化?，F(xiàn)在將參考多個具體例子進(jìn)一步描述本發(fā)明，這些例子僅作為示范而不限制本發(fā) 明的范圍。例子例 1具有可提取水平7gm/Kg 二氯甲烷(“DCM”)的來自回收漿液廠的辦公室分類廢 品(“SOW”)，以及具有不可檢出DCM的漂白硬木硫酸鹽漿液，均被稀釋至0. 5%稠度濃度 200ppm。以氯化鈣的形式加入鈣。這兩種漿料然后被以各種比率混合(見下面的表1)并 且被加入裝有磁性攪拌器和加熱器的燒杯。然后漿料混合物被加熱至50°C并伴以混合。3M 黏性膠帶175-0 (美國，MN，St. Paul，3M)安裝到兩個35mm的攝影載玻片保持器作為基質(zhì)，基 質(zhì)隨后懸浮在漿料中一個小時的時間。載玻片以這樣的方式被安裝，即基質(zhì)的方位平行于 漿料的流動。在停留的一個小時時間之后，從加熱的漿料中將載玻片去除，用冷水沖洗，然 后在無塵環(huán)境中用空氣干燥。然后使用Nikon CoolScan V ED(美國，CA，San Diego,Nikon USA)以4000DPI掃描每個載玻片，禁用灰塵排除選項。掃描出的圖像存儲為jpeg格式。使用Verity IA(美國，WI，Oshkosh，Verity ΙΑ, LLC.)圖像分析軟件對顆粒進(jìn)行 計數(shù)和確定尺寸。具有強(qiáng)度值比清晰背景的強(qiáng)度值低60單位(值的范圍從O至256)的像 素被考慮計數(shù)。當(dāng)這樣的像素互相鄰近時，軟件自動將它們編組以限定顆粒。一旦顆粒被限 定，兩種資格被用來排除顆粒(1)從收集物中去除面積小于0. 001平方毫米或者大于1. 2 平方毫米的任何顆粒；(2)具有根據(jù)方程1 (下面)所限定的圓度大于30的任何顆粒。這 些資格排除了遺留在基質(zhì)上的大多數(shù)纖維素纖維。圓度=[周長f方程1
面積從每個36x24mm的基質(zhì)選擇三個感興趣面積(“Α0Ι”)，并在被限定的參數(shù)內(nèi)分析 顆粒。在每個面積內(nèi)，計算沉淀顆粒所占的面積百分比，并且報告三個感興趣面積之間的平 均面積百分比，以及來自三個測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。該分析的結(jié)果總結(jié)在表1中。表 1 測量結(jié)果顯示隨著在SOW/硫酸鹽漿液漿料中的回收SOW配料的增加(即，膠粘物 含量增加)，計算得出的沉淀所占面積百分比值也增加。例 2從例子1中的75% SOW/25%漂白硬木硫酸鹽漿液數(shù)據(jù)可以分析顆粒尺寸分布。圖 2中示出了沉淀顆粒的頻率分布與顆粒尺寸的比值的圖表。在該例子中，可以看出沉淀的大 多數(shù)面積是由于微膠粘物，并且檢測到了小至20 μ m的顆粒。例 3在四種不同條件下使用100% SOW重復(fù)例1，該四種條件如表2中所示變化溫度和 沉淀時間。使用例1中提到的Nikon CoolScan V ED掃描儀和65倍放大的透射光顯微鏡生 成圖像。對于透射光顯微鏡，每個載玻片獲取16張圖像。使用Verity IA軟件分析從所有 載玻片得到的圖像，并且對每組數(shù)據(jù)平均得到結(jié)果。該分析的概要在圖3中示出。顯微鏡 圖像檢查出了掃描儀沒有檢測出的大量非常小顆粒尺寸的沉淀顆粒。對于給定的數(shù)據(jù)組， 當(dāng)顯微鏡圖像的絕對值大于Nikon CoolScan V ED時，各個載玻片之間的總趨勢是一致的。 這進(jìn)一步論證了在這種漿液配料中的顆粒污染物由大量微膠粘物構(gòu)成。表2 例 4將SOW回收漿液與漂白硬木漿液混和以創(chuàng)造四種具有不同回收物含量(10%， 25%，50%和100% )的漿液。這些漿液的每種被稀釋至稠度0.5%，在這些漿液上進(jìn)行如 例1所述的沉淀測試。對于每種漿液，進(jìn)行四種分離測試，每種測試包含不同劑量的處理化 學(xué)制品。在該實驗中使用的處理化學(xué)制品為88%的水解聚乙烯醇，并且所用的劑量為基于 全部漿液的0. 2ppm、5ppm和lOppm。圖像生成和數(shù)據(jù)分析都如例1中所描述的那樣執(zhí)行。 對每個基質(zhì)上沉淀面積百分比進(jìn)行計算，數(shù)據(jù)在圖4中標(biāo)繪。參考圖4，我們發(fā)現(xiàn)(i)隨著處理水平的增加，所有漿液中顆粒污染物沉淀減少； (ii)當(dāng)漿液的回收物含量減少時，需要較少劑量的處理化學(xué)制品并且顆粒沉淀減少。例 5包括占重量 20% 的 Pamak Tp (美國，TN，Kingsport，Eastman Chemical Company)、 占重量 30% 的 Sylvatol 40 (美國，F(xiàn)L，Jacksonville，Arizona Chemical)，以及占重量 50%的松香酸(美國，WI，Milwaukee，Aldrich Chemical Company)的合成樹脂組合物在丙 酮中被稀釋至各種水平(見表3)。聚丙烯基質(zhì)安裝到35mm載玻片保持器上，然后浸入溶液 內(nèi)并允許空氣干燥。通過210nm的紫外光吸收對沉淀在載玻片上的樹脂數(shù)量進(jìn)行定量。然 后，載玻片如同根據(jù)例1具有100% SOff的基質(zhì)那樣被使用。表 3 無涂層的聚丙烯基質(zhì)本身不導(dǎo)致沉淀。可以觀察到隨著樹脂涂層變厚，基于210nm 的吸光率，沉淀的面積百分比增加。因此，在例子中觀察到的沉淀增加是由于回收顆粒污染 物和涂層樹脂的相互作用。該例子還論證了非顆粒污染物，例如樹脂，可以通過用紫外光吸 收技術(shù)分析適合的透明基質(zhì)來進(jìn)行定量。例 6圖5示出了在線采樣裝置50的可替換實施例，其通過使用12"(英寸)丙烯酸導(dǎo)管52制成。如例1中所述，矩形不銹鋼框架54被擰緊到導(dǎo)管52的壁上并且定位成使得被 框架54保持的載玻片平面在與導(dǎo)管52的長度相同的方向中，矩形不銹鋼框架54可以使用 黏性膠帶74安裝35mm攝影載玻片保持器。12"(英寸)長的丙烯酸導(dǎo)管52的端部被罩 有柔性縮徑接頭56、58，所述縮徑接頭帶有連接到軟管(圖5中未示出)一端的快速脫開件 60、62。軟管(圖5中未示出)的自由端連接到回收報刊廠的機(jī)箱排放端上的采樣端口。 這是漿液在風(fēng)扇泵(fan pump)處被稀釋和進(jìn)入機(jī)頭箱(headbox)之前的最后存儲罐。兩 個35mm的載玻片通過形成在導(dǎo)管52中的凹槽66被插入，使得它們進(jìn)入形成在不銹鋼框架 54中的保持凹槽或溝槽68。基質(zhì)的黏性側(cè)面向外，即朝向漿液流。蓋子70樞轉(zhuǎn)地關(guān)閉在 凹槽66上并且在一端處嚙合到銷72。漿液管線上的采樣閥打開使得漿液以大約5千克/ 分鐘流動通過導(dǎo)管。在漿液流動5分鐘以后，閥關(guān)閉將載玻片去除并沖洗。掃描和分析程序與例1中所述的掃描和分析程序相似。提取5個樣品并加以平均。將不同水平的污染物控制劑(20%乳清蛋白溶液)添加到脫墨漿液，然后流動通 過脫墨箱的排放端上的導(dǎo)管。在每個劑量水平提取五個樣品。然后對每5個一組的測量作 以平均。這些測量的結(jié)果在表4中示出表 4 可以觀察到顆粒污染物沉淀量隨著污染物控制劑劑量的增加而減少。由此，該測 試和在線采樣裝置可以用于證實某種處理化學(xué)制品的響應(yīng)，以及研究處理的劑量響應(yīng)。從以上例子可以看出，這里所述的技術(shù)都可以測量顆粒污染物的沉淀并可以幫助 對沉淀污染物的尺寸和尺寸分布進(jìn)行定量。因為可以在準(zhǔn)備有相同或不同污染物的薄膜上 測量顆粒污染物的沉淀，本發(fā)明的方法允許估計和測量具體污染物和事先沉淀好生產(chǎn)環(huán)境 中污染物的薄膜上顆粒沉淀堆積之間的相互影響。盡管本發(fā)明相對于這里的顆粒實施例進(jìn)行描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解多 種其它形式和改型也是顯而易見的。所附的權(quán)利要求和本發(fā)明大體上應(yīng)當(dāng)解讀為覆蓋所有 這些在本發(fā)明真實范圍內(nèi)的顯而易見的形式和改型。
權(quán)利要求
一種用于測量制漿造紙系統(tǒng)中顆粒污染物沉淀能力的方法，其包括以下步驟a.將基質(zhì)插入包含流體或漿料或工藝水的漿液內(nèi)；b.允許所述基質(zhì)與所述包含流體或漿料或工藝水的漿液接觸期望的時間；c.在將所述基質(zhì)從所述包含流體或漿料或工藝水的漿液中去除之后，對沉淀在所述基質(zhì)上的顆粒捕捉一張或多張圖像；以及d.分析所述一張或多張圖像以對沉淀在所述基質(zhì)上的顆粒進(jìn)行計數(shù)和確定尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在捕捉所述一張或多張圖像之前清洗和 干燥所述基質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基質(zhì)被插入包含流體或漿料或工藝水的連 續(xù)流動漿液內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述顆粒污染物包括油墨、膠乳、黏合劑、有機(jī) 填充物、樹脂和它們的組合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括通過化學(xué)功能化處理所述包含流體或漿料 或工藝水的漿液，用于促進(jìn)進(jìn)行計數(shù)和確定尺寸的有機(jī)沉淀檢測，所述化學(xué)功能化包括PH 或離子強(qiáng)度調(diào)整、染色、紫外光處理，或者其它化學(xué)改性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基質(zhì)包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚二 氯乙烯、聚酯，或者其它聚合物薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基質(zhì)在插入包含流體或者漿料或者工藝水 的漿液內(nèi)之前涂上污染物涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，將有機(jī)污染物和溶劑涂層涂施在所述基質(zhì)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基質(zhì)在插入所述包含流體或漿料或工藝水 的漿液內(nèi)之前涂上污染物涂層，這通過首先將所述基質(zhì)插入包含流體或漿料或工藝水的不 同漿液中實現(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基質(zhì)包括金屬或金屬合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用光學(xué)掃描儀、數(shù)字或膠片攝影、或者通過反 射光顯微鏡的數(shù)字或膠片攝影捕捉所述一張或多張圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用圖像分析軟件對沉淀顆粒進(jìn)行計數(shù)和確定 尺寸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括e.對所述包含流體或漿料或工藝水的漿 液添加沉淀抑制處理；f.在添加沉淀抑制處理之后插入第二基質(zhì)，在所述第二基質(zhì)上收集 顆粒污染物；g.捕捉所述第二基質(zhì)的一張或多張圖像；以及h.分析所述一張或多張圖像以 對所述第二基質(zhì)上的沉淀顆粒進(jìn)行計數(shù)和確定尺寸。
14.用于在線顆粒污染物收集的裝置，包括a.具有入口和出口的采樣室，包含流體或漿料或工藝水的漿液流的一部分被引入所述 采樣室；b.基質(zhì)薄片，其被引入所述采樣室內(nèi)并且在所述基質(zhì)薄片的至少一個表面上收集顆粒 污染物；c.電機(jī)或其它驅(qū)動設(shè)備，用于控制基質(zhì)薄片行進(jìn)通過所述采樣室的速度，使得所述基 質(zhì)薄片維持與包含流體或漿料工藝水的漿液接觸至少大約五分鐘；d.沖洗機(jī)構(gòu)，用于沖洗在其上收集有顆粒污染物的所述表面；e.干燥機(jī)構(gòu)，用于干燥沖洗好的表面；以及f.數(shù)字成像系統(tǒng)，用于對干燥好的表面進(jìn)行掃描或者攝影。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述顆粒污染物包括油墨、膠乳、黏合劑、有 機(jī)填充物、樹脂和它們的組合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述基質(zhì)包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚 二氯乙烯、聚酯，或者其它聚合物薄膜。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述基質(zhì)在插入包含流體或者漿料或者工藝 水的所述漿液之前涂上污染物涂層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，對所述基質(zhì)涂施有機(jī)污染物和溶劑涂層。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述基質(zhì)在插入所述包含流體或漿料或工藝 水的漿液內(nèi)之前涂上污染物涂層，這首先通過將所述基質(zhì)插入包含流體或漿料或工藝水的 不同漿液中實現(xiàn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述基質(zhì)包括金屬或金屬合金。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述數(shù)字成像系統(tǒng)使用光學(xué)掃描儀、數(shù)字或膠 片攝影、或者通過反射光顯微鏡的數(shù)字或膠片攝影以至少2000點每英寸的圖像分辨率捕 捉一張或多張圖像。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述數(shù)字成像系統(tǒng)包括用于對沉淀顆粒進(jìn)行 計數(shù)和確定尺寸的圖像分析軟件。
全文摘要
用于測量出現(xiàn)在漿液或造紙廠流體流中顆粒污染物沉淀能力，并且評估該顆粒污染物與其它污染物之間相互影響的方法和裝置在適合的基質(zhì)上收集污染物，所述適合的基質(zhì)例如涂有黏合劑涂層或者涂有有機(jī)污染物涂層的塑料薄膜，被置于與漿液或造紙廠流體流接觸至少五分鐘至幾個小時。圖像分析技術(shù)以至少2000點每英寸(DPI)分辨率采集一張或多張基質(zhì)的掃描圖像并分析所述掃描圖像以對在基質(zhì)上收集的污染物的數(shù)量進(jìn)行定量和評估。
文檔編號D21H23/78GK101910515SQ200880123624
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者C·L·凱利, L·洛博, M·勞里恩特 申請人:赫爾克里士公司