纸浆浓度测量技术综述与展望

纸浆浓度测量技术综述与展望

卞彤

摘要:本文综述了纸浆浓度测量技术的发展历程、现状和未来趋势。纸浆浓度的准确测量对纸浆生产和质量控制至关重要。传统的测量方法如手动采样具有诸多缺陷,而新兴的在线测量技术如红外吸收光谱法、核磁共振法等更加精确、高效。未来,随着人工智能和大数据等新技术的应用,纸浆浓度测量将朝着自动化、智能化和绿色化方向发展。本文对各类测量方法进行了比较和展望,为纸浆行业选择合适的测量技术提供参考。

关键词:纸浆浓度测量;红外吸收光谱法;核磁共振法;自动化;智能化;绿色化

引言:

纸浆浓度的准确测量对于控制纸浆的均匀性、优化生产工艺和保证产品质量至关重要。由于纸浆是复杂体系,其浓度测量一直是行业内的技术难题。长期以来采用的手动取样法等传统方法存在效率低下、人为误差大等弊端。随着科学技术进步,出现了一系列新兴的在线测量技术,显著提高了测量的精确度和自动化水平。然而,不同测量技术有利有弊,需根据具体情况选择合适方法。未来,新技术在纸浆行业的渗透将推动测量技术朝自动化、智能化和绿色化发展。本文拟综述纸浆浓度测量技术现状和发展趋势。

一、传统纸浆浓度测量方法

（一）手动取样和离心分离法

该方法是最传统和普遍的纸浆浓度测量方法。操作人员从生产线上取样,将纸浆样品装入已知质量的容器中,经过离心分离后,测量残渣纤维的质量,计算出纸浆的浓度。该方法简单直观,设备要求低,但存在明显缺陷,如操作繁琐、人为误差大、效率低下等。

（二）压力滤液法

压力滤液法是利用特殊设计的压力筒,在高压作用下将纸浆中的部分液体压出,通过测量残留液体的体积或质量来计算纸浆浓度。与手动取样法相比,该方法操作相对简单,重复性好,但仍需人工参与,效率有限[1]。

（三）超声波法

超声波法是利用声波在不同介质中的传播速度不同这一原理。向纸浆发射超声波,测量其在纸浆中的传播时间,根据已知的液体和纤维的声速,可计算出纸浆的浓度。该方法无需取样,是一种在线测量方式,但测量精度易受温度、压力等因素影响。

（四）存在问题

传统纸浆浓度测量方法如手动取样和离心分离法、压力滤液法、超声波法等存在诸多不足。这些方法大多需要人工参与取样和操作,效率低下且人为误差大。测量过程中难以彻底避免污染和浪费。测量精度有限,难以满足现代纸浆生产对高精度质量控制的要求。更重要的是,大部分传统方法属于离线或半在线测量,无法实现纸浆生产的实时在线监测和智能调控。

由于上述缺陷,传统测量技术在现代化、自动化的纸浆生产线上已渐渐不堪重负,迫切需要开发新型高效、精准、环保的在线纸浆浓度测量技术,以适应纸浆工业的发展需求,提高生产效率和产品质量,实现纸浆生产的自动化和智能化,推动纸浆制造向绿色环保方向转型。

二、新兴在线测量技术

(一)近红外光谱法

近红外光谱法利用近红外光在不同物质中的选择性吸收和反射的原理,通过分析纸浆对近红外光的吸收光谱,从而精确测量纸浆的浓度和主要化学组分含量。其具有测量速度快、无损伤、无需取样等优点,已在纸浆、食品、化工等行业获得广泛应用。但该方法也存在一定缺陷,如受环境温度、湿度、杂质等因素影响较大,需要对环境条件进行校正[2]。

(二) 核磁共振法

核磁共振技术利用强磁场对分子内部的原子核产生共振效应,根据不同分子具有不同的核磁共振频率特征,可精确测量出样品的化学成分及含量。该方法无需取样、无辐射、无污染,是一种绿色环保的检测手段,对纸浆浓度测量具有极高的准确性,误差仅为0.1%左右。但其设备价格昂贵,运行和维护成本较高,且需要专业人员操作,这在一定程度上限制了其大规模推广应用。

(三) 光学雷达法

利用激光束或其他光束在纸浆中的反射原理,测量光线在纸浆中的散射强度和光程时间差,据此计算纸浆浓度。该技术具有抗干扰能力强、测量范围广等优点,尤其适合应用于高浓度或具有较大颗粒的浆料检测。然而,光学雷达法的测量精度易受到纸浆组分、温度、杂质等多种因素的影响,需要采用复杂的算法进行校正,测量精度有待进一步提高。

(四) 电阻率法

电阻率法通过测量纸浆溶液的电阻率,利用与浓度之间已知的函数关系反算出纸浆浓度。其结构简单、成本低廉、使用方便,适合现场快速测量。但由于只能测量单一组分体系,无法应用于复杂的实际纸浆生产环节,且受温度、离子浓度等因素影响较大,因此在工业现场的应用受到一定限制。

(五) 优缺点分析

上述新兴测量技术相较传统方法有诸多优势,如测量精度高、自动化程度高、无需取样、无污染等,但也各自存在一定缺陷和局限性。近红外光谱法集便携性、高效率、无损伤等优点于一身,是当前最具应用前景的在线测量方法。核磁共振法测量精度最高,达到0.1%的水平,但设备造价高昂且维护要求严格,适用范围有限。光学雷达法抗干扰能力强、测量范围广,尤其适合高浓度浆料检测,但测量精度受多种因素影响较大,尚需进一步优化提高。电阻率法操作简单、经济实惠,但仅适用于单一组分体系,难以满足复杂纸浆生产环境的需求。

目前尚无任何一种测量技术可以完美满足纸浆浓度测量的全部要求。未来需要充分结合不同应用场景的具体需求,如成本、精度、环境等,选择合适的技术路线。同时也可考虑发展集成多种测量原理的混合测量系统,通过智能算法融合各技术的优势,实现高精度、高效率、经济环保的纸浆浓度全程在线检测,为纸浆生产的自动化、智能化和绿色化转型提供有力支撑[3]。

三、未来发展趋势

随着纸浆工业的不断发展和工艺水平的提高,纸浆浓度测量技术也面临着更高的要求。未来,纸浆浓度测量技术将朝着自动化、智能化和绿色环保的方向发展。

（一）自动化与智能化

利用人工智能、机器学习、大数据分析等新兴技术,实现纸浆浓度测量的自动化和智能化将是未来的发展趋势。智能化测量系统可以自主完成数据采集、处理、分析和决策,不需人工干预,极大提高了测量的效率和准确性。智能系统可根据海量历史数据进行建模和优化,持续改进测量算法,使测量结果更加准确可靠。

（二）数据分析与建模优化

充分利用大数据分析技术,从海量测量数据中挖掘有价值的信息,建立准确的纸浆浓度预测模型,将为制浆工艺的优化和生产决策提供重要依据。通过数据分析和建模,可以实时监控纸浆浓度的变化趋势,并根据预测结果主动调整生产参数,实现生产过程的自动控制和优化。

（三）绿色环保测量

未来的纸浆浓度测量将朝着更加绿色环保的方向发展。将开发出无污染、低能耗的新型测量技术,如基于光电、光谱等无损伤检测原理的测量方法,减少测量过程中的化学药品和废弃物排放。测量系统将实现自动化,减少人工操作环节,降低生产过程的能源消耗和废弃物排放。

四、结语:

纸浆浓度的准确测量是纸浆生产质量控制的关键。传统测量方法虽然基本可行,但存在效率低下、误差大等缺陷。新兴的在线测量技术如近红外光谱法、核磁共振法等极大提高了测量的精确性和自动化水平。未来,随着人工智能、物联网、大数据等新技术在纸浆行业的深入应用,纸浆浓度测量将实现更高程度的自动化和智能化,测量系统更加绿色环保。行业内应当持续关注测量技术的最新进展,选择适合自身需求的测量方案,不断提高生产效率和产品质量。纸浆浓度测量技术必将伴随纸浆工业的发展而不断创新,为人类绿色可持续发展贡献力量。

参考文献

[1]刘磊.纸浆浓度在线测量技术的发展[J].中国造纸,2020,39(10):88-92.

[2]葛升民,童树鸿,周斌.纸浆浓度控制系统的设计[J].中国造纸,2002,(03):52-54.

[3]卢佩,张宝芬.纸浆浓度的在线测量方法与研究展望[J].中国仪器仪表,1994,(02):16-19.