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纸浆Zeta电位在线检测装置的研制

2021年08月18日 洛阳机械设备网

纸浆Zeta电位在线检测装置的研制

提 要:介绍了一种新的纸浆Zeta电位检测装置,它基于单片计算机控制和数据处理。被测信号Zeta电位在测量过程中是缓变浮动的,对此提出了相应的自动跟踪处理方法及相关的数据处理方法。

关键词:Zeta电位;纸浆;造纸机;信号处理;信号检测

山东省科委立项资助研究课题(971154504)

第一作者简介:邱书波,副教授,硕士。主要从事工业过程计算机测量与控制方面的科研与工程工作。

许多造纸厂一直为所生产的纸张质量不稳定或低于设计要求所困惑,尽管这时造纸机的操作条件以及常规测试的湿部参数维持正常值,原因何在?一个重要因素是溶解的和悬浮的物质动电学和表面电量、微生物活性以及添加剂的影响。在实践过程中,大量证据表明用于表征上述因素的纸浆的Zeta电位对成纸质量的影响很大。

湿部添加剂通过吸附在纤维表面而保留在纸上,过去控制湿部化学过程主要是调节pH值,其实pH值并非纸浆性质的真实反映,关键在于纤维的各种添加剂的凝聚结构和留着率,这主要由纸料固体粒子的Zeta电位决定。

1 Zeta电位及其测量

Zeta电位是指固体粒子在液体中滑动时产生在固体表面的液体固定层与可动层之间的电位差,以mV表示。当Zeta电位较高时,浆料中各种粒子带有较多的电荷库仑力而阻止纤维与填料及胶体的接触,影响细小纤维、胶体、填料的留着而随网部白水流失。当Zeta电位趋向零时,粒子间的范德华力起主要作用,而大大改善留着率、滤水性和纸页湿强度,减少断纸,减少纸病。通过Zeta电位的在线检测,可尽快地检测湿部化学的变化,以便及时精确地调整化学助剂的加入点和加入量。

Zeta电位的测量有几种方法,但目前所见到的多是离线测量方式。本文所采用的是流动电位法,实现了用流动电位法在线测量纸浆Zeta电位。其测量装置取样检测部分如图1所示。某种压力的液体流经多孔网垫时,测出两端电极的电位差即为流动电位差[1],与Zeta电位的关系为:

ξ=

SPCη

ΔPε

式中:SP—流动电位

式η—介质粘度

式ε—流体的等电点常数

式C—液体的传导率

式ΔP—穿过塞子的液体压力降

2 在线检测装置工作过程

检测装置包括缓冲罐、浆塞形成与测量室、测量电极、压力与温度传感器、气水控制阀组成。由单片计算机控制抽气阀对上缓冲罐抽真空,主管道的纸浆在压力作用下被滤网阻挡,在测量室形成浆塞,单片机通过调节抽真空阀F1和辅助调压阀F2调节缓冲罐内的负压,使浆塞产生向上运动,而当单片计算机控制进气阀F3进气时缓冲罐内产生正压,使浆塞向下运动。计算机通过对阀F1、F2、F3的协调控制使浆塞在测量室内的两铂电极之间形成电位差,即流动电位差。单片机完成多次信号测量后,打开冲水阀F4和冲气阀F3,将被测浆料冲入主管道,再进行下一轮测量。

图1 Zeta电位在线检测装置取样结构

3 被测电位差信号处理

实际所测量到的两电极间的电位差,为一随着浆塞运动变化的类正弦信号迭加在一缓慢浮动信号之上的mV级信号,其频率与浆塞运动频率一致。其信号的性质是由电极的特性和液体的特性决定的,该信号几乎淹没在浮动变化的信号中,对这

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