專利名稱：控制工業過程的堿度和pH的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制工業過程的堿度和pH的裝置和方法。
堿度是含水體系的緩沖能力，即防止pH變化的能力的度量。也可以視作接受H+或OH-離子的能力。緩沖能力使得向含水體系中加入酸性和堿性物質不會明顯改變pH。可以在不影響pH的情況下加入的堿和酸的量取決于堿和酸的強度和量，以及堿度的大小。許多工業過程缺乏正確操作所需的足夠堿度。
高堿度防止了由加入具有不同pH的原料而引起的pH的不利變化。pH的改變可以在工業過程中引起例如，不希望的沉淀和溶解。
根據以下等式[堿度]＝[OH-]+2[CO32-]+[HCO3-]-[H+]，堿度一般由水溶液中氫氧化物、碳酸鹽和碳酸氫鹽離子的量產生。堿度還由銨以及磷酸、硅酸、硼酸和有機酸的共軛堿產生。
根據用于分析的測定方法，堿度可以表示為M-堿度或P-堿度。M-堿度是通過用酸滴定至甲基橙終點(pH4.5)而測定的，并且M-堿度主要由碳酸氫鹽離子的濃度產生。P-堿度是通過使用酸滴定至酚酞終點(pH8.3)而測定的，并且P-堿度由氫氧化物和碳酸鹽離子的濃度產生。堿度通常以CaCO3mg/l和mmol/l的單位表示。
堿度與pH不要混淆，pH是H+離子濃度的度量(pH＝-log[H+])。
在工業過程的含水體系不具備足夠緩沖能力的情況下，pH的控制和調節會很困難。必須非常小心地測量將要加入的酸性和堿性物質的量。尤其是如果使用強酸或堿，任何過量的用量極易導致pH變化過大。
例如在制造紙漿或紙張的過程以及水處理過程中，適當的堿度尤其有利。
在化學紙漿的制造中，用于制造紙張或紙漿的紙漿懸浮液通常是通過蒸煮、漂白、提取和/或洗滌操作，在所謂纖維機中制造的，其中pH基本上在單元操作之間變化，并且其中通常不希望高堿度。造紙紙漿還可以由再生紙制成。當紙漿已被處理并且準備好加工為紙漿板或紙張時，紙漿進入造紙廠。這樣的紙漿此時稱為造紙紙漿，以區別于纖維機中的紙漿。在后續的處理中，用水將造紙紙漿進行稀釋，并使用化學物質進行各種細微的調節。造紙紙漿也可以通過勻漿或研磨，由紙屑制成。這樣的造紙紙漿稱為機械紙漿。
造紙紙漿懸浮液具有較低的內在緩沖能力。紙漿懸浮液中堿度較高是有利的，因為在造紙過程中，會加入許多化學物質以及進行處理，影響了pH。另一方面，pH的波動會在操作，例如勻漿中引起各種問題。
在造紙中，例如，如果進入紙料制備時造紙紙漿是酸性的，以及在中性或堿性pH或微酸性下運行短循環，高堿度是有利的。pH通常上升并且需要通過加入氫氧化鈉NaOH進行控制。但是，NaOH是非常強的堿，這意味著僅需要少量用于pH調節，NaOH在加入之前還必須稀釋。造紙工會根據進料紙漿pH改變的情況而停止，這對紙的質量和造紙機的運行能力有負面影響。
其中纖維已被處理并且準備好用于造紙的造紙紙漿稱為紙料。通過紙料制備以及造紙設備的長和短循環，加入大量造紙化學物質和稀釋水，其中一些是酸性的，并因此降低了紙漿的pH。因此，造紙工會根據短循環或紙料制備中pH過低而停止，這會導致用作填料的碳酸鈣和/或色素溶解，并且由于溶解的碳酸鈣分解而產生起泡問題。可能被迫使用NaOH再次調節pH。pH在勻漿或存儲塔中也會由于微生物生長而改變。
當使用連二亞硫酸鹽漂白紙漿時，連二亞硫酸鹽會在其氧化時引起問題。在造紙機循環中形成的硫酸在水和紙漿中引起pH下降。
在水處理過程中，相當高的堿度在新鮮水和廢水的加工中均是有利的。在飲用水的處理中，足夠的堿度確保了，例如在水分布體系中pH不會變化過大。由于還原氧化條件的變化，pH波動過大會導致，例如管路中的腐蝕。天然水的固有硬度也會在操作中產生問題。
在廢水處理中，水的堿度和pH對于生物活性是重要的。足夠的堿度將確保pH不會波動過大。pH不應變化過大，并且為了生物過程得以適當進行，其應當停留在適合生物活性的值上。
在現有技術中，一種避免工業過程中pH波動過大的方式是向過程中加入溶解的碳酸氫鈉NaHCO3。NaHCO3在含水介質中離解，形成碳酸氫根HCO3-，其具有緩沖能力并因此抵消了任何的pH變化。NaHCO3是固體粉末，其通常是以所謂大包(big-bags)的形式供應的，工廠需要處理空間、溶解裝置和儲罐。NaHCO3在與濕氣或水接觸時是難以處理的。
根據WO98/56988，通過增加懸浮液的碳酸氫鹽堿度而穩定造紙機的紙料制備中紙漿懸浮液的pH。氫氧化鈉和二氧化碳的結合在紙漿中提供了顯著的緩沖效果。但是，在根據該發明加入氫氧化鈉和二氧化碳時會出現一些困難。由氫氧化鈉的加入引起的局部高pH會導致碳酸鈣沉淀。高pH會溶解提取物，所述提取物隨后在過程中的其它地方沉淀下來。高pH還會導致紙漿變黃。向過程中加入足量二氧化碳也是困難的。
在現有技術中，在工業過程中所需的堿性和酸性物質通常在特殊的加料點分別加入。在這些物質加入工業過程之前，使用堿性和酸性物質通常需要預處理，例如溶解和稀釋，并需要特殊設備。加料點的選擇取決于正在討論的工業過程和化學物質。例如，必須小心地選擇氣態物質的加料點，以具有適當的壓力、溫度和紙漿稠度。在工業過程所需的點上，甚至不可能加入氣態物質，或者需要復雜的設備。
由于工藝條件的變化，對于每種工業過程而言，堿性和酸性物質的需要量必須分別測量和確定。在使用強酸和堿的情況下，尤其必須仔細測量加入量，以避免由過量劑量引起的pH變化過大。稀釋的物質比較容易加入，但稀釋本身需要額外的工作。
在不影響體系pH的情況下加入工業過程所需的酸性或堿性物質通常是重要的。
因此，需要一種向工業過程中加入酸性和堿性物質的簡單和可靠的方式，用于控制工業過程中液體的堿度、pH和/或硬度。
本發明的目的是提供一種容易連接至工業過程，以向工業過程中加入酸性和堿性物質，用于在所需位置控制堿度和pH的裝置。本發明的另一目的是提供一種確保向工業過程的液體中自動和精確地加入酸性和堿性物質的裝置。
本發明的另一目的是提供一種控制工業過程的堿度和pH的方法。
本發明的再一目的是提供一種控制工業過程中水的硬度的方法。
在附加的權利要求中定義了本申請的發明，其內容此處引作參考。
因此，本發明涉及一種通過向工藝中自動加入并混合水以及堿性和酸性物質以控制工業過程的堿度的裝置和方法。
本發明涉及一種控制工業過程的液體堿度和pH的裝置，其中該裝置適合安裝在工業過程的主流程物流的外部。裝置包括堿性物質、酸性物質和水的進料設備、進料設備的控制設備以及堿性物質、酸性物質和水的反應器。反應器在得到的含水緩沖混合物中提供了預定的堿度和pH。裝置還包括將緩沖混合物供至主流程物流，用于控制工業過程的堿度和pH的出料設備。
本發明還涉及一種用于控制工業過程的堿度的方法。該方法包括以下步驟提供堿性和酸性物質，其中組合形式的所述物質能夠在含水介質中形成緩沖離子；將堿性和酸性物質的受控原料以及水引入位于工業過程的主流程物流外部的設備的反應器中；使堿性物質、酸性物質和水反應，以在得到的含水緩沖混合物中提供預定的堿度；以及將含水緩沖混合物供至主流程物流，用于控制工業過程的堿度。
本發明的裝置能夠非常精確地控制堿度。還能夠精確控制pH。本發明還能夠控制工業過程的含水媒介物的硬度。裝置容易安裝在工業過程中任何需要的加料點上，因此不需要直接向工藝中直接加入酸和堿。酸性和堿性物質的加入自動和安全地發生在本發明裝置中主流程的外部，沒有麻煩的處理或物質之間的危險反應。可以根據正在討論中的工業過程隨意確定裝置的位置和制備緩沖混合物的加料點。
本發明的裝置可以按照許多方式設計，以最好地適應討論的工業過程。可以根據其使用的工業過程以及考慮在裝置中用于制備緩沖混合物的物質來設計結構。
本發明的裝置包括反應器，其可以是連續反應器或間歇反應器。連續反應器能夠連續控制工業過程中的堿度。在堿度或操作條件發生改變的情況下，可以自動且沒有延遲地進行調節。在例如，由特殊的工藝條件或原料引起的需要調節堿度時，可以操作間歇型反應器裝置。間歇型反應器還可以將緩沖混合物引入罐中，緩沖混合物在所述罐中連續和/或間歇地被引入工業過程。
下面參照附圖更詳細地描述本發明，其中
圖1公開了本發明裝置的優選實施方案。
圖2是安裝了本發明裝置的造紙工藝的示意圖。
在優選實施方案中，圖1所示裝置具有的反應器是設計為帶一個彎管11的管式反應器1。裝置包括堿性和酸性物質以及水的各自進料設備2，3，4。酸性物質的入口包括位于管式反應器1內的小型孔管5。孔管5具有幾個進料開口7。進料設備2，3，4分別具有單獨的控制設備6。控制設備6是通過控制器件(未示出)單獨調節的，所述控制器件優選與調節主流程的計算機連接。裝置還包括控溫和監控設備8、靜態混合器10和采樣設備12，以及出料設備9。
管式反應器1的長度是根據安裝所述反應器的工業過程而調節的。管式反應器1具有使物質之間在受控條件下發生反應的長度是重要的。彎管11的數目以及管式反應器的形狀和尺寸是根據反應器1的長度及其安裝位置的空間而調節的。
裝置的進料設備2，3，4包括用于工業過程的常規裝置，諸如閥。用于堿性和/或酸性物質的進料裝置優選還包括用于將物質稀釋和/或溶于水中，以提供所述物質的受控水溶液的設備(未示出)。這意味著，甚至可以使濃酸和堿或固體物質優選在裝置外沒有任何預處理的情況下用于裝置中。將濃物質稀釋為適合的濃度或者將固體物質溶解優選在裝置的相應進料設備中進行。此時不需要單獨的稀釋和溶解步驟。
堿性和酸性物質的進料設備2，3還可以分別包括氣體入口，所述氣體能夠在含水介質中形成堿或酸。該入口是在管式反應器1內部，通過例如圖1所示的孔管5而提供的。孔管5通過大量步驟連續并逐漸地將酸性物質加入反應器1，并保證酸性物質的安全加入。
水的進料設備4裝置所用水的入口。不需要單獨提供水的進料設備，而是可以與堿性和/或酸性物質的進料設備結合。此時，水由與堿性或酸性物質相同的進料點引入。裝置還可以包括單獨的容器，用于所述堿性和/或酸性物質與水預混合。得到的稀釋混合物隨后在反應器中與其它物質混合。
在優選實施方案中，裝置具有幾個，更優選二個或更多的所述堿性和/或酸性物質和/或水的入口。優選通過3-10個步驟加入一些酸性物質，諸如二氧化碳。在管式反應器類型的裝置中，入口優選沿管式反應器間隔排布。這保證了物質的加入，使得在更多的物質加入反應器之前，在加入的物質之間有足夠的時間發生反應。
在圖1的優選實施方案中，位于管式反應器1內部的孔管5具有多個入口。孔管5的多個開口7保證了酸性物質連續并逐漸地加入反應器1。根據酸性物質的量和流速相對于整個管式反應器1以及開口7的數目調整孔管5的長度。孔管5優選用作氣態物質，諸如二氧化碳的入口。管5末端的開口7可以大于入口端的，以補償管中的壓降。
進入裝置的堿性和酸性物質進料和水是通過進料設備2，3，4的控制設備6控制的。圖1中的方框表示控制設備6。控制設備6包括監測和調節反應所需的堿性和酸性物質流速的設備。控制流速以保證物質的準確計量。通過控制堿性和酸性物質進入反應器的量，精確控制反應的化學平衡，并在得到的含水緩沖混合物中獲得預定的堿度和pH。還優選控制和監測工藝中所需的物質的濃度。這樣可以避免由裝置中量和濃度不準確而發生故障。
反應器1中方框表示的控制設備8是設計用于控制裝置中的反應條件和物質濃度。裝置的控制也保證了裝置穩定并安全地操作。控制設備8可以包括任何用于測量和分析必要參數，諸如溫度的常規設備。控制設備8還可以包括對異常情況的報警系統。
裝置的出料設備9包括用于工業過程的常規設備。出料設備9使裝置中制得的緩沖混合物能夠供至工業過程。
為了確保裝置中的物質適當混合，其優選包括用于噴灑和/或攪拌的設備。混合器優選是靜態混合器10，諸如圖1中公開的那些。裝置中的混合優選是自動和恒定的，盡管其需要單獨控制和監測。
裝置優選還包括用于冷卻所述反應器的器壁以防止諸如碳酸鈣的物質沉淀在器壁上的設備。裝置的控制設備還可以包括用于除去沉淀物的設備。
本發明的堿度裝置優選連接至工業過程或主流程物流的控制和監測體系。因此，使用主流程同時控制和監測裝置的功能。運行本發明裝置的人員不必單獨監測裝置，因為其作為主流程的一部分運行。在裝置中提供稀釋的情況下，堿性和酸性物質可不經預處理而用于裝置。
在本發明的優選實施方案中，用計算機控制裝置，以確保裝置以受控方式操作。
本發明的裝置可以用于需要控制堿度的工業過程中。裝置可以根據各個工業過程的需要來設計。裝置可以在例如造紙或紙漿工藝的不同位置，諸如紙料制備、水循環、紙漿廠和造紙廠之間的過濾器或者廢紙儲罐中使用。在水處理工藝中也可以使用本發明的裝置。廢水和新鮮水的處理均可使用本裝置。
圖2公開了一種造紙工藝，其中本發明的裝置26連接至過濾器22之后的稀釋螺桿23上。在實施例1中更詳細地解釋了此類裝置26的功能。
本領域技術人員能夠計算出為了在工藝中保持足夠的緩沖能力而在工業過程中需要的堿度的量。堿度的需要量取決于，例如進入工業過程的化學物質的量和類型、原料流量、填料和紙漿的量。
用于本說明書和權利要求的術語“主流程物流”基本上是指混合原料從工業過程的起點至終點的流動。但是，主流程物流也可以表示提供本發明堿度的原料之外的原料流，或者表示工作流體的回路和再循環，諸如生產用水在工業過程的各個位置上的循環。工業過程可以按照連續或間歇型操作進行，但優選連續操作。
本發明的主流程物流優選是工業過程中的含水物流，在所述工業過程中，原料從起點向終點流動。主流程物流也可以是通往原料流或從中分離的物流。其可以是，例如纖維裝置或造紙機中的含水紙漿懸浮液，或者通往所述懸浮液和/或從中分離的水流。主流程物流還可以是紙料制備、長循環或短循環中漂白步驟之后的紙漿懸浮液。其可以包括洗滌水再循環或新鮮水路線。主流程物流還可以是水或廢水處理工藝中的物流。
本說明書中的術語“紙料制備”、“長循環”和“短循環”具有Papermaking Science and TechnologyBook 8，Papermaking Part1，Stock Preparation and Wet End，ed.Hannu Paulapuro，FapetOy，2000第125頁中定義的含義。
本發明的堿性物質是在討論中的工藝環境中作為堿的物質。堿性物質可以以固體、液體或氣體的形式加入，并且可以在裝置中將其溶解或稀釋。優選的堿性物質是堿金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽、堿金屬碳酸氫鹽、堿金屬磷酸鹽、堿金屬磷酸氫鹽和/或堿金屬亞磷酸鹽。優選的堿性物質是液體或固體的氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀或木材蒸煮工藝的綠液或白液。
酸性物質是在討論中的工藝環境中作為酸的物質。酸性物質也可以是氣體在含水介質中形成的酸。這表明其可以是在含水介質中形成酸的氣態物質，例如氣體二氧化碳或二氧化硫。二氧化碳是氣體，容易根據以下反應，在堿性條件下溶于，例如水中或紙漿懸浮液中，形成碳酸和/或碳酸氫根。在尤其是高于10的高pH下，主要的反應是。
酸性物質的水溶液也可以稱為含水酸。因此二氧化碳是形成含水酸的酸性物質。酸性物質還可以是有機或無機酸，優選選自亞硫酸、明礬、磷酸、碳酸、檸檬酸和鹽酸。
在使用氫氧化鈉或氫氧化鉀的情況下，優選的酸性物質是二氧化碳、二氧化硫、亞硫酸、碳酸或磷酸。最優選的組合是氫氧化鈉和二氧化碳。優選堿性和酸性物質的組合是，例如碳酸鹽或磷酸鹽和強酸，諸如鹽酸或明礬。
堿性和/或酸性物質的受控水溶液是指具有特定濃度的相應物質的溶液。溶液可以由濃縮或固體物質預先單獨制備，并隨后引入裝置中。但是，裝置的一個優點在于受控水溶液也可以在裝置中自動制備。例如在使用NaOH作為堿性物質的情況下，裝置優選包括用于稀釋初始濃度為例如約30％的NaOH，以提供濃度為1-9wt％，優選約6％的NaOH溶液的設備。
用于裝置的水可以包括原料水或者從工業過程的所述主流程物流中分離的水。水可以從，例如通往紙漿懸浮液或造紙紙料和/或從中分離的水流產生。水也可以包括從所述主流程分離出來的稀釋的紙漿懸浮液。水也可以是水處理工藝中的待處理飲用水。優選恰好在水供至水分布體系之前提高飲用水的堿度。廢水的堿度優選在廢水處理的過程中控制。
本發明提供了一種用于工業過程中的含水緩沖混合物。在裝置中在堿性物質和酸性物質之間的反應制得混合物，組合形式的物質能夠形成影響含水介質堿度的緩沖離子。得到的含水緩沖混合物具有預定的堿度，所述堿度取決于討論中的工業過程所需的堿度。含水緩沖混合物能夠在其供至工業過程時在其中提供升高的堿度。
本發明的緩沖混合物是由以受控方式引入裝置中的堿性物質、酸性物質和水形成的。堿性物質和酸性物質在裝置中于水中反應，在得到的含水緩沖混合物中提供了預定的堿度。裝置的控制設備確保了緩沖混合物具有所希望的堿度和pH。優選通過測量例如堿性物質的密度，控制和監測堿性物質的濃度。隨后調節進入反應器的酸性物質的量，以在得到的緩沖混合物中獲得所需的堿度和pH。將得到的含水緩沖混合物供至工業過程的主流程物流，用于控制所述工業過程的堿度和pH。
還優選控制和監測反應器中的pH。根據工業過程的需要控制所得含水緩沖混合物的pH。在紙張或紙漿的制造工藝中，優選的pH是例如，約6-10。還可以在裝置中監測碳酸根離子濃度、碳酸氫根離子濃度和/或總堿度或M-堿度。因此，在裝置中將所得含水緩沖混合物的堿度調節至特定的預定值。將得到的含水緩沖混合物供至工業過程，以控制主流程物流的堿度。
為了將條件控制為適合水以及酸性和堿性物質之間的反應，優選在裝置中控制和監測反應器中的溫度和壓力。優選控制溫度，因為反應是高度放熱的。溫度過高會導致壓力增加，甚至爆炸。
優選將物質混合，以保證物質適當和安全地反應。在逐漸加入酸或堿的多步反應中，應當在任何新物質加入之前完成在先反應。在例如反應器中溫度和壓力變得過高的情況下，裝置可以含有用于快速關閉入口的設備。
在一些情況下，用于反應的水含有游離鈣離子。游離鈣離子會在許多工藝中引起問題，例如它們與其它化合物在工藝中沉淀。鈣離子會導致，例如器壁上不希望的結垢。在本發明的優選實施方案中，可以通過冷卻所述反應器的器壁防止碳酸鈣沉淀在反應器的器壁上。因此，任何沉淀的碳酸鈣將保持在溶液中，并以固體顆粒形式與緩沖混合物一起進入主流程中，也可以從混合物中除去。在水的硬度較高的情況下，可以處理水以降低硬度和鈣離子的量。可以采用磁力或通過沉淀處理水。所述方法是可以從市場獲得的。
在造紙工藝中，任何鈣離子沉淀在裝置中都是有利的。尤其是當包括氫氧化鈉的堿性物質與水中的鈣離子接觸時，作為酸性物質隨后加入的CO2將使鈣離子以碳酸鈣的形式沉淀。沉淀的碳酸鈣將被引入造紙工藝中，并與紙漿懸浮液中的纖維接觸，并且從循環水除去。
在本發明的優選實施方案中，裝置使用氫氧化鈉作為堿性物質和二氧化碳作為酸性物質來控制堿度。引入裝置的氫氧化鈉也可以是濃縮的。氫氧化鈉可以在引入所述反應器之前在裝置中按需稀釋。稀釋后的濃度優選是1-9％，更優選將NaOH稀釋為約6％的濃度。氫氧化鈉的稀釋可以在引入二氧化碳之前的位置上，于反應器的入口末端進行，或者氫氧化鈉可以單獨預稀釋。
在優選實施方案中，二氧化碳以至少兩個單獨的步驟，優選2-10個單獨的步驟引入。在使用管式反應器的情況下，二氧化碳優選通過，例如位于管式反應器內部的孔管，逐漸引入管式反應器。
下面在若干實施例中闡述本發明，所述實施例并不以任何方式限制本發明。本領域技術人員將能夠以不同的方式使用裝置。
實施例1在具有圖2所示工藝特征的造紙廠中測試本發明的裝置。按照圖2的公開，本發明的裝置26是位于造紙廠的主流程20外部的管式反應器。裝置26與造紙廠的控制和監測體系連接。
裝置26用于通過將氣態二氧化碳28吸收到氫氧化鈉的稀水溶液29(約2％)中而制備含有鈉和碳酸氫根離子的緩沖混合物。混合物的pH為約8.0。混合物的堿度是約500mmol CaCO3/l。
在造紙廠中，將含樺木系和pH5.0的紙漿懸浮液20從紙漿廠存儲塔21抽送至造紙廠的過濾器22。過濾器之后的紙漿稠度是約30％。在過濾器22之后的稀釋螺桿23上，將裝置26中制備的緩沖混合物以6kg/1000kg質量(基于干重)的量供應至紙漿懸浮液中。同時通過向緩沖混合物中加入水30，將紙漿懸浮液稀釋為約10％的稠度。得到的紙漿懸浮液通過滴液管24抽送至造紙廠存儲塔25。塔中的pH約為7.2，且堿度是7-8mmolCaCO3/l。
從存儲塔25中抽出紙漿，與來自在pH8.0下操作的后續造紙機的含CaCO3白水31一起進入造紙工藝27。既然紙漿懸浮液的pH已經通過緩沖混合物升高至7.5，并且由于紙漿懸浮液的堿度升高，白水中的CaCO3以固體形式保留在所得稀釋懸浮液中。在未使用緩沖混合物的情況下，CaCO3已經在隨后的pH變化中溶解，當pH5.0的紙漿懸浮液與pH8.0的白水相遇時，會發生所述pH變化。將緩沖混合物在螺桿23上引入工藝的結果是，整個后續的造紙工藝變得穩定，且白水的M-堿度由2.6mmol CaCO3/l上升至4.5mmolCaCO3/l。白水的硬度下降了約30％(由65Ca mg/l降至28Ca mg/l)。
上述步驟也可以應用于相同造紙廠的松木系。除了將緩沖混合物供應至滴液管24分配環之外，步驟相同。獲得與在樺木系中使用的情況下相同的有利結果。
實施例2測試本發明的裝置防止廢紙存儲塔中由形成的有機酸引起的pH改變，所述有機酸是由微生物活性造成的將來自造紙工藝中多個位置的廢紙收集在存儲塔中。本發明的裝置連接在存儲塔中使用的循環管線上，以助于塔中的廢紙的均勻化。將pH7.5的緩沖溶液以5kgNaHCO3/1000kg質量(基于干重)的量間歇地供至循環塔。盡管存在微生物活性，但仍然觀察到廢紙的pH保持穩定并且未下降。
實施例3供水體系中的水堿度較低(0.2mmolCaCO3/l)。低堿度導致供應體系中pH波動，并隨即引起管線中的腐蝕問題。
采用本發明的裝置，使用NaOH和CO2，將水的堿度上升至1.0mmolCaCO3/l的值。
緩沖后水的pH保持恒定于7.0，并且在管線中未發生腐蝕問題。
本發明顯然可以按照許多方式變化，這對于本領域技術人員是顯而易見的，并不背離權利要求的范圍。
權利要求
1.一種用于控制工業過程的堿度和pH的裝置，其特征在于所述裝置適合安裝在所述工業過程的主流程物流的外部，所述裝置包括-堿性物質、酸性物質和水的進料設備(2，3，4)，-所述進料設備(2，3，4)的控制裝置(6)，-用于使所述堿性物質、所述酸性物質和所述水反應，以在得到的含水緩沖混合物中提供預定堿度和pH的反應器(1)，以及-將所述緩沖混合物供應至所述主流程物流，以控制所述工業過程的堿度和pH的出料設備(9)。
2.權利要求1的裝置，其特征在于所述工業過程是制造紙張或紙漿的過程，或者用于處理新鮮水或廢水的水處理過程。
3.權利要求1的裝置，其特征在于所述裝置與所述工業過程或所述主流程物流的控制和監測體系連接。
4.權利要求1的裝置，其特征在于堿性物質的進料設備(2)包括優選選自氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀和/或綠液或白液的固體或液體堿的入口，并且所述酸性物質的進料設備(3)包括氣態二氧化碳或二氧化硫的入口或者優選選自亞硫酸、明礬、磷酸、碳酸、鹽酸的液體有機或無機酸的入口。
5.權利要求1的裝置，其特征在于所述進料設備(2，3)包括用于將所述堿性和/或酸性物質稀釋和/或溶于水，以提供所述堿性和/或酸性物質的受控水溶液的設備。
6.權利要求1的裝置，其特征在于所述酸性物質的進料設備(3)包括液體酸或能夠在含水介質中形成酸的氣體的入口(5)。
7.權利要求6的裝置，其特征在于所述堿性物質的進料設備(2)包括稀釋的氫氧化鈉的入口，并且所述酸性物質的進料設備(3)包括氣態二氧化碳的入口(5，7)。
8.權利要求1的裝置，其特征在于水的進料設備(4)包括水或從所述主流程物流中分離出來的稀釋紙漿懸浮液的入口。
9.權利要求1的裝置，其特征在于所述水的入口與所述堿性物質和/或所述酸性物質的入口(2，3)合并。
10.權利要求1的裝置，其特征在于所述進料控制設備(6)包括監測和調節所述堿性和酸性物質的流量和/或濃度以及水的流量，以提供所述預定堿度的設備。
11.權利要求1的裝置，其特征在于所述裝置包括連續反應器或間歇反應器。
12.權利要求1的裝置，其特征在于所述反應器包括管式反應器(1)，其長度足以使所述物質之間的反應以受控方式進行。
13.權利要求12的裝置，其特征在于所述管式反應器(1)包括數個所述堿性和/或酸性物質和/或水的入口。
14.權利要求12的裝置，其特征在于所述管式反應器(1)包括兩個或多個所述酸性物質的入口(7)，所述入口沿管式反應器間隔分布。
15.權利要求1的裝置，其特征在于所述反應器包括控制設備(8)，用于控制選自溫度、壓力、流量和速度、混合以及pH的參數。
16.權利要求15的裝置，其特征在于所述反應器控制設備(8)包括用于冷卻所述反應器的器壁，以防止碳酸鈣沉淀在器壁上的設備。
17.權利要求1的裝置，其特征在于所述反應器包括用于除去沉淀物的控制設備(8)。
18.權利要求1的裝置，其特征在于所述裝置適合安裝在外部，并與造紙工藝中的紙料制備、水循環管線、短循環、造紙廠和紙漿廠之間的過濾器、廢紙儲罐和/或清潔過濾物管線連接。
19.一種控制工業過程的堿度和pH的方法，所述方法包括-提供堿性和酸性物質，其中組合形式的所述物質能夠形成緩沖離子，影響含水介質的堿度；-將所述堿性和酸性物質的受控原料以及水引入位于所述工業過程的主流程物流外部的裝置的反應器中；-使所述堿性物質和酸性物質在所述水中反應，以在得到的含水緩沖混合物中提供預定的堿度；-將所述含水緩沖混合物供至主流程物流，用于控制所述工業過程的堿度和pH。
20.權利要求19的方法，其特征在于所述工業過程是制造紙張或紙漿，或者水或廢水的處理過程。
21.權利要求19的方法，其特征在于所述主流程物流包括造紙工藝中的含水紙漿懸浮液，或者通往和/或從所述懸浮液分離出來的水流。
22.權利要求19的方法，其特征在于所述堿性物質包括堿金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽、堿金屬碳酸氫鹽、堿金屬磷酸鹽、堿金屬磷酸氫鹽和/或堿金屬亞磷酸鹽和/或綠液或白液，并且所述酸性物質包括氣態二氧化碳或二氧化硫，或者優選選自亞硫酸、明礬、磷酸、碳酸和鹽酸的液態有機或無機酸。
23.權利要求22的方法，其特征在于所述堿性物質包括氫氧化鈉，所述酸性物質包括二氧化碳。
24.權利要求19的方法，其特征在于所述二氧化碳以至少兩個單獨的步驟，優選多于兩個步驟，最優選通過3-10個或更多步驟引入管式反應器。
25.權利要求19的方法，其特征在于所述水包括從所述主流程物流中分離出來的生產用水和/或通往所述主流程物流的水。
26.權利要求19的方法，其特征在于所述水含有鈣離子，并且冷卻所述反應器的器壁，以防止碳酸鈣沉淀在器壁上，并且任選在緩沖混合物供應至所述主流程物流之前從中除去任何沉淀物。
27.權利要求19的方法，其特征在于監測所述反應的溫度、壓力、混合和/或pH和/或所述物質的流量。
28.權利要求19的方法，其特征在于所述含水緩沖混合物的pH控制在約6-10。
29.權利要求19的方法，其特征在于處理所述水，以降低水的硬度。
30.權利要求29的方法，其特征在于通過磁力或沉淀處理所述水。
全文摘要
本發明涉及一種用于控制工業過程的堿度和pH的裝置和方法。該裝置適合安裝在所述工業過程的主流程物流的外部。該裝置包括堿性物質、酸性物質和水的進料設備(2，3，4)、所述進料設備(2，3，4)的控制裝置(6)、用于使所述堿性物質、所述酸性物質和所述水反應，以在得到的含水緩沖混合物中提供預定堿度和pH的反應器(1)、以及將所述緩沖混合物供應至所述主流程物流，以控制所述工業過程的堿度和pH的出料設備(9)。
文檔編號C02F1/66GK1617964SQ02827996
公開日2005年5月18日 申請日期2002年12月12日 優先權日2001年12月12日
發明者H·萊諾 申請人:蘭德股份公司