專(zhuān)利名稱：制造過(guò)程中的氣體溶解度、夾雜氣體含量、和理想液體密度的改進(jìn)的測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種針對(duì)流動(dòng)處理所處理液體的改進(jìn)控制方法，通過(guò)對(duì)其處理的過(guò)程高效的監(jiān)控而提供制造上的便利。本發(fā)明所提供的數(shù)據(jù)能夠用于將液體中的氣體含量控制在一個(gè)最佳范圍內(nèi)，例如在紙張覆膜過(guò)程中以及在制造像食品(番茄醬、蛋黃醬、糖漿)、個(gè)人保護(hù)品(護(hù)膚霜、洗發(fā)水)、藥品、油漆、石油混合物或其它類(lèi)似產(chǎn)品的制造過(guò)程中。本發(fā)明在許多需要獲知夾雜或溶解的空氣和其它的氣體的信息、及其相關(guān)的參數(shù)-如處理液體的真密度和氣體溶解度-的工業(yè)領(lǐng)域被用于優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，且非常有用。

背景技術(shù)：
由于各種原因，在處理液領(lǐng)域工作的技術(shù)人員，需要知道處理液體中夾雜和溶解的空氣和/或其它氣體有多少。夾雜的空氣能夠?qū)е略诠ぷ鬟^(guò)程中發(fā)生不希望的發(fā)泡，而且能夠?qū)е卤∧ぎa(chǎn)品的破裂，例如油漆。夾雜氣體影響了像密度這樣的工藝參數(shù)，導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)精密的控制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，通常，所處理的液體越粘，其中的夾雜空氣就越難逸出，氣泡就越容易在液體中積累。而且，在對(duì)液體施加的壓力降低時(shí)，液體中溶解的空氣或其它氣體傾向于從液體中析出，從而在液體里形成氣泡。
現(xiàn)在市場(chǎng)上可以見(jiàn)到許多種用于測(cè)定液體中空氣或氣體含量的儀器。這些儀器包括Valmet的COLOMAT、Mütek的GAS-60、Papec的PULSE))))AIR、Capella Technology的CAPTAIR、Anton-Paar的CARBO2100 CO2分析器、以及CyberMetric的空氣檢測(cè)儀。
例如，據(jù)說(shuō)Mütek的GAS-60，可以有效地使造紙的過(guò)程中的針孔(氣孔)最小化。在壓力下降、溶解氣體-這些氣體在造紙過(guò)程中由于機(jī)械作用以及生物或化學(xué)反應(yīng)而積累-析出時(shí)，針孔擴(kuò)大。GAS 60被聯(lián)機(jī)安裝在上產(chǎn)線上，用于確定夾雜和溶解氣體在漿料懸浮液中的氣體含量。測(cè)定氣體含量后，生產(chǎn)工程師就能夠計(jì)算出應(yīng)當(dāng)使用多少(花費(fèi))的除氣添加劑，從而避免由于使用過(guò)多的除氣添加劑而造成的不必要的制造成本的增加。
Papec的PULSE))))AIR_3是用于測(cè)定處理液體中夾雜空氣和氣體的傳感器。據(jù)說(shuō)該儀器可以連接在紙漿和造紙工業(yè)中、油漆工業(yè)、罐裝油瓶過(guò)程中、鉆探泥漿井的過(guò)程、或者在其它需要測(cè)定夾雜空氣信息的應(yīng)用中的機(jī)器高位水箱和白水系統(tǒng)(white water system)上。
Anton-Paar的CARBO 2100 CO2分析器使用一種獲得專(zhuān)利權(quán)的葉輪方法，據(jù)說(shuō)這種方法在執(zhí)行測(cè)定和檢測(cè)任務(wù)時(shí)可以比其它商用系統(tǒng)快很多，而且在啤酒以及軟飲料工業(yè)中可以調(diào)節(jié)液體中CO2的含量。
可以知道，所有的這些儀器都采用通常的方法，就是使用玻意耳定律。玻意耳定律由下面的公式表示 P1V1＝P2V2 (1) 其中V1和V2分別是液體中的自由氣體在兩種不同的壓力P1、P2下的體積。在這種慣用的“二點(diǎn)測(cè)定法”方法中，通過(guò)測(cè)定壓力P1、P2下的體積差ΔV＝V1-V2，可以利用玻意耳定律來(lái)計(jì)算自由氣體的體積V1和V2 和 (2) 更多的與某個(gè)壓力下的自由氣體體積相關(guān)的常用公式，可以通過(guò)理想氣體定律推出 P1V1＝n1RT1 (3) 和 P2V2＝n2RT2(4) 其中的R為常數(shù)，n1、T1和n2、T2分別是自由氣體在P1和P2下的摩爾數(shù)和溫度。當(dāng)n1＝n2、T1＝T2時(shí)，方程式(3)和(4)可以被簡(jiǎn)化成如(1)所示的波意耳定律。因此，波意耳定律，實(shí)際上是自由氣體在壓力P1和P2下的摩爾數(shù)和溫度固定時(shí)理想氣體定律的一種特殊情況。
然而在實(shí)踐過(guò)程中，一部分的自由氣體會(huì)溶解于液體中。按照通常的規(guī)則，這些溶解的氣體與氣體壓力成比例，如亨利定律所述 P＝Hnd (5) 其中P、H、nd分別為溶解氣體壓力、亨利定律常數(shù)和溶解氣體摩爾數(shù)。無(wú)可置疑地，在壓力P1和P2下，n1≠n2，這樣就違背了波意耳定律。因此，此時(shí)使用波意耳定律作“二點(diǎn)測(cè)定法”是非常不可靠的，并起會(huì)導(dǎo)致較大的錯(cuò)誤，特別是當(dāng)兩點(diǎn)間的壓力差非常大的時(shí)侯。
為了消除這種錯(cuò)誤，有一些方法嘗試采用亨利定律來(lái)補(bǔ)償溶解氣體的量。然而，這種方法通常也是不能實(shí)行的，因?yàn)楹嗬沙?shù)在許多處理液體中是不存在的，尤其是在包括多種組分的覆膜漿液中。使用一種已知液體的常數(shù)模擬另一種近似液體的常數(shù)，可能會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的錯(cuò)誤，因?yàn)樵诓煌囊后w之間氣體-如空氣-的溶解度存在著巨大的差異。例如，標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下，空氣在異辛烷中的溶解度是其在水中溶解度的100倍。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于測(cè)定液體中夾雜氣體含量和/或溶解氣體含量的方法和設(shè)備。本發(fā)明提供了一種針對(duì)流動(dòng)處理所處理液體的改進(jìn)控制方法，通過(guò)對(duì)其處理的過(guò)程高效的監(jiān)控而提供制造上的便利。本發(fā)明所提供的數(shù)據(jù)能夠用于將液體中的氣體含量控制在一個(gè)最佳范圍內(nèi)，例如在紙張覆膜過(guò)程中以及在制造像食品(番茄醬、蛋黃醬、糖漿、各種調(diào)味料)、個(gè)人保護(hù)品(護(hù)膚霜、洗發(fā)水、洗劑、牙膏)、藥品、除草劑、油漆、潤(rùn)滑油、石油混合物、軟水劑或其它類(lèi)似產(chǎn)品的制造過(guò)程中。本發(fā)明在許多需要獲知夾雜或溶解的空氣和其它的氣體的信息、及其相關(guān)的參數(shù)-如處理液體的真密度和氣體溶解度-的工業(yè)領(lǐng)域被用于優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，且非常有用。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種流動(dòng)處理的液體或漿液中夾雜氣體含量的控制方法。流動(dòng)處理的液體或漿液可以-不必須-是一種覆蓋于紙基層上的高嶺土、碳酸鈣、二氧化鈦或三水合氧化鋁的漿液。或者-也不必須-這些流動(dòng)處理的液體或漿液是包裝于零售容器中的軟膏、乳脂、洗劑、牙膏、蛋黃醬、番茄醬、或者潤(rùn)滑油。該方法包括a)設(shè)定一個(gè)液體或漿液中的自由氣體含量的數(shù)量指標(biāo)；b)使上述液體或漿液連續(xù)的流動(dòng)，并將防沫劑混入其中；c)由下面的公式確定自由氣體的體積百分比x％， 其中Vs為標(biāo)準(zhǔn)條件下自由氣體的體積，V是液體載體組分的氣體自由體積；e)將計(jì)算出來(lái)的自由氣體含量與目標(biāo)自由氣體含量對(duì)比；f)如果算出的自由氣體含量大于目標(biāo)自由氣體含量，就增加在步驟b)中混合的防沫劑的量。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種裝置，該裝置包括一個(gè)處理液體的儲(chǔ)藏器、用于抽取液體的管道、以及脫氣單元，其改進(jìn)之處為設(shè)置了用于測(cè)定處理液體中自由氣體體積百分比的裝置，該裝置與脫氣單元保持工作關(guān)系。在該設(shè)備中，可以將一個(gè)單獨(dú)的檢測(cè)設(shè)備設(shè)置在脫氣單元的下游，而且，其中還包括一個(gè)能夠在處理液體中的自由氣體體積百分比超過(guò)預(yù)定水平時(shí)發(fā)出信號(hào)的警示燈?；蛘?，該設(shè)備可以包括兩個(gè)分別設(shè)置在脫氣單元的上游和下游的檢測(cè)設(shè)備，而且該設(shè)備還包括一個(gè)能夠測(cè)定和指示脫氣單元的上下游的工藝流體的自由氣體體積百分比之間任何的不同的比較儀。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種測(cè)定液體中氣體含量的方法，該方法包括將不可壓縮液體標(biāo)本和可壓縮氣體的混合物至于至少三種不同的平衡壓力狀態(tài)，測(cè)定混合物在所述至少三種壓力狀態(tài)下的溫度和體積，確定至少兩組不同的壓力狀態(tài)下的混合物的體積變化，并通過(guò)下述方程式計(jì)算出標(biāo)本液體中的氣體的量 其中V是無(wú)氣液體在樣品室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)壓力下的體積，Vs則由下述方程式確定 其中P1、P2、P3是三種不同的平衡環(huán)境下的外部壓力，Ps和Ts分別是標(biāo)準(zhǔn)壓力和標(biāo)準(zhǔn)溫度，ΔV1和ΔV2分別是所測(cè)定到的P1、P2以及P2、P3壓力下的平衡狀態(tài)的自由空氣的體積差。在本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的至少三種壓力狀態(tài)相互之間至少有一定程度的差異，就是三種不同體積的之間至少相差0.1％和/或至少三種平衡壓力狀態(tài)至少有一定程度的差異，就是所述液體的三種視密度至少相差0.1％。在本發(fā)明的實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述至少三種壓力狀態(tài)之間相差一個(gè)大氣壓。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，體積變化的測(cè)定可以通過(guò)對(duì)體積的測(cè)定或視密度的測(cè)定而確定。
本發(fā)明還提供了一種設(shè)備，該設(shè)備包括用于儲(chǔ)存處理液體的容器；用于抽吸液體的管道系統(tǒng)，所述管道系統(tǒng)受壓力調(diào)節(jié)器的控制，所述壓力調(diào)節(jié)器能夠在該設(shè)備內(nèi)設(shè)置至少三種不同的壓力P1、P2、P3；至少三種液體控制閥V1、V2、V3；壓力表；溫度表；以及密度表。該設(shè)備能夠通過(guò)下述方法獲得用于確定夾雜或溶解于液體中的空氣的量的數(shù)據(jù)，所述方法包括提供上述的設(shè)備；收集第一壓力水平下穩(wěn)定的壓力、溫度、密度數(shù)據(jù)；收集第二壓力水平下穩(wěn)定的壓力、溫度、密度數(shù)據(jù)；收集第三壓力水平下穩(wěn)定的壓力、溫度、密度數(shù)據(jù)。
還有一個(gè)按照本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種自動(dòng)的控制需要將固體或液體組分與液體載體組分混合的連續(xù)工作過(guò)程的輸出量的方法。這種按照本發(fā)明的方法包括a)設(shè)置將要混入液體載體組分的一種或多種固體的重量％和/或一種或多種液體的標(biāo)準(zhǔn)濃度；b)連續(xù)的將上述固體和/或液體與液體載體組分混合；c)使用上述混合物填充一個(gè)測(cè)定室，使其達(dá)到平衡態(tài)；d)記錄平衡溫度T1、樣品體積V1、和平衡壓力P1；e)增加或減少樣品室的體積，使液體達(dá)到平衡態(tài)，記錄平衡溫度T2、樣品體積V2、和平衡壓力P2；f)再次增加或減少樣品室的體積，使液體達(dá)到平衡態(tài)，記錄平衡溫度T3、樣品體積V3、和平衡壓力P3；g)通過(guò)公式確定真密度ρ，其中質(zhì)量m是液體混合物樣品的質(zhì)量，V是無(wú)氣液體混合物的體積，空氣或其它氣體的體積百分比可以通過(guò)下述公式計(jì)算 和 其中ΔV1是P1和P2下的自由氣體體積差，ΔV2是P2和P3下的自由氣體體積差，Vt1是液體和夾雜氣體的體積和，Vs是通過(guò)下述公式計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)條件下自由空氣或其它氣體的體積 公式中的這些變量是由上述d-f)步驟中收集來(lái)的數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)條件是P＝Ps＝1atm、T＝Ts＝273K；h)通過(guò)下述方程式計(jì)算出混合物中固體的重量％和/或液體的濃度 其中ρL是液體載體組分的密度，ki是鎂質(zhì)固體擴(kuò)液體的增加體積系數(shù)(AVC)，xi是每種固體的重量％或每種液體的濃度，(ρs)i是每種固體或液體的密度，ρ是混合物的真密度；i)將所述重量％固體或濃度與標(biāo)準(zhǔn)固體重量％或濃度對(duì)比；j)如果算出的固體重量％或濃度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)固體重量％或濃度，就降低或升高在步驟b)中混入的固體或液體的量。
按照本發(fā)明的另一個(gè)具有創(chuàng)造性的方法，用于自動(dòng)的控制需要在液體載體組分中混合固體或液體組分的連續(xù)工藝的輸出量，包括下述步驟a)設(shè)置將要混入液體載體組分的一種或多種固體的重量％和/或一種或多種液體的濃度的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；b)連續(xù)的將上述固體和/或液體與液體載體組分混合；c)從主管道系統(tǒng)取出流體樣品，使其轉(zhuǎn)入一個(gè)測(cè)定室，達(dá)到平衡態(tài)；d)記錄平衡溫度T1、平衡密度ρ1、和平衡壓力P1；e)調(diào)整樣品室內(nèi)的壓力，使流體進(jìn)入平衡態(tài)，記錄平衡溫度T2、平衡密度ρ2、和平衡壓力P2；再次調(diào)整樣品室內(nèi)的壓力，使流體進(jìn)入平衡態(tài)，記錄平衡溫度T3、平衡密度ρ3、和平衡壓力P3；g)通過(guò)公式確定真密度ρ，其中體積V通過(guò)下面公式算出 其中的變量由步驟d-f)收集；h)通過(guò)下述方程式計(jì)算出混合物中的固體重量％和/或液體濃度 其中ρL是液體載體組分的密度，ki是鎂質(zhì)固體擴(kuò)液體的增加體積系數(shù)(AVC)，xi是每種固體的重量％或每種液體的濃度，(ρs)i是每種固體或液體的密度，ρ是混合物的真密度；i)將所述固體重量％或濃度與標(biāo)準(zhǔn)固體重量％或濃度對(duì)比；j)如果算出的固體重量％或濃度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)固體重量％或濃度，就降低或升高在步驟b)中混入的固體或液體的量。
上述的兩種按照本發(fā)明的方法都能夠用于為基層覆膜的連續(xù)過(guò)程--例如所述基層為紙網(wǎng)，而所述固體組份包括高嶺土、碳酸鈣、二氧化鈦或三水合氧化鋁-該方法包括下述步驟a)設(shè)置將要覆蓋到基層的一種或多種固體的重量％的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；b)通過(guò)流體載體連續(xù)的將上述固體覆蓋到基層上；c)測(cè)定漿液的視密度；d)確定漿液的真密度；e)使用前種或后種方法計(jì)算出漿液中的固體的重量％；f)將計(jì)算出的固體重量％與標(biāo)準(zhǔn)固體重量％比較；g)如果計(jì)算出的重量％大于或小于標(biāo)準(zhǔn)重量％，則降低或增加在步驟b)中使用的固體的量。
相似的，這兩種按照本發(fā)明的概括方法的任意一種都能夠用于控制制備糖漿(syrup)的連續(xù)過(guò)程中的輸出量。這種方法包括a)設(shè)置將要通過(guò)水混合到糖漿中的一種或多種碳水化合物-例如蔗糖或含有碳水化合物的液體，如葡萄糖漿和高果糖糖漿-的標(biāo)準(zhǔn)濃度；b)連續(xù)的向容器中供應(yīng)碳水化合物和/或含有碳水化合物的液體以及一種稀釋液體，將其混合形成漿液；c)測(cè)定漿液的視密度；d)確定漿液的真密度；e)將該真密度轉(zhuǎn)換，計(jì)算出的碳水化合物濃度；f)將計(jì)算出的碳水化合物濃度與標(biāo)準(zhǔn)碳水化合物濃度比較；g)如果計(jì)算出的碳水化合物濃度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)碳水化合物濃度，則降低或增加在步驟b)中使用的碳水化合物的量/和或含有碳水化合物液體的體積。
在第三種實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明提供了一種控制制備碳酸飲料-如軟飲料、啤酒或汽酒-的連續(xù)過(guò)程中的輸出量的方法，該方法包括a)設(shè)置將要混合到水介質(zhì)中的二氧化碳的濃度標(biāo)準(zhǔn)；b)連續(xù)的向容器中的水介質(zhì)中供應(yīng)二氧化碳，將這些組份在容器中的“裝瓶”壓力P0下混合成碳酸化水介質(zhì)，其中P0為密封碳酸飲料容器的“裝瓶”壓力，在該壓力下所有的自由二氧化碳?xì)怏w都溶解入水介質(zhì)中；c)將碳酸化水介質(zhì)樣品從容器中轉(zhuǎn)入樣品測(cè)定室，保證同樣的“裝瓶”壓力P0；d)將水介質(zhì)的壓力從P0降到P1，使得溶解的二氧化碳開(kāi)始從水介質(zhì)中析出，形成自由氣泡；e)將水介質(zhì)壓力從P1降低到P2，使得足夠量的溶解二氧化碳從水介質(zhì)中析出，形成自由氣泡；f)測(cè)定壓力為P1和P2時(shí)的平衡態(tài)下的二氧化碳液體混合物的體積變化；g)再次將水介質(zhì)壓力從P2降低到P3，使得更多的溶解二氧化碳從水介質(zhì)中析出，形成自由氣泡；h)測(cè)定壓力為P2和P3時(shí)的平衡態(tài)下的二氧化碳液體混合物的體積變化；i)通過(guò)下述方程式確定標(biāo)準(zhǔn)條件下的碳酸化水介質(zhì)的自由二氧化碳的體積Vs 其中P1、P2和P3是三種不同平衡條件下的外部壓力，Ps和Ts是標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度，ΔV1和ΔV2分別是P1、P2和P2、P3壓力下的平衡狀態(tài)時(shí)的自由二氧化碳的體積差；j)使用下述公式計(jì)算二氧化碳濃度 其中Vs是步驟i)中確定的自由二氧化碳的體積，V是樣品室中“裝瓶”壓力P0下的碳酸化水介質(zhì)的體積，其中沒(méi)有自由氣泡；k)將計(jì)算出的二氧化碳濃度與標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳濃度比較；1)如果計(jì)算出的二氧化碳濃度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳濃度，則降低或升高在步驟b)中供應(yīng)的二氧化碳的體積。
還提供了多種分析方法。其中一種是用于確定液體載體組分中的固體或液體組分濃度的方法，該方法包括測(cè)定混合物視密度；確定混合物的真密度；采用上文中的方法計(jì)算漿液中的固體重量％。另一個(gè)是用于確定在液體載體組分中的固體或液體組分的真密度的方法，其包括測(cè)定混合物的視密度；確定混合物的真密度。另一個(gè)是用于確定液體組分中的夾雜空氣含量的方法，其包括測(cè)定不同壓力下液體中可見(jiàn)的空氣含量；確定液體中的真實(shí)夾雜空氣含量。另一個(gè)是用于確定液體中夾雜空氣含量的方法，其包括使用公式計(jì)算液體中的自由空氣百分比x％，其中V是樣品室內(nèi)外壓下的無(wú)氣液體的體積，Vs則通過(guò)下述公式確定 其中P1、P2和P3是三種不同平衡條件下的外部壓力，Ps和Ts是標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度，ΔV1和ΔV2分別是P1、P2和P2、P3壓力下的平衡狀態(tài)時(shí)的自由空氣的體積差。
最后，本發(fā)明提供了鑒別未知組成樣品的不同的方法。其中一種方法包括對(duì)將其夾雜空氣含量與收集來(lái)的已知的各種組合物的夾雜空氣含量比較，并通過(guò)上述方法確定。另一種方法包括，將真密度與收集來(lái)的已知的各種組合物的真密度比較，然后通過(guò)確定。另一個(gè)方法是將其固體％與收集來(lái)的多種已知組合物的固體％比較，然后通過(guò)下述關(guān)系確定


通過(guò)下面的詳細(xì)描述以及附圖讀者將能夠更加全面的理解本發(fā)明。需要指出的是，這些附圖只是用來(lái)圖示說(shuō)明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。尤其是，這些附圖中所描述的硬件結(jié)構(gòu)只是說(shuō)明性的(不是按照比例的)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠按照附圖容易的改變出其它的替換硬件結(jié)構(gòu)，也能夠獲得類(lèi)似于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
圖1為按照本發(fā)明的間接測(cè)定設(shè)備的示意圖(測(cè)定密度、計(jì)算體積)； 圖2為集成了按照本發(fā)明的在線測(cè)定系統(tǒng)的工業(yè)覆膜生產(chǎn)線的示意圖； 圖3為具有按照本發(fā)明的分布式控制系統(tǒng)的水果罐頭生產(chǎn)線的示意圖； 圖4為按照本發(fā)明的直接測(cè)定設(shè)備的示意圖(測(cè)定體積，如使用氣缸內(nèi)的活塞)； 圖5為包括一個(gè)按照本發(fā)明的脫氣模塊的覆膜系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施例方式 下面的字符將使用在方程式[1]-[38]中 P1、P2、P3由壓力傳感器測(cè)定的不同的平衡外部壓力； P溶解氣體壓力； V1、V2、V3分別在P1、P2和P3下的夾雜在液體中的自由氣體的體積； n1、n2、n3分別在P1、P2和P3下的夾雜在液體中的自由氣體的摩爾數(shù)； ρ1、ρ2和ρ3分別為在P1、P2和P3平衡狀態(tài)下測(cè)定的含有夾雜氣體的液體的視密度； ρ無(wú)氣液體的真密度； V無(wú)氣液體的體積； Vt1在P1壓力下測(cè)定的包含夾雜氣體的液體體積； ΔV1P1和P2壓力下的平衡狀態(tài)時(shí)的所測(cè)定到的自由氣體體積差(一個(gè)可測(cè)定值)； ΔV2P2和P3壓力下的平衡狀態(tài)時(shí)的所測(cè)定到的自由氣體體積差(一個(gè)可測(cè)定值)； R理想氣體定律常數(shù)； T由溫度傳感器測(cè)定的處理液體/溶液的平衡溫度，假設(shè)在三個(gè)測(cè)定點(diǎn)溫度被保持為一個(gè)常數(shù)(T＝T1＝T2＝T3)； H亨利定律常數(shù)； n’壓力P1下的溶解氣體摩爾數(shù)； nd壓力P下的溶解氣體摩爾數(shù)； n1’、n2’、n3’分別為壓力P1、P2和P3下的標(biāo)準(zhǔn)化自由氣體摩爾數(shù)(為了直接求解出亨利常數(shù)，將n’忽略)； Pg夾雜氣泡內(nèi)的氣體壓力； σ液體表面張力； r夾雜氣泡的平均半徑； Ps、Ts大氣壓力Ps＝1atm(14.7psi)和標(biāo)準(zhǔn)溫度Ts＝25℃； ns、Vs在Ps、Ts環(huán)境下的自由氣體摩爾數(shù)和體積； x％在Ps、Ts環(huán)境下自由氣體體積百分比； mpyc由比重瓶收集到的液體混合物的質(zhì)量； Vpyc比重瓶體積； m液體混合物樣品的質(zhì)量。
下面的關(guān)鍵方程式將在本發(fā)明中使用 H亨利常數(shù) (25) 用途按照H的大小確定某種特定氣體在不同的液體中的溶解性，或者不同的氣體在某種特定液體中的溶解性；在特定壓力P下使用亨利定律P＝Hnd(方程式5)計(jì)算溶解氣體的量。
用法直接測(cè)定。為了進(jìn)行間接測(cè)定，需要將和帶入[25]中。
V測(cè)定的無(wú)氣液體混合物的體積。
(30) 用途作為應(yīng)用于[34]中的確定標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下的自由氣體百分比x％的參數(shù)(該參數(shù)同樣能夠用于類(lèi)似的公式中，確定其它壓力下的自由氣體體積百分比)；作為應(yīng)用于[35]中確定無(wú)氣液體的真密度的參數(shù)。
用法直接測(cè)定。
Vs常壓下的自由氣體體積。
(33) 用途將某個(gè)特定壓力下的自由氣體的體積轉(zhuǎn)化為常壓下的體積，還能夠在[34]中使用，用于確定標(biāo)準(zhǔn)條件的自由氣體百分比x％。
用法直接測(cè)定。
x％標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下的自由氣體體積百分比。
(34) 用途確定標(biāo)準(zhǔn)條件下的自由氣體體積百分比。
用法直接、間接測(cè)定。
ρ無(wú)氣液體真密度。
(35-A) 用途最好是在實(shí)驗(yàn)室條件下，使用比重瓶計(jì)算無(wú)氣液體真密度，還可以被用于確定固體％的可靠依據(jù)。
用法直接測(cè)定(實(shí)驗(yàn)方法) ρ無(wú)氣液體的真密度。
(35-B) 用途用于計(jì)算生產(chǎn)條件下的無(wú)氣液體的真密度，還可以被用于確定固體％的可靠依據(jù)。
用法直接測(cè)定。
V1單位質(zhì)量的液體混合物內(nèi)的無(wú)氣液體體積。
(36) 用途作為[34]中的一個(gè)參數(shù)，確定標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下的自由氣體百分比x％(該參數(shù)同樣能夠用于類(lèi)似的公式中，確定其它壓力下的自由氣體體積百分比)；作為應(yīng)用于[37]中確定無(wú)氣液體的真密度的參數(shù)。
用法間接測(cè)定。
ρ無(wú)氣液體的真密度。
(37) 用途用于計(jì)算1單位質(zhì)量個(gè)液體混合物內(nèi)無(wú)氣液體的真密度，還可以被用于確定固體％的可靠依據(jù)。
用法間接測(cè)定。
Vs常壓下的自由氣體體積。
(38) 用途將某個(gè)特定壓力下的自由氣體體積轉(zhuǎn)化為常壓下的體積，還能夠應(yīng)用于[34]中，以確定標(biāo)準(zhǔn)條件下的自由氣體體積百分比x％。
用法間接測(cè)定。
在下面的敘述中，每個(gè)測(cè)定的參數(shù)、壓力、視密度、溫度、體積差都是平衡態(tài)下的值。
在平衡狀態(tài)下，夾雜于液體內(nèi)的氣泡的內(nèi)壓Pg與外部壓力P之間的關(guān)系可以由下式表示(按照Young-Laplace方程式) (6) 如果夾雜氣泡的體積足夠大，那么(6)中的第二項(xiàng)就會(huì)相對(duì)的非常小，例如當(dāng)r≥1mm(0.079”)時(shí)，此時(shí)，氣泡內(nèi)的氣體壓力Pg就可以替換外部壓力P，而且這種替換足夠準(zhǔn)確。
因此，在這些情況下，外部壓力可以被帶入理想氣體定律PV＝nRT中，從而得到在不同壓力下液體中的自由氣體的體積 (7) (8) (9) 注假設(shè)T＝T1＝T2＝T3 由于液體本身是不可壓縮，那么壓力P1-P2與P2-P3之間的體積差ΔV1和ΔV2就只是夾雜氣體的體積變化的反應(yīng)。因此，可以將方程式(7)、(8)和(9)合并為 (10) (11) 通常情況下，ΔV1和ΔV2可以通過(guò)直接測(cè)定體積的變化而確定，又可以通過(guò)測(cè)定視密度的變化而間接得到。
假設(shè)質(zhì)量單位為1，那么這兩項(xiàng)可以容易的轉(zhuǎn)化為 (12) (13) 方程式(10)和(11)可以改寫(xiě)為 (14) (15) 在平衡狀態(tài)下，按照亨利定律，則在P1、P2、P3下的氣體溶解量分別可以寫(xiě)為 P1＝Hn′ (16) P2＝H[n′+(n1-n2)] (17) P3＝H[n′+(n1-n3)] (18) 方程式(14)-(18)是一組未證實(shí)的線性方程，理論上其具有無(wú)限多個(gè)解。然而，如果任意一個(gè)變量確定了，那么該方程式就具有一個(gè)唯一的解。為了明確的確定亨利定律常數(shù)H，此時(shí)可以忽略n’。那么(17)(18)就簡(jiǎn)化為 P2＝H(n1-n2) (19) P3＝H(n1-n3) (20) 或者 (21) 這種操作是假設(shè)溶解氣體遵循P＝H′(n-n′)而進(jìn)行的，該方程曲線的斜率平行于P＝Hn。從而能夠從(21)獲得n’3 (22) 再把n’3帶回(15)，就可以得到n’1 (23) 同樣，可以從(14)中得出n’2 (24) 而亨利定律常數(shù)H可以從(19)中確定 (25) 令P1×[(17)-(16)]，則 HP1n1-HP2n2＝P1(P2-P1) (26) 令H×(14)，則 (27) 最后可以從(27)-(26)中解出n1，替換(25)中的H (28) 那么就可以得到在P1下的自由氣體的體積V1 (29) 同時(shí)也可以得出無(wú)氣液體的體積V (30) 為了確定常壓Ps下的自由氣體的摩爾數(shù)ns，首先應(yīng)當(dāng)通過(guò)亨利定律計(jì)算出P1和Ps下的溶解氣體差Δns (31) ns可以被表示為 (32) 從而，在常壓Ps下的自由氣體體積Vs為 (33) 可選則的，還可以通過(guò)理想氣體定律和方程式(29)確定Vs (33bis) 那么，在Ps和Ts條件下的自由氣體體積百分比x％為 (34) 直接測(cè)定(測(cè)真密度)。在實(shí)驗(yàn)室可以通過(guò)比重瓶或類(lèi)似的裝置確定無(wú)氣真密度ρ。比重瓶是一種用于確定某種液體和固體的比重的設(shè)備。此時(shí)，通過(guò)測(cè)定液體混合物樣品的質(zhì)量mpyc和比重瓶的體積Vpyc，可以得出真密度ρ為 (35) 或者，在在線應(yīng)用中，可以通過(guò)一個(gè)集成于可控體積的樣品室內(nèi)的測(cè)力計(jì)(一種重力測(cè)量器械)來(lái)測(cè)定上述質(zhì)量和體積，如圖4所示。這種設(shè)備提供了實(shí)時(shí)獲得計(jì)算夾雜氣體百分比、溶解空氣百分比、亨利定律常數(shù)以及溶液真密度的簡(jiǎn)單方法。在該項(xiàng)應(yīng)用中，通過(guò)公式(35-B)確定真密度 (35-B) 其中m為樣品室內(nèi)的流體質(zhì)量，V是無(wú)氣液體的體積。
間接測(cè)定(測(cè)真密度)。使用間接測(cè)定方法時(shí)，1單位質(zhì)量的液體混合物中的無(wú)氣液體體積V為 (36) 而真密度為 (37) 這種間接測(cè)定無(wú)氣液體體積、以及通過(guò)取測(cè)定密度的倒數(shù)獲得真密度的方法，如圖1所示。這種設(shè)備提供了實(shí)時(shí)獲得計(jì)算夾雜氣體百分比、溶解空氣百分比、亨利定律常數(shù)以及溶液真密度的簡(jiǎn)單方法。
標(biāo)準(zhǔn)條件下1單位質(zhì)量的液體混合物中的自由氣體體積Vs為 (38) 在Ps和Ts條件下的自由氣體百分比x％可以使用(34)相同的方法計(jì)算。
如果需要比通過(guò)前述方程式所得到的結(jié)果具有更高的精確度的結(jié)果，那么據(jù)就需要排除方程式(25)的假設(shè)。然后使用疊代法來(lái)求出這些關(guān)鍵方程的解。所述疊代法是采用導(dǎo)數(shù)數(shù)學(xué)解答解決問(wèn)題領(lǐng)域的公知技術(shù)。
雖然上述的應(yīng)用都把討論集中在“空氣”上，但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于確定任何夾雜和/或溶解到液體中的氣體。例如，本發(fā)明的一個(gè)重要應(yīng)用就是應(yīng)用于碳酸飲料的制造當(dāng)中，在該過(guò)程中，比空氣更多的二氧化碳?xì)怏w夾雜并溶解進(jìn)了液體載體中。相似的，本發(fā)明能夠應(yīng)用于惰性氣體環(huán)境下的生產(chǎn)過(guò)程，此時(shí)的替代空氣(或除空氣之外的)的氣體可以是氮、氦、或者其它的“惰性”氣體。
申請(qǐng)?zhí)枮榈?9/893,883，發(fā)明名稱為“制造過(guò)程中混合物濃度的改進(jìn)的控制方法”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)?001年6月29日公開(kāi)。本發(fā)明中所公開(kāi)的一些(但不是全部)實(shí)施例能夠用于該發(fā)明所描述的某些控制方法，使其更加精確。
實(shí)施例 實(shí)施例1-夾雜空氣間接測(cè)定夾雜和溶解于液體中的空氣含量的設(shè)備 圖1描述了使用上述的間接測(cè)定設(shè)置的特定的硬件結(jié)構(gòu)。圖1中所示的該設(shè)備在“非流動(dòng)”狀態(tài)時(shí)測(cè)定。圖1中的設(shè)備10包括處理液體容器，液體從該容器中被管道系統(tǒng)抽吸出來(lái)，受到系統(tǒng)中至少可以設(shè)置三種不同的壓力狀態(tài)P1、P2、P3的壓力調(diào)節(jié)器的控制。這些壓力中的每個(gè)壓力都大于或小于在前的壓力。比如該順序可以是P1＜P2＜P3，或者P1＞P2、P1＜P2，或者其它任意的結(jié)合。而且，這些壓力也可以基于系統(tǒng)約束或測(cè)定客體的設(shè)置。管道中的液體流動(dòng)受到三個(gè)閥V1、V2、V3的控制。該特定設(shè)備還包括壓力表12和密度和溫度表14。
設(shè)備10的測(cè)定過(guò)程是按照下述步驟進(jìn)行的。閥V1和V2打開(kāi)，允許流體從容器中流進(jìn)管道系統(tǒng)。閥V3部分的閉合以保證測(cè)量表12和14中能夠流過(guò)液體。壓力調(diào)節(jié)器將壓力調(diào)節(jié)為P1，并將閥V2閉合使壓力表12增壓為P1。將閥V1閉合。然后，在壓力P1下，當(dāng)壓力、溫度、和密度的數(shù)據(jù)不再有任何變化時(shí)，采集這些數(shù)據(jù)。(特別需要注意的是密度的初始變化和由于空氣在液體中的溶解或析出所造成的壓力變化。)當(dāng)P1＜P2＜P3時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器將壓力調(diào)節(jié)為P2，閥V1打開(kāi)使壓力表12增壓為P2。將閥V1閉合的。然后，在壓力P2下，當(dāng)壓力、溫度、和密度的數(shù)據(jù)不再有任何變化時(shí)，采集這些數(shù)據(jù)。最后，壓力調(diào)節(jié)器將壓力調(diào)節(jié)為P3，閥V1打開(kāi)使壓力表12增壓為P3。將閥V1閉合。然后，在壓力P3下，當(dāng)壓力、溫度、和密度的數(shù)據(jù)不再有任何變化時(shí)，采集這些數(shù)據(jù)。這三組穩(wěn)定的壓力、溫度、和密度數(shù)據(jù)就可以用于在上文中詳細(xì)描述過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中。
實(shí)施例2-夾雜空氣在覆膜過(guò)程中優(yōu)化脫氣操作 在某些覆膜操作的過(guò)程中，其環(huán)境需要將夾雜于將要覆膜于基層上的覆膜液體中的氣體極端的去除。這是因?yàn)?，夾雜于液體中的氣泡，特別是大的氣泡，會(huì)使覆膜質(zhì)量的惡化并導(dǎo)致像過(guò)渡的氣孔這樣的腹膜缺陷。隨著高速噴射和簾式覆膜技術(shù)的快速發(fā)展-在該項(xiàng)新技術(shù)中薄液膜不僅被注射到而且是自由的覆蓋到待覆膜基層上-任何夾雜的大氣泡都會(huì)導(dǎo)致對(duì)自由覆膜液膜的整體的破壞。因此，脫氣過(guò)程在高速噴射和簾式覆膜應(yīng)用中是必須的。
如圖5所示的按照本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用中，在簾式覆膜管道系統(tǒng)的前后都集成有脫氣器。在脫氣單元前后分別提供對(duì)夾雜空氣百分比和溶解空氣百分比的測(cè)定，通過(guò)其基于特定過(guò)程的脫氣效率的確定而對(duì)脫氣單元進(jìn)行優(yōu)化，從而改進(jìn)整個(gè)制造過(guò)程。還可以基于前、后值的不同對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行調(diào)整(真空度、脫氣器的旋轉(zhuǎn)速度等)。上游設(shè)備實(shí)施例的輸出量與下游設(shè)備實(shí)施例相比較，以計(jì)算出空氣的去除率，然后通過(guò)改變過(guò)程參數(shù)加強(qiáng)脫氣單元去除空氣的能力。
在覆膜過(guò)程中，其它的脫氣系統(tǒng)的典型的應(yīng)用包括軟膏、奶酪、洗劑、牙膏、蛋黃醬、番茄醬和潤(rùn)滑油的包裝。
實(shí)施例3-夾雜空氣覆膜應(yīng)用系統(tǒng)中的質(zhì)量控制 在例2中，由于避免了制造不合格產(chǎn)品，脫氣單元能夠起到降低浪費(fèi)成本的作用。當(dāng)人們知道會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品中的質(zhì)量問(wèn)題的夾雜空氣百分比水平時(shí)，所測(cè)定到的夾雜空氣百分比就能用于停止生產(chǎn)、或者能夠用于預(yù)測(cè)何時(shí)將要生產(chǎn)不合格產(chǎn)品。將兩個(gè)按照本發(fā)明的實(shí)施例的設(shè)備(“前”“后”)集成在生查系統(tǒng)上不是必需的(如圖5所示)。取而代之的是，一種具有單個(gè)按照本發(fā)明的實(shí)施例的設(shè)備的系統(tǒng)，例如該設(shè)備可以位于脫氣單元的后方。該系統(tǒng)能夠被設(shè)置為在脫氣單元下游的漿液中監(jiān)測(cè)到大量氣泡時(shí)發(fā)出警報(bào)。這種具有警報(bào)的生產(chǎn)系統(tǒng)，可以大幅度的降低昂貴的放沫劑的使用，但是需要保證警報(bào)的及時(shí)性。
而且，由于100％的脫氣是幾乎不能實(shí)現(xiàn)的也是不必要的，對(duì)不至于引起覆膜機(jī)的質(zhì)量問(wèn)題的可接受的最大夾雜空氣百分比的精確的測(cè)定保證了覆膜機(jī)在一個(gè)可以接受的操作范圍內(nèi)工作。
如上文所述，本發(fā)明的其它典型的應(yīng)用包括軟膏、奶酪、洗劑、牙膏、蛋黃醬、番茄醬和潤(rùn)滑油的包裝。
實(shí)施例4-真密度基層覆膜中的固體百分比控制 按照本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用是在線測(cè)定施加在基層-如紙網(wǎng)-上的覆膜漿液的真密度。然后采用真密度預(yù)測(cè)覆膜固體百分比，參見(jiàn)上文中提到的申請(qǐng)?zhí)枮榈?9/893,883，發(fā)明名稱為“制造過(guò)程中混合物濃度的改進(jìn)的控制方法”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)。之后用覆膜固體百分比數(shù)據(jù)更加有效地控制漿液覆膜于紙網(wǎng)上的應(yīng)用。由于固體百分比經(jīng)常是影響紙網(wǎng)覆膜質(zhì)量的主要因素，所以這樣就具有很大的好處。由于改進(jìn)了真密度測(cè)定的準(zhǔn)確度，因此預(yù)測(cè)覆膜漿液的固體百分比的準(zhǔn)確性也得到了改進(jìn)。由于改進(jìn)了覆膜漿液的固體百分比的準(zhǔn)確性，所以對(duì)覆膜漿液的質(zhì)量控制也有了改進(jìn)。
覆蓋于紙上的漿液通常都包括至少一種經(jīng)常同時(shí)包括下列三種材料色素、粘合劑、添加劑。通常色素是覆紙漿液的主要成分?，F(xiàn)行的的紙張或板材中使用的色素一般是高嶺土、碳酸鈣、二氧化鈦、三水合氧化鋁、人工合成色素等等。粘合劑通常只占覆紙漿液的一小部分。它除了具有粘合作用還可以填充纖維素/色素框架之間的空白。天然粘合劑包括淀粉、大豆蛋白、酪蛋白，人工粘合劑包括苯乙烯丁二烯橡膠、多乙酸乙烯酯橡膠、非周期乙烯基橡膠、聚乙烯醇等等。雖然覆膜添加劑只是覆紙漿液的很小一部分，但是它們卻形成了一個(gè)巨大復(fù)雜的群，分別起到不同的作用。覆膜添加劑包括分散劑、粘度調(diào)節(jié)劑或固水劑、潤(rùn)滑劑、交聯(lián)劑或不溶粘料、抗菌劑、pH控制劑、驅(qū)蟲(chóng)劑、增白劑、染料、泡沫控制劑。本發(fā)明能夠改進(jìn)對(duì)上述任意材料組合的處理的管理。
特別是，用于一個(gè)下列產(chǎn)品信息可知的在線控制系統(tǒng)中的生產(chǎn)環(huán)境中-1)干覆膜組分比率，2)每種覆膜組份的添加劑體積系數(shù)和混合物中的組分濃度之間的關(guān)系，3)每種覆膜固體或溶質(zhì)組分的真密度，4)本發(fā)明所測(cè)定的真密度-下述的計(jì)算是用于確定控制系統(tǒng)中覆膜漿液固體百分比的 通過(guò)按照本發(fā)明的方法確定覆膜漿液的真密度； 利用所確定的真密度，按照申請(qǐng)?zhí)柕?9/893,883號(hào)的美國(guó)申請(qǐng)所述的方法估計(jì)(更精確)該覆膜漿液的固體百分比； 使用上述(更加精確的)覆膜漿液固體百分比優(yōu)化覆膜操作。
一般說(shuō)來(lái)，按照本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例提供了一種把漿液輸送的固體連續(xù)覆膜于基層上的監(jiān)測(cè)方法。在該應(yīng)用中，第一步為設(shè)置一個(gè)漿液的標(biāo)準(zhǔn)固體重量％。也就是說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，為了提供具有所需性能的覆膜材料，必須確定覆膜漿液中的固體重量％。確定了標(biāo)準(zhǔn)固體重量％后，還需要一個(gè)連續(xù)工業(yè)覆膜生產(chǎn)線，以提供所需的覆膜于基層上的合適體積的水以及合適量的固體。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，人們可以對(duì)一個(gè)傳統(tǒng)的工業(yè)覆膜生產(chǎn)線進(jìn)行改造，就是在其中插入一個(gè)按照本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備。參照?qǐng)D2，工業(yè)覆膜生產(chǎn)線1包括覆料收集器4、泵5以及覆膜漿液池14。這些組件通過(guò)管道系統(tǒng)7連接。輥8部分的浸沒(méi)于池14中，圍繞該輥傳送的基層9通過(guò)池14，與覆膜漿液13接觸(該漿液包括液體載體組分)。按照本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備6與漿液組份一起輸入分布式控制系統(tǒng)10。按照本發(fā)明，該分布式控制系統(tǒng)10將這些輸入轉(zhuǎn)化為覆膜的真密度。然后，將該真密度按照上文中提到的申請(qǐng)?zhí)柕?9/893,883號(hào)的美國(guó)申請(qǐng)所述的方法轉(zhuǎn)換為覆膜的固體重量％。然后，將這個(gè)所測(cè)定的真實(shí)的固體重量％與漿液的標(biāo)準(zhǔn)覆膜固體重量％相比較。如果有差別，分布式控制系統(tǒng)10就會(huì)通過(guò)閥11和12調(diào)整覆膜入流2和3，以校正該差別。
本實(shí)施例描述了一個(gè)在某個(gè)特殊的紙張覆膜生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明能夠用于任何其它的相似商用覆膜系統(tǒng)，以及其它的需要得知液體真密度或固體％的生產(chǎn)環(huán)境之中。
實(shí)施例5-液體真密度改進(jìn)的糖漿制造控制 按照本發(fā)明的另一個(gè)應(yīng)用就是在線測(cè)定溶解于水中的糖的濃度，通常為白利度(°Brix)形式。該項(xiàng)測(cè)定被用于控制生產(chǎn)糖漿-如罐頭水果-的過(guò)程中。這種控制為食品生產(chǎn)者提供了控制產(chǎn)品中糖含量的能力。這就使得消費(fèi)者能夠享受一貫的口味，和/或能夠得知其中的最大含糖量，這對(duì)于某些身體條件的消費(fèi)者是非常重要的。
目前測(cè)定白利度的方法為將測(cè)定到的糖漿密度轉(zhuǎn)化為白利度。這通過(guò)使用公知的換算表就能夠完成。當(dāng)結(jié)合到控制系統(tǒng)中時(shí)，這些換算可以在線進(jìn)行，因而提供了實(shí)時(shí)的白利度測(cè)定。然而，由于所測(cè)定的糖漿中存在夾雜的空氣，密度測(cè)定的準(zhǔn)確性就大打折扣。此時(shí)，如圖3所示，在糖漿管道系統(tǒng)中集成一個(gè)按照本發(fā)明的設(shè)備，就能比沒(méi)有本發(fā)明的時(shí)侯提供對(duì)成品的更精確的控制。
當(dāng)使用如實(shí)施例4中所描述的與在線控制系統(tǒng)相結(jié)合的形式時(shí)，本發(fā)明提供了一種將密度更精確的轉(zhuǎn)化為白利度的方法，該方法是通過(guò)提供更精確的測(cè)定密度值所實(shí)現(xiàn)的。在該項(xiàng)應(yīng)用中的，首先確定一個(gè)稀釋糖漿的標(biāo)準(zhǔn)白利度。然后，控制濃縮糖漿和稀釋液的流入，使稀釋糖漿的濃度被控制為標(biāo)準(zhǔn)白利度。
參照?qǐng)D3，濃縮糖漿31、32、33被混合在一起，形成由閥43控制比率的濃縮混合物4。該濃縮混合物通過(guò)泵35輸送到混合T接頭36處，在該處混合物與從供給水箱40處來(lái)的水進(jìn)行混合。所得到的稀釋混合物通過(guò)靜止混合器38輸送到按照本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備39處。然后，分布式控制系統(tǒng)41使用由按照本發(fā)明的應(yīng)用所提供的稀釋無(wú)氣糖漿的真密度將輸入量轉(zhuǎn)化為白利度。然后，再將其與標(biāo)準(zhǔn)白利度對(duì)較。如果存在差異，分布式控制系統(tǒng)就會(huì)調(diào)整流量控制閥33、34以校正偏差。
實(shí)施例6-氣體含量軟飲料中碳酸化水平的精確控制 本發(fā)明的另一種應(yīng)用，就是用于軟飲料的連續(xù)制備中。在本實(shí)施例中，首先也要設(shè)置一個(gè)混合進(jìn)入包括水、高果糖葡萄糖、焦糖色、磷酸、天然香料、咖啡因的水介質(zhì)中的二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)濃度。然后，在一個(gè)容器中，二氧化碳被連續(xù)供給到水介質(zhì)中，而且這些組分也在該容器中混合到碳酸化的水介質(zhì)中。隨著過(guò)程的進(jìn)行，按照上文中所述的程序確定了二氧化碳的總濃度。然后，將這個(gè)計(jì)算出來(lái)的二氧化碳濃度不停的與標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳濃度相比較。當(dāng)計(jì)算出來(lái)的二氧化碳濃度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳濃度時(shí)，就分別減小或增加為水介質(zhì)供給的二氧化碳的體積。
在本發(fā)明的這類(lèi)應(yīng)用之中，需要收集相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳濃度足夠低的壓力下的數(shù)據(jù)，在該壓力下，一些二氧化碳會(huì)從溶液中析出。這是因?yàn)?，在該目?biāo)壓力下所有的二氧化碳都處于析出狀態(tài)，而本發(fā)明需要夾雜氣體的存在才能更有效。直接測(cè)定法能夠在任何壓力下進(jìn)行，包括比系統(tǒng)壓力更低的壓力。
實(shí)施例7-氣體含量覆膜漿液的測(cè)定結(jié)果

試液傳統(tǒng)的覆膜漿液，包括色素、粘合劑、覆膜添加劑。測(cè)定點(diǎn)一組不同測(cè)定壓力點(diǎn)的組合，其中在覆膜漿液I的測(cè)定中P4＜P1＜P2＜P3，在覆膜漿液II的測(cè)定中P1＜P2＜...＜P7。壓力由如圖1所示的間接測(cè)定系統(tǒng)的壓力傳感器所測(cè)定(相應(yīng)的平衡態(tài)視密度也由一個(gè)科里奧利(coriolis)質(zhì)量流量計(jì)按照實(shí)施例1中所描述的過(guò)程所測(cè)定)。氣體％在不同壓力測(cè)定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)條件下，空氣的濃度是通過(guò)把所測(cè)定到的平衡態(tài)壓力和視密度分別帶入新舊的模式之中計(jì)算得到的。
比較I在相同的壓力測(cè)定點(diǎn)處，由于在存在夾雜氣體的情況下使用所以違背了波意耳定律，從而導(dǎo)致舊模式下的氣體％的輸出量之間相互不符。相反，在新模式下每個(gè)壓力測(cè)定點(diǎn)只有一個(gè)輸出量。
比較II上述的缺點(diǎn)表明，在舊模式下的輸出量氣體％是隨測(cè)定點(diǎn)而定的測(cè)定。比如，從P2&P6測(cè)定點(diǎn)獲取一組數(shù)據(jù)，選擇P2作為參考點(diǎn)時(shí)所計(jì)算出的氣體％是13.7％，而選擇P6作為參考點(diǎn)時(shí)所計(jì)算出的氣體％則是17.1％。而在按照本發(fā)明的模式中就不存在這種偏差。
比較III在舊模式中，在兩個(gè)測(cè)定點(diǎn)之間的壓力差異越大，氣體％輸出量的百分比越不穩(wěn)定，例如，P1&P7點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸出量。在按照本發(fā)明的模式中就不存在這種不穩(wěn)定情況。
比較IV在舊的模式中在不同的壓力測(cè)定點(diǎn)之間還存在著巨大的氣體％差異?？傊?，新模式中的氣體％輸出量比舊模式的要穩(wěn)定得多。
上面詳細(xì)描述了本發(fā)明，顯而易見(jiàn)的是，還可以對(duì)其進(jìn)行多重方式的改進(jìn)。這些由本領(lǐng)域金屬人員可以作出的改變，也都是不偏離本發(fā)明的精神和范圍的。
權(quán)利要求
1.一種用于控制流動(dòng)處理的液體或漿液內(nèi)夾雜氣體含量的方法，該方法包括
a)設(shè)定一個(gè)液體或漿液中的自由氣體含量的定量標(biāo)準(zhǔn)；
b)使上述液體或漿液連續(xù)的流動(dòng)，并將防沫劑混入其中；
c)通過(guò)下面的公式確定自由氣體的體積百分比x％，
其中Vs為標(biāo)準(zhǔn)條件下自由氣體的體積，V是無(wú)氣液體載體組分的體積；
e)將計(jì)算出來(lái)的自由氣體含量與標(biāo)準(zhǔn)自由氣體含量對(duì)比；
f)如果算出的自由氣體含量大于標(biāo)準(zhǔn)自由氣體含量，就增加在步驟b)中混合的防沫劑的量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述流動(dòng)處理的液體或漿液可以是一種覆蓋于紙基層上的高嶺土、碳酸鈣、二氧化鈦或三水合氧化鋁漿液。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述流動(dòng)處理的液體或漿液是包裝于零售容器中的軟膏、乳脂、洗劑、牙膏、蛋黃醬、番茄醬、或者潤(rùn)滑脂。
4.一種設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)處理流體的容器、用于抽取處理流體的管道、以及脫氣單元，其改進(jìn)之處在于該設(shè)備包括用于測(cè)定處理液體中自由氣體體積百分比的檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置與脫氣單元保持工作關(guān)系。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于單個(gè)這樣的檢測(cè)裝置設(shè)置在脫氣單元的下游，而且，所述設(shè)備還包括一個(gè)能夠在處理流體中的自由氣體體積百分比超過(guò)預(yù)定水平時(shí)發(fā)出信號(hào)的警示裝置。
6.如權(quán)利要求4所述的一種設(shè)備，其特征在于兩個(gè)這樣的檢測(cè)設(shè)備分別設(shè)置在脫氣單元的上、下游，所述設(shè)備還包括一個(gè)能夠確定和指示脫氣單元的上下游的處理流體的自由氣體體積百分比之間任何差值的比較儀。
7.一種確定液體中所含氣體量的方法，該方法包括將不可壓縮液體標(biāo)本和可壓縮氣體的混合物經(jīng)受至少三種不同的平衡壓力狀態(tài)；測(cè)定混合物在所述至少三種壓力狀態(tài)每一種下的溫度和體積；確定在至少兩組不同的壓力狀態(tài)下的混合物的體積變化；以及通過(guò)下述方程式計(jì)算出液體標(biāo)本中的氣體量
其中V是無(wú)氣液體在樣品室內(nèi)在環(huán)境壓力下的體積，Vs則由下述方程式確定
其中P1、P2、P3是三種不同的平衡環(huán)境下的壓力，Ps和Ts分別是標(biāo)準(zhǔn)壓力和標(biāo)準(zhǔn)溫度，ΔV1和ΔV2分別是所測(cè)定到的P1和P2之間以及P2和P3之間的平衡狀態(tài)下的自由空氣的體積差。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述至少三種平衡壓力狀態(tài)彼此至少相差到這樣一種程度，即三種不同體積彼此之間至少相差0.1％。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述至少三種平衡壓力狀態(tài)彼此之間至少相差到這樣一種程度，即所述液體的三種不同視密度至少相差0.1％。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述至少三種平衡壓力狀態(tài)相互之間至少相差0.1psi。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述至少三種壓力狀態(tài)相互之間至少相差1個(gè)大氣壓。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于通過(guò)體積測(cè)定手段確定體積的變化。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于通過(guò)視密度測(cè)定手段確定體積的變化。
14.一種設(shè)備，包括用于儲(chǔ)存處理流體的容器；用于抽吸流體的管道系統(tǒng)，所述管道系統(tǒng)受壓力調(diào)節(jié)器的控制，所述壓力調(diào)節(jié)器能夠在該設(shè)備內(nèi)設(shè)置至少三種不同的壓力P1、P2、P3；至少三種流體控制閥V1、V2、V3；壓力表；溫度表；以及密度表。
15.一種獲得用于確定流體中夾雜或溶解空氣含量數(shù)據(jù)的方法，該方法包括
提供如權(quán)利要求14所述的設(shè)備；
收集在第一壓力水平下穩(wěn)定的壓力、溫度、和密度數(shù)據(jù)；
收集在第二壓力水平下穩(wěn)定的壓力、溫度、和密度數(shù)據(jù)；以及
收集在第三壓力水平下穩(wěn)定的壓力、溫度、和密度數(shù)據(jù)。
16.一種自動(dòng)地控制需要將固體或液體組分與液體載體組分混合的連續(xù)工作過(guò)程的輸出量的方法，該方法包括下述步驟
a)設(shè)置將要混入液體載體組分的一種或多種固體的標(biāo)準(zhǔn)重量％和/或一種或多種液體的標(biāo)準(zhǔn)濃度；
b)連續(xù)的將上述固體和/或液體與液體載體組分混合；
c)使用上述混合物填充一個(gè)測(cè)定室，使其達(dá)到平衡態(tài)；
d)記錄平衡溫度T1、樣品體積V1、和平衡壓力P1；
e)增加或減少樣品室中所述混合物的體積，使流體達(dá)到平衡態(tài)，記錄平衡溫度T2、樣品體積V2、和平衡壓力P2；
f)再次增加或減少樣品室中所述混合物的體積，使流體達(dá)到平衡態(tài)，記錄平衡溫度T3、樣品體積V3、和平衡壓力P3；
g)通過(guò)公式確定真實(shí)密度ρ，其中質(zhì)量m是液體混合物樣品的質(zhì)量，V是無(wú)氣液體混合物的體積，自由空氣或其它氣體的體積百分比x％可以通過(guò)下述公式計(jì)算
和
其中ΔV1是P1和P2之間的自由氣體體積差，ΔV2是P2和P3之間的自由氣體體積差，Vt1是液體和夾雜氣體的總體積，Vs是通過(guò)下述公式計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)條件下自由空氣或其它氣體的體積
公式中的這些變量是由上述d-f)步驟中收集來(lái)的數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)條件是P＝Ps＝1atm、T＝Ts＝273K；
h)通過(guò)下述方程式計(jì)算出混合物中固體的重量％和/或液體的濃度
其中ρL是液體載體組分的密度，ki是每種固體或液體的增加體積系數(shù)(AVC)，xi是每種固體的干燥重量％或每種液體的濃度，(ρs)i是每種固體或液體的密度，及ρ是混合物的真實(shí)密度；
i)將計(jì)算的所述固體重量％或濃度與標(biāo)準(zhǔn)固體重量％或濃度對(duì)比；以及
j)如果算出的固體重量％或濃度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)固體重量％或濃度，就降低或升高在步驟b)中混入的固體或液體的量。
17.一種用于自動(dòng)地控制需要在液體載體組分中混合固體或液體組分的連續(xù)工作過(guò)程的輸出量的方法，該方法包括下述步驟
a)設(shè)置對(duì)于液體載體組分的一種或多種固體的標(biāo)準(zhǔn)重量％和/或一種或多種液體的標(biāo)準(zhǔn)濃度；
b)連續(xù)的將上述固體和/或液體與液體載體組分混合；
c)使流體樣品從主管道系統(tǒng)轉(zhuǎn)入樣品測(cè)定室，以達(dá)到平衡態(tài)；
d)記錄平衡溫度T1、平衡密度ρ1、和平衡壓力P1；
e)調(diào)整樣品室內(nèi)的流體壓力，使流體進(jìn)入平衡態(tài)，記錄平衡溫度T2、平衡密度ρ2、和平衡壓力P2；
f)再次調(diào)整樣品室內(nèi)的流體壓力，使流體進(jìn)入平衡態(tài)，記錄平衡溫度T3、平衡密度ρ3、和平衡壓力P3；
g)通過(guò)公式確定真實(shí)密度ρ，其中體積V通過(guò)下面公式算出
其中的這些變量由在步驟d-f)中收集的數(shù)據(jù)提供；
h)通過(guò)下述方程式計(jì)算出混合物中的固體重量％和/或液體濃度
其中ρL是液體載體組分的密度，ki是每一種固體或液體的增加體積系數(shù)(AVC)，xi是每種固體的干燥重量％或每種液體的濃度，(ρs)i是每種固體或液體的密度，及ρ是混合物的真實(shí)密度；
i)將計(jì)算的所述重量％固體或濃度與標(biāo)準(zhǔn)重量％固體或濃度對(duì)比；以及
j)如果算出的重量％固體或濃度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)重量％固體或濃度，就降低或升高在步驟b)中混入的固體或液體的量。
18.如權(quán)利要求16或17所述的用于連續(xù)的為基層覆膜的方法，該方法包括
a)設(shè)置將要覆蓋到基層的一種或多種固體的標(biāo)準(zhǔn)重量％；
b)通過(guò)載體流體連續(xù)的將上述固體覆蓋到基層上；
c)測(cè)定漿液的視密度；
d)確定漿液的真實(shí)密度；
e)以權(quán)利要求16所述的方式或權(quán)利要求17所述的方式計(jì)算出漿液中的固體的重量％；
f)將計(jì)算出的固體重量％與標(biāo)準(zhǔn)固體重量％比較；
g)如果計(jì)算出的重量％大于或小于標(biāo)準(zhǔn)重量％，則降低或增加在步驟b)中使用的固體的量。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述基層為紙卷(web)，所述固體組份包括高嶺土、碳酸鈣、二氧化鈦或三水合氧化鋁。
20.如權(quán)利要求16或17之一所述的用于制備糖漿的連續(xù)過(guò)程中的控制輸出量的方法，該方法包括
a)設(shè)置將要混合到糖漿中的一種或多種碳水化合物和/或含有碳水化合物的液體的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)濃度；
b)連續(xù)的向容器中供應(yīng)碳水化合物和/或含有碳水化合物的液體以及一種稀釋液體，將其混合形成漿液；
c)測(cè)定漿液的視在密度；
d)確定漿液的真實(shí)密度；
e)將該真實(shí)密度轉(zhuǎn)換到計(jì)算出的碳水化合物濃度；
f)將計(jì)算出的碳水化合物濃度與標(biāo)準(zhǔn)碳水化合物濃度比較；
g)如果計(jì)算出的碳水化合物濃度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)碳水化合物濃度，則降低或增加在步驟b)中的碳水化合物的量/和或含有碳水化合物液體的體積。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于將所述包括蔗糖的碳水化合物、所述包括玉米糖漿和高果糖玉米糖漿的含有碳水化合物的液體與包括水的稀釋液體混合。
22.一種用于控制制備碳酸飲料的連續(xù)過(guò)程中的輸出量的方法，該方法包括
a)設(shè)置將要混合到水介質(zhì)中的二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)濃度；
b)連續(xù)的向容器中的水介質(zhì)中供應(yīng)二氧化碳，將這些組份在容器中的預(yù)置“裝瓶”壓力P0下混合成碳酸化水介質(zhì)，其中P0是密封碳酸飲料容器內(nèi)產(chǎn)生的“裝瓶”壓力，在該壓力下所有的自由二氧化碳?xì)怏w都溶解入水介質(zhì)中；
c)在相同的“裝瓶”壓力P0下，將碳酸化水介質(zhì)樣品從容器中轉(zhuǎn)入樣品測(cè)定室；
d)將水介質(zhì)的壓力從P0降到P1，使得溶解的二氧化碳開(kāi)始從水介質(zhì)中析出，形成自由氣泡；
e)將水介質(zhì)壓力從P1降低到P2，使得足夠量的溶解二氧化碳從水介質(zhì)中析出，形成自由氣泡；
f)測(cè)定在壓力為P1和P2之間的平衡態(tài)下的二氧化碳液體混合物的體積變化；
g)再次將水介質(zhì)壓力從P2降低到P3，使得更多的溶解二氧化碳從水介質(zhì)中析出，形成自由氣泡；
h)測(cè)定在壓力為P2和P3之間的平衡態(tài)下的二氧化碳液體混合物的體積變化；
i)通過(guò)下述方程式確定標(biāo)準(zhǔn)條件下的碳酸化水介質(zhì)的自由二氧化碳的體積Vs
其中P1、P2和P3是三種不同平衡條件下的環(huán)境壓力，Ps和Ts是標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度，ΔV1和ΔV2分別是在P1與P2和P2與P3之間在平衡狀態(tài)下測(cè)到的自由二氧化碳的體積差；
j)使用下述公式計(jì)算二氧化碳濃度
其中Vs是步驟i)中確定的自由二氧化碳的體積，V是樣品室中預(yù)置“裝瓶”壓力P0下的碳酸化水介質(zhì)的體積，其中沒(méi)有自由氣泡；
k)將計(jì)算出的氧化碳濃度與標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳濃度比較；以及
l)如果計(jì)算出的二氧化碳濃度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳濃度，則降低或升高在步驟b)中供應(yīng)的二氧化碳的體積。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于所述碳酸飲料是軟飲料、啤酒、汽酒中的一種。
24.一種確定液體載體組分中的固體或液體組分濃度的方法，包括
a)測(cè)定混合物的視在密度；
b)由此確定混合物的真實(shí)密度；以及
c)按權(quán)利要求16或17之一所述的方法計(jì)算漿液中的固體重量％。
25.一種確定液體載體組分中的固體或液體組分真實(shí)密度的方法，該方法包括
a)測(cè)定混合物的視在密度；以及
b)由此確定混合物的真實(shí)密度。
26.一種用于確定液體組分中的夾雜空氣含量的方法，該方法包括
a)測(cè)定不同壓力下液體中的視在空氣含量；以及
b)確定液體中的真實(shí)夾雜空氣含量。
27.一種通過(guò)確定液體中夾雜空氣含量使液體特征化的方法，該方法包括使用公式計(jì)算液體中的自由空氣的體積百分比x％，其中V是樣品室內(nèi)環(huán)境壓力下的無(wú)氣液體體積，Vs則通過(guò)下述公式確定
其中P1、P2和P3是三種不同平衡條件下的環(huán)境壓力，Ps和Ts是標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度，ΔV1和ΔV2分別是在P1與P2和P2與P3之間在平衡狀態(tài)下測(cè)到的自由空氣的體積差。
28.一種鑒別未知成分樣品的方法，包括對(duì)將其夾雜空氣含量與對(duì)于各種已知組合物根據(jù)權(quán)利要求27所述方法確定的一批夾雜空氣含量相比較。
29.一種鑒別未知成分樣品的方法，包括將其真密度與對(duì)于各種已知組合物通過(guò)使用確定的一批真實(shí)密度相比較。
30.一種鑒別未知成分樣品的方法，該方法包括將其％固體與對(duì)于多種已知組合物根據(jù)下述關(guān)系確定的一批％固體相比較
全文摘要
一種用于連續(xù)處理液體的改進(jìn)的控制方法。由本發(fā)明所生成的數(shù)據(jù)，被用于將液體中的氣體含量控制在一個(gè)最優(yōu)的范圍內(nèi)，例如在紙覆膜操作中或者在食品(蛋黃醬)的制造過(guò)程中、個(gè)人保護(hù)品(洗發(fā)水)、油漆以及其它許多需要獲知夾雜或溶解的空氣和其它的氣體的信息、及其相關(guān)的參數(shù)——如處理液體中的真密度和氣體溶解度——的工業(yè)領(lǐng)域，用于優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。存在于液體中的氣體含量通過(guò)將不可壓縮液體樣品和可壓縮氣體的混合物設(shè)置在三種或更多的不同的平衡壓力狀態(tài)，測(cè)定混合物在每種壓力狀態(tài)下的溫度、體積，至少確定混合物在兩對(duì)壓力狀態(tài)下的體積變化，從而計(jì)算出液體標(biāo)本中的氣體含量。按照本發(fā)明的設(shè)備包括用于儲(chǔ)存處理液體的容器；用于抽吸液體的管道系統(tǒng)，所述管道系統(tǒng)受壓力調(diào)節(jié)器的控制，所述壓力調(diào)節(jié)器能夠在該設(shè)備內(nèi)設(shè)置至少三種不同的壓力P1、P2、P3；至少三種液體控制閥V1、V2、V3；壓力表；溫度表；以及密度表。
文檔編號(hào)G01N7/16GK101405590SQ03802404
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2003年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月16日
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