BRPI0512445B1

BRPI0512445B1 - análise de campo e on-line do licor proveniente do processos bayer

Info

Publication number: BRPI0512445B1
Application number: BRPI0512445-0A
Authority: BR
Inventors: Vincent Robert Dooley
Original assignee: Alcoa Of Australia Limited
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2020-11-03
Also published as: BRPI0512445A; RU2007105832A; CA2572319A1; EP1774281A1; RU2393457C2; WO2006007631A1

Abstract

ANÁLISE DE CAMPO E ON-LINE DO LICOR PROVENIENTE DO PROCESSO BAYER Trata-se de um método e um instrumento analisador planejado para ser utilizado em uma análise de campo e on-line, a qual é realizada em tempo real ou quase em tempo real, de licores provenientes do Processo Bayer, para a determinação das concentrações de alumina total, soda caústica total e álcali total, e, se necessário, para a determinação da concentração total de impurezas, no licor. O instrumento analisador e o método dispensam a necessidade de realizar a análise laboratorial, além de qualquer análise de calibração para a instalação inicial. O instrumento oferece as concentrações de alumina, soda caústica total e álcali total, com base na determinação precisa da temperatura e da densidade do licor, da velocidade do som, da condutividade e da condutividade máxima do licor, sob diluição isotérmica. O instrumento é disposto em torno dos recipientes (11), (13) e (15) e provido de sensores para a medição destes parâmetros. Os recipientes (11), (13) e (15) são fluidicamente conectados em série com o recipiente (15), que drena para um reservatório (17). Uma bomba de circulação (19) é incluída para a recirculação do fluido do reservatório (17) para os recipientes (11), (13) e (15), na forma de um circuito fechado. Os (...).

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção se refere à análise on-line de fluidos multicomponentes e, especificamente, à análise on-line de fluidos multicomponentes que contêm impurezas. De forma mais específica, a presente invenção se refere a um instrumento e a um método para executar, rapidamente, estas determinações on-line e/ou em campo, sem que haja a necessidade de levar lotes de amostras até um laboratório para que estas sejam analisadas. Em uma modalidade da presente invenção, é apresentado um método para a determinação das concentrações de alumina, soda caústica total e álcali total, em um fluxo do licor proveniente do Processo Bayer.

Fundamentos da Invenção

[0002] O controle da composição do licor proveniente do Processo Bayer é fundamental para a obtenção do controle estável do Processo Bayer, bem como para a maximização do rendimento da alumina e do desempenho total do processo. Os componentes de um licor proveniente do Processo Bayer incluem hidróxido de sódio, alumina e aluminato de sódio, carbonato de sódio e uma variedade de impurezas. Em geral, as impurezas mantêm relações constantes umas com as outras e podem ser tratadas em termos de propriedades fisico- químicas, como uma única impureza. A precisão dos dispositivos analisadores on-line existentes é limitada devido à sua incapacidade de determinar os efeitos produzidos pelo carbonato e pelas impurezas.

[0003] Os dispositivos analisadores desenvolvidos no passado, especialmente para a análise dos licores provenientes do Processo Bayer, utilizaram alguns parâmetros, que consistem em densidade, índice refrativo, velocidade do som, condutividade, condutividade máxima e viscosidade, em diversas combinações, para a determinação da composição do licor.

[0004] A condutividade é medida para a determinação da proporção entre alumina e soda cáustica. O valor máximo da condutividade observado durante a diluição isotérmica é utilizado para a determinação da proporção entre alumina e soda cáustica total.

[0005] A densidade é medida para a determinação da concentração de álcali total (OH- total e CO32 ) Um refratômetro pode ser utilizado para a medição de densidade, em algumas aplicações de lama.

[0006] O índice refrativo e a velocidade do som são geralmente considerados como alternativas à medição de densidade.

[0007] A velocidade do som pode ser medida e utilizada para a determinação da concentração, como, por exemplo, da concentração de soda cáustica total ou da concentração de álcali total. A combinação das medições de condutividade e de densidade foi utilizada para a estimativa dos valores de alumina e de soda cáustica total e, às vezes, de álcali total. Um refratômetro pode ser substituído por um dispositivo medidor de densidade. Todos estes métodos necessitam da medição da temperatura para compensação. Os métodos atuais também são tipicamente utilizados com informações provenientes do laboratório, que são aplicadas nas equações, como uma tentativa de esclarecer as mudanças do carbonato e das impurezas.

[0008] Um exemplo de uma tentativa de análise on-line do licor proveniente do Processo Bayer foi um instrumento desenvolvido na Hungria, por Aluteru FKI. O instrumento analisador húngaro mede 0 licor proveniente do Processo Bayer quanto à soda caústica total, alcalinidade total e alumina total. O instrumento utiliza uma relação única entre os componentes do licor e a densidade do licor, a condutividade e a condutividade máxima durante a diluição isotérmica. Este instrumento confia na baixa variabilidade de impurezas do licor para a exatidão nas leituras. Consequentemente, uma séria desvantagem do instrumento analisador húngaro consiste nessa variabilidade de concentração de impurezas do licor em relação àquela que o instrumento analisador é calibrado, acarretando imprecisões nos parâmetros medidos pelo instrumento analisador.

[0009] Durante todo o presente relatório descritivo, salvo indicação em contrário especificada no contexto, deve ficar claro que o termo "compreender" ou suas variações, como "compreende" ou "compreendem" ou "compreendendo", implica a inclusão de um número inteiro indicado ou um grupo de números inteiros, mas não a exclusão de qualquer outro número inteiro ou de um grupo de números inteiros.

Descrição Detalhada da Invenção:

[0010] Até o presente momento, considera-se que a densidade do licor e a velocidade do som estejam diretamente relacionadas e não de forma independente, consequentemente, tais parâmetros não foram utilizados conjuntamente nos dispositivos e nos métodos conhecidos até o presente momento. Devido a este posicionamento, a medição de ambos os parâmetros, ou seja, a velocidade do som e a densidade do fluido, na análise do licor, não seria contemplada.

[0011] No entanto, de maneira surpreendente, as investigações sobre a velocidade do som que foram conduzidas durante o desenvolvimento da presente invenção revelaram que a velocidade do som é suficientemente independente da densidade do licor para a obtenção de uma outra variável útil. O trabalho de laboratório do autor da presente invenção conduzido até o presente momento demonstra diferenças suficientes entre as características da velocidade do som e a densidade do licor para permitir que os dois parâmetros sejam utilizados conjuntamente e, assim, oferecerem dados adicionais. A velocidade do som é uma função da densidade e do módulo de incompressibilidade (ao contrário da compressibilidade). Este trabalho de teste mostrou que as mudanças na soda cáustica total e na alumina têm efeitos completamente diferentes na velocidade do som e na densidade do licor. Isto é, o módulo de incompressibilidade desempenha uma importante função nos valores da velocidade do som.

[0012] O trabalho de teste também demonstra que a técnica de diluição pode ser utilizada para a obtenção de mais dados do que a simples proporção de alumina e soda cáustica total inferida pela condutividade máxima.

[0013] A técnica de diluição pode ser utilizada para a obtenção de diversas equações para todas as medições, pois as contribuições para cada variável medida pelos diferentes componentes durante diluição mudam de diferentes maneiras.

[0014] De acordo com a presente invenção, é incluído um instrumento analisador de licor proveniente do Processo Bayer que apresenta: - recursos utilizados para a medição de condutividade; - recursos utilizados para a medição da velocidade do som; - recursos utilizados para a medição de densidade do licor; Sendo que: - o dito instrumento analisador possui um ponto de entrada de amostras, para a recepção da amostra do licor, e um ponto de entrada de água, que pode ser fluidicamente conectada, de forma seletiva, com os ditos recursos utilizados, para a medição de condutividade, da velocidade do som e da densidade do licor; - os ditos recursos utilizados para a medição de condutividade, os ditos recursos utilizados para a medição da velocidade do som e os ditos recursos utilizados para a medição de densidade do licor estão contidos dentro de um ou mais recipientes; - o dito instrumento analisador pode ser operado para a recepção de uma amostra do licor proveniente do dito ponto de entrada de amostras e entregar a dita amostra de licor para um ou mais recipientes, para a obtenção da medição de condutividade, da velocidade do som e da densidade do licor, respectivamente, da dita amostra de licor; - o dito instrumento analisador pode ser operado para a drenagem da dita amostra de licor, para a lavagem de um ou mais recipientes com a água proveniente do dito ponto de entrada de água e para a drenagem da água de um ou mais recipientes, antes que uma outra amostra de licor seja recebida. - e incluindo um instrumento processador para determinar a concentração de alumina, de soda cáustica total ou de álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais) das medições obtidas da condutividade, velocidade do som e densidade.

[0015] Na análise de um licor proveniente do Processo Bayer, a concentração de alumina, soda caústica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais) pode então ser determinada com base nas medições feitas. Isso pode ser determinado por meio de regressão (como, por exemplo, por análise linear) para o desenvolvimento de equações simultâneas e o cálculo dos componentes do licor. Alternativamente, podem ser preparadas amostras de referência (con-troles), de tal maneira que as amostras em campo ou as medições online possam ser avaliadas em comparação com as amostras de referência (controles).

[0016] Em um dispositivo eletrônico, os dados que pertencem às amostras de referência (controles) podem ser incorporados em uma tabela de referências, na memória de armazenamento de dados (temporário ou permanente, como, por exemplo, ROM - Memória somente para leitura, RAM - Memória de Acesso Aleatório, disco rígido, etc.).

[0017] De preferência, os ditos recursos de processamento são dispostos de tal maneira que a concentração de alumina, soda caústi- ca total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais) é determinada por meio do uso das equações simultâneas desenvolvidas por meio de regressão das medições feitas de condutividade, velocidade do som e densidade.

[0018] De preferência, a regressão é feita na forma de uma análise linear.

[0019] Alternativamente, os ditos recursos de processamento são dispostos de tal maneira que a concentração de alumina, soda caústi- ca total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais) é determinada por meio da comparação das medições de condutividade, de velocidade do som e de densidade com as medições de condutividade, de velocidade do som e de densidade das amostras de referência, que são utilizadas como controles, sendo que tais medições são incorporadas em uma tabela de referências, na memória de armazenamento, ou em um outro dispositivo de armazenamento de dados.

[0020] De preferência, o dito instrumento analisador pode ser operado para receber, de forma controlada, a água proveniente do dito ponto de entrada de água, para que a dita amostra do licor proveniente do Processo Bayer possa ser diluída dentro de um ou mais recipientes, para permitir que os ditos recursos que medem a condutividade façam a medição de condutividade à medida que a dita amostra é diluída e, opcionalmente, para a medição de condutividade máxima do licor diluído.

[0021] De preferência, o dito instrumento analisador é adaptado para a análise de um licor proveniente do Processo Bayer e inclui recursos de processamento para a determinação da concentração de alumina, soda caústica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais), com base nas medições feitas de condutividade, velocidade do som e densidade, bem como da condutividade durante a diluição.

[0022] De preferência, os ditos recursos de processamento são dispostos de tal maneira que a concentração de alumina, soda caústica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais) é determinada por meio do uso das equações simultâneas desenvolvidas pela regressão das medições feitas de condutividade, velocidade do som e densidade, bem como da condutividade durante a diluição.

[0023] De preferência, a regressão é feita na forma de uma análise linear.

[0024] Alternativamente, os ditos recursos de processamento são dispostos de tal maneira que a concentração de alumina, soda caústica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais) é determinada por meio da comparação das medições de condutividade, velocidade do som e densidade, bem como da condutividade durante a diluição, com as medições da condutividade, velocidade do som e densidade, bem como da condutividade durante a diluição para as amostras de referência, que são utilizadas como controles, sendo que tais medições são incorporadas em uma tabela de referências, na memória de armazenamento, ou em um outro dispositivo de armazenamento de dados.

[0025] De preferência, o dito reservatório inclui um escoadouro para a drenagem do excesso de fluido, à medida que a dita amostra do licor proveniente do Processo Bayer é diluída.

[0026] Em outras disposições alternativas, os parâmetros de velocidade do som e de densidade também podem ser medidos à medida que a dita amostra do licor proveniente do Processo Bayer é diluída, sendo que o(s) dito(s) parâmetro(s) é/são decomposto(s) em fatores, na determinação da concentração de alumina, soda caústica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais).

[0027] De preferência, o dito instrumento analisador pode ser ope- rado para a lavagem da dita entrada de amostras com a água proveniente do dito ponto de entrada de água, bem como para a drenagem da água proveniente da dita entrada de amostras, antes que uma outra amostra de licor seja recebida. Desta maneira, a amostra anterior pode ser lavada antes que a amostra seguinte seja recebida.

[0028] De preferência, o dito instrumento analisador pode ser operado para a lavagem de um ou mais recipientes com o licor proveniente do ponto de entrada de amostras e para a drenagem de um ou mais recipientes, antes de receber a dita amostra de licor para medição. Desta maneira, a água utilizada para a lavagem da amostra anterior pode ser removida, de tal maneira que a amostra a ser medida não seja diluída.

[0029] De preferência, os ditos recursos utilizados para a medição de condutividade, os recursos utilizados para a medição da velocidade do som e os recursos utilizados para a medição de densidade ficam contidos dentro de recipientes separados, fluidicamente conectados em série.

[0030] De preferência, os ditos recursos utilizados para a medição de condutividade, os recursos utilizados para a medição da velocidade do som e os recursos utilizados para a medição de densidade são conectados em um circuito, com um reservatório e uma bomba para re- circular a dita amostra do licor proveniente do Processo Bayer, à medida que são feitas as medições.

[0031] De preferência, os recursos utilizados para a medição de densidade são selecionados de um grupo que consiste em um dispositivo medidor de densidade e um refratômetro.

[0032] Os dispositivos medidores de densidade apropriados para o instrumento da presente invenção incluem aqueles dispositivos medidores de densidade que operam de acordo com o princípio de Coriolis (como, por exemplo, os dispositivos medidores de densidade fabricados pela Micromotion), ou aqueles dispositivos medidores de densidade que operam de acordo com o princípio de ciclo de vibração (como, por exemplo, os dispositivos medidores de densidade fabricados pela Anton Paar), bem como aqueles dispositivos medidores de densidade que operam de acordo com o princípio de tempo de vibração (como, por exemplo, os dispositivos medidores de densidade fabricados pela Solartron).

[0033] Os refratômetros mais apropriados são aqueles refratôme- tros que medem a reflexão interna total. Outros tipos de refratômetros não são tão apropriados para a execução das medições de licores provenientes do Processo Bayer, mas podem ser apropriados para outras aplicações.

[0034] De preferência, os ditos recursos utilizados para a medição de condutividade utilizam o método de medição de condutividade por meio do uso de um sensor toroidal de condutividade. Este método é o mais apropriado para licores provenientes do Processo Bayer. Os dispositivos de medição de condutividade, como os sensores de contato, não são tão apropriados para os licores provenientes do Processo Bayer, mas podem ser apropriados em outras aplicações. Os sensores toroidais de condutividade apropriados podem incluir os sensores to- roidais de condutividade fabricados por Rosemont, Foxboro e Yoko- gawa.

[0035] De preferência, o dito instrumento analisador inclui recursos utilizados para a medição da temperatura associada ao dito circuito.

[0036] De preferência, os ditos recursos utilizados para a medição da temperatura são associados a um ou mais dos ditos recipientes.

[0037] De preferência, os ditos recursos utilizados para a medição da temperatura ficam contidos dentro de um dito recipiente com os ditos recursos utilizados para a medição de condutividade.

[0038] Alternativamente, os ditos recursos utilizados para a medição da temperatura ficam contidos dentro de todos os três recipientes.

[0039] De preferência, pelo menos uma parte do dito circuito fica associada aos recursos utilizados para a execução do controle da estabilidade da temperatura da dita amostra de licor.

[0040] De preferência, os ditos recursos utilizados para a execução do controle da estabilidade da temperatura incluem uma camisa de água, que pode ser aquecida ou refrigerada, de acordo com a necessidade específica. Uma camisa de água tem a vantagem de possuir o momentum térmico. O controle da temperatura para contrapor os efeitos da mudança de temperatura da amostra pode ser executado por meio de quaisquer recursos conhecidos, como, por exemplo, por meio de dispositivos de efeito Peltier, ou então por meio de dispositivos de refrigeração conhecidos, que podem ser operados no ciclo re-verso, ou então por aquecedores simples. Estes dispositivos podem ficar em contato direto com o(s) recipiente(s), para o controle da temperatura da amostra, ou podem ficar em contato fluido com a camisa de água em torno do(s) recipiente(s).

[0041] Também de acordo com a presente invenção, um método para a execução de uma análise de campo e on-line de um licor proveniente do Processo Bayer em um fluxo de processo é apresentado, sendo que o dito método inclui etapas de execução das medições de condutividade, velocidade do som e densidade, respectivamente, do licor, diretamente no dito fluxo de processo e, com base nas ditas medições, determina-se a concentração de alumina, soda caústica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais).

[0042] Também de acordo com a presente invenção, um método para a execução de uma análise de campo e on-line de um licor proveniente de um fluxo do Processo Bayer é apresentado, sendo que o dito método inclui as etapas de execução das medições de condutividade, velocidade do som e densidade, respectivamente, de uma amostra extraída do dito fluxo de processo e, com base nas ditas medições, determina-se a concentração de alumina, soda caústica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais).

[0043] De preferência, a regressão é utilizada para o desenvolvimento das equações necessárias para o cálculo dos componentes do licor. As medições de densidade, condutividade, velocidade do som e temperatura são feitas em uma série de fluidos da composição variante, para a obtenção de regressões válidas. As regressões oferecem um conjunto de equações da seguinte fórmula: TC = Ai + A2P + A3K +A4VS TA = Bi + B2P + B3K +B4VS Al = Ci + C2P + C3K +C4VS Sendo que: TC = Soda caústica total TA = álcali total Al = alumina p = densidade K = condutividade Vs = velocidade do som

[0044] A correção da temperatura pode ser aplicada às medições individuais na fórmula: pcorrigido = pmedido [1 + (Veferência - fedido)]

[0045] Alternativamente, a correção da temperatura pode ser aplicada por meio do uso do método da Lei de Arrhenius, no qual é necessária uma operação sob uma grande variedade de temperaturas.

[0046] Alternativamente, os modelos que descrevem a densidade, a condutividade, etc, podem ser desenvolvidos com base no trabalho de teste (ou podem ser utilizados modelos conhecidos) e ajustados ao licor de interesse, produzindo um conjunto de equações, sendo que: p = fn (TC, TA, Al, t) k = fn (TC, TA, Al, t) Vs = fn (TC, TA, Al, t)

[0047] Os modelos comercialmente disponíveis podem ser utilizados ou os modelos empíricos podem ser desenvolvidos com base no trabalho de teste. Quando a escala de variabilidade for pequena, um modelo empírico linear simples da seguinte fórmula pode ser utilizado: p = Di + D2TC + D3TA +D4AI k = Ei + E2TC + E3TA +E4AI Vs = Fi + F2TC + F3TA +F4AI

[0048] A correção da temperatura pode ser aplicada às medições ou pode ser incluída nas equações.

[0049] Ao desenvolver um modelo apropriado para um determinado fluido, qualquer método matemático apropriado pode ser utilizado para solucionar as equações simultâneas para os valores desconhecidos dos componentes do licor.

[0050] De preferência, 0 dito método inclui as medições da condutividade durante a diluição da dita amostra de licor.

[0051] De preferência, a temperatura em que tais medições são feitas é mantida dentro de uma variedade predeterminada. A temperatura real selecionada deve ser uma temperatura em que seja prático se operar. Alguns dispositivos para a medição de densidade exigem estabilidade de temperatura, entretanto, quando for escolhido um dispositivo para a medição de densidade que não seja sensível à temperatura, 0 controle de temperatura não é tão fundamental, pois a veloci-dade do som e a medição de condutividade podem ser prontamente corrigidas pela temperatura.

[0052] De preferência, 0 dito método inclui a estabilização da temperatura da dita amostra de licor dentro de uma pequena variedade, de aproximadamente 2°C.

[0053] De preferência, 0 dito método inclui a estabilização da temperatura da dita amostra de licor dentro de uma pequena variedade, de aproximadamente 1°C.

[0054] De preferência, o dito método inclui a estabilização da temperatura da dita amostra de licor dentro de uma pequena variedade, de aproximadamente 0,5°C.

[0055] O instrumento analisador do licor proveniente do Processo Bayer, de acordo com a presente invenção, utiliza quatro relações únicas que existem entre cada um dos componentes do licor proveniente do Processo Bayer: concentrações e a densidade da solução, a velocidade do som característica, a condutividade e a condutividade máxima durante a diluição isotérmica. Com estas quatro relações, as concentrações individuais dos quatro componentes do licor proveniente do Processo Bayer podem ser determinadas, sendo que os quatro componentes são: soda caústica total, alcalinidade total, alumina total e impurezas.

[0056] Há dois métodos de análise possíveis que podem ser executados de acordo com a presente invenção. Ambos métodos de análise envolvem a medição de condutividade, da densidade (e/ou índice refrativo) e da velocidade do som, sendo que, além disso, o segundo método também inclui a medição de condutividade, da densidade (ou índice refrativo) e da velocidade do som, durante a diluição isotérmica.

[0057] A medição de condutividade, da densidade (e/ou índice refrativo) e da velocidade do som pode ser aplicada como um sistema on-line contínuo que não requer uma amostragem ou um processamento físico. Isso constitui uma vantagem pelo fato de tornar a execução das medições relativamente simples e também por fornecer mais precisão do que os métodos on-line contínuos existentes.

[0058] A medição destes parâmetros durante a diluição isotérmica exige um processamento físico e também pode requerer uma amos- tragem ou um fluxo alternativo.

[0059] A inclusão da medição do índice refrativo com a medição de densidade geralmente oferece pouco benefício adicional, exceto pelo fato de ajudar a diagnosticar e confirmar os resultados. Entretanto, é teoricamente possível aplicar estes métodos às soluções contendo alguns sólidos e utilizar as medições da densidade e do índice refrativo para a determinação do índice de sólidos e também corrigir as outras medições para os efeitos dos sólidos. As medições do índice refrativo podem ser feitas de tal maneira que não sejam influenciadas pela presença dos sólidos suspensos.

[0060] O método da presente invenção engloba parâmetros suficientes para dar origem a um número apropriado de equações, para solucionar, matematicamente, os dados desconhecidos.

[0061] A presente invenção oferece um instrumento e um método que são capazes de fornecer as concentrações de alumina, soda caústica total e álcali total de um fluxo proveniente de uma instalação destinada ao Processo Bayer, de forma on-line e contínua, sem a necessidade de realizar uma análise laboratorial para a atualização das fórmulas de cálculo. Os sensores medem a temperatura do licor, a densidade, a condutividade, a passagem da velocidade do som através do licor e, adicionalmente, a condutividade do licor variavelmente diluído, bem como alimentam os sinais de saída para um computador ou para um dispositivo de cálculo similar, que são utilizados para solucionar um conjunto de equações e enviar os parâmetros do componente do licor.

Breve Descrição dos Desenhos

[0062] Uma modalidade preferida da presente invenção será agora descrita em referência à representação esquemática em anexo, a qual é um diagrama do instrumento analisador de licor proveniente do processo Bayer, de acordo com a presente invenção.

Melhor(es) Forma(s) de Execução da Invenção

[0063] O método e o instrumento analisador do licor desta modalidade da presente invenção foram desenvolvidos para serem utilizados na análise de campo e on-line, a qual é realizada em tempo real ou quase em tempo real, de licores provenientes do Processo Bayer, para a determinação das concentrações de alumina total, soda caústica total e álcali total no licor.

[0064] Esta modalidade da presente invenção dispensa a necessidade de realizar a análise em um laboratório (além de qualquer análise de calibração). Adicionalmente, a concentração total das impurezas também pode ser determinada.

[0065] O instrumento analisador da presente invenção oferece as concentrações de alumina, soda caústica total e álcali total, com base na determinação precisa da temperatura do licor, da densidade do licor, da velocidade do som, da condutividade e da condutividade máxima do licor sob diluição isotérmica. A automatização do instrumento analisador é obtida por meio do uso de um controlador lógico programável.

[0066] O instrumento analisador da presente invenção compreende um recipiente (11), que contém recursos utilizados para a medição de densidade, do recipiente (13), que contém recursos utilizados para a medição da velocidade do som e do recipiente (15), que contém recursos utilizados para a medição de condutividade. Os recipientes (11), (13) e (15) são fluidicamente conectados, em série, com o recipiente (15) que drena para um reservatório (17). Uma bomba de circulação (19) é incluída para a recirculação do fluido do reservatório (17) para os recipientes (11), (13) e (15), na forma de um circuito fechado, quando todas as válvulas estão fechadas, conforme descrição posterior. Os recipientes (11), (13) e (15) e o reservatório (17) ficam contidos dentro de uma camisa de água (21), que é mantida a uma temperatura constante apropriada. A temperatura pode ser qualquer temperatura apropriada, como, por exemplo, uma temperatura próxima da temperatura da amostra. No caso de licores provenientes do Processo Bayer, a temperatura da água pode ser mantida entre aproximadamente 50°C e 60°C. O controle da temperatura da camisa de água (21) é realizado através de um controlador eletrônico de temperatura e de um aquecedor elétrico.

[0067] O instrumento analisador da presente invenção possui um ponto de entrada de amostras (23), um ponto de entrada de água (25) e um dreno (27). Um escoadouro (29) do reservatório (17) é conectado ao dreno, para o descarregamento do fluido durante a análise da diluição do fluido. Os fluxos da amostra são controlados por meio da operação automática das válvulas de esfera motorizadas (MV1), (MV2), (MV3) e (MV4). O controle de fluxo da água é controlado através de válvulas solenoides (SV1), (SV2), (SV3) e (SV4). O sistema terá a capacidade de lavagem cáustica, se uma fonte externa de lavagem apropriada estiver disponível. Os métodos alternativos de limpeza/desincrustação podem ser utilizados, quando desejados.

[0068] Conforme descrição posterior mais detalhada, sob o controle dos recursos de processamento na forma de um controlador lógico programável, o instrumento remove automaticamente uma amostra de licor proveniente do fluxo do processo e passa a amostra para os recipientes (11), (13) e (15) e para o reservatório (17). Deve-se observar que, em modalidades alternativas da presente invenção, os recursos de processamento podem ser um microprocessador ou pode ser incorporado em programas informáticos executados em um computador independente ou em um computador interligado em rede.

[0069] O controlador lógico programável armazena o valor de cada uma das quatro variáveis medidas de temperatura, densidade, velocidade do som e condutividade, assim que a estabilidade da temperatura da amostra de aproximadamente 2°C for atingida. A condutividade máxima sob diluição isotérmica é determinada imediatamente depois disso. Os algoritmos para a determinação das concentrações de alumina, soda caústica total, álcali total e impurezas são executados no controlador.

[0070] A operação on-line do instrumento analisador de licor será agora descrita. O controlador lógico programável é programado para fazer a amostragem do fluxo do licor proveniente do Processo Bayer em intervalos predeterminados. Os tempos de intervalo são ajustáveis pelo controlador principal.

[0071] O controlador lógico programável é programado para operar o instrumento analisador seguindo operações sequenciais. Assim que o controlador lógico programável atinge o término de um intervalo, ou seja, no momento em que uma amostra é requerida, as válvulas motorizadas (MV1) e (MV2) são abertas para drenarem a água de lavagem das camisas de amostra. Esta água é a água que estava presente nas camisas de amostra desde a última operação.

[0072] Inicia-se o enchimento dos recipientes com o licor daamostra, com a válvula motorizada (MV2) fechada e a válvula motorizada (MV4) aberta, para permitir que o licor da amostra flua e encha as camisas de amostra. As válvulas motorizadas (MV1) e (MV4) são então fechadas. A bomba de circulação (19) é ligada e circula a amostra através dos recipientes (11), (13) e (15) e do reservatório (17), procurando qualquer água remanescente na amostra. A bomba de circulação (19) é desligada, as válvulas motorizadas (MV1) e (MV2) são abertas, para permitir que a amostra nos recipientes (11), (13) e (15) e no reservatório (17) seja drenada.

[0073] Esta sequência de enchimento, circulação e drenagem é repetida para a remoção de qualquer água remanescente da etapa de lavagem, pois, caso contrário, a amostra seria diluída por tal água remanescente.

[0074] A medição de uma amostra do licor proveniente do Processo Bayer começa com a válvula motorizada (MV2) fechada e a válvula motorizada (MV4) aberta, para permitir que uma amostra do licor proveniente do Processo Bayer flua e encha os recipientes (11), (13) e (15) e o reservatório (i7).

[0075] As válvulas motorizadas (MV1) e (MV4) são então fechadas. A bomba de circulação (19) é ligada e circula a amostra através dos recipientes (11), (13) e (15) e do reservatório (17). As válvulas (MV3), (MV4) e (SV3) são abertas durante alguns segundos para a remoção das amostras do ponto de entrada (23) e para o enchimento do ponto de entrada (23) com água. A amostra é colocada para refrigerar até que a temperatura esteja a aproximadamente 2°C da temperatura constante selecionada e a taxa de mudança de temperatura seja inferior a 0,2°C por minuto. Neste momento, o controlador grava as medições de temperatura, condutividade, velocidade do som e densidade.

[0076] A água é então adicionada lentamente à amostra, por meio da operação intermitente das válvulas solenoides (SV1), (SV2) e (SV3), para a determinação da condutividade do licor durante a diluição e a condutividade máxima do licor diluído. À medida que a amostra é diluída, a condutividade aumenta até que atinja o máximo e comece então a declinar. Esta medida de pico é gravada pelo controlador e utilizada nos algoritmos com os outros dados para a determinação da concentração de alumina, soda caústica total, álcali total e impurezas no licor da amostra.

[0077] De forma mais frequente, a regressão linear é utilizada para o desenvolvimento das equações necessárias para o cálculo dos componentes do licor. As medições de densidade, condutividade, velocidade do som e temperatura são feitas em uma série de fluidos da composição variante, para a obtenção de regressões válidas. As regressões oferecem um conjunto de equações da seguinte fórmula: TC = Al + A2P + A3K +A4Vs+AsKmax TA = Bi + B2P + B3K +B4VS+B5Kmax Al = Ci + C2P + C3K +C4VS+C5K max Imp = Hl + H2P + H3K +H4Vs+HsKmax Sendo que: TC = Soda caústica total TA = álcali total Al = alumina p = densidade K = condutividade Vs = velocidade do som Kmax = condutividade máxima durante a diluição isotérmica Imp = impurezas A x, B x, C x e H x são constantes.

[0078] A correção da temperatura pode ser aplicada às medições individuais na fórmula: pcorrigido = pmedido [1 + (Veferência - fedido)]

[0079] Alternativamente, os modelos que descrevem a densidade, a condutividade, etc, podem ser desenvolvidos com base no trabalho de teste (ou podem ser utilizados modelos conhecidos) e ajustados ao licor de interesse, produzindo um conjunto de equações, sendo que: p = fn (TC, TA, Al, imp, t) k = fn (TC, TA, Al, imp, t) Vs = fn (TC, TA, Al, imp, t) Kmax = fn (TC, TA, Al, imp, t) Sendo que : t = temperatura

[0080] Os modelos comercialmente disponíveis podem ser utilizados ou modelos empíricos podem ser desenvolvidos com base no trabalho de teste. Quando a escala de variabilidade for pequena, pode ser utilizado um modelo empírico linear simples da seguinte fórmula: p = Di + D2TC + D3TA + D4AI + Dslmp k = Ei + E2TC + E3TA + E4AI + Esimp Vs = Fi + F2TC + F3TA + F4AI + Fsimp Kmax = Gi + G2TC + G3TA + G4AI + Gslmp Sendo que: Dx, Ex, Fx e Gx são constantes.

[0081] Na maioria dos casos, a última equação é reduzida a Kmax = Ji + J2. AI/TC, sendo que onde Jx é constante.

[0082] A correção da temperatura pode ser aplicada às medições ou pode ser incluída nas equações.

[0083] Antes da lavagem, a bomba de circulação (19) é desligada. A lavagem do instrumento analisador do licor começa então com as válvulas motorizadas (MV1) e (MV2) sendo abertas e a amostra nos recipientes (11), (13) e (15) e no reservatório (17) é drenada. A válvula motorizada (MV2) é fechada enquanto a válvula motorizada (MV3) e a válvula solenoide (SV3) são abertas, para permitir que a água de lavagem encha os recipientes (11), (13) e (15) e 0 reservatório (17). A válvula motorizada (MV1) é então fechada, a válvula solenoide (SV3) é fechada e a bomba de circulação (19) é ligada para a obtenção de turbulência à água de lavagem e, para a lavagem das sondas, dos recipientes (11), (13) e (15) e do reservatório (17). A lavagem dos recipientes (11), (13) e (15) e do reservatório (17) continua por um período de 2 minutos (na prática, durante qualquer período de tempo que seja suficiente para limpar), a bomba de circulação (19) é desligada e as válvulas motorizadas (MV1) e (MV2) são abertas, para permitir que os recipientes (11), (13) e (15) sejam drenados.

[0084] O procedimento de drenagem e lavagem acima descrito é repetido o suficiente para lavar, adequadamente, o equipamento, e, em seguida, os recipientes (11), (13) e (15) e o reservatório (17) são cheios com água e as válvulas motorizadas (MV1), (MV3) e (MV2) são fechadas.

[0085] Além disso, o controlador lógico programável, em intervalos selecionáveis pelo operador, como, por exemplo, intervalos de 20 minutos, abre as válvulas motorizadas (MV3), (MV4) e a válvula solenoide (SV3) durante um curto período de tempo, para a lavagem do ponto de tomada da amostra.

[0086] Apesar de o controlador lógico programável operar, por meio da resolução das equações simultâneas, para derivar as concentrações de alumina, soda caústica total, álcali total e impurezas totais, em uma modalidade alternativa da presente invenção, pode-se utilizar uma tabela de referências estabelecida com base nos dados medidos das amostras da composição conhecida. Geralmente, o procedimento envolverá o desenvolvimento de modelos de propriedade fisico- química. Normalmente, é melhor desenvolver os modelos de propriedade fisico-química pelo trabalho laboratorial, por meio do uso de instrumentos laboratoriais de precisão. Entretanto, em alguns casos, isso pode ser feito em campo, com os instrumentos de campo. Em cada caso, é necessário obter medições suficientes de uma variedade de composições do licor, para descrever, adequadamente, em termos matemáticos, as relações entre os valores dos componentes e as propriedades fisico-químicas medidas. Isto é feito de forma muito mais fácil em um laboratório, onde o projeto experimental pode ser aplicado e os licores podem ser modificados para atender ao projeto. No campo, geralmente, é necessário esperar até que a variabilidade suficiente ocorra no licor de interesse. O modelo pode ser empírico ou teórico, desde que descreva adequadamente o processo durante toda a escala operacional normal. Em alguns casos, os modelos de propriedade fisi- co-química já podem ser conhecidos e, neste caso, é necessário apenas testar, suficientemente, para verificar ou ajustar o modelo à aplicação desejada.

[0087] Deve-se considerar que o escopo da presente invenção não está limitado à modalidade específica apresentada no presente relatório. As medições podem ser feitas em uma série de recipientes para melhor se adaptar aos instrumentos específicos ou então as medições podem ser feitas em um único recipiente, contendo todos os instrumentos de medição.

[0088] Os métodos que não envolvem diluição podem ser aplicados às condições de fluxo total ou fluxos laterais simples, mas também podem ser executados por meio de sistemas de amostragem.

[0089] Os métodos que envolvem diluição (conforme descrição da modalidade) geralmente irão requerer um sistema de amostragem e algum processamento da amostra para manter uma temperatura constante ou uma temperatura relativamente constante. Isto pode ser executado por meio de qualquer método convencional de controle de temperatura, tal como um trocador de calor, dispositivos de detecção de calor ou camisa de água. É bastante provável que os métodos que envolvam diluição requeiram uma bomba de circulação para manter o fluido passando através das células, bem como para garantir que uma solução homogênea seja obtida durante a diluição. Um agitador simples pode ser utilizado se uma única célula for utilizada.

[0090] A diluição pode ser obtida por meio do uso uma série de recursos diferentes, como, por exemplo, uma bomba de diluição, uma válvula solenoide ou outras válvulas. Pode ser que não seja necessário incluir uma bomba nos métodos que não envolvam diluição.

[0091] Os métodos de diluição podem envolver a adição de água aquecida para a determinação da condutividade durante a diluição e da condutividade máxima durante a diluição. Esta técnica pode ser aplicada quando se analisa o licor cáustico, ou seja, quando a incrustação não é uma preocupação muito grande.

[0092] Apesar de a modalidade da presente invenção ter sido descrita em relação aos licores provenientes do Processo Bayer, a presente invenção pode ser empregada na análise de fluidos multicomponentes, em outras indústrias onde medições específicas sejam apropriadas. A presente invenção contempla, principalmente, a análise de licores da indústria de papel e celulose.

Claims

1. Instrumento analisador de licor proveniente do processo Bayer, que compreende: - meio para a medição de condutividade; - meio para a medição da velocidade do som, - meio para a medição de densidade; caracterizado pelo fato de que o instrumento analisador possui um ponto de entrada de amostras (23), para a recepção da amostra do licor, e um ponto de entrada de água (25), que é fluidica- mente conectada, de forma seletiva, com o meio para a medição de condutividade, da velocidade do som e da densidade do licor; e - o meio para a medição de condutividade, o meio para a medição da velocidade do som e o meio para a medição de densidade do licor estão contidos dentro dos recipientes (11, 13, 15); - o instrumento analisador pode ser operado para a recepção de uma amostra do licor proveniente do ponto de entrada de amostras (23) e entregar a amostra de licor para um ou mais recipientes, para a obtenção da medição de condutividade, da velocidade do som e da densidade do licor, respectivamente, da amostra; - o instrumento analisador pode ser operado para a drenagem da amostra de licor, para a lavagem dos recipientes (11, 13, 15) com a água proveniente do ponto de entrada de água (25) e para a drenagem da água dos recipientes (11, 13, 15), antes que outra amostra de licor do processo seja recebida; - e incluindo um instrumento processador para determinar a concentração de alumina, de soda cáustica total ou de álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais) das medições obtidas da condutividade, velocidade do som e densidade; em que o analisador é operável para receber água de forma controlada da entrada de água (25) para diluir a amostra de licor do processo dentro dos recipientes (11, 13, 15), para permitir que o meio meça a condutividade para medir a condutividade à medida que a amostra é diluída; e em que é provido um reservatório (17) que inclui um escoadouro (29) para a drenagem do excesso de fluido, à medida que a dita amostra de licor de processo é diluída.

2. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um meio de processamento é disposto de tal maneira que a concentração de alumina, soda cáustica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais) seja determinada por meio do uso das equações simultâneas desenvolvidas pela regressão das medições feitas de condutividade, velocidade do som e densidade.

3. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um meio de processamento é disposto de tal maneira que a concentração de alumina, soda cáustica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais) seja determinada por meio da comparação das medições de condutividade, de velocidade do som e de densidade com as medições de condutividade, de velocidade do som e de densidade das amostras de referência, que são utilizadas como controles, sendo que tais medições são incorporadas em uma tabela de referências, na memória de armazenamento, ou em um outro dispositivo de armazenamento de dados.

4. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de o instrumento analisador poder ser operado para receber, de forma controlada, a água proveniente do ponto de entrada de água (25), para a diluição da amostra de licor dentro dos recipientes (11, 13, 15), para permitir que o meio que mede a condutividade faça a medição de condutivi- dade à medida que a dita amostra é diluída, para medir a condutividade máxima do licor diluído.

5. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que é adaptado para a análise de um licor proveniente do Processo Bayer, incluindo meio de processamento para a determinação da concentração de alumina, soda cáustica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais), com base nas medições feitas de condutividade, velocidade do som e densidade, bem como da condutividade durante a diluição.

6. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o meio de processamento é disposto de tal maneira que a concentração de alumina, soda cáustica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais) seja determinada por meio do uso das equações simultâneas desenvolvidas por meio de regressão, com base nas medições feitas de condutividade, velocidade do som e densidade, bem como da condutividade durante a diluição.

7. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o meio de processamento é dispostos de tal maneira que a concentração de alumina, soda cáustica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais) seja determinada por meio da comparação das medições de condutividade, velocidade do som e densidade, bem como da condutividade durante a diluição, com as medições de condutividade, velocidade do som e densidade, bem como da condutividade durante a diluição, das amostras de referência, que são utilizadas como controles, sendo que tais medições são incorporadas em uma tabela de referências, na memória de armazenamento, ou em um outro dispositivo de armazenamento de dados.

8. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de um parâmetro selecionado entre a velocidade do som e a densidade, ou ambos parâmetro, ser/serem medidos à medida que a dita amostra de licor é diluída, sendo que o(s) dito(s) parâmetro(s) é/são decomposto(s) em fatores, na determinação da concentração de alumina, soda cáustica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais).

9. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o dito instrumento analisador poder ser operado para executar a lavagem da entrada de amostras (23) com a água proveniente do dito ponto de entrada de água (25) e drenar a água da entrada de amostras (23), antes que outra amostra do licor proveniente do Processo Bayer seja recebida.

10. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o instrumento analisador poder ser operado para executar a lavagem dos recipientes (11, 13, 15) com o licor proveniente do ponto de entrada e drenar um ou mais recipientes (11, 13, 15), antes de receber uma amostra de licor, para medição.

11. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o meio para a medição de condutividade, o meio para a medição da velocidade do som e o meio para a medição de densidade ficarem contidos dentro dos recipientes (11, 13, 15) separados, fluidicamente conectados em série.

12. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o meio para a medição de condutividade, o meio para a medição da ve- locidade do som e o meio para a medição de densidade estarem conectados em um circuito, com um reservatório (17) e uma bomba para recircular a dita amostra do licor deo processo, à medida que as medições são feitas.

13. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o meio para a medição de densidade serem selecionados de um grupo que consistem em um dispositivo medidor de densidade e um refratômetro.

14. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o dispositivo medidor de densidade ser selecionado de um grupo de instrumentos que operam de acordo com o princípio de Coriolis, ou de acordo com o princípio de ciclo de vibração, ou de acordo com o princípio de tempo de vibração.

15. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que é adaptado para a análise de um licor proveniente do Processo Bayer, em que o refratômetro mede a reflexão interna total no licor proveniente do Processo Bayer.

16. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que é adaptado para a análise de um licor proveniente do Processo Bayer, em que o meio para a medição de condutividade utiliza o método de medição de condutividade, por meio do uso de um sensor toroidal de condutividade.

17. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, caracterizado pelo fato de o instrumento analisador inclui meio para a medição da temperatura associada ao circuito.

18. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de as medições do meio para a medição de temperatura serem decompostas em fatores, na determinação da concentração de alumina, soda cáustica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais).

19. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de o meio para a medição da temperatura ser associado aos recipientes (11, 13, 15).

20. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de o meio para a medição da temperatura fica contido dentro de um recipiente, juntamente com o meio para a medição de condutividade.

21. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de o meio para a medição da temperatura fica contidos dentro de todos os três recipientes (11, 13, 15).

22. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 21, caracterizado pelo fato de pelo menos uma parte do circuito estar associada a um meio para a execução do controle da estabilidade da temperatura da dita amostra do licor do processo.

23. Instrumento analisador de licor proveniente de processo, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de o meio para a execução do controle da estabilidade da temperatura compreender camisa(s) de água em torno do(s) recipiente(s).

24. Método, para ser implementado no instrumento analisador definido na reivindicação 1, para a execução de uma análise de campo e on-line de um licor proveniente do processo Bayer, de um fluxo de processo, caracterizado pelo fato de incluir etapas de exe- cução de medições de condutividade, velocidade do som e densidade, respectivamente, de uma amostra extraída do fluxo de processo, e, com base nas medições, determinar a concentração de alumina, soda cáustica total e álcali total e, opcionalmente, impurezas totais, que inclui a tomada de medições de condutividade durante a diluição da amostra.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de as medições de densidade, condutividade, velocidade do som e, opcionalmente, temperatura, serem feitas em uma série de fluidos da composição variante, e com base em ditas medições, a regressão é utilizada para o desenvolvimento de equações simultâneas, para o cálculo dos componentes do licor da concentração de alumina, soda cáustica total e álcali total (e, opcionalmente, de impurezas totais).

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de a medição de temperatura ser feita e utilizada para aplicar a correção da temperatura às medições de densidade, condutividade e velocidade do som.

27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 26, caracterizado pelo fato de incluir a execução da medição de condutividade máxima, durante a diluição da amostra de licor.

28. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 27, caracterizado pelo fato de a temperatura do licor, sob a qual as medições são feitas, ser mantida dentro de uma faixa predeterminada.

29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 28, caracterizado pelo fato de incluir a estabilização da temperatura da amostra de licor dentro de uma faixa estreita de cerca de 2°C.

30. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 24 a 28, caracterizado pelo fato de incluir a estabilização da temperatura da amostra de licor dentro de uma faixa estreita de cerca de 1°C.

31. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 28, caracterizado pelo fato de incluir a estabilização da temperatura da amostra de licor dentro de uma faixa estreita de cerca de 0,5°C.