УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭМУЛЬГИРОВАНИЯ И УПРАВЛЯЕМОГО ДОБАВЛЕНИЯ ФЛОТАЦИОННОГО РЕАГЕНТА Российский патент 2019 года по МПК B03D1/14 B03B13/00 

I Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента, в частности, к устройству для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента, которое применяется для обогащения угля.

II Уровень техники

Флотация представляет собой отделение полезных ископаемых от пустой породы с применением реагента, основанное на различии поверхностных свойств минералов. Факторы, влияющие на процесс флотации, главным образом включают количество пульпы, плотность пульпы, размерный состав, реагентный режим и так далее. Из-за большого количества влияющих факторов процессом флотации трудно управлять. В связи с быстрым развитием в последние годы методов обнаружения, управления, а также исполнительных устройств были усовершенствованы и разработаны методы автоматического управления флотацией.

В установках для обогащения угля обычно используют метод флотации для отделения угольного шлама крупностью 0,5-0 мм. В установках для обогащения коксующегося угля и установках для обогащения антрацита угольный шлам составляет 20%~30% от общего количества необработанного угля, подлежащего обогащению. В процессе флотации показателями продукта управляют путем регулирования реагентного режима исключительно на основе производственного опыта работников без каких-либо теоретических рекомендаций и критериев. Ручная регулировка не является точной и своевременной и оказывает непосредственное влияние на экономическую эффективность установок для обогащения угля. Для преодоления неточности добавления реагента вручную и запаздывания управления показателями флотации китайские и зарубежные исследователи выполнили работы, связанные с оптимизацией процесса флотации, с целью усовершенствования автоматизации процесса флотации. С учетом сложности управления процессом флотации многие исследователи изучили различные аспекты управления процессом флотации.

Ручное добавление реагента: реагент добавляют в местах добавления реагента вручную в зависимости от качества продукта, дозировкой управляют путем изменения степени открытия клапана. Основная проблема, связанная с ручным добавлением реагента, заключается во влиянии человеческого фактора.

Количественное добавление реагента: реагент добавляют непосредственно в местах добавления реагента дозирующим насосом. Указанный способ позволяет эффективно учитывать расход вещества и обеспечивать точное добавление в местах добавления, однако недостаток заключается в том, что количество добавленного реагента не изменяется в зависимости от потока пульпы и изменений концентрации, таким образом, происходит излишний расход реагента.

Количественное добавление эмульгированного реагента: эмульгируют определенное количество реагента, а затем непосредственно добавляют в местах добавления. Количество реагента в местах добавления зависит от ручного управления. Указанный способ позволяет точно управлять общим количеством добавленного реагента, а также экономить реагент в результате эмульгирования. Однако количество добавленного реагента не изменяется в зависимости от потока и концентрации пульпы, в результате происходит излишний расход реагента; добавление в местах добавления зависит от ручного управления и является неточным.

За последние несколько лет в Китае были достигнуты большие успехи, связанные с добавлением и управлением флотационным реагентом. Однако добавление и управление флотационным реагентом главным образом основано на количественном добавлении и добавлении эмульсии, при этом количество добавленного реагента не зависит от количества подаваемого материала, и точное добавление в местах добавления не обеспечивается.

III Раскрытие сущности изобретения

Для преодоления указанных выше недостатков настоящее изобретение обеспечивает устройство для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента, которое имеет простую конструкцию и обладает такими функциями, как управление пенным слоем, дозирование реагента, эмульгирование и приготовление реагента, точное добавление в местах добавления, а также поддерживает автоматическое или дистанционное управление добавлением реагента в различных местах добавления.

Для решения указанной выше технической задачи устройство для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента в соответствии с настоящим изобретением представляет собой систему определения скорости потока и концентрации флотационного сырья, которая включает расходомер и плотномер, установленные на подводящем трубопроводе флотационной машины, при этом подводящий трубопровод флотационной машины соединен с системой управления с использованием линий связи, а система управления соединена с системой дозирования, эмульгирования и многоточечного добавления реагента и системой контроля пенного продукта при флотации соответственно.

Система управления содержит шкаф управления с программируемым логическим контроллером (ПЛК) и компьютер верхнего уровня, соединенные друг с другом.

Система дозирования, эмульгирования и многоточечного добавления реагента содержит емкость для реагента, дозирующий насос, насос для эмульгирования, дозирующий насос для добавления реагента и буферный резервуар для реагента, причем емкость для реагента содержит резервуар для реагента-собирателя и резервуар для вспенивающего реагента, резервуар для реагента-собирателя и резервуар для вспенивающего реагента имеют отверстие для добавления реагента в их верхней части, соответственно, и сливные трубки на их боковых поверхностях, соответственно, при этом на каждой из сливных трубок установлен клапан, множество выпускных трубопроводов резервуара для реагента-собирателя и резервуара для вспенивающего реагента соединены, а затем подсоединены к входному концу насоса для эмульгирования, запорный клапан установлен на магистральном трубопроводе, в котором соединены множество выпускных трубопроводов, на каждом выпускном трубопроводе резервуара для реагента-собирателя и резервуара для вспенивающего реагента установлен дозирующий насос, на выпускных трубопроводах по обеим сторонам дозирующего насоса установлены клапаны, с входным концом насоса для эмульгирования соединен трубопровод для чистой воды, в трубопроводе для чистой воды установлены соответственно расходомер чистой воды и электрический клапан, входной конец насоса для эмульгирования соединен с буферным резервуаром для реагента с использованием трубопроводов, в буферном резервуаре для реагента расположены соответственно отверстие для добавления реагента и сливная трубка с клапаном, выходной конец буферного резервуара для реагента соединен со множеством мест добавления реагента с использованием трубопроводов, на трубопроводе, имеющем множество мест добавления реагента, установлен дозирующий насос для добавления реагента; причем в зависимости от количества сухого угольного шлама, измеренного системой определения скорости потока и концентрации флотационного сырья, в компьютер верхнего уровня вводят количество добавленного реагента на тонну необработанного угля и долю реагента, при этом компьютер верхнего уровня выполнен с возможностью передачи результата вычисления в шкаф управления с ПЛК, а шкаф управления с ПЛК выполнен с возможностью управления подключенными дозирующими насосами для управления количеством добавляемого реагента.

Система контроля пенного продукта при флотации представляет собой камеру для контроля, установленную на флотационном устройстве и соединенную с компьютером верхнего уровня. Сливные трубки резервуара для реагента-собирателя, резервуара для вспенивающего реагента и буферного резервуара для реагента соединены друг с другом для слива. Во время процесса флотации установлено от одного до трех мест добавления реагента, причем доли добавления реагента в местах добавления реагента введены в компьютер верхнего уровня, а компьютер верхнего уровня выполнен с возможностью управления дозирующими насосами для добавления реагента для добавления приготовленного реагента в места добавления реагента. Камера для контроля, расположенная на флотационном устройстве, выполнена с возможностью контроля состояния пенного продукта во флотационном устройстве в режиме реального времени, причем режим добавления реагента регулируется в соответствии с состоянием пены и показателями продукта для управления качеством продукта. На входном конце и выходном конце из каждого дозирующего насоса и дозирующих насосов для добавления реагента установлены предохранительный клапан и шаровой клапан соответственно, причем на входном конце каждого из дозирующего насоса и дозирующих насосов для добавления реагента установлен фильтр, а дозирующий насос и дозирующий насос для добавления реагента последовательно соединены с буферным устройством и манометром через клапан соответственно.

Преимущества: количеством добавленного реагента управляют с использованием расходомера, плотномера и компьютера верхнего уровня для того, чтобы избежать произвольного и неточного ручного добавления реагента, так что реагент может быть добавлен точно и автоматически, а излишний расход реагента может быть эффективно сокращен; камеру для контроля используют для отображения качества продукта при флотации в режиме реального времени, суммирования нарастающим итогом общего количества сырья для флотации и суммирования нарастающим итогом общего количества обогащенного угля, а также регулирования количества добавленного реагента в соответствии с качеством продукта; качество продукта при флотации отображается в режиме реального времени и может быть отрегулировано в любое время; флотационная машина не требует ручного добавления реагента и может работать без наблюдения; таким образом, потребность в рабочей силе и стоимость флотации снижаются.

IV Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показано определение показателей флотационного сырья;

На Фиг. 2 показаны дозировка реагента, эмульгирование и многоточечное добавление;

На Фиг. 3 показана схема управления параметрами процесса флотации.

Обозначения на фигурах: 1 - расходомер; 2 - плотномер; 3 - насос для эмульгирования; 4 - дозирующий насос; 5 - дозирующий насос для добавления реагента; 6 - резервуар для реагента-собирателя; 7 - резервуар для вспенивающего реагента; 8 - буферный резервуар для реагента; 9 - расходомер чистой воды; 10 - электрический клапан; 11 - компьютер верхнего уровня; 12 - шкаф управления с ПЛК; 13 - система определения; 14 - система управления; 15 - система добавления реагента; 16 - флотационная машина; 17 - камера для контроля.

V Осуществление изобретения

Далее варианты реализации настоящего изобретения описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Устройство для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента, предложенное в настоящем изобретении, содержит систему 13 определения скорости потока и концентрации флотационного сырья. Как показано на Фиг. 1, система 13 определения скорости потока и концентрации флотационного сырья содержит расходомер 1 и плотномер 2, установленные на подводящем трубопроводе флотационной машины. Расход Q (м³/ч) и плотность ρ (кг/м) сырьевого материала определяют путем измерения флотационного сырья, а количество сухого угольного шлама b=Q⋅ρ/1000 (единица: t) во флотационном сырье может быть получено из измеренных данных; подводящий трубопровод флотационной машины соединен с системой 14 управления линиями связи, система 14 управления соединена с системой 15 дозирования, эмульгирования и многоточечного добавления, а также с системой контроля пенного продукта при флотации.

Как показано на Фиг. 2 и 3, система дозирования, эмульгирования и многоточечного добавления реагента включает емкость для реагента, дозирующий насос 4, насос 3 для эмульгирования, дозирующий насос 5 для добавления реагента и буферный резервуар 8 для реагента, при этом емкость для реагента содержит резервуар 6 для реагента-собирателя и резервуар 7 для вспенивающего реагента, резервуар 6 для реагента-собирателя и резервуар 7 для вспенивающего реагента имеют отверстие для добавления реагента в верхней части резервуаров соответственно и имеют множество сливных трубок на боковых поверхностях соответственно, шаровой клапан и расходомер установлены на каждой из сливных трубок, сливные трубки резервуара 6 для реагента-собирателя, резервуара 7 для вспенивающего реагента и буферного резервуара 8 для агента соединены друг с другом для слива, сливные трубки резервуара 6 для агента-собирателя и резервуара 7 для вспенивающего агента соединены с входным концом насоса 3 для эмульгирования, множество дозирующих насосов 4, дублирующих друг друга, установлены на выпускных трубопроводах резервуара 6 для агента-собирателя и резервуара 7 для вспенивающего агента соответственно, дозирующий насос 4 подает реагент-собиратель и вспенивающий реагент в насос 3 для эмульгирования соответственно, трубопровод для чистой воды соединен с входным концом насоса 3 для эмульгирования, расходомер 9 чистой воды и электрический клапан 10 установлены соответственно в трубопроводе для чистой воды, выходной конец насоса 3 для эмульгирования соединен с буферным резервуаром 8 для реагента трубопроводами, отверстие для добавления реагента и сливная трубка с клапаном установлены соответственно в буферном резервуаре 8 для реагента, выходной конец буферного резервуара 8 для реагента соединен со множеством мест добавления реагента с помощью трубопроводов соответственно, дозирующий насос 5 для добавления реагента установлен на каждом трубопроводе, в котором предусмотрено множество мест добавления реагента, насос для эмульгирования подает эмульгированный реагент и воду в резервуар 8 для хранения реагента, и эмульгированный реагент добавляют в различных местах добавления с помощью дозирующего насоса 5.

Предохранительный клапан и шаровой клапан установлены на входном конце и выходном конце каждого дозирующего насоса 4 и дозирующего насоса 5 для добавления реагента соответственно, фильтр установлен на входном конце каждого дозирующего насоса 4 и дозирующего насоса 5 для добавления реагента, дозирующий насос 4 и дозирующий насос 5 для добавления реагента последовательно соединены с буферным устройством и манометром через клапан соответственно.

Концентрацией приготовленного эмульгированного реагента можно управлять таким образом, чтобы она имела заданное значение, с помощью дозирующего насоса 4 и электрического клапана 10. Во время процесса флотации устанавливают от одного до трех мест добавления реагента, в компьютер 11 верхнего уровня вводят доли добавления реагента в местах добавления реагента, компьютер 11 верхнего уровня управляет насосами 5 для дозирования реагента для добавления приготовленного реагента в местах добавления реагента; количество добавленного реагента на тонну необработанного угля и долю реагента вводят в компьютер 11 верхнего уровня в соответствии с количеством сухого угольного шлама, измеренного с помощью системы 13 определения скорости потока и концентрации флотационного сырья, компьютер 11 верхнего уровня передает результат вычисления в шкаф 12 управления с ПЛК, и шкаф 12 управления с ПЛК управляет подключенным дозирующим насосом 4 для управления количеством добавленного реагента.

Система контроля пенного продукта при флотации представляет собой камеру (17) для контроля, расположенную на флотационном устройстве 16, камера (17) для контроля подключена к компьютеру верхнего уровня и контролирует состояние пенного продукта во флотационном устройстве 16 в реальном времени, так что режим добавления реагента регулируют в соответствии с состоянием пены и показателями продукта для того, чтобы управлять качеством продукта.

Система управления содержит шкаф 12 управления с ПЛК и компьютер 11 верхнего уровня, соединенные друг с другом.

Как показано на Фиг. 3, количество сухого угольного шлама в сырьевом материале для флотации может быть использовано в качестве ориентира для общего количества добавленного реагента в процессе флотации; количеством добавленного реагента, долей добавленного реагента и количеством добавленного реагента в местах добавления реагента управляют в соответствии с качеством сухого угольного шлама в сырьевом материале для флотации. Для угольного шлама и определенного реагента при длительном производстве расход реагента составляет K (кг/т), а доля реагента n является постоянной величиной; количество воды, добавляемой в насос 3 для эмульгирования, составляет Q₁; количество добавленного реагента в местах добавления реагента может быть рассчитано путем ввода расхода реагента K, доли реагента n и соотношения реагента d₁:d₂:d₃ в местах добавления реагента в интерфейс управления. Процесс расчета заключается в следующем: если объем реагента-собирателя, добавленного в дозирующий насос 4, составляет V₁ (L), объем вспенивающего реагента составляет V₂ (L), V₁=w*V₂, то объемная концентрация эмульгированного реагента составляет Например, в случае трех мест добавления реагента соотношение реагента между местами добавления реагента составляет d₁:d₂:d₃; количество добавленного реагента, рассчитанное компьютером верхнего уровня, в месте добавления реагента составляет: в первом месте: во втором месте: в третьем месте: шкаф 12 управления с ПЛК управляет дозирующим насосом 5 для подачи соответствующего объема реагента в места добавления реагента. Условие должно выполняться посредством управления, то есть C₁ является заданным значением, a V₁+V₂+Q₁=V₃+V₄+V₅.

С помощью описанных выше способа управления и результатов определения параметров можно выполнить автоматическое определение параметров и управление, а система может быть включена в централизованную систему управления.

При изменении какого-либо свойства флотируемого угля система управления может быть переключена в ручной режим с возможностью выполнения операций в ручном режиме; количество добавленного реагента, долю реагента и количество добавленного реагента в местах добавления можно отслеживать для определения оптимального режима при автоматическом управлении реагентом.

Изобретение относится к устройству для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента, которое применяется для обогащения угля. Устройство для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента содержит систему определения скорости потока и концентрации флотационного сырья, которая включает расходомер и плотномер, установленные на подводящем трубопроводе флотационной машины, который соединен с системой управления с использованием линий связи. Система управления соединена с системой дозирования, эмульгирования и многоточечного добавления реагента и системой контроля пенного продукта при флотации. Система управления содержит шкаф управления с программируемым логическим контроллером (ПЛК) и компьютер верхнего уровня, соединенные друг с другом. Система дозирования, эмульгирования и многоточечного добавления реагента содержит емкость для реагента, дозирующий насос, насос для эмульгирования, дозирующий насос для добавления реагента и буферный резервуар для реагента. Емкость для реагента содержит резервуар для реагента-собирателя и резервуар для вспенивающего реагента. Резервуар для реагента-собирателя и резервуар для вспенивающего реагента имеют отверстие для добавления реагента в их верхней части и сливные трубки на их боковых поверхностях. На каждой из сливных трубок установлен клапан. Множество выпускных трубопроводов резервуара для реагента-собирателя и резервуара для вспенивающего реагента соединены и затем подсоединены к входному концу насоса для эмульгирования. Запорный клапан установлен на магистральном трубопроводе, в котором соединены множество выпускных трубопроводов. На каждом выпускном трубопроводе резервуара для реагента-собирателя и резервуара для вспенивающего реагента установлен дозирующий насос. На выпускных трубопроводах по обеим сторонам дозирующего насоса установлены клапаны. С входным концом насоса для эмульгирования соединен трубопровод для чистой воды. В трубопроводе для чистой воды установлены соответственно расходомер чистой воды и электрический клапан. Выходной конец насоса для эмульгирования соединен с буферным резервуаром для реагента трубопроводами. В буферном резервуаре для реагента расположены соответственно отверстие для добавления реагента и сливная трубка с клапаном. Выходной конец буферного резервуара для реагента соединен с множеством мест добавления реагента с использованием трубопроводов. На трубопроводе, имеющем множество мест добавления реагента, установлен дозирующий насос для добавления реагента. Компьютер верхнего уровня выполнен с возможностью передачи результата вычисления в шкаф управления с ПЛК. Шкаф управления с ПЛК выполнен с возможностью управления подключенными дозирующими насосами для управления количеством добавляемого реагента. Система контроля пенного продукта при флотации представляет собой камеру для контроля, установленную на флотационном устройстве и соединенную с компьютером верхнего уровня. Технический результат – сокращение излишнего расхода реагента, а также повышение точности добавления реагента. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента, содержащее систему (13) определения скорости потока и концентрации флотационного сырья, которая включает расходомер (1) и плотномер (2), установленные на подводящем трубопроводе флотационной машины, при этом подводящий трубопровод флотационной машины соединен с системой (14) управления с использованием линий связи, а система (14) управления соединена с системой (15) дозирования, эмульгирования и многоточечного добавления реагента и системой контроля пенного продукта при флотации; система управления содержит шкаф (12) управления с программируемым логическим контроллером (ПЛК) и компьютер (11) верхнего уровня, соединенные друг с другом;

причем система дозирования, эмульгирования и многоточечного добавления реагента содержит емкость для реагента, дозирующий насос (4), насос (3) для эмульгирования, дозирующий насос (5) для добавления реагента и буферный резервуар (8) для реагента, при этом емкость для реагента содержит резервуар (6) для реагента-собирателя и резервуар (7) для вспенивающего реагента, а резервуар для реагента-собирателя (6) и резервуар (7) для вспенивающего реагента имеют отверстие для добавления реагента в их верхней части соответственно и сливные трубки на их боковых поверхностях соответственно, при этом на каждой из сливных трубок установлен клапан, множество выпускных трубопроводов резервуара (6) для реагента-собирателя и резервуара (7) для вспенивающего реагента соединены и затем подсоединены к входному концу насоса (3) для эмульгирования, запорный клапан установлен на магистральном трубопроводе, в котором соединены множество выпускных трубопроводов, на каждом выпускном трубопроводе резервуара (6) для реагента-собирателя и резервуара (7) для вспенивающего реагента установлен дозирующий насос (4), на выпускных трубопроводах по обеим сторонам дозирующего насоса (4) установлены клапаны, с входным концом насоса (3) для эмульгирования соединен трубопровод для чистой воды, в трубопроводе для чистой воды установлены соответственно расходомер (9) чистой воды и электрический клапан (10), выходной конец насоса (3) для эмульгирования соединен с буферным резервуаром (8) для реагента трубопроводами, в буферном резервуаре (8) для реагента расположены соответственно отверстие для добавления реагента и сливная трубка с клапаном, выходной конец буферного резервуара (8) для реагента соединен с множеством мест добавления реагента с использованием трубопроводов, на трубопроводе, имеющем множество мест добавления реагента, установлен дозирующий насос (5) для добавления реагента; причем в соответствии с количеством сухого угольного шлама, измеренного системой (13) определения скорости потока и концентрации флотационного сырья, в компьютер (11) верхнего уровня вводят количество добавленного реагента на тонну необработанного угля и долю реагента, при этом компьютер (11) верхнего уровня выполнен с возможностью передачи результата вычисления в шкаф (12) управления с ПЛК, а шкаф (12) управления с ПЛК выполнен с возможностью управления подключенными дозирующими насосами (4) для управления количеством добавляемого реагента;

причем система контроля пенного продукта при флотации представляет собой камеру (17) для контроля, установленную на флотационном устройстве (16) и соединенную с компьютером верхнего уровня.

2. Устройство для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента по п. 1, в котором сливные трубки резервуара (6) для реагента-собирателя, резервуара (7) для вспенивающего реагента и буферного резервуара (8) для реагента соединены друг с другом для слива.

3. Устройство для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента по п. 1, в котором во время процесса флотации установлено от одного до трех мест добавления реагента, причем доли добавления реагента в местах добавления реагента введены в компьютер (11) верхнего уровня, а компьютер (11) верхнего уровня выполнен с возможностью управления дозирующими насосами (5) для добавления реагента для добавления приготовленного реагента в места добавления реагента.

4. Устройство для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента по п. 1, в котором камера (17) для контроля, расположенная на флотационном устройстве (16), выполнена с возможностью контроля состояния пенного продукта во флотационном устройстве (16) в режиме реального времени, причем режим добавления реагента регулируется в соответствии с состоянием пены и показателями продукта для управления качеством продукта.

5. Устройство для эмульгирования и управляемого добавления флотационного реагента по п. 1, в котором на входном конце и выходном конце каждого из дозирующего насоса (4) и дозирующих насосов (5) для добавления реагента соответственно установлены предохранительный клапан и шаровой клапан, причем на входном конце каждого из дозирующего насоса (4) и дозирующего насоса (5) для добавления реагента установлен фильтр, а дозирующий насос (4) и дозирующий насос (5) для добавления реагента последовательно соединены с буферным устройством и манометром через клапан соответственно.