Система автоматического дозирования флокулянтов в процесс сгущения продуктов обогащения Российский патент 2024 года по МПК B01D21/01 G05D7/00 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования подачи флокулянтов в сгустители и может быть использовано на предприятиях по переработке минерального сырья.

Известен принцип подачи флокулянта в сгуститель пропорционально количеству исходного питания (https://www.montorem.com/docunlents/Статья%20Журнал%20Уголь%20(4-2016).pdf). Для ряда условий, например, при относительной стабильности объема и качества перерабатываемого сырья, такая система может быть эффективной. Однако, в большинстве случаев, влияние колебаний неконтролируемых факторов, таких, как вязкость и рН среды, крупность частичек твердого и ряда других, существенно изменяют эффективность работы сгустителя, вследствие чего требуется ручная корректировка соотношений количества дозируемого реагента и объема продукта питания.

Известен принцип построения системы регулирования подачи флокулянта по удельному расходу твердого в питании с корректировкой по уровню постели (https://www.metso.com/ru/insight/blog/mining-and-metals/advanced-thickener-controi/).

Системы, работающие по такому принципу более совершенны, но и они не лишены недостатков. Основными из них являются технические трудности измерения уровня постели в сгустителе и большие погрешности измерения его вследствие размытости границы между уровнем постели и зоной осаждения материала.

Известно устройство для автоматического регулирования процесса реагентной очистки сточных вод (https://patentdb.ru/patent/l174382), наиболее близко соответствующее сущности предполагаемого изобретения (прототип).

Устройство содержит проточную прозрачную кювету, на сторонах которой расположены две диафрагмы, источник света и фотоприемник, установленные напротив отверстий диафрагм за стенками проточной прозрачной кюветы, блок обработки информации и выработки управляющих воздействий. Управление подачей флокулянта осуществляется на основе определения скорости осаждения частиц твердого, определяемой по промежутку времени между загрузкой пробы в кювету и появлением сигнала фотоприемника, срабатывающего в момент времени прохождения зоны его измерения границы раздела сред. Уменьшение или увеличение скорости осаждения относительно некоторого заданного значения является признаком избытка или недостатка флокулянта в процессе, на основании чего система осуществляет соответствующую корректировку подачи реагента.

Недостатком данного решения является высокая погрешность измерений, связанная с невозможностью точной настройки порога срабатывания фотоприемника из-за отсутствия четкой границы между осветленной зоной и зоной осаждения материала и отсутствия информации, необходимой для расчета величины коррекции управляющего воздействия на расход активатора осаждения.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в снижении расхода флокулянтов за счет повышения точности контроля скорости осаждения и улучшение качества регулирования.

Указанный технический результат достигается тем, что Система автоматического дозирования флокулянтов в процесс сгущения продуктов обогащения, включающая блок контроля скорости осаждения частиц твердого, содержащий измерительную кювету и блок обработки информации, блок управления и запорно-регулирующую арматуру для отбора проб, подачи материала в измерительную кювету, промывки измерительной кюветы и подачи флокулянта в процесс, согласно изобретению дополнительно содержит емкость для хранения и запорную арматуру для подачи очищающего раствора в измерительную кювету, датчик уровня материала в измерительной кювете, клапан сброса перелива из измерительной кюветы в дренаж, экстремальный регулятор, систему отбора, включающую вакуумный эжектор, клапаны подачи сжатого воздуха и связи линии подачи сжатого воздуха с атмосферой, трубопроводы подачи воды на промывку и очищающего раствора содержат сопла, расположенные тангенциально к внутренней поверхности измерительной кюветы, при этом блок контроля скорости осаждения частиц твердого содержит цифровую видеокамеру и блок подсветки, причем вход блока управления соединен с выходом блока обработки информации, первый выход блока управления соединен с клапаном отбора проб, второй выход соединен с клапаном подачи очищающего раствора, третий выход соединен с клапаном подачи воды на промывку, четвертый выход соединен с клапаном подачи сжатого воздуха, пятый выход соединен с клапаном связи линии подачи сжатого воздуха с атмосферой, шестой выход соединен с клапаном перелива из измерительной кюветы в дренаж, седьмой и восьмой выходы связаны, соответственно с управляющими входами цифровой видеокамеры и блока подсветки, девятый выход связан с измерительным входом экстремального регулятора, а выход экстремального регулятора связан с управляющим входом исполнительного механизма подачи флокулянта в процесс.

На фиг. 1 представлена блок-схема заявляемой системы дозирования флокулянтов.

На фиг. 2 изображен график зависимости скорости осаждения от расхода флокулянтов различных марок.

Система для автоматического дозирования флокулянтов содержит измерительную кювету 1 с датчиком уровня 2 уровня материала, вакуумный эжектор 3, пробозаборное устройство 4 отбора материала из технологической емкости 5, клапан 6 отбора проб, клапан 7 подачи сжатого воздуха в вакуумный эжектор 3, клапан 8 связи линии подачи сжатого воздуха с атмосферой, цифровую видеокамеру 9, блок 10 обработки информации, поступающей с видеокамеры 9, блок 11 подсветки, клапан 12 подачи воды и клапан 13 подачи очищающего раствора на промывку измерительной кюветы 1 из емкости 14 хранения раствора, сопла 15 подачи воды и очищающего раствора на промывку измерительную кювету 1, клапан 16 сброса перелива из измерительной кюветы 1 в дренаж, блок 17 управления с панелью оператора 18, экстремальный регулятор 19, исполнительный механизм 20 подачи флокулянта в технологическую емкость 5.

В исходном состоянии клапаны 6,7,8,12,13 и 16 закрыты, измерительная кювета 1 опорожнена, исполнительный механизм 20 подачи флокулянта работает в соответствии с заданием Y6 по производительности, формируемого экстремальным регулятором 19 по умолчанию.

По команде, вводимой с панели 18 оператором, блок 17 формирует команды Yl, Y2, Y3 на открытие, соответственно, клапанов 6,7, и 8, вследствие чего сжатый воздух поступает в эжектор 3, создавая разрежение в измерительной кювете 1, и проба материала из технологической емкости 5 через пробозаборное устройство 4, открытый клапан 6 начнет поступать в измерительную кювету 1. После достижения уровнем материала в кювете 1 зоны срабатывания датчика 2, с последнего поступает соответствующий сигнал XI на вход блока 17, который, в свою очередь, посылает команды Y1 на закрытие клапана 6, Y9 на открытие клапана 16 для предотвращения попадания материала в эжектор 3, Y4 и Y5 на включение видеокамеры 9 и блока 11 подсветки. После поступления материала в кювету 1 в нем начнет развиваться процесс седиментации, плотность в зоне обзора видеокамеры 9 будет постепенно уменьшаться, а величина светового потока, попадающего в объектив видеокамеры 9, будет расти. Так как изменение плотности имеет тесную корреляцию со скоростью осаждения частичек твердого, то непрерывно изменяющийся сигнал Х2, сформированный программой измерения интенсивности освещенности, снимаемый с выхода видеокамеры 9 и подаваемый на вход блока 10, является функцией искомой скорости. Сигнал Х2 в блоке 10 подвергается многократной обработке с целью формирования интегрального значения средней скорости осаждения. Далее, обработанный и сгенерированный в заданном формате сигнал Х3 с выхода блока 10 поступает на вход блока 17 управления.

В отличие от прототипа в результате применения предлагаемого технического решения повышается точность измерения скорости осаждения благодаря тому, что контроль скорости осуществляется непрерывно во времени и не зависит от точности определения места положения границы разделения сред.

В блоке 17 поступление сигнала Х3 запускает в соответствии заложенными программами решение ряда логических задач управления, а также формирование сигнала обратной связи Х4, передаваемого на вход экстремального регулятора 19. Задачей регулятора 19 является выработка величины и знака управляющего сигнала Y6, передаваемого на управляющий вход исполнительного механизма 20 подачи флокулянта, обеспечивающего максимальную скорость осаждения при минимально возможном расходе реагента.

Решение такого рода задачи технически возможно за счет применения экстремального регулятора (https://studopedia.ru/13_148963_adaptivnie-sistemi-avtomaticheskogo-upravleniya-metodi-samonastroyki.html) при наличии у объекта управления экстремальной зависимости между входом и выходом.

Как показывают опыт эксплуатации сгустителей и результаты специальных исследований (https://science.kuzstu.ru/wp-content/Events/Conference/RM/2017/RM17/pages/Articles/0109006-.pdf), именно такой вид имеет зависимость скорости осаждения частичек твердого от расхода флокулянтов (фиг. 2).

После завершения цикла измерений скорости осаждения блок 17 формирует команды Y4 и Y5 на выключение питания видеокамеры 10, блока подсветки 11 и инициирует цикл промывки водой кюветы 1, для чего выдаются команды Y1 на открытие клапана 6 для сброса материала в технологическую емкость 5, Y7 на открытие клапана 12 подачи воды на промывку, Y9 на открытие клапана 16 для удаления воздуха и избыточной воды из кюветы 1, Y3 на закрытие клапана 8 для предотвращения попадания воды в вакуумный эжектор 3 и Y2 на открытие клапана 7 для продувки сжатым воздухом кюветы 1 с целью принудительного и тщательного удаления из нее материала. Подача промывочной воды через тангенциально установленные сопла 15 обеспечивает качественную промывку стенок кюветы 1. При необходимости, процедура промывки может повторяться несколько раз.

Периодически блок 17 в соответствии с заданной программой вместо очередного цикла промывки водой запускает процедуру очистки стенок кюветы 1 специальными чистящими средствами, например, 2-5% раствором кислоты НС1, подаваемыми по команде Y8 через клапан 13 из емкости 14. Применение дополнительных средств очистки кюветы 1 необходимо в связи с загрязнением в процессе эксплуатации ее стенок нерастворимыми отложениями, несмываемыми обычной водой. Реализация процедуры очистки специальными средствами аналогична процедуре промывки водой.

После истечения заданной выдержки времени, достаточной для завершения промывки кюветы 1, блок 17 выдает команды Y1, Y2, Y3, Y7, Y9 и Y8 на закрытие клапанов 6,7,8,12,16 и 13, если выполнялся цикл промывки специальными средствами, и система возвращается в исходное состояние.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемое техническое решение позволяет повысить точность контроля скорости осаждения за счет измерения скорости средствами технического зрения и улучшить качество регулирования, предотвращающего избыточный расход реагента, благодаря включению в состав системы экстремального регулятора.

Изобретение относится к системам автоматического регулирования подачи флокулянтов в сгустители и может быть использовано на предприятиях по переработке минерального сырья. Система автоматического дозирования флокулянтов в процесс сгущения продуктов обогащения включает блок контроля скорости осаждения частиц твердого, содержащий измерительную кювету и блок обработки информации, блок управления и запорно-регулирующую арматуру для отбора проб, подачи материала в измерительную кювету, промывки измерительной кюветы и подачи флокулянта в процесс, емкость для хранения и запорную арматуру для подачи очищающего раствора в измерительную кювету, датчик уровня материала в измерительной кювете, клапан сброса перелива из измерительной кюветы в дренаж, экстремальный регулятор, систему отбора, включающую вакуумный эжектор, клапаны подачи сжатого воздуха и связи линии подачи сжатого воздуха с атмосферой, трубопроводы подачи воды на промывку и очищающего раствора содержат сопла, расположенные тангенциально к внутренней поверхности измерительной кюветы, при этом блок контроля скорости осаждения частиц твердого содержит цифровую видеокамеру и блок подсветки, причем вход блока управления соединен с выходом блока обработки информации, первый выход блока управления соединен с клапаном отбора проб, второй выход соединен с клапаном подачи очищающего раствора, третий выход соединен с клапаном подачи воды на промывку, четвертый выход соединен с клапаном подачи сжатого воздуха, пятый выход соединен с клапаном связи линии подачи сжатого воздуха с атмосферой, шестой выход соединен с клапаном перелива из измерительной кюветы в дренаж, седьмой и восьмой выходы связаны соответственно с управляющими входами цифровой видеокамеры и блока подсветки, девятый выход связан с измерительным входом экстремального регулятора, а выход экстремального регулятора связан с управляющим входом исполнительного механизма подачи флокулянта в процесс. Технический результат: снижение расхода флокулянтов за счет повышения точности контроля скорости осаждения и улучшение качества регулирования. 2 ил.

Система автоматического дозирования флокулянтов в процесс сгущения продуктов обогащения, включающая блок контроля скорости осаждения частиц твердого, содержащий измерительную кювету и блок обработки информации, блок управления и запорно-регулирующую арматуру для отбора проб, подачи материала в измерительную кювету, промывки измерительной кюветы и подачи флокулянта в процесс, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит емкость для хранения и запорную арматуру для подачи очищающего раствора в измерительную кювету, датчик уровня материала в измерительной кювете, клапан сброса перелива из измерительной кюветы в дренаж, экстремальный регулятор, систему отбора, включающую вакуумный эжектор, клапаны подачи сжатого воздуха и связи линии подачи сжатого воздуха с атмосферой, трубопроводы подачи воды на промывку и очищающего раствора содержат сопла, расположенные тангенциально к внутренней поверхности измерительной кюветы, при этом блок контроля скорости осаждения частиц твердого содержит цифровую видеокамеру и блок подсветки, причем вход блока управления соединен с выходом блока обработки информации, первый выход блока управления соединен с клапаном отбора проб, второй выход соединен с клапаном подачи очищающего раствора, третий выход соединен с клапаном подачи воды на промывку, четвертый выход соединен с клапаном подачи сжатого воздуха, пятый выход соединен с клапаном связи линии подачи сжатого воздуха с атмосферой, шестой выход соединен с клапаном перелива из измерительной кюветы в дренаж, седьмой и восьмой выходы связаны соответственно с управляющими входами цифровой видеокамеры и блока подсветки, девятый выход связан с измерительным входом экстремального регулятора, а выход экстремального регулятора связан с управляющим входом исполнительного механизма подачи флокулянта в процесс.