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Verfahren und Vorrichtung zur Durchfluß- und Wichteregelung von Trüben
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Durchflusses und der
Wichte von Trüben, bei dem der in einer bestimmten Höhe einer Meßstrecke wirkende
Druck zur Bestimmung der Durchflußmenge sowie die Wichte der Trübe gemessen und
in Abhängigkeit von den Meßwerten zwei Trübeteilströme unterschiedlicher Wichte
gesteuert werden.
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Bei Schwerflüssigkeitsanlagen, Flotationsanlagen, Anlagen zur Entwässerung
von Schlammtrüben usw. ist vielfach erforderlich, daß Trüben mit gleichbleibendem
Volumen pro Zeiteinheit und gleichbleibender Wichte aufgegeben werden. Für die Regelung
der Trübewichte und des Trübespiegels sind Meßeinrichtungen bekannt, bei denen zwei
verschieden tief in die Trübe hineinragende Tauchrohre mit Druckluft beaufschlagt
werden. Der sich in beiden Tauchrohren einstellende Differenzdruck ist ein Maß für
die Trübewichte und wird auf ein Regelelement übertragen, welches eine Veränderung
des Zufuhrverhältnisses von Dicktrübe und Klarwasser bewirkt und die Trübewichte
regelt. Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß zwei Meßwerte, nämlich erstens
die mit Hilfe des Differenzdruckes der beiden Tauchrohre festgestellte Trübewichte
und zweitens der mit Hilfe eines der Tauchrohre festgestellte Trübespiegel von einem
Regelelement aufgenommen werden. Die Folge sind in vielen Fällen Unstabilitäten
(Aufschaukelungen) im Regelkreis, die nur schwer zu dämpfen sind. Darüber hinaus
erfolgt bei der bekannten Vorrichtung die Übertragung des Meßwertes auf die pneumatische
Steuereinrichtung durch mechanische Verschiebung eines Prallkörpers. Die Genauigkeit
der mechanischen Einrichtung bleibt jedoch hinter der Genauigkeit der pneumatischen
Einrichtung weit zurück, so daß diese eine nicht zu beseitigende Fehlerquelle darstellt
und das Regelverfahren nachteilig beeinflußt.
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Das Problem, den Durchfluß von Trüben, insbesondere von Trüben mit
höheren Feststoffgehalten, zu messen, ist bisher nicht zufriedenstellend gelöst
worden. Normblende und Venturirohr versagen bei der Messung der Durchflußmenge von
Trüben, da sie sehr leicht verstopfen. Ferner wurden Versuche unternommen, über
den Druckabfall in einer geraden Rohrleitung die Geschwindigkeit und damit den Durchfluß
einer Trübe zu bestimmen. Der oft scharfkantige Schwerstoff, welcher in den Trüben
enthalten ist, bewirkt jedoch einen schnellen Verschleiß der zur Druckmessung verwendeten
Membranen, so daß diese häufig ausgewechselt werden müssen. Dies hat Betriebsunterbrechungen
zur Folge, die sich für die Regelung und damit für den Betrieb von Aufbereitungsanlagen
äußerst nachteilig auswirken.
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Es ist ferner ein Verfahren bekannt, gemäß dem eine Probe des Produktes
einer Schaum-Schwimm-Aufbereitungsanlage der Wirkung eines Strahles oder Strahlenbündels
aus Elektronen, Licht, Infrarot-, Ultraviolett- oder Gammastrahlen oder sonstigen
elektromagnetischen Schwingungen ausgesetzt wird, um die Zufuhr des Rohgutes in
die Aufbereitungsanlage zu regeln. Weiterhin ist ein Verfahren zur Kontrolle des
Alkaligehaltes in einer Erztrübe bekannt, gemäß dem der Alkaligehalt der Erztrübe
mit Hilfe eines durch die Erztrübe durchgehenden Lichtstrahles bestimmt wird. Außerdem
ist es bekannt, die Konsistenz und die Wichte von Trüben mit Hilfe von Gammastrahlen
zu bestimmen. Die Anwendung derartiger Verfahren zur Wichtebestimmung weist jedoch
die Nachteile auf, daß die Messung der Trübewichte von der Beschaffenheit und Zusammensetzung
der Mineralien abhängig ist. Außerdem sind für diese Verfahren komplizierte, empfindliche
und besonders kostspielige Einrichtungen erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen
und auf einfache Weise den Durchfluß und die Wichte einer Trübe genau zu regeln.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Verfahren, bei dem der in einer bestimmten
Höhe einer Meßstrecke wirkende Druck zur Bestimmung der Durchflußmenge sowie die
Wichte der Trübe gemessen und in Abhängigkeit von den Meßwerten zwei Trübeteilströme
unterschiedlicher Wichte gesteuert werden, darin, daß die von der Trübe von unten
nach oben durchflossene Meßstrecke ein oder mehrere Abziige unterhalb des Trübespiegels
aufweist, und daß in Abhängigkeit von dem der Durchflußmenge entsprechenden Druckmeßwert
die Zufuhrmenge des einen
Trübeteilstromes und in Abhängigkeit von
dem der Wichte entsprechenden Meßwert die Zufuhrmenge des anderen Teilstromes in
getrennten Regelkreisen gesteuert wird. Dadurch, daß für die Meßwerte, die sich
aus der Durchflußmengenmessung, und diejenigen Meßwerte, die sich aus der Wichtemessung
ergeben, zwei getrennte Regelkreise vorhanden sind, ist eine einfache und genaue
Regelung der Durchflußmenge und auch der Wichte möglich, ohne daß die Gefahr von
Aufschaukelungen im Regelkreis besteht. Konstante Wichte und konstante Mengen sind
besonders bei der Schaum-Schwimm-Aufbereitung sowie bei Aufbereitungsanlagen, welche
ohne Überlauf arbeiten, von großer Bedeutung, da Schwankungen der Trübezusammensetzung
und der Trübemenge zu Störungen des Trennvorganges führen. Dadurch, daß der Durchfluß
für einen oder mehrere Teilströme zu den Aufbereitungsmaschinen innerhalb der Anlage
Genau geregelt werden kann, ergibt sich weiterhin ein besonders wirksames und betriebssicheres
Aufbereitungsverfahren. Darüber hinaus ergibt sich bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
der Vorteil einer bedeutenden Kostenersparnis bei der Auslegung der für die Meßanlage
notwendigen Behälter und Rohrleitungen.
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Zur Durchführung des Verfahrens sind vorteilhaft in der Meßstrecke
zwei Druckmeßvorrichtungen unterschiedlicher Höhe vorgesehen, die beide an ein Differenzdruckmeßwerk
angeschlossen sind, das ausgangsseitig mit einem Stellglied zur Steuerung des einen
Trübeteilstromes in Verbindung steht und von denen die eine Druckmeßvorrichtung
mit einem Stellglied zur Steuerung des anderen Trübeteilstromes verbunden ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das obere Ende der Meßstrecke
von einem die Meßstrecke überragenden Verteiler umgeben, aus welchem die Trübe über
mehrere Ablaufstutzen abgezogen und ihrer Verwendung zugeführt wird. Dies hat den
Vorteil, daß eine Entmischung der Trübe verhindert und somit aus allen Ablaufstutzen,
auch bei unterschiedlichen Abzugsmengen, Arbeitstrübe gleicher Wichte abgezogen
werden kann.
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Vorteilhaft münden die Trübeteilströme in einen Mischbehälter, welcher
ein Rührwerk aufweist, mit dessen Hilfe eine innige Durchmischung der Teilströme
erfolgt. Auf diese Weise gelingt es, ein besseres Meßergebnis zu erzielen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß die Meßstrecke einen größeren Querschnitt als ihre Zuführungsleitung mit Leitungsbogen
aufweist. Dadurch herrscht in der Meßstrecke eine nur geringe Strömungsgeschwindigkeit
der Trübe, welche allerdings noch etwas über der Sinkgeschwindigkeit der Feststoffteilchen
liegen muß. Die geringe Strömungsgeschwindigkeit der Trübe übt jedoch keinen nachteiligen
Einfluß auf das Meßergebnis aus. Die Strömungsgeschwindigkeit der Trübe in der Zuführungsleitung
hingegen ist so hoch, daß eine Verstopfung der Leitung durch Absetzen von Feststoffteilchen
nicht auftreten kann.
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Nachfolgend wird das Verfahren gemäß der Erfindung an Hand eines in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.
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Die auf spezifisches Gewicht und Durchfluß zu regelnde Trübe wird
durch eine Rohrleitung 1 einer Meßstrecke 2 derart zugeführt, daß sie in diese ohne
scharfe Richtungsänderung lotrecht von unten nach oben einströmt. Zu diesem Zweck
erfolgt die Umleitung der Strömung durch einen Bogen l a. Der Querschnitt der Leitung
1 und des Bogens 1 a wird so groß gewählt, daß in diesen eine hinreichend
hohe Strömungsgeschwindigkeit herrscht, um Verstopfungen zu vermeiden. In der Meßstrecke
2 hingegen wird durch Vergrößerung des Querschnittes eine Strömungsgeschwindigkeit
erzeugt, welche etwas über der Sinkgeschwindigkeit der Feststoffteilchen liegt.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit
auf die Bildung der Meßwerte gering bleibt. Die in die Meßstrecke 2 einströmende
Trübe fließt über das obere Ende 3 der Meßstrecke in einen die Meßstrecke umgebenden
und diese überragenden Verteiler 4. An diesem sind je nach der Anzahl der
abzuzweigenden Teilströme eine Anzahl von Abflußstutzen 5 angebracht, deren Querschnitte
durch Drosselorgane 6, z. B. Schieber oder Ventile, geändert werden können.
Die in dem Verteiler 4 stehende Flüssigkeitssäule wirkt als Vordruck auf
die Drosselorgane 6. In die Meßstrecke 2 ragen zwei unten offene Tauchrohre
7 und 8, in die in bekannter Weise konstante Druckluftströme eingeleitet werden.
Der sich in jedem Tauchrohr einstellende Druck ist gleich dem Produkt aus Eintauchtiefe
mal dem spezifischen Gewicht der Trübe. Die Meßdrücke in den beiden Rohren 7 und
8 wirken auf ein Differenzdruckmeßwerk mit Verstärker W. Der gebildete Differenzdruckmeßwert
ist von Schwankungen des Trübestandes in der Meßstrecke 2 unabhängig und somit ein
direktes Maß für das spezifische Gewicht der Trübe. Mit Hilfe des Differenzdruckmeßwertes
wird in dem dargestellten Regelkreis ein selbsttätiges Stellglied 10, z. B. ein
Magnetventil, gesteuert, welches einem mit einem Rührwerk 12 versehenen Mischbehälter
9 Wasser zuführt. Dem Mischbehälter wird außerdem Dicktrübe zugeführt, deren spezifisches
Gewicht größer ist als das spezifische Gewicht der Arbeitstrübe. Durch Steuerung
der dem Mischbehälter 9 zugeführten Wassermenge kann also das spezifische Gewicht
der Arbeitstrübe konstant gehalten werden.
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Da das spezifische Gewicht über den bereits beschriebenen Regelkreis
konstant gehalten wird, ist der Meßdruck im Tauchrohr 8 ein genaues Maß für
den Trübestand in der Meßstrecke 2 und auch im Verteiler 4. Der Flüssigkeitsstand
ist jedoch selbst wiederum ein Maß für den auf die Drosselorgane 6 wirkenden Vordruck
und somit ein Maß für den Durchfluß. Mit Hilfe des im Tauchrohr 8 gebildeten Meßwertes
wird über ein Druckmeßwerk mit Verstärker N zur Steuerung des Trübeteilstromes für
eingedickte Trübe ein Stellglied 11 betätigt. Dem Verstärker N wird ein bestimmter
Sollwert vorgegeben, welcher einem bestimmten Durchfluß je Zeiteinheit entspricht.
Bei Änderungen des Flüssigkeitsstandes in der Meßstrecke 2 betätigt das Stellglied
11 ein Ventil oder einen Schieber und regelt die Zufuhr von eingedickter Trübe in
den Mischbehälter 9 derart, daß der Stand der Trübe in der Meßstrecke konstant bleibt.
Somit ist auch der auf die Drosselorgane 6 wirkende Vordruck und der Durchfluß konstant.
Durch Einstellen des Querschnittes in den einzelnen Drosselorganen 6 können durch
diese verschiedene Durchflußmengen je Zeiteinheit abgezogen werden, ohne daß sich
hierdurch die Durchflußmengen der jeweils übrigen Abzüge ändern, da die Regelanlage
die Höhe des Trübespiegels und damit die zur Beschickung der
übrigen
Abflüsse notwendige Menge an Trübe nachregelt.
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Nachstehend ist der eigentliche Regelvorgang gemäß der Erfindung beschrieben:
Als Störung des Gleichgewichtes zwischen beiden Regelkreisen für die Zuführung von
Dicktrübe und Wasser sei eine Zunahme des Feststoffgehaltes und damit des spezifischen
Gewichtes der eingedickten Trübe angenommen. Die Zunahme des spezifischen Gewichtes
wird von den beiden Tauchrohren 7 und 8 erfaßt und im Differenzdruckmeßwerk W registriert
und verstärkt. Die Druckveränderung im Meßwerk W wird dem Stellglied 10 mitgeteilt,
welches dem Mischbehälter 9 mehr Wasser zuführt, und zwar so lange, bis die erforderliche
Trübewichte wieder erreicht ist. Durch den erhöhten Zusatz von Wasser steigt nunmehr
der Spiegel im Mischbehälter 9 und damit der Trübestand in der Meßstrecke 2 und
dem Verteiler 4. Der damit verbundene Druckanstieg wird von dem Tauchrohr 8 registriert
und über das Druckmeßwerk N verstärkt dem Stellglied 11 zugeleitet, welches die
Zufuhr von Dicktrübe in dem Mischbehälter so lange drosselt, bis der Sollwert für
den Durchfluß wieder erreicht ist.