Способ автоматического управления процессом фильтрования суспензии на фильтрах непрерывного действия

 

Использование: изобретение относится к области автоматизации процессов разделения фаз /обезвоживания/, широко применяемых в химическом производстве и в обогащении полезных ископаемых, в частности оно может быть использовано при вакуум-фильтровании суспензии на обогатительных фабриках, когда вакуум-фильтры питаются от сгустителей и связаны с ними еще и рециклом суспензии перелива. Сущность: измеряют расход суспензии перелива каждого из вакуум-фильтров, задают верхнее и нижнее значения уровня в донорной емкости, соответствующие им диапазоны средних значений расходов суспензии питания, и предельный нижний уровень в донорной емкости, корректируют значения уставок систем стабилизации уровня в ванне каждого вакуум-фильтра по уровню в донорной емкости на одинаковую величину, при достижении уровнем в донорной емкости верхнего значения и заданного диапазона расхода суспензии питания запускают дополнительный вакуум-фильтр, при достижении уровнем нижнего значения и заданного диапазона расхода питания донорной емкости останавливают фильтр, среднее значение расхода суспензии перелива которого больше расходов перелива других фильтров, а при падении уровня суспензии в донорной емкости до предельного уровня останавливают вакуум-фильтр с большим расходом перелива независимо от расхода питания донорной емкости. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматизации процессов разделения фаз в химическом производстве и в обогащении полезных ископаемых, в частности, может быть использовано при вакуум-фильтровании суспензии на обогатительных фабриках, когда вакуум-фильтры получают питание от сгустителей и связаны с ними еще и рециклом суспензии перелива.

Известен способ автоматического управления группой вакуум-фильтров, например способ автоматического регулирования, основанный на разделении вакуум-фильтров по группам, в соответствии с которым производительность одной группы фильтров регулируют изменением скорости вращения дисков фильтров при стабилизации уровня суспензии, а избыток суспензии обрабатывают во второй группе фильтров, оптимальное количество которых определяют автоматически путем сопоставления производительности фильтров обеих групп [1].

Однако указанный способ имеет тот существенный недостаток, что повышение производительности фильтров в первой группе, а следовательно, и снижение расхода суспензии перелива фильтров в этой группе, уменьшает производительность, увеличивает расход суспензии перелива и увеличивает затраты на эксплуатацию во второй группе, кроме того, приходится чаще, чем при равномерной работе, запускать и останавливать дополнительные фильтры, которые таким образом относительно большее время находятся не в оптимальном режиме.

Известен также способ автоматического управления фильтровальным отделением, осуществляемый путем регулирования скорости вращения дисков вакуум-фильтров в зависимости от общей нагрузки на фильтровальное отделение с коррекцией по уровню суспензии в сборнике и ванне вакуум-фильтра и количеству работающих фильтров, при котором скорость вращения дисков каждого фильтра дополнительно корректируют в зависимости от скорости изменения уровня суспензии в ванне фильтра с учетом толщины отфильтрованного осадка и плотности фильтрата [2].

Однако известный способ обладает недостатками: во-первых, при управлении скоростью вращения дисков и количеством работающих фильтров не учитывается расход суспензии перелива (рецикла), и во-вторых, способ слишком сложен, так как требует для его реализации нестандартизированных датчиков толщины осадка на фильтрующей перегородке, плотности (оптической плотности) фильтрата и устройств (или алгоритмов ЭВМ) дифференцирования сигналов уровней в ваннах фильтров, изменяющихся с малой скоростью.

Известен способ автоматического управления процессом фильтрования суспензии на фильтрах непрерывного действия, заключающийся в стабилизации уровня суспензии в ванне вакуум-фильтра воздействием на расход суспензии в ванну, при котором скорость вращения изменяют в зависимости от содержания нерастворимого осадка в фильтрующей суспензии, измерении расхода питания донорной емкости и уровня в указанной емкости [3].

Однако указанный способ не обеспечивает снижения полезного компонента (целевого продукта) в суспензии перелива вакуум-фильтра, так как расход целевого продукта в переливе не связан прямо с содержанием нерастворимого осадка в фильтруемой суспензии.

Целью изобретения является снижение расхода суспензии перелива (рецикла) и повышение экономичности процесса разделения фаз.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют расход суспензии перелива (рецикла) каждого из вакуум-фильтров, задают верхнее и нижнее значения уровня, соответствующие им диапазоны средних значений расходов суспензии питания и предельный нижний уровень в донорной емкости, корректируют значение уставок систем стабилизации уровня в ванне каждого вакуум-фильтра по уровню в донорной емкости на одинаковую величину, при достижении уровнем в емкости верхнего значения и заданного диапазона расхода суспензии питания запускают дополнительно вакуум-фильтр, при достижении уровнем нижнего значения и заданного диапазона расхода питания донорной емкости останавливают фильтр, среднее значение расхода суспензии перелива которого больше расходов перелива других фильтров, а при падении уровня суспензии в донорной емкости до предельного уровня останавливают вакуум-фильтр с большим расходом суспензии перелива независимо от расхода питания донорной емкости.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что снижается расход перелива (рецикла) и поэтому производительность двух последовательно и совместно работающих комплексов (агрегатов) - сгустителя и фильтров - увеличивается. Кроме того, перелив вакуум-фильтров содержит наиболее тонкие классы твердых частиц, которые как раз и составляют основные потери со сливом сгустителя (т.е. способ обеспечивает снижение потерь целевого продукта). Наконец, увеличение доли "свежей" суспензии в процессе повышает эффективность разделения фаз при сгущении и фильтровании.

На чертеже представлено устройство, реализующее способ автоматического управления процессом фильтрования суспензии.

К донорной емкости 1 фильтровальной секции присоединен трубопровод 2 суспензии питания этой секции, тогда как емкость 1 соединена с несколькими вакуум-фильтрами. Вакуум-фильтр 3 соединен с емкостью 1 питающим трубопроводом 4, вакуум-фильтр 5 соединен с емкостью 1 трубопроводом 6. Другие фильтры данной секции также соединены с емкостью 1 трубопроводами. К ванне вакуум-фильтра 3 присоединен трубопровод 7 суспензии перелива, а к ванне фильтра 5 - трубопровод 8. На трубопроводе 2 установлен датчик 9 расхода суспензии питания, а в емкости 1 установлен датчик 10 уровня. В ванне (корыте) вакуум-фильтра 3 установлен датчик 11 уровня, а ванне фильтра 5 установлен датчик 12 уровня. На трубопроводе 7 установлен датчик 13 расхода суспензии перелива, а на трубопроводе 8 - датчик 14 расхода. К выходу датчика 11 уровня присоединен регулятор 15, а к выходу регулятора 15 подключен исполнительный двигатель 16, который соединен с клапаном 17, установленным на трубопроводе 4.

К выходу датчика 12 уровня присоединен регулятор 18, а к выходу регулятора 18 подключен исполнительный двигатель 19, который соединен с клапаном 20, установленным на трубопроводе 6. Выход датчика 10 подключен к входу корректирующего регулятора 21, а выход регулятора 21 подключен к вторым входам регуляторов 15, 18 фильтров 3 и 5 и к вторым входам регуляторов уровня других фильтров. Выходы датчиков 9, 13, 14 и датчиков других фильтров, а также выход корректирующего регулятора 21 секции вакуум-фильтров присоединены к вычислительному устройству 22.

Автоматическое управление процессом фильтрования устройство выполняет следующим образом.

В каждом из рабочих фильтров, подключенных к донорной емкости, уровень суспензии в ванне стабилизирован. При этом начальные уставки систем автоматического регулирования (САР), т.е. начальные уровни в ваннах фильтров выбраны минимально возможными, с небольшим запасом, учитывающим частоту и амплитуду колебаний расхода питания донорной емкости 1. САР, стабилизирующие уровни, в ваннах фильтров непрерывно изменяют расход суспензии питания фильтров. Например САР на фильтре 3 получает сигнал от датчика 11 уровня, который поступает на регулятор 15. Последний через исполнительный двигатель 16 изменяет с помощью клапана 17 на трубопроводе 4 расход суспензии питания фильтра 3 так, чтобы уровень в ванне вакуум-фильтра поддерживался на заданном корректирующем регуляторе 21 значений. В случае, например, увеличения уровня в донорной емкости 1 датчик 10 подает сигнал на корректирующий регулятор 21, который вырабатывает и передает управляющий импульс - изменение уставок - на регуляторы 15, 18 уровней в ваннах других фильтров.

В случае, если уровень в емкости 1 достигает верхнего заданного значения и при этом среднее значение расхода питания донорной емкости 1, измеренное датчиком 9, будет больше или равно некоторой наперед заданной величине, т. е. несмотря на уже установленное регулятором 21 верхнее значение уровней в ваннах всех фильтров секции, все-таки весь расход суспензии перераспределить и переработать невозможно, вычислительное устройство 22 подает сигнал на запуск дополнительного вакуум-фильтра. В противоположном случае - снижение уровня - уровень в емкости 1 может оказаться на нижнем заданном значении, а средний расход суспензии питания при определенном периоде усреднения окажется равным или меньшим заданного заранее низкого значения. Тогда устройство 22 подаст сигнал об отключении того фильтра, средний расход суспензии перелива которого, полученный от датчиков 13, 14 или соответствующих датчиков других фильтров, окажется наибольшим по отношению к расходам других фильтров. Если же уровень в емкости 1 упадет еще ниже и достигнет нижнего предельного заранее заданного значения, сигнал на отключение вакуум-фильтра с наибольшим расходом суспензии подается вычислительным устройством 22 независимо от среднего расхода суспензии питания донорной емкости. Такой случай может произойти, если при достижении уровнем суспензии нижнего значения средний расход суспензии питания емкости окажется больше заданного и сигнал на отключение фильтра подан не будет, а затем снижение расхода будет настолько резким, что уровень в емкости достигнет предельного значения раньше, чем среднее значение расхода суспензии питания емкости окажется равным заданному.

Все заданные ззначения уровней в емкости 1, расходов суспензий питания этой емкости, значения постоянных для вычисления средних, т.е. периоды усреднения, задаются оператором и хранятся в вычислительном устройстве 22. Там же производится сравнение средних значений расходов суспензии питания емкости 1 с заданными значениями и средних значений расходов суспензии перелива всех вакуум-фильтров, причем последние непрерывно ранжируются по величине, чтобы определить наибольшее значение в каждый момент времени.

При работе секции в номинальном регламентном режиме без больших возмущений САР уровня в фильтрах поддерживают определенный, одинаковый для всех вакуум-фильтров, уровень в ваннах. В случае увеличения уровня в донорной емкости корректирующий регулятор увеличивает задание всем системам и в основном за счет увеличения расхода суспензии перелива фильтров уровень в донорной емкости остается равным заданному. Если, однако, расход суспензии питания еще более возрастает и установки САР поддержания уровня достигнут максимального значения по высоте уровня в ванне, то уровень в донорной емкости достигнет верхнего значения. Это означает, что новый увеличенный расход суспензии питания требует включения в работу еще одного фильтра. Тогда с учетом среднего "верхнего" заданного значения указанного расхода блоком 22 подается сигнал на включение в работу фильтра. Учет среднего "верхнего" заданного значения выполняется сравнением фактического текущего среднего значения с заданным. Если текущее значение равно или больше заданного - сигнал подается, если меньше, то сигнал не подается. Последний случай может быть связан с кратковременным увеличением расхода - выбросом, который еще не повлиял, не увеличил среднее (например, при интервале усреднения 1 ч или 0,5 ч) значение расхода суспензии питания. Кратковременный увеличенный расход суспензии питания емкости благодаря использованию переливного трубопровода не создает аварийного режима работы секции фильтров.

Тот же алгоритм работы и при низком уровне суспензии в емкости. При достижении нижнего заданного уровня в донорной емкости происходит сравнение среднего "нижнего" текущего значения расхода суспензии питания с заданным. Если текущее значение равно или меньше заданного, сигнал на остановку одного из фильтров подается, если текущее значение больше заданного - не подается.

В случае, когда несмотря на то, что текущее значение расхода суспензии питания донорной емкости больше заданного "нижнего" значения, а уровень в емкости продолжает падать и достигает предельного заранее заданного значения, один из фильтров немедленного отключается. Такое экстренное отключение необходимо, так как при дальнейшем снижении уровня в емкости, а следовательно, и в ваннах фильтров в вакуум-фильтрах может произойти срыв вакуума - подсосы воздуха, т.е. наступить аварийный режим.

При нормальной работе фильтров и работе САР стабилизации уровня, тот вакуум-фильтр, производительность которого по осадку максимальна, будет требовать и максимального расхода суспензии питания фильтра, так как при большем количестве осадка, а следовательно, и фильтрата ему для поддержания постоянного уровня требуется больше брать суспензии из донорной емкости. Способ обеспечивает оптимальное распределение нагрузки - суспензии питания - по фильтрам в соответствии с их производительностью и, одновременно, минимально необходимый при данном расходе суспензии питания донорной емкости расход суспензии перелива фильтров.

Средний расход суспензии питания донорной емкости вычисляется по формуле Q_g = Q_gT dτ где Q_gт - текущий расход суспензии питания емкости, м³/ч; Т_g - время усреднения, ч; t - текущее время; τ - переменная интегрирования.

Для донорной емкости задаются уровни (глубина), которые обычно отсчитываются сверху от выхода переливного трубопровода: Н_в - верхний, Н_ср - средний, Н_н - нижний, Н_п - нижний предельный.

Средний расход суспензии перелива для каждого из вакуум-фильтров вычисляется по формуле Q_ф = Q_фT dτ где Q_фт - текущий средний расход суспензии перелива фильтра, м³/ч; Т_ф - время усреднения.

П р и м е р. В секции действуют 5 рабочих вакуум-фильтров. Их средние расходы по переливу, м³/ч: 1-й 18,8; 2-й 16,5; 3-й 15,6; 4-й 19,2; 5-й 15,8.

Уровень в донорной емкости достигает значения Н_н и уставки САР всех вакуум-фильтров устанавливаются (задаются) корректирующим регулятором на минимально возможных уровнях. При этом средний расход суспензии питания емкости Q_g = 388 м³/ч, причем он больше заданного Q_gз = 380 м³/ч, команды на отключение фильтра нет. Однако через 6 мин при Т_{g =} 0,4 ч уровень в донорной емкости падает до значения Н_п. Это происходит раньше, чем Q_g становится равным Q_gз. Немедленно подается команда на отключение вакуум-фильтра 4.

Необходимость в выборе фильтра с наименьшей производительностью, с использованием вычислительного устройства, т.е. выбор фильтра с наибольшим расходом суспензии перелива, связана с появлением новых фильтротканей (фильтрующих перегородок). Теперь замена фильтроткани, например на дисковых вакуум-фильтрах, производится один раз в 25-35 дней и фильтры нельзя ранжировать по производительности в соответствии с временем работы с момента смены фильтроткани как это было, когда фильтроткань заменяли каждые 2-3 сут.

Для выполнения устройства, реализующего предлагаемый способ, могут быть использованы стандартные элементы автоматики. Так для измерения расхода датчиками 9, 13, 14 и др. могут применяться индуктивные расходомеры типа ИР, уровнемеры для фильтров 11, 12 и др. - типа DmП-31А2, уровнемер 10 для донорной емкости - типа РУС, исполнительные двигатели - типа ПСП, регулирующие блоки 15, 18 и др., а также корректирующий регулирующий блок 21 могут выполняться на модулях комплекса АКЭСР, вычислительное устройство 22, например "Электроника-60". Вычислительное устройство микро-ЭВМ может выполнять функции и регулирующих устройств, т.е. блоки 21, 15, 18 и другие в этом случае не нужны.

Предлагаемый способ только для одного крупного горно-обогатительного предприятия ПО "Апатит" дает экономический эффект, кроме того, имеется экологический эффект за счет снижения загрязнения природной среды производственными отходами.

Формула изобретения

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ФИЛЬТРОВАНИЯ СУСПЕНЗИИ НА ФИЛЬТРАХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ путем стабилизации уровня суспензии в ванне каждого вакуум-фильтра из группы параллельно включенных вакуум-фильтров воздействием на расход суспензии в ванну, измерения расхода питания донорной емкости и уровня в указанной емкости, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода суспензии перелива (рецикла) и повышения экономичности процесса разделения фаз, измеряют расход суспензии перелива каждого вакуум-фильтра, задают верхнее и нижнее значения уровней в донорной емкости, соответствующие им диапазоны средних значений расходов суспензии питания и предельный нижний уровень в донорной емкости, корректируют значения уровня в ванне каждого вакуум-фильтра по уровню в донорной емкости на одинаковую величину, при достижении уровнем в донорной емкости верхнего значения и заданного диапазона расхода суспензии питания запускают дополнительный вакуум-фильтр, при достижении уровнем нижнего значения и заданного диапазона расхода питания донорной емкости останавливают вакуум-фильтр, имеющий среднее значение расхода суспензии перелива больше расходов перелива других вакуум-фильтров, а при падении уровня суспензии в донорной емкости до предельного уровня останавливают вакуум-фильтр с большим расходом перелива независимо от расхода питания донорной емкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1