DD259800A1 - METHOD FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF THE DISPERSITIVE CONDITION OF DISPERSER SOLIDS SYSTEMS - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Dispersitaetszustandes disperser Feststoffsysteme zur Anwendung fuer die Ueberwachung und/oder Steuerung von Produktionsprozessen. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass das beladene Gas durch mindestens zwei hintereinandergeschaltete Einrichtungen zur Stromklassierung mit bekannten Abscheidecharakteristiken und mit kontinuierlich arbeitenden Feststoffaustragsorganen, vor, zwischen und hinter denen sich je ein Messfuehler befindet, dessen Messwerte durch die Konzentration und durch die mittlere Korngroesse des dispersen Feststoffsystems in bekannter Weise beeinflusst werden, geleitet wird und dass die Messwerte in einem Prozessrechner zur gleichzeitigen Ermittlung der Korngroessenverteilung und der Konzentration des dispersen Feststoffsystems nach einem geeigneten Algorithmus verarbeitet werden.Method for the continuous measurement of the state of dispersity of dispersed solid systems for use in the monitoring and / or control of production processes. The object is achieved according to the invention in that the loaded gas is at least two series-connected devices for current classification with known Abscheidecharakteristiken and continuously operating Feststoffaustragsorganen before, between and behind which is ever a Meßfuehler whose measured values by the concentration and by the average grain size of disperse solids system are influenced in a known manner, and that the measured values are processed in a process computer for the simultaneous determination of the grain size distribution and the concentration of the particulate solids system according to a suitable algorithm.
Description
mit i = 1, 2, ..., n+1 und ^0) « 0 · . -with i = 1, 2, ..., n + 1 and ^ 0 ) «0 ·. -
gleichzeitig die m Parameter der Verteilungsfunktion h3 (1)(x), wobei m < n, sowie die Konzentration c(1) des dispersen Feststoff systems in der Meßleitung ermittelt werden.at the same time the m parameters of the distribution function h 3 (1) (x), where m <n, and the concentration c (1) of the disperse solid system are determined in the measuring line.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Eichung der Meßfühler (5, 6,7,3) die Bestimmung der Konstanten k(i) vor der ersten Betriebsmessung durch Auswertung mindestens eines Eichversuches, welcher unter Beibehaltung der für Betriebsmessungen üblichen Meßanordnung, jedoch mit einem der letzten Einheit zur Stromklassierung zusätzlich nachgeschalteten Absolutfilter und unter Auswägung der in den einzelnen Einheiten zur Stromklassierung sowie im Absolutfilter über einen bestimmten Zeitraum abgeschiedenen Feststoffmenge, durchgeführt wird.2. The method according to item 1, characterized in that for the calibration of the probe (5, 6,7,3), the determination of the constant k (i) before the first operation measurement by evaluating at least one calibration test, which while maintaining the usual measuring measurements for operating measurements , but with one of the last unit for stream classification additionally downstream absolute filter and weighing the deposited in the individual units for stream classification and in the absolute filter over a certain period of solids amount is performed.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßfühler (5,6,7,8) vor, zwischen und hinter den Einheiten zur Stromklassierung vorzugsweise als reibungselektrische und lichtoptische Meßfühler ausgeführt werden, wobei die entsprechenden Meßmethoden sowohl separat als auch kombiniert zur Anwendung kommen können.3. The method according to item 1 and 2, characterized in that the sensors (5,6,7,8) before, between and behind the units for stream classification are preferably carried out as triboelectric and optical optical probe, the corresponding measuring methods both separately and combined can be used.
Hierzu 1 Seite Zeichnung Anwendungsgebiet der ErfindungFor this 1 page drawing application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Dispersitätszustandes disperser Feststoff sy sterne — insbesondere der Korngrößenverteilung — und der Staubkonzentration für die Anwendung zur Überwachung und/oder Steuerung von Produktionsprozessen, in denen die Produktqualität beziehungsweise die Effektivität technischer Einrichtungen durch die Korngrößenverteilung und/oder durch die Feststoffkonzentration in strömenden Gasen bestimmt wird, wie zum Beispiel in der chemischen Industrie, in der Baustoffindustrie, in der Metallurgie, in der Nahrungs- und Genußmittelindustrie, in der Brau-und Malzindustrie sowie in der Textilindustrie.The invention relates to a method for the continuous measurement of the dispersity state of disperse solid styrene - in particular the particle size distribution - and the dust concentration for the application for monitoring and / or control of production processes in which the product quality or the effectiveness of technical facilities by the particle size distribution and / or by the solids concentration in flowing gases is determined, such as in the chemical industry, in the building materials industry, in metallurgy, in the food and beverage industry, in the brewing and malting industry and in the textile industry.
ZurCharakterisierung des Dispersitätszustandes und der Feststoffkonzentration gelangen meist Verfahren zum Einsatz, die eine anteilmäßige Massenaufteilung auf die einzelnen Korngrößenklassen realisieren und/oder die integrale Massenkonzentration ermitteln. Sollen sowohl Feststoffkonzentration als auch Korngrößenverteilung disperser Feststoffsysteme bestimmt werden, erfolgt dies häufig mittels gravimetrischer Probenahme in einem Gas beziehungsweise Gasstrom und nachfolgender granulometrischer Analyse der Haufwerksproben.To characterize the dispersity state and the solids concentration, processes are usually used which realize a proportionate mass distribution to the individual particle size classes and / or determine the integral mass concentration. If both solids concentration and particle size distribution of disperse solid systems are to be determined, this is often done by gravimetric sampling in a gas or gas stream and subsequent granulometric analysis of the Haufwerksproben.
Andere Meßtechniken wie Kaskadenimpaktoren (SU-PS 479995) ermöglichen eine kombinierte in situ-Bestimmu'ng von Feststoffkonzentration und Korngrößenverteilung.Other measuring techniques such as cascade impactors (SU-PS 479995) allow a combined in situ determination of solids concentration and particle size distribution.
Nachteilig ist die diskontinuierliche Betriebsweise derartiger Verfahren sowie der erhebliche Zeitaufwand bei der gravimetrischen Bestimmung der abgeschiedenen Partikelmassen.A disadvantage is the discontinuous mode of operation of such methods and the considerable amount of time involved in the gravimetric determination of the separated particle masses.
Zur on-line-Ermittlung der in situ-Korngrößenverteilung disperser Feststoffsysteme kommen häufig optische Zählverfahren zur Anwendung. Diese setzen einen recht hohen gerätetechnischen Aufwand zur Durchführung und Auswertung der Messungen voraus und sind auf Grund ihrer Kompliziertheit nicht zum universellen Einsatz wie beispielsweise unter rauhen Betriebsbedingungen geeignet.For on-line determination of the in-situ particle size distribution of disperse solid systems optical counting methods are often used. These require a rather high expenditure on equipment for carrying out and evaluating the measurements and, because of their complexity, are not suitable for universal use, for example under harsh operating conditions.
Bekannt sind verschiedene Verfahren, bei denen mit Hilfe von Vorrichtungen zur Stromklassierung das disperse Feststoffsystem in bestimmte Korngrößenfraktionen getrennt wird.Various methods are known in which the disperse solids system is separated into certain particle size fractions with the aid of devices for stream classification.
Bei dem in der US-PS 371 9089 beschriebenen Verfahren wird die Korngrößenverteilung eines in einem strömenden Medium dispergierten Feststoffes ermittelt, indem die zur Ansammlung einer bestimmten Masse oder eines bestimmten VolumensIn the process described in US-PS 371 9089 method, the particle size distribution of a dispersed in a flowing medium solid is determined by the ode to the accumulation of a certain mass of a certain volume r
mindestens einer Korngrößenfraktion des zu untersuchenden Feststoffes in einem Sammelbehälter benötigte Zeit über eine Reihe von Zeitintervallen gemessen wird. Dieses Verfahren läuft jedoch quasikontinuierlich ab und ist deshalb zur Prozeßüberwachung beziehungsweise Prozeßsteuerung nur bedingt geeignet.at least one grain size fraction of the solid to be examined in a collecting container time is measured over a series of time intervals. However, this process is quasi-continuous and is therefore only partially suitable for process monitoring or process control.
Bekannt ist ein Meßsystem zur kontinuierlichen Messung der Änderung der Korngrößenverteilung disperser Feststoffe, bei dem die Korngrößenabhängigkeit des reibungselektrischen Effektes ausgenutzt wird (DE-OS 2854657). Meßfehler durch Änderungen der Feststoffkonzentration werden hierbei durch Vergleich der Meßwerte mehrerer reibungselektrischer Fühler, welche einer oder mehrerer Einheiten zur selektiven Korngrößen-Differenzierung und/oder -Abtrennung vor-, nach- und/oder zwischengeschaltet sind, eliminiert. Bei diesem Verfahren können jedoch lediglich qualitative Aussagen über die Änderung der Korngrößenverteilung getroffen werden. Die Ermittlung der aktuellen Korngrößenverteilung sowie der Konzentration des dispersen Feststoffsystems im strömenden Gas sind nicht möglich.A measuring system is known for the continuous measurement of the change in the particle size distribution of disperse solids, in which the grain size dependence of the triboelectric effect is utilized (DE-OS 2854657). Measurement errors due to changes in the solids concentration are hereby eliminated by comparing the measured values of a plurality of triboelectric probes which are upstream, downstream and / or intermediate of one or more units for selective grain size differentiation and / or separation. In this method, however, only qualitative statements about the change in the particle size distribution can be made. The determination of the actual particle size distribution as well as the concentration of the dispersed solids system in the flowing gas are not possible.
Ziel der Erfindung ist es, eine kontinuierliche Messung des Dispersitätszustandes disperser Feststoffsysteme, vorrangig für Betriebsmessungen unter praktischen Bedingungen zur Überwachung und/oder optimalen Steuerung von Produktionsprozessen, zu ermöglichen. .The aim of the invention is to enable a continuous measurement of the dispersity state of disperse solid systems, primarily for operational measurements under practical conditions for monitoring and / or optimal control of production processes. ,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit unter praktischen Bedingungen einsetzbarer Meßtechnik eine kontinuierliche Erfassung der Korngrößenverteilung sowie der Konzentration von in strömenden Gasen dispergierten Feststoffsystemen zu gewährleisten. Liegen die betreffenden Feststoffe nicht in dispergierter Form vor, so werden sie in geeigneter Weise mit konventionellen Mitteln dispergiert.The object of the invention is to ensure continuous measurement of the particle size distribution and of the concentration of solid systems dispersed in flowing gases using measurement techniques that can be used under practical conditions. If the solids in question are not in dispersed form, they are appropriately dispersed by conventional means.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das disperse Feststoffsystem durch mindestens zwei hintereinandergeschaltete Einrichtungen zur Stromklassierung mit bekannten Abscheidecharakteristiken und mit kontinuierlich arbeitenden Vorrichtungen zur Staubabführung vor, zwischen und hinter denen sich je ein Meßfühler befindet, dessen Meßwerte durch die Feststoffkonzentration und durch die mittlere Korngröße des dispersen Feststoffsystems in bekannter Weise beeinflußt werden, geleitet wird und daß die kontinuierlich erfaßten Meßwerte der Meßfühler in einem Prozeßrechner zur Ermittlung der Korngrößenverteilung und Konzentration des dispersen Feststoffsystems im strömenden Gas nach einem geeigneten Rechenalgorithmus verarbeitet werden. ...The object is achieved in that the disperse solids system by at least two series-connected devices for current classification with known Abscheidecharakteristiken and with continuous devices for dust removal before, between and behind which is ever a sensor whose measured values by the solids concentration and by the mean grain size the continuously dispersed measured values of the sensors are processed in a process computer for determining the particle size distribution and concentration of the disperse solid system in the flowing gas according to a suitable calculation algorithm of the disperse solid system in a known manner. ...
Die Einheiten zur Stromklassierung besitzen bekannte, vorher durch Eichuntersuchungen ermittelte Fraktionsabscheidegradkurven und sind mit kontinuierlichen Austragsorganen für den während der Messungen gesammelten Feststoff ausgerüstet, so daß sich periodische Unterbrechungen der Messungen zur Ausleerung von Feststoffsammelbehältern erübrigen.The stream classification units have known fractional separation curves previously determined by calibration studies and are equipped with continuous discharge means for the solid collected during the measurements so that periodic interruptions of the measurements for emptying solids collection containers are unnecessary.
Vor der ersten, hinter der letzten sowie zwischen den Einheiten zur Stromklassierung befindet sich je ein Meßfühler. Als Meßfühler kommen solche Einrichtungen zur Anwendung, welche, basierend auf bestimmten physikalischen Wirkprinzipien, Meßwerte liefern, die mit der Gesamtoberfläche Ap aller vom Meßfühler in einem bestimmten, differentiell kleinem Zeitraum oder je nach Meßprinzip zu einem bestimmten Zeitpunkt erfaßten Partikeln in einem bekannten funktioneilen Zusammenhang stehen. . ^ ._ 'Before the first, behind the last and between the units for current classification is ever a sensor. The sensors used are those devices which, based on certain physical principles of action, provide measured values which correspond to the total surface area A p of all particles detected by the sensor in a specific, differentially small period of time or according to the principle of measurement at a particular point in time in a known functional relationship stand. , ^ ._ '
xtnax Mit A^a/ -HE . c*vJ x~1 . c h. (x) dx x tnax With A ^ a / -HE. c * vJ x ~ 1 . c h. (x) dx
läßt sich dieser funktionell Zusammenhang für den Meßfühler an der Meßstelle i in folgende allgemeine Form bringen:can this functional relationship for the sensor at the measuring point i in the following general form:
xtnax. x tnax.
v(i) . - ,„ (i) h Ci-)/_s _ (i) Γ -1 Λ(ί) h (i)f.^ a~\u/1 = r (M j π™ (xj j cQ , ι χ c ru (,α; αχ; v (i). -, "(i) h Ci -) / _ s _ (i) Γ -1 Λ (ί) h (i) f. ^ A ~ \ u / 1 = r (M j π ™ (xj jc Q , ι χ c ru (, α; αχ;
wobei i ·= 1, 2, ..., n+'lwhere i · = 1, 2, ..., n + 'l
Dabei sind M01 die Meßwerte an der Meßstelle i, h3 (i) die massenbezogenen Korngrößenverteilungen an der Meßstelle i, xmin und xmax die minimale beziehungsweise maximale Korngröße der Verteilung, c(il die Feststoffkonzentrationen an der Meßstelle i, η die Anzahl der Einheiten zur Stromklassierung, Aop/v die volumenbezogene Teilchenoberfläche. Die Werte M0 (i), h30 (il und c0 (i) bezeichnen die Meßwerte, die Korngrößenverteilungen sowie die Feststoffkonzentrationen an den Meßstellen i unter Eichbedingungen. Diese Werte stellen Konstanten dar und werden vor der ersten Betriebsmessung in Auswertung mindestens eines Eichversuches, welcher unter Beibehaltung der oben beschriebenen Methodik, jedoch mit einem der letzten Einheit zur Stromklassierung zusätzlich nachgeschalteten Absolutfilter und unter Auswägung der in den einzelnen Einheiten zur Stromklassierung sowie im Absolutfilter über einen bestimmten Zeitraum abgeschiedenen Massen des dispersen Feststoffsystems durchgeführt wird. Aus den abgeschiedenen Feststoffmassen und den bekannten '. M 01 are the measured values at the measuring point i, h 3 (i) the mass-related particle size distributions at the measuring point i, x min and x max the minimum or maximum grain size of the distribution, c (il the solids concentrations at the measuring point i, η the number the units to the power classification, A op / v is the volume-based particle surface. the values of M 0 (i) h 30 (il and c 0 (i) denote the measured values, the grain size distributions and the solids concentration at the measuring points i under calibration conditions. This value Constants are and prior to the first operation measurement in evaluation of at least one calibration test, which while maintaining the methodology described above, but with one of the last unit for stream classification additionally downstream absolute filter and under weighing the individual units for stream classification and absolute filter over a period of time deposited masses of the dispersed solids system s is performed. From the deposited solid matter and the well-known '.
Fraktionsabscheidegradkurven der Einheiten zur Stromklassierung können, ähnlich dem Vorgehen bei der Auswertung von Messungen mit Mehrzyklongeräten, die gesuchten Konstanten ermittelt werden.Fractional separation efficiency curves of the flow classification units can be determined similarly to the procedure for evaluating measurements with multi-cycle equipment.
Das vorstehend angegebene nichtlineare Gleichungssystem kann dann vereinfachtThe above-mentioned non-linear equation system can then be simplified
= f (k(i) 5 f ϊ±- . h3^h-x) dx)= f (k(i) 5 f ϊ ± -. h 3 ^ hx)dx)
geschrieben werden, wobei k(i) die mit M0(i), H30"1 und co w bezeichneten Werte unter Eichbedingungen beinhaltet. Mit der Definition der Fraktionsabscheidegrade T(l) gemäßwhere k (i) includes the values denoted M 0 (i), H 30 " 1 and c o w under calibration conditions, with the definition of the fractional efficiencies T (l) according to
TU}(x) = 1 - °TTT~ . ^3 UJ T U} (x) = 1 - ° TTT ~. ^ 3 UJ
folgt dannthen follows
xmax ^1 x max ^ 1
J X J X
= f /k(i), f £~i TT Pl - T(^(x)| . h3 (i^(x) dx= f / k (i) , f £ ~ i TT Pl - T ( ^ (x) |. h 3 (i ^ (x) dx
i. = 1, 2, ..., n-f 1i. = 1, 2, ..., nf 1
mit T(o) = 0, was ein nichtlineares Gleichungssystem (n + 1)ter Ordnung mit m + 1 unabhängigen Variablen darstellt, wobei m die Anzahl der Verteilungsparameter der gesuchten Korngrößenverteilung h3 l1l(x) bezeichnet.with T (o) = 0, which is a n-order nonlinear system of equations (n + 1) with m + 1 independent variables, where m denotes the number of distribution parameters of the desired particle size distribution h 3 l1l (x).
Lm Falle m = η ist dieses Gleichungssystem für jede m-parametrige Verteilungsfunktion durch geeignete iterative Verfahren eindeutig lösbar. Wird dagegen die Anzahl der Einheiten zur Stromklassierung größer gewählt (n > m), so ist es möglich, aus einer Reihe von vorgegebenen m-parametrigen Verteilungsfunktionen durch die Anwendung bekannter nichtlinearer Optimierungsverfahren die günstigste Verteilungsfunktion auszuwählen und darüber hinaus eine Aussage über die auftretenden Analysenfehler zu treffen. Die Lösung des obigen Gleichungssystems erfolgt mittels eines über Meßwandler gekoppelten Prozeßrechners. Die Korngrößenverteilung und Konzentration des dispersen Feststoffsystems stehen als Ausgangsgrößen des Prozeßrechners zur Prozeßüberwachung und Weiterverarbeitung in den Einrichtungen zur Prozeßsteuerung zur Verfügung.In the case m = η, this equation system is uniquely solvable for each m-parameter distribution function by suitable iterative methods. If, on the other hand, the number of units for stream classification is chosen to be larger (n> m), then it is possible to select the most favorable distribution function from a series of predetermined m-parameter distribution functions by the application of known nonlinear optimization methods and, moreover, to provide information about the analysis errors that occur to meet. The solution of the above equation system is carried out by means of a coupled via transducer process computer. The particle size distribution and concentration of the dispersed solids system are available as output variables of the process computer for process monitoring and further processing in the devices for process control.
In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, welches im folgenden näher beschrieben wird.1 shows an embodiment of the method according to the invention is shown, which will be described in more detail below.
Gemäß Figur 1 dienen als Einheiten zur Stromklassierung drei hintereinandergeschaltete Kleinzyklone 1-3 mit in Strömungsrichtung abnehmenden Baugrößen und bekannten Fraktionsabscheidegradkurven T111, T121 und T(3'.According to FIG. 1, three small-cell clones 1-3 connected in series with flow-reducing sizes and known fractional separation efficiency curves T 111 , T 121 and T (3 ') serve as units for stream classification.
Die Feststoffaüstragsorgane werden durch Zellenradschleusen 4 gebildet. Als Meßfühler dienen vier reibungs- oder lichtoptische Fühler5-8, die in den Strömungskanälen vordem ersten Kleinzyklon 1,zwischen dem ersten Kleinzyklon 1 und zweiten Kleinzyklon 2, zwischen dem zweiten Kleinzyklon 2 und dem dritten Kleinzyklon 3 sowie hinter dem dritten Kleinzyklon 3 angeordnet sind.The Feststoffaüstragsorgane be formed by rotary valves 4. The sensor used are four friction or light-optical sensor 5-8, which are arranged in the flow channels before the first Kleinzyklon 1, between the first Kleinzyklon 1 and second Kleinzyklon 2, between the second Kleinzyklon 2 and the third Kleinzyklon 3 and behind the third Kleinzyklon 3.
Die an dem Meßfühlern 5-8 abgenommenen Ströme I sind proportional zur Gesamtoberfläche des dispersen Feststoffsystems, welches in einem differentiell kleinen Zeitabschnitt mit den reibungselektrischen Meßfühlern 5-8 in Berührung kommt, oder bei Verwendung lichtoptischer Meßfühler 5-8 proportional der durch das disperse Feststoffsystem resultierenden Lichtabschwächung .und stellen sich wie folgt dar:The currents I removed at the sensors 5-8 are proportional to the total surface area of the particulate solid system, which contacts the triboelectric probes 5-8 in a different small time interval, or, when using photometric probes 5-8, proportional to that resulting from the particulate solid state system Light attenuation .and are as follows:
max I = k . / — h-(x) dx mitmax I = k. / - h- (x) dx with
k. k .
^max^ max
—· ♦ 1ιΟΛ(χ)- dx- · ♦ 1ι ΟΛ (χ) - dx
wobei die Konstante k sowie der entsprechende Strom I0 in mindestens einem Eichversuch für das betreffende Stoffsystem ermittelt werden.wherein the constant k and the corresponding current I 0 are determined in at least one calibration test for the relevant substance system.
Somit ergibt sich das Gleichungssystem:This results in the equation system:
xmax / Λ ν .(1) _ f^ r ~nj x max / Λ ν. (1) _ f ^ r ~ nj
1) . J 1) . J
Qi a .χQi a .χ
ni-inni-in
χ ' maxχ max
.[i-T(2)(X)].fi-TC3)(.-o].b3(1)(x)clx[iT (2) ( X )]. fi-T C3) (.-o] .b3 (1) (x) clx
Wählt man als h3 (1)(x)zweiparametrische Verteilungsfunktionen, so sind die beiden Parameter der Verteilungen sowie c|1> als unabhängige Variablen aus dem Gleichungssystem zu bestimmen. Dies erfolgt iterativ, mit Hilfe bekannter mehrparametriger, • nichtlinearer Optimierungsverfahren.If one chooses two parametric distribution functions as h 3 (1) (x), the two parameters of the distributions as well as c | 1> are to be determined as independent variables from the system of equations. This is done iteratively, using known multi-parameter, nonlinear optimization methods.
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DD30134987A DD259800A1 (en) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | METHOD FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF THE DISPERSITIVE CONDITION OF DISPERSER SOLIDS SYSTEMS |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7893378B2 (en) | 2004-08-10 | 2011-02-22 | Mss, Inc. | Materials recovery facility process optimization via unit operation feedback |
-
1987
- 1987-04-01 DD DD30134987A patent/DD259800A1/en not_active IP Right Cessation
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