DE102006038208A1

DE102006038208A1 - Verfahren zur Regelung des Betriebszustandes einer Flotationszelle und Flotationszelle

Info

Publication number: DE102006038208A1
Application number: DE200610038208
Authority: DE
Inventors: Michael Riebensahm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2008-02-21
Also published as: WO2008019983A3; WO2008019983A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Betriebsparameters einer zur Trennung von Feststoffpartikelgemengen in einer Suspension (2) dienenden und ein Gehäuse (10) aufweisenden Flotationszelle (1), bei dem das im Betrieb entstehende Eigenschallsignal (50) der Flotationszelle (1) aufgenommen, ein für einen Betriebsparameter charakteristisches Merkmal aus dem aufgenommenen Eigenschallsignal (50) extrahiert und eine Stellgröße (55) zur Regelung des Betriebsparameters aus dem extrahierten, charakteristischen Merkmal ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Betriebszustandes einer Flotationszelle sowie eine Flotationszelle.
Flotation ist ein Trennungsverfahren für Gemenge aus Feststoffpartikeln. In einer flüssigen, von Gasblasen durchströmten Suspension wird die unterschiedliche Grenzflächenspannung zu trennender Feststoffpartikel gegenüber Flüssigkeiten und Gasen ausgenutzt. Die unterschiedliche Oberflächenbenetzbarkeit der Feststoffpartikel in der Suspension hat zur Folge, dass benetzte Partikel absinken, während sich kleine, unbenetzte Partikel an Gasblasen anlagern und mit ihnen zur Oberfläche der Suspension aufschwimmen.
Das Verfahren wird in so genannten Flotationszellen betrieben, welche mit Vorrichtungen zur Einspeisung des Feststoffpartikelgemenges, zur Begasung und Vermengung der Suspension, zur Abschöpfung des Schaums auf der Suspensionsoberfläche und auch zur Abförderung der Feststoffansammlung aus dem Bodenbereich der Zelle versehen sind.
Gasgehalt, Bläschengröße und Driftgeschwindigkeit der Gasbläschen in der Suspension haben einen Einfluss auf die Effektivität des Trennungsverfahrens und können sowohl über die Regelung der Vermengung der Suspension, z.B. durch Einstellung der Drehzahl eines Rotors als auch durch Regelung der Gaszufuhr beeinflusst werden. Bekannte Messverfahren zur Bestimmung von Gasgehalt, Bläschengröße und Driftgeschwindigkeit der Gasbläschen basieren auf der Laser-Doppler Anemometrie sowie Ultraschall-Doppler- und Sonarwellen-Sensoren. Alle genannten Verfahren sind gekennzeichnet durch die Ausstrahlung von Wellen, nämlich Licht- oder Schallwellen und die Aufnahme und Analyse eines Echos, welches aufgrund der Reflexion der Wellen an den Oberflächen der bewegten Gasbläschen entsteht und mit einem geeigneten Sensor gemessen wird. Die gemessenen Signale enthalten auch von Feststoffpartikeln reflektierte Wellen, so dass die Auswertung der Messung und Regelung der Anlage durch aufwendige Software realisiert werden muss. Sowohl die Sender und Sensoren als auch die Regelung einschließlich der Software sind sehr kostspielig.
Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Regelverfahrens zum Betrieb einer Flotationszelle welches die Verwendung kostengünstiger Sensoren zulässt. Eine weitere Aufgabe ist es, eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Flotationszelle anzugeben.
Die erste Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und die zweite Aufgabe durch eine Flotationszelle gemäß Anspruch 5 gelöst.
Es wird ein Regelungsverfahren vorgestellt, bei dem das im Betrieb entstehende Eigenschallsignal der Flotationszelle aufgenommen, ein für einen Betriebsparameter charakteristischen Merkmal aus dem aufgenommenen Eigenschallsignal extrahiert und eine Stellgröße zur Regelung des Betriebsparameters aus dem extrahierten, charakteristischen Merkmal ermittelt wird. Das Eigenschallsignal umfasst die Betriebsgeräusche der Flotationszelle und ggf. Umgebungsgeräusche. Auf diese Weise lässt sich in Kombination mit gewonnenen Analyseergebnissen der optimale Betriebspunkt zur Gewinnung des Maximums an Erz ermitteln und einstellen. Weiterhin ist vorteilhaft dass im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, bei denen mit Hilfe aufwendiger Einrichtungen Laserlicht oder Ultraschall in die Flotationszelle eingestrahlt und deren Echosignal detektiert und ausgewertet werden muss, bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren ein kostengünstiger akustischer Messaufnehmer etwa in Form eines Mikrophons, gegebenenfalls eines Ultraschallmikrophon ausreicht. Die aufgenommenen Eigenschallsignale lassen sich auf einfache Weise, beispielsweise mit Hilfe einer Analog-Digital-Wandlung, zur weiteren digitalen Signal verarbeitung aufbereiten, um ein Stellsignal, beispielsweise für den Gasgehalt der Suspension, zu erzeugen.
In einer ersten, bevorzugten Ausführung der Erfindung wird auf einfache Weise eine Stellgröße ermittelt, indem ein charakteristisches Merkmal des aufgenommenen Eigenschallsignals mit Referenz-Signalsätzen charakteristischer Betriebszustände korreliert wird. Referenz-Signalsätze sind Mess-Signalsätze charakteristischer Betriebszustände, deren Betriebsparameter, Stellgrößen und ggf. auch Messgrößen bekannt sind. Sie können beispielsweise an einer vergleichbaren Anlage durch Einstellung definierter Betriebszustände ermittelt worden sein und in einer Referenz-Tabelle den Betriebsparametern sowie Stellgrößen und Messgrößen zugeordnet werden. Die Stellgröße wird an einen Aktuator geleitet, welcher den Betrieb der Flotationszelle beeinflusst. Beispielsweise wird zur Regelung des Gasgehalts die Stellgröße ein Ventil am Begaser und damit die Gaszufuhr einstellen.
Bei einer zweiten, bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine Messgröße ebenfalls durch Korrelation eines charakteristischen Merkmals des aufgenommenen Eigenschallsignals mit Referenz-Signalsätzen charakteristischer Betriebszustände ermittelt. Eine Messgröße, beispielsweise der Gasgehalt oder die Strömungsgeschwindigkeit der Suspension, kann für das Betriebspersonal, etwa zu Überwachungszwecken, angezeigt werden.
Das Eigenschallsignal kann auf unterschiedliche Art und Weise aufgenommen werden, beispielsweise mit Hilfe eines in die Suspension eingetauchten oder oberhalb der Suspension angeordneten Mikrophons. Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante wird jedoch der Körperschall des Gehäuses, etwa mit einem an dessen Außenfläche fixierten Mikrophon, aufgenommen. Mit dieser Ausgestaltung ist zunächst der Vorteil verbunden, dass das Mikrophon nicht den rauen Betriebsbedingungen der Flotationszelle ausgesetzt ist und dementsprechend einfach gestaltet sein kann. Vorteilhaft ist weiterhin, dass ein geringerer Anteil der dem Eigenschallsignal überlagerten Umgebungsgeräusche aufgezeichnet wird, insbesondere dann, wenn das Mikrophon zur Umgebung hin abgeschirmt ist.
Eine Flotationszelle zur Anwendung des beschriebenen Regelungsverfahrens enthält zumindest einen akustischen Messaufnehmer. Dies kann ein kostengünstiges Mikrophon sein, das vorzugsweise zur Aufnahme des Körperschalls des Gehäuses an dessen Außenfläche fixiert ist. Im Übrigen wird, um Wiederholungen zu vermeiden, auf das weiter oben Gesagte verwiesen.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Flotationszelle mit akustischen Messaufnehmern und Regelungs-Computer, und
2 eine Prinzipdarstellung, die den Ablauf eines Regelverfahrens für eine Flotationszelle verdeutlicht.
1 zeigt eine Flotationszelle 1 zur Trennung von Feststoffpartikelgemengen in einer Suspension 2 und einen Regelkreis 3, beispielsweise für den Gasgehalt der Suspension 2. Diese setzt sich im Wesentlichen aus einem Trägerfluid, in der Regel Wasser und einem darin suspendierten Feststoffpartikelgemenge zusammen, wobei gegebenenfalls noch Flotationsmittel enthalten sind. Am Grund 11 der Flotationszelle 1 ist ein Begaser 12 vorhanden, mit dem Luftblasen in die Suspension 2 eingebracht werden. Unbenetzte Partikel lagern sich an die Gasblasen an und schwimmen mit diesen zur Suspensionsoberfläche 5 auf. Benetzte Partikel hingegen sinken zum Grund 11 der Flotationszelle 1.
Zur Regelung der Flotationszelle 1 ist ein Regelkreis 3 vorhanden. Er umfasst wenigstens einen akustischen Messaufnehmer 21, der im Luftraum oberhalb der Suspension angeordnet, in dieser eingetaucht ist oder sich außerhalb des Gehäuses 10 der Flotationszelle 1 befindet, insbesondere an dessen Außen fläche fixiert ist. In 1 sind exemplarisch die beiden zuletzt genannten Messaufnehmer 21b, 21c dargestellt. Das von einem Mikrophon (21a, 21b oder 21c) gemessene Eigenschallsignal 50 wird zur Aufnahme und Analyse an einen Computer 30 geleitet. Dieser untersucht das aufgezeichnete Eigenschallsignal 50 auf charakteristische Merkmale und ermittelt eine Stellgröße 55, welche an einen Aktuator am Begaser 12 übermittelt wird und im Falle des dargestellten Regelkreises 3 der 1 die Gaszufuhr einstellt.
2 zeigt eine weitere, mit einem Rührer 13 ausgestattete Flotationszelle 1 und ein detailliertes Blockschaltbild eines dem Regelkreis 3 in 1 entsprechenden Regelkreises, beispielsweise zur Einstellung des Gasgehalts der Suspension 2. Der Regelkreis 3 umfasst zumindest einen der dargestellten Messaufnehmer 21a, 21b, 21c zur Aufzeichnung von Betriebsgeräuschen bzw. Eigenschallsignalen 50 der Flotationszelle 1, eine Einrichtung 31 zur Signalaufnahme und Signalaufbereitung, eine Datenkorrelationseinheit 32, eine in einem Datenspeicher 33 abgelegte Referenz-Tabelle 34, einen Aktuator 40 und eine Einheit 42 zur Messgrößen-Darstellung.
Ein von einem akustischen Messaufnehmer 21a, 21b oder 21c gemessenes Eigenschallsignal 50 wird an eine Einheit 31 zur Signalaufzeichnung und Signalaufbereitung geleitet und dort in einem Mess-Signalsatz 51 umgewandelt. Die Signalaufbereitung in der Einheit 31 kann eine Digitalisierung analoger Signale umfassen, so dass der aufgenommene Mess-Signalsatz 51 digital gespeichert und analysiert werden kann. Ein Mess-Signalsatz 51 wird an eine Datenkorrelationseinheit 32 weitergeleitet und durch diese zur Ermittlung von Betriebsparametern, Mess- und Stellgrößen 54, 55 analysiert. Dies erfolgt beispielsweise durch die Auswertung der Korrelation zwischen einem Mess-Signalsatz 51 und vorgespeicherten Mess-Signalsätzen charakteristischer Betriebszustände der Flotationszelle 1, welche im folgenden Referenz-Signalsätze genannt werden. Die Referenz-Signalsätze können für die Anlage als bekannt vorausgesetzt werden und sind im Datenspeicher 33 in einer Referenz-Tabelle 34 mit Betriebsparametern, Mess- und Stellgrößen verknüpft. Diese Daten können an einer vergleichbaren Anlage ermittelt, zugeordnet, gespeichert und zur weiteren Verwendung in gleichartige Anlagen übertragen werden. Für die gezeigte Regelstrecke ist beispielsweise der Gasgehalt der Suspension 2 ein entsprechender Betriebsparameter und zugleich eine Messgröße 54. Eine Stellgröße 55 dient der Ansteuerung eines Aktuators 40, der ein Ventil 41 zur Regelung der Luftzufuhr einstellt.
Eine von der Datenkorrelationseinheit 32 ermittelte Messgröße 54 kann an eine Einheit 42 zur Messgrößen-Darstellung geleitet und dort für das Betriebspersonal angezeigt werden. Diese Einheit 42 kann eine im Computer realisierte Darstellungseinheit oder eine externe Anzeigeeinheit sein.

Claims

Verfahren zur Regelung eines Betriebsparameters einer zur Trennung von Feststoffpartikelgemengen in einer Suspension (2) dienenden und ein Gehäuse (10) aufweisenden Flotationszelle (1), bei dem das im Betrieb entstehende Eigenschallsignal (50) der Flotationszelle (1) aufgenommen, ein für einen Betriebsparameter charakteristisches Merkmal aus dem aufgenommenen Eigenschallsignal (50) extrahiert und eine Stellgröße (55) zur Regelung des Betriebsparameters aus dem extrahierten charakteristischen Merkmal ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Ermittlung zumindest einer Stellgröße (55) durch Korrelation eines charakteristischen Merkmals des aufgenommenen Eigenschallsignals (50) mit Referenz-Signalsätzen charakteristischer Betriebszustände erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Ermittlung zumindest einer Messgröße (54) zur Darstellung eines Betriebsparameters einer Flotationszelle (1) durch Korrelation eines charakteristischen Merkmals des aufgenommenen Eigenschallsignals (50) mit Referenz-Signalsätzen charakteristischer Betriebszustände erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Eigenschallsignal der Körperschall des Gehäuses (10) aufgenommen wird.
Flotationszelle (1) zur Trennung von Feststoffpartikelgemengen in einer Suspension (2) mit einer Einrichtung zur Regelung eines Betriebsparameters, dadurch gekennzeichnet dass die Einrichtung einen akustischen Messaufnehmer (21a, 21b oder 21c) umfasst.
Flotationszelle (1) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen am Gehäuse (10) angeordneten akustischen Messaufnehmer (21c) zur Aufnahme des Körperschalls.