DE1767909A1

DE1767909A1 - Verfahren zur Regelung einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung zur Sedimentation und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1767909A1
Application number: DE19681767909
Authority: DE
Inventors: Bengt Prof Hedstroem; Ake Jernqvist
Original assignee: Rederi Nordstjernan AB
Current assignee: Rederi Nordstjernan AB
Priority date: 1967-06-30
Filing date: 1968-06-29
Publication date: 1972-03-09
Also published as: DE1767909B2; ES355539A1; NL6809210A; US3551330A; GB1215865A; FI49244C; SE337805B; FR1571188A; FI49244B; DE1767909C3

Description

Rederiaktiebolaget Nordstjemaiij, Nynäshamn, Schweden

Verfahren zur Regelung einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung zur Sedimentation und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Dii; Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, zur Regelung eiiiei· kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung zur Sedimentation und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erf indutigsgemäßen Verfahrens,

Bei bekannten Vorrichtungen zur Sedimentation, die zur Behandlung verhältnismäßig konzentrierter Suspensionen vorgesehen sind, ergibt sich bei Überlast-Konzentrationen eine Lorning im Überlauf, die nicht klar ist. Es trifft zu, daß der Überlauf unterhalb der maximalen Last vollkommen klar tat; er weist jedoch eine Konzentration auf« die unter dem erforderlichen Maß liegt=.

Die Last einer Vorrichtung zur Sedimentation wird durch das Produkt aus der Beschickungsmenge und der Konzentration fester Bestandteile des Trübezulaufs definierte

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Genau bei maximaler Last stellt sich die höchstmögliche Konzentration im Abfluss ein, wobei gleichzeitig ein klarer Überlauf erzielt wird

Im Hinblick auf 61& Gefahr, daß feste Bestandteile im Überlauf enthalten sein können, ist es im praktischen Betrieb insbesondere von Trennwand-Vorrichtungen zur Sedimentation notwendig, daß man dioss Vorrichtung unterhalb der maximalen Lrsb betreibt«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung zur Sedimentation zu schaffen, dia bei jeder vorkommenden Batriet:, sbsdingung der Vorrichtung r.uto;natisoh eine kontinuierlich maximale Last ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe geht von dar Überlegung aus_e daß mau dann_s wenn man eine physikalische Grosse finden könnte, die in einem frühen Stadium bereits (und zwar ehe die Gefahr eines trüber. Überlaufs entsteht) dazu geeignet wäre, ein Überschreiten der maximalen Last anzuzeigen, diese Grosse für Regelungsaufgaben benutzt werden kann, Dadurch könnta&ie Vorrichtung zur Sedimentation kontinuierlich bei maximaler Last arbeiten, was wiederum die optimale wirtschaftliche Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Sedimentationa-Oberflache möglich machen würde.

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DengenäS ist bei einen Verfahren der eingangs genannten Art die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst,, daß das Niveau eines sich bei optimalem Betrieb der Vorrichtung einstellenden horizontalen Diskontinuitäts-Spiegels in der vertikalen Konzentrationsverteilung der sich absetzenden Strömung ermittelt wird und daß dieser Spiegel innerhalb eines bestimmten Bereichs durch Regelung des Abflusses und/oder des Trübezulaufs gehalten wird.

Hit dem eich bei optimalem Betrieb der Vorrichtung einstellenden Diskontinuitäts-Spiegels wird eine durch sorgfältige theoretische Untersuchungen und praktische Messungen erhärtete physikalische Grosse benutzt, die für Regelungsaufgaben besondere

geeignet ist. Es hat sich nämlich herausgestellt« daß sich unter geeigneten Betriebsbedingungen eine horizontale scharfe Grenzfläche oder Diskontinuität in der vertikalen Konzentrationsverteilung ausbildet. Dieser Diskontinuitäts-Spiegel kann bei

konstanter Lst an jeder Stelle zwischen dem Zulauf und dem

Abfluss an Boden festgelegt werden, ohne daß dadurch eine % Veränderung der Konzentration im Abfluss verursacht würde=

Unterhalb der Diskontinuität ist die Konzentration ziemlich hoch und sie vergrössert sich bei Trennwand-Vorrichtungen zur Sedimentation zum Boden hin, während sie bei vertikalen Eindikvorrichtungen konstant 1st. Demgegenüber 1st die Konzentration über der Diskontinuität ziemlich gering und konstant. Dies sohlieest ein, daß bei Trennwand-Vorrichtungen zur Sedimentation

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die Konzentrations-Diskontinuität Immer, besser gekennzeichnet und damit leichter zu messen ist, je tiefer sie angeordnet ist. Bei einer stationären Betriebsbedingung mit Überlast oder Unterlast gibt es keine Konzentrations-Diskontinuität. Bei optimaler (maximaler) Last bleibt der Diskontinuitäts-Spiegel in Ruhee Nimmt die Last bei konstanten Betriebsbedingungen zu, dann steigt der Diskontinuitäts-Spiegel, nimmt die Last ab, dann fällt dieser Spiegel. Am oberen bzw. am unteren Ende der Vorrichtung verschwindet die Diskontinuität schrittweise vollkommenο Dies ist der Grund, weshalb die hier beschriebene Diskontinuität normalerweise in einer Anlage zur Sedimentation nicht beobachtet werden kann.

en Es ist folglich mit Hilfe geeigneter Lastenveränderung/möglich, den Diskontinuitäts-Spiegel an irgend einer Stelle zwischen dem Zufluss und dem am Boden vorgesehenen Abfluss festzulegen. Dies ist Im allgemeinen ebenfalls mit Hilfe von Veränderungen im Abfluss bei konstanten Betriebsbedingungen möglich.

Die ferner der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäBen Verfahrens zu schaffen, ist,ausgehend von einer Vorrichtung alt einem Gehäuse, das einen Einlass für den Trübezulauf, einen Auslass für den abgesetzten Schlamm und einen Überlauf für die geklärte Flüssigkeit aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dl· Vorrichtung mit einem der Ermittlung des Niveaus des Diskontlnultäts-Spiegels dienenden Druckunterschieds-Messgerät verbunden 1st, das eine Einrichtung zur Messung des Druckunterschied* zwirnen iJesszonen zu beiden Seiten des Diskontlnuitäte-5piegele aufweist.

Durch Anbringen einer Einrichtung zur Messung des Druckunterschieds, deren auf Druck ansprechende Sonden in äusserst geringem vertikalem Abstand zueinander auf beiden Seiten des Diskontinuitäts-Spiegels angeordnet sind, ist es möglich, das Niveau dieses Spiegels zu ermitteln und durch Regelung mittels einer Abflusspumpe zwischen diesen beiden Sonden zu halten* Dadurch wird die zur Verfügung stehende Sedimentations" Oberfläche optimal ausgenutzt« Die beiden auF Druck ansprechenden Sonden dienen zur Messung des extrem kleinen Wechsels M im Druckunterschied,, der sich ergibt, sobald sich dieser Diskontinuitäts-Spiegel verändert. Die Regelung kann von Hand

Z oB Β J-

oder automatiseh^/mittelaeines Servomotors durchgeführt werden_r der durch die Impulse der auf Druck ansprechsnden Sonden der Einrichtung zur Messung des Druckunterschieds gesteuert wird. Nimmt bei konstanter Belastung der Abfluss Zu₈ dann verringert sich die Konzentration im Abfluss und umgekehrt. Diese Regelung bringt somit mit SlCh₉ daß die höchstmögliche Konzentration im Abfluss in Bezug auf die jeweilige Last aufrechterhalten wirds, wodurch diase Last ein Optimum (Maximum) bei ™ den jeweiligen Betriebsbedingungen erreichte

Bei einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß als Einrichhung zur Messung des Druckunterschieds ein auf dem Kopf stehendes U-Rohr vorgesehen ist_E dessen offene Schenkel als Sonden in die beiden Messzonen ragenο Hierdurch wird ein besonders zweckmäßiger und billiger Aufbau der Vorrichtung erreichte Bei dieser Vorrichtung wird die Abflusspumpe

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durch die Impulse der beiden auf Druck ansprechenden, als Sonden ausgebildeten Schenkel des ü-Rohres gesteuert, Wenn der Druckunterschied dabei zunimmt, d.h., wenn der Diskont1-nuitäts-Spiegel steigt, dann muss der Abfluss vorher abgenommen haben*

Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, bei optimalem Betrieb einer Vorrichtung zur Sedimentation die vorteilhafte Wirkung von Schwingungen auf die Absetzeigenschaften von Schlamm im Bereich mit höherer Teilchenkonzentration auszunützen«. Durch ein derartiges Verfahren kann nämlich die Teilchenkonzentration unterhalb der regulierenden horizontalen Diskontinuität zunehmen, was wiederum die Regelungswirkung fördert. Ausserdem wird due höhere Teilchenkonzentration im abfliessenden Schlamm erzielt, Dazu sehen die beiden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele vor, daß die Schwingungen entweder unmittelbar auf die Strömung oder aber auf das Gehäuse der Vorrichtung zur Sedimentation übertragen werden,

Das Verfahren nach der Erfindung schafft also die Möglichkeit, die Vorrichtung zur Sedimentation bei verhältnismäßig hoher Konzentration des Abflusses maximal auszunutzen. Das Verfahren wurde durch sorgfältige theoretische und experimentelle Untersuchungen geprüft, die die Absetz- und Fördereigenschaften des Schlamms, die Gleichgewichtszustände des Materials sowie

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die instationären Eigenschaften der Trennwand-Vorrichtungen zur Sedimentation als auch der vertikalen Eindickvorrichtungen zum Ziele hatten.

Durch die Erfindung wird demnach eine Verringerung der durch Schwierigkeiten beim Betrieb verursachten Folgen in Form von Veränderungen der Beschickungsmenge, des Inhalts suspendierter Substanz im Trübezulauf und der Absetzeigenschaften der suspension ermöglicht*

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung an Hand von Aueführungsbeispielen im einzelnen erläutert- Dabei zeigen die einzelnen Figuren:

Fig. 1 und 2 die Diagramme der Strömung fester Bestandteile je Flächeneinheit als Funktion der Konzentration der festen Bestandteile;

Fig.3a u.3b eine schematisch dargestellte Eindickvorrichtung mit unterschiedlicher Konzentrationsverteilung der Strömung innerhalb der Vorrichtung und

Flg. k und 5 scheaatisch dargestellte Schnitte durch

eine Trennwand-Vorrichtung zur Sedimentation bzw, durch eine Eindickvorrichtung, dl« alt einem Druckmessgerät verbunden sind«

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Die in den Fig* 1 und 2 dargestellten Kurven zeigen für eine in Betracht kommende Suspension die Strömung fester

Bestandteile je Flächeneinheit, cv jfg , als eine

m^ · see. Funktion der Konzentration fester Bestandteile, c Diese Kurven können auf einfache graphische Weise von Chargen-Absetzversuchen abgeleitet werden. In diesem Zusammenhang 1st es uninteressant, wie dies durchgeführt wird, und wie dazu die theoretischen Untersuchungen aussehen₀

Das wesentliche Merkmal der Erfindung 1st, daß bei maximaler Last der Vorrichtung zur Sedimentation eine Diskontinuität in der vertikalen Konzentrationsverteilung der Strömung innerhalb der Vorrichtung zur Sedimentation entsteht_e Die maximale Last der Vorrichtung zur Sedimentation ergibt sich dann, wenn die größtmögliche Teilchenkonzentration Im abfllessenden Schlamm erzielt wird, ohne daß dabei feste Bestandteile der Abflussströmung für diese saubere, überlaufende Flüssigkeit folgen. Diese Diskontinuität verschwindet sowohl bei einem Betrieb der Vorrichtung zur Sedimentation mit Überlast, d.h., wenn die festen Bestandteile der Abflussströmung für die saubere, überlaufende Flüssigkeit folgen, als auch bei einem Betrieb der Vorrichtung zur Sedimentation mit Unterlast, das heißt, wenn der abfliessende Schlamm eine geringere Konzentration fester Bestandteile aufweist, als im Hinblick auf das Fehlen von festen Bestandteilen in der abfllessenden sauberen Lösung notwendig wäre.

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In Pig, 1 ist die Konzentrationsverteilung bei maximaler Last dargestellt. Bei den verschiedenen eingezeichneten Teilchenkonzentrationen handelt es sich bei C₀ um die Konzentration fester Bestandteile am Zulauf, bei C₁ um die Konzentration fester Bestandteile unterhalb des Zulaufs und oberhalb des Diskontinuität, bei C₁₂ um die Konzentration fester Bestandteile im Abfluss und bei ^G _CPvt um ^die Konzentration fester Bestandteile unterhalb des Diskontinuität.

mit

Mit P ist der Trübezulauf mit L der Abfluss und/ ν die

Absetzgeschwindigkeit bezeichnet* Bei der Linie L/A handelt es sich, wie das aus Pig» 1 ersichtlich ist, um eine Tangente an die Kurve c*v bei maximaler Last. In Pig, 2 sind die Betriebsverhältnisse bei Unterlast für die Vorrichtung zur Sedimentation dargestellt.

In Pig« 3a ist schematisch eine bei maximaler Last betriebene Eindickvorrichtung dargestellt. In Fig. 3b ist daneben angedeutet, wie dadurch die Konzentrationsverteilung der Strömung in der Eindickvorrichtung aussehen kann.

Aus den Pig. '3a und 3b ist zu entnehmen, daß der Diskontinuitäts-Spiegel zwischen dem Zufluss und dem am Boden vorgesehenen Abfluss ausgebildet ist. Arbeitet die Eindickvorrichtung bei maximaler Last, dann bleibt das Niveau dieser Diskontinuität unverändert. Durch Überlasten der Eindlokvorrichtung, entweder durch Vergrösserung der Beschickungsmenge oder durch Vergrösserung der Konzentration der festen Bestandteile des

Trübezulaufs oder durch Verringerung des Betrags an abflies-

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-losendem Schlamm, steigt diese Diskontinuität innerhalb der Eindickvorrichtung. Wenn die Eindickvorrichtung jedoch bei Unterlast betrieben wird, was entweder durch Verringerung der Beschickungsmenge oder durch Verringerung der Konzentration der festen Bestandteile im Trübezulauf oder durch Vergrösserung des Betrags an abfliessendem Schlamm geschehen kann, dann fällt diese Diskontinuität innerhalb der Eindickvorriohtung.

von dem Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre/bei maximaler Last auftretenden Diskontinuitäts-Spiegel bei Separations-Verfahren, ist es möglich geworden, diese Separationsverfahren für den optimalen Betrieb einer Vorrichtung zur Sedimentation zu regeln,,

In den Pig» k und 5 sind zwei Ausführungsbelepiele derartiger Vorrichtungen zur Sedimentation dargestellt, die ein mit einer Trennwand-Vorrichtung zur Sedimentation bzw. einer vertikalen Eindickvorrichtung verbundenes Druckmessgerät aufweisen. Diese Vorrichtungen weisen einen Trübezulauf 1, einen Überlauf 2 und einen Abfluss 3 auf, Mit 4 ist das Niveau des Diskontinuitäts-Spiegels bezeichnet. Die Vorrichtung zur Sedimentation ist mit der Bezugszahl 5 und zwei in diese Vorrichtung eingesetzte,als Sonden auegebildete Rohre sind mit der Bezugszahl 6 bezeichnet. Möglicherweise in diesen Sonden auftretende Teilchen setzen sich ab, so daß diese Sonden nur Flüssigkeit enthalten, Diese Sonden

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sind mit einem auf dem Kopf stehenden U-Rohr 7 verbunden, dessen oberes Teiletück mit OeI gefüllt ist, das eine Dichte besitzt, die geringfügig unter der Dichte der Flüssigkeit liegt. Auf diese Weise ergibt sich die Messung aus dem Druckunterschied zwischen den beiden Messzonen, in die die Öffnungen der Sonden ragen, bei Betriebsbedingungen und dem korrespondierenden Druckunterschied, wenn die Vorrichtung zur Sedimentation nur mit Wasser gefüllt wäre. Dieser Druckunterschied ist normalerweise äusserst gering, das OeI im U-Rohr und eine Erweiterung im rechten Schenkel des U-Rohres dienen jedoch zur Vergrösserung der Ist-Abweichung im linken Schenkel des U-Rohresο Die Ist-Abweichung wird durch die Stellung der Grenzflächen zwischen dem OeI und der Flüssigkeit angezeigt. Diese Stellung wird durch ein photoelektrisches Bauteil 8 geregelt, das eine Abflusspumpe 9 an-bzwc ausschiatet. Bei einer Vergrösserung des Druckunterschiedes steigt die Grenzfläche im linken Schenkel des U-Rohres, wodurch das photoelektrische Bauteil 8 die Abflusspumpe 9 abstellt, und umgekehrt. Damit kann die Stellung einer Konzentrations-Diskontinuität Immer zwischen den beiden Sondenöffnungen gehalten werden, da die Diskontinuität steigt, wenn die Abflusspumpe 9 abgeschaltet wird, und fällt, wenn diese Pumpe angeschaltet wird. Die Stellung der Grenzfläche im linken Schenkel des U-Rohres 7 kann natürlich die Abflusspumpe 9 In jeder anderen geeigneten Weise regeln, sie kann dabei selbst für eine manuelle Regelung benutzt werden.

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Selbstverständlich ist es nioht die Art der Einrichtung zur Ermittlung der Diskontinuität, die für die Anwendung der Erfindung entscheidend ist. Das Wesentliche ist vielmehr das Prinzip, daß man durch Kenntnis dieser Diskontinuität bei maximalem Betrieb einer Vorrichtung zur Sedimentation diese zur Betriebsregelung derselben heranziehen kann.

IQ In den Fig. 4 und 5 1st auch ein Vibrator dargestellt, der in der Strömung unterhalb des Diskonituitäts-Splegels 4 angeordnet und mittels einer Leitung 11 mit einem Schwingungserzeuger 12 gekoppelt ist. Der Vibrator muß nicht in die Strömung eingetaucht sein, sondern er kann auch am Gehäuse der Vorrichtung zur Sedimentation angeordnet sein. Durch die Schwingungen kann eine Vergrößerung der Konzentratlons-Diskontinuität erzielt werden, die die Regelungsfunktionen fördert und die Absetzwirkung vergrössern kann«

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur Regelung einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung zur Sedimentation, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau eines sich bei optimalem Betrieb der Vorrichtung einstellenden horizontalen Diskontinuitäts-Spiegels (4) in der vertikalen Konzentrationeverteilung der sich absetzenden Strömung ermittelt wird und daß « dieser Spiegel innerhalb eines bestimmten Bereichs durch ' Regelung des Abflusses (3) und/oder des Trübezulaufs (1) gehalten wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Diskontinuitäts-Spiegels (²O durch eine Differenzdruck-Nessung ermittelt wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Stellung des Diskontinuitäts-Spiegels auf optischem Weg (8) ermittelt wird.

*O Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Stellung des Diskontinuitäts-Spiegels (Jf) ein eine zur automatische Regelung des Abflusses (3) und/oder des Trübezulaufe (1) ermöglichendes Signal erzeugt wird.

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5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die sich absetzende Strömung Schwingungen übertragen werden.

6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Gehäuse der Vorrichtung zur Sedimentation Schwingungen übertragen werden,

7) Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrene nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Gehäuse, das einen Einlass für den Trübezulauf, einen Auslass für den abgesetzten Schlamm und einen Überlauf für die geklärte Flüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einem der Ermittlung des Niveaus des Diskontinuitäts-Spiegels (4) dienenden Druokunterschieds-Nessgerät (6, 7») verbunden ist, das eine Einrichtung (7) zur Messung des Druckunterschieds zwischen den Nesszonen zu beiden Seiten des Diskontinuitäts-Spiegels (4) aufweist.

8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Messung des Druckunterschieds ein auf dem Kopf stehendes U-Rohr (7) vorgesehen ist, dessen offene Schenkel (6) als Sonden in die beiden Hesszonen ragen.

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9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das U-Rohr (7) mindestens teilweise mit Öl gefüllt ist und daß einer dieser Schenkel (6) eine der Vergrösserung der Ist-Abweichung im anderen Schenkel (6) dienende Erweiterung aufweist.

10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (8) zur Umwandlung der Ist-Abweichung in eine elektrische Spannung zur automatischen Regelung des Abflusses (3) und/oder des Trübezulaufs (1) und somit zur automatischen Regelung des Diskontinuitäts-Spiegels zwischen den beiden Kesszonen vorgesehen ist.

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