ES2944586T3 - Sistema de monitorización y control de espuma de flujo lateral - Google Patents

Abstract

Se proporciona un dispositivo que es capaz de medir continuamente las tendencias variables de formación de espuma en un sistema de fluidos y proporciona una señal para regular la velocidad de alimentación del antiespumante en consecuencia para mantener la formación de espuma en un nivel objetivo aceptable. La regulación del avance se puede realizar de forma automática o manual. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de monitorización y control de espuma de flujo lateral

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE. UU. n.° 62/337.395, presentada el 17 de mayo de 2016, cuyo contenido completo se incorpora por la presente como referencia.

ANTECEDENTES

Las industrias y los municipios gastan grandes sumas de dinero para pagar los productos químicos usados para controlar los niveles de espuma en sus sistemas acuosos. Las aplicaciones típicas son plantas de tratamiento de aguas residuales industriales y municipales, tuberías, lagunas aireadas y tanques de proceso, entre otras. Los productos químicos usados se denominan indistintamente antiespumantes. Sus velocidades de alimentación típicamente se controlan manualmente en respuesta a una evaluación visual de cuánta espuma se ha acumulado en el proceso. Se han propuesto algunos métodos de control automatizado; sin embargo, la mayoría de las aplicaciones vuelven al control manual debido a fallos en el diseño y funcionamiento de los procesos automatizados. El control manual y automático imperfecto de la alimentación del antiespumante conduce a períodos de subalimentación y sobrealimentación. Esto es especialmente cierto porque el comportamiento de formación de espuma de muchos sistemas de fluidos industriales, tales como los de las fábricas de pasta papelera, puede cambiar rápidamente dependiendo de los procesos aguas arriba. La alimentación insuficiente puede dar lugar a un exceso de espuma que afecta los espacios colindantes, las propiedades inmobiliarias, las vías de agua, los equipos de detección de nivel, la capacidad de airear el sistema de fluidos y la contaminación del proceso industrial.

Por lo tanto, existe una tendencia a sobrealimentar los antiespumantes hasta el punto de que no hay espuma visible, aunque un cierto nivel mínimo de espuma puede ser tolerable. Adicionalmente, debido a que no se observa espuma cuando se sobrealimenta el antiespumante, las condiciones de sobrealimentación pueden pasar desapercibidas durante largos períodos de tiempo antes de corregirse. El gasto de sobrealimentación es costoso, mientras que la subalimentación es inaceptable. Además del coste, la sobrealimentación puede causar otros problemas en algunos sistemas; por ejemplo, en las fábricas de pasta papelera, el exceso de antiespumante puede dar como resultado defectos en la formación de la hoja y aumentar el recuento de impurezas. En las industrias de fermentación, un exceso de antiespumante puede dar como resultado un rendimiento deficiente en los sistemas de ultrafiltración. Por lo tanto, el objeto de esta invención es proporcionar un método que sea capaz de medir en curso las tendencias variables de formación de espuma en un sistema de fluidos y proporcionar una señal para regular la velocidad de alimentación del antiespumante en consecuencia para mantener la formación de espuma en un nivel objetivo aceptable. La regulación de la alimentación se puede realizar de forma automática o manual.

También se proporciona un método que es fácil para ajustar y calibrar la velocidad de formación de espuma para representar razonablemente el comportamiento del sistema de fluidos en estudio con una muestra de corriente lateral de dicho sistema de fluidos.

También está entre los objetivos de esta invención proporcionar un método que no sea susceptible de fallar debido a la acumulación de escoria o al taponamiento por sólidos y desechos que se encuentran típicamente en las aplicaciones de tratamiento de aguas residuales.

Además, entre los objetivos de esta invención está crear un método que sea simple de operar, que use un mínimo de tipos de servicios públicos y que requiera poco o ningún mantenimiento, haciéndolo adecuado para uso industrial y municipal en ubicaciones remotas.

En su uso preferido, este método de monitorización y control de espuma a) extrae una corriente lateral del fluido de proceso en estudio, según sea necesario, ya sea antes o después de que se añada el antiespumante, b) genera sintéticamente y mide la espuma en un recipiente separado o recipiente de celdas de espuma, que mantiene un nivel de fluido constante para simular el comportamiento en tiempo real de la generación de espuma en el proceso de fluido en estudio, c) mide específicamente el nivel de espuma en el recipiente de celdas de espuma con un sensor óptico de medición de distancia sin contacto, d) produce una señal con dicho sensor óptico de medición de distancia, y e) usa la señal para regular la velocidad de alimentación de un antiespumante al proceso en estudio para controlar el nivel de espuma en zonas específicas de ese proceso.

La patente de EE. UU. n.° 3.107.519 se refiere a una prueba de banco de laboratorio para medir la cantidad de espuma generada en un sistema mediante la recirculación de una pequeña muestra de un fluido espumante en un recipiente y no está diseñada para un flujo continuo de un solo paso de una corriente lateral del fluido de proceso en estudio.

Los dispositivos que se usan típicamente en la industria son sensores de contacto que miden la cantidad de espuma, tal como se describe en la patente de EE. UU. n.° 5.437.842 A. Esto se hace mediante el uso de sondas de proximidad de tipo capacitivo y sondas de conductancia eléctrica. Sin embargo, estos pueden conducir a resultados defectuosos debido a la acumulación de depósitos de espuma (acumulación de residuos) que requieren una limpieza regular para mantener su eficacia. Con frecuencia se encuentran niveles falsos de espuma con dispositivos de detección de espuma de tipo sonda. El método actual usa un sensor óptico de medición de distancia en donde la luz se refleja desde la superficie de la espuma y, por lo tanto, no requiere limpieza.

Los métodos usados anteriormente también se divulgan en: el documento US 2011/172343 A1, que se refiere a la preparación de sílices precipitadas hidrófobas con un pH alto y una densidad de grupos silanol baja, y su uso en formulaciones antiespumantes; el documento US 5,108,655 A, que se refiere a un sistema para monitorizar y controlar la espuma en un tanque de líquido que utiliza un dispositivo de detección del nivel de espuma que comprende un flotador que tiene una pluralidad de sensores de espuma situados en varios niveles por encima del flotador y proporciona señales a un dispositivo de control con respecto al nivel de espuma en el tanque; el documento US 5.922.112 A, que se refiere a un sistema para suministrar automáticamente un agente antiespumante a un sistema de tratamiento de desechos biológicos que incluye un sensor para monitorizar la cantidad de espuma presente en el sistema, una bomba para bombear una cantidad predeterminada de agente antiespumante al sistema, y un controlador para iniciar la secuencia de bombeo cuando la cantidad de espuma en el sistema alcanza un nivel preseleccionado; el documento US 5.868.859 A, que usa la diferencia en la emisión de infrarrojos térmicos de la espuma frente a la del medio acuoso para controlar un proceso de despumación o la adición de un agente antiespumante para controlar la espuma en el medio acuoso; el documento US 2010/310757 A1, que se refiere a un sistema de formación de película que incluye: una plataforma que incluye una superficie de colocación sobre la que se coloca un objeto a recubrir; un mecanismo de rotación que hace girar la plataforma en una dirección rotacional a lo largo de la superficie de colocación; una boquilla de aplicación que descarga un material sobre el objeto colocado en la plataforma para su aplicación; un mecanismo de movimiento que mueve relativamente la plataforma y la boquilla de aplicación a lo largo de la superficie de colocación en una dirección transversal que cruza la dirección rotacional; un controlador que realiza un control para hacer girar la plataforma sobre la que se coloca el objeto a través del mecanismo de rotación mientras mueve relativamente la plataforma y la boquilla de aplicación a lo largo de la superficie de colocación en la dirección transversal a través del mecanismo de movimiento y aplica el material al objeto en la plataforma a través la boquilla de aplicación; y un aparato de limpieza que limpia la boquilla de aplicación; y el documento US 2007/000488 A1, que se refiere a un dispositivo de dosificación para un medio que comprende un depósito de medio, al menos un canal de medio para suministrar el medio, y al menos una abertura de dispensación para dispensar el medio, en donde al canal de medio se le asigna una unidad de control que comprende un medio de medición para detectar un valor real de una corriente de medio, una memoria para valores deseados de la corriente de medio, un comparador para comparar entre valores reales y valores deseados, y un medio de accionamiento para actuar sobre la corriente de medio en función de las evaluaciones realizadas por el comparador.

Muchos dispositivos de detección y control de espuma que se usan hoy en día se centran en el uso de dispositivos de detección de espuma por contacto. Desafortunadamente, estos generalmente son ineficaces cuando el nivel de fluido en el proceso cambia o la turbulencia da como resultado un nivel de fluido desigual. Debido a las variaciones inherentes al proceso que no están relacionadas con la formación de espuma, una señal procedente de un sensor de contacto no está directamente relacionada con la tendencia a la formación de espuma del fluido de proceso. Como resultado, cualquier esquema de control vinculado a dicha señal puede conducir a la pérdida del control de la espuma.

Por el contrario, los métodos actuales usan una corriente lateral del fluido de proceso que es alimentada en un recipiente a través de una abertura en la parte superior y que sale por una salida o drenaje en la parte inferior del recipiente, mientras que mantiene un nivel de fluido controlado y estable. Esto permite que el dispositivo de detección de espuma simule y mida con precisión el comportamiento de generación de espuma del sistema de fluido de proceso bajo estudio, independientemente de los cambios físicos en ese sistema.

La patente de EE. UU. n.° 3.739.795A hace referencia al muestreo de una corriente lateral del fluido de proceso. Se enseña un flujo de fluido ascendente, que crea un desafío para mantener un nivel de fluido constante y retener la espuma que se genera. En este método, el líquido se drena por un lado, creando un patrón de flujo asimétrico que puede eliminar la espuma que se va a medir dentro del recipiente. Se usan sondas de contacto para detectar el nivel de la espuma y están sujetas a los problemas asociados con el contacto de fluidos analizados anteriormente. Por el contrario, el método actual usa un sensor óptico de medición de distancia sin contacto, que no requiere limpieza.

Estos tipos de métodos usados anteriormente han usado aire comprimido que se burbujea o rocía a través del fluido para crear espuma. Sin embargo, existen problemas asociados con el uso de aire comprimido, tales como problemas de precisión, repetibilidad y mantenimiento. El aire comprimido también añade otro servicio al proceso que aumenta la complejidad, el coste y el mantenimiento de la operación. La precisión asociada con el uso de aire comprimido para generar la espuma en condiciones controladas se basa en la función de un compresor, un regulador de presión, un caudalímetro de aire, un caudalímetro de fluido y un tamaño de orificio controlado.

Cualquiera de estos dispositivos que usan aire comprimido puede afectar al tamaño de las burbujas y la cantidad de espuma que se genera y se mide. Las piedras para aireación, los rociadores y similares también están sujetos a la formación de incrustaciones alrededor de los orificios, lo que da como resultado depósitos que afectan el flujo fiable de aire a través de ellos. El método actual no usa aire comprimido, sino que forma y acumula espuma simplemente a través del efecto natural e invariable de la caída en cascada de un flujo de fluido constante en un tubo dentro de una copa estacionaria. Este método mejora la fiabilidad y repetibilidad del sistema. El método usado en esta invención simula los procesos industriales donde se introduce aire desde el la parte inferior.

Los intentos de regular la cantidad de antiespumante usado permitiendo que la espuma se acumule hasta un nivel que active un sensor, y a continuación añadiendo una adición programada preestablecida de antiespumante para "derribar" la espuma no han sido fiables. Permitir que la espuma se acumule sustancialmente antes de derribarla crea una oportunidad para que la espuma se estabilice, lo que dificulta su descomposición con antiespumantes. Los antiespumantes son, típicamente, a base de sílice y no tienen persistencia en el proceso.

El uso preferido de esta invención usa un sensor óptico en combinación con un bucle de control proporcional e integral basado en un microprocesador (bucle PID). Por lo tanto, los inventores son capaces de medir con precisión la espuma en tiempo real y alimentar una cantidad proporcionada de antiespumante que es proporcional a la capacidad de formación de espuma del sistema de fluidos. Esta invención, por lo tanto, no requiere formulaciones antiespumantes especiales que sean buenas para "derribar" y amplía la selección de productos adecuados disponibles para el usuario final.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Se proporciona un método para la medición y el control en línea, en tiempo real, de la formación de espuma como se define en la reivindicación 1.

Para algunos fluidos que no forman espuma fácilmente, puede ser preferible, pero no necesario, que se instale un aspirador en la línea de corriente lateral que alimenta el fluido de proceso a la celda o recipiente de espuma para generar la espuma. Un aspirador es un dispositivo en línea que expulsa aire a la corriente de fluido creando un vacío al provocar una caída de presión.

Se proporciona un método para monitorizar y controlar la formación de espuma de una corriente de fluido de proceso. El método actual usa una corriente lateral de la corriente de fluido de proceso en estudio, que se extrae o bombea a través de una línea de muestra a un recipiente o celda de espuma que tiene una entrada o parte superior abierta y un drenaje o salida. El fluido de proceso de la muestra de corriente lateral se puede hacer pasar a través de la celda de espuma una o más veces según sea necesario. El fluido de proceso de la corriente lateral se dirige hacia abajo a través de la abertura de la celda de espuma donde las burbujas son arrastradas dentro del recipiente de celdas de espuma debido a que el fluido de proceso se mantiene a un nivel constante dentro del recipiente de celdas de espuma.

El método de monitorización y control se puede configurar además para incluir una copa interior dentro del recipiente de celdas de espuma y un tubo o tubería que está suspendido por encima y se extiende al interior de la copa interior. El fluido de proceso de la corriente lateral se dirige a través del tubo o tubería y hacia la copa interior del recipiente de celdas de espuma. Las burbujas son arrastradas a la sección de copa, donde pueden dar como resultado espuma. Las burbujas y el fluido cambian de dirección como resultado de la colocación de la copa y, en consecuencia, fluyen hacia arriba sobre el borde de la copa interior, lo que genera una acumulación de espuma en la superficie del fluido de proceso dentro del recipiente de celdas de espuma. Un sensor óptico de medición de distancia ubicado sobre la celda de espuma mide el nivel de espuma y produce una señal de salida de nivel electrónica proporcional.

La celda de espuma y el recipiente de celdas de espuma se usan indistintamente en toda la solicitud y se refieren al recipiente en el que se suministra la corriente lateral de fluido de proceso.

BREVE DESCRIPCIÓN DE L0S DIBUJ0S

La figura 1 es un esquema de una variación del método actual para la monitorización y el control de la formación de espuma en procesos acuosos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

El método actual usa una corriente lateral de una corriente de fluido en estudio, en cuyo punto la alimentación de antiespumante puede preceder o no al punto de muestra, para simular el comportamiento de formación de espuma de ese fluido.

Una corriente lateral se refiere a una porción de la corriente de fluido de proceso que tiene un flujo continuo o intermitente. Por ejemplo, la caudal de una corriente de fluido de proceso a un recipiente de celdas de flujo, tal como un cilindro de 20 centímetros de diámetro, un sistema de monitorización y control puede estar en el intervalo de aproximadamente 3,78 litros (l) a aproximadamente 60 litros por minuto. Sin embargo, los sistemas pueden ser más pequeños o más grandes, por ejemplo, los sistemas más pequeños pueden usar caudales tan bajos como 500 mililitros por minuto o sistemas mucho más grandes que pueden usar hasta 760 litros por minuto.

Fluido se refiere a cualquier medio acuoso que se encuentra en plantas de procesamiento de agua y fábricas de pasta papelera. Más particularmente, el fluido de proceso puede tener una conductancia específica de entre 0,01 y 130 milisiemens por centímetro (mS/cm), un pH en el intervalo de 2 a 14, sólidos en suspensión en el intervalo del 0 a aproximadamente el 60 % y dureza total de disueltos en el intervalo de 1 a 11.000 miligramos por litro (mg/l) como carbonato de calcio.

Antiespumante se refiere a las clasificaciones de muchos tipos de productos químicos usados como mezclas o individualmente. Los antiespumantes también se conocen como agentes antiespumantes y se utilizan para suprimir el comportamiento de formación de espuma de un fluido. En la práctica, los antiespumantes se componen de compuestos individuales o mezclas de compuestos que contienen, por ejemplo, sílice, silicona, alcoholes grasos, ceras, glicoles, aceites, EBS, tensioactivos, hidrocarburos, emulsionantes, ésteres grasos, alcoholes, etoxilatos de alcohol, propoxilatos de alcohol y agua.

La corriente lateral de fluido de proceso se dirige a un recipiente de celdas de espuma en donde el fluido cae en cascada al recipiente de formación de espuma, lo que arrastra aire para crear un nivel de espuma en la superficie del agua donde la altura de la espuma se mide con un sensor óptico de medición de distancia sin contacto.

El término "sensor óptico" se refiere a la clase de dispositivos de medición óptica que funcionan emitiendo luz, reflejándola en una superficie a medir y detectando el retorno de la luz con un elemento receptor de luz llamado sensor. El tipo de luz que se puede usar debe estar dentro del intervalo de longitud de onda de 390 a 780 nanómetros. Estos dispositivos tienen muchos nombres, algunos se denominan sensores de distancia láser, sensores de medición láser, telémetros láser, sensores láser multiusos y similares. Existen varios tipos de métodos de configuración de detección adecuados para la medición de distancias, que incluyen: triangulación, tiempo de vuelo, tiempo de vuelo pulsado, cambio de fase de frecuencia múltiple, haz modulado e interferometría. El diámetro del punto de luz usado puede ser ajustable para mejorar la sensibilidad.

En otros aspectos del método actual, el sensor óptico de medición de distancia sin contacto (16) puede ser un "modelo reflectante - sensor fotoeléctrico". Este es un sensor fotoeléctrico de tipo reflectante que consiste en dos elementos: un elemento emisor de luz y un elemento receptor de luz. El sensor fotoeléctrico emite un haz de luz (visible o infrarrojo) desde su elemento emisor de luz. El haz de luz se refleja desde la superficie de un objetivo y es recibido por el elemento receptor de luz. La distancia desde la superficie del objetivo hasta el elemento receptor de luz se determina mediante triangulación o tiempo de vuelo (T0F), dependiendo del tipo de elemento receptor usado. En algunos aspectos del método actual, el sensor óptico puede ser un sensor láser multiusos de 660 nanómetros de longitud de onda (láser rojo), clase 2, modelo LR-TB5000 fabricado por Keyence. Este láser usa tecnología de tiempo de vuelo y puede regular la velocidad de alimentación del antiespumante que se añade a la corriente de fluido de proceso.

En algunos aspectos del método actual, el sensor óptico de medición de distancia sin contacto, en combinación con el bucle de control proporcional e integral basado en microprocesador (bucle PID), proporciona una medición precisa de la acumulación de espuma en tiempo real y la capacidad de alimentar una cantidad proporcionada de antiespumante que es proporcional a la capacidad de formación de espuma del sistema de fluidos.

El método también puede usar la señal electrónica procedente del dispositivo de medición óptica, que es proporcional a un intervalo del nivel de espuma y, en consecuencia, controla el antiespumante proporcionado proporcionalmente, o la señal electrónica puede activar una señal digital (encendido/apagado) a la alimentación del antiespumante lo que se produce cuando el nivel de espuma pasa por uno o varios puntos de referencia de nivel. Un punto de referencia de nivel se define como un objetivo de altura de espuma específico que provoca una respuesta de control que puede ser cualquier número de acciones, tales como una alarma o un aumento o disminución automatizados en la velocidad de alimentación de antiespumante.

La señal electrónica también se puede transferir a un microprocesador que controla o regula la cantidad de antiespumante suministrado a la corriente de fluido de proceso. 0 bien, la señal electrónica se puede usar como guía para realizar ajustes manuales en la adición de antiespumante. También se puede usar para regular directamente un dispositivo de alimentación mecánica.

El método puede usar la señal proporcional procedente del sensor óptico de medición de distancia, que puede ser acondicionado con un microprocesador para producir diversas estrategias de control con las que modificar la alimentación del antiespumante a puntos estratégicos del proceso. Las estrategias de control incluyen, pero sin limitación, el control proporcional a través del control proporcional, integral, derivado, también conocido como control PID, así como otras estrategias de alimentación cronometrada.

Haciendo referencia a la figura 1, se proporciona un recipiente cilíndrico externo (8) que tiene una abertura o entrada (6) en la parte superior del recipiente y una salida (12) en la parte inferior o lateral del recipiente, siempre que la descarga de fluido no afecte al nivel de fluido de proceso en el recipiente de celdas de espuma; una copa de espuma interna (10) que es más corta y de menor diámetro que el recipiente cilindrico externo (8) y está suspendida desde aproximadamente 1 centímetro (cm) hasta aproximadamente 20 cm desde la parte inferior del recipiente cilíndrico externo (8). Un tubo o tubería (10) está suspendido por encima de la copa de formación de espuma y se extiende desde la entrada hasta de aproximadamente 1 cm a aproximadamente 25 cm del fondo de la copa de formación de espuma (10). Sin embargo, la profundidad del tubo depende de la velocidad del flujo de agua y de la profundidad de la propia copa.

Las burbujas pueden formar espuma a medida que el aire es arrastrado en el punto donde el flujo descendente del fluido de proceso se encuentra con el nivel del fluido en la sección de copa. La copa se llena y el fluido de proceso y la espuma caen en cascada sobre el borde de la copa, donde la espuma puede acumularse en la superficie del fluido, que se mantiene constante, dentro del recipiente externo.

Un sensor óptico de medición de distancia sin contacto (16) emite una señal luminosa que se refleja en la superficie de la espuma acumulada de regreso al sensor óptico y la señal se transfiere a un microprocesador (19). A continuación, el microprocesador controla la cantidad de antiespumante que se suministra al proceso de fluido. El nivel de fluido de proceso en el recipiente cilíndrico externo (8) en el proceso actual se mantiene a un nivel constante usando un rebosadero (14), en donde el fluido de proceso fluye a través de una salida (12) del recipiente cilíndrico externo (8) a través de una tubería trampa (13) a un rebosadero (14) manteniendo así un nivel constante de fluido de proceso (15) en el recipiente cilíndrico externo. El rebosadero se puede ubicar en cualquier parte del recipiente de celdas de espuma siempre que no interrumpa ni afecte al nivel de fluido de proceso en el recipiente de celdas de espuma o la generación de espuma.

En otros aspectos más del método actual, el rebosadero (14) tiene la misma altura que la parte superior de la copa de formación de espuma (10), manteniendo así el nivel de líquido en la parte superior de la copa de formación de espuma (10) y estando la espuma que se acumula por encima el borde de la copa de formación de espuma. El sensor óptico de medición de distancia sin contacto (16) se puede usar para medir la altura de la espuma y controlar el antiespumante añadido en consecuencia.

El caudal de fluido de proceso de la corriente lateral hacia el recipiente de celdas de espuma (8) se puede regular mediante el tamaño del diámetro de la tubería de la línea de entrada usada para transferir el fluido de proceso desde la corriente de proceso de fluido (1) al recipiente de celdas de espuma (8) u otro medio de regulación de flujo tal como una válvula, orificio o velocidad de bomba de fluido (2).

En algunos aspectos, también se puede instalar una boquilla en la línea de entrada para aumentar la velocidad del agua de entrada, que a su vez arrastra más aire creando más espuma con menos flujo de agua.

El recipiente de celdas de espuma puede descargar el fluido de proceso desde cualquier salida y la salida puede estar en el centro inferior del recipiente de celdas de espuma. Sin embargo, como se indicó anteriormente, la salida puede ubicarse en cualquier lugar del recipiente de celdas de espuma siempre que no interrumpa el mantenimiento del nivel del fluido de proceso o que no se lleve la espuma que se está acumulando dentro del recipiente. El tamaño de la abertura de descarga debe tener un diámetro suficiente para causar poca o ninguna restricción en el flujo o elevación del nivel de fluido en la celda para mantener el nivel de fluido relativamente constante en el recipiente de celdas de espuma.

El fluido en el recipiente de celdas de espuma puede cargarse intermitentemente con el fluido de proceso, que posteriormente puede recircularse o devolverse al recipiente de celdas de espuma, usando, por ejemplo, una bomba, durante un período de tiempo hasta el próximo ciclo de recarga. El nivel de espuma dentro del recipiente de formación de espuma se puede medir con el sensor óptico de medición de distancia sin contacto. El sensor óptico de medición de distancia sin contacto puede proporcionar, a continuación, una señal de salida electrónica continua proporcional al nivel de espuma en el recipiente de celdas de espuma a un microprocesador. La señal de salida de nivel electrónica proporcional, puede ser condicionada con el microprocesador para producir diversas estrategias de control con las que modificar la alimentación de antiespumante a puntos estratégicos del proceso. Las estrategias de control incluyen, pero sin limitación, el control proporcional a través del control proporcional, integral, derivado (PID), así como otras estrategias de alimentación cronometrada y respuesta manual de la velocidad de alimentación, basándose en la señal.

El caudal de la corriente de fluido de proceso hacia el recipiente de celdas de espuma se puede controlar, por ejemplo, mediante el tamaño del diámetro de la tubería de la corriente lateral o un método de regulación de flujo, tal como una válvula de control de flujo, orificio, boquilla o velocidad de la bomba de fluido. El flujo cíclico de encendido/apagado se puede usar con sistemas de recirculación, especialmente en sistemas que están sujetos a ensuciamiento por desechos. La descarga del fluido de proceso del recipiente de celdas de espuma puede ser directamente desde la parte inferior del recipiente, y la salida debe tener un diámetro suficiente para causar poca o ninguna restricción en el flujo, lo que puede afectar al nivel de fluido en el recipiente de celdas de espuma durante el funcionamiento normal. Sin embargo, se puede usar cualquier punto de salida siempre que no interrumpa el mantenimiento del nivel del agua ni se lleve la espuma que se está acumulando dentro del recipiente de celdas de espuma.

El antiespumante también se puede alimentar a la corriente de fluido de proceso antes del punto de muestra para el sistema de control y monitorización. Una corriente lateral del fluido de proceso se extrae o bombea a través de una línea de muestra. En algunos casos, el fluido de proceso se puede hacer pasar a través del recipiente de celdas de espuma una vez, o el fluido de proceso se puede recircular a través del recipiente tantas veces o durante el tiempo que sea necesario.

Los materiales usados en la construcción de los componentes del recipiente de celdas de espuma pueden estar hechos de cualquier material rígido adecuado que sea compatible con el fluido de proceso.

En algunos aspectos de los métodos actuales, el recipiente externo o de celdas de espuma puede ser cilíndrico, puede ser cuadrado y puede tener forma rectangular. Los recipientes de forma rectangular son útiles para predecir cómo se acumulará la espuma en zonas inactivas alejadas del sitio de generación de espuma. Se pueden usar recipientes rectangulares para simular espuma de una laguna.

Se prevén otras configuraciones, tales como aquellas en donde el fluido de proceso cae en cascada en el recipiente de celdas de espuma que mantiene un nivel de fluido constante.

En otros aspectos más del método actual, se puede instalar un aspirador en la corriente lateral de fluido de proceso. En el proceso actual, se puede lograr un nivel de agua constante mediante un "modo de llenado y recirculación" en donde se extrae periódicamente una muestra del fluido de proceso (7) de la corriente lateral (3), según sea necesario, usando, por ejemplo, válvulas accionadas automáticamente. (5), para purgar y volver a llenar el recipiente de celdas de espuma, el fluido de proceso en el recipiente se puede descargar a través de un tubo de rebosamiento/vertical (14), que actúa como una trampa del fluido recién extraído, creando un nivel de fluido constante en el cilindro o recipiente de celdas de espuma (8) cada vez que la unidad se somete a un ciclo de funcionamiento. La descarga también se puede lograr mediante diferentes medios, tales como el uso de válvulas accionadas automáticamente. Este método funciona bien cuando hay suciedad y desechos en el fluido que, de lo contrario, quedarían atrapados detrás de una válvula u orificio de estrangulamiento de flujo. Como resultado, se pueden usar líneas de transferencia más grandes y posiciones de válvula completamente abiertas.

El nivel de fluido en la celda de espuma también se puede mantener constante cuando se extrae un flujo de la corriente lateral, según sea necesario, y fluye una vez a través del recipiente y se descarga a través de una línea que sube desde la parte inferior del recipiente externo o de celas de espuma a través de un tubo vertical, creando una trampa.

El recipiente de celdas de espuma puede tener 20 centímetros y la tubería de descarga o salida y rebosamiento puede tener un intervalo de tamaño de un mínimo de 2 centímetros de diámetro y mayor. Se pueden diseñar cilindros, tuberías o recipientes de diferentes tamaños para adaptarse a las características del fluido de diferentes procesos. En general, la salida (12), la tubería trampa (13) y el rebosadero (14) deben tener un diámetro suficiente para no restringir el flujo de fluido natural creando así un nivel de fluido sustancialmente elevado.

En algunos aspectos de los métodos anteriores, se puede añadir un bucle de recirculación. La recirculación puede ser útil si el caudal del fluido de proceso de la corriente lateral es insuficiente para arrastrar aire. La recirculación también es útil cuando el fluido de proceso se extrae periódicamente con un flujo excesivo y una restricción menor para evitar la obstrucción de la línea por suciedad y desechos.

En otros aspectos de los métodos, un sensor óptico de distancia ubicado por encima de la celda de espuma mide continuamente el nivel de espuma y convierte el nivel en una señal de salida de nivel electrónica proporcional. En otros aspectos más, el dispositivo y el método pueden comprender además uno o más sensores o sondas de temperatura, pH y conductividad. El dispositivo y el método también pueden incluir, por ejemplo, un dispositivo de deshumidificación usado para controlar la condensación en la zona de detección.

El dispositivo y el método también pueden incluir otros sensores y dispositivos para tener en cuenta los elementos relacionados con el clima que pueden afectar a la acumulación de espuma en diversos sistemas de agua, tales como la intensidad de la luz solar ambiental, la temperatura, la humedad, el punto de rocío, las precipitaciones y la presión barométrica.

En algunos aspectos de los métodos anteriores, durante la configuración inicial, el sistema de monitorización y control se calibra para simular el comportamiento del proceso de fluido en estudio al observar qué nivel de altura de la espuma en el recipiente de celdas de espuma corresponde al nivel de espuma máximo tolerable en la corriente de fluido de proceso. Ese nivel se usa a continuación para establecer el punto de referencia del nivel de control objetivo del componente del microprocesador del sistema de control. A medida que aumenta el nivel de espuma en el recipiente de celdas de espuma, el microprocesador lo compara con la distancia desde el punto de referencia y aumenta proporcionalmente la velocidad de alimentación del antiespumante a la corriente de fluido de proceso para reducir el nivel de espuma. Si el nivel de espuma medido está por debajo del punto de referencia, el controlador reduce sistemáticamente la velocidad de alimentación del antiespumante para permitir que la espuma alcance el nivel del punto de referencia.

Los métodos descritos anteriormente se pueden usar en la mayoría de las corrientes de proceso de fluido que experimentan formación de espuma y se beneficiarían de la monitorización y el control de la cantidad de antiespumante u otros aditivos que se añaden al sistema. Algunos ejemplos incluyen canales, zanjas, tanques, estanques, tuberías, tanques de recolección, depósitos de agua, estanques y lagunas asociadas con plantas de procesamiento de alimentos, fábricas de celulosa, fábricas de pasta papelera, fermentadores y plantas químicas. Otras operaciones incluyen tanques aireados y cuencas asociados con sistemas de tratamiento de aguas residuales, desde sistemas de recolección hasta tuberías y canales de efluentes, incluidos sistemas de lodos activados aireados, tanto en aplicaciones industriales como municipales. Los sistemas de tratamiento de aguas residuales de tipo digestor anaerobio y termófilo también son candidatos. Las operaciones de lavado en fábricas de celulosa, aplicaciones de procesamiento de alimentos, procesamiento de algas y procesamiento de minerales pueden beneficiarse. También puede ser útil controlar la alimentación de antiespumantes en sistemas abiertos de recirculación de agua de refrigeración y torres de refrigeración de fluidos de proceso.

Estos métodos también serían útiles para controlar las dosis de aditivos que provocan espuma, tales como los agentes espumantes, en una gran variedad de procesos industriales, incluyendo, pero sin limitación, aplicaciones de procesamiento de minerales tales como la flotación y segregación de minerales, así como el desentintado en aplicaciones de reciclaje de papel.

EJEMPL0S

Una planta de tratamiento de aguas residuales de una fábrica integrada de celulosa y de pasta papelera generalmente experimentará niveles problemáticos de sustancias altamente formadoras de espuma, tales como tensioactivos, licor negro, jabón y condensado sucio, que llegan al sistema de alcantarillado con frecuencia, de manera impredecible y en diversas cantidades.

En la fábrica seleccionada para la prueba, las aguas residuales fluyen por gravedad desde la salida del clarificador primario donde se añade el antiespumante a un sumidero de bomba donde tres bombas grandes transfieren el agua hacia arriba a una torre de refrigeración que sirve para enfriar las aguas residuales para la siguiente etapa en el proceso de tratamiento. En el pasado, los problemas de formación de espuma se expresaron en la superficie del sumidero de bomba, la parte superior de la torre de refrigeración y el sumidero de torre de refrigeración.

Se alimenta un antiespumante al sistema de tratamiento de aguas residuales en la salida del clarificador primario y la velocidad de alimentación se ajusta aproximadamente dos veces al día cuando el operador de la planta de tratamiento hace sus rondas. Normalmente, si se encuentra un alto nivel de espuma durante un punto en el tiempo ese día, la velocidad de alimentación del antiespumante aumenta hasta el 100 % y permanece en ese nivel hasta el siguiente turno de 12 horas.

Se usó el método actual en donde una muestra de aguas residuales continua de corriente lateral se extrajo de la bomba de alimentación de la torre de refrigeración a un caudal de descarga de 26,5 litros por minuto. Durante períodos poco frecuentes cuando la fábrica tiene plástico en la corriente de aguas residuales, se instaló un filtro de cesta de malla gruesa de % de pulgada (0,64 cm) en la línea de alimentación para evitar el taponamiento de la válvula de control de flujo. El agua residual entraba en el recipiente de celdas de espuma a través de una boquilla que dirigía el agua residual hacia el centro de un tubo que se extendía en el interior del recipiente de celdas de espuma y estaba rodeado por una copa orientada hacia arriba. Cuando las aguas residuales alcanzaron el nivel de agua mantenido por la copa, se generó una mezcla de burbujas de aire y agua y dio como resultado la acumulación de espuma en la superficie del nivel de agua dentro del recipiente de celdas de espuma en donde el nivel de agua se mantuvo constante. La trayectoria de la corriente lateral de aguas residuales atravesaba la parte superior del recipiente de celdas de espuma, invirtiendo la dirección dos veces dentro del recipiente de celdas de espuma. La fuerza hacia abajo de la corriente lateral de agua que entra en el recipiente y golpea la superficie del agua en la copa interna, el aire arrastrado crea una mezcla de agua y burbujas de aire que fluyó hacia arriba sobre el borde de la copa interna hasta la parte superior del recipiente de celdas de espuma, lo que da como resultado una acumulación de espuma en la superficie del agua alrededor del perímetro interior del recipiente. El nivel de agua en el recipiente de celdas de espuma se mantuvo constante mientras que el nivel de espuma sobre el agua era variable. La elevación del nivel de las aguas residuales se mantuvo constante y en la proximidad del borde de la copa mediante un drenaje en el fondo del recipiente de celdas de espuma que se integró con un tubo vertical externo de gran tamaño que creó una trayectoria de flujo de agua en forma de "U" fuera de la cual el agua finalmente se desbordó al drenaje. Se colocó un sensor láser de uso general de la serie LR-TB5000 de Keyence sobre la celda de espuma y se rastreó el nivel de espuma dentro de ella. El sensor láser producía continuamente una señal de salida eléctrica que era proporcional a la distancia del nivel de espuma al sensor láser. La señal de salida se enviaba a un microprocesador donde se acondicionaba para reducir el ruido, se escalaba al intervalo de medición deseado evaluado, se invertía y finalmente se usaba como variable de proceso en un bucle de control proporcional e integral (PID) que controlaba la salida del bomba de antiespumante. La bomba de antiespumante alimentaba el antiespumante al desagüe del clarificador primario donde se mezclaba con el agua residual antes de que la corriente lateral de agua residual se desviara al recipiente de celdas de espuma.

El nivel de espuma se monitorizó y se controló dentro de un intervalo estrecho de 61 cm a 76 cm desde el sensor láser: esto dio como resultado un intervalo total de 0 a 15 centímetros de espuma total. Durante este período de tiempo, la bomba de antiespumante osciló entre un 20 % y un 80 % de salida para controlar el nivel de espuma en un objetivo de 71 centímetros desde el sensor. Se pudo controlar el nivel de espuma en el intervalo objetivo con la velocidad de alimentación de antiespumante proporcional.

Claims (13)

REIVINDICACI0NES

1. Un método para la medición y el control en línea, en tiempo real, de la formación de espuma de un fluido de proceso, en un fluido de proceso que comprende:

proporcionar una corriente lateral (3) del fluido de proceso (1) a un recipiente de celdas de espuma (8) mientras se mantiene un nivel constante del fluido de proceso en el recipiente de celdas de espuma usando un rebosadero (14) y en el que la espuma puede ser generada sintéticamente;

generar espuma y acumular espuma (11) en el recipiente de celdas de espuma (8);

emitir una señal desde un sensor óptico de medición de distancia sin contacto (16), en donde la señal emitida (17) se refleja en la superficie de la espuma acumulada (11) y regresa al sensor de medición (16); transferir la señal a un microprocesador (19) que calcula la altura de la espuma acumulada basándose en el nivel constante del fluido de proceso (15) en el recipiente (8); y

controlar la cantidad de un antiespumante suministrado a la corriente de fluido de proceso,

en donde la espuma es generada por la corriente lateral del fluido de proceso que cae en cascada en el recipiente de celdas de espuma, arrastrando así aire y creando un nivel de espuma en la superficie del fluido de proceso.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además introducir aire comprimido en el nivel de fluido constante del recipiente o introducir aire en el fluido de la corriente lateral.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el sensor óptico de medición de distancia sin contacto es un "modelo reflectante - sensor fotoeléctrico".

4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde se usa un caudalímetro para monitorizar el caudal de fluido que entra o sale del recipiente de celdas de espuma.

5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende además uno o más sensores o sondas de temperatura, pH y conductividad.

6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde se usa una bomba de velocidad variable para suministrar la corriente de fluido de proceso al recipiente de celdas de espuma.

7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde se usa una válvula de control de flujo para mantener un caudal constante hacia el recipiente de celdas de espuma.

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que comprende además añadir materiales activos o fotorreflectantes a las corrientes de fluido de proceso para mejorar la precisión del componente sensor óptico de medición de distancia.

9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde se usa un dispositivo de deshumidificación para controlar la condensación en la zona de detección.

10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde el microprocesador usa cualquier combinación de control proporcional, integral o derivado (PID) para controlar la alimentación de antiespumante.

11. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde suena una alarma cuando no se detecta variación en la altura de la espuma durante un cierto período de tiempo, y/o en donde el método comprende además válvulas accionadas automáticamente para vaciar y rellenar periódicamente el recipiente de celdas de espuma, y/o en donde el recipiente tiene forma cilíndrica, cónica, ovoide, esférica, de matraz cónico, matraz de esférico, de cubo o de caja.

12. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en donde la corriente lateral de fluido de proceso se recircula a través del recipiente de celdas de espuma, en donde, opcionalmente, la corriente lateral de fluido de proceso se recircula a través del recipiente de formación de espuma usando una bomba, y en donde la corriente de fluido de proceso se selecciona del grupo que consiste en un sistema de aireación de lodos activados, un sistema de lavado de material marrón de una fábrica de pasta papelera, un sistema de máquina para fabricar papel, un depósito de sedimentación aireado, una corriente de efluentes de aguas residuales, una zanja que conduce hacia o desde un sistema de tratamiento de aguas residuales, un sistema de recolección de aguas residuales, una planta de tratamiento de aguas residuales, un sistema de fermentación, una operación de lavado o canal para productos alimenticios, un sistema abierto de recirculación de agua de refrigeración, un sistema de lavado de aire, un sistema de agua de refrigeración de un solo paso, un sistema de refrigeración que descarga a un cauce o estanque, una operación de lavado de minerales, una aplicación de lavado de piezas, una aplicación de procesamiento de minerales, una operación de flotación y separación de minerales, una operación de espumación de desentintado, un sistema digestor anaerobio o aerobio, un sistema de agua para la fabricación de alfombrillas de fibra de vidrio, un sistema lavador húmedo, un sistema de agua de arrastre por aire y un sistema digestor termófilo.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el recipiente de celdas de espuma comprende una copa interior (10) y un tubo o tubería (9) que está suspendido por encima y se extiende dentro de la copa interior (10);

y el método comprende dirigir el fluido de proceso de la corriente lateral a través del tubo (9) hacia la copa interior (10).