SE436802B - Sett och anordning for metning av bulkegenskaperna hos en suspension - Google Patents

Description

40 7800319-1 2 Uttrycket "viskositet" avser i detta sammanhang den skenbara viskositeten, eftersom skjuvspänningen i allmänhet ej är direkt propor- tionell mot skjuvtöjningshastigheten för de suspensioner, som uppfin- ningen avser. För dylika substanser representeras den skenbara viskosi- teten av lutningen hos tangenten till skjuvspännings- skjuvtöjnings- hastighetskurvan för de värden, vid vilka mätningen görs.

'Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt och en anordning för kontinuerlig mätning av bulkegenskaperna hos en sedimenterande suspension. En dylik mätning är med de idag tillgängliga metoderna och apparaterna så svår att genomföra, att mät- ningen av sådana egenskaper, som exempelvis viskositeten, sällan an- vändes för övervakning av en dylik egenskap och ännu mera sällan för reglering av densamma, trots de väsentliga kostnads- och kvalitets- kontrollfördelar, som dylik mätning och reglerering kan ge vid sådana processer som exempelvis suspensioner från slipverk eller kvarnar.

Utmärkande för dylika suspensioner är den vidastorleksfördelningen hos de i suspensionen ingående fasta partiklarna med åtföljande problem att förhindra selektiv sedimentering och avskiljning av de grövre partiklarna i, omkring och bort från mätanordningens avkänningsenhet samt åtföljande felaktiga mätresultat eller i bästa fall resultat, som ej är representativa för den bulkegenskap, som mätes. Uppfinningen undanröjer sådana problem och är därför särskilt användbar vid mätning av bulkegenskaperna hos suspensioner från slipverk eller kvarnar.

Anordnandetav skrymmande mät- och reglerapparatur är vanligen för- enat medstora kostnader och andra olägenheter, i synnerhet vid stora och tunga maskininstallationer, såsom vid slipverk och kvarnar,och ett ytterligare syfte med uppfinningen är att åstadkomma en kompakt anordning för användning vid dylika installationer, vilken anordning kräver minsta möjliga utrymme och är väl anpassad till ifrågavarande maskinutrustning. " Sedimenterande suspensioner är vanligen mycket nötande, i synner- het om flödeshastigheten är större än någon meter per sekund, och kan ge upphov till förslitning på kärl, rörledningar och annan utrustning, som suspensionen kommer i kontakt med. Ytterligare ett syfte med upp- finningen är därför att åstadkomma ett tåligt mätsystem, i vilket flödes- hastigheten är av låg storleksordning.

Vid mätning av bulkegenskaperna hos suspensioner för reglerända- mål är det väsentligt, att tidsfördröjningen mellan suspensionens fram- ställning och mätningen av dess egenskaper är så liten som möjligt.

Detta önskemål tillgodoses vid uppfinningen genom en apparatkonstruktion, 40 7800319-1 som möjliggör omedelbar hopkoppling med en framställningsenhet och har mycket liten kvarhållningsvolym och således kort uppehållstid för suspensionens passage därigenom.

Såsom framgår av efterföljande patentkrav bygger sättet och anordningen enligt uppfinningen på den grundtanken för uppnående av ovannämnda syften, att uppslamningen eller suspensionen bringas att strömma nedåt genom ett rör eller en ledning med sådan tvärsnittsarea i förhållande till flödeshastigheten, att de vertikala komposanterna för suspensionsfasernas hastigheter är väsentligt större än sedimen- teringshastigheten för uppslamningens eller suspensionens diskontinuer- liga fas, att man med hjälp av vid rörets eller ledningens nedre ände anordnade flödesreglerande organ säkerställer att samtliga tvär- snitt hos röret eller ledningen hela tiden är helt fyllda av upp- slamning eller suspension, att man medelst givarorgan mäter minst en bulkegenskap hos uppslamningen eller suspensionen i ett område för den nedåt strömmande uppslamningen eller suspensionen, att man från nämnda givarorgan överför signaler och att man presenterar och/eller registrerar dessa signaler och/eller använder dessa signaler för manuell eller automatisk styrning av de organ, medelst vilka ifrågavaran- de egenskaper hos uppslamningen eller suspensionen bestämmes eller modifieras.

Villkoret att den vertikalt nedåtriktade komponenten av suspen- sionshastigheten i mätområdet skall vara väsentligt större än den diskontinueliga fasens sendimenteringshastighet innebär att unpslam- ningen eller suspensionen kommer att vara väsentligen homogen i detta mätområde, varför suspensionens eller uppslamningens sammansättning i mätzonen är väsentligen densamma som vid dess inströmning i och ut- strömning från mätzonen. Detta kan åskådliggöras algebraiskt enligt följande: Vs = Medelvärdet för den diskontinuerliga fasens vertikalt nedåtriktade hastighet.

VW = Medelvärdet för vattnets vertikalt nedâtriktade hastighet.

Vf = Medelhastigheten för den diskontinuerliga fasens fallrörelse relativt vattnet = VS - Vw.

Cm = Volymkoncentrationen för den diskontinuerliga fasen i mätområdet.

As = Den genomsnittliga tvärsnittsarean i mätområdet som upp- fylles av den diskontinuerliga fasen.

AW = Den genomsnittliga tvärsnittsarea som uppfyllas av vattnet. rm = Volymförhållandet mellan den diskontiöäerliga fasen och vattnet i mätområdet, varför.rm = -ï--- -Cm 7800319- 1 »b och Iât: r = Volymförhållandet mellan den diskontinuerliga fasen och vattnet i proportion till motsvarande förhållande, med vilket den inströmmar i och utströmmar från systemet.

Då erhålles 'Volymflödeshastigheten hos den diskontinuerliga fasen = VS A vattnet = VW AW s Volymflödeshastigheten hos och Vs As _ *_ As _ vn r Vw r *LJ _ O få! Vw AW AW V Vs Vw + Vf Vidare erhålles ïs_-=ÉL.-:r Aw l-Cm »m varför V r=-W--.r m Vw + Vf och rm __¿ r , då Vw)> Vf I praktiken kan V* vara minst 50 gånger så stor som Vf, varför rm lätt kan närma sig r inom 2%.

Sättet och anordningen enligt uppfinningen förklaras närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. 1 visar schematiskt i sidovy och tvärsnitt en anordning enligt uppfinningen för avkänning och mätning av viskositeten och tät- heten hos en suspension, som utströmmar från ett slipverk; Fig. 2 visar ett snitt längs linjen A-A i fig. l; Fig. 3 visar schematiskt anordningen enligt uppfinningen insatt i ett system för automatisk reglering av viskositeten hos en suspension, som utströmmar från ett såsom öppet system arbetande slipverk; och Fig. 4 visar schematiskt anordningen enligt uppfinningen insatt i ett system för æfixmatisk reglering av processen vid ett såsom slutet system arbetande slipverk genom mätning av såväl viskositet som täthet hos den utströmmande suspensionen och användning av mätsignalerna för reglering av materialinmatning och vattentillsats.

Såsom framgår av fig. l och 2 leds den från ett slipverks ut- loppsbehållare l strömmande suspensionen medelst en därtill ansluten, lutande inloppsförbindning 2 hos apparaten till ett vertikalt rör eller en vertikal ledning eller kolonn 3. Omedelbart under den lutande inlopps- förbindningen 2 och symmetriskt beläget i den vertikala kolonnen 3 är anordnat ett avkännarelement 4 till en viskosimeter, som vidare omfattar 40 7800319 '-1 ett elementstödrör 5, vilket innehåller mekaniska överföringsorgan och sträcker sig genom en avtätad genomföring i en fläns 6,som upp- till avgränsar och tätar kolonnens 3 övre ände. Ett vid rörets 5 övre ände fästet viskosimetermäthuvud 7 omvandlar den mekaniska sig- nalen, vilken är beroende av den av avkännarelementet 4 avkända visko- siteten, till en elektrisk signal, som överförs via en utgående kabel 8 till lämpligtställe för presentation, registrering och/eller reglering.

Suspensionen strömmar likformigt nedåt kring viskosimeterns avkännar- element 4 med en flödeshastighet, som är förutbestämd med hänsyn till förhållandet mellan kolonnens 3 tvärsnittarea och det flödes- hastighetsområde för suspensionen, vid vilket mätning av bulkegen- skaperna önskas.

Omedelbart nedanför viskosimeterns avkännarelement 4 är en nukleär densitetsmätare 9 monterad på kolonnens 3 utsida och anordnad att avge ett avkännande gammastrâlkniope centralt genom suspensions- strömmen och centrerat på horisontallinjen 10 fritt under viskosimeterns avkännarelement 4. Den nukleära densitetsmätaren 9 ger en elektrisk utsignal svarande mot bulkdensiteten hos den nedåt strömmande sus- pensionen, genom vilken gammastrålknippet passerar, vilken signal tillsammans med viskosimetersignalen är tillgänglig för nresentation, registrering och/Säger reglering.

Något under/fri från gammastrålkninpet från den nukleäre densi- tetsmätaren 9 är en flödesstyrande ventil ll anordnad att styra den hastighet, med vilken suspensionen utströmmar från kolonnen 3, och att anpassa denna hastighet till susnensionens inströmninqshastighet i kolonnen från slipverket, så att suspensionens övre fria yta l2 hållas ovanför den lutande inloppsförbindningens 2 övre ände och samt- liga tvärsnitt i kolonnen 3 hela tiden är helt unofyllda med nedåt- strömmande suspensions Ehuru ett flertal olika anordningar kan vara lämpliga för dylik flödesstyrning i kolonnen, användes i föreliggande fall en flödesstyrande ventil ll av den typ, som omfattar en pneumatisk påse, vilken är särskilt lämplig för flödesstyrning av en sedimente- rande suspension från ett slioverk, varvid susoensionens densitet van- ligen är sådan, att den innehåller 50 volyms% fasta partiklar med en betydande fraktion av partiklar större än 5 mm, vilka partiklar kan ge upphov till blockering och felfunktion hos flödesstyrande ventiler, som ej är särskilt utformade för detta ändamål. Den flödesstyrande ventilen ll omfattar således en luftfylld påse 13, som är upphängd i flänsen 6 medelst en luftrörsförbindning 14 och som kan uppblåsas till tätande kontakt med kolonnen 3 eller, vid reducerat lufttryck, kan ge 40 783% 1 9- 1 ett fritt område, såsom vid 15, mellan påsen och kolonnen, så att sus- pensionen kan utströmma genom detta område. Det reducerade lufttrycket kan regleras medelst en lämplig regleranordning, som påverkas av en suspensionstryckavledare 16 i kolonnen 3 för bibehållande av sus- pensionens fria yta 12 på en konstant nivå ovanför tryckavledaren.

Det ovan beskrivna arrangemanget ger ett nedåt långsträckt om- råde i den vertikala kolonnen 3, vilket område sträcker sig från den flödesstyrande ventilen ll till omedelbart under den lutande inlopps- förbindningen 2 och i vilket suspensionen är homogen och dess bulk- egenskaper kan mätas på ett korrektsätt.

Såsom framgår av fig. 1 är anordningens uppbyggnad sådan,att den kräver minimalt utrymme vid installation för mätning av egenskaperna hos utströmmande material från ett slipverk. Ytterligare en fördel med det visade arrangemanget är att samtliga i suspensionen nedsänkta organ är upphängda i flänsen 6 och kan borttagas tillsammans med denna för underhåll utan avbrytande av suspensionsflödet eller slipverksprocessen.

Schemat i fig. 3 åskådliggör uppfinningens tillämpning för reglering av processen vid en såsom ett öppet system arbetande slipverk, varvid endast viskositeten mätes. Suspensionen från verket l uppsamlas i behållaren 2, i vilken suspensionens fria yta bibehålles vid 3 medelst den såsom en blåsa utformade flödesstyrande ventilen 4 på ovan angivet sätt. Viskositeten hos den nedåt genom kolonnen 5 strömmande suspensio- nen mätes medelst viskosimetern 6 och dennas avkännarelement 7, varvid en mot massans viskositet svarande signal överföres till en regulator 8 för reglering med hjälp av en ventil 9, som styr vattentillförseln till slipverket, under det att tillförseln av fasta partiklar regleras medelst en matare l0. Viskosimeterreglerkretsens verkan är att hålla konstant viskositet hos den från slipverket utmatade suspensionen genom ökning eller minskning av vattentillförseln till verket i beroende av huruvida viskositeten hos den utströmmande suspensionen tenderar att öka resp. minska till följd av ändringar i matningshastigheten för fast material, partikeistorlek, slipbarhet eller fuktinnehåii.

Det i fig. 4 visade schemat åskådliggör uppfinningens tillämp- ning vid processreglering av ett såsom en sluten krets arbetande slip- verk med en anordning för partikelstorleksreglering och anordnad för mätning av såväl viskositeten som densiteten. För detta ändamål är själva anordningen enligt uppfinningen utformad såsom beskrivits ovan i anslutning till fig. l. För reglering av processen vid slipverket 1 användes signalen från viskosimetern 2 för reglering av inmatnings- hastigheten för fast material till verket via mataren 3, medan signalen 75800319-1 7 från den nuklära densitetsmätaren 4 användes för reglering av vatten- tillförseln till slipverket medelst ventilen 5. Från den flödesstyrande ventilen 6 utströmmande suspension mottages och utspädes med vatten i en behållare 7 och pumpas till en storleksfördelande sikt 8, varvid genomsläppt material med liten partikelstorlek utmatas vid 9 och utgör slutprodukten 10, medan material med större partiklar ll återföres för förnyad inmatning och behandling i slipverket.

Med ett dylikt slipverk arbetande i en sluten krets med en enligt ovan beskriven storleksfördelande anordning kommer systemets optimala arbetsbetingelser att vara kritiskt beroende av noggrann reglering av såväl suspensionens viskositet som dess densitet till förutbestämda värden, varvid utnyttjandet av uppfinningen på ovan angivet sätt möjlig- gör en dylik noggrann reglering.

Under det att man vid de flesta tillämpningar normalt mäter och/eller reglerar suspensionens egenskaper kontinuerligt, skall det framhållas att uppfinningen även kan tillämpas genom intermittend alstring och/ eller utnyttjande av mätsignalerna.

Huvudsyftet med uppfinningen är såsom nämnts ovan att åstadkomma ett sätt och en anordning för kontinuerlig mätning och reglering av en sedimenterande suspension, men uppfinningen kan lika väl utnyttjas på ett fördelaktigt sätt för liknande ändamål för sådana suspensioner, vid vilka sedimentering, uppdelning och olikformig fördelning av den diskontinuerliga fasen är mindre utpräglad.

Slutligen skall påpekas, att uppfinningen kan tillämpas på ett flertal olika sätt inom ramen för den grundläggande uppfinninge- tanken, vilken anges i efterföljande patentkrav.

Claims (8)

vanoaes-1 P A T E N T K R Ä V

1. Sätt vid mätning av bulkegenskaperna hos en uppslamning eller suspension, k ä n n e t e c k n a t a v att uppslam- ningen eller suspensionen bringas att strömma nedåt genom ett rör eller en ledning med sådan tvärsnittsarea i förhållan- de till flödeshastigheten, att de vertikala komposanterna för suspensionsfasernas hastigheter är väsentligt större än sedi- menteringshastigheten för uppslamningens eller suspensio- nens diskontinuerliga fas, att man med hjälp av vid rörets eller ledningens nedre ände æmmdmïk flödesreglerande organ säkerställer att samtliga tvärsnitt hos röret eller ledningen hela tiden är helt fyllda av uppslamning eller suspension, att man medelst givarorgan mäter minst en bulkegenskap hos upp- slamningen eller suspension i ett område för den nedâtström- mandeuppslamningen eller suspensionen, att man från nämnda givarorgan överför signaler och att man presenterar och/ eller registrerar dessa signaler i lämplig form.

2. , Anordning för genomförande av det i krav 1 angivna sättet att mäta bulkegenskaperna hos en uppslamning eller suspension, k ä n n e t e o k n a d a v att anordningen omfattar en väsentligen vertikal ledning (3) med ett vid dess övre ände be- läget inlopp (2), som är anslutbart till utloppet hos utmat- ningsbehâllaren (1) vid ett slipverk e.d., en flödesstyrande ventil (ll) vid ledningens nedre ände samt mätorgan (4) belägna inuti ledningen för mätning av uppslamningens eller suspensio- nens bulkegenskaper.

3. Anordningen enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämndanfitorganomfattar ett givarorgan (4) för en viskosi- meter (7).

4. Anordning enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d a v att en nukleär densitetsmätare (9) är belägen på utsidan av nämnda ledning (3), så att ett av densitetsmätaren avgivet avkänningsstrålknippe passerar väsentligen i tvärled genom nämnda ledning mellan nämnda mätorgan (4) och nämnda flödes- 7800319-1 styrande ventil (ll).

5. Anordning enligt något av kraven 2-4, k ä n n e t e c k - n a d a v att den flödesstyrande ventilen (ll) består av en uppblâsbar påse (13), som i uppblåst tillstånd anligger tätan- de mot ledningens (3) insida och som i delvis uppblåst till- stånd ger en begränsad tvärsnittsarea mellan påsen och led- ningen för att tillåta utströmning av uppslamningen eller suspensionen från ledningen under styrning medelst en styr- fiuid, som kommunicerar med pâsens inre.

6. Anordning enligt något av kraven 2-5, k ä n n e t e c k - n a d a v att ett för styrning av den flödesstyrande venti- len (ll) tjänande tryckavledningsorgan (16) är beläget intill nämnda mätorgan (4)i nämnda ledning (3).

7. Anordning enligt något av kraven 2-6, k ä n n e t e c k - n a d a v att nämnda mätorgan (7, fig. 3) är anslutet till en regulator (8) för reglering av tillförseln av upp- slamning eller suspension till ledningen (5) i beroende av den medelst mätorganet uppmätta bulkegenskapen hos uppslam- ningen eller suspensionen.

8. Anordning enligt krav 4 eller något av kraven 5-7 i kombi- nation med krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att anordningen är kombinerad med en uppslamning- eller suspensionsframställ- ningsenhet (l, fig. 4)arbetande med en sluten krets och att nämnda viskosimeter (2) reglerar inmatningen av fast material (3) till nämnda framställningsenhet, medan nämnda densitets- mätare (4) reglerar vattentillförseln (5) till nämnda framställ- ningsenhet.