TW201802448A

TW201802448A - 側流發泡的監測及控制系統

Info

Publication number: TW201802448A
Application number: TW106116229A
Authority: TW
Inventors: 傑弗瑞 J 凱斯堤
Original assignee: 索雷尼斯科技公司
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2018-01-16
Also published as: RU2018140199A3; MX2018013957A; CA3024468A1; RU2730424C2; TWI654416B; BR112018073340A2; RU2018140199A; EP3458830A1; EP3458830B1; KR20190010553A; PL3458830T3; US10857486B2; CN109564149A; AU2017268138A1; CL2018003226A1; CN109564149B; ES2944586T3; US20170348616A1; KR102290693B1; WO2017200841A1

Abstract

本發明提供一種器件，該器件能夠持續量測流體系統中之可變發泡傾向並提供信號以相應地調節消泡劑之進給速率，從而使發泡維持在可接受之目標位準。進給之調節可以自動或手動方式實現。

Description

側流發泡的監測及控制系統

工業及市政當局花費大量金錢以支付控制其水性系統中泡沫位準之化學品的費用。典型應用尤其係工業及市政廢水處理工廠、管線、曝氣污水塘及處理槽。所用化學品可互換地稱為消泡劑及防沫劑。其進給速率通常因應製程中已累積多少泡沫之視覺評價來手動控制。已提出一些自動化控制方法；然而，大多數應用因自動化製程之設計及功能中之缺陷而恢復至手動控制。消泡劑進料之手動及不完善的自動控制導致進給不足及過度進給之時期。此由於許多工業流體系統(例如，造紙廠中之彼等)中之發泡行為可端視上游製程快速變化而尤其如此。進給不足可導致過度發泡，此影響相鄰空間、不動產、水路、位準感測設備、使流體系統曝氣之能力以及工業製程污染。因此，儘管可容許某一最低程度之泡沫，但仍存在過度進給消泡劑至無可見泡沫之程度的傾向。另外，由於在過度進給消泡劑時觀測不到泡沫，因此過度進給狀況在校正之前可長時間無法檢測。過度進給之費用昂貴，而進給不足係不可接受的。除成本以外，過度進給在一些系統中可引起其他問題，例如，在造紙廠中過量消泡劑可導致紙張組織缺陷及增加之塵埃度。在發酵工業中，過量消泡劑可導致超濾系統中之差的性能。因此，本發明之目標係提供一種器件，該器件能夠持續量測流體系統中之可變發泡傾向並提供信號以相應地調節消泡劑之進給速率，從而使發泡維持可接受之目標位準。進給之調節可以自動或手動方式實現。本發明亦提供易於調整並校準泡沫形成速率之器件，以利用所研究流體系統之側流試樣合理地呈現此流體系統之行為。本發明之另一目標為提供不易於因廢水處理應用中通常發現之浮渣累積或被固體及碎片堵塞而發生故障的裝置。本發明之又一目標係創造一種器件，其易於操作，使用絕對最少之公用設施類型並需要很少至無維護，此使其適於遠端位置中之工業及市政使用。在其較佳使用方法中，此發泡監測及控制系統a)視需要在添加消泡劑之前或之後，抽取所研究製程流之側流，b)在單獨容器或發泡單元容器中以合成方式生成泡沫並量測，其維持恆定流體位準以模擬所研究流體製程中泡沫生成之即時行為，c)利用非接觸式光學距離量測感測器特定地量測發泡單元容器中泡沫之位準，d)利用該光學距離量測感測器產生信號，及e)使用該信號來調節消泡劑至所研究製程之進給速率，以控制該製程之特定區域中之泡沫位準。美國專利第3,107,519號係關於實驗室工作臺上測試，其用於藉由使發泡流體之少量試樣在容器中再循環來量測系統中所生成泡沫之量，且該專利並非針對所研究製程流之側流的連續單程流動設計。通常用於工業中之器件係量測泡沫量之接觸感測器，例如美國專利第5,437,842 A號中所述者。此係藉助使用電容型鄰近式探針及電導探針完成。然而，該等可因泡沫沈積物之累積(殘餘物積聚)而導致有瑕疵之結果，從而需要定期清潔以維持其功效。利用探針式發泡感測器件經常會遭遇錯誤的泡沫位準。當前方法使用光學距離量測感測器，其中光自泡沫之表面反射且因此不需要清潔。現今所使用之許多發泡感測及控制器件專注於使用接觸式發泡感測器件。不幸的是，當製程中之流體位準改變或湍流導致不均勻流體位準時，該等通常無效。由於製程中與發泡無關之固有變化，來自接觸式感測器之信號並不與製程流體之發泡傾向直接相關。因此，依賴於此一信號之任一控制方案皆可導致發泡控制之失敗。相比之下，當前方法使用製程流體之側流，其藉助頂部之開口進給至容器中並藉助容器底部之出口或排放口離開，同時維持經控制且穩定之流體位準。此使得發泡感測器件能夠精確地模擬並量測所研究製程流體系統之泡沫生成行為，無論該系統中之物理變化如何。美國專利第3,739,795A號提及製程流體側流之取樣。其教示向上之流體流動，從而產生維持恆定流體位準並保持所生成泡沫之挑戰。在此方法中，流體自側面排出，從而產生可去除容器內欲量測之泡沫之不對稱流型。使用接觸式探針來感測泡沫之位準且此遭受與上文所論述之流體接觸相關之問題。相比之下，當前方法使用不需要清潔之非接觸式光學距離量測感測器。該等類型之先前所用方法已使用鼓泡或噴射穿過流體以產生泡沫之壓縮空氣。然而，存在與使用壓縮空氣相關之問題，例如精確度、再現性及維護問題。壓縮空氣亦將另一公用設施添加至製程，此增加操作之複雜性、成本及維護。與使用壓縮空氣以在控制條件下生成泡沫相關之精確度依賴於壓縮機之功能、壓力調節器、空氣流量計、流體流量計及受控之孔口大小。使用壓縮空氣之任一該等器件可影響氣泡大小及所生成及量測之泡沫數量。曝氣石、噴布器及諸如此類亦遭受孔口周圍之積垢形成，從而產生影響空氣可靠流動穿過其之沈積物。當前方法不使用壓縮空氣，而是簡單地藉助使恆定流體流傾瀉至靜止杯內之管中之自然且不變效應形成並累積泡沫。此方法改良系統之可靠性及再現性。此發明中所使用之方法模擬其中空氣自底部引入之工業製程。藉由容許泡沫累積至激活感測器之位準、然後添加預設定時添加之消泡劑以「擊破」泡沫來調節所用消泡劑之量之嘗試不可靠。容許泡沫在擊破之前實質上累積為泡沫穩定化創造了機會，由此使其更難以利用消泡劑擊破。消泡劑通常基於二氧化矽且在製程中不具有持久性。本發明之較佳用途使用光學感測器與基於微處理器之比例、積分或微分控制迴路(PID迴路)之組合。因此能夠精確地實時量測泡沫並進給與流體系統之發泡性成比例之相稱量之消泡劑。因此本發明不需要擅於「擊破」之專用消泡劑調配物並擴大可用於終端使用者之適宜產品之選擇。

本發明提供量測及控制流體處理應用中發泡之方法。該方法使用利用消泡劑處理之製程流體流之側流，以藉由將其傾瀉至特別設計之容器或發泡單元中並用光學距離量測感測器量測泡沫位準來模擬該流體之發泡行為。量測感測器產生信號，使用該信號來調節發泡控制化學品至所研究製程流體流之進給速率。對於一些不容易發泡之流體而言，可較佳但非必需，在將製程流體進給至用於生成泡沫之發泡單元或容器之側流線上安裝抽氣器。抽氣器係線內器件，其藉由引起壓力降產生真空而將空氣排放至流體流中。本發明提供監測及控制製程流體流之發泡之方法。當前方法使用所研究製程流體流之側流，其藉助取樣線抽取或泵送至具有開口頂部或入口及排放口或出口之容器或發泡單元。側流試樣之製程流體可視需要穿過發泡單元一或多次。引導側流之製程流體向下穿過發泡單元之開口，其中由於製程流體在發泡單元容器內維持在恆定位準，故氣泡經夾帶於發泡單元容器內。監測及控制系統可進一步經組態以在發泡單元容器內包括內部杯及包括懸掛於內部杯之上方並延伸至其中之管或管子。引導來自側流之製程流體穿過管或管子並進入發泡單元容器之內部杯中。氣泡經夾帶於杯部分中，在其中該等氣泡可產生泡沫。氣泡及流體由於杯之放置而改變方向，且因此向上流動越過內部杯之唇緣，從而導致在發泡單元容器內泡沫在製程流體表面上積聚。位於發泡單元上方之光學距離量測感測器量測泡沫位準並產生比例電子位準輸出信號。發泡單元及發泡單元容器在本申請案通篇中可互換使用並表示製程流體之側流遞送於其中之容器。

本申請案主張於2016年5月17日提出申請之美國臨時專利申請案第62/337,395號之權益，該申請案之全部內容係以引用方式併入本文中。在一態樣中，當前方法使用所研究流體流之側流，其消泡劑進給點可在取樣點之前或不在取樣點之前，以模擬該流體之發泡行為。側流係指具有連續流動或間歇流動之製程流體流之一部分。舉例而言，製程流體流至發泡單元容器(例如，20公分直徑大小之圓筒)、監測及控制系統之流速可在約3.78公升(L)/分鐘至約60公升/分鐘之範圍內。然而，系統可更小或更大，舉例而言，更小之系統可使用低至500毫升/分鐘之流速或顯著更大之系統可使用高達760公升/分鐘之流速。流體係指水處理廠及造紙廠中發現之任一水性介質。更具體而言，製程流體可具有介於0.01毫西門子/公分(mS/cm)與130毫西門子/公分之間之特定電導率、2至14範圍內之pH、0%至約60%範圍內之懸浮固體及1毫克/公升(mg/L)至11,000毫克/公升(mg/L)範圍內之總溶解硬度(表示為碳酸鈣)。消泡劑係指作為摻合物或單獨使用之許多類型化學品之類別。消泡劑亦稱為防沫劑，其用於抑制流體之發泡行為。在實踐中，消泡劑包含個別化合物或化合物之摻合物，其含有(例如)二氧化矽、聚矽氧、脂肪醇、蠟、二醇、油、EBS、表面活性劑、烴、乳化劑、脂肪酯、醇、醇乙氧基化物、醇丙氧基化物及水。在以上方法之一些態樣中，將製程流體之側流引導至發泡單元容器中，其中流體傾瀉至發泡容器中，此夾帶空氣而在水表面上產生一定位準之泡沫，其中發泡高度係利用非接觸式光學距離量測感測器量測。在以上方法之其他態樣中，術語「光學感測器」係指光學量測器件之類別，其藉由發射光、使光反射離開欲量測之表面並利用稱為感測器之光接收元件檢測光之返回來工作。可使用之光類型應在390奈米至780奈米之波長範圍內。該等器件稱作許多名稱，一些稱為雷射距離感測器、雷射量測感測器、雷射測距儀、通用雷射感測器及諸如此類。存在用於距離量測之若干類型之適宜檢測組態方法，其包括：三角量測法、飛行時間法、脈衝飛行時間法、多頻相移、調變束及干涉法。可調整所用光之光點直徑以改良敏感性。在當前方法之其他態樣中，非接觸式光學距離量測感測器(16)可係「反射模型-光電感測器」。此係反射型光電感測器，其由兩個元件組成：光發射元件及光接收元件。光電感測器自其光發射元件發射光束(可見或紅外)。光束自目標之表面反射並由光接收元件接收。自目標表面至光接收元件之距離係端視所用接收元件之類型而定藉助三角量測法或飛行時間法(TOF)測定。在當前方法之一些態樣中，光學感測器可係由Keyence製造之660奈米波長(紅光雷射)、分類2、型號LR-TB5000之通用雷射-感測器。此雷射使用飛行時間技術並可調節添加至製程流體流之消泡劑之進給速率。在當前方法之一些態樣中，非接觸式光學距離量測感測器與基於微處理器之比例、積分或微分控制迴路(PID迴路)之組合提供累積泡沫之實時精確量測及進給與流體系統之發泡性成比例之相稱量之消泡劑之能力。方法亦可使用來自光學量測器件之電子信號，該電子信號與泡沫位準之範圍成比例且因此按比例控制所遞送之消泡劑，或電子信號可觸發針對消泡劑進給之數位(開/關)信號，其在泡沫位準轉變通過一或若干位準設定點時發生。位準設定點定義為引起控制反應之特定發泡高度目標，該控制反應可係任一數目之行動，例如警報或消泡劑進給速率之自動增加或減小。亦可將電子信號傳輸至微處理器，其控制或調節遞送至製程流體流之消泡劑的量。或者，電子信號可作為嚮導以對消泡劑之添加作出手動調整。亦可使用該電子信號直接調節機械進給器件。方法可使用來自光學距離量測感測器之比例信號，其可經微處理器處理以產生用以改變消泡劑至製程中策略點之進給之各種控制策略。控制策略包括(但不限於)比例控制至比例-積分-微分控制(亦稱為PID控制)以及其他定時進給策略。參考圖1，提供外部圓筒形容器(8)，其在容器之頂部具有開口或入口(6)且在容器之底部或側面具有出口(12)，只要流體之排出不影響發泡單元容器中製程流體之位準即可；內部發泡杯(10)，其較外部圓筒形容器(8)矮且直徑小於其並懸掛於距外部圓筒形容器(8)之底部約1公分(cm)至約20 cm處。管或管子(9)懸掛於發泡杯之上方並自入口延伸至發泡杯(10)內距底部約1 cm至約25 cm。然而，管之深度取決於水流之速度及杯自身之深度。當在製程流體之向下流動達到杯部分中之流體位準之點處夾帶空氣時，氣泡可形成泡沫。杯填滿且製程流體及泡沫傾瀉越過杯之唇緣，在此處泡沫可在外部容器內於維持恆定之流體表面上累積。非接觸式光學距離量測感測器(16)發射光信號，該光信號反射離開所累積泡沫之表面回至光學感測器，且將該信號傳輸至微處理器(19)。然後微處理器控制遞送至流體製程之消泡劑之量。在當前製程中，使用溢流(14)使外部圓筒形容器(8)中製程流體之位準維持在恆定位準，其中製程流體流動穿過外部圓筒形容器(8)之出口(12)、穿過捕集管(13)至溢流(14)，由此在外部圓筒形容器中保持製程流體之恆定位準(15)。溢流可位於發泡單元容器上之任何位置，只要其不妨礙或影響發泡單元容器中製程流體之位準或泡沫之生成即可。在當前方法之其他態樣中，溢流(14)與發泡杯(10)之頂部高度相同，從而使流體位準維持在發泡杯(10)之頂部並在發泡杯邊緣之上方累積泡沫。然後可使用非接觸式光學距離量測感測器(16)量測發泡高度並相應地控制所添加之消泡劑。側流之製程流體流至發泡單元容器(8)中之速率可藉由用於將製程流體自流體製程流(1)傳輸至發泡單元容器(8)之入口線之管子直徑的大小或其他流量調節手段(例如閥、孔口或流體泵送速度(2))來調節。在一些態樣中，亦可在入口線上安裝噴嘴以增加入口水之速度，此進而夾帶更多空氣從而用較少水流產生較多泡沫。發泡單元容器可自任一出口排出製程流體且出口可在發泡單元容器之底部中心。然而，如上文所指出，出口可位於發泡單元容器上之任何位置，只要其不妨礙所維持之製程流體位準或其不會帶走容器內所累積之泡沫即可。排出開口之大小應具有足夠直徑以對單元中之流動或流體位準之升高造成很小至無限制，以便使流體位準在發泡單元容器中保持相對恆定。發泡單元容器中之流體可以間歇方式裝填製程流體，該製程流體可隨後藉由使用(例如)幫浦再循環或回送至發泡單元容器中持續一段時間，直至下一再裝填循環為止。發泡容器內之泡沫位準可利用非接觸式光學距離量測感測器量測。然後非接觸式光學距離量測感測器可將與發泡單元容器中之泡沫位準成比例之持續電子輸出信號提供至微處理器。比例電子位準輸出信號可利用微處理器處理，以產生用以改變消泡劑至製程中策略點之進給的各種控制策略。控制策略包括(但不限於)比例控制至比例-積分-微分(PID)控制以及基於信號之其他定時進料策略及進給速率之手動反應。製程流體至發泡單元容器中之流速可藉由(例如)側流之管子直徑之大小或流量調節方法(例如，流量控制閥、孔口、噴嘴或流體泵送速度)來控制。開/關循環流動可與再循環系統一起使用，特別是在因碎片遭受結垢之系統中。製程流體自發泡單元容器之排出可直接自容器底部及具足夠直徑之出口進行，以對流動造成很小至無限制，此在正常操作期間可影響發泡單元容器中之流體位準。然而，可使用任一點之出口，只要其不妨礙所維持之水位或帶走發泡單元容器內所累積之泡沫即可。消泡劑亦可在監測及控制系統之取樣點之前進給至製程流體流。藉助取樣線抽取或泵送製程流體之側流。在一些情形下，製程流體可穿過發泡單元容器一次，或製程流體可必要時再循環穿過容器多次或長時間。在構築發泡單元容器之組件中所用之材料可由與製程流體相容之任一適宜剛性材料製得。在當前方法之一些態樣中，外部或發泡單元容器之形狀可係圓筒形，可係正方形或可係矩形。矩形容器可用於預測泡沫在遠離泡沫生成位點之靜止區域中將如何累積。矩形容器可用於模擬污水塘泡沫。設想其他組態，例如其中製程流體傾瀉至維持恆定流體位準之發泡單元容器之彼等。在當前方法之其他態樣中，可在製程流體側流上安裝抽氣器。在當前製程中，恆定水位可藉由「填充及再循環模式」達成，其中視需要使用(例如)自動致動閥(5)定期自側流(3)抽取製程流體(7)之試樣，以沖洗並重新填充發泡單元容器，容器中之製程流體可藉助溢流/立管(14)排出，該溢流/立管用作新近抽取流體之阱，從而在每次單元經歷操作循環時在圓筒或發泡單元容器(8)中產生恆定流體位準。排出亦可藉由不同手段(例如，使用自動致動閥)實現。此方法在流體中存在污染物及碎片時作用良好，該等污染物及碎片原本將捕集於在流量節流閥或孔口後面。因此，可使用較大的傳輸線及全開放閥位置。當視需要抽取側流之流，且使其單程流過容器並藉助自外部或發泡單元容器之底部穿過立管回送向上之線排出，從而產生阱時，發泡單元中之流體位準亦可維持恆定。發泡單元容器可為20公分且排出口或出口及溢流管可在最小2公分直徑及更大之大小範圍內。可設計不同大小之圓筒、管道或容器以適合不同製程之流體特徵。一般而言，出口(12)、捕集管(13)及溢流(14)應具有足夠直徑，以便不限制自然流體流動，從而產生實質上升高之流體位準。在以上方法之一些態樣中，可添加再循環迴路。若側流之製程流體之流速不足以夾帶空氣，則再循環可係有用的。當定期以過量流量及較小限制抽取製程流體，以避免線被污染物及碎片堵塞時，再循環亦可係有用的。在方法之其他態樣中，位於發泡單元上方之光學距離感測器持續量測泡沫位準並將該位準轉換為比例電子位準輸出信號。在其他態樣中，器件及方法可進一步包含一或多個溫度、pH及電導率感測器或探針。器件及方法亦可包括(例如)用於控制感測區域中之冷凝之除濕器件。器件及方法亦可包括其他感測器及器件以慮及可影響各種水系統中之泡沫累積之氣候相關之要素，例如環境日光之強度、溫度、濕度、露點、降雨及大氣壓。在以上方法之一些態樣中，在初始設置期間，監測及控制系統經校準，以藉由注意發泡單元容器中哪個發泡高度位準對應於製程流體流中之最大可容許泡沫位準來模擬所研究流體製程之行為。然後使用該位準設定控制系統之微處理器組件之目標控制位準設定點。隨著發泡單元容器中之泡沫位準增加，微處理器將其與距設定點之距離相比較並按比例增加至製程流體流之消泡劑進給速率，以驅使泡沫位準降低。倘若所量測之泡沫位準低於設定點，則控制器系統地降低消泡劑進給速率，以允許泡沫上升至設定點位準。上述方法可用於大多數經歷發泡之流體製程流中，且將受益於監測及控制添加至系統之消泡劑或其他添加劑之量。一些實例包括與食品處理廠、紙漿廠、造紙廠、發酵罐及化學工廠相關之引水槽、溝渠、槽、管線、收集槽、水池、池塘及污水塘。其他操作包括工業及市政應用二者中與廢水處理系統相關之曝氣槽及池、自收集系統直至流出物管及引水槽，包括曝氣活性污泥系統。嫌氧及嗜熱消化型廢水處理系統亦係候選者。紙漿廠中之洗滌操作、食品處理、藻類處理及礦物處理應用皆可受益。其亦可用於控制開放式再循環冷卻水系統及製程流體冷卻塔中之消泡劑進料。該等方法將亦可用於控制眾多種工業製程中引起發泡之添加劑(例如，起泡劑)之劑量，該等工業製程包括(但不限於)礦物處理應用(例如，礦石浮選及分離)以及紙回收應用中之脫墨。上文所引用之參考文獻之全部內容均併入本文中。實例經整合紙漿及造紙廠之廢水處理工廠通常將經歷會引起問題之含量的高度泡沫形成物質(例如表面活性劑、黑液、肥皂及污冷凝水)，該等物質頻繁地、不可預見地且以不同量進入下水道系統中。在針對試驗所選之廠，廢水藉由重力自主要澄清出口流出，在此處將消泡劑添加至幫浦貯槽，其中三個大的幫浦將水向上傳輸至冷卻塔，該冷卻塔用於冷卻廢水以用於處理製程之下一階段。泡沫形成問題在過去表現在幫浦貯槽之表面、冷卻塔之頂部及冷卻塔貯槽上。將消泡劑在主要澄清器之出口處進給至廢水處理系統且在處理廠操作者進行巡視時每天調整進給速率大約兩次。通常，若在該天之一個時間點期間發現高泡沫位準，則使消泡劑進給速率增加至高達100%並保持該位準直至下一個12小時換班為止。使用當前方法，其中以26.5公升/分鐘之排出速率自冷卻塔進料幫浦抽取廢水之連續側流試樣。對於當工廠在廢水流中具有塑膠之不常見時期，在進給線中安裝¼英吋篩孔之籃式粗濾器，以防止流量控制閥之阻塞(pluggage)。廢水藉助噴嘴進入發泡單元容器，該噴嘴將廢水引導至延伸至發泡單元容器中且由面向上之杯包圍之管的中心。隨著廢水撞擊由杯所維持之水位，生成氣泡與水之混合物並導致泡沫在發泡單元容器內水位表面上累積，其中水位保持恆定。廢水側流之路徑經過發泡單元容器之頂部，在發泡單元容器內逆轉方向兩次。進入容器並撞擊內部杯中水表面之水側流之向下力夾帶空氣，產生水與氣泡之混合物，該混合物向上流動越過內部杯之唇緣至發泡單元容器之頂部，從而導致泡沫圍繞容器之內周邊在水表面上累積。在水頂部之泡沫位準可變的同時，發泡單元容器中之水位維持恆定。藉由發泡單元容器之底部中之排放口使廢水位準之高度維持恆定並在杯之唇緣附近，該發泡單元容器與產生「U」形水流動路徑之外部超大立管整合，水最終溢出該「U」形水流動路徑以排放。將Keyence型號LR-TB5000系列通用雷射感測器定位於發泡單元之上並追蹤其內之泡沫位準。雷射感測器持續產生與泡沫位準至雷射感測器之距離成比例之電子輸出信號。將輸出信號發送至微處理器，在其中處理輸出信號以減少雜訊，放大至評估之期望量測範圍，反相並最終用作比例、積分及微分控制迴路(PID)中之製程變量，以控制消泡劑幫浦之輸出。消泡劑幫浦將消泡劑進給至主要澄清器之排出口，在此處消泡劑與廢水混合，然後廢水之側流轉向至發泡單元容器。泡沫位準係在距雷射感測器61 cm至76 cm之狹窄範圍內監測並控制：此導致總泡沫之總範圍為0公分至15公分。在此時間段期間，消泡劑幫浦在20%至80%輸出之範圍內，以將泡沫位準控制在距感測器71公分之目標。能夠利用比例消泡劑進給速率將泡沫位準控制在目標範圍內。

1‧‧‧流體製程流、製程流體
2‧‧‧流體泵送速度
3‧‧‧側流
4‧‧‧流量計
5‧‧‧自動致動閥
6‧‧‧開口或入口
7‧‧‧製程流體
8‧‧‧外筒容器、發泡單元容器、圓筒或發泡單元容器、容器
9‧‧‧管或管子、管
10‧‧‧內部發泡杯、發泡杯、內部杯
11‧‧‧累積泡沫、所累積之泡沫、泡沫累積
12‧‧‧出口
13‧‧‧捕集管
14‧‧‧溢流/立管、溢流
15‧‧‧製程流體之恆定位準
16‧‧‧非接觸式光學距離量測感測器、量測感測器
17‧‧‧發射信號
18‧‧‧至微處理器之電子信號
19‧‧‧微處理器
20‧‧‧電子控制信號
21‧‧‧消泡劑進給方法

圖1係監測及控制水性製程中之發泡的當前方法之一個變體之示意圖。元件符號4代表流量計、18代表至微處理器之電子信號、20代表電子控制信號及21代表消泡劑進給方法。

1‧‧‧流體製程流、製程流體

2‧‧‧流體泵送速度

3‧‧‧側流

4‧‧‧流量計

5‧‧‧自動致動閥

6‧‧‧開口或入口

7‧‧‧製程流體

8‧‧‧外筒容器、發泡單元容器、圓筒或發泡單元容器、容器

9‧‧‧管道或管子、管道

10‧‧‧內部發泡杯、發泡杯、內部杯

11‧‧‧泡沫、所累積泡沫、泡沫累積

12‧‧‧出口

13‧‧‧捕集管

14‧‧‧溢流/立管、溢流

15‧‧‧製程流體之恆定位準

16‧‧‧非接觸式光學距離量測感測器、量測感測器

17‧‧‧發射信號

18‧‧‧至微處理器之電子信號

19‧‧‧微處理器

20‧‧‧電子控制信號

21‧‧‧消泡劑進給方法

Claims

實時量測及控制流體製程中製程流體之發泡之方法，其包含：將該製程流體(1)之側流(3)提供至發泡單元容器(8)，同時維持該發泡單元容器中該製程流體之恆定位準，且在該發泡單元容器中可以合成方式生成泡沫；在該發泡單元容器(8)中生成泡沫並累積泡沫(11)；自非接觸式光學距離量測感測器(16)發射信號，其中所發射信號(17)反射離開該所累積泡沫(11)之表面並返回至該量測感測器(16)；將該信號傳輸至微處理器(19)，其基於該容器(8)中該製程流體之恆定位準(15)計算該所累積泡沫之高度；控制遞送至該製程流之消泡劑之量。
如請求項1之方法，其中藉助噴霧或噴嘴將該流體製程流引入該容器，從而生成泡沫及累積泡沫。
如請求項1或2之方法，其中該泡沫係藉由將壓縮空氣引入該容器之該恆定流體位準中或將空氣引入該側流之該流體中而生成。
如請求項1至3中任一項之方法，其中該非接觸式光學距離量測感測器係「反射模型-光電感測器」。
如請求項1至4中任一項之方法，其中該容器係圓筒形、錐形、卵形、球形、錐形燒瓶狀、球形燒瓶狀、立方形或箱形。
如請求項1至5中任一項之方法，其中存在位於流體供給與該發泡單元容器之間之抽氣器。
如請求項1至6中任一項之方法，其中使用流量計監測進入或離開該發泡單元容器之流體流速。
如請求項1至7中任一項之方法，其進一步包含一或多個溫度、pH及導電率感測器或探針。
如請求項1至8中任一項之方法，其中使用變速幫浦以將該製程流體流遞送至該發泡單元容器。
如請求項1至9中任一項之方法，其中使用流量控制閥以維持至該發泡單元容器之恆定流速。
如請求項1至10中任一項之方法，其進一步包含將光反射性或活性材料添加至該等流體製程流，例如添加至該側流中之顏料、染料或發螢光劑，以改良該光學距離量測感測器組件之精確度。
如請求項1至11中任一項之方法，其中使用除濕器件來控制感測區域中之冷凝。
如請求項1至12中任一項之方法，其進一步包含自動致動閥以定期傾卸並重新填充該發泡單元容器。
如請求項1至13中任一項之方法，其中該微處理器使用比例、積分或微分(PID)控制之任一組合來控制該消泡劑進給。
如請求項1至14中任一項之方法，其中當經一段時間未檢測到泡沫高度之變化時發出警報。
如請求項1至15中任一項之方法，其中使該製程流體側流再循環穿過該發泡單元容器。
如請求項16之方法，其中使用幫浦使該製程流體側流再循環穿過該發泡容器。
如請求項1至17中任一項之方法，其中該製程流體流係選自由以下各項組成之群：活性污泥曝氣系統、紙漿廠褐漿洗滌系統、造紙機系統、曝氣沉降池、廢水流出物流、通向或來自廢水處理系統之溝渠、廢水收集系統、廢水處理廠、發酵系統、用於食品之洗滌或引水槽操作、開放式再循環冷卻水系統、空氣洗滌器系統、單程冷卻水系統、排出至水溝或池塘之冷卻系統、礦物洗滌操作、部件洗滌應用、礦物處理應用、礦物浮選及分離操作、脫墨起泡操作、嫌氧或需氧消化系統、玻璃纖維墊製造水系統、濕式洗氣器系統、氣提水系統及嗜熱消化系統。
實時量測及控制製程流體流中發泡之方法，其包含：將製程流體(1)流之側流(3)提供至含有該製程流體流之恆定流體位準之發泡單元容器，其中該發泡單元容器進一步包含內部杯(10)及管或管子(9)，該管或管子(9)懸掛於該內部杯(10)之上方並延伸於其內；引導該側流之該製程流體穿過該管(9)進入該內部杯(10)，從而生成泡沫及泡沫累積(11)；自非接觸式光學距離量測感測器(16)發射信號，其中該信號反射離開該泡沫表面並返回至該量測感測器(16)；將該信號傳輸至微處理器(19)，其基於該容器(8)中該製程流體之恆定位準(15)計算該所累積泡沫之高度；控制遞送至該製程流之消泡劑之量。