УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ ПУЛЬПЫ

Настоящая полезная модель относится к средствам автоматического контроля физико-химических компонентов пульп, растворов и может быть использована в области обогащения руд полезных ископаемых, медицине, а также в горно-металлургической, строительной и других отраслях промышленности.
Из предшествующего уровня техники известны технические решения, обеспечивающие автоматический контроль физико-химических компонентов жидкой фазы пульп флотационного производства и растворов различного назначения.
Большое распространение благодаря относительной простоте и невысокой стоимости получили автоматические датчики ионного состава пульп, использующие потенциометрический метод, основанный на измерении ЭДС гальванических элементов, состоящих из индикаторных ионоселективных электродов, электродов сравнения, и содержащих, помимо электродов, изготовленных из различных материалов, погружную арматуру и электронные преобразователи (И.Н. Дмитриевич и др. Физико-химические методы анализа. Учебное пособие., СПб, 2014 г., стр. 16-29. http://www.nizrp.narod.ru/metod/kafobshineorgh/8.pdf).
Недостатками устройств, построенных на использовании потенциометрического метода, является недостаточно высокая селективность измерений из-за влияния на величину ЭДС присутствующих в пульпе многочисленных ионов неконтролируемых веществ, постепенное зарастание поверхностей электродов нерастворимыми отложениями, искажающими результаты измерений.
Известны автоматические датчики ионного состава пульп, использующие кондуктометрические методы анализа, основанные на измерении удельной электропроводности жидкостей. Автоматические датчики содержат кондуктометрические датчики различных конструкций, погружную арматуру и электронные преобразователи (И.Н. Дмитриевич и др. Физико-химические методы анализа. Учебное пособие., СПб, 2014 г., стр. 42-55. http://www.nizrp.narod.ru/metod/kafobshineorgh/8.pdf).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству, является устройство автоматического контроля физико-химических компонентов пульпы содержащее управляющий контроллер, пробозаборник, накопительную емкость, управляющие клапаны, измерительную кювету с датчиками концентрации, перекачивающий насос (Концентратомер фильтрата пульпы КФП-5. http://www.uralautomatica.ru/cgi-bin/catalog/viewpos.cgi?in_id=60&made). Концентратомер обеспечивает автоматический отбор фильтрата пульпы, накопление необходимого для анализа количества жидкости, подачу накопленного фильтрата в измерительную кювету и последующий анализ потенциометрическим методом в контролируемом материале содержаний ионов СаО и рН.
Известное техническое решение частично решает проблему повышения селективности измерений и защиту поверхностей измерительных электродов от зарастания нерастворимыми отложениями.
Недостатком прототипа является низкая точность измерений, обусловленная следующими факторами:
- фильтр-патрон устройства подвергается значительным нагрузкам вследствие необходимости фильтрации большого объема твердой фазы пульпы, что неминуемо приведет к быстрой забивке рабочей поверхности фильтра, изменению ее фильтрующих свойств и, как следствие, к искажению величины концентрации контролируемых компонентов в анализируемой пробе продукта;
- применение потенциометрического метода измерений растворов эффективно только в области низких концентраций, т.к. при существенном повышении концентрации появляется область насыщения, в которой величина удельная проводимости не зависит от количества контролируемого вещества (И.Н. Дмитриевич и др. Физико-химические методы анализа. Учебное пособие., СПб, 2014 г., стр. 48. www.nizrp.narod.ru/metod/kafobshineorgh/8.pdf.
Технический результат на достижение которого направлено настоящее техническое решение, заключается в повышении точности контроля физико-химических компонентов пульп и растворов.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве автоматического контроля физико-химических компонентов пульпы, содержащем управляющий контроллер, пробозаборник, накопительную емкость, управляющие клапаны, измерительную кювету с датчиками концентрации, перекачивающий насос, согласно полезной модели, пробозаборник содержит аэролифт, накопительная емкость содержит приемную воронку с установленными в ней датчиком уровня и фильтр-патроном, а измерительная кювета выполнена в виде емкости с переливом, при этом, перекачивающий насос снабжен впускным коллектором, 1-й вход которого соединен с выходом фильтр-патрона, 2-й вход коллектора соединен с выходом клапана подачи воды, 3-й вход коллектора соединен с патрубком отвода перелива измерительной кюветы, а нагнетающий патрубок перекачивающего насоса соединен со входом измерительной кюветы, причем измерительные входы контроллера соединены с выходами датчиков уровня и концентрации, а выходы контроллера соединены с управляющими входами переключающих клапанов и перекачивающего насоса.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что измерительная кювета может быть выполнена из прозрачного материала.
А так же тем, что датчик концентрации может быть выполнен в виде микродозатора титранта и оптического или потенциометрического индикаторов точки эквивалентности, а так же в виде рефрактометра.
Принцип работы устройства автоматического контроля физико-химических компонентов пульпы поясняется прилагаемой схемой.
Устройство автоматического контроля физико-химических компонентов пульпы содержит перекачивающий насос 1, микродозатор 2 титранта, управляющий контроллер 3, переключающий клапан 4 подачи сжатого воздуха, аэролифт 5, переключающий клапан 6 подачи воды на промывку, приемную воронку 7, датчик 8 уровня, переключающий клапан 9 подачи фильтрата, переключающий клапан 10 сброса фильтрата в дренаж, фильтр-патрон 11, впускной коллектор 12, измерительную кювету 13, потенциометрический датчик 14 концентрации, кондуктометрический датчик 15 концентрации, рефрактометр 16, панель 17 визуализации, переключающий клапан 18 сброса пульпы в дренаж, переключающий клапан 19 подачи воды на промывку, переключающий клапан 20 циркуляции фильтрата и оптический датчик 21 точки эквивалентности.
Работа устройства осуществляется следующим образом. В исходном состоянии все переключающие клапаны находятся в закрытом положении, перекачивающий насос 1 (в качестве перекачивающего насоса может быть применен перистальтический насос Watson Marloy 101U/R с регулируемой производительностью, &http://wmbpumps.co.za/pdfs-global/b-sciq-ru-01.pdf) и микродозатор 2 титранта (в качестве микродозатора может быть применен, например, автоматизированный микродозатор DT-03, http://www.czl.ru/catalog/special/avtomatizirovannyj-mikrodozator-DT-03.html) отключены. При включении устройства в работу, в соответствии с заложенной в управляющий контроллер 3 программой, с его выхода подают команду Y1 на открытие переключающего клапана 4 подачи сжатого воздуха в аэролифт 5. Под воздействием сжатого воздуха пульпа из технологической емкости 6 при помощи аэролифта 5 перемещается в приемную воронку 7. После заполнения пульпой приемной воронки до заданного уровня, контролируемого датчиком 8 уровня, с его выхода на измерительный вход управляющего контроллера 3 поступает сигнал X1, при получении которого с выхода контроллера 3 подают команду Y1 на прерывание подачи сжатого воздуха путем закрытия клапана 4, вследствие чего поступление пульпы в приемную воронку 7 прекращается. После истечении заданной выдержки времени ΔT1, необходимой для реализации процесса осветления пульпы в приемной воронке 7, происходящего вследствие выпадения в осадок твердых частиц, с выходов контроллера 3 подают команды Y2 на открытие клапана 9 подачи фильтрата, Y3 на включение перекачивающего насоса 1 и Y4 на открытие клапана 10 сброса фильтрата в дренаж. Жидкая фаза пульпы через фильтр-патрон 11, клапан 9 и 1-й вход коллектора 12, насосом 1 закачивается в виде фильтрата в измерительную кювету 13. После заполнения емкости измерительной кювет 13 до уровня расположения выходного переливного отверстия, излишки фильтрата через клапан 10 сбрасываются в дренаж. На следующем этапе работы устройства с соответствующих выходов контроллера 3 подают команды Y2, Y4 на закрытие клапанов 9, 10 и Y4 на останов насоса 1. С данного момента времени устройство готово к выполнению операций по измерению концентрации компонентов, содержащихся в фильтрате пульпы. Благодаря конструкции измерительной кюветы 13, обеспечивающей подготовку к анализу известного и постоянного по объему количества раствора, устройство позволяет применить несколько типов датчиков измерения концентраций, включая датчики, использующие потенциометрический и кондуктометрический принципы измерений, автоматические титрометры, использующие оптические и потенциометрические датчики достижения точки эквивалентности, рефрактометры. Выбор типов датчиков производят в зависимости от номенклатуры контролируемых элементов.
Работа устройства в случае применения потенциометрического 14, кондуктометрического 15 датчиков или рефрактометра 16 происходит идентично в следующей последовательности.
Выходные сигналы Х2, Х3, Х4, соответственно, потенциометрического 14, кондуктометрического 15 датчиков и рефрактометра 16, поступают на измерительные входы контроллера 3. В контроллере 3 на основании полученной информации по заранее введенными в его память градуировочным зависимостями осуществляется расчет искомых концентраций. Полученные значения концентраций выводят на панель 17 визуализации в табличной или графической форме.
После завершения процедуры измерения контроллер 3 посылает команды Y2, Y4, Y5 на открытие клапанов 9, 10, 18, команды Y3 на включение насоса 1 и Y6 на открытие клапана 19 подачи воды на 2-й вход коллектора. В результате выполнения этих действий происходит опорожнение и промывка приемной воронки 7, промывка фильтр-патрона 11, промывка магистрали подачи фильтрата через нагнетающий насос 1 в измерительную кювету 13. По истечении заданной выдержки времени ΔТ3 на выполнение промывки, контроллер 3 посылает команды Y2, Y5, Y6, на закрытие клапанов 9, 18, 19, команду Y7 на открытие клапана 20 циркуляции фильтрата и включение реверсивного режима работы перекачивающего насоса 1. В результате реверсивной работы насоса 1 происходит сброс в дренаж через открытые клапаны 10, 20 промывочной воды, накопившейся в измерительной кювете 13. После завершения процедуры промывки контроллер 3 посылает команды Y4, Y7 на закрытие переключающих клапанов 10, 20, остановку насоса 1 и устройство возвращается в исходное состояние.
В случае измерения концентрации компонентов в режиме титрования работа устройства до момента заполнения фильтратом измерительной кюветы 13 аналогична процедуре, описанной выше. После заполнения кюветы 13 фильтратом контроллер 3 посылает команды Y7 на открытие клапана 20 циркуляции фильтрата, Y3 на включение реверсивного режима работы насоса 1 и Y8 на включение микродозатора 2, который в соответствии с заложенной в него программой осуществляет подачу титровального реагента в измерительную кювету 13. Благодаря реверсивной работе насоса 1 обеспечивается перемешивание фильтрата с подаваемым титровальным реагентом вследствие циркуляция жидкой фазы пульпы по замкнутому контуру, включающему измерительную ячейку 13, насос 1, коллектор 12, клапан циркуляции 20 и соединительный трубопровод между перечисленными элементами устройства. В момент достижения точки эквивалентности, определяемой контроллером 3 путем обработки сигналов Х4, Х5, поступающих, соответственно, от потенциометрического датчика 14 или оптического датчика 21 точки эквивалентности (в случае применения оптического датчика корпус измерительной кюветы 13 изготавливается из прозрачного материала), контроллер 3 подает команду Y8 на останов подачи титранта и по известному объему фильтрата, находящегося в измерительной кювете 3, и объему израсходованного титровального реагента вычисляет концентрацию контролируемого вещества. В качестве оптического датчика распознавания цвета может быть использован, например, датчик ОРТЕХ FA DM (http://www.intrasoft-spb.ru/catalog/optic_sensors/mark_rgb). Вывод информации и завершение цикла измерений осуществляется так же аналогично процедуре, описанной выше
Дополнительным преимуществом заявляемого устройства является возможность разбавления фильтрата в заданной пропорции путем дозированной подачи промывочной воды в измерительную кювету 13. Реализация этой функции возможна благодаря включению перекачивающего насоса 1 с известной производительностью при закрытых клапанах 9, 20 и открытых клапанах 10, 19 на промежуток времени, соответствующий подаче требуемого количества воды.
Необходимость в разбавлении анализируемой среды, как указывалось выше, возникает при необходимости измерений больших концентраций контролируемых компонентов.
Таким образом, предложенное устройство автоматического контроля физико-химических компонентов пульпы позволяет повысить точность измерений за счет применения комплекса дополнительных средств, повышающих достоверность отбора проб для анализа и расширяющих диапазон и точность контроля концентраций.