DD259800A1 - Verfahren zur kontinuierlichen messung des dispersitaetszustandes disperser feststoffsysteme - Google Patents

Abstract

Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Dispersitaetszustandes disperser Feststoffsysteme zur Anwendung fuer die Ueberwachung und/oder Steuerung von Produktionsprozessen. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass das beladene Gas durch mindestens zwei hintereinandergeschaltete Einrichtungen zur Stromklassierung mit bekannten Abscheidecharakteristiken und mit kontinuierlich arbeitenden Feststoffaustragsorganen, vor, zwischen und hinter denen sich je ein Messfuehler befindet, dessen Messwerte durch die Konzentration und durch die mittlere Korngroesse des dispersen Feststoffsystems in bekannter Weise beeinflusst werden, geleitet wird und dass die Messwerte in einem Prozessrechner zur gleichzeitigen Ermittlung der Korngroessenverteilung und der Konzentration des dispersen Feststoffsystems nach einem geeigneten Algorithmus verarbeitet werden.

Description

mit i = 1, 2, ..., n+1 und ^⁰) « 0 · . -

gleichzeitig die m Parameter der Verteilungsfunktion h₃ ⁽¹⁾(x), wobei m < n, sowie die Konzentration c⁽¹⁾ des dispersen Feststoff systems in der Meßleitung ermittelt werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Eichung der Meßfühler (5, 6,7,3) die Bestimmung der Konstanten k⁽ⁱ⁾ vor der ersten Betriebsmessung durch Auswertung mindestens eines Eichversuches, welcher unter Beibehaltung der für Betriebsmessungen üblichen Meßanordnung, jedoch mit einem der letzten Einheit zur Stromklassierung zusätzlich nachgeschalteten Absolutfilter und unter Auswägung der in den einzelnen Einheiten zur Stromklassierung sowie im Absolutfilter über einen bestimmten Zeitraum abgeschiedenen Feststoffmenge, durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßfühler (5,6,7,8) vor, zwischen und hinter den Einheiten zur Stromklassierung vorzugsweise als reibungselektrische und lichtoptische Meßfühler ausgeführt werden, wobei die entsprechenden Meßmethoden sowohl separat als auch kombiniert zur Anwendung kommen können.

Hierzu 1 Seite Zeichnung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Dispersitätszustandes disperser Feststoff sy sterne — insbesondere der Korngrößenverteilung — und der Staubkonzentration für die Anwendung zur Überwachung und/oder Steuerung von Produktionsprozessen, in denen die Produktqualität beziehungsweise die Effektivität technischer Einrichtungen durch die Korngrößenverteilung und/oder durch die Feststoffkonzentration in strömenden Gasen bestimmt wird, wie zum Beispiel in der chemischen Industrie, in der Baustoffindustrie, in der Metallurgie, in der Nahrungs- und Genußmittelindustrie, in der Brau-und Malzindustrie sowie in der Textilindustrie.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

ZurCharakterisierung des Dispersitätszustandes und der Feststoffkonzentration gelangen meist Verfahren zum Einsatz, die eine anteilmäßige Massenaufteilung auf die einzelnen Korngrößenklassen realisieren und/oder die integrale Massenkonzentration ermitteln. Sollen sowohl Feststoffkonzentration als auch Korngrößenverteilung disperser Feststoffsysteme bestimmt werden, erfolgt dies häufig mittels gravimetrischer Probenahme in einem Gas beziehungsweise Gasstrom und nachfolgender granulometrischer Analyse der Haufwerksproben.

Andere Meßtechniken wie Kaskadenimpaktoren (SU-PS 479995) ermöglichen eine kombinierte in situ-Bestimmu'ng von Feststoffkonzentration und Korngrößenverteilung.

Nachteilig ist die diskontinuierliche Betriebsweise derartiger Verfahren sowie der erhebliche Zeitaufwand bei der gravimetrischen Bestimmung der abgeschiedenen Partikelmassen.

Zur on-line-Ermittlung der in situ-Korngrößenverteilung disperser Feststoffsysteme kommen häufig optische Zählverfahren zur Anwendung. Diese setzen einen recht hohen gerätetechnischen Aufwand zur Durchführung und Auswertung der Messungen voraus und sind auf Grund ihrer Kompliziertheit nicht zum universellen Einsatz wie beispielsweise unter rauhen Betriebsbedingungen geeignet.

Bekannt sind verschiedene Verfahren, bei denen mit Hilfe von Vorrichtungen zur Stromklassierung das disperse Feststoffsystem in bestimmte Korngrößenfraktionen getrennt wird.

Bei dem in der US-PS 371 9089 beschriebenen Verfahren wird die Korngrößenverteilung eines in einem strömenden Medium dispergierten Feststoffes ermittelt, indem die zur Ansammlung einer bestimmten Masse oder eines bestimmten Volumens

mindestens einer Korngrößenfraktion des zu untersuchenden Feststoffes in einem Sammelbehälter benötigte Zeit über eine Reihe von Zeitintervallen gemessen wird. Dieses Verfahren läuft jedoch quasikontinuierlich ab und ist deshalb zur Prozeßüberwachung beziehungsweise Prozeßsteuerung nur bedingt geeignet.

Bekannt ist ein Meßsystem zur kontinuierlichen Messung der Änderung der Korngrößenverteilung disperser Feststoffe, bei dem die Korngrößenabhängigkeit des reibungselektrischen Effektes ausgenutzt wird (DE-OS 2854657). Meßfehler durch Änderungen der Feststoffkonzentration werden hierbei durch Vergleich der Meßwerte mehrerer reibungselektrischer Fühler, welche einer oder mehrerer Einheiten zur selektiven Korngrößen-Differenzierung und/oder -Abtrennung vor-, nach- und/oder zwischengeschaltet sind, eliminiert. Bei diesem Verfahren können jedoch lediglich qualitative Aussagen über die Änderung der Korngrößenverteilung getroffen werden. Die Ermittlung der aktuellen Korngrößenverteilung sowie der Konzentration des dispersen Feststoffsystems im strömenden Gas sind nicht möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine kontinuierliche Messung des Dispersitätszustandes disperser Feststoffsysteme, vorrangig für Betriebsmessungen unter praktischen Bedingungen zur Überwachung und/oder optimalen Steuerung von Produktionsprozessen, zu ermöglichen. .

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit unter praktischen Bedingungen einsetzbarer Meßtechnik eine kontinuierliche Erfassung der Korngrößenverteilung sowie der Konzentration von in strömenden Gasen dispergierten Feststoffsystemen zu gewährleisten. Liegen die betreffenden Feststoffe nicht in dispergierter Form vor, so werden sie in geeigneter Weise mit konventionellen Mitteln dispergiert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das disperse Feststoffsystem durch mindestens zwei hintereinandergeschaltete Einrichtungen zur Stromklassierung mit bekannten Abscheidecharakteristiken und mit kontinuierlich arbeitenden Vorrichtungen zur Staubabführung vor, zwischen und hinter denen sich je ein Meßfühler befindet, dessen Meßwerte durch die Feststoffkonzentration und durch die mittlere Korngröße des dispersen Feststoffsystems in bekannter Weise beeinflußt werden, geleitet wird und daß die kontinuierlich erfaßten Meßwerte der Meßfühler in einem Prozeßrechner zur Ermittlung der Korngrößenverteilung und Konzentration des dispersen Feststoffsystems im strömenden Gas nach einem geeigneten Rechenalgorithmus verarbeitet werden. ...

Die Einheiten zur Stromklassierung besitzen bekannte, vorher durch Eichuntersuchungen ermittelte Fraktionsabscheidegradkurven und sind mit kontinuierlichen Austragsorganen für den während der Messungen gesammelten Feststoff ausgerüstet, so daß sich periodische Unterbrechungen der Messungen zur Ausleerung von Feststoffsammelbehältern erübrigen.

Vor der ersten, hinter der letzten sowie zwischen den Einheiten zur Stromklassierung befindet sich je ein Meßfühler. Als Meßfühler kommen solche Einrichtungen zur Anwendung, welche, basierend auf bestimmten physikalischen Wirkprinzipien, Meßwerte liefern, die mit der Gesamtoberfläche A_p aller vom Meßfühler in einem bestimmten, differentiell kleinem Zeitraum oder je nach Meßprinzip zu einem bestimmten Zeitpunkt erfaßten Partikeln in einem bekannten funktioneilen Zusammenhang stehen. . ^ ._ '

^xtnax Mit A^a/ -HE . c*vJ x~¹ . c h. (x) dx

läßt sich dieser funktionell Zusammenhang für den Meßfühler an der Meßstelle i in folgende allgemeine Form bringen:

^xtnax.

_v(i) . - ,„ (i) _h Ci-)/_s _ (i) Γ -1 _Λ(ί) _h (i)f.^ a~\u/1 = r (M j π™ (xj j c_Q , ι χ c ru (,α; αχ;

	P	Λ/	A	ν
A

wobei i ·= 1, 2, ..., n+'l

Dabei sind M⁰¹ die Meßwerte an der Meßstelle i, h₃ ⁽ⁱ⁾ die massenbezogenen Korngrößenverteilungen an der Meßstelle i, x_min und x_max die minimale beziehungsweise maximale Korngröße der Verteilung, c^(il die Feststoffkonzentrationen an der Meßstelle i, η die Anzahl der Einheiten zur Stromklassierung, A_op/v die volumenbezogene Teilchenoberfläche. Die Werte M₀ ⁽ⁱ⁾, h₃₀ ^(il und c₀ ⁽ⁱ⁾ bezeichnen die Meßwerte, die Korngrößenverteilungen sowie die Feststoffkonzentrationen an den Meßstellen i unter Eichbedingungen. Diese Werte stellen Konstanten dar und werden vor der ersten Betriebsmessung in Auswertung mindestens eines Eichversuches, welcher unter Beibehaltung der oben beschriebenen Methodik, jedoch mit einem der letzten Einheit zur Stromklassierung zusätzlich nachgeschalteten Absolutfilter und unter Auswägung der in den einzelnen Einheiten zur Stromklassierung sowie im Absolutfilter über einen bestimmten Zeitraum abgeschiedenen Massen des dispersen Feststoffsystems durchgeführt wird. Aus den abgeschiedenen Feststoffmassen und den bekannten '.

Fraktionsabscheidegradkurven der Einheiten zur Stromklassierung können, ähnlich dem Vorgehen bei der Auswertung von Messungen mit Mehrzyklongeräten, die gesuchten Konstanten ermittelt werden.

Das vorstehend angegebene nichtlineare Gleichungssystem kann dann vereinfacht

= f (k⁽ⁱ⁾ ₅ f ϊ±- . h₃^h-x) dx)

geschrieben werden, wobei k⁽ⁱ⁾ die mit M₀(i), H₃₀"¹ und c_o ^w bezeichneten Werte unter Eichbedingungen beinhaltet. Mit der Definition der Fraktionsabscheidegrade T^(l) gemäß

T^U}(x) = 1 - °_TTT~ . ^3 ^UJ

folgt dann

^xmax ^₁

J X

= f /k⁽ⁱ⁾, f £~i TT Pl - T⁽^(x)| . h₃ ⁽ⁱ^(x) dx

i. = 1, 2, ..., n-f 1

mit T^(o) = 0, was ein nichtlineares Gleichungssystem (n + 1)ter Ordnung mit m + 1 unabhängigen Variablen darstellt, wobei m die Anzahl der Verteilungsparameter der gesuchten Korngrößenverteilung h₃ ^l1l(x) bezeichnet.

Lm Falle m = η ist dieses Gleichungssystem für jede m-parametrige Verteilungsfunktion durch geeignete iterative Verfahren eindeutig lösbar. Wird dagegen die Anzahl der Einheiten zur Stromklassierung größer gewählt (n > m), so ist es möglich, aus einer Reihe von vorgegebenen m-parametrigen Verteilungsfunktionen durch die Anwendung bekannter nichtlinearer Optimierungsverfahren die günstigste Verteilungsfunktion auszuwählen und darüber hinaus eine Aussage über die auftretenden Analysenfehler zu treffen. Die Lösung des obigen Gleichungssystems erfolgt mittels eines über Meßwandler gekoppelten Prozeßrechners. Die Korngrößenverteilung und Konzentration des dispersen Feststoffsystems stehen als Ausgangsgrößen des Prozeßrechners zur Prozeßüberwachung und Weiterverarbeitung in den Einrichtungen zur Prozeßsteuerung zur Verfügung.

Ausführungsbeispiel

In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, welches im folgenden näher beschrieben wird.

Gemäß Figur 1 dienen als Einheiten zur Stromklassierung drei hintereinandergeschaltete Kleinzyklone 1-3 mit in Strömungsrichtung abnehmenden Baugrößen und bekannten Fraktionsabscheidegradkurven T¹¹¹, T¹²¹ und T⁽³'.

Die Feststoffaüstragsorgane werden durch Zellenradschleusen 4 gebildet. Als Meßfühler dienen vier reibungs- oder lichtoptische Fühler5-8, die in den Strömungskanälen vordem ersten Kleinzyklon 1,zwischen dem ersten Kleinzyklon 1 und zweiten Kleinzyklon 2, zwischen dem zweiten Kleinzyklon 2 und dem dritten Kleinzyklon 3 sowie hinter dem dritten Kleinzyklon 3 angeordnet sind.

Die an dem Meßfühlern 5-8 abgenommenen Ströme I sind proportional zur Gesamtoberfläche des dispersen Feststoffsystems, welches in einem differentiell kleinen Zeitabschnitt mit den reibungselektrischen Meßfühlern 5-8 in Berührung kommt, oder bei Verwendung lichtoptischer Meßfühler 5-8 proportional der durch das disperse Feststoffsystem resultierenden Lichtabschwächung .und stellen sich wie folgt dar:

max I = k . / — h-(x) dx mit

_k.

^max

—· ♦ 1ι_ΟΛ(χ)- dx

wobei die Konstante k sowie der entsprechende Strom I₀ in mindestens einem Eichversuch für das betreffende Stoffsystem ermittelt werden.

Somit ergibt sich das Gleichungssystem:

^xmax / _Λ ν .(1) _ f^ ^r ~^nj

¹⁾ . J

Qi a .χ

ni-in

χ ' max

.[i-T⁽²⁾(_X)].fi-T^C3)(.-o].b3⁽¹⁾(x)clx

Wählt man als h₃ ⁽¹⁾(x)zweiparametrische Verteilungsfunktionen, so sind die beiden Parameter der Verteilungen sowie c^|1> als unabhängige Variablen aus dem Gleichungssystem zu bestimmen. Dies erfolgt iterativ, mit Hilfe bekannter mehrparametriger, • nichtlinearer Optimierungsverfahren.

Claims (1)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Dispersitätszustandes disperser Feststoffsysteme, bei dem das beladene Gas durch mindestens zwei hintereinandergeschaltete Einheiten zur Stromklassierung, vor, zwischen und hinter denen sich je ein Meßfühler befindet, dessen Meßwerte d.urch die Feststoffkonzentration und durch die mittlere Korngröße des im Meßkanal befindlichen dispersen Feststoffsystems in bekannter Weise beeinflußt werden, geleitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß in einem direkt gekoppelten Prozeßrechner (9) aus den bekannten Fraktionsabscheidegradkurven T⁽ⁱ⁾ (x) der η Einheiten zur Stromklassierung und aus den Meßwerten M^(l) der geeichten η + 1 Meßfühler (5, 6,7,8} sowie der aus Eichversuchen ermittelten Konstanten k^(l) durch Lösung des Gleichungssystems ·* ·,--

^Xaiax _t ^