система отбора и доставки проб фильтрата для ионометрии

Формула изобретения

Система отбора и доставки проб фильтрата для ионометрии, содержащая фильтр, погруженный в исследуемую среду и связанный с накопительной емкостью, источник вакуум-давления, который через пневмотрубку соединен с верхним отверстием накопительной емкости, пробоприемную емкость, связанную с накопительной емкостью, устройство управления, первый выход которого соединен с источником вакуум-давления, отличающееся тем, что накопительная емкость разделена на камеру промывки и камеру отправки, причем нижнее отверстие камеры промывки является нижним отверстием накопительной емкости, а боковое отверстие камеры отправки является боковым отверстием накопительной емкости, внутри камеры промывки установлен плавающий клапан с возможностью перекрывания нижнего и верхнего отверстий, фильтр соединен через пробоотборную трубку с нижним отверстием накопительной емкости, боковое отверстие накопительной емкости через транспортную трубку соединено с пробоприемной емкостью, которая соединена с измерительным входом анализатора, в транспортной трубке установлен датчик протока и обратный клапан, выход датчика протока соединен со входом устройства управления, второй выход которого соединен с управляющим входом анализатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматическим средствам отбора жидких проб из открытых емкостей при контроле вещественного состава промышленных растворов, жидкой фазы пульп, сточных вод и других объектов предприятий цветной металлургии и может быть использовано для аналогичных целей в химической и горной отраслях промышленности.

Известна система отбора жидких образцов из открытых емкостей [1]. Система содержит пробоотборную трубку, один конец которой погружен в открытую емкость с технологической исследуемой жидкой средой, а другой конец через прямой клапан соединен с входом фильтра. Вход фильтра дополнительно через обратный клапан соединен со сливной трубкой. Выход фильтра через распределительную трубку соединен с источником вакуум-давления и измерительным прибором.

За счет создания вакуума в распределительной трубке а соответственно и в пробоотборной трубке, конец которой погружен в технологическую исследуемую жидкую среду, жидкость поступает через прямой клапан в фильтр, проходя через фильтр она фильтруется и фильтрат направляется в измерительный прибор.

За счет создания давления в распределительной трубке избыточная часть фильтрата возвращается обратно в жидкую среду. При этом возврат происходит через фильтр, обратный клапан и сливную трубку.

Преимущества данной системы заключаются в том, что фильтр находится в непосредственной близости к измерительному прибору. Это позволяет быстро заменить его в случае необходимости. Регенерация фильтра осуществляется избыточной частью фильтрата (шлейф), который, протекая через фильтр в обратном направлении, очищает фильтровальные каналы фильтра. Дополнительный канал возврата избыточной пробы через обратный клапан и трубку сброса устраняет попадание частиц, скопившихся на фильтре, в пробоотборную трубку.

Однако данное устройство не обеспечит надежную работу при отборе фильтрата из гидросмесей с большим содержанием твердых частиц, например продуктов флотации, содержащих до 40% твердых частиц в единице объема и имеющих крупность до одного миллиметра и более. К тому же при применении дорогостоящих измерительных приборов целесообразно иметь один прибор для последовательной подачи к нему проб фильтрата от разных точек контроля, разбросанных на десятки и сотни метров друг от друга, а данное устройство не обеспечит транспорт фильтрата на такие расстояния с помощью вакуума. К тому же возможны значительные перепады высот на трассе транспортирования.

Известна автоматическая система пробоотбора [2], содержащая фильтр, установленный на линии отбора пробы, пульсатор с датчиком уровня и пневмоклапанами, один из которых установлен в линии отбора пробы, а другой - в линии доставки пробы, управляемый источник вакуум-давления, подключенный к управляющим входам пневмоклапанов и пульсатору и установленный в линии подачи сжатого воздуха, соединенный через электромагнитный клапан с линией отбора пробы, приемную камеру с электромагнитным клапаном на выходе, сливную камеру с датчиком уровня и программное устройство, подключенное входами к датчикам уровня, а выходами - к управляющим входам электромагнитных клапанов. Система снабжена также датчиком уровня пробы в пробоприемной емкости, дополнительным электромагнитным клапаном, установленным на выходе сливной камеры, и гидрораспределителем, управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом программного устройства, при этом приемная и сливная камеры связаны с линией доставки пробы соответственно через нормально закрытый и нормально открытый каналы гидрораспределителя.

Данная система отбора фильтрата позволяет опробовать гидросмеси любого состава и транспортировать фильтраты с помощью сжатого воздуха на значительные расстояния и высоты.

Недостатком является отдув слоя твердых частиц (кека) с поверхности фильтра с помощью сжатого воздуха. Под действием воздуха ускоряется кристаллизация растворенных в гидросмеси солей на поверхности фильтра, происходит его цементизация и быстрое зарастание фильтрующих пор.

Задачей заявляемого изобретения является повышение точности измерения ионного состава пробы и увеличение срока службы фильтра за счет улучшения условий его регенерации.

Поставленная задача решается тем, что система отбора и доставки проб фильтрата для ионометрии содержит фильтр, погруженный в исследуемую среду и связанный с накопительной емкостью, источник вакуум-давления, который через пневмотрубку соединен с верхним отверстием накопительной емкости, пробоприемную емкость, связанную с накопительной емкостью, устройство управления, первый выход которого соединен с источником вакуум-давления. Новым с системе является то, что накопительная емкость разделена на камеру промывки и камеру отправки, причем нижнее отверстие камеры промывки является нижним отверстием накопительной емкости, а боковое отверстие камеры отправки является боковым отверстием накопительной емкости, внутри камеры промывки установлен плавающий клапан с возможностью перекрывания нижнего и верхнего отверстия, фильтр соединен через пробоотборную трубку с нижним отверстием накопительной емкости, боковое отверстие накопительной емкостти через транспортную трубку соединено с пробоприемной емкостью, которая соединена с измерительным входом анализатора, в транспортной трубке установлен датчик протока, а на конце транспортной трубки установлен обратный клапан, выход датчика протока соединен со входом устройства управления, второй выход которого соединен с управляющим входом анализатора.

Улучшение регенерации фильтра достигается, во-первых тем, что ее производят обратной промывкой фильтратом без доступа воздуха. Таким образом, агрессивные и загрязненные компоненты не окисляются и не забивают пористые ячейки фильтра. Во-вторых, объем фильтрата для регенерации, накапливаемый в камере промывки, постоянен и выбирается исходя из достаточности его для качественной промывки фильтра при каждом цикле отбора и доставки пробы. В-третьих, наличие датчика протока и устройства управления позволяет осуществлять косвенный контроль состояния фильтра и путем изменения соответствующих временных установок в допустимых пределах использовать полный рабочий ресурс фильтра.

Постоянная регенерация фильтра обеспечивает его высокую производительность и позволяет в течение нескольких минут отбирать объем фильтрата, многократно превышающий остаток в системе отбора и доставки. Промежутки между циклами измеряются минутами и состав исследуемой среды за это время изменяется незначительно, поэтому заражение проб соседних циклов будет ничтожно мало. Качественная регенерация фильтра уменьшает также влияние остаточных примесей в фильтре на состав пробы. Таким образом, проба поступает в анализатор с минимальными искажениями, что увеличивает точность измерения.

На чертеже приведена блок схема системы.

Система содержит фильтр 1, погруженный в жидкую исследуемую среду 2 и соединенный пробозаборной трубкой 3 с накопительной емкостью 4, источник вакуум-давления 5, соединенный пневмотрубкой 6 с накопительной емкостью 4. Накопительная емкость 4 содержит камеру 11 промывки для накопления и возврата фильтрата на регенерацию фильтра 1 и камеру отправки 12 для накопления и отправки фильтрата на анализ в пробоприемную емкость 7. Боковое отверстие камеры 12 отправки, являющееся боковым отверстием накопительной емкости 4, соединено с пробоприемной емкостью 7 транспортной трубкой 8, в которой установлен датчик 9 протока, а на выходе транспортной трубки 8 расположен обратный клапан 10. Нижнее отверстие 13 камеры 11 промывки, являющееся нижним отверстием накопительной емкости 4, соединено через пробозаборную трубку 3 к фильтру 1. Верхнее отверстие 14 накопительной емкости 4 соединено через пневмотрубку 6 к источнику вакуум-давления 5. Камера 11 промывки содержит верхнее переливное отверстие 15 для перелива фильтрата в камеру 12 отправки. Камера 11 промывки содержит также распределительный, свободноплавающий на поверхности фильтрата двухсторонний клапан 16, перекрывающий верхнее отверстие 14 после окончания заполнения фильтратом обеих камер 11, 12, и нижнее отверстие 14 после опорожнения камеры 11 промывки при регенерации фильтра. Пробоприемная емкость 7 соединена с измерительным входом анализатором 17. Выход датчика 9 протока соединен со входом устройства управления 18, первый выход которого соединен с источником 5 вакуум-давления, а второй выход соединен с управляющим входом анализатора 17.

Система работает следующим образом.

В исходном положении плавающий клапан 16 находится в нижнем положении. Устройство управления 18 подает сигнал на источник 5 вакуум-давления, который включает подачу вакуума. Обратный клапан 10 предохраняет систему от подсоса атмосферного воздуха. Под действием разрежения клапан 16 открывает отверстие 13, начинается отбор фильтрата. Камера промывки 11 заполняется до переливного отверстия 15, начинает заполняться камера 12 отправки, этот момент изображен на чертеже. Клапан 16, поднимаясь вместе с уровнем фильтрата, во время заполнения камеры 12 промывки не перекрывает верхнее отверстие 14. После заполнения камеры 12 отправки до переливного отверстия 15 уровень фильтрата в накопительной емкости 4 еще несколько повышается до перекрытия клапаном 16 верхнего отверстия 14. Доступ к фильтрату в пневмотрубку 6 закрыт, отбор фильтрата самопроизвольно прекращается. Устройство управления 18 выдает сигнал на источник 5 вакуум-давления, который включает подачу сжатого воздуха по пневмотрубке 6 в накопительную емкость 4. Клапан 16 отжимается от верхнего отверстия 14. Начинается вытеснение фильтрата из камеры 12 отправки в транспортную трубку 8 к пробоприемной емкости 7 анализатора 17. После опорожнения камеры 11 промывки клапан 16 прижимается к нижнему отверстию 13 и предохраняет фильтр 1 от попадания в него сжатого воздуха. Можно начинать следующий цикл отбора и доставки фильтрата.

Продолжительность заполнения накопительной емкости 4 предварительно определяется экспериментальным путем и время подачи вакуума устанавливается несколько больше необходимой величины. Датчик 9 протока с достаточной точностью контролирует объем транспортируемого фильтрата. При уменьшении объема ниже заданного предела устройство управления 18 автоматически увеличивает время подачи вакуума либо выдает информацию о необходимости замены фильтра. Т.е. датчик протока 9 позволяет реализовать автоматическую диагностику системы, увеличивая ее надежность и срок службы фильтра 1.

В слое кека, образующегося на поверхности фильтра 1 при некачественной его отдувке, накапливаются ионы контролируемых металлов, поэтому отбираемый состав фильтрата контролируемой среды может меняться, искажая представительность пробы. Постоянная регенерация поверхности фильтра 1 обратным потоком части отобранной жидкости обеспечит представительность пробы.

Список литературы

1. Патент США №6076410, "Liquid sample collector and liquid return apparatus", опубликованный 20 июня 2000 года.

2. Авторское Свидетельство Российской Федерации №1265519, "Автоматическая система пробоотбора", опубликованное 23 октября 1986 года (Прототип).