JPH01164408A - 液固分離工程を監視および／または制御するための方式および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液固分離工程、とくに重合体またはその他の
凝集剤のような脱水助剤を添加することにより脱水を促
進する脱水工程のための自動監視および／または自動制
御方式に関するものである。

分離作業を監視および／または制御する方法もまた開示
する。

より詳しくは、本発明は、液固分離工程の作業を１個ま
たはそれ以上の光検出器を使用して監視し、得られた分
離効率の読みに従って添加剤の供給速度を調節し、これ
により液固分離作業を制御することに関するものである
。

液固分離工程は、二相組成物を液体対固体の重量比が高
い初期の成因状態（例えば希釈スラリー）から、液体媒
体の一部が固体媒体から除去された状態に移行させるこ
とによって液体対固体の重量比を次位の値に低下させる
ために使用されている。

この移行が起こるにつれて、脱水されつつある組成物の
表面外観が変化し、液体対固体の重量比が減少するにつ
れて、処理されている二相組成物から反射される光量も
変化する。

流れかもとの湿った状態から「脱水された」状態へと変
化するにつれて、１個またはそれ以上の光検出器を使用
して脱水されている流れから反射される光の強さの変化
を検出することができる。

本明細書で使用する「脱水」という語は、一般に液相／
固相組成物からの液相の分離を称している。

この語の使用は、分離される液体が水であることを意味
するものではないが、分離される液体は大半の例におい
ては水である。

脱水が十分になされ、遊離の液体がほぼ除去されると、
脱水される材料の表面上には、何処かに「乾燥線（ドラ
イライン）」が現われることがある。このような例にあ
っては、この乾燥線の場所を監視するため１個またはそ
れ以上の光検出器を使用することができる。このように
、液面組成物が初期には十分な遊離の液体を含んでいる
場合がある。脱水の前は、このような組成物の表面は鏡
面状をしている゛こともある。脱水が起ると、遊離の液
体が分離され、固体材料の不規則な表面は湿った組成物
の鏡面状の表面が有するものとは違った反射特性を有す
るようになり、そのような明瞭な反射特性は光検出器で
容易に識別できることになる。

従って、光検出器により計測される光線の強さにもとづ
いている信号変動と脱水作業とを関連付けることにより
、分離工程の監視および／または制御に光検出器が使用
できることになる。例えば光検出器からの高／低電圧信
号を使用して、光検出器の設置個所に対するある系の乾
燥線の位置について、作業員に助言を与えることができ
る。さらに、このような信号は、光検出器の読みがなさ
れている脱水表面上のポイントに至る迄に起った脱水量
に比例する信号に変更することができる。

最も広い意味においては、本発明は、組成物表面の反射
特性に影響を及ぼすように、組成物に対して作用する単
位操作であって、反射特性の識別が光検出器で識別でき
るもので限りはどのような単位操作についても、これを
監視および／または制御するために利用することができ
る。

工業上の応用例として、光検出器を使用してベルトフィ
ルタープレス脱水系を監視し、かかる系に対する凝集剤
の供給速度を制御することができる。脱水を促進するた
め重合体またはその他の凝集剤が添加される。このため
脱水効率は添加剤供給量を制御することにより調節する
ことができる。

さらに本発明は、製紙工場におけるウェットエンド成形
部門のような製紙工程での紙パルプの水切り効率を測定
するために使用することができる。

フォードリニアーテーブル（Ｆｏｒｄｒｉｎｉｅｒ　ｔ
ａｂｌｅ）、ツインワイヤーマシン、シリンダーマシン
およびその他の折紙機に関連して特別な利用の仕方が見
出される可能性がある。

しかしながら、本発明は、乾燥工程、（真空濾過のよう
な）濾過工程および重力脱水工程を含め、しかしこれら
に限定されないあらゆる液固分離工程または装置の操作
を監視および／または制御するために使用することがで
きる。

前記の例はすべて本発明の利用方法を提案しているもの
であるが、これらにより本発明の範囲が何等限定される
ものではない。

従って本発明の目的は、特に、処理される組成物の、液
体対固体の重量比が高い初期状態から、液体対固体の重
量比が低い二次状態への移行が、凝集剤の添加のような
作業変数に依存する場合に、液固分離工程を監視および
／または制御するための方法および装置を提供すること
にある。本発明の装置および方法は、添加剤の供給量お
よび／またはその他の変数を制御して、分離作業を制御
するものである。

本発明の他の目的は、光検出器からの標準のアナログま
たはディジタル信号を、脱水効率に比例する信号と相関
させることにより、液固分離工程を制御および／または
監視する方法および装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、供給状態が変化する液固分離工程
を信頬性よく監視および／または制御することにある。

本発明の別の目的は、液固分離工程の効率を即座にかつ
正確に測定することにある。

本発明の別の目的は、液固分離系の不調を迅速に監視お
よび／または制御することにある。

本発明の別の目的は、安価で保守が容易な監視および／
または制御方式を提供することにある。

本発明の別の目的は、凝集剤の消費量を最小限にするこ
とにある。

本発明の別の目的は、固体濃度のような処理対象物のパ
ラメーターが変化する脱水工程に供給する添加剤を制御
することにある。

本発明の別の目的は、分離工程の処理量を最大限にする
ことにある。

本発明の別の目的は、制御が困難な作業系の作業性を改
善することにある。

本発明の別の目的は、作業員に要求される注意力を減す
ることにある。

本発明のさらに別の目的は、ベルトフィルタープレス脱
水装置に対する添加剤の供給速度を制御することにある
。

本発明のその他の目的は、下記の記載から明らかとなる
であろう。

米国特許筒４．５８７，０２３号は、分離作業を測定す
るために、越音波レベル検出器のようなレベル検出器を
利用するベルトプレス分離装置の監視および制御方法を
開示している。

本発明は、組成物表面と液体対固体の初期重量比とを有
する二相液面組成物が、液体対固体の重量比を前記の初
期重量比から低い重量比に変化させる分離帯に接触する
液固分離工程を監視および／または制御する方法におい
て、 （ａ）少なくとも１個の光検出器を、前記分離帯と接触
している前記液面組成物の表面から反射される光を計測
し、かかる計測に対応する出力信号を発生することがで
きるように、前記表面に近接して配置し； （ｂ）前記組成物表面から反射される光の計測値に対応
して各光検出器から発生する前記出力信号を、乾燥値（
すなわち前記組成物の液面重量比）に相関させて、分離
効率を監視し；さらに必要があれば （ｃ）各光検出器からの出力信号を利用して、液固分離
工程の能力に影響を与える作業変数を制御することを含
むものである。

本発明はまた、液固分離工程を監視および／または制御
するための装置において、少なくとも１個の光検出器、
少なくとも１個の光源、前記光検出器から受信した信号
を利用して、少なくとも１個の受信装置を制御すること
のできるプロセス制御器を含むものである。各受信装置
は制御器からの信号を利用して、分離能力を変化および
／または監視するものである。

どのような光検出器も使用することができる。

例えば、光源によって照明されたスポットの強度を測定
する光検出器を使用することができる。より詳しくは、
照明されるスポットは、光検出器により「計測」される
脱水中の成因組成物の表面上のスポットである。光源は
光検出器と一体になっていてもよ（、あるいは独立の光
源であってもよい。

液体が組成物から分離するにつれて、組成物表面から反
射される光線の強度は変化する。光検出器はこのような
変化を検出する。

光検出器により計測される光線の強さに対応して変化す
る光検出器の出力信号はディジタルまたはアナログのい
ずれでもよい。アナログであれば、電圧、電流、移相シ
フトまたは周波数表示を用いることができる。ディジタ
ルであれば、２値レベルまたは多値レベルコードのどの
ようなものも使用できる。出力信号で最も簡単なものは
２モ一ド信号である。

いかなる液固分離工程も、１個またはそれ以上の光検出
器を使用して監視および／または制御することができる
。例えば、なかんずく、都市廃液、工場廃液およびプロ
セス廃液、鉱山廃液、および製紙プロセス廃液が脱水さ
れ、本発明の装置および方法を用いて監視および／また
は制御することができる。本発明はいかなる液体につい
ても使用することができる。本発明により監視および／
または制御できる代表的な操作用装置は、ベルトプレス
、濾過器（例えば、真空濾過器）、脱水スクリューおよ
び乾燥器であるが、これらに限定されるものではない。

本明細書で使用する「分離帯」なる語は、脱水されつつ
ある液体組成物の液体が、組成物から分離または除去さ
れる、脱水装置または工程中の部分、区分、領域または
空間を称している。この定義に従えば、あらゆる形式の
脱水装置または工程が分離帯を含んでいる。

最も簡単な場合、本発明は脱水工程を監視および／また
は制御するのに光検出器１個を利用する。

光検出器は、正常な操作状態において「遊離」の液体が
実質的に除去される分離帯の内側または外側の位置で、
脱水されている二相液面組成物の表面を観察できるよう
に設置される。従って光検出器は脱水表面を監視するた
めに設置される。ついで光検出器は、脱水表面から反射
される光線に対応する出力信号（例えば高圧信号）を与
える。もしある理由から正常な脱水が起らない場合は、
検出器で監視されている光線の強さは、脱水されるべき
材料表面からの反射が増大するために（例えば低圧信号
）に変化し、操作員に脱水工程に対して修正を行なうべ
きことを警報することになる。

あるいは、この信号を利用して分離能力を許容される水
準に戻すべく、処理対象物の流量または凝集剤の供給速
度のような上流の変量を制御することができる。このよ
うな用途においては、光検出器は、光検出器の設置個所
に至る迄に脱水が十分に行なわれたかどうかを単に示す
ものである：脱水が不十分であれば脱水能力を許容され
る水準に戻すよう工程に修正が加えられる。

複数の光検出器を使用するのが好ましい。光検出器数が
増加するにつれ、脱水される組成物の表面は分離帯内部
や出来れば分離帯の後の多数の個所で監視されることに
なる。このような配置にすれば、脱水能力に対してより
正確な判断が行われ、これによって分離工程がより正確
に制御できることになる。

好ましい光検出器、または光電センサーは、−体に組み
込まれたランプ、好ましくは白熱ランプにより照明され
たスポットのグレースケールを測定する型式の光検出器
である。このような光検出器の具体例としては、焦点距
離１２０ｍｍのＮｎ２７レンズを有する型式ＮＴ−８−
０６のシック　オプティック−エレクトロニック　（Ｓ
ＩＣＫ　０ｐｔｉｋ−Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｃ）光検出器
である。

光検出器は、脱水すべき組成物の表面からの反射光を適
切に監視するよう配置する必要がある。

前記のシック光検出器について本発明者は、脱水対象物
の表面の上方約２ないし８インチ（約５ないし２０ｃｆ
ｆｌ）、好ましくは４ないし６インチ（約１０ないし１
５ｃｍ）に設置する必要があると決定した。この光検出
器が適切に設置されておれば、この光検出器の照明スポ
ットは直径約３／８″（約１ｃｍ）である。

操作中は、光検出器のレンズは適度にきれいにしておく
必要がある。レンズ表面が汚れていたり、汚染物が付着
したりしていると読みを誤まることがあるからである。

監視領域に近づくのが困難な場合は、光ファイバーを用
いてレンズを近接することができる。

一般に市販の光検出器は、センサーに戻って来る反射光
の強度に対応する出力信号としては、高／低電圧信号の
ような２モ一ド出力信号を発信する。例えば、高電圧信
号は、光検出器が「乾燥」表面領域を検出した時伝達さ
れ、低電圧信号は、湿った表面について伝達されるが、
この逆であってもよい。従って正常な操作状態では、伝
達される信号は、光検出器が湿った端部から乾燥した端
部へ移動すると転換することになる。計測器に普通に習
熟している者があれば、正常な操作に関して、意味のあ
る信号を与え、光検出器からの信号を校正するように光
検出器を適当に配置することは容易であろう。

本発明者は、−次遅れに相当する効果を生ずる低域信号
フィルター装置が、光検出器により伝達された２モ一ド
高／低電圧信号を、光検出器で観察されている材料の乾
燥度に比例する安定した信号に転換するのに使用できる
ことを見出した。低域フィルターはアナログ回路または
ディジタル電子回路のいずれによっても実施できる。こ
のようにして生じた比例信号は経験的に「乾燥」率に相
関しており、工場操作員がこれを監視でき、脱水装置の
能力を制御するのに使用できる。従ってフィルターされ
た信号は、マイクロプロセンサーベースの制御器のよう
な制御器に送達することができ、さらにこの制御器は１
個またはそれ以上の出力装置に信号を送るのに使用する
ことができ、それら出力装置により脱水工程の監視およ
び制御を行うことができる。

分離工程の自動制御は、分離を促進するために添加する
重合体のような添加剤の使用量を最小限に抑えながら、
工程を連続的かつ正確に制御することを可能にする。分
離工程と制御器は、反応／応答ループを形成する：すな
わち光検出器は制御器に工程の情叩を伝達し、制御器は
このフィードバックを利用して、監視した工程変数を所
望の設定値近くに維持するように工程を調節する。本発
明方法においては、どのような型式の制御器も使用する
ことができる。好ましい制御器は、比例積分微分（Ｐ−
Ｉ−Ｄ）フィードバック制御器である。この型式の制御
器は、脱水されている材料の「乾燥度」の測定値と設定
値との間の差を利用する。生じた偏差により制御器はこ
の偏差を減するように工程変数を調節することになる。

ベルトプレス操作のような代表的な分離工程では、調節
すべき変数は、脱水すべき材料の流量または重合体／凝
集剤の供給量にすることができる。しかしながら、制御
器からの出力は、光検出器により測定された乾燥度と設
定値間に偏差を生ずるすべての変数を調節するのに使用
することができる。

従って本発明はまた、分離工程を制御するための装置に
も関するものである。

脱水される液面組成物に対する重合体供給速度を調節す
るための制御手段としては、本技術分野において既知の
標準自動フィードバック制御法を使用する。ポウエル　
マイコン（Ｐｏｗｅｌｌ　Ｍｉｃｏｎ）Ｐ−１００制御
器またはフォー）クスポロ（Ｆｏｘｂｏｒｏ）型式７６
０制御器のような標準プロセス制御器を使用することが
できる。

本発明の液固分離工程のための制御方式は、（ａ）少な
くとも１個の光源； （’ｂ）少なくとも１個の光電検出器；（ｃ）プロセス
制御器；および （ｄ）凝集剤供給ポンプおよび／または監視装置のよう
な少なくとも１個の出力装置 を含んでいる。

この方式は、液体を成因組成物から分離する、いかなる
液固分離工程または装置に利用することができる。この
方式は、光検出器が好ましくは分離帯中において脱水さ
れる成因組成物の表面から反射された光を観察するよう
セットされる。光検出器からの出力信号は、比例乾燥信
号に転換されるか、あるいは比例乾燥信号であり、プロ
セス制御器に供給される。プロセス制御器は、実際の乾
燥度と乾燥設定値との間の偏差を最小にして、分離工程
が最適になるように、重合体供給ポンプのような出力装
置を制御し、これにより処理される成因組成物に供給す
る凝集剤のような工程変数を調節するものである。

ベルトプレス脱水装置のための代表的な制御方式を第１
図および第２図で説明する。本発明の好ましい実施態様
を表わすこの方式は、都市下水処理工場においてスラッ
ジを脱水するために使用するベルトフィルタープレスや
、製紙工場において紙廃棄物を脱水するために使用する
ヘルドフィルタープレスに対して、うまく機能した。

第１図はベルトフィルタープレスによるスラッジ脱水の
ための重合体供給量制御方式を示すものであり、この制
御方式は、電力と信号伝達のために配線されている４個
の光検出器１を利用している。これら光検出器はグレー
スケール式のもので、一体に組み込まれた白熱光源（図
示せず）を含んでいる。それぞれの光電センサーは、ベ
ルトフィルタープレス３の重力脱水帯にある脱水される
スラッジ２の表面の４ないし６インチ（約１０ないし１
５ｃｍ）上方に設置されている。光検出器１からの、Ｖ
＋（４，５ボルト、湿った表面に対してはクローズドコ
ンタクト）または■。（０，７ボルト、乾燥表面に対し
てはオープンコンタク日のいずれかにおける出力信号（
Ｓ、〜Ｓ４）を、信号総和ユニット４で総和し、信号調
節 モジュール６の信号フィルターユニット５に伝達し、こ
こで５〜３０秒の時定数の一次遅れを利用して、光検出
器の総和２モ一ド信号を濾過信号（Ｓ）に転換する。こ
の信号（Ｓ）は、つぎにプロセス制御器７へ伝達される
。プロセス制御器７は可変ゲインを有するＰ−Ｉ−Ｄフ
ィードバック制御器であり、分離工程に対して自動制御
機能を発揮する。プロセス制御器からの信号出力（Ｓｐ
）は、流量可変式重合体供給ポンプ８を調節するのに用
いられる。従って、本方式は供給量、固体密度等におけ
る変動の影響を受けることなく、測定された乾燥度と設
定乾燥値との間の偏差を最小限にするために、未処理ス
ラッジ１０へ供給する重合体９を自動的に制御する。制
御器の出力信号はまたモニター装置へも伝送することが
できる。

第２図は、液相組成物に対する同じ重合体供給量制御方
式の機能ブロック線図を示したものである。第２図に付
した番号は第１図の番号と同一のものを表わす。自動制
御器は、ＰＩＤフィードバック制御機能のために、光検
出器からの信号を、機能の一部としてフィルターできる
ことを注目する必要がある。制御器出力信号は、重合体
供給ポンプまたはモニター装置を駆動し、あるいは脱水
能力に影響を及ぼす他のいかなる変数をも制御すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ベルトフィルタープレスに関する本発明の制
御方式を説明したものであり；第２図は第１図の方式に
対する機能ブロック線図を示したものである。 〔主要部分の符号の説明〕 １・・・光検出器 ２・・・スラッジ ３・・・ベルトフィルタープレス ４・・・信号総和ユニット ５・・・（８号フィルターユニット ６・・・信号調節モジュール ７・・・プロセス制御器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面と液体対固体の初期重量比とを有する液面組成
   物が、前記の液体対固体の初期重量比の液体対固体の低
   い重量比への変化が起る分離帯に接触する液面分離工程
   を監視および／または制御する方法において、 （ａ）少なくとも１個の光検出器を、前記の液固組成物
   の表面から反射される光を観察し、かかる観察に対応す
   る出力信号を発生する ことができるように前記の表面に近接して 配置し；かつ （ｂ）前記光検出器からの出力信号を利用して、前記液
   固分離工程を監視および／または制 御することを含む方法。 ２、前記液固分離工程が、乾燥工程、濾過工程および重
   力脱水工程からなる群より選ばれる請求項１記載の方法
   。 ３、前記工程がベルトフィルタープレス工程である請求
   項２記載の方法。 ４、複数光検出器を使用する請求項１記載の方法。 ５、複数光検出器を使用する請求項２記載の方法。 ６、前記光検出器が一体に組み込まれた光源を含むグレ
   ースケール検出器である請求項１記載の方法。 ７、各光検出器が一体に組み込まれた光源を含むグレー
   スケール検出器である請求項４記載の方法。 ８、（ａ）少なくとも１個の光源； （ｂ）少なくとも１個の光電検出器； （ｃ）プロセス制御器；および （ｄ）少なくとも１個の出力装置 を含む液固分離工程のための監視および／または制御方
   式。 ９、前記液固分離工程が、乾燥工程、濾過工程および重
   力脱水工程からなる群より選ばれる請求項８記載の方式
   。 １０、前記出力装置が脱水助剤供給ポンプである請求項
   ８記載の方式。