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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Lagerbehältern für Flüssigkeiten, insbesondere ein Verfahren für einen kontinuierlichen Betrieb und insbesondere für Flüssigkeiten, die zeitabhängige Eigenschaften besitzen.
Hintergrund der Erfindung
Es ist üblich, dass Flüssigkeiten in einer chemischen Verarbeitungsanlage zwischen den Verarbeitungsschritten in einem Behälter oder in einer Reihe von Behältern aufbewahrt werden oder durch diese laufen. Solche Behälter können (unter anderem) als Lagerbehälter, Pufferbehälter, Zwischenbehälter oder Aufnahmebehälter bezeichnet werden. Sie können kontinuierlich oder diskontinuierlich (chargenweise) betrieben werden. Bei einem kontinuierlichen Betrieb wird die Flüssigkeit im wesentlichen dem Behälter kontinuierlich zugeleitet und im wesentlichen kontinuierlich aus dem Behälter entnommen.
Üblicherweise sind kontinuierlich betriebene Behälter mit einem Pegelmess-und - steuerungsinstrumentensystem ausgestattet, so dass das Volumen oder die Verweildauer der in dem Behälter gelagerten Flüssigkeit reguliert werden kann.
Das Instrumentensystem kann so konstruiert sein, dass normale Bedarfsschwankungen ein Signal hervorrufen, das zu früheren Stufen in dem Verfahren gesendet wird, wo das Signal zur Durchführung entsprechender Änderungen in der Versorgung dient. Dies ist als Rückkoppelungssteuerung bekannt. Kontinuierlich betriebene Lagerbehälter können auch mit Steuersystemen versehen sein, die auf grössere Veränderungen ansprechen, wie zum Beispiel auf eine vorübergehende Beendigung der Versorgung oder des Bedarfs, und daher als Puffer- oder Ausgleichsbehälter dienen. Wenn die Versorgung vorübergehend unterbrochen wird, kann der Bedarf über einen begrenzten Zeitraum mit dem in dem Behälter gelagerten Flüssigkeitsvolumen gedeckt werden.
Wenn der Bedarf vorübergehend unterbrochen ist, kann die Versorgung mit derselben oder einer geringeren Menge fortgesetzt werden,
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wodurch eine Kapazitätsverringerung der Kammer das Öffnen des Ventils bewirkt und eine Kapazitätserhöhung der Kammer das Schliessen des Ventils bewirkt. In Verwendung wird der Kolben periodisch betätigt, um Teilmengen des viskosen Materials aus der Kammer zu der Annahmevorrichtung auszustossen, so dass zum Beispiel Margarine in kleinen Bechern verpackt werden kann.
GB-A-841. 403 beschreibt nur ein Verfahren, in dem die Annahmevorrichtung das Material periodisch annimmt, und erwähnt kein Verfahren, in dem sowohl die Versorgung als auch die Annahme kontinuierlich
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DE-A-3. 416. 899'beschreibt eine Maschine zur Verzierung von Torten wie zum Beispiel mit einer Schokoladebeschriftung. Ein Charge Schokolade, die in einem Zylinder enthalten ist, wird durch die Betätigung eines pneumatisch angetriebenen Kolbens, der in dem Zylinder arbeitet, durch Düsen auf die zu verzierende Torten ausgestossen. Die Bewegung des Kolbens in eine tiefere
Position während des Ausstossens der Schokolade aktiviert einen unteren
Niveaugrenzschalter. Die Betätigung dieses Schalters erzeugt auszusendende
Signale, welche die Tätigkeit des Kolbens unterbrechen und eine Zahnradpumpe starten.
Die Zahnradpumpe pumpt Schokolade aus einem Aussenbehälter durch ein biegsames Rohr, das mit dem Inneren der hohlen Kolbenstange verbunden ist, und somit in den Zylinder. Dieses Pumpen bewirkt, dass sich der Kolben in eine obere Position bewegt, wo er einen oberen Niveaugrenzschalter aktiviert, der anzeigt, dass der Zylinder mit einer frischen Charge Schokolade gefüllt wurde. Die Betätigung dieses Schalters erzeugt auszusendende Signale, welche die Zahnradpumpe anhalten und eine Wiederaufnahme des Ausstossvorganges des Kolbens ermöglichen. Der Zyklus wird der Notwendigkeit entsprechend
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wiederholt.
In DE-A-3. 416. 899 wird kein Verfahren erwähnt, in dem entweder die Versorgung des Zylinders mit Schokolade oder die Abgabe von Schokolade aus dem Zylinder kontinuierlich ist.
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setzen. Die Verwendung eines Druckkolbens kann vorteilhaft sein, wenn Flüssigkeit dem Behälter durch eine Speisepumpe zugeleitet wird, die besonders effektiv arbeitet, wenn positiver Druck an ihrer Abgabeseite ausgeübt wird, und wenn Flüssigkeit aus dem Behälter durch eine Förderpumpe ausgegeben wird, die besonders effektiv arbeitet, wenn positiver Druck an ihrer Saugseite ausgeübt wird. Dies gilt für bestimmte Arten von volumetrischen Dosierpumpen wie zum Beispiel Zahnradpumpen.
Druck auf den Kolben kann zum Beispiel pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch oder durch eine Kombination dieser Techniken ausgeübt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kolben mit einer Mittelstange ausgestattet, welche mechanischen Druck auf den Kolben überträgt. Der Behälter kann ein geschlossener Behälter sein, der mit Luft oder einem inerten Gas unter Druck gesetzt wird, so dass der Druckunterschied über der Dichtung zwischen dem Kolben und der Wand oder den Wänden des Behälters auf ein Minimum verringert wird.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Einlassöffnung die Öffnung in oder nahe dem Ende des Behälters und die Auslassöffnung ist an dem beweglichen Folgeorgan befestigt oder mit diesem bewegbar. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die entgegengesetzte Anordnung verwendet. Jede Öffnung kann eine einfache Öffnung oder eine Mehrfachöffnung oder ein Verteilerring sein.
Die Öffnung, die an dem beweglichen Folgeorgan befestigt ist, ist mit einer Leitung verbunden, die in bezug auf den Behälter fixiert ist. Diese Verbindung kann die Form eines biegsamen Schlauchs aufweisen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Verbindung die Form eines teleskopischen Rohres auf. Diese Rohr kann ausserhalb der Flüssigkeit angeordnet sein, so dass die feststehende Leitung von dem Ende des Behälters, in oder nahe dem die andere Öffnung angeordnet ist, entfernt angeordnet ist. In einer bevorzugten Anordnung ist das Rohr in die Flüssigkeit eingetaucht, so dass die feststehende Leitung nahe der anderen Öffnung angeordnet ist. Dies hat den
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Vorteil, dass der Behälter kompakter sein kann.
Wenn die Flüssigkeit in dem Behälter bei einer kontrollierten Temperatur gehalten werden muss, hat die Anordnung ferner den Vorteil, dass das teleskopische Rohr für eine Temperaturregulierung nicht isoliert oder andersartig angepasst werden muss. Ein Beispiel für eine solche Flüssigkeit, die eine Temperaturregulierung erfordert, ist eine Lösung aus Cellulose in N-Methylmorpholin-N-oxid, die sich bei Raumtemperatur verfestigt. Wenn die Flüssigkeit in dem Behälter unter Druck gesetzt wird, hat das Eintauchen des Rohres in die Behälterflüssigkeit den weiteren Vorteil, dass qualitativ hochwertige Dichtungen zwischen den teleskopischen Abschnitten des Rohres nicht erforderlich sind.
In seiner einfachsten Form kann das teleskopische Rohr aus einem rohrförmigen Abschnitt bestehen, der an dem Folgeorgan befestigt ist, welcher mit einem weiteren rohrförmigen Abschnitt in Eingriff steht, der an dem Ende des Behälters befestigt ist und durch dieses hindurchgeht, um die feststehende Leitung zu bilden oder mit dieser verbunden zu werden. Es können auch komplexere Formen in Betracht gezogen werden, die mehrere Rohrabschnitte umfassen.
Wenn das Rohr in die Flüssigkeit eingetaucht ist, kann die Öffnung, die an dem beweglichen Folgeorgan angebracht und mit diesem bewegbar ist, aus Öffnungen in dem Rohr an jenem Ende des Rohres bestehen, das an das bewegliche Folgeorgan angrenzt. Das Rohr ist vorzugsweise in einer Art und Weise an dem beweglichen Folgeorgan angebracht, die eine gewisse Schwingung des Rohres in bezug auf das Folgeorgan ermöglicht. Ein Gelenkzapfen und Ring ist eine einfache Möglichkeit, das Rohr an dem beweglichen Folgeorgan zu befestigten, wobei ein gewisses Spiel zwischen den teleskopischen Abschnitten entsteht, um den teleskopischen Betrieb zu gewährleisten und das Erfordernis nach einer exakten konzentrischen und linearen Ausrichtung der Rohrabschnitte zu verringern.
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Der Behälter ist vorzugsweise mit einer Wärmeisolierung und/oder einem Heiz- oder Kühlmantel versehen, um die Flüssigkeit in dem Behälter bei konstanter Temperatur zu halten. Der Mantel kann elektrisch geheizt werden oder kann ein hohler Mantel sein, der ein zirkulierendes Wärmeübertragungsfluid wie Salzlösung, Wasser oder Dampf enthält.
Die Flüssigkeit kann eine reine Flüssigkeit oder eine Mischung aus Flüssigkeiten oder eine Lösung sein oder kann eine Suspension oder eine Aufschlämmung eines Feststoffes in einer Flüssigkeit sein.
Die Flüssigkeit in dem Behälter weist vorzugsweise ein laminares Fliessverhalten auf ; das heisst, die Reynoldszahl ist kleiner als etwa 2000 bis 3000. Das bedeutet, dass das Ausmass des Vermischens in dem Behälter gering ist und somit der Flüssigkeitsstrom durch den Behälter sich dem "Zuerst hinein-zuerst hinaus"-Strom nähert. Eine laminare Strömung wird einfach erzielt, wenn die Flüssigkeit eine Flüssigkeit hoher Viskosität ist, wie zum Beispiel ein Polymerdope, insbesondere ein Dope, der zur Herstellung einer Faser oder eines Filmes aus regenerierter Cellulose gedacht ist, insbesondere Viskose oder vorzugsweise eine Lösung von Cellulose in einem tertiären Amin-N-oxid.
Das Betriebsverfahren der Erfindung wird vorzugsweise instrumentell gesteuert. Die gewünschte Position des Folgeorgans, die dem gewünschten Volumen oder der Verweildauer der Flüssigkeit in dem Behälter entspricht, wird als Einstellungspunkt in einer Instrumentensteuerung festgelegt. Schwankungen in der Bedarfsmenge führen dazu, dass sich das Folgeorgan von seinem Einstellungspunkt wegbewegt. Das erhaltene Instrumentensignal wird zur Regulierung der Vorrichtung an der Einlassseite des Behälters verwendet, zum Beispiel, um die Geschwindigkeit einer Speisepumpe zu verändern, so dass die Zufuhrmenge der Flüssigkeit von der Versorgungsquelle eingestellt wird und folglich das Folgeorgan wieder zu einem Einstellungspunkt zurückzustellen.
Das gewünschte Volumen oder die Verweildauer können durch einfache Einstellung
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des Einstellungspunktes verändert werden, auf Grund dessen die
Instrumentensteuerung dazu dient, eine neue Gleichgewichtsposition des
Folgeorgans herzustellen. Der Flüssigkeitsstrom durch den Behälter ist kontinuierlich und folgt im allgemeinen einem "Zuerst hinein - zuerst ! hinaus"-Piinzip.
Bei einer Verarbeitungsanlage, die für einen kontinuierlichen Betrieb ausgelegt ist, ist im allgemeinen wünschenswert, einen kontinuierlichen Betrieb im grösstmöglichen Ausmass aufrechtzuerhalten. Wenn die Versorgung eines
Behälters, der gemäss dem Verfahren der Erfindung betrieben wird, aus irgendeinem Grund unterbrochen wird, dient die Flüssigkeit, die in dem
Behälter gelagert ist, dazu, den Bedarf über eine begrenzte Zeit zu decken, möglicherweise bei verringerter Menge, bis die Versorgung wiederhergestellt ist, worauf eine vorübergehend erhöhte Versorgungsmenge das Folgeorgan wieder zu seinem Einstellungspunkt bringt.
Das in dem Behälter gelagerte i Flüssigkeitsvolumen kann vorübergehend erhöht werden, um eine geplante
Unterbrechung der Versorgung des Behälters auszugleichen, wie zum Beispiel während eines Filtertausches, um eine kontinuierliche Abgabe an die
Bedarfsquelle zu garantieren. Dies stellt einen besonderen Vorteil dar, wenn die
Unterbrechung in dem kontinuierlichen Strom zu der Bedarfsquelle die Produktion bei einer kontinuierlich betriebenen Ausrüstung wie bei Faserspinn- oder Filmextrusionsmaschinen anhielte.
Es ist allgemein bekannt, dass die
Produkt- (Faser- oder Film-) Qualität oft eine gewisse Zeit nach
Wiederaufnahme der Produktion nach einem solchen Anhalten vermindert ist.
Es ist auch bekannt, dass sich während eines solchen Anhaltens die Zusammensetzung von zirkulierenden Prozessflüssigkeiten, wie zum Beispiel Koagulationsbad-und Waschflüssigkeiten, häufig von ihrem Einstellungswert wegbewegt ; folglich kann die Faser oder der Film, der eine gewisse Zeit nach der Wiederaufnahme erzeugt wird, ausserhalb der Spezifikationen liegen, zum
Beispiel bei der Farbstoffaffinität.
Wenn der Bedarf von einem Behälter, der
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gemäss dem Verfahren der Erfindung betrieben wird, aus irgendeinem Grund unterbrochen wird, kann die Versorgung des Behälters mit derselben oder einer verringerten Menge fortgesetzt werden, wobei die überschüssige Kapazität des Behälters als Puffervolumen verwendet wird, bis der Bedarf wiederhergestellt ist. In jedem Fall wird allgemein das "Zuerst hinein - zuerst hinaus"-Fliessschema durch den Behälter beibehalten, was für Flüssigkeiten mit zeitabhängigen Eigenschaften wichtig ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun ausführlicher anhand eines Beispiels mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von welchen :
Figur 1 eine Seitenansicht im Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Behälters zur Verwendung in der Erfindung ist, und
Figur 2 eine fragmentarische Ansicht in vergrössertem Massstab ist, welche eine alternative Form der Dichtung zwischen dem Körper des in Figur 1 dargestellten Behälters und des darin enthaltenen Kolbens zeigt.
Ausführungsformen der Erfindung
Mit Bezugnahme auf Figur l besteht ein vertikal montierter Behälter 101 aus rostfreiem Stahl aus einem zylindrischen Körper 102, der auf einer im allgemeinen halbkugelförmigen Basis 103 befestigt ist. Der Körper 102 besitzt einen Innendurchmesser von 500mm und eine Höhe von 1120mm und ist mit vier Stützen 104 aus Flussstahl versehen, die mit gleichem Abstand um seinen Umfang angeordnet sind. Eine horizontale kreisförmige Platte 105, die mit Öffnungen 106 und einer mittleren kreisförmigen Öffnung 107 perforiert ist, ist zwischen dem Körper 102 und der Basis 103 angeordnet. Die Öffnungen 106 weisen jeweils einen Durchmesser von 25mm auf und sind in einem Innenring (mit 240mm Durchmesser) aus acht Öffnungen und einem Aussenring (mit 420mm Durchmesser) aus zwölf Öffnungen angeordnet.
Die Öffnungen 106
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dienen zur Verteilung des Flüssigkeitsstromes über den Querschnitt des Behälters 101. Der Körper 102, die Platte 105 und die Basis 103 werden durch äussere kreisförmige Flansche 108 zusammengehalten, die an dem untersten Ende des Körpers 102 und am obersten Ende der Basis 103 angeordnet sind.
Eine Auslassleitung 109 aus rostfreiem Stahl mit einer Nennweite von 150mm verläuft axial durch die Basis 103 und ist an dieser befestigt. Die Leitung 109 erstreckt sich nach oben, so dass sie in der Unterseite der Platte 105 am Umfang der Öffnung 107 sitzt. Das untere Ende der Leitung 109 erstreckt sich von der Basis 103 nach unten, wo es mit einer Bedarfsquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Flüssigkeit wird dem Behälter 101 aus einer Versorgungsquelle (nicht dargestellt) über eine horizontale Einlassleitung 110 mit einer Nennweite von 150mm zugeleitet, die mit einer ringförmigen Einlassöffnung 127 verbunden ist, die in der Mitte der Basis 103 um die Auslassleitung 109 herum angeordnet ist. Der Aussendurchmesser der ringförmigen Öffnung 127 beträgt 250mm.
Ein Kolben 111 aus rostfreiem Stahl, der in Figur 1 in seiner obersten Position dargestellt ist, ist innerhalb des Körpers 102 angeordnet und mit einem U-Ring 112 aus Nitrilkautschuk und einem O-Ring 113 aus PTFE ausgestattet, die zur flüssigkeitsdichten Abdichtung des Kolbens 111 gegenüber der Wand 114 des Körpers 102 dienen. Ein Rohr 115 aus rostfreiem Stahl mit einer Nennweite von 130mm ist durch einen Gelenkzapfen und Ring 116 in der Mitte der unteren Fläche des Kolbens 111 schwenkbar befestigt und erstreckt sich von diesem über eine Strecke von 1050mm nach unten. In das Rohr 115 sind angrenzend an den Kolben 111 vier kreisförmige Öffnungen 117 gebohrt, die mit gleichem Abstand um den Umfang des Rohres 115 angeordnet sind und gemeinsam eine Auslassöffnung bilden.
Die Öffnungen 117 weisen jeweils einen Durchmesser von 75mm auf und die Mitte jeder Öffnung 117 ist 50mm von der Unterseite des Kolbens 111 beabstandet. Das sich nach unten erstreckende Ende 118 des Rohres 115 geht durch die Öffnung 107 in der Platte 105 und greift
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gleitend in die Auslassleitung 109 ein. Das Spiel zwischen dem Rohr 115 und der Öffnung 107 beträgt etwa lmm. Die schwenkbare Befestigung des Rohres 115 an dem Kolben 111 dient zur einfacheren Ausrichtung des Rohres 115 mit der Öffnung 107 während des Zusammenbaus und Betriebs.
Ein kreisförmiger Deckel 119 sitzt auf dem Körper 102 und ist durch äussere kreisförmige Flansche 120, die am obersten Ende des Körpers 102 angeordnet sind, festgeklemmt. Ein hydraulischer Zylinder 121 ist auf dem Deckel 119 befestigt und übt durch eine Mittelstange 122, die an Zylinder 121 befestigt ist, einen mechanischen Druck nach unten auf den Kolben 111 aus.
Der normale Arbeitsdruck der Flüssigkeit in dem Behälter 101 beträgt 0, 5MPa und der maximale Arbeitsdruck beträgt 1, 3MPa. Der Hub des Kolbens 111 beträgt etwa 1000mm. Das normale Arbeitsvolumen des Behälters 101 beträgt etwa 0, lm3 und das maximale Arbeitsvolumen etwa 0, 2 m3. Die Flüssigkeit kann eine Lösung von Cellulose in einem Amin-N-oxid wie N-Methylmorpholin-N-oxid sein.
Eine Temperaturmess-Thermosonde 123 ist in der Basis 103 befestigt. Der Behälter 101 und sein zugehöriges Rohrnetz sind mit Mänteln 124 ausgestattet, durch welche ein Wärmeübertragungsfluid wie Wasser geleitet werden kann.
Die Mäntel 124 sind im allgemeinen 25mm breit und sind mit inneren Drosselscheiben 125 versehen, die für eine gleichmässige Verteilung des Wärmeübertragungsfluids dienen. Die obere Fläche des Kolbens 111 ist mit einer Schicht aus wärmeisolierendem Material 126 versehen.
In Betrieb wird die vertikale Position des Kolbens 111 in bezug auf den Behälter 101 durch kontinuierliche Messung der vertikalen Position der Stange 122 aufgezeichnet und mit einem Einstellungspunkt in einem Messinstrument (nicht dargestellt) verglichen. Eine Abweichung von dem Einstellungspunkt erzeugt ein elektrisches Signal, das zu der Versorgungsquelle geleitet wird. Wenn sich der Kolben über dem Einstellungspunkt befindet, so dass das gegenwärtig in dem Behälter befindliche Flüssigkeitsvolumen zu gross ist,
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bewirkt das Signal eine Verringerung der Versorgungsmenge bis der
Einstellungspunkt wieder erreicht ist und der Behälter neuerlich das gewünschte
Flüssigkeitsvolumen enthält.
Wenn sich der Kolben unter dem Einstellungspunkt befindet, so dass das gegenwärtig in dem Behälter befindliche
Flüssigkeitsvolumen zu gering ist, bewirkt das Signal einer Erhöhung der
Versorgungsmenge, bis der Einstellungspunkt wieder erreicht ist und der
Behälter neuerlich das gewünschte Flüssigkeitsvolumen enthält.
Wenn das Volumen oder die Verweildauer der Flüssigkeit in dem Behälter geändert werden soll, wird der Einstellungspunkt verändert, um den neuen gewünschten Wert wiederzugeben. Das Instrumentensystem arbeitet dann automatisch, um die Gleichgewichtsposition des Kolbens einzustellen, so dass der gewünschte Wert erzielt wird.
Wenn die Versorgung des Behälters aus irgendeinem Grund vorübergehend verringert oder unterbrochen wird, ohne sich auf die
Bedarfsquelle auszuwirken, beginnt das in dem Behälter enthaltene
Flüssigkeitsvolumen abzunehmen. Die daraus resultierende, kontinuierlich zunehmende Abweichung der gemessenen Position des Kolbens von dem
Einstellungspunkt erzeugt ein Signal, das zu der Bedarfsquelle gesendet wird. Es kann auch ein Signal von der Versorgungsquelle zu der Bedarfsquelle gesendet werden, um die Sachlage anzuzeigen. Die Bedarfsquelle kann dann abhängig von dem Signal oder den Signalen entsprechend reagieren, um die
Bedarfsmenge zu verringern, bis die Versorgung wiederhergestellt ist, wobei auf das in dem Behälter enthaltene Flüssigkeitsvolumen als Puffer verwendet wird.
Wenn der Bedarf von dem Behälter aus irgendeinem Grund vorübergehend verringert oder unterbrochen wird, ohne sich auf die Versorgungsquelle auswirken, beginnt das in dem Behälter enthaltene Flüssigkeitsvolumen zu steigen. Die daraus resultierende, kontinuierlich zunehmende Abweichung der gemessenen Position des Kolbens von dem Einstellungspunkt erzeugt ein Signal, das zu der Versorgungsquelle gesendet wird. Es kann auch ein Signal von der
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Bedarfsquelle zu der Versorgungsquelle gesendet werden, um die Sachlage anzuzeigen. Die Versorgungsquelle kann dann abhängig von dem Signal oder den Signalen entsprechend reagieren, um die Versorgungsmenge zu verringern, bis der Bedarf wiederhergestellt ist, wobei die überschüssige Kapazität des Behälters als Puffervolumen verwendet wird.
Figur 2 zeigt eine alternative Methode zur Bildung einer Dichtung zwischen der Wand 114 des Körpers 102 und dem Kolben 111. Die Dichtung besteht aus einem PTFE O-Ring 201, einem ringförmigen PTFE Auflagestreifen 202 und einem ringförmigen PTFE-Lippenring 203 mit einem U-förmigen Querschnitt, der von einem Halterungsring 204 gehalten wird.
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This invention relates to a method for operating storage containers for liquids, in particular a method for continuous operation and in particular for liquids which have time-dependent properties.
Background of the Invention
It is common for liquids in a chemical processing plant to be stored in or passing through a container or in a series of containers between processing steps. Such containers can (among other things) be referred to as storage containers, buffer containers, intermediate containers or receiving containers. They can be operated continuously or batchwise. In the case of continuous operation, the liquid is essentially fed continuously to the container and is extracted substantially continuously from the container.
Continuously operated containers are usually equipped with a level measuring and control instrument system, so that the volume or the dwell time of the liquid stored in the container can be regulated.
The instrument system can be designed so that normal fluctuations in demand produce a signal that is sent to earlier stages in the process where the signal is used to make corresponding changes in supply. This is known as feedback control. Continuously operated storage containers can also be provided with control systems that respond to major changes, such as a temporary termination of supply or demand, and therefore serve as a buffer or expansion tank. If the supply is temporarily interrupted, the demand can be met for a limited period of time with the volume of liquid stored in the container.
If the demand is temporarily interrupted, the supply can be continued with the same or a smaller amount,
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whereby a reduction in capacity of the chamber causes the valve to open and an increase in capacity of the chamber causes the valve to close. In use, the plunger is actuated periodically to expel aliquots of the viscous material from the chamber to the acceptor so that, for example, margarine can be packaged in small cups.
GB-A-841. 403 describes only one process in which the acceptance device periodically accepts the material and does not mention a process in which both the supply and the acceptance are continuous
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DE-A-3. 416.899 'describes a machine for decorating cakes, for example with a chocolate label. A batch of chocolate contained in a cylinder is ejected through nozzles onto the cakes to be decorated by the actuation of a pneumatically driven piston which operates in the cylinder. The movement of the piston into a deeper one
Position during chocolate ejection activates a lower one
Level switch. The actuation of this switch generates to be sent
Signals that interrupt the piston and start a gear pump.
The gear pump pumps chocolate from an outer container through a flexible tube that is connected to the inside of the hollow piston rod, and thus into the cylinder. This pumping causes the plunger to move to an upper position where it activates an upper level switch which indicates that the cylinder has been filled with a fresh batch of chocolate. The actuation of this switch generates signals to be emitted which stop the gear pump and enable the piston to be ejected again. The cycle will be according to the need
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repeated.
In DE-A-3. 416,899, no method is mentioned in which either the supply of chocolate to the cylinder or the delivery of chocolate from the cylinder is continuous.
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put. The use of a pressure piston can be advantageous if liquid is supplied to the container by a feed pump that works particularly effectively when positive pressure is exerted on its discharge side, and if liquid is dispensed from the container by a feed pump that works particularly effectively when positive pressure is exerted on its suction side. This applies to certain types of volumetric metering pumps such as gear pumps.
For example, pressure on the piston can be applied pneumatically, hydraulically or mechanically, or by a combination of these techniques. In a preferred embodiment, the piston is equipped with a central rod, which transmits mechanical pressure to the piston. The container may be a closed container that is pressurized with air or an inert gas so that the pressure differential across the seal between the piston and the wall or walls of the container is minimized.
In one embodiment of the invention, the inlet opening is the opening in or near the end of the container and the outlet opening is attached to or movable with the movable follower. In another embodiment of the invention, the opposite arrangement is used. Each opening can be a single opening or a multiple opening or a distribution ring.
The opening, which is fixed to the movable follower, is connected to a line which is fixed with respect to the container. This connection can take the form of a flexible hose. In a preferred embodiment of the invention, the connection is in the form of a telescopic tube. This tube can be located outside the liquid so that the fixed conduit is located away from the end of the container in or near which the other opening is located. In a preferred arrangement, the tube is immersed in the liquid so that the fixed conduit is located near the other opening. This has the
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The advantage that the container can be more compact.
If the liquid in the container has to be kept at a controlled temperature, the arrangement also has the advantage that the telescopic tube does not have to be insulated or otherwise adapted for temperature regulation. An example of such a liquid that requires temperature regulation is a solution of cellulose in N-methylmorpholine-N-oxide that solidifies at room temperature. When the liquid in the container is pressurized, immersing the tube in the container liquid has the further advantage that high quality seals between the telescopic sections of the tube are not required.
In its simplest form, the telescopic tube can consist of a tubular section attached to the follower which engages with another tubular section attached to and passing through the end of the container to form the fixed conduit or to be connected to it. More complex shapes that include multiple pipe sections can also be considered.
When the tube is immersed in the liquid, the opening attached to and movable with the moveable follower can consist of openings in the tube at that end of the tube adjacent to the moveable follower. The tube is preferably attached to the movable follower in a manner which allows some vibration of the tube with respect to the follower. A pivot pin and ring is an easy way to attach the pipe to the movable follower, creating some play between the telescopic sections to ensure telescopic operation and to reduce the need for exact concentric and linear alignment of the pipe sections.
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The container is preferably provided with thermal insulation and / or a heating or cooling jacket in order to keep the liquid in the container at a constant temperature. The jacket can be electrically heated or can be a hollow jacket that contains a circulating heat transfer fluid such as saline, water, or steam.
The liquid can be a pure liquid or a mixture of liquids or a solution or can be a suspension or a slurry of a solid in a liquid.
The liquid in the container preferably has a laminar flow behavior; that is, the Reynolds number is less than about 2000 to 3000. This means that the extent of mixing in the container is small and thus the liquid flow through the container approaches the "first in, first out" flow. A laminar flow is easily achieved when the liquid is a liquid of high viscosity, such as a polymer dope, especially a dope, which is intended for the production of a fiber or a film from regenerated cellulose, in particular viscose or preferably a solution of cellulose in one tertiary amine N-oxide.
The method of operation of the invention is preferably controlled instrumentally. The desired position of the follower, which corresponds to the desired volume or the length of time that the liquid remains in the container, is determined as the setting point in an instrument control. Fluctuations in the amount of demand cause the follower to move away from its setting point. The instrument signal obtained is used to regulate the device on the inlet side of the container, for example to change the speed of a feed pump so that the amount of liquid supplied from the supply source is stopped and consequently the follower is returned to a set point.
The desired volume or the dwell time can be set simply by setting
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of the setting point, due to which the
Instrument control serves to establish a new equilibrium position
To produce follow-up organ. The flow of liquid through the container is continuous and generally follows a "first in, first out" principle.
In a processing plant designed for continuous operation, it is generally desirable to maintain continuous operation to the greatest extent possible. If the supply of one
The container, which is operated according to the method of the invention, is interrupted for any reason, serves the liquid contained in the
Container is stored to meet the demand for a limited time, possibly with a reduced amount, until the supply is restored, whereupon a temporarily increased supply quantity brings the follower back to its setting point.
The volume of liquid stored in the container can be temporarily increased to a planned one
Compensate for an interruption in the supply of the container, such as during a filter exchange, in order to deliver it continuously to the
Guarantee need source. This is a particular advantage if the
Interruption in the continuous flow to the demand source would stop production with continuously operated equipment such as fiber spinning or film extrusion machines.
It is common knowledge that the
Product (fiber or film) quality often after a certain time
Resumption of production after such a halt is diminished.
It is also known that during such a halt, the composition of circulating process fluids, such as coagulation bath and wash fluids, often move away from their set value; consequently, the fiber or film produced some time after resumption may be out of specification to
Example of dye affinity.
If the need of a container that
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operated according to the method of the invention, for any reason, the supply of the container can be continued with the same or a reduced amount, the excess capacity of the container being used as buffer volume until the demand is restored. In any case, the "first in, first out" flow pattern is generally maintained through the container, which is important for liquids with time-dependent properties.
Brief description of the drawings
The invention will now be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a cross-sectional side view of an embodiment of a container for use in the invention, and
Figure 2 is a fragmentary view, on an enlarged scale, showing an alternative form of sealing between the body of the container shown in Figure 1 and the piston therein.
Embodiments of the invention
Referring to Figure 1, a vertically mounted stainless steel container 101 consists of a cylindrical body 102 which is mounted on a generally hemispherical base 103. The body 102 has an inner diameter of 500 mm and a height of 1120 mm and is provided with four supports 104 made of mild steel, which are arranged at the same distance around its circumference. A horizontal circular plate 105 perforated with openings 106 and a central circular opening 107 is disposed between the body 102 and the base 103. The openings 106 each have a diameter of 25 mm and are arranged in an inner ring (with a diameter of 240 mm) consisting of eight openings and an outer ring (with a diameter of 420 mm) consisting of twelve openings.
The openings 106
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serve to distribute the flow of liquid over the cross section of the container 101. The body 102, the plate 105 and the base 103 are held together by outer circular flanges 108 which are arranged at the lowermost end of the body 102 and at the uppermost end of the base 103.
An outlet line 109 made of stainless steel with a nominal width of 150 mm runs axially through the base 103 and is fastened to the base 103. The line 109 extends upward so that it sits in the underside of the plate 105 on the circumference of the opening 107. The lower end of line 109 extends downward from base 103 where it is connected to a demand source (not shown). Liquid is supplied to the container 101 from a supply source (not shown) via a horizontal inlet line 110 with a nominal diameter of 150 mm, which is connected to an annular inlet opening 127, which is arranged in the center of the base 103 around the outlet line 109. The outer diameter of the annular opening 127 is 250mm.
A piston 111 made of stainless steel, which is shown in its uppermost position in FIG. 1, is arranged inside the body 102 and is equipped with a U-ring 112 made of nitrile rubber and an O-ring 113 made of PTFE, which is used for the liquid-tight sealing of the piston 111 serve against the wall 114 of the body 102. A 130mm stainless steel tube 115 is pivotally attached by a pivot pin and ring 116 in the center of the lower surface of the piston 111 and extends downwardly therefrom for a distance of 1050mm. Four circular openings 117 are drilled adjacent to the piston 111 in the tube 115, which are arranged at the same distance around the circumference of the tube 115 and together form an outlet opening.
The openings 117 each have a diameter of 75 mm and the center of each opening 117 is spaced 50 mm from the underside of the piston 111. The downwardly extending end 118 of the tube 115 passes through the opening 107 in the plate 105 and engages
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slidably into the outlet line 109. The play between the tube 115 and the opening 107 is approximately 1 mm. The pivotable attachment of the tube 115 to the piston 111 serves for easier alignment of the tube 115 with the opening 107 during assembly and operation.
A circular lid 119 sits on body 102 and is clamped by outer circular flanges 120 located at the top end of body 102. A hydraulic cylinder 121 is fixed on the cover 119 and exerts a mechanical pressure downward on the piston 111 through a central rod 122 which is fixed on the cylinder 121.
The normal working pressure of the liquid in the container 101 is 0.5MPa and the maximum working pressure is 1.3MPa. The stroke of the piston 111 is approximately 1000 mm. The normal working volume of the container 101 is approximately 0.1 m3 and the maximum working volume is approximately 0.2 m3. The liquid can be a solution of cellulose in an amine N-oxide such as N-methylmorpholine-N-oxide.
A temperature measurement thermal probe 123 is fixed in the base 103. The container 101 and its associated pipe network are equipped with jackets 124 through which a heat transfer fluid such as water can be passed.
The jackets 124 are generally 25mm wide and are provided with internal throttling disks 125 which serve for an even distribution of the heat transfer fluid. The upper surface of the piston 111 is provided with a layer of heat insulating material 126.
In operation, the vertical position of plunger 111 with respect to container 101 is recorded by continuously measuring the vertical position of rod 122 and compared to a set point in a measuring instrument (not shown). A deviation from the set point produces an electrical signal that is directed to the supply source. If the piston is above the set point so that the volume of liquid currently in the container is too large,
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the signal causes the supply amount to decrease until
Set point is reached again and the container again the desired
Contains liquid volume.
When the plunger is below the set point so that it is currently in the container
Liquid volume is too low, the signal causes an increase in
Supply quantity until the setting point is reached again and the
Containers contain the desired volume of liquid again.
If the volume or dwell time of the liquid in the container is to be changed, the set point is changed to reflect the new desired value. The instrument system then works automatically to adjust the piston equilibrium position to achieve the desired value.
If, for any reason, the supply to the container is temporarily reduced or interrupted without affecting the
The source contained in the container begins to have an impact
Decrease volume of liquid. The resulting, continuously increasing deviation of the measured position of the piston from the
Setpoint generates a signal that is sent to the demand source. A signal can also be sent from the supply source to the demand source to indicate the situation. The demand source can then react depending on the signal or signals to the
Reduce the required amount until the supply is restored, using the volume of liquid contained in the container as a buffer.
If for some reason the need from the container is temporarily reduced or interrupted without affecting the supply source, the volume of liquid contained in the container begins to increase. The resulting continuously increasing deviation of the measured position of the piston from the set point generates a signal that is sent to the supply source. There can also be a signal from the
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Demand source to be sent to the supply source to show the situation. The supply source can then respond appropriately depending on the signal or signals to reduce the supply amount until demand is restored, using the excess capacity of the container as the buffer volume.
FIG. 2 shows an alternative method of forming a seal between the wall 114 of the body 102 and the piston 111. The seal consists of a PTFE O-ring 201, an annular PTFE support strip 202 and an annular PTFE lip ring 203 with a U-shaped one Cross section which is held by a mounting ring 204.