CN102481586A - 包含填充产品控制器的非连续离心机及操作离心机的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于晶体悬浮液的固液分离的非连续离心机，其包括：离心机转鼓(2)，其旋转轴(3)与所述离心机转鼓(2)的圆柱形壁(7)的对称轴重合，且也垂直布置，所述晶体悬浮液可作为填充材料(9)以预定量填充在所述离心机转鼓(2)中；以及连续测量的距离测量传感器(15)，其布置在所述离心机转鼓(2)内，总是在所述填充材料(9)外，以确定其在测量表面(17)中距填充材料(9)的自由表面(10到13)的距离(A1到A4)，所述测量表面(17)围绕所述旋转轴(3)对称旋转，且大体垂直于所述旋转轴(3)；以及控制装置，其适于依据所述距离(A1到A4)可调整地界定用于后续填充的所述填充材料的量。

Description

包含填充产品控制器的非连续离心机及操作离心机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于晶体悬浮液的固液分离的非连续离心机，以及一种用于控制具有填充材料量控制器的非连续离心机的操作方法。

背景技术

非连续离心机已知在食品生产期间用于晶体悬浮液的固液分离。举例来说，果渣是处理甘蔗和甜菜期间的中间产物，其中中间产物的固体部分和液体部分由非连续离心机在连续的工作步骤中逐批分离。非连续离心机包括离心机转鼓，其在每一工作步骤开始时由晶体悬浮液作为填充材料来填充，其中离心机以每分钟100到250转的旋转速度旋转。在完成离心机转鼓的填充之后，离心机转鼓于是含有预定量的填充材料，离心机加速到在每分钟960到1500转的范围内的高旋转速度。此旋转速度维持，直到填充材料中实现所要干燥进展为止。其后，离心机再次减速，且用清理装置将填充材料从离心机转鼓移除。在清理离心机转鼓之后，所述工作步骤完成，且在后续工作步骤中将新一批的晶体悬浮液填充到离心机转鼓中，并对其进行离心分离和移除。

已知通过电容性接触传感器来监视离心机转鼓的填充，电容性接触传感器作为机械杠杆布置在离心机转鼓内。将接触传感器形成为电极，其在接触填充材料期间闭合电路，且随之触发接触。此接触可被视为填充完成的信号。因此，填充完成是由接触传感器的为止来界定，藉此每批在离心机转鼓中填充相同量的填充材料。然而，为了实现离心机的安全且平稳的运动，希望以调整每批的填充材料的量的形式来对填充材料的流动行为在各批之间的变化作出反应。

发明内容

本发明的目标是提供一种非连续离心机以及一种用于重复地、最佳地且可再生地填充非连续离心机的方法，其中离心机关于晶体悬浮液的不同质量具有安全且平稳的运动，且具有在离心机的操作期间移除的晶体的稳定质量。

根据本发明的用于晶体悬浮液的固液分离的非连续离心机包括：离心机转鼓，其旋转轴与离心机转鼓的圆柱形壁的对称轴重合，且也垂直布置，晶体悬浮液可作为填充材料以预定量填充在离心机转鼓中；以及连续测量距离的传感器，其布置在离心机转鼓内，总是在填充材料外，以确定其在测量表面中距填充材料的自由表面的距离，所述测量表面围绕旋转轴对称旋转，且大体垂直于旋转轴；以及控制装置，其适于依据距离可调整地界定用于后续填充的填充材料的量。

用于重复地填充根据本发明的非连续离心机的根据本发明的方法包括以下步骤：a)将期望距离值A指定为距离测量传感器与待填充在离心机转鼓中的填充材料的自由表面之间的距离，前提是填充材料因离心机转鼓在高旋转速度下的快速旋转而均匀且相等厚度地分布式布置在离心机转鼓的壁处；b)将第一距离值A1指定为距离传感器与待填充在离心机转鼓中的填充材料的三维形成的自由表面之间的距离，前提是填充材料因离心机转鼓在低旋转速度下的缓慢旋转而分布式地布置，从而在离心机转鼓中具有三维自由表面，且填充过程需要某一持续时间；c)通过以低旋转速度旋转离心机转鼓来操作离心机；d)用填充材料填充离心机转鼓，直到第一时间点t1为止，此时距离测量传感器确定第一距离值A1；e)通过以高旋转速度旋转离心机转鼓来操作离心机；f)通过距离测量传感器在第四时间点t4确定第四距离值A4，以此填充材料因离心机转鼓在高旋转速度下的快速旋转而均匀且以相等厚度分布式地布置在离心机转鼓的壁上；g)根据公式A1：＝A1+f[(A4/A1)*(A-A4)]来确定新的第一距离值，其中f为取决于(A4/A1)*(A-A4)的函数；h)将填充材料从离心机转鼓清空；i)将第一距离值A1指定为新的第一距离值，且根据步骤e)到i)来操作离心机。

测量表面优选为平面，其与旋转轴垂直重合。此外，距离传感器为超声波探针，可用其基于超声波来测量距离。优选的是，在离心机的操作期间，距离测量传感器相对于旋转轴以及离心机转鼓的旋转保持静止，或者与离心机转鼓一起旋转。距离测量传感器优选附接到柱的纵向端，柱与距离测量传感器一起平行于旋转轴在离心机转鼓内延伸。

优选的是，函数为f[(A4/A1)*(A-A4)]＝K*[(A4/A1)*(A-A4)]，其中K为常数。第四时间点t4优选为填充材料第一次因高旋转速度下的快速旋转而均匀且以相等厚度分布式地布置在离心机转鼓的壁上的时间。高旋转速度优选大体上高于低填充旋转速度的两倍(优选与低填充旋转速度的两倍一样高，尤其优选为每分钟600转)。离心机转鼓优选包括填充开口，用于用填充材料来填充离心机转鼓，其中控制填充开口的开口宽度，使其与函数f[(A4-A1)/(t4-t1)]成反比。优选的是，低旋转速度在每分钟160转到200转的范围内。第一时间点t1与第四时间点t4之间的时间差优选为14秒。此外，优选的是，填充在离心机转鼓中的填充材料的体积由每次填充的第四距离A4和函数f[(A4-A1)/＜t4-t1)]决定。优选通过距离测量传感器来监视根据步骤f)清空离心机转鼓。

因此，通过距离测量传感器来无接触地监视离心机转鼓的填充。因此，防止距离测量传感器和支撑距离测量传感器的杆与填充材料的接触，藉此可针对食品的生产而实现应用根据本发明的离心机以及根据本发明的方法的因此所需的高卫生标准。

在离心机的操作期间，距离测量传感器在连续地捕捉离心机转鼓为空时距离心机转鼓的壁的距离，以及从填充直到所述批次结束为止距填充材料的表面的距离，在此距离处，移除晶体且进行对离心机转鼓的抛光。在填充离心机转鼓期间，旋转速度优选在低旋转速度，其中可依据填充材料的流动行为来选择低旋转速度。因离心机转鼓的旋转而导致的重力加速以及离心力对离心机转鼓中的填充材料起作用。在离心机在低旋转速度下的操作期间，尤其在填充过程期间，将填充材料的自由表面形成为旋转抛物线。如果离心机转鼓的旋转速度增加到高旋转速度，那么填充材料等厚且旋转对称地布置在离心机转鼓的壁上，其中填充材料的自由表面描绘围绕旋转轴旋转对称地布置的圆柱体。第四距离值A4与期望距离值A的偏差为布置在离心机转鼓中的填充材料的体积与填充材料的期望体积的偏差的量度，其由距离值A表示。从第四距离值到期望距离值且因此从填充材料的体积到填充材料的期望体积的连续收敛是通过根据本发明的方法来实现。

(A4-A1)/(t4-t1)对应于用填充材料填充离心机转鼓期间的填充速度。填充速度是填充材料的粘度的量度，其中具有高粘度的填充材料比具有低粘度的填充材料流动得慢。依据填充材料的粘度来有利地控制填充开口的开口宽度。如果填充材料的粘度较高，且因此填充速度较低，那么开口宽度较大，而在填充材料的低粘度且因此高填充速度下，调整较小的开口宽度。此外，依据填充材料的流动行为来有利地可调整地选择离心机在用填充材料填充期间旋转的低旋转速度。

针对每一批次，存在相应的第四距离A4，因此相应的填充材料体积，以及相应的填充材料速度，可依此确定被离心分离的晶体的相应量。可在离心机的操作期间相应地记录这些数据。

在用填充材料填充离心机转鼓之后，使离心机转鼓加速到高旋转速度。存在于填充材料中的晶体(固相)现在在离心力的影响下从液相(例如果汁)分离。因此，第四距离A4增加，其中此增加为填充材料的排放行为的量度。在离心分离过程之后，使离心机转鼓减速到清理旋转速度，其中机械清理装置将留在离心机转鼓中的晶体从离心机转鼓的壁刮掉。此过程也可优选由距离测量传感器监视。因此，测得的第四距离A4为完成刮擦离心机转鼓之后离心机转鼓的半径。如果距离测量传感器测得的第四距离A4显著小于离心机转鼓的直径，那么显然晶体的剩余部分仍粘在离心机转鼓的壁上，且因此对离心机转鼓的进一步刮擦是必要的。

附图说明

图1展示穿过离心机的实施例的纵向截面。

具体实施方式

如从图1中明白，非连续离心机1包括离心机转鼓2，其被支撑以围绕旋转轴3旋转。此外，离心机转鼓2包括心轴4，其用于离心机转鼓2的旋转驱动，且固定地附接到轮毂5，离心机转鼓2支撑在轮毂5上。在离心机转鼓2内，离心机1包括轮毂5处的分配器6，其形成为截头圆锥的表面。离心机转鼓2由围绕旋转轴3对称布置的圆柱形壁7以及封闭圆柱形壁7的盖8形成。在图1中，离心机转鼓2与其旋转轴3垂直布置。

在批次之一填充离心机转鼓2期间，将填充材料9填充在离心机转鼓2中。在用填充材料9填充离心机转鼓2期间，离心机转鼓2以填充旋转速度旋转，所述速度在每分钟160转与200转之间的范围内。因此，自由表面形成于填充材料9的上侧，其在完成填充之后描绘旋转抛物线，所述抛物线由图1中的10表示。

在用填充材料9填充离心机转鼓2之后，离心机转鼓2从填充旋转速度加速到离心旋转速度，所述速度在每分钟900转与1500转之间的范围内。加速过程在第一时间点开始，在第二和第三时间点内继续，且在第四时间点完成。在第二时间点，填充材料9的自由表面描述旋转抛物线，其由图1中的11表示，且其比第一时间点时存在的旋转抛物线陡。此外，在第三时间点，存在描述填充材料的自由表面的旋转抛物线12，其比第二时间点时存在的旋转抛物线陡。最终，在第四时间点，在离心机转鼓2的加速期间，将填充材料分布在圆柱形壁处，使得填充材料9的自由表面由在第四时间点围绕旋转轴3对称的圆柱体13描绘。

此外，在离心机转鼓2中，将距离测量传感器15提供作为超声波传感器，其布置在离心机转鼓内，使得其在离心机转鼓的加速期间总是布置在填充材料9的外部。离心机1包括杆18，其具有纵向端19，其中杆18静止附接到环绕离心机转鼓2的外壳(未图示)的盖，且杆18的纵向端19在离心机转鼓2的内部平行于旋转轴3而突出，距离测量传感器15附接在所述纵向端19处。

距离测量传感器15持久地发射超声波，其距离测量传感器15以超声波圆锥16的形状产生，超声波圆锥16关于垂直于旋转轴3的平面17对称布置。由距离测量传感器15发射的超声波在第一距离点20中到达填充材料9的自由表面，使得可测量距离测量传感器15与第一距离点20之间的第一距离A1。类似地，第二时间点时对于填充材料9的自由表面上的第二距离点21也是这种情况，使得距离测量传感器15可测量第二距离A2。在第三时间点，超声波到达填充材料9的自由表面的第三距离点22，使得距离测量传感器15可测量布置在第三距离点22与距离测量传感器15之间的第三距离A3。在第四时间点，第四距离点23类似地界定距离测量传感器15与距离测量传感器15之间的第四距离A4。

离心机转鼓2中的填充材料9的量由预定自由表面14在第四时间点时的位置预定地指定。自由表面14在第四时间点时的位置界定预定自由表面14在第四时间点时的预定距离点24与距离测量传感器15之间的预定距离A。预定距离A与第四时间点时存在的第四距离A4之间的差异确定距离差25。将距离差25放入用于在离心机1的不连续操作期间离心机转鼓2中的填充材料的体积的连续收敛的算法中。

所述算法包括以下步骤：a)将期望距离值A指定为距离测量传感器15与待填充在离心机转鼓2中的填充材料的自由表面14之间的距离，前提是填充材料因离心机转鼓2在高旋转速度下的快速旋转而均匀且相等厚度地分布式布置在离心机转鼓2的壁7处；b)将第一距离值A1指定为距离传感器15与待填充在离心机转鼓2中的填充材料的三维形成的自由表面10之间的距离，前提是填充材料因离心机转鼓2在低旋转速度下的缓慢旋转而分布式地布置，从而在离心机转鼓中具有三维自由表面10，且填充过程需要某一持续时间；c)通过以低旋转速度旋转离心机转鼓2来操作离心机1；d)用填充材料9填充离心机转鼓2，直到第一时间点t1为止，此时距离测量传感器15确定第一距离值A1；e)通过以高旋转速度旋转离心机转鼓2来操作离心机1；f)通过距离测量传感器15在第四时间点t4确定第四距离值A4，以此填充材料9因离心机转鼓2在高旋转速度下的快速旋转而均匀且以相等厚度分布式地布置在离心机转鼓2的壁7上；g)根据公式A1：＝A1+f[(A4/A1)*(A-A4)]来确定新的第一距离值，其中K为常数；h)将填充材料9从离心机转鼓2清空；i)将第一距离值A1指定为新的第一距离值，且根据步骤e)到h)来操作离心机1。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于晶体悬浮液的固液分离的非连续离心机，其特征在于，其具有：离心机转鼓(2)，其旋转轴(3)与所述离心机转鼓(2)的圆柱形壁(7)的对称轴重合，且也垂直布置，所述晶体悬浮液可作为填充材料(9)以预定量填充在所述离心机转鼓(2)中；以及连续测量的距离测量传感器(15)，其布置在所述离心机转鼓(2)内，总是在所述填充材料(9)外，以确定其在测量表面(17)中距填充材料(9)的自由表面(10到13)的距离(A1到A4)，所述测量表面(17)围绕所述旋转轴(3)对称旋转，且大体垂直于所述旋转轴(3)；以及控制装置，其适于依据所述距离(A1到A4)可调整地界定用于后续填充的所述填充材料的量。

2.根据权利要求1所述的非连续离心机，其特征在于，所述测量表面(17)为平面，其与所述旋转轴(3)垂直重合。

3.根据权利要求1或2所述的非连续离心机，其特征在于，所述距离传感器(15)为超声波探针，用所述超声波探针基于超声波来测量所述距离(A1到A4)。

4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的非连续离心机，其特征在于，在所述离心机(1)的操作期间，所述距离测量传感器(15)相对于所述旋转轴(3)且相对于所述离心机转鼓(2)的所述旋转保持静止，或与所述离心机转鼓(2)一起旋转。

5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的非连续离心机，其特征在于，所述距离测量传感器(15)附接到柱的纵向端，所述柱与所述距离测量传感器(15)一起在所述离心机转鼓内平行于所述旋转轴(3)而延伸。

6.一种用于重复地填充根据权利要求1到5中任一权利要求所述的非连续离心机(1)的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

a)将期望距离值A指定为距离测量传感器(15)与待填充在离心机转鼓(2)中的填充材料的自由表面(14)之间的距离，前提是所述填充材料因所述离心机转鼓(2)在高旋转速度下的快速旋转而均匀且相等厚度分布式地布置在所述离心机转鼓(2)的壁(7)处；

b)将第一距离值A1指定为所述距离传感器(15)与待填充在所述离心机转鼓(2)中的所述填充材料的三维形成的自由表面(10)之间的距离，前提是所述填充材料因所述离心机转鼓(2)在低旋转速度下的缓慢旋转而在所述离心机转鼓中分布式地布置，从而具有三维自由表面(10)，且所述填充过程需要某一持续时间；

c)通过使所述离心机转鼓(2)在所述低旋转速度下旋转来操作所述离心机(1)；

d)用所述填充材料(9)来填充所述离心机转鼓(2)，直到第一时间点t1为止，此时所述距离测量传感器(15)确定所述第一距离值A1；

e)通过使所述离心机转鼓(2)在所述高旋转速度下旋转来操作所述离心机(1)；

f)通过所述距离测量传感器(15)在第四时间点t4确定第四距离值A4，此时所述填充材料(9)因所述离心机转鼓(2)在所述高旋转速度下的快速旋转而均匀且相等厚度分布式地布置在所述离心机转鼓(2)的所述壁(7)处；

g)根据公式A1：＝A1+f[(A4/A1)*(A-A4)]来确定新的第一距离值，其中f为依据(A4/A1)*(A-A4)的函数；

h)将所述填充材料(9)从所述离心机转鼓(2)清空；

i)将所述第一距离值A1指定为所述新的第一距离值，且根据步骤e)到i)来操作所述离心机(1)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述函数为f[(A4/A1)*(A-A4)]＝K*[(A4/A1)*(A-A4)]，

其中K为常数。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述第四时间点t4优选为所述填充材料(9)第一次因所述高旋转速度下的所述快速旋转而均匀且以相等厚度分布式地布置在所述离心机转鼓(2)的所述壁(7)处的时间点。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述高旋转速度高于所述低旋转速度的两倍。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述离心机转鼓(2)包括填充开口，用于所述用所述填充材料(9)来填充所述离心机转鼓(2)，将所述填充开口的开口宽度控制为与函数f[(A4-A1)/(t4-t1)]成反比。

11.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其特征在于，控制所述低旋转速度与所述函数f[(A4-A1)/(t4-t1)]成比例。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述低旋转速度在每分钟160转到200转的范围内。

13.根据权利要求8到12中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一时间点(t1)与所述第四时间点(t4)之间的时间差为14秒。

14.根据权利要求8到13中任一权利要求所述的方法，其特征在于，填充在所述离心机转鼓(2)中的所述填充材料(9)的体积由每次填充的所述第四距离A4和所述函数f[(A4-A1)/(t4-t1)]决定。

15.根据权利要求6到16中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述清空根据步骤f)的所述离心机转鼓(2)是通过所述距离测量传感器(15)来监视。

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