CN113164981A - 控制离心分离器的方法以及离心分离器 - Google Patents

Abstract

本文中公开一种离心分离器(1)和一种控制离心分离器的方法(100)。离心分离器(1)包括在其中界定分离空间(6)的转子(11)、用于液体进料混合物的入口(8)、用于重相的第一出口(10)、用于轻相的第二出口(9)，以及朝向转子(11)的中心部延伸的至少一个通道(16,16')。方法(100)包括以下步骤：‑在分离空间(6)中将液体进料混合物至少分离成重相和轻相，以及‑确定在第一出口(10)处压力累积时段已过去，并随后‑确定在第一出口(10)处发生急剧的压力变化，以及‑响应于急剧的压力变化来控制离心分离器(1)。

Description

控制离心分离器的方法以及离心分离器

技术领域

本发明涉及一种控制离心分离器的方法。本发明还涉及一种离心分离器。

背景技术

WO 2011/093784公开一种离心系统，其中利用PID控制器来控制各种参数，如再循环流和背压。还公开离心分离器的分离筒(bowl)。在分离筒内，液体进料混合物分离成重组分和轻组分。分离筒设有用于重组分的出口管道。出口管道沿径向向内遵循分离筒的内壁，并向上延伸朝向并连接到重组分出口通道。

US 4151950公开一种离心分离器，其在浓相排放通路中具有控制阀，用于控制浓相中的固体浓度。浓相排放通路从离心分离器的鼓体的污泥室径向向内延伸到离心分离器的鼓盖内。控制阀是液压操作的并且具有用于控制流体的控制室。控制流体是通过将控制室与用于透明相的配对室连通而获得的透明相。

US 4810374公开一种自排空离心鼓，该转筒具有用于离心液的进入口、容纳用于转移澄清液体的剥离盘的剥离室，以及感测鼓的分离空间中的固体水平的自动装置。感测装置由从分离空间延伸到带有另一个剥离盘的另一个剥离室的通道构成。来自第二剥离盘的流出通道与测量仪器通信，该仪器与使提取的固体引入到鼓(drum)中的控制装置一起操作。

离心分离器包括限定分离空间的分离器转子。这种离心分离器可包括从分离空间的径向外部向分离空间的中心部延伸的至少一个管。从液体进料混合物中分离的重相经由至少一个管引导出分离器转子。与重相从分离器转子的外围喷出的情况相比，提供至少一个管使得重相以温和的方式输送出分离器转子。

当操作包括用于引导重相的至少一个管的上述类型的离心分离器时的一个挑战是控制重相通过管的流动。当开始分离过程时，引入分离器转子的部分未分离的液体进料混合物可能经由至少一个管逸出。另一方面，如果重相出口在分离过程开始后保持关闭时间过长，则分离出的重相可能在分离器转子内压实并堵塞至少一个管，和/或重相可能经由用于从液体进料混合物分离的轻相的出口逸出。

发明内容

目的在于补救或至少减轻上述问题中的至少一些。将是有利的是提供一种控制离心分离器的方法，该方法确保分离的重相经由重相的出口流出离心分离器的转子。因此，提供一种如所附独立方法权利要求中所限定的方法，该方法涉及控制离心分离器的方法。此外，将有利的是提供一种离心分离器，该离心分离器设计成使得重相经由用于重相的出口可靠地流出离心分离器的分离器转子。因此，提供一种如与离心分离器相关的所附独立权利要求中所限定的离心分离器。

根据本发明的一个方面，该目的通过一种控制离心分离器的方法来实现，该离心分离器构造为从液体进料混合物中分离重相和轻相。离心分离器包括在其中界定分离空间的转子、用于将液体进料混合物引导到分离空间中的入口、用于重相的第一出口、用于轻相的第二出口，以及分离空间的从至少一个径向外部朝向转子的中心部延伸的至少一个通道。第一出口布置成与至少一个通道流体连通。该方法包括以下步骤：

-旋转转子，

-开始通过入口将液体进料混合物供应到分离空间，

-在分离空间中将液体进料混合物至少分离成重相和轻相，以及

-确定在第一出口处压力累积时段已过去，并随后

-确定在第一出口处发生急剧的压力变化，以及

-响应于急剧的压力变化来控制离心分离器。

由于该方法包括以下步骤：

-确定在第一出口处压力累积时段已过去，并随后

-确定在第一出口处发生急剧的压力变化，以及

-响应于急剧的压力变化来控制离心分离器，确保基于与从液体进料混合物分离的重相相关的清晰可识别的条件来控制离心分离器。因此，流出转子的重相流是可控的。结果，实现了上述目的。例如，可避免轻相经由第一出口逸出和/或重相经由第二出口逸出和/或在分离空间的径向外部处的重相压实。

根据本发明的另一方面，该目的通过一种离心分离器实现，该离心分离器被配置为从液体进料混合物中分离重相和轻相。离心分离器包括在其中界定分离空间的转子、用于将液体进料混合物引导到分离空间中的入口、用于重相的第一出口、用于轻相的第二出口以及至少一个通道，该通道从分离空间的至少一个径向外部朝向转子的中心部。第一出口布置成与至少一个通道流体连通。离心分离器包括控制单元和连接到控制单元的压力传感器，其中压力传感器布置成感测第一出口中的压力。控制单元配置成用于：

-确定开始向分离空间供应液体进料混合物，

-确定第一出口中的压力上的急剧的压力变化，以及

-响应于急剧的压力变化来控制离心分离器。

由于控制单元配置成用于：

-确定开始向分离空间供应液体进料混合物，

-确定第一出口中的压力上的急剧的压力变化，以及

-响应于急剧的压力变化来控制离心分离器，确保基于与从液体进料混合物分离的重相相关的清晰可识别的条件来控制离心分离器。因此，流出转子的重相流是可控的。结果，实现了上述目的。例如，可避免轻相经由第一出口逸出和/或重相经由第二出口逸出和/或在分离空间的径向外部处的重相压实。

离心分离器也可称为盘叠式离心分离器。离心分离器可为高速分离器，即其中转子以一千或数千转每分钟(rpm)旋转的离心分离器。转子也可称为分离器转子、分离筒或筒。

分离器转子的一个或多个内表面限制分离空间。分离空间的径向外部指的是分离空间的向外边界，与分离空间的中部和中心部相反。分离空间的至少一个径向外部布置在分离空间的外围。

在将液体进料混合物分离成轻相和重相期间，重相收集在分离空间外围的圆周部中。圆周部沿分离器转子的周向方向延伸，并因此可在分离空间内形成假想的环或环面。

当离心分离器操作时，分离空间的至少一个径向外部和圆周部中的重相经由至少一个通道离开分离空间。由于液相连续地进入分离空间，圆周部连续地重新充满新分离的重相。

发明人已认识到，当在分离空间的外围的圆周部中分离的重相达到覆盖分离空间的至少一个径向外部处的至少一个通道的开口的水平时，在至少一个通道中并且因此也在第一出口处发生急剧的压力变化。

此外，发明人已认识到，确定何时发生这种压力变化，或这种压力变化已发生，可用于控制离心分离器。

此外，本发明人已认识到，这种压力变化可用于控制流出离心分离器的重相流，例如用于避免未分离的液体进料(即轻相和重相)经由第一出口逸出，或用于防止重相经由第二出口逸出。

液体进料混合物可具有固体物质含量。固体物质可作为重相的一部分从液体进料混合物中分离出来。因此，重相可形成固体物质悬浮液，例如浓缩的固体物质悬浮液。

确定在第一出口处压力累积时段已过去的步骤可以以多种备选方式执行。该步骤的目的尤其可为确保分离空间已填充并且液体已到达第一出口和第二出口。此外，不应将压力累积时段误认为是在确定第一出口处发生急剧的压力变化的后续步骤中确定的急剧的压力变化。

确定在第一出口处发生急剧的压力变化的步骤可多种备选方式执行。急剧的压力变化指示在分离空间的外围的圆周部中分离的重相达到了覆盖分离空间的至少一个通道的径向外部开口(即，在径向外部处的通道的开口)的水平。

在确定在第一出口处压力累积时段已过去以及确定在第一出口处发生急剧的压力变化的步骤期间，第一出口可保持关闭或备选地可打开微小量。取决于第一出口是关闭还是打开，急剧的压力变化可能是压力增加或压力降低。

响应于急剧的压力变化来控制离心分离器的步骤可包括离心分离器的多种不同控制措施中的一种。由于急剧的压力变化与分离的重相有关，控制措施可能与重相有关。例如，可打开第一出口以提供来自离心分离器的重相流。

根据实施例，该方法可包括以下步骤：

-确定从开始将液体进料混合物供应到分离空间中的步骤直到确定在第一出口处发生急剧的压力变化的步骤的第一时间段。以此方式，可为确定和/或控制离心分离器的操作参数提供基础。

根据实施例，该方法可包括以下步骤：

-确定通过入口的液体进料混合物的流速。以此方式，可为确定和/或控制离心分离器的操作参数提供基础。

根据实施例，其中至少一个通道中的每个包括在分离空间的至少一个径向外部处的外端，其中分离空间包括从分离空间的径向最外周延伸到外端处的径向位置的重相体积，该方法可包括以下步骤：

-基于分离空间的重相体积、液体进料混合物流的流速和第一时间段计算液体进料混合物的重相含量。以此方式，可在执行该方法时计算液体进料混合物的重相含量。由于液体进料混合物的重相含量可能随时间显著变化，关于当前重相含量的了解可为有利的。使用专用的在线传感器来测量液体进料混合物的重相含量的备选方案可能是昂贵的，并且取决于特定的液体进料混合物，甚至是不可能的。

以上已论述了与离心分离器相关的方法的两个特征：与响应于第一出口处的急剧的压力变化来控制离心分离器的方法有关的第一特征；以及与计算液体进料混合物的重相含量有关的第二特征。

根据实施例，至少一个通道中的每个可包括管，该管从分离空间的至少一个径向外部朝向转子的中心部延伸，且其中第一出口布置成与管流体连通。以此方式，离心分离器可特别适合于从液体进料混合物中分离形成浓缩固体物质悬浮液的重相。

与重相从分离器转子的外围喷出的情况相比，以管的形式提供至少一个通道使得重相以温和的方式输送出分离器转子。例如当重相包含活物质(例如，如酵母)或其它细胞时，温和处理可能是有利的。当分离用于制造药物的活性物质时，温和处理也可能是有利的。

根据实施例，转子可包括可间歇地打开的出口开口，并且该方法可包括以下步骤：

-经由出口开口排放液体进料混合物的一个或多个部分，以及

-至少重复方法的以下步骤：旋转转子、开始供应液体进料混合物、分离液体进料混合物、确定压力累积时段已过去、确定急剧的压力变化和控制离心分离器。以此方式，该方法可在每次经由出口开口排放的步骤之后执行。例如，因此每次可避免轻相经由第一出口逸出和/或重相经由第二出口逸出和/或在分离空间的径向外部处的重相压实。

当研究所附权利要求书和以下详细描述时，本发明的进一步特征和优点将变得明显。

附图说明

包括其它特定特征和优点的本发明的各种方面和/或实施例将容易从在以下详细描述和附图中论述的示例性实施例中理解，在附图中：

图1示意性地示出穿过离心分离器的截面，

图2示出穿过转子的截面，

图3示意性地公开转子的截面部分，

图4a和4b公开离心分离器的出口处的压力，

图5公开控制离心分离器的方法，以及

图6示出穿过转子的截面。

具体实施方式

现在将更全面地描述本发明的方面和/或实施例。在各处，相似的数字表示相似的元件。为了简明和/或清楚，众所周知的功能或构造将不必详细描述。

图1示意性地示出根据实施例的穿过离心分离器1的截面。离心分离器1包括转子布置2和驱动布置5。转子布置2包括转子11和主轴4。因此，离心分离器1包括转子11。主轴4支承在离心分离器1的壳体3中，例如，经由两个轴承。壳体3可包括多于一个的单独部分，即壳体3可由若干部分组装而成。驱动布置5构造成使转子11，即转子11和主轴4，围绕旋转轴线(X)以一定旋转速度旋转。

在这些实施例中，驱动布置5形成主轴4的部分。即，转子布置2由驱动布置5直接地驱动。驱动布置5包括电动马达并且电动马达的转子形成主轴4的部分。在备选实施例中，驱动布置可改为连接到主轴。这种备选实施例可包括连接到主轴的电动马达，例如经由齿轮或带传动。

转子11在其中界定分离空间6。在分离空间6内，液体进料混合物在离心分离器1的操作期间进行连续离心分离。在分离空间6内布置有截头圆锥形分离盘7的堆叠。分离盘7提供将液体进料混合物有效地至少分离成轻相和重相。截头圆锥形分离盘7的堆叠与旋转轴(X)同轴安装，并与转子11一起旋转。

离心分离器1可构造成用于将液体进料混合物至少分离成轻相和重相。液体进料混合物可包括例如一种液体或两种液体。液体进料混合物可包含固体物质，其可作为重相的一部分从液体进料混合物中分离。

离心分离器1包括用于液体进料混合物的入口8、用于重相的第一出口10和用于轻相的第二出口9。在所示的实施例中，待分离的液体进料混合物从离心分离器1的顶部经由入口8居中向下进料到转子11中，其从转子分配到分离空间6。在离心分离器1的使用期间，液体进料混合物在分离空间6中至少分离成重相和轻相。轻相流向分离空间6的中心，并且重相流向分离空间6的径向外围。分离出的轻相从分离空间6的中心部向上引导到第二出口9。即，第二出口9布置成与分离空间6的中心部流体连通。

从转子11的中心部，重相向上引导至第一出口10。下面参看图2更详细地论述重相如何从分离空间6的径向外围引导至转子11的中心部。

本发明不限于任何特定类型的液体进料混合物或分离的流体相。本发明既不限于用于液体进料混合物的任何特定入口布置，也不限于用于分离的轻相的任何特定第二出口9。

该离心分离器1还包括配置为控制离心分离器1的操作的控制单元12。如下文将更详细地解释，控制单元12配置为控制例如离心分离器1的阀。控制单元12还可配置成计算离心分离器1和/或液体进料混合物和/或分离的相的参数。控制单元12可配置为控制驱动布置5，例如启动和停止驱动布置5。

离心分离器1可包括一个或两个气密密封的出口。即，离心分离器1可在转子11与第一出口10和第二出口9中的一个或两个之间设置有机械密封。适当地，入口8是气密密封的入口。即，离心分离器1可在转子11和入口8之间设有机械密封。机械密封在转子11的内部和转子11周围的周围环境之间提供密封。机械密封件可在可旋转转子11中的导管和关于转子11静止的离心分离器1的静止部分(例如，第一出口10和第二出口9，以及入口8)中的导管之间提供密封。另一方面，在转子11的内部和转子11周围的周围环境之间提供密封的液体密封件(例如由布置在转子的配对室中的配对盘提供)，不构成气密密封。

根据一些实施例，第一出口10和第二出口9可为气密密封的出口。即，机械密封可设在转子11与布置在转子11处的第一出口10和第二出口9的静止部分之间。

根据一些实施例，入口8可为气密密封的入口。即，机械密封可设在转子11和布置在转子11处的入口8的静止部分之间。

图2示出根据实施例的穿过转子11的截面。转子11是离心分离器1的转子，例如，如图1所示的离心分离器1。再次，转子11构造为围绕旋转轴线(X)旋转并且用截头圆锥形分离盘7的堆叠来界定分离空间6。再次，离心分离器1包括控制单元12。

这些实施例在很大程度上类似于图1的实施例。主要区别在于，在这些实施例中，液体进料混合物从转子11的下侧经由示意性图示的入口8引入分离空间6。用于将液体进料混合物导入分离空间6的通路19示意性地示于图2中。分离的重相在转子11的中心部经由重相导管24向上引导到离心分离器1的第一出口10。从分离空间6的中心部，分离的轻液相经由轻相导管22向上引导至离心分离器1的第二出口9。转子11中心部的轻相流动在图2中用箭头指示。

至少一个通道16,16'从分离空间6的至少一个径向外部18,18'朝向转子11的中心部延伸。第一出口10布置成与至少一个通道16,16'流体连通。至少一个通道16,16'具有布置在至少一个径向外部18,18'处的外端30,30'和朝向转子11的中心部和重相导管24布置的内端32,32'。因此，离心分离器的第一出口10布置成与至少一个通道16,16'的外端30,30'流体连通。至少一个径向外部18,18'布置在分离空间6的至少一个外围部处。

在图2的实施例中，至少一个通道16,16'中的每个包括管60。即，通道16,16'由管60形成。因此，只有管60可从分离空间6的至少一个径向外部18,18'朝向转子11的中心部延伸。另外，第一出口10布置成与管60流体连通。

在这些实施例中，转子11包括两个管60。在备选实施例中，转子11可仅包括一个管，或多于两个管，例如，如四个管、七个管、十个管或十二个管。在下面的描述中，可参考一个通道16，或一个管60。然而，该论述分别适用于以相同方式布置在转子11中的任何其它通道16或管60。

在液体进料混合物的分离期间，分离出的重相收集在分离空间6的外围部。因此，分离的重相在分离空间6的外围形成重相积聚。经由通道16，来自重相积聚的重相引导到转子11的中心部。通道16的径向内端32和通道16的径向外端30之间的压力差促进重相从分离空间6的外围部流向转子11的中心部。通道16中重相的流动在图2中用箭头指示。

作为示例提及，管60可具有在2-10 mm范围内的内径。内径可取决于管60的数量以及要从液体进料混合物中分离的重相的量和粘度来选择。追求管60中重相的合适流速以防止至少一个管60堵塞。作为示例提及，0.5 m/s的流速可能适用于多种类型的重相，然而，某些类型的重相可能只需要低至0.05 m/s的流速。

根据一些实施例，转子11可包括可间歇地打开的出口开口34,34'。更特别地，转子11可包括在转子11的径向外围处的一个或多个出口开口34,34'。出口开口34,34'将分离空间6的径向外围与转子11外部和分离器1内部的容纳空间33连接。出口开口34,34'可间歇地打开。排放滑动件36，也称为滑动筒底，可以以已知方式用于打开和关闭出口开口34,34'。出口开口34,34'可备选地称为排放端口。

纯粹作为示例提及，如果应阻塞至少一个通道16,16'中的一个或多个，则出口开口34,34'可打开，以减轻转子11由于分离空间6内的物质分布不均而引起的不平衡，或清空分离空间6的污泥，例如含有除轻相和重相的成分以外的杂质的污泥。

在转子11内部布置有插入物42。插入物42径向地布置在分离盘7的堆叠的外侧。管60固定在插入物42中的转子11内。插入物42的内表面形成转子11的内表面44的一部分。

图6示出根据实施例的穿过转子11的截面。转子11是离心分离器1的转子，例如，如图1所示的离心分离器1。再次，转子11构造为围绕旋转轴线(X)旋转并且用截头圆锥形分离盘7的堆叠来界定分离空间6。离心分离器包括入口8和第一出口10和第二出口9。箭头指示液体进料混合物、重相和轻相的流动。再次，离心分离器1包括控制单元12。

这些实施例在很大程度上类似于图1和图2的实施例。因此，以下将论述主要差异。

再次，至少一个通道16,16'从分离空间6的至少一个径向外部18,18'朝向转子11的中心部延伸。第一出口10布置成与至少一个通道16,16'流体连通。至少一个通道16,16'中的每个具有布置在至少一个径向外部18处的外端30和朝向转子11的中心部布置的内端32。因此，离心分离器1的第一出口10布置成与至少一个通道16,16'的外端30、30'流体连通。

在图6的实施例中，至少一个通道16,16'中的每个形成在转子11的顶部盘62和外壳64之间。通道16,16'可由形成在例如顶部圆盘62中的径向延伸的脊而彼此分隔开。

在以下论述中，参看图1、2和6。

控制单元12包括计算单元，其可采取基本任何合适类型处理器电路或微型计算机的形式，例如，用于数字信号处理的电路(数字信号处理器DSP)、中央处理单元(CPU)、处理单元、处理电路、处理器、专用集成电路(ASIC)、微处理器或其它可转译和执行指令的处理逻辑。本文中所利用的表述计算单元可表示包括多个处理电路的处理电路，例如上述的任一个、一些或全部。控制单元可包括存储单元。计算单元连接到存储单元，该存储单元向计算单元提供例如所存储的程序代码和/或所存储的数据，计算单元需要该存储的程序代码和/或所存储的数据才能进行计算。计算单元还可适于将计算的部分或最终结果存储在存储单元中。存储单元可包括物理装置，该物理装置用于临时地或永久地存储数据或程序，即指令序列。控制单元12尤其连接到一个或多个传感器和/或一个或多个可控装置，例如，如可控阀。

离心分离器1的控制单元12可配置为执行方法100的一个或多个步骤，下面参看图5进行论述。根据特定的实施例，控制单元12可配置为控制与控制来自离心分离器1的重相的流动相关的步骤。

离心分离器1包括连接到控制单元12的压力传感器50。压力传感器50布置成感测第一出口10中的压力。控制单元12配置成用于：

-确定开始将液体进料混合物供应到分离空间6中，

-确定第一出口10中的压力上的急剧的压力变化，以及

-响应于急剧的压力变化来控制离心分离器1。

控制单元12可多种备选方式确定开始将液体进料混合物供应到分离空间6中。例如，来自控制单元12或来自不同控制单元的用于开始液体进料混合物流向入口8的控制信号可用于确定液体进料混合物供应的开始。控制信号可例如提供给连接到入口8的阀和/或泵(未示出)。备选地，布置在入口8中的流量计或流量传感器，或压力传感器54可提供信号到控制单元12，指示开始将液体进料混合物供给分离空间6。

压力传感器50向控制单元12提供压力测量数据。因此，通过监测这些压力测量数据，控制单元12可确定第一出口10处的急剧的压力变化。

发明人已发现，第一出口10中的压力上的急剧的压力变化与分离空间6内的特定条件有关。急剧的压力变化与在转子11内部分离并在分离空间6的径向外围处累积的重相的量有关。因此，通过响应于急剧的压力变化来控制离心分离器，可确保离心分离器1基于与从液体进料混合物分离的重相相关的清晰可识别的条件来控制。

根据实施例，控制单元12还可配置成用于：

-确定在第一出口10处压力累积时段已过去。以此方式，任何初始压力变化，例如与用未分离的液体进料混合物初始填充分离空间6相关的任何初始压力变化，不会被误认为与分离空间6内的分离的重相相关的急剧的压力变化。因此，在控制离心分离器1时，可考虑仅在压力累积时段过后第一出口10中压力的急剧的压力变化。

根据实施例，离心分离器1可包括布置成与第一出口10流体连通的第一出口阀14。第一出口阀14可连接到控制单元12。控制单元12可配置成用于：

-响应于急剧的压力变化来控制第一出口阀14，如至少部分地打开第一出口阀14。以此方式，响应于急剧的压力变化的离心分离器1的控制可包括第一出口阀14的控制。

当在分离空间6的外围的圆周部中分离的重相达到覆盖分离空间6的至少一个径向外部18,18'处的至少一个通道16,16'的外端30,30'处的至少一个通道16,16'的开口的水平时，在第一出口10处发生急剧的压力变化。

响应于急剧的压力变化来控制第一出口阀14提供的优点是允许开始将液体进料混合物分离成重相和轻相，并导致分离空间6内的一定量的分离的重相。因此，可实现对通过第一出口10的重相流动的受控影响。

根据实施例，控制单元12可配置成用于：

-确定从开始将液体进料混合物供应到分离空间6中直到确定在第一出口10处发生急剧的压力变化的第一时间段T₁。以此方式，可监测离心分离器1内部的分离过程。

控制单元12可包括计时器或编程的计时器功能，用于确定第一时间段T₁。

根据实施例，离心分离器1可包括在入口8处的流量计52。控制单元12可配置成用于：

-确定通过入口8的液体进料混合物的流速Q_tot。以此方式，可监测进入离心分离器1的液体进料混合物流。

流量计52连接到控制单元12，用于向控制单元12提供流量测量数据。

根据实施例，控制单元12可配置成用于：

-基于分离空间6的重相体积V_HP、液体进料混合物流的流速Q_tot和第一时间段T₁来计算液体进料混合物中的重相含量。以此方式，可提供对液体进料混合物离心分离器1的分离的进一步控制。

液体进料混合物的重相含量%_HP(体积%)可使用以下公式计算：

%_HP = V_HP / (Q_tot * T₁)

由于液体进料混合物的重相含量可能随时间变化，最近对重相含量(%_HP)的计算可为离心分离器1的控制提供最新数据。每次将液体进料混合物供应到分离空间6中时，例如在经由出口开口34,34'间歇地排空分离空间6之后，如上所述，可计算重相含量％_HP。

重相含量%_HP可例如用于确定分离的重相从分离空间6无阻碍地流向第一出口10。在至少一个通道16,16'中的一个或多个堵塞的情况下，与液体进料混合物的重相含量%_HP相比，通过第一出口10的重相流将太低。

重相含量％_HP和液体进料混合物通过入口8的流速Q_tot可用于确定用分离的重相填充分离空间6的部分体积所花费的时间。这又可用于确定第一出口10何时将打开来用于重相流动。

液体进料混合物中呈固体物质含量形式的重相含量%_HP的了解可用于通过调节通过第二出口9的合适的轻相流来提供通过第一出口10的重相流的适合固体物质含量。通过入口8的液体进料混合物流和具有固体物质含量%_HP的第二出口9中的轻相流之间的差异提供通过第一出口10的重相流中的固体物质含量。纯粹作为示例提及，当从液体进料混合物中分离含有作为固体物质的酵母的重相时，重相中的固体物质含量可为大约80%。另一个示例是包括细菌作为固体物质的液体进料混合物，其中固体物质含量为70-80%。

根据实施例，离心分离器1可包括布置成与第二出口9流体连通的第二出口阀56。第二出口阀56连接到控制单元12。控制单元12可配置成用于：

-控制第二出口9中的轻相流。以此方式，控制单元12可控制经由第二出口阀56流出离心分离器1的轻相流。

轻相流的这种控制可例如在分离过程开始之后使用以确保只有分离的轻相将流过第二出口9。在正在进行的分离期间，可通过控制第二出口9中轻相的流动来控制背压。例如，可通过控制经由第二出口阀56的轻相流来控制通过第一出口10的重相流，和/或可增加背压以便避免在第一出口10处压力/流过低。

可选地，可在入口8处提供压力传感器54。压力传感器54可连接到控制单元12以向控制单元12提供压力测量数据。

可选地，可在第二出口9处提供压力传感器58。压力传感器58可连接到控制单元12以向控制单元12提供压力测量数据。

参看图3、4a和4b，将论述压力变化，特别是离心分离器1的第一出口10处的压力变化。

图3示意性地公开参照图1和图2论述的离心分离器1的转子11的截面部分。特别地示出通道16及其布置在分离空间6的至少一个径向外部18处的外端30。竖直线V指示分离空间6内的径向水平面，通道16的外端30，即通道16的径向外开口，布置在该径向水平面外部。

图4a和4b公开根据两个不同实施例的第一出口10处的压力p随时间t的变化。

当液体进料混合物供应到分离空间6时，两个实施例中的压力增加是相似的。在初始压力增加期间，当分离空间6填充有液体进料混合物时，第一出口10处的压力迅速增加到用线a指示的时间点处的压力水平。

随后，随着液体进料混合物分离成重相和轻相，第一出口10处的压力以慢得多的速率逐渐增加到用线b指示的时间点处的压力水平。重相在分离空间6的外圆周处的逐渐积累导致了压力上的该逐渐增加。分离的重相在分离空间6的外圆周处形成环或环面。随着分离的重相量的增加，环或环面的体积增加。

当分离空间6填充有分离的重相直至覆盖通道16的外端30的水平(即到达竖直线V)时，第一出口10中的急剧的压力变化发生，因为更多分离的重相积聚在分离空间6的外圆周，在竖直线V的径向内侧。

在图4a的实施例中，第一出口阀14保持关闭，这导致压力急剧增加形式的急剧的压力变化。在图4b的实施例中，第一出口阀14布置在稍微打开的位置中，这导致压力急剧降低形式的急剧的压力变化。第一出口阀14的微开位置仅提供通过第一出口10的微小流。一旦进行将液体进料混合物连续分离成轻相和重相并且打开第一出口阀，与分离的重相的普通流速相比，微流是微小的。作为示例提及，微流可具有以下流速，该流速≤0.5%的分离重相的最大流速。

然而，在两个实施例中，都会发生急剧的压力变化。急剧的压力变化可由控制单元12监测。

在由线c指示的时间点，第一出口阀14打开，并且重相通过第一出口10流出离心分离器。发生液体进料混合物连续分离成轻相和重相。在连续分离期间，当第一出口10打开时，分离空间6的至少一个径向外部18中的重相经由至少一个通道16离开分离空间6。由于液体进料混合物连续供应到分离空间6中，分离空间6的圆周部和径向外部18连续地再填充新分离的重相。

在如上参照图2所论述的出口开口34,34'打开并且分离空间6至少部分排空的情况下，随着液体进料混合物再次供应入分离空间6，如上所述的压力积累再次重复。

图5公开一种控制离心分离器的方法100，该离心分离器构造为从液体进料混合物中分离重相和轻相。离心分离器可为根据结合图1、2和6描述的实施例的离心分离器1。下面还参看图1-4b和6。

方法100包括以下步骤：

-旋转102转子11，

-开始104经由入口8将液体进料混合物供应到分离空间6中，

-在分离空间6中将液体进料混合物至少分离106成重相和轻相，以及

-确定108在第一出口10处压力累积时段已过去，并随后

-确定110在第一出口10处发生急剧的压力变化，以及

-响应于急剧的压力变化来控制112离心分离器1。

旋转102转子11的步骤通过驱动布置5旋转主轴4并因此旋转转子11来执行。

开始104供应液体进料混合物的步骤可通过打开连接到入口8的阀和/或启动连接到入口的泵来执行。离心分离器1的操作员可打开阀门和/或启动泵。备选地，控制单元12可设置成在液体进料混合物供应到分离空间6的自动控制期间的适当时刻打开阀和/或启动泵。

确定110在第一出口10处发生急剧的压力变化的步骤可由监控来自压力传感器50的测量数据的控制单元12来执行。

随着转子11旋转，分离106液体进料混合物的步骤以已知方式在分离空间6内进行。

确定108在第一出口10处压力累积时段已过去的步骤可多种备选方式执行，见下文。

确定110在第一出口10处发生急剧的压力变化的步骤可以以多种备选方式来执行，见下文。

根据实施例，确定108在第一出口10处压力累积时段已过去的步骤可包括以下步骤：

-确定114从开始104将液体进料混合物供应到分离空间6中的步骤已过去预定的时间间隔，或

-确定116在第一出口10处达到了阈值压力水平，或

-确定118在第一出口10处的压力和第二出口9处的压力之间达到了阈值压差水平，或

-确定120在第一出口10处的压力和入口8处的压力之间达到了阈值压差水平，或

-跟踪122第一出口10处的压力并评估124第一出口10处的压力变化。以此方式，可确保压力累积时段已过去，并且可执行方法100的下一步骤，即确定110在第一出口10处发生急剧的压力变化的步骤。

确定114已过去预定的时间间隔的步骤可由计时器或编程的计时器功能(控制单元12)执行。预定时间间隔可例如基于液体进料混合物的流速、液体进料混合物的重相含量和/或分离空间6的体积中的一个或多个来设定。

确定116在第一出口10处达到了阈值压力水平的步骤可由控制单元12执行，该控制单元监测由压力传感器50感测的压力，该压力传感器布置为感测第一出口10中的压力。

确定118第一出口10处的压力和第二出口9处的压力之间达到了阈值压差水平的步骤可由控制单元12执行，该控制单元经由第一出口10和第二出口9处的压力传感器50,58监测压力。本质上，一旦分离空间6已填充有液体进料混合物，则第一出口10和第二出口9之间的压差就达到基本恒定的值。

确定120在第一出口10处的压力和入口8处的压力之间达到了阈值压差水平的步骤可由控制单元12执行，该控制单元经由第一出口10和入口8处的压力过期50,54监测压力。本质上，一旦分离空间6已充满液体进料混合物，第一出口10和入口8之间的压差就达到基本恒定的值。

跟踪122第一出口10处的压力和评估124第一出口10处的压力变化的步骤可由控制单元12执行。例如，来自第一出口10处的压力传感器50的压力数据可与存储在控制单元12的存储单元中的默认压力变化曲线进行比较。在存储单元中，可存储压力累积时段在沿默认压力变化曲线的哪个点已过去。

根据实施例，确定110在第一出口10处发生急剧的压力变化的步骤可包括以下步骤：

-评估126第一出口10处压力的导数，或

-评估128第一出口处的压力和第二出口处的压力之间的压差水平的导数，或

-评估130在第一出口处的压力和在入口处8处的压力之间的压差水平的导数，或

-跟踪132第一出口10处的压力并评估134第一出口10处的压力变化。以此方式，可以可靠地确定第一出口10处的急剧的压力变化。

评估126第一出口10处压力的导数的步骤可由控制单元12执行。控制单元12可配置为确定第一出口10处的压力曲线的导数。急剧的压力变化将由压力曲线的导数上的急剧显著变化所指示。

评估128第一出口10处的压力和第二出口9处的压力之间的压差水平的导数的步骤可由控制单元12执行。同样在这里，急剧的压力变化将由导数上的急剧显著变化来指示，在此情况下，曲线的导数指示第一出口10和第二出口9处的压力之间的压差水平。当分离的重相覆盖通道16的径向外端30处的开口时，第一出口10和第二出口9处的压力之间的压差水平将急剧变化，其方式与上文结合图4a和4b所述的线b处的急剧的压力变化类似。

评估130第一出口10处的压力和入口8处的压力之间的压差水平的导数的步骤可由控制单元12执行。同样在这里，急剧的压力变化将由导数的急剧显著变化来指示，在此情况下，曲线的导数指示第一出口10和入口8处的压力之间的压差水平。当分离的重相覆盖通道16的径向外端30处的开口时，第一出口10处的压力与入口8处的压力之间的压差水平将急剧变化，其方式与上文结合图4a和4b所述的线b处的急剧的压力变化相似。

跟踪132第一出口10处的压力和评估134第一出口10处的压力变化的步骤可由控制单元12执行。例如，来自第一出口10处的压力传感器50的压力数据可与存储在控制单元12的存储单元中的默认压力变化曲线进行比较。在存储单元中可存储什么压力变化构成急剧的压力变化。因此，控制单元12可确定发生急剧的压力变化。

响应于急剧的压力变化来控制112离心分离器1的步骤可包括离心分离器1的多种不同控制措施中的一种。

根据一些实施例，其中离心分离器1包括布置成与第一出口10流体连通的第一出口阀14，响应于急剧的压力变化来控制112离心分离器1的步骤可包括以下步骤：

-响应于急剧的压力变化来控制136第一出口阀14。以此方式，例如可仅在已发生急剧的压力变化时才执行打开第一出口阀14。因此，可确保分离的重粒子流通过第一出口10。

因此，根据一些实施例，响应于急剧的压力变化来控制136第一出口阀14的步骤可包括以下步骤：

-至少部分地打开第一出口阀14的138以提供通过至少一个通道16,16'和第一出口10的重相流。

根据一些实施例，该方法100可包括以下步骤：

-确定140从开始104将液体进料混合物供应到分离空间6中的步骤直到确定110在第一出口10处发生急剧的压力变化的步骤的第一时间段T₁。以此方式，可为确定和/或控制离心分离器的操作参数提供基础。

如上所述，第一时间段T₁可用于例如计算液体进料混合物的重相含量%_HP。

根据一些实施例，该方法100可包括以下步骤：

-确定142通过入口8的液体进料混合物的流速Q_tot。以此方式，可为确定和/或控制离心分离器的操作参数提供基础。

如上所述，液体进料混合物的流速Q_tot可用于例如计算液体进料混合物的重相含量%_HP。

根据一些实施例，其中至少一个通道16,16'中的每个在分离空间6的至少一个径向外部18,18'处包括外端30,30'，其中分离空间6包括从分离空间6的径向最外周延伸到外端30,30'处的径向位置的重相体积V_HP，方法100可包括以下步骤：

-基于分离空间6的重相体积V_HP、液体进料混合物流的流速Q_tot和第一时间段T₁来计算144液体进料混合物中的重相含量%_HP。

以此方式，如上所述，当执行方法100时，可计算液体进料混合物的重相含量%_HP。

如上所述，根据本公开的一个方面，液体进料混合物的重相含量%_HP的计算可以以如下方法进行，其中省略了响应于急剧的压力变化来控制112离心分离器的步骤。作为替代，可在上述步骤的背景下利用所确定的急剧的压力变化：

-确定140第一时间段T₁，

-确定142液体进料混合物的流速Q_tot，以及

-计算144液体进料混合物的重相含量%_HP。

根据一些实施例，响应于急剧的压力变化来控制离心分离器1的步骤112可另外基于如在计算步骤144中计算的液体进料混合物的重相含量%_HP。以此方式，可进一步改进离心分离器1的控制。

例如，第一出口阀14的打开可在已确定急剧的压力变化之后的某个时间段执行。时间段的长度可基于液体进料混合物的重相含量%_HP来确定。即，根据一些实施例，第一出口阀14可仅在分离空间6的圆周处累积的分离的重相的环面在通道16的外端30的径向内侧延伸一定距离时才打开。已知液体进料混合物的重相含量%_HP和通道16的外端30径向内侧的分离空间6的相关体积，时间段可由控制单元12计算。

类似地，根据实施例，响应于急剧的压力变化来控制112离心分离器1的步骤可在第一时间段T₁结束之后的特定时间段T_spec执行。以此方式，可确保分离空间6外围累积的分离重相环面在通道16的外端30的径向内侧延伸一定距离时，才可进行如第一出口阀14的开启等控制措施。特定时间段T_spec可利用对液体进料混合物的重相含量可变化的范围的了解来选择。

根据一些实施例，特定时间段T_spec可基于分离空间6的部分体积的大小。以此方式，且利用关于其内液体进料混合物的重相含量可变化的范围的了解，可确保如打开第一出口阀14的控制措施可仅在在分离空间6的外围处积累的分离的重相环面在通道16的外端30的径向内侧延伸一定距离时才执行。

根据一些实施例，液体进料混合物和重相可包含固体物质含量。纯粹作为示例提及，固体物质含量可包括例如酵母或其它细胞。

根据实施例，方法100可包括以下步骤：

-控制146在第二出口9中的轻相流。以此方式，可通过控制第二出口9中的轻相流来控制背压。例如，可增加背压以便避免第一出口10处的压力过低。

控制146在第二出口9中的轻相流的步骤可由控制单元12执行。控制单元12可控制经由第二出口阀56的轻相流。

根据实施例，转子11可包括可间歇地打开的出口开口34,34'，并且方法100可包括以下步骤：

-经由出口开口排放148份液体进料混合物的一个或多个部分，以及

-至少重复150方法100的以下步骤：旋转102转子11，开始104供应液体进料混合物，分离106液体进料混合物，确定108压力累积时段已过去，确定110急剧的压力变化，以及控制112离心分离器1。以此方式，该方法可在每次经由出口开口排放的步骤之后执行。

本领域技术人员将认识到，用于控制离心分离器的方法100可通过编程指令来实施。这些编程指令通常由计算机程序构成，当计算机程序在控制单元12中执行时，确保控制单元12执行期望的控制，如根据本发明的方法步骤102-150。该计算机程序通常是计算机程序产品的一部分，该计算机程序产品包括在其上存储计算机程序的合适的数字存储介质。

将理解的是，前文示出各种示例性实施例，且本发明仅由所附权利要求书限定。本领域技术人员将意识到，在不脱离如由所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可对示例性实施例进行修改，并且可将示例性实施例的不同特征进行组合以创建不同于本文中描述的实施例。

例如，控制单元12可形成分布式控制系统的部分，即包括多于一个处理单元，其用于控制离心分离器的不同方面、分离器转子11的旋转速度、进行的测量、出口开口的间歇打开等。

在所示实施例中，重相比轻相以更大的径向距离从转子引出。在备选实施例中，重相可比轻相以更小的径向距离从转子引出。此外，在所示实施例中，重相和轻相在转子的同一轴向端处引出转子。在备选实施例中，重相和轻相可在转子的不同轴向端处引出转子。

Claims (25)

1.一种控制离心分离器(1)的方法(100)，所述离心分离器(1)构造成从液体进料混合物中分离重相和轻相，所述离心分离器(1)包括

转子(11)，所述转子(11)在其中界定分离空间(6)，

入口(8)，所述入口(8)用于将所述液体进料混合物引导到所述分离空间(6)中，

第一出口(10)，所述第一出口(10)用于所述重相，

第二出口(9)，所述第二出口(9)用于所述轻相，以及

至少一个通道(16,16')，所述至少一个通道(16,16')从所述分离空间(6)的至少一个径向外部(18,18')朝向所述转子(11)的中心部延伸，其中

所述第一出口(10)布置成与所述至少一个通道(16,16')流体连通，且其中

所述方法(100)包括以下步骤：

-旋转(102)所述转子(11)，

-开始(104)经由所述入口(8)将所述液体进料混合物供应到所述分离空间(6)中，

-在所述分离空间(6)中将所述液体进料混合物至少分离(106)成所述重相和所述轻相，以及

-确定(108)在所述第一出口(10)处压力累积时段已过去，并随后

-确定(110)在所述第一出口(10)处发生急剧的压力变化，以及

-响应于所述急剧的压力变化来控制(112)所述离心分离器(1)。

2. 根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，确定(108)在所述第一出口(10)处压力累积时段已过去的步骤包括以下步骤：

-确定(114)从开始(104)所述液体进料混合物供应到所述分离空间(6)中的步骤已过去预定的时间间隔，或

-确定(116)在所述第一出口(10)处达到了阈值压力水平，或

-确定(118)在所述第一出口(10)处的压力与所述第二出口(9)处的压力之间达到了阈值压差水平，或

-确定(120)在所述第一出口(10)处的压力与所述入口(8)处的压力之间达到了阈值压差水平，或

-跟踪(122)所述第一出口(10)处的压力并评估(124)所述第一出口(10)处的压力变化。

3. 根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，确定(110)在所述第一出口(10)处发生急剧的压力变化的步骤包括以下步骤：

-评估(126)所述第一出口(10)处的压力的导数，或

-评估(128)所述第一出口(10)处的压力与所述第二出口(9)处的压力之间的压差水平的导数，或

-评估(130)所述第一出口(10)处的压力与所述入口(8)处的压力之间的压差水平的导数，或

-跟踪(132)所述第一出口(10)处的压力并评估(134)所述第一出口(10)处的压力变化。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述离心分离器(1)包括布置成与所述第一出口(10)流体连通的第一出口阀(14)，且其中响应于所述急剧的压力变化来控制(112)所述离心分离器(1)的步骤包括以下步骤：

-响应于所述急剧的压力变化来控制(136)所述第一出口阀(14)。

5.根据权利要求4所述的方法(100)，其特征在于，响应于所述急剧的压力变化来控制(136)所述第一出口阀(14)的步骤包括以下步骤：

-至少部分地打开(138)所述第一出口阀(14)以提供通过所述至少一个通道(16,16')和所述第一出口(10)的重相流。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述方法(100)包括以下步骤：

-确定(140)从开始(104)将所述液体进料混合物供应到所述分离空间(6)中的步骤直到确定(110)在所述第一出口(10)处发生急剧的压力变化的步骤的第一时间段T₁。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述方法(100)包括以下步骤：

-确定(142)通过所述入口(8)的液体进料混合物的流速Q_tot。

8.根据权利要求6和7所述的方法(100)，其特征在于，所述至少一个通道(16,16')中的每个在所述分离空间(6)的至少一个径向外部(18,18')处包括外端(30,30')，其中所述分离空间(6)包括从所述分离空间(6)的径向最外周延伸到所述外端(30,30')处的径向位置的重相体积V_HP，且其中所述方法(100)包括以下步骤：

-基于所述分离空间(6)的重相体积V_HP、液体进料混合物流的所述流速Q_tot和所述第一时间段T₁来计算(144)所述液体进料混合物的重相含量。

9.根据权利要求8所述的方法(100)，其特征在于，响应于所述急剧的压力变化来控制(112)所述离心分离器(1)的步骤另外基于如在计算(144)步骤中计算的所述液体进料混合物的重相含量。

10.根据权利要求6所述的方法(100)，其特征在于，响应于所述急剧的压力变化来控制(112)所述离心分离器(1)的步骤在所述第一时间段T₁结束之后的特定时间段T_spec执行。

11.根据权利要求10所述的方法(100)，其特征在于，所述特定时间段T_spec基于所述分离空间(6)的部分体积的大小。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述液体进料混合物和所述重相包括固体物质含量。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述方法(100)包括以下步骤：

-控制(146)在所述第二出口(9)中的轻相流。

14. 根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，其特征在于，所述转子(11)包括可间歇地打开的出口开口(34,34')，且其中所述方法(100)包括以下步骤：

-经由所述出口开口(34,34')排放(148)所述液体进料混合物的一个或多个部分，以及

-至少重复(150)所述方法(100)的以下步骤：旋转(102)所述转子(11)，开始(104)供应所述液体进料混合物，分离(106)所述液体进料混合物，确定(108)所述压力累积时段已过去，确定(110)急剧的压力变化，以及控制(112)所述离心分离器(1)。

15.一种离心分离器(1)，所述离心分离器(1)构造成从液体进料混合物中分离重相和轻相，所述离心分离器(1)包括

转子(11)，所述转子(11)在其中界定分离空间(6)，

入口(8)，所述入口(8)用于将所述液体进料混合物引导到所述分离空间(6)中，

第一出口(10)，所述第一出口(10)用于所述重相，

第二出口(9)，所述第二出口(9)用于所述轻相，以及

至少一个通道(16,16')，所述至少一个通道(16,16')从所述分离空间(6)的至少一个径向外部(18,18')朝向所述转子(11)的中心部延伸，其中

所述第一出口(10)布置成与所述至少一个通道(16,16')流体连通，

其特征在于

所述离心分离器包括控制单元(12)和连接到所述控制单元(12)的压力传感器(50)，其中所述压力传感器(50)布置成感测所述第一出口(10)中的压力，且其中

所述控制单元(12)配置成用于：

-确定开始将所述液体进料混合物供应到所述分离空间(6)中，

-确定所述第一出口(10)中的压力上的急剧的压力变化，以及

-响应于所述急剧的压力变化来控制所述离心分离器(1)。

16.根据权利要求15所述的离心分离器(1)，其特征在于，所述控制单元(12)还配置成用于：

-确定在所述第一出口(10)处压力累积时段已过去。

17.根据权利要求15或16所述的离心分离器(1)，其特征在于，所述离心分离器(1)包括布置成与所述第一出口(10)流体连通的第一出口阀(14)，其中所述第一出口阀(14)连接到所述控制单元(12)，且其中所述控制单元(12)配置成用于：

-响应于所述急剧的压力变化来控制所述第一出口阀(14)，如至少部分地打开所述第一出口阀(14)。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的离心分离器(1)，其特征在于，所述控制单元(12)配置成用于：

-确定从开始将所述液体进料混合物供应到所述分离空间(6)中直到确定在所述第一出口(10)处发生急剧的压力变化的第一时间段T₁。

19.根据权利要求15-18中任一项所述的离心分离器(1)，其特征在于，所述离心分离器(1)包括在所述入口(8)处的流量计，其中所述控制单元(12)配置成用于：

-确定通过所述入口(8)的所述液体进料混合物的流速Q_tot。

20.根据权利要求18和19所述的离心分离器(1)，其特征在于，所述控制单元(12)配置成用于：

-基于所述分离空间(6)的重相体积V_HP、液体进料混合物流的所述流速Q_tot和所述第一时间段T₁来计算所述液体进料混合物中的重相含量。

21.根据权利要求15-20中任一项所述的离心分离器(1)，其特征在于，所述离心分离器(1)包括布置成与所述第二出口(9)流体连通的第二出口阀(56)，其中所述第二出口阀(56)连接至所述控制单元(12)，且其中所述控制单元(12)配置成用于：

-控制所述第二出口(9)中的轻相流。

22.根据权利要求15-21中任一项所述的离心分离器(1)，其特征在于，所述转子(11)包括可间歇地打开的出口开口(34,34')。

23.根据权利要求15-22中任一项所述的离心分离器(1)，其特征在于，所述至少一个通道(16,16')中的每个包括管(60)，所述管(60)从所述分离空间(6)的至少一个径向外部(18,18')朝向所述转子(11)的中心部延伸，且其中所述第一出口(10)布置成与所述管(60)流体连通。

24.根据权利要求15-23中任一项所述的离心分离器(1)，其特征在于，所述第一出口(10)和所述第二出口(9)是气密密封的出口。

25.根据权利要求15-23中任一项所述的离心分离器(1)，其特征在于，所述入口(8)是气密密封的入口。

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