CN1666090A - 具有排放压力补偿器的失重进料器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进的失重进料器及其应用方法，它具有物料输送系统、用于物料输入的重量传感装置、按照对正在加工的单位时间内单位重量物料或者总重量变化的响应将流动调节到指定速率的质流控制机构和排料出口，其中改进包括与排料出口柔性连接的排放压力补偿器。当向非环境压力系统加料时，所述进料器是特别有用的，改进了性能可靠性、进料速率准确性，并最小化进料器干扰，允许严格控制和减少进料速率变化。

Description

具有排放压力补偿器的失重进料器
发明领域
本发明涉及一种具有改进性能的失重质流系统，用于控制排放系统中的固体物料，这些物料经受了会干扰重量检测的波动。
发明背景
失重进料器通常在工业方法中用于块状固体的质流计量。这些进料器是精确的重力设备，按照在一定时间内的重量丧失来操作，产生基于初始设定点的质流速率。为了精确，进料器悬挂在高分辨天平机构(重量传感设备)上。要加入的物料在输送时被连续或间歇地称重，并将重量转化成电信号，用于指示加入的物料的减少速率。对比检测值与表示所需进料速率的设定值，并调节进料速率，从而保持在所需速率下的输送。
对于特别脏和/或有害的物料或者用于食品级或药物应用的物料，可能希望或甚至要求保持物料处于密闭系统中。在这种系统中，进料器与其它连接的设备隔离，使得进料器自由地悬挂在其用于准确失重检测的天平机构上。
对于排放入密闭系统，特别是非环境压力环境例如在加压或真空下操作的工艺中的失重进料器，非常小的压力波动(例如，小于1英寸(2.54cm)水压波动)会与所产生的力相互作用，扰动了天平重量检测，导致不正确的进料速率检测和进料设备准确性的改变。这些压力波动在压力脉冲时出现，这些脉冲通常通过在重量传感装置上施加的垂直的向上或向下的力影响进料器的瞬时重量检测，导致重量检测的或高或低的不正确读数。错误读数产生失重速率变化；进料器控制器感受到太多或太少的物料从进料器排出。为了补偿，进料器控制器降低或增加速度以满足设定值，按单位时间排放或更多或更少的物料。结果是在这些干扰过程中不准确的质流计量和进料速率改变。
进料速率在其中进料器按照比例控制一个或多个其它流动变量的连续应用中是特别关键的。错误的进料速率也会引起在间歇应用中的质流变化问题。
先前的努力致力于当在密闭系统中需要准确重量测量时的错误检测问题。其中一些努力在重量控制系统和进料器的电子系统中使用算法以识别干扰和调节控制器作用。参见例如美国专利4054784。但是，这些努力没有解决问题的根本起因。其它尝试试图克服由于压力脉冲引起的错误重量检测问题，包括在进料器排料出口提供软保护套以排除压力干扰。但是，软保护套易于堵塞，因此丧失其优势。此外，根据要输送的物料的性质，如果使用软保护套，可能有安全和/或环境问题。
另一种补偿压力波动的方法是在系统中形成通气口，该通气口与常压源连接，并提供灰尘收集系统。例如，通气口可以位于排放滑槽沿线或者设备的下游。与这种方法相关的问题是灰尘收集系统的操作和保养是昂贵的，而且灰尘收集系统本身会发生间歇的压力波动，进一步干扰进料器的重量传感和重力操作。此外，通气管可能堵塞和停止排除压力扰动。
所以，仍然需要改进失重进料器，特别是对于在密闭系统中使用的那些，以使它们不受干扰例如下游压力变化的影响。此外，需要一种失重进料器，其操作便宜，并提供改进的准确性，特别在不能容忍进料速率变化的连续操作中。本发明满足这些要求。
发明概述
本发明包括一种改进的失重进料器，它具有物料输送系统、用于物料输入的重量传感装置、按照对正在加工的单位时间内单位重量物料或者总重量变化的响应将流动调节到指定速率的质流控制机构和排料出口，其中改进包括与排料出口柔性连接的排放压力补偿器。
本发明还包括一种将物料加入到工艺过程中的方法，包括从改进的失重进料器排放物料，失重进料器具有物料输送系统、用于物料输入的重量传感装置、按照对正在加工的单位时间内单位重量物料或者总重量变化的响应将流动调节到指定速率的质流控制机构和排料出口，其中改进包括与排料出口柔性连接的排放压力补偿器。
本发明还包括一种在密闭工艺中抵抗由下游干扰引起的力的方法，在密闭工艺中通过从输送系统减少重量来计量加入物料，包括增加与输送系统的排料出口柔性连接的排放压力补偿器。
本发明还包括一种降低失重进料器的进料速率变化的方法，包括增加与进料器的排料出口柔性连接的排放压力补偿器。
本发明的改进的失重进料器和方法可以用于任何需要在密闭系统内准确计量物料的工艺中。所述改进的进料器和方法特别用于易受压力波动影响的工艺中，例如其中在非环境压力系统中的那些。在这些系统中，所述进料器和方法特别有利地提供在性能可靠性、进料速率准确性、最小化进料器干扰和紧密控制并减少进料速率变化方面的改进。改进的进料器和方法用于各种其中使用重量加料系统的工业中。一些例子包括塑料(包括添加剂例如颜料、抗氧化剂)、食品(例如生产花生酱、糖果、面包、维化面粉)、化学品(洗涤剂、着色工艺)、药物、水泥和建筑材料。
附图简述
图1是根据本发明的失重进料器的示意图。
图2是现有技术的失重进料器的示意图。
发明的详细描述
本发明提供了一种具有排放压力补偿器的改进失重进料器。它特别用于密闭系统，和用于连续质流进料应用或者整体化浴进料应用。特别用于连续操作。该进料器特别适用于准确和可靠地计量固体。进料器有利地用于其中加入的固体具有高起尘倾向和/或包含有害物料的工艺。这种失重进料器可以应用于其中向化学或共混操作中加入的添加剂比例必须严格控制的应用中。另外，所述进料器特别用于食品和药物工业，其中密闭系统对于防止污染并满足USDA和FDA标准是重要的。所述进料器用于连续或间歇加料到密闭系统中。
失重进料器通常可以从制造商处商业获得，例如Acrison，Inc(Moonachie，NJ)、K-Tron Soder(Pitman，NJ)、Merrick Industries(Lynn Haven，FL)和Schenk AccuRate(Whitewater，WI)。任何一种可以按照本发明进行改进。
一般而言，本发明的改进失重进料器包括物料输送系统、用于物料输入的重量传感装置、按照对正在加工的单位时间内单位重量物料或者总重量变化的响应将流动调节到指定速率的质流控制机构和排料出口，其中改进包括与排料出口柔性连接的排放压力补偿器。
进料器的物料输送系统包括任何适合按照可控方式排放物料的进料装置。一个实施方案包括容器，例如进料器或料斗，用于用待输送的材料或物料预先填充，具有用于从容器将物料加入进料器排料出口的装置，例如螺杆进料器、推进进料器、泵、皮带运输机、阀或百叶或震动盘。进料通过马达、计算机或其它这种装置控制以推进物料通过系统。任选地存在再填充进料器系统，自动以可控速率将物料加入物料输送系统，以将物料供应保持在预定的限度内。优选存在再填充进料器系统以进行连续操作。参见例如美国专利再版32101、32102和美国专利4320855。
进料器的重量传感装置包括用于将正在输送的物料称重的装置，和与其连接的用于产生与其重量成比例的电信号的装置。任何常规的重量传感装置可以用于本发明中，它们产生与容器及其内容物的重量成比例的电信号。合适的装置包括天平、载荷池、反平衡称重机构或者其它基于线性可变差动变压器的装置。
质流控制机构包括用于接收电信号的装置，它将电信号与设定点标准比较或者与要添加的总重量相比较，根据比较计算误差或正确的信号，并产生一个或多个输出信号来按照对正在加工的单位时间内单位重量物料或者总重量变化的响应调节在物料输送系统中流动的速率。质流控制机构通常是计算机系统，包括相关的硬件、软件和算法，用于显示数据、输入系统控制和调节，以及警告指示器来保持操作者知情。这些系统是本领域公知的。流动控制机构优选将进料速率或者流动控制在恒定值。
排料出口包括用于将物料排出失重进料器的管道。出口具有与物料输送系统匹配的材料、形状和尺寸。在本发明中，该出口与排放压力补偿器连接，并与另外的排放滑槽或管道连接，它们将物料输送到总工艺的下一步骤或阶段。
在本发明的改进失重进料器中，使用排放压力补偿器。排放压力补偿器包括柔性连接到排料出口和安装到固定支架上的密闭接头。它通常是密闭的封端，并安装在与物料输送系统和重量传感装置独立的固定支架上。因此，波动，例如密闭系统中的压力变化(通常干扰用物料输送系统加工的物料的重量检测)被转移到排放压力补偿器并被其吸收，使得重量检测不受影响。排放压力补偿器提供了抗衡由这些波动产生的力的方法。
排放压力补偿器由一种或多种各种合适的材料制成。合适的材料的例子包括但不限于金属、塑料、聚合物、木材、石材、水泥、陶瓷或它们的混合物。接头的尺寸或形状可以变化，根据具体工艺和其中使用的设备而定，只要其具有与排料出口的柔性连接并安装在固定支架上即可。与固定支架的连接是非柔性的。当实施方案是闭合的封端时，它的端部是平的或圆的，长度可以变化。一般而言，它的长度小于24英寸(61厘米)，优选小于12英寸(30.5厘米)，直径与排料出口、通向工艺下一阶段的滑槽或导管的直径相当。排放压力补偿器的作用是保持物料输送系统作为密闭系统通过与排料出口的柔性连接来排料和将由波动引起的力例如压力变化转移到与重量传感装置和物料输送系统独立的固定支架上。
在排料出口和排放压力补偿器之间的连接，以及在排料出口和排料滑槽之间的连接是柔性的。各种柔性套筒在这里是适用的，并由选自适合与正在加工的物料接触的物料制成。这些套筒通常由细织布、聚合物或共聚物制成。例子包括尼龙、棉、聚酯、聚烯烃、聚四氟乙烯、聚氯乙烯，以及它们的混合物和共聚物。这些套筒可以涂覆或浸渍以具有耐化学品性和抵抗系统内的灰尘污染。为了将排料出口的移动与物料输送系统和重量传感装置隔开，并与排料滑槽或管道隔开，柔性是需要的。这些套筒通过粘合剂、带夹或适用于这种连接的带状材料连接。优选的是，柔性套筒连续地连接以提供不对环境开放的密封或闭合的系统。套筒的尺寸是适合所用具体设备的。套筒的长度通常小于24英寸(61厘米)，优选小于12英寸(30.5厘米)。
为了使性能优化，与排料出口连接的柔性套筒具有大约相同或相当的横截面积。与排料滑槽和排放压力补偿器的连接位于排料出口的不同侧面。为了优化性能，柔性套筒优选与排料出口的对面连接，并彼此形成180°角。
本发明的改进进料器的一个实施方案参考图1描述。图1示意性地描述了改进的失重进料器。物料输送系统包括料斗1，其中装入要加入的材料或物料，和进料装置4，用于排出该物料。没有显示任选的用于保持物料输送系统中预定量物料的自动再装料系统。
还有重量传感装置2，通过检测物料输送系统的料斗和其中要排出的物料的重量来测定正在排放的物料的重量。所输送的重量通过差别确定。任何常规的重量传感装置用于本发明，这产生与料斗和其中物料总重量成比例的电信号。重量传感装置可以是天平，但通常包括载荷池2，如图1所示，或者其它基于线性可变差动变压器(LVDT)或抗衡称重机构的装置。高分辨载荷池是优选的重量传感装置。尽管在图1和2中重量传感装置显示位于料斗1之下，但是料斗也可以从支架上悬挂下来，并且重量传感装置也可以位于料斗之上。载荷池与弹簧3一起作用，响应重量的损失或增加。重量传感装置产生与重量检测对应的信号。料斗中物料的重量被连续地检测，或为了实际目的间隔检测。
与重量传感装置连接的是质流控制机构(未显示)，它接收从重量传感装置传来的信号，将信号与设定值比较。设定值可以是工艺过程的进料速率，或者要加入工艺过程中的进料总重量。有利的是，流动控制系统将物料的进料速率控制在恒定值。除此之外或者另外地，特别是对于间歇操作，流动控制系统可以将信号与要加入的进料总重量比较。可用于本发明失重进料器的流动控制系统的组件，包括计算机硬件、软件和算法是本领域公知的。参见例如美国专利4320855(及其再版32101和32102)；4762252、4579252和5103401。
物料从料斗1流向进料装置4，其可以是任何常规的物料进料装置，例如螺杆进料器或推进进料器，或任何合适的装置，例如带、旋转阀、百叶或震动盘，用于以控制的方式进行物料的排料。进料装置4通常将是螺杆进料器。进料装置4通过合适的马达驱动，未显示。马达接收流动控制系统响应设定值与来自重量传感装置的信号比较结果而发出的信号，以控制(即提高或降低)物料从料斗排出的速率。
物料从进料装置4流向进料器排料出口5。从排料出口5，物料进入排料滑槽6。排料出口5按照密封的关系与排放压力补偿器柔性连接，该补偿器包括封端接头7。排料出口5也可以在另一侧，优选与和排放压力补偿器连接相对一侧按照密封的关系与排料滑槽6柔性连接。柔性通常通过8和9所示的柔性套筒提供。优选的是，柔性连接8和9具有相同的横截面尺寸。
封端接头7安装在固定支架10上，这完成了排放压力补偿器。封端接头7支载在固定支架10上，该支架与输送系统4、料斗1和重量传感装置2独立。
从排料滑槽6，物料按照箭头11所示的方向进入总工艺的下一步骤或阶段。该工艺包括诸如混合或共混、化学加工、化学反应或传递操作之类的操作。
在圆圈内由箭头指示的点A表示力，通常向上或向下，是由工艺中的干扰引起的，例如下游压力变化，该力被转移到固定支架10而不是进料器装置4。因此，进料器重量检测以及计算的进料速率不受该力的影响，进料速率更均匀。
图2示意性地显示现有技术中的典型失重进料器。这些数字对应于图1所示的组件。注意，图2中没有包括封端接头7和固定支架10的排放压力补偿器，以及在排料出口5和排放压力补偿器之间的柔性连接。因此，在点A，通常向上或向下的由工艺过程中的干扰例如下游压力变化引起的力被转移到进料装置4，从而影响进料器重量检测和计算的进料速率。
本发明还包括一种将物料加入到工艺过程中的方法，包括从上述改进的具有排放压力补偿器的失重进料器排放物料。本发明的方法可以用于任何其中需要准确计量物料，特别是易受压力波动影响的密闭系统工艺的方法，例如在非环境压力系统中的那些。该方法适用于连续质流速率进料应用和整体化间歇进料应用。本发明的方法特别用于连续的质流进料操作，因为它提供了在进料速率准确性方面的改进，最小化进料器波动，并允许严格控制和减少进料速率变化。本发明方法的改进准确性在其中进料器是与一个或多个其它流动变量成比例控制的工艺中是特别有利的。
本发明还包括一种在密闭工艺中抵抗由下游干扰引起的力的方法，其中在密闭工艺中通过重量从输送系统计量加入物料，该方法包括增加与输送系统的排料出口柔性连接的排放压力补偿器。在该方法中，输送系统包括如上所述的具有排放压力补偿器的改进失重进料器。排放压力补偿器是如上所详述的，安装在固定支架上，并柔性连接到排料出口，该出口又柔性连接到用于将物料输送到该工艺下一步骤或阶段的排料滑槽或导管。工艺干扰通常是下游压力变化或其它对输送系统的重量检测有不利影响的干扰。从下游干扰产生的力被转移到排放压力补偿器并被其抵消，从而使重量检测不受影响。
尽管压力波动已经用于例示这里的工艺干扰的类型，但是认为工艺干扰的来源是不重要的。只要干扰是破坏准确的重量检测和能够被排放压力补偿器吸收，本发明的改进失重进料器和方法的优点将得以实现。
本发明进一步包括一种降低失重进料器的进料速率变化的方法，包括增加与进料器的排料出口柔性连接的排放压力补偿器。商业上可得的进料器，以及在工艺中已经使用的那些进料器，都可以使用本发明方法改进以通过降低由重量检测干扰引起的变化来改进进料速率准确性。上述排放压力补偿器被加到进料器上。排放压力补偿器安装在固定支架上，并如上所述与进料器的排料出口柔性连接。排料出口与用于将物料输送到该工艺下一步骤或阶段的排料滑槽或管道柔性连接。柔性连接具有上述的类型和尺寸，并如上所述设置。
本发明解决了在密闭工艺系统中使用的所有类型失重进料器常见的进料准确性问题。本发明是便宜的并易于适用于任何类型的失重进料器。本发明设计简单，完全可行，不需要除普通柔性套筒置换之外的其它保养问题，并避免了使用昂贵设备为常压源提供通气口。本发明适用于存在所述问题的现有进料器应用，或作为任选的附件用于改进新进料器应用中的进料速率准确性。商业可得的进料器可以根据本发明改进以提供所述优点。
实施例
在按照美国专利4579725生产含单过硫酸钾的晶体的方法中，将H2SO5和H2SO4的含水混合物用氢氧化钾水溶液部分中和。所得的混合物是含有活性组分KHSO5的晶体的淤浆。晶体被分离和干燥。排放压力补偿器安装在Acrison 402-200-100-BDF1.5-F型失重进料器上以产生图1所示的进料器。晶体与碳酸镁粉末按照相对目标比例1∶1混合，其中通过图1所示的失重进料器将碳酸镁加入晶体中。
对比例
重复上述实施例的工艺过程，用图2所示的常规失重进料器加入碳酸镁。碳酸镁按照相对目标比例1.43∶1混合，以补偿干扰。干扰导致进料速率变化和向工艺过程中进料时间的变化。在下表1中给出对比结果。
表1
参数 实施例 对比例
平均干扰/天 0  3-6
相对目标比例 1  1.43
比例的相对标准偏差 1  1.88
由上表可见，使用本发明的进料器通过消除对进料器的干扰提供了改进的性能。另外，因为在实施例中消除了干扰，控制设定在较低值，这减少了试剂的使用，从而降低了生产成本和减少了产品杂质。改进的进料器进一步允许严格控制在目标比例附近，如较低的标准偏差所示。

Claims (20)

1.一种改进的失重进料器，它具有物料输送系统、用于物料输入的重量传感装置、按照对正在加工的单位时间内单位重量物料或者总重量变化的响应将物料的流动调节到指定速率的质流控制机构、和排料出口，其中改进包括与排料出口柔性连接的排放压力补偿器。
2.权利要求1的进料器，其中排放压力补偿器包括将柔性套筒与排料出口连接的封端接头。
3.权利要求2的进料器，其中排放压力补偿器与和重量传感装置独立的固定支架连接。
4.权利要求3的进料器，还包括通过柔性套筒与排料出口柔性连接的排料滑槽。
5.权利要求4的进料器，其中将排放压力补偿器与排料出口连接的柔性套筒与将排料出口与排料滑槽连接的柔性套筒具有大约相等的横截面尺寸。
6.权利要求5的进料器，其中柔性套筒连续地连接以提供闭合的系统。
7.权利要求6的进料器，其中将排放压力补偿器与排料出口连接的柔性套筒与将排料出口与排料滑槽连接的柔性套筒位于排料出口的不同侧。
8.权利要求7的进料器，其中将排放压力补偿器与排料出口连接的柔性套筒与将排料出口与排料滑槽连接的柔性套筒位于排料出口的相对侧。
9.权利要求1的进料器，用于连续质流速率进料应用或整体化间歇进料应用。
10.一种将物料加入到工艺过程中的方法，包括从改进的失重进料器排放物料，失重进料器具有物料输送系统、用于物料输入的重量传感装置、按照对正在加工的单位时间内单位重量物料或者总重量变化的响应将物料的流动调节到指定速率的质流控制机构、和排料出口，其中改进包括与排料出口柔性连接的排放压力补偿器。
11.一种在密闭工艺中抵抗由下游压力干扰引起的力的方法，在密闭工艺中通过从输送系统减少重量来计量加入物料，包括增加与输送系统的排料出口柔性连接的排放压力补偿器。
12.一种降低失重进料器的进料速率变化的方法，包括增加与进料器的排料出口柔性连接的排放压力补偿器。
13.权利要求10、11或12的方法，其中排放压力补偿器包括将柔性套筒与排料出口连接的封端接头。
14.权利要求13的方法，其中排放压力补偿器与和重量传感装置独立的固定支架连接。
15.权利要求14的方法，还包括通过柔性套筒与排料出口柔性连接的排料滑槽。
16.权利要求15的方法，其中将排放压力补偿器与排料出口连接的柔性套筒与将排料出口与排料滑槽连接的柔性套筒具有大约相等的横截面尺寸。
17.权利要求16的方法，其中柔性套筒连续地连接以提供闭合的系统。
18.权利要求17的方法，其中将排放压力补偿器与排料出口连接的柔性套筒与将排料出口与排料滑槽连接的柔性套筒位于排料出口的不同侧。
19.权利要求18的方法，其中将排放压力补偿器与排料出口连接的柔性套筒与将排料出口与排料滑槽连接的柔性套筒位于排料出口的相对侧。
20.一种改进的失重进料器，它具有物料输送系统、用于物料输入的重量传感装置、按照对正在加工的单位时间内单位重量物料或者总重量变化的响应将物料的流动调节到指定速率的质流控制机构、排料出口和排料滑槽，其中改进包括作为与和重量传感装置独立的固定支架连接的封端接头而形成的排放压力补偿器，所述排放压力补偿器连续地通过柔性套筒与排料出口的一侧连接，所述排料出口连续地在相对侧通过具有与排料滑槽大约相等横截面尺寸的柔性套筒连接。
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