DD262122A3 - METHOD FOR PRODUCING FLOW-RELIABLE SUSPENSIONS OF EQUAL CONSISTENCY - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung fliessfaehiger Suspensionen mit definierter Konsistenz durch Zusetzen reiner Fluessigphase zu fliessfaehigen Rohsuspensionen unbekannter Konsistenz mit geringem apparativen und regeltechnischen Aufwand, unter Nutzung technologisch vorhandener Groessen als Massgroessen zur Regelung und ohne gesonderte Bestimmung der Rohsuspension. Das wird durch eine apparative Anordnung realisiert, in der eine definierte Menge Rohsuspension aus einem Behaelter (1) durch ein vertikal angeordnetes Auslaufrohr (3) zeitlich so ueberlagert mit einem konstanten Fluessigphasenstrom in einen Auffangbehaelter fliesst, dass das gewuenschte Gemisch entsteht. Fig. 1Process for the preparation of free-flowing suspensions of defined consistency by adding pure liquid phase to flowable raw suspensions of unknown consistency with little technical and regulatory effort, using technologically available sizes as a measure of control and without separate determination of the crude suspension. This is realized by an apparatus arrangement in which a defined amount of crude suspension from a container (1) through a vertically arranged outlet pipe (3) overlaps in time with a constant flow of liquid phase into a collecting container, that the desired mixture is formed. Fig. 1
Description
Hierzu 6 Seiten ZeichnungenFor this 6 pages drawings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fließfähiger Suspensionen mit definierter Konsistenz durch Zusetzen reiner Flüssigphase zu einer fließfähigen Rohsuspension unbekannter Konsistenz.The invention relates to a method for producing flowable suspensions of defined consistency by adding pure liquid phase to a flowable crude suspension of unknown consistency.
Bedingt durch die hohe Variabilität der Ausgangskomponenten im Verhältnis Flüssigphase zu Feststoffanteil macht sich entsprechend den praktischen Herstellungsbedingungen eine Bestimmung dieses Verhältnisses während des Herstellungsprozesses erforderlich.Due to the high variability of the starting components in the ratio of liquid phase to solid content, a determination of this ratio during the manufacturing process is required in accordance with the practical production conditions.
Wesentliche Grundlage dieser Bestimmung ist die dabei herrschende Konsistenz-Viskositäts-Beziehung der Rohsuspension zu gewünschten Fertigsuspensionen.The essential basis of this provision is the prevailing consistency-viscosity relationship of the crude suspension to desired finished suspensions.
Dabei werden im wesentlichen immer die gleichen Prozeßstufen durchlaufen:Essentially, the same process stages are always run through:
1. Homogenisierung der Rohsuspension mit einem Feststoffanteil über dem Sollwert der Fertigsuspension1. Homogenization of the crude suspension with a solids content above the target value of the finished suspension
2. Bestimmen des Istwertes des Feststoffanteiles2. Determining the actual value of the solids content
3. Nachdosieren des für den Sollwert erforderlichen Flüssigphasenanteiles3. Post-dosing the required liquid phase content for the setpoint
Das Bestimmen des Istwertes des Feststoffanteiles außerhalb des Mischbehälters, ob viskosimetrisch oder gravimetrisch bzw. volumetrisch nach Abscheiden der Flüssigphase anhand von Proben stellt die Ursache für die zeitliche Unterbrechung des Herstellungsprozesses dar und drückt damit den wesentlichen Nachteil aller vom Prozeß getrennten bekannten Bestimmungsverfahren aus.The determination of the actual value of the solids content outside the mixing container, whether viscometric or gravimetric or volumetric after separation of the liquid phase based on samples, is the cause of the interruption of the production process and thus expresses the significant disadvantage of all known determination methods separated from the process.
Darüber hinaus ist ein Verfahren bekannt US 4436429, mit dem eine Flüssigphasenregulierung als Folgesteuerung die momentane Differenz zwischen dem im hydraulisch betriebenen Rührwerksmotor des Mischbehälters anliegendem und einem entsprechend der Sollkonsistenz vorgegebenen Druck so erfolgt, daß kontinuierlich das gewünschte Gemenge entsteht. Die Nutzung des am Rührwerk angreifenden Lastmomentes als Maß zur Bestimmung der gegebenen Konsistenz kann auch wie im Verfahren gemäß US 3195866 beschrieben, über die Stromaufnahme des Mischermotors erfolgen. Die Beziehung zwischen Konsistenz und Lastmoment ergibt sich aus der Drehzahl und Geometrie des Rührwerkes, sowie der Viskosität der Suspension. Die Einstellung der Sollkonsistenz erfolgt durch kontinuierliches bzw. schrittweises Zugeben von Flüssigphase bis zum Erreichen einer der Sollkonsistenz entsprechenden Druckdifferenz oder eines entsprechenden Wertes des Motorstromes. Der Nachteil dieser Verfahren besteht außer in dem relativ hohen rechen-und steuerungstechnischen Aufwand auch noch darin, daß für die Einstellung der Sollkonsistenz in allen Verfahren eine zunächst annähernde und gegen Ende des Prozesses vollständige Homogenisierung der Rohsuspension und auch der fertigen Suspension erforderlich ist. Für die Gebrauchseignung ist aber nur die richtige Konsistenz notwendig, während ihre Homogenität zum Zeitpunkt der Bestimmung und oft auch darüber hinaus ohne Belang ist, so daß für ihre Herstellung nach diesen Verfahren ein zu hoher Aufwand betrieben werden muß. Weitere Nachteile dieses Verfahrens ergeben sich daraus, daß verschiedene Störgrößen, die auf die Einstellung der Konsistenz maßgeblichen Einfluß haben können, nur schwer erfaßt bzw. kontrolliert werden können. Solche Einflußfaktoren können z. B. sein: Veränderungen in der Drehmoment-Motorstromkennlinie infolge von Schwankungen der Netzspannung und infolge Erwärmung des Motors, Auftreten von Ablötungserscheinungen der Strömung am Rührwerk, verbunden mit Wirbel- bzw. Hohlraumbildungen, wodurch wesentliche Abweichung vom normalen Viskositäts-Lastmomentverhalten hervorgerufen werden können. Eine sichere Beherrschung dieser Einflußfaktoren ist nur mit erheblichen Mehraufwendungen möglich, wie z. B.In addition, a method is known US 4436429, with a liquid phase regulation as a follow-up control, the instantaneous difference between the hydraulically operated agitator motor of the mixing container and a predetermined pressure according to the predetermined consistency is carried out so that continuously produces the desired mixture. The use of the load torque acting on the stirrer as a measure for determining the given consistency can also be carried out via the current consumption of the mixer motor as described in the method according to US 3,195,866. The relationship between consistency and load moment arises from the speed and geometry of the agitator, as well as the viscosity of the suspension. The setpoint consistency is set by continuous or incremental addition of liquid phase until a pressure difference corresponding to the setpoint consistency or a corresponding value of the motor current is reached. The disadvantage of this method, except in the relatively high computation and control engineering effort also in that for the adjustment of the target consistency in all procedures an initial approaching and towards the end of the process complete homogenization of the crude suspension and the finished suspension is required. For the suitability for use, however, only the correct consistency is necessary, while their homogeneity at the time of determination and often beyond that is irrelevant, so that for their production by these methods too much effort must be operated. Other disadvantages of this method result from the fact that various disturbances, which can have a significant influence on the setting of the consistency, are difficult to detect or control. Such influencing factors can, for. These include: changes in the torque-motor current characteristic due to fluctuations in the mains voltage and due to heating of the motor, occurrence of flow phenomena of the flow on the stirrer, associated with vortices, which can cause substantial deviation from the normal viscosity load torque behavior. A secure mastery of these factors is only possible with considerable additional expenses, such. B.
eine Stabilisierung der Netzspannung, bzw. des hydraulischen Drucks, eine Überdimensionierung des Rührwerkmotors oder eine strömungstechnisch günstige — mischungstechnisch aber ungünstige Gestaltung des Rührwerks, denn Wirbelbildung ist für eine Viskositätsmessung unerwünscht, aber für den Durchmischungsvorgang hingegen sehr erwünscht.a stabilization of the mains voltage or of the hydraulic pressure, an oversizing of the agitator motor or a flow-technically favorable mixing technology but unfavorable design of the agitator, since vortex formation is undesirable for a viscosity measurement, but very desirable for the mixing process.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das es gestattet die Herstellung fließfähiger Suspensionen mit definierter Konsistenz ohne nennenswerten Aufwand an Zeit, an Meßtechnik zur Bestimmung der sehr unterschiedlichen Ausgangskomponenten, sowie an Steuer- und Regeltechnik zu realisieren.The aim of the invention is to provide a method that allows the production of flowable suspensions with a defined consistency without significant expenditure of time, to realize measuring equipment for determining the very different output components, and to control technology.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, welches es gestattet(fließfähige Suspensionen mit definierter Konsistenz durch Zusetzen reiner Flüssigphase zu fließfähigen Rohsuspensionen unbekannter Konsistenz herzustellen, ohne hierzu eine gesonderte Bestimmung der Konsistenz der Rohsuspensionen durchführen zu müssen.The invention has for its object to find a method which allows ( flowable suspensions with defined consistency by adding pure liquid phase to produce flowable raw suspensions of unknown consistency, without having to carry out a separate determination of the consistency of the crude suspensions.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine im voraus gewählte definierte Menge AVm Rohsuspension aus einem Behälter durch ein vertikal angeordnetes Ausflußrohr mit definierten Abmessungen in einen darunter befindlichen Auffangbehälter abläuft und daß nach Ablauf einer durch die Abmessungen des Auslaufrohres, sowie durch die gewünschte Konsistenz der herzustellenden Suspension bestimmbaren Zeitto, Flüssigphase mit einer konstanten, entsprechend der im voraus gewählten, definierten Menge an Rohsuspension, den Abmessungen des Auslaufrohres und der gegebenen materialspezifischen Viskositäts-Konsistenz-Eigenschaften der Suspensionen fest eingestellten Zulaufgeschwindigkeit, solange der Rohsuspension im Auffangbehälter zugeführt wird, bis die im voraus gewählte definierte Menge AVm an Rohsuspension nach der Zeit ti aus dem Behälter ausgelaufen ist.According to the invention, this object is achieved in that a preselected defined amount AVm raw suspension from a container through a vertically arranged Ausflußrohr runs with defined dimensions in a collecting container underneath and that after expiration of a by the dimensions of the outlet pipe, and by the desired consistency of suspension to be determined timed o , liquid phase with a constant, according to the pre-selected, defined amount of crude suspension, the dimensions of the outlet pipe and the given material-specific viscosity-consistency properties of the suspensions fixed set feed rate, as long as the crude suspension is supplied in the collecting container until the pre-selected defined amount AVm of raw suspension has elapsed from the container after the time ti.
Dadurch wird erreicht, daß der im voraus gewählten definierten Menge AVm an Rohsuspension unbekannter Konsistenz genau die Menge AVF an Flüssigphase zugeführt wird, die zur Herstellung der gewünschten Konsistenz benötigt wird. ;This ensures that the preselected defined quantity AVm of raw suspension of unknown consistency is supplied with exactly the amount AV F of liquid phase required to produce the desired consistency. ;
Eine weitere Homogenisierung der Suspension ist für analytische Zwecke und auch darüber hinaus nicht erforderlich, wenn die gesamte im Auffangbehälter vorliegende Charge geschlossen in den Weiterverarbeitungsprozeß gelangt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine apparativ sehr einfache Anordnung, da auch eine Regulierung der Druckhöhe h-i im Behälter während des Auslaufens der Rohsuspension nicht erforderlich ist.A further homogenization of the suspension is not required for analytical purposes and beyond, if the entire batch present in the collecting container is closed in the further processing process. The inventive method allows a very simple apparatus arrangement, since a regulation of the pressure level h-i in the container during the expiration of the crude suspension is not required.
Es kann aber in bestimmten Fällen technologisch vorteilhaft sein, den Gesamtprozeß in mehrere gleiche Arbeitstakte aufzuteilen und die in Einern Arbeitstakt in den Auffangbehälter ablaufende Menge AVman Rohsuspension im voraus so zu wählen, daß die Druckhöhe Ji1 nicht mehr als 10% abnimmt.However, in certain cases, it may be technologically advantageous to divide the overall process into several equal work cycles and to preselect in advance the amount of AVman raw suspension which occurs in one cycle in the collecting vessel so that the pressure head Ji 1 does not decrease by more than 10%.
Dadurch wird erreicht, daß die Auslaufgeschwindigkeit der Rohsuspension auf ihrem hohen Anfangswert erhalten bleibt, wenn die Druckhöhe h-, zwischen Auslauftakten auf den Anfangswert h0 zurückgeführt wird, so daß die Zeit für die Verarbeitung einer bestimmten Gesamtmenge an Rohsuspension insgesamt verkürzt werden kann. Außerdem kann damit die Dosierung einer Gesamtmenge von Suspension der gewünschten Konsistenz mit einer relativen Abweichung vom Sollwert dieser Gesamtmenge erreicht werden, die dem Verhältnis des vorgegebenen AVm"eines Arbeitstaktes zum einzustellenden Gesamtvolumen der fertigen Suspension entspricht.This ensures that the discharge speed of the crude suspension is maintained at its high initial value when the pressure h, is returned between discharge cycles to the initial value h 0 , so that the time for processing a certain total amount of crude suspension can be shortened. In addition, it can thus be achieved the dosage of a total amount of suspension of the desired consistency with a relative deviation from the setpoint of this total amount, which corresponds to the ratio of the predetermined AVm "a working cycle to be set total volume of the finished suspension.
In solchen Fällen, in denen die Gesamtmenge der in einer Charge herzustellenden Suspension das Fassungsvermögen des Behälters um ein vielfaches übersteigt, ist es technologisch vorteilhaft, die Höhe des Druckes über dem Einlaufniveau (8) des Auslaufrohres zu regulieren und vorzugsweise konstant zu halten. Damit wird erreicht, daß der Behälter mit unverminderter Auslaufgeschwindigkeit entleert werden kann, was zu einer erheblichen Verkürzung der Taktzeit führt. Eine konstante Höhe des Druckes kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, daß ein oder mehrere Verdrängungskörper vorgesehen sind, deren Volumen entsprechend dem Volumen der ausgeflossenen Rohsuspension zunimmt und damit die Druckhöhe h0 konstant bleibt.In such cases, where the total amount of suspension to be produced in a batch exceeds the capacity of the container many times, it is technologically advantageous to regulate and preferably keep the level of pressure above the inlet level (8) of the outlet pipe. This ensures that the container can be emptied with undiminished discharge speed, resulting in a significant reduction in cycle time. A constant height of the pressure can be achieved, for example, by providing one or more displacement bodies, the volume of which increases in accordance with the volume of the raw suspension that has flowed out, and thus the pressure level h 0 remains constant.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, über der Rohsuspension im Behälter ein geschlossenes Gasdruckpolster, dessen Druck Pd während des Auslaufvorganges proportional der Druckhöhendifferenz Ah zwischen dem ursprünglichen und jeweils erreichten Füllstand erhöht wird, dergestalt, daß die Summe von Druck Pq und dem jeweiligen anliegenden hydrostatischen Druck der Rohsuspension konstant ist.Another possibility is, above the raw suspension in the container, a closed gas pressure cushion, the pressure Pd is increased during the discharge process proportional to the pressure difference Ah between the original and each achieved level, such that the sum of pressure Pq and the respective applied hydrostatic pressure of the Raw suspension is constant.
Bei Anwendungsfällen mit sehr hohen Anforderungen an die Genauigkeit der zu erzielenden Konsistenzwerte kann eine mehrstufige Anwendung des Verfahrens zweckmäßig sein, wobei jede nachfolgende Stufe der Kontrolle und Korrektur der Fehler der vorangegangenen Stufe dient und eine Verringerung der Fehlergröße von Stufe zu Stufe eintritt.In applications with very high demands on the accuracy of the consistency values to be achieved, a multi-stage application of the method may be expedient, with each succeeding stage serving to control and correct the errors of the preceding stage and to reduce the size of the errors from stage to stage.
Die Erfindung soll nachstehend durch Ausführungsbeispiele erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained below by embodiments. The accompanying drawings show:
Fig. 1: Apparative Anordnung zur VerfahrensrealisierungFig. 1: Apparative arrangement for process realization
Fig. 2: V-t-Diagramm zur Darstellung des Verfahrensablaufes gemäß Fig. 12: V-t diagram for illustrating the method sequence according to FIG. 1
Fig. 3: V-t-Diagramm zur Flüssigkeitsphasenzugabe gem. Fig. 1Fig. 3: V-t diagram for liquid phase addition acc. Fig. 1
Fig.4: Apparative Anordnung zur Verfahrensrealisierung mitAVm 10%Fig. 4: Apparatus arrangement for process realization with 10%
Fig. 5/6: Apparative Anordnung zur Verfahrensrealisierung mit ho = konstantFig. 5/6: Apparative arrangement for process realization with h o = constant
Fig. 7: Apparative Anordnung zur Verfahrensrealisierung mit GasdruckpolsterFig. 7: Apparative arrangement for process realization with gas pressure cushion
Fig. 8: V-t-Diagramm zur Verfahrensrealisierung gem. Fig. 5,6 und 7Fig. 8: V-t diagram for process realization acc. FIGS. 5, 6 and 7
Nach Figur 1-3 wird in einem Behälter (1) eine Menge Vm0 an fließfähiger Rohsuspension durch einen Überlauf (5) und/oder einen Schwimmer (6) vorgegeben. Im Auslauftakt TA wird über ein vertikal angeordnetes Auslauf rohr (2) eine im voraus gewählteAccording to FIGS. 1-3, a quantity Vm 0 of a flowable raw suspension through an overflow (5) and / or a float (6) is predetermined in a container (1). In the outlet stroke T A is a vertically arranged outlet pipe (2) one in advance selected
definierte Menge AVm an fließfähiger Rohsuspension in einen darunter befindlichen Auffangbehälter (3) abgelassen. Zum vorgegebenen Zeitpunkt t0 gem. Fig.2 wird der Flüssigphasenzulauf (4) geöffnet.Defined amount AVm drained on flowable raw suspension into a collecting container located below (3). At the given time t 0 acc. 2, the liquid phase inlet (4) is opened.
Ein konstanter Flüssigphasenstrom tan α fließt während der Zeit At gleichzeitig mit der auslaufenden Rohsuspension in den Auffangbehälter (3).A constant liquid phase flow tan α flows during the time At simultaneously with the outgoing raw suspension into the collecting container (3).
Ist die im voraus gewählte definierte Menge AVm an Rohsuspension zum Zeitpunkt ^ aus dem Behälter (1) ausgelaufen, wird sowohl das Auslauf rohr (2), als auch der Flüssigphasenzulauf (4) geschlossen und somit der Auslauftakt TA beendet. Das im Auffangbehälter (3) entstandene Gemenge hat die gewünschte Zusammensetzung und kann homogenisiert werden, wobei es dann die gewünschte Konsistenz aufweist, oder geschlossen einem nachfolgenden Verarbeitungsprozeß zugeführt werden.If the preselected defined amount AVm of raw suspension at the time ^ has leaked out of the container (1), both the outlet pipe (2) and the liquid phase inlet (4) are closed and thus the discharge cycle T A is terminated. The mixture formed in the collecting container (3) has the desired composition and can be homogenized, in which case it has the desired consistency, or be fed closed to a subsequent processing process.
Durch einen Fülltakt TF, in dem der Behälter (1) auf das Volumen Vm0 aufgefüllt wird, wird der Ausgangszustand wieder hergestellt und der Arbeitstakt T abgeschlossen.By a filling cycle T F , in which the container (1) is filled to the volume Vm 0 , the initial state is restored and the power stroke T completed.
Eine Verkürzung des Gesamtprozesses bei gleicher apparativer Anordnung nach Fig. 1 und vorgenanntem Verfahrensablauf wird durch eine Verringerung des Verhältnisses von AVm zu Vm0 kleiner oder gleich dem Wert 0,1 und einer Hintereinanderfolge mehrerer Arbeitstakte T entsprechend Fig. 4 erreicht. Eine Variante dieses Verfahrensprinzips wird durch die Figuren 5-8 dargestellt.A shortening of the overall process with the same apparative arrangement according to Fig. 1 and the aforementioned procedure is achieved by reducing the ratio of AVm to Vm 0 less than or equal to the value 0.1 and a succession of several cycles T corresponding to FIG. A variant of this method principle is represented by FIGS. 5-8.
Bei der Nutzung des Verfahrensprinzips mit veränderter apparativer Anordnung gemäß Fig. 5,6 und 7 wird dfe Dauer des Auslauftaktes Ta wie folgt verkürzt. Durch definiertes Einführen eines Verdrängungskörpers (7) gemäß Fig.5und6in die im Behälter (1) befindliche Rohsuspension über den Zeitraum des Auslauftaktes TA, wird gerade immer soviel Rohsuspension verdrängt, wie bis zu dem jeweiligen Zeitpunkt ausgelaufen ist. Die damit erreichte Beibehaltung der Anfangsdruckhöhe h0 bewirkt eine Erhaltung der Anfangsauslaufgeschwindigkeit und damit eine Verkürzung des Auslauftaktes Ta. Die Beibehaltung der Anfangsauslaufgeschwindigkeit wird ebenfalls erreicht, wenn, wie in Fig.7 gezeigt, auf den Spiegel der Rohsuspension ein proportional zur sinkenden Druckhöhe h steigender Gasdruck PD aufgebracht wird. Hierzu ist ein geschlossener Behälter (1) erforderlich.When using the method principle with a modified apparatus arrangement according to FIGS. 5, 6 and 7, the duration of the discharge cycle Ta is shortened as follows. By defined introduction of a displacement body (7) according to Fig.5und6in the container (1) located raw suspension over the period of the discharge cycle T A , just as much raw suspension is always displaced, as has expired up to the respective time. The maintenance of the initial discharge speed h 0 thus preserves the initial discharge rate and thus a shortening of the discharge cycle Ta. Maintaining the initial discharge rate is also achieved when, as shown in FIG. 7, the proportion of the crude suspension increases in proportion to the decreasing pressure level h Gas pressure P D is applied. For this purpose, a closed container (1) is required.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich vor allem durch seinen geringen apparativen und regelungstechnischen Aufwand aus.The inventive method is characterized mainly by its low apparatus and control engineering effort.
Von großem Vorteil erweist es sich, daß ständig vorhandene, technologische Größen als Maßgrößen für die Regelprozesse einen Einsatz besonderer Meßtechnik erübrigt. Die notwendige Fließfähigkeit der Rohsuspension erfordert es nicht, den sehr hohen Aufwand für eine durchgängige Homogenisierung zu betreiben.Of great advantage proves that constantly existing technological sizes are unnecessary as a measure of the control processes, a use of special measuring technology. The necessary flowability of the raw suspension does not require to operate the very high cost of a continuous homogenization.
Die Variabilität der apparativen Ausbildung ermöglicht eine hohe Anpassungsfähigkeit an die unterschiedlichsten technologischen Anforderungen bei der Herstellung und Weiterverarbeitung solcher Suspensionen.The variability of the apparatus design allows a high adaptability to a wide variety of technological requirements in the production and further processing of such suspensions.
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