DE102007012443A1

DE102007012443A1 - Einrichtung zum Regeln der Dichte eines Flüssigkeitsgemisches und Verwendung der Einrichtung

Info

Publication number: DE102007012443A1
Application number: DE200710012443
Authority: DE
Inventors: Oliver Hostenkamp
Original assignee: Lindauer Dornier GmbH
Current assignee: Lindauer Dornier GmbH
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-18
Also published as: WO2008113322A1

Abstract

In einem Ansatzbehälter (1) soll die spezifische Dichte eines Flüssigkeitsgemisches geregelt werden, das aus mindestens zwei Einzelflüssigkeiten besteht. Die Einzelflüssigkeiten werden dem Ansatzbehälter (1) über zwei Zulaufleitungen (9, 10) zugeführt, die mit Stellventilen (7, 8) versehen sind. Eine in dem Ansatzbehälter (1) befindliche Umlaufpumpe (2) fördert einen der Dichtemessung dienenden Messstrom des Flüssigkeitsgemisches über eine Druckleitung (37), einen Überlaufbehälter (17), eine Verbindungsleitung (22), ein Überströmrohr (26), einen Sammelbehälter (24) und eine Rücklaufleitung (35) zurück in den Ansatzbehälter (1). Der Überlaufbehälter (17) dient dazu, den Messstrom mit gleich bleibender Fallhöhe gleichmäßig dem Überströmrohr (26) zuzuführen. In das Überströmrohr (26) taucht von oben ein spindelförmiges Aräometer (27) zur Dichtemessung ein. Die Eintauchtiefe des Aräometers wird mittels eines optischen Distanzsensors (30) ständig gemessen und in einer Steuereinheit (6) ausgewertet. Die Einrichtung führt zu einer hohen Genauigkeit der Regelung. Sie wird vor allem zur Textilveredelung verwendet, wobei die Einzelflüssigkeiten Wasser und hochkonzentrierte Lauge sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln der Dichte eines in einem Ansatzbehälter befindlichen Flüssigkeitsgemisches, das aus mindestens zwei Einzelflüssigkeiten von unterschiedlicher Dichte besteht, wobei auf der Grundlage eines Signals für den Ist-Wert der Dichte das Mengenverhältnis der zugeführten Einzelflüssigkeiten geändert wird.
Eine vergleichbare Einrichtung dieser Art ist aus der DE-A-20 49 195 bekannt. Bei dieser Einrichtung wird die Dichte eines Flüssigkeitsgemisches geregelt, das aus den beiden Einzelflüssigkeiten Wasser und Alkohol gebildet wird. Hierzu münden zwei Zuführleitungen für die Einzelflüssigkeiten im freien Auslauf in einen Einlauftrichter, von dem eine Zufuhrleitung das entstehende Flüssigkeitsgemisch in den Bodenbereich eines Mischbehälters führt. Der Mischbehälter ist somit zugleich Ansatzbehälter. Er wird kontinuierlich betrieben, indem das Flüssigkeitsgemisch kontinuierlich aufwärts strömt und durch einen Auslauf 6 abgeleitet wird. In dem Mischbehälter ist mit weitem radialen Abstand ein spindelförmiges Aräometer angeordnet und in einer rohrförmigen Halterung derart geführt, dass es in dem Flüssigkeitsgemisch schwimmen und sich lotrecht auf und ab bewegen kann. Da die Dichte des Flüssigkeitsgemisches im Mischbehälter entsprechend einem sich ändernden Mischungsverhältnis von Wasser und Alkohol schwankt, nimmt das spindelförmige Aräometer mit der wechselnden Dichte unterschiedliche Höhenstellungen in dem Mischbehälter ein. Eine bestimmte kritische Höhe des Aräometers wird durch eine einzige Lichtschranke erfasst. Erreicht das aufsteigende Aräometer die Lichtschranke, so wird über eine Steuereinheit der Zulauf von Wasser unterbrochen, so dass nur noch Alkohol in den Mischbehälter einströmt. Dadurch verringert sich die Dichte des Flüssigkeitsgemisches in dem Mischbehälter, das Aräometer sinkt wieder tiefer; wenn es absinkend aus dem Bereich der Lichtschranke heraus kommt, so wird die Zufuhr von Wasser wieder geöffnet. Im laufenden Betrieb muss somit das Aräometer dauernd um die durch die Lichtschranke vorgegebene kritische Höhe auf- und abwärts wandern.
Mit dieser bekannten Einrichtung ist nur ein verhältnismäßig grobes Einstellen der Dichte möglich. Da der Durchmesser des Mischbehälters im Vergleich zum Durchmesser des Aräometers verhältnismäßig groß ist, muss die Einrichtung verhältnismäßig träge reagieren. Zudem werden unvermeidbare Schwankungen der Mengenströme beim Zuführen der Einzelflüssigkeiten allein durch das Volumen des Mischbehälters ausgeglichen, weil die Einzelflüssigkeiten im freien Fall aus ihren Zuleitungen über den Trichter und die Zulaufleitung dem Mischbehälter zuführen. Das Pendeln des Aräometers und die durch die Lichtschranke vorgegebene kritische Höhe kann nur dann in Kauf genommen werden, wenn auch die Auswerteeinrichtung verhältnismäßig träge arbeitet. Für technische Mischprozesse mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit der einzustellenden Dichte des Flüssigkeitsgemisches ist die bekannte Einrichtung daher nicht geeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Dichte des Flüssigkeitsgemisches mit hoher Genauigkeit geregelt wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist zunächst das spindelförmige Aräometer nicht in einem weiten Behälter, sondern in einem Überströmrohr angeordnet. Hierbei ist zwar gleichfalls ein radialer Abstand zwischen dem Aräometer und dem Rohr erforderlich, damit das Aräometer in dem aufwärts strömenden Flüssigkeitsgemisch frei schwimmen kann. Im Vergleich zum Stand der Technik ist der radiale Abstand jedoch gering; in der Praxis wird das Verhältnis von Innendurchmesser des Überströmrohres zu maßgeblichem Außendurchmesser des Aräometers nicht mehr als das 1,5 bis 2,5-fache betragen. Dieses Zahlenverhältnis soll andeuten, dass ein nach oben offenes Überströmrohr an Stelle eines Mischbehälters das Aräometer aufnimmt. Bei dieser Anordnung strömt das Flüssigkeitsgemisch mit größerer Geschwindigkeit durch das Überströmrohr; die Einrichtung reagiert dadurch entsprechend schneller.
Zudem wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ein Messstrom aus dem Ansatzbehälter aufwärts durch das Überströmrohr und zurück in den Ansatzbehälter gefördert; es wird also regelrecht eine Probe aus dem Ansatzbehälter entnommen, wobei der Vorgang der Dichtemessung von dem des Mischens getrennt ist. Die zu ändernde Zufuhr der einzelnen Komponenten kann bspw. direkt in dem Ansatzbehälter erfolgen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, dass die entsprechend der sich ändernden Dichte schwankende Höhe des Aräometers, also seine Eintauchtiefe, berührungs- und kräftefrei durch einen Distanzsensor ständig gemessen und erfasst wird. Der Distanzsensor sendet in kurzen Zeitabständen Messimpulse aus, welche die jeweilige Höhe des Aräometers in dem Überströmrohr exakt messen. Die entstehenden Signale werden ausgewertet und ergeben eine ständige Information über die Eintauchtiefe des Aräometers in dem strömenden Flüssigkeitsgemisch, womit der zeitliche Verlauf der Dichte mit Ihren Änderungen und sich abzeichnende Tendenzen genau erfasst werden. Insbesondere optische Distanzsensoren sind für eine berührungs- und kräftefreie Messung bestens geeignet; dabei ergeben sich auch keine negativen Rückwirkungen auf die freie Beweglichkeit des Aräometers.
Die genaue Messung der Eintauchtiefe des Aräometers wird ergänzt durch den vorgeschalteten Überlaufbehälter, der eine gleich bleibende Fallhöhe für das dem Überströmrohr zuführende Flüssigkeitsgemisch bewirkt. Die Umlaufpumpe fördert mehr Flüssigkeitsgemisch in den Überlaufbehälter, als das Überströmrohr aufnehmen kann. Ein in den Ansatzbehälter zurückführendes Fallrohr nimmt die überschüssige Menge an Flüssigkeitsgemisch auf und führt zu einem gleich bleibenden Flüssigkeitspegel in dem Überlaufbehälter. Es ist somit sichergestellt, dass dem Überlaufrohr der eigentliche Messstrom des Flüssigkeitsgemisches beruhigt und gleichmäßig zugeführt wird. Das nach oben offene Überströmrohr lässt den Messstrom mit einem gleich bleibenden Flüssigkeitsspiegel aus dem Überströmrohr austreten, so dass auch der Eintauchvorgang des Aräometers unter gleich bleibenden, beruhigten Bedingungen stattfindet.
Die erfindungsgemäße Einrichtung hat zusammengefasst vor allem den Vorteil, dass eine Probe direkt aus dem Ansatzbehälter entnommen wird und dass das zur Messung erforderliche umlaufende Volumen des Flüssigkeitsgemisches, der sogenannte Messstrom, ein sehr geringes Volumen hat. Dadurch können Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert der Dichte sehr schnell erfasst werden. Durch sofortiges Nachregeln wird eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit des Regelkreises erreicht, und für den vorgegebenen Sollwert können sehr enge Grenzen eingehalten werden. Der gleich bleibende Einfluss der Strömung im Überströmrohr auf die Eintauchtiefe des Aräometers wird bei einer Kalibrierung der Regelung vor der Inbetriebnahme ausgeglichen und beeinflusst die Regelung im Normalbetrieb nicht.
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den rückbezogenen Ansprüchen 2 bis 13 angegeben.
Zu dem mit Anspruch 7 beanspruchten optischen Distanzsensor ist noch zu bemerken, dass insbesondere optoelektronische Sensoren, z. B. auf der Basis von Laserlicht oder Infrarotlicht für die erfindungsgemäße Einrichtung besonders gut geeignet sind.
Das mit Anspruch 8 beanspruchte Reflexionselement ermöglicht es, die erfindungsgemäße Einrichtung auch mit einem handelsüblichen Aräometer einfach und kostengünstig zu verwirklichen. Ein handelsübliches spindelförmiges Aräometer weist in der Regel an seinem oberen Ende eine runde, transparente Oberfläche auf. Das kann bei optischen Messverfahren zu deutlichen Messfehlern führen, auch wenn nur kleinste Schwankungen des Aräometers in dem strömenden Flüssigkeitsgemisch vorliegen. Durch Anordnung eines Reflexionselements, z. B. in Form einer Kunststoffkappe mit nahezu ebener waagerechter Fläche auf der Oberseite, kann ein handelsübliches Aräometer auf eine einfache Weise an seine hier zu erfüllende Aufgabe angepasst werden.
Mit dem Anspruch 9 wird zum Ausdruck gebracht, dass die erfindungsgemäße Einrichtung besonders zur Regelung des Baumé-Grades einer Lauge in einer Textilveredelungsanlage geeignet ist. Hierbei wird der gemessene Wert für die Dichte des Flüssigkeitsgemisches in einen Baumé-Grad umgerechnet. Der Baumé-Grad ist eine in der Textilbranche in der Praxis immer noch gebräuchliche Einheit für die Dichte einer Lauge, besonders bei Verfahren wie dem Mercerisieren und dem Bleichen von Textilien. Umrechnungstabellen z. B. von metrischen Einheiten für die Dichte von Flüssigkeiten in Baumé-Grade lassen sich einfach in eine Steuereinheit integrieren, um den Bedienern das Verständnis zu erleichtern.
Darüber hinaus wird gemäß der Vorschrift des Anspruchs 9 am oberen Ende des Aräometers eine von außen sichtbare Baumé-Skala angebracht, die im Betrieb unmittelbar abgelesen werden kann. Selbstverständlich ist auch eine zentrale Anzeige in der Steuereinrichtung einer Textilveredelungsanlage möglich oder – bei Über- und Unterschreitung von vorgegebenen Grenzwerten – das Auslösen einer Alarmeinrichtung.
Mit dem Anspruch 11 wird aufgezeigt, wie die erfindungsgemäße Regeleinrichtung in Bezug auf die Auswertung funktioniert. Es sind Stellventile für Zulaufleitungen in den Ansatzbehälter vorgesehen. Wie eingangs schon gesagt wurde, ist dadurch der Vorgang des Mischens vom dem des Messens getrennt, womit die Messgenauigkeit erhöht wird. Jedes Bauteil, das sich zum Einstellen eines bestimmten Volumenstroms eignet, kommt als Stellventil in Frage. In der Regel wird ein derartiges Stellventil mit Hilfe eines elektrisch oder pneumatisch betriebenen Aktuators betätigt, welcher Teil des Stellventils ist.
Die Stellventile werden von den Stellsignalen einer Steuereinheit gesteuert. Dabei kann die Steuereinheit sowohl Hardware-Elemente wie Prozessoren, Datenspeicher, Datenübertragungselemente, Zwischenspeicher, Eingabe- und Ausgabeelemente usw. als auch Software-Komponenten wie Programme, hinterlegte Rechenalgorithmen und Daten beinhalten. Die Steuereinheit kann auch Teil eines übergeordneten, zentralen Steuersystems einer gesamten Anlage, z. B. einer Textilveredelungsanlage sein oder eine separate Einheit darstellen, die möglicherweise signalübertragend mit einem zentralen Steuersystem verbunden ist. Schließlich zeigt Anspruch 13 auf, dass neben der Dichte des Flüssigkeitsgemisches auch der Füllstand im Ansatzbehälter regelbar ist; die Füllstandsregelung kann in die Einrichtung zur Dichteregelung integriert werden. Dazu sind in der Steuereinheit entsprechende mathematische Formeln und Daten hinterlegt, mit deren Hilfe die Regelung der Dichte und des Füllstandes koordiniert wird.
Die Erfindung bezieht sich gemäß Anspruch 14 auch auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Mercerisier-Anlage zur Textilveredelung, wobei die Einzelflüssigkeiten Wasser und hochkonzentrierte Lauge sind. Das Flüssigkeitsgemisch, dessen Dichte zu regeln ist, kann selbstverständlich auch noch weitere Einzelkomponenten aufweisen als Wasser und hochkonzentrierte Lauge, die aber die grundlegenden und wichtigsten sind.
Die Erfindung und weitere sich ergebende Vorteile werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den anliegenden Zeichnungen zeigen
1 die schematische Darstellung eines Ansatzbehälters mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Regeln der Dichte
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1.
Die in 1 dargestellte Regeleinrichtung ist im Wesentlichen im oberen Bereich und an der Außenseite eines Ansatzbehälters 1 angeordnet, wodurch sie gut zugänglich und einsichtig ist, z. B. für Inspektions- und Wartungszwecke.
Der Flüssigkeitspegel im Ansatzbehälter 1 wird mit Hilfe der Schwimmschalter 4, 5 überwacht und geregelt. Die Schwimmschalter 4, 5 senden einer Steuereinheit 6 über die Signalleitungen 15, 16 Signale. Die Steuereinheit 6 regelt auf der Basis dieser Signale den Flüssigkeitspegel, indem sie den Stellventilen 7, 8 in den Zulaufleitungen 9, 10 entsprechende Steuersignale über die Signalleitungen 13, 14 sendet. Eine nicht dargestellte Pumpe kann zudem die in dem Ansatzbehälter 1 angesetzte Flüssigkeit der Verwendung zuführen oder auch nur den Flüssigkeitspegel absenken, wenn das erforderlich ist. Eine derartige Regelung eines Flüssigkeitspegels ist hinreichend bekannt und wird deshalb hier nicht im Einzelnen beschrieben.
Über eine Saugleitung 3 ist eine Umlaufpumpe 2 saugseitig mit dem Innenraum des Ansatzbehälters 1 verbunden. Das freie Ende der Saugleitung 3 ist im unteren Bereich des Ansatzbehälters 1 angeordnet, damit auch bei niedrigem Flüssigkeitspegel immer noch Flüssigkeitsgemisch angesaugt wird und eine kontinuierliche Regelung der Dichte gewährleistet ist.
Je geringer die Gesamtmenge des im Messstrom umlaufenden Flüssigkeitsgemischs, desto schneller kann die Regelung reagieren und desto geringer sind die maximalen Abweichungen der Dichte von dem vorgegebenen Sollwert.
Auf der Druckseite der Umlaufpumpe 2 ist eine Druckleitung 37 angeschlossen, welche das Flüssigkeitsgemisch einer Messstrecke 20 zuführt, die an der Oberseite des Ansatzbehälters 1 befestigt ist.
Durch Zulaufleitungen 9, 10, die mit Stellventilen 7, 8 versehen sind, werden dem Ansatzbehälter 1 Zulaufflüssigkeiten mit unterschiedlicher Dichte zugeführt. Für Wartungszwecke kann jede Zulaufleitung 9, 10 mittels Handventil 11, 12 komplett abgesperrt werden.
In 2 ist die Messstrecke 20 vergrößert dargestellt. Deren Aufbau und Funktion ist nachfolgend beschrieben.
Das von der Umlaufpumpe 2 durch die Druckleitung 37 geförderte Flüssigkeitsgemisch gelangt in den Überlaufbehälter 17. Der Überlaufbehälter 17 weist eine Überlauföffnung 18 in seiner oberen Hälfte auf, von der ein Fallrohr 19 zurück in den Ansatzbehälter 1 führt. Das Fallrohr 19 ist dazu durch den Boden des Überlaufbehälters 17 hindurchgeführt. Der Überlaufbehälter 17 weist außerdem in seinem Boden eine Öffnung 21 auf, an die eine Verbindungsleitung 22 angeschlossen ist. Die Verbindungsleitung 22 ist U-förmig ausgebildet und führt in das untere Ende eines Überströmrohres 26, das tiefer gelegen ist als der Überlaufbehälter 17. In der Verbindungsleitung 22 befindet sich ein regulierbares Handventil 23, das als Einrichtung zum Drosseln des Messstroms dient.
In dem lotrecht angeordneten Überströmrohr 26 ist ein spindelförmiges Aräometer 27 mit geringem radialen Abstand zum Überströmrohr 26 angeordnet. Im Betrieb schwimmt das Aräometer 27 frei in dem Überströmrohr 26. Das Aräometer 27 weist eine Baumé-Skala 28 auf.
Das Überströmrohr 26 befindet sich im Inneren eines Sammelbehälters 24, der das Überströmrohr 26 mit seitlichem Abstand umgibt. Eine im Boden des Sammelbehälters 24 befindliche erste Öffnung 25 bildet die Verbindungsstelle zwischen der Verbindungsleitung 22 und dem Überströmrohr 26. An eine zweite Öffnung 34 im Boden des Sammelbehälters 24 ist eine Rücklaufleitung 35 angeschlossen, die zurück in den Ansatzbehälter 1 führt.
Das obere Ende des Aräometers 27 bildet ein auf den eigentlichen Körper des Aräometers aufgesetztes Reflexionselement 29 in Form einer Kunststoffkappe. Sie bildet eine zuverlässige Reflexionsfläche für einen optischen Distanzsensor 30, der oberhalb des Aräometers 27 angeordnet ist. Der Distanzsensor 30 ist über eine Halterung 31 starr mit dem Ansatzbehälter 1 verbunden und wird so in einer bestimmten Position ortsfest gehalten. Der Distanzsensor 30 ist signalübertragend mit der Steuereinheit 6 über die Signalleitung 32 verbunden. Er misst den lotrechten Abstand 33 zwischen dem Reflektionselement 29 und einer waagerechten Bezugsebene 40, die hier durch die Unterseite des Distanzsensors 30 selbst gebildet wird. Der Abstand 33 ist ein Maß für die Eintauchtiefe des Aräometers in der Flüssigkeit, die durch das Überströmrohr 26 strömt.
Zur kontinuierlichen Dichtemessung mittels der in den 1 und 2 beschriebenen Regeleinrichtung saugt die Umlaufpumpe 2 das in dem Ansatzbehälter 1 befindliche Flüssigkeitsgemisch über die Saugleitung 3 an und fördert es über die Druckleitung 37 in den Überlaufbehälter 17. Der Pfeil 38 zeigt die Strömungsrichtung an.
Die Umlaufpumpe 2 fördert deutlich mehr Flüssigkeitsgemisch aus dem Ansatzbehälter 1 in den Überlaufbehälter 17, als durch die Verbindungsleitung 22 und das Überströmrohr 26 in den Sammelbehälter 24 strömen kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Flüssigkeitspegel im Überlaufbehälter 17 immer gleich hoch ist. Der Flüssigkeitspegel befindet sich dadurch immer im Bereich der Unterkante der Überlauföffnung 18. Diese und das daran anschließende Fallrohr 19 haben einen so großen Durchmesser, dass die Überschussmenge des von der Umlaufpumpe 2 geförderten Flüssigkeitsgemisches problemlos in den Ansatzbehälter 1 zurückfließt.
Der gleich bleibende Flüssigkeitspegel 41 im Überlaufbehälter 17 hat zur Folge, dass der in die Verbindungsleitung 22 und das Überströmrohr 26 eintretende Teilstrom, der den eigentlichen Messstrom bildet, konstant bleibt. Der konstante Messstrom strömt durch die Öffnung 21 im Boden des Überlaufbehälters 17 und durch die Verbindungsleitung 22 hindurch in das Überströmrohr 26 im Sammelbehälter 24. Dadurch ergibt sich im Überströmrohr 26 eine konstante Strömungsgeschwindigkeit und an dessen Oberkante 36 eine konstante Überströmhöhe für die freie Oberfläche, mit der der Messstrom oben aus dem Überströmrohr 26 austritt. Durch Verstellen des Handventils 23 kann die Menge des Messstroms und damit die Überströmhöhe an der Oberkante 36 des Überströmrohrs 26 zusätzlich beeinflusst werden.
In dem Überströmrohr 26 umspült das Flüssigkeitsgemisch das Aräometer 27 und hält es in einer bestimmten, von der Dichte des Flüssigkeitsgemisches abhängigen Höhe. Das Aräometer 27 schwimmt also in dem strömenden Flüssigkeitsgemisch im Überströmrohr 26. An der Oberkante 36 des Überströmrohres 26 bildet sich eine Überflusshöhe mit freier Oberfläche, deren Höhe vom Volumenstrom in der Verbindungsleitung 22 abhängig ist. D. h. solange der Volumenstrom in der Verbindungsleitung 22 konstant gehalten wird, solange bleibt die Überflusshöhe mit ihrer freien Oberfläche am Überströmrohr 26 konstant, und die Eintauchtiefe sowie die Messdistanz 33 sind nur von der Dichte des Flüssigkeitsgemisches abhängig.
Das an der Oberkante 36 des Überströmrohres 26 ausströmende Flüssigkeitsgemisch gelangt zunächst in den Sammelbehälter 24 und von dort durch die zweite Öffnung 34 und die Rücklaufleitung 35 zurück in den Ansatzbehälter 1.
Der stationär oberhalb des Aräometers 27 angeordnete optische Distanzsensor 30 erfasst in kurzen Zeitabständen den lotrechten Abstand 33 zwischen Aräometer und Distanzsensor. Das Aräometer 27 steigt und fällt entsprechend der Dichte des Flüssigkeitsgemisches bzw. seines Baumé-Grades. Damit verändert sich der Abstand 33. Der Distanzsensor erfasst ständig die sich ändernden Werte des Abstandes 33 und sendet sie als Signale über die Signalleitung 32 an die Steuereinheit 6.
In der Steuereinheit 6 werden die Signale des Distanzsensors 30 ausgewertet, in einen aktuellen Istwert für die Dichte des Flüssigkeitsgemisches umgerechnet und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Weicht der aktuelle Istwert vom vorgegebenen Sollwert ab, dann sendet die Steuereinheit 6 Steuersignale zu den Stellventilen 7 und/oder 8, welche den Volumenstrom mindestens einer der Einzelflüssigkeiten erhöhen oder verringern, die dem Ansatzbehälter 1 zugeführt werden.
Neben der automatisierten Regelung der Dichte des Flüssigkeitsgemisches ist der aktuelle Wert der Dichte auch direkt an der Regeleinrichtung ablesbar. Dafür ist das Aräometer mit einer Skala 28 ausgestattet. Je nach Anwendungsfall kann diese Skala die Dichte der Flüssigkeitsgemisch in metrischen Einheiten wie kg/l oder als Baumé-Grad °Bé anzeigen.
Die zulaufenden Einzelflüssigkeiten sind beispielsweise bei Bleichvorrichtungen in Textilveredelungsanlagen Wasser und hochkonzentrierte Natronlauge. Das Flüssigkeitsgemisch ist also Natronlauge von einer bestimmten Konzentration, wobei die Konzentration der Natronlauge direkt proportional zur Dichte bzw. zum Baumé-Grad der Natronlauge ist.
Sinkt der Baumé-Grad in der Natronlauge im Ansatzbehälter 1 ab, dann sinkt nach kurzer Zeit auch das in der strömenden Lauge im Überströmrohr 26 schwimmende Aräometer 27 um einen gewissen Betrag. Der gemessene lotrechte Abstand 33 wird größer, was der Distanzsensor 30 sofort erfasst und an die Steuereinrichtung 6 signalisiert. In der Steuereinrichtung 6 wird eine Differenz zwischen Sollwert und Istwert festgestellt und ein Signal zum Öffnen des Stellventils 7 in der Zulaufleitung 9 der hochkonzentrierten Natronlauge gesendet. Es strömt also verhältnismäßig mehr hochkonzentrierte Natronlauge mit einer höheren spezifischen Dichte als Wasser in den Ansatzbehälter 1, wodurch die Dichte es Flüssigkeitsgemisches im Ansatzbehälter 1 steigt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich beispielsweise zur Verwendung in einer Mercerisieranlage zur Textilveredelung. Dort wird zur Durchführung des entsprechenden Verfahrens Lauge mit einer Konzentration von ca. 28 bis 30 grad Baumé benötigt und verbraucht. Bei Bedarf wird der Mercerisieranlage aus dem Ansatzbehälter der beschriebenen Einrichtung z. B. über eine zweite Pumpe mit Förderleitung die erforderliche Menge an Lauge in der gewünschten Konzentration zugeführt. Dabei sinkt der Füllstand im Ansatzbehälter.
Spätestens wenn der untere Schwimmerschalter im Ansatzbehälter ein Signal zur Steuereinrichtung sendet, wonach der entsprechende untere Füllstand erreicht ist, werden von der Steuereinrichtung die Stellventile für den Zulauf der Einzelflüssigkeiten geöffnet. Die Einzelflüssigkeiten sind in diesem Fall Wasser und hochkonzentrierte Lauge.
Die kontinuierlich betriebene Einrichtung zum Regeln der Dichte sorgt dafür, dass beim Be- bzw. Nachfüllen des Ansatzbehälters die gewünschte Dichte der Lauge – und damit die Konzentration der Lauge – in sehr engen Grenzen eingehalten wird.
Der untere Schwimmerschalter ist so eingestellt, dass sich bei seinem Ansprechen immer noch soviel Flüssigkeitsgemisch im Ansatzbehälter befindet, dass sich der Sauganschluss der Umlaufpumpe (2) vollständig in der Flüssigkeit befindet, so dass die Messung der Dichte kontinuierlich durchgeführt werden kann.
Wird beim Be- bzw. Nachfüllen des Ansatzbehälters der obere Füllstand erreicht und der obere Schwimmerschalter sendet ein entsprechendes Signal zur Steuereinrichtung, dann sorgt die Steuereinrichtung durch entsprechende Signale zu den Stellventilen dafür, dass kein Wasser und nur noch eine begrenzte Menge an Lauge nachfließen kann. Damit wird ein Überlauf des Flüssigkeitsgemisches im Ansatzbehälter verhindert und gleichzeitig erreicht, dass nach dem Ansprechen des oberen Schwimmerschalters noch ein gewisses Maß an Nachregelung der Dichte möglich ist, indem eine begrenzte Menge an Lauge nachdosiert werden kann.

1: Ansatzbehälter
2: Umlaufpumpe
3: Saugleitung
4: Schwimmerschalter
5: Schwimmerschalter
6: Steuereinheit
7: Stellventil
8: Stellventil
9: Zulaufleitung
10: Zulaufleitung
11: Handventil
12: Handventil
13: Signalleitung
14: Signalleitung
15: Signalleitung
16: Signalleitung
17: Überlaufbehälter
18: Überlauföffnung
19: Fallrohr
20: Messstrecke
21: Öffnung
22: Verbindungsleitung
23: Handventil
24: Sammelbehälter
25: erste Öffnung
26: Überströmrohr
27: Aräometer
28: Baumé-Skala
29: Reflexionselement (Kunststoffkappe)
30: Distanzsensor
31: Halterung
32: Signalleitung
33: lotrechter Abstand
34: zweite Öffnung
35: Rücklaufleitung
36: Oberkante
37: Druckleitung
38: Strömungsrichtungspfeil
39: freie Oberfläche des Messstroms
40: waagerechte Bezugsebene
41: Flüssigkeitsspiegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2049195 A [0002]

Claims

Einrichtung zum Regeln der Dichte eines in einem Ansatzbehälter befindlichen Flüssigkeitsgemisches, das aus mindestens zwei Einzelflüssigkeiten von unterschiedlicher Dichte besteht, wobei auf der Grundlage eines Signals für den Istwert der Dichte das Mengenverhältnis der zugeführten Einzelflüssigkeiten geändert wird, wobei die folgenden Merkmale vorgesehen sind: a) ein im oberen Bereich des Ansatzbehälters (1) angeordnetes Überströmrohr (26), in dem mit radialem Abstand ein spindelförmiges Aräometer (27) in lotrechter Richtung verschiebbar angeordnet ist; b) ein zumindest aus Umlaufpumpe (2) und Druckleitung (37) bestehendes Fördersystem, das einen Messstrom des Flüssigkeitsgemisches aus dem Ansatzbehälter (1) aufwärts durch das Überströmrohr (26) und zurück in den Ansatzbehälter (1) fördert, wobei der Messstrom am oberen offenen Ende des Überströmrohres (26) eine freie Oberfläche (39) bildet, in die das Aräometer (27) eintaucht; c) ein Distanzsensor (30), der berührungs- und kräftefrei den lotrechten Abstand (33) des Aräometers (27) von einer waagerechten Bezugsebene (40) misst; d) ein dem Überströmrohr (26) vorgeschalteter Überlaufbehälter (17), in dem ein in den Ansatzbehälter (1) zurückführendes Fallrohr (19) derart angeordnet ist, dass der Messstrom in dem Überlaufbehälter (17) einen Flüssigkeitspegel (41) von gleich bleibender Höhe ausbildet; e) eine unten aus dem Überlaufbehälter (17) herausführende Verbindungsleitung (22), die an die Unterseite des Überströmrohrs (26) angeschlossen ist, f) wobei die Einrichtung derart bemessen ist, dass im Betrieb der Flüssigkeitsspiegel (41) des Flüssigkeitsgemisches im Überlaufbehälter (17) stets höher liegt als die Oberkante (36) des Überströmrohrs (26).
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der sich das eine Überlauföffnung (18) bildende obere Ende des Fallrohres (19) in der oberen Hälfte des Überlaufbehälters (17) befindet.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Fallrohr (19) mit gleich bleibendem Durchmesser von dem Überlaufbehälter (17) bis in den Ansatzbehälter (1) geführt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Verbindungsleitung (22) in der Form eines U-Bogens von dem höher gelegenen Überlaufbehälter (17) zu dem tiefer gelegenen Überströmrohr (26) geführt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der in die Verbindungsleitung (22) eine Einrichtung zum Drosseln des Messstromes eingebaut ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, bei der die Einrichtung ein regulierbares Handventil (23) ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der ein optischer Distanzsensor (30) vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, bei der zum Zusammenwirken mit dem optischen Distanzsensor (30) am oberen Ende des Aräometers (27) ein Reflexionselement (29) vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der am oberen Ende des Aräometers eine von außen sichtbare Baumé-Skala (28) angebracht ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das Überströmrohr (26) in einem Sammelbehälter (24) angeordnet ist, der das Überströmrohr (26) mit seitlichem Abstand umgibt, wobei eine Rücklaufleitung (35) unten an den Sammelbehälter (24) angeschlossen ist, welche das Flüssigkeitsgemisch zurück in den Ansatzbehälter (1) leitet.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit den folgenden Merkmalen: a) für eine das Regeln der Dichte bewirkenden Einzelflüssigkeit ist eine Zulaufleitung (9, 10) mit einem Stellventil (7, 8) vorgesehen; b) das Stellventil (7, 8) dosiert den Mengenstrom der dem Ansatzbehälter (1) zugeführten Einzelflüssigkeit gemäß den Stellsignalen einer Steuereinheit (6); c) die Stellsignale werden in der Steuereinheit (6) durch einen Sollwert-/Istwert-Vergleich für die Dichte des Flüssigkeitsgemisches auf der Grundlage der von der Signaleinrichtung durchgeführten Dichtemessung gebildet.
Einrichtung nach Anspruch 11, bei der für mehrere Einzelflüssigkeiten je eine Zulaufleitung (9, 10) mit zugehörigem, durch die Steuereinheit (6) einzeln steuerbaren Stellventil (7, 8) vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, mit je einem Schwimmerschalter (4, 5) für einen unteren und einen oberen Pegelstand in dem Ansatzbehälter (1), wobei beide Schwimmerschalter (4, 5) signalübertragend mit der Steuereinheit (6) verbunden sind, so dass durch die Steuereinheit (6) neben der Dichte des Flüssigkeitsgemisches auch der Füllstand im Ansatzbehälter (1) regelbar ist.
Verwendung einer Einrichtung zum Regeln der Dichte eines in einem Ansatzbehälter (1) befindlichen Flüssigkeitsgemisches, das aus mindestens zwei Einzelflüssigkeiten von unterschiedlicher Dichte besteht, nach den Ansprüchen 1 bis 13, in einer Mercerisier-Anlage zur Textilveredelung, wobei die Einzelflüssigkeiten Wasser und hochkonzentrierte Lauge sind.