DE102007056938A1

DE102007056938A1 - Vorrichtung zur Online-Analyse von Schlämmen und Suspensionen

Info

Publication number: DE102007056938A1
Application number: DE102007056938A
Authority: DE
Inventors: Albert Dr. Klein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-24
Filing date: 2007-11-24
Publication date: 2009-05-28
Also published as: WO2009065606A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Online-Elementanalyse von Schlämmen und Suspensionen beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Zuführ-Einrichtung zum Zuführen von aus einem Schlamm- oder Suspensionsstrom stammenden Proben und eine der Entnahme-Einrichtung nachgeordnete Messeinrichtung zur Bestimmung von Materialeigenschaften des Messgutes. Zur Verbesserung der Messgenauigkeit und der Messempfindlichkeit, insbesondere bei Röntgenfluoreszenzmessungen, ist zwischen der Zuführ-Einrichtung und der Messeinrichtung eine Trocknungseinrichtung angeordnet, welche der Probe ganz oder teilweise die Flüssigkeit entzieht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Online-Analyse von Schlämmen und Suspensionen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In vielen technischen Bereichen werden Schlämme und Suspensionen verarbeitet. Beispielsweise wird bei der Papierherstellung der Zellstoff in wässriger Suspension dem Stoffauflauf der Papiermaschine zugeführt. Es gibt zahlreiche andere Bereiche, bei denen Suspensionen be- oder verarbeitet werden, beispielsweise in der kohleverarbeitenden Industrie oder in der Erzaufbreitung.
Häufig ist es notwendig, Informationen über die genaue Zusammensetzung des Feststoffanteils des Schlammes oder der Suspension zu erhalten. Beispielsweise sind Einrichtungen bekannt, mit der in einem automatischen Verfahren dem Hauptstrom der Suspension oder des Schlammes (im folgenden: Suspension) eine Probe entnommen und einer Analyseeinrichtung zugeführt wird. Eine solche Einrichtung hat den großen Vorteil, dass sie, wenn auch mit gewissem zeitlichen Versatz, online arbeitet, so dass eine kontinuierliche Überwachung durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Zusammensetzung und Eigenschaften des Trägermediums der Suspension – in nahezu allen Fällen ist dies schlicht Wasser – ändert sich über die Zeit nicht. Es ändert sich allenfalls die Konzentration des Feststoffes bezüglich der Trägerflüssigkeit, was jedoch häufig separat gemessen wird. Führt man also die Suspension unverändert einer Meßeinrichtung zu, so misst man stets die Flüssigkeit mit, ohne hierdurch relevante Informationen zu erhalten. Andererseits kann der Flüssigkeitsanteil bestimmte Arten von Messungen erschweren, insbesondere wenn Röntgenfluoreszenz-Analysen durchgeführt werden sollen, da die Trägerflüssigkeit (zumeist Wasser) eine hohe Absorption für Röntgenquanten im Niederenergiebereich hat.
Erfindungsgemäß ist deshalb zwischen Zufuhr-Einrichtung und Messeinrichtung eine Trocknungseinrichtung vorgesehen. Diese kann rein mechanisch, rein thermisch oder vorzugsweise mechanisch und thermisch arbeiten, wobei weiter vorzugsweise die thermische Trocknung der mechanischen nachgeordnet ist.
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann und soll vollständig online und auch vollautomatisch arbeiten. Sie ist insbesondere zu einer permanenten Überwachung mit kurzen Zeitintervallen geeignet.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den nun mit Bezug auf die Figuren näher dargestellten Ausführungsbeispielen. Hierbei zeigen:
1 Ein Schema der Arbeitsstationen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine schematische Darstellung einer Entnahmeeinrichtung,
3 das in 2 Gezeigte in einem Schnitt entlang der Linie A-A aus 2,
4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer schematischen Darstellung,
5–10 die Arbeitsweise der in 4 dargestellten Vorrichtung,
11 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer der 4 entsprechenden Darstellung, und
12 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die 1 zeigt in einem Ablaufdiagramm die Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Einem Suspensions-Hauptstrom H wird zunächst eine Probe entnommen. Diese wird erste eine mechanischen Trocknungsvorrichtung M, dann einer thermischen Trocknungsvorrichtung T, anschließend einer Meßstation S und abschließend einem Behälter B zugeführt. Im Regelfall wird anstelle des Auffangbehälters eine Rückführung in den Hauptstrom durchgeführt.
Die Probenentnahme kann beispielsweise geschehen, wie in den 2 und 3 dargestellt. In ein Hauptrohr 10 ragt ein Entnahmerohr 12, dessen offenes Ende gegen die Strömungsrichtung der im Hauptrohr fließenden Suspension weist. Mittels eines Sperrschiebers 14 kann das Entnahmerohr verschlossen werden. Ein Auslass des Entnahmerohres endet an der Vorrichtung zur Online-Analyse und bildet die Zufuhr-Einrichtung. Die Entnahme kann natürlich auch mit Hilfe einer Pumpe erfolgen.
Die 4 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es ist ein Band vorgesehen, welches sich von einem ersten zu einem zweiten Ende erstreckt, und welches die zu untersuchende Probe vom ersten zum zweiten Ende transportiert. In diesem Ausführungsbeispiel ist dieses Band ein Filterband, vorzugsweise aus Papier, welches nur einmal verwendet wird, wobei es von einer ersten Rolle 22 abgerollt und auf eine zweite Rolle 24 aufgerollt wird. Solche Papier-Filterbänder sind beispielsweise zum Filtern von Kühl- und Schmiermitteln bei stationären Bohrmaschinen und dergleichen bekannt. Das Papierband 20 überstreicht mehrere Arbeitsstationen und ist durchgehend von Tischen abgestützt. Die einzelnen Arbeitsstationen und die Arbeitsweise der Vorrichtung wird im folgenden mit Bezug auf die 5 bis 10 näher erläutert:
Vom Auslaß 16 des Entnahmerohres 12, welches die Zufuhr-Einrichtung bildet, wird eine Probenmenge von zu untersuchendem Schlamm oder zu untersuchen der Suspension auf das erste Ende 20a des Papierbandes 20 aufgegeben (5). Die zweite Rolle 24 wird nun angetrieben, so dass die Probe in Richtung R bewegt wird, wobei erster Pflug 26 die Höhe der Probe begrenzt.
Die Probe kommt nun, wie in 6 dargestellt, an einer ersten Arbeitsstation zum Stehen, bei welcher sich unterhalb des Papierbandes 20 ein Saugkasten 30 mit einem Vakuumpumpen-Anschluss 32 befindet. Das Papierband 20 wird hier angehalten und die angeschlossene und hier nicht dargestellte Vakuumpumpe aktiviert, so dass im Saugkasten 30 ein Unterdruck entsteht, welcher durch Löcher 30a in der Saugkastenoberfläche und durch das Papierband 20 auf die Probe wirkt, so dass ihr auf mechanische Art und Weise Flüssigkeit – in der Regel Wasser – entzogen wird. Diese Arbeitsstation ist also eine mechanische Trocknungsvorrichtung.
Nach Abschluss der Vakuumabsaugung ist das Volumen der Probe verkleinert (7) und die zweite Rolle 24 wird angetrieben, bis die Probe an der nächsten Arbeitsstation ankommt (8), welche eine thermische Trocknungsvorrichtung ist. Diese weist einen Infrarotstrahler 36 und weiterhin ein Reflexions-Meßgerät 38 auf, mit dessen Hilfe man den Oberflächenglanz der Probe und damit ihren Feuchtigkeitsgrad bestimmen kann. Man kann hier auch Feuchtemeßgeräte, die z. B. auf kapazitiver, Mikrowellen oder Infrarotbasis beruhen, einsetzen. Die Probe wird durch den Infrarotstrahler 36 bestrahlt und so weiter getrocknet, was mit einer weiteren Volumenverkleinerung einhergeht. Wird durch das Reflexions-Messgerät 38 eine hinreichende Trocknung festgestellt, so wird die zweite Rolle 24 erneut angetrieben und die Probe zur nächsten Arbeitsstation, nämlich der Meßstation transportiert, wobei sie zuvor von einem zweiten Pflug 40 eingeebnet wird, 9.
Die Meßstation besteht hier aus einer Anordnung zur energiedispersiven Röntgenfluoreszenzanalyse, nämlich einer Röntgenröhre 40 und einem Röntgenfluoreszenz-Detektor 44. Aufgrund der Tatsache, dass die Probe nur noch wenig Flüssigkeit – meist Wasser – enthält, ist die Selbstabsorption von emittierter Röntgenfluoreszenzstrahlung deutlich geringer als bei einer ungetrockneten Pro be. Es sind an dieser Stelle alternativ oder zusätzlich andere Meßeinrichtungen einsetzbar.
Nach der Messung wird die Probe weitertransportiert und fällt in einen Auffangbehälter 46, 10.
Im eben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel dient ein Einweg-Papierband zum Transport der Probe zwischen Probenzuführung und Messstation. Dies hat den Vorteil, dass die Messung nicht durch eine Kontamination des Bandes durch die zuvor gemessenen Proben verfälscht wird. Es ist gegebenenfalls lediglich dafür zu sorgen, dass erster und zweiter Pflug nach jedem Probendurchgang gereinigt werden. Dies ist durch einen automatischen Abstreifer leicht zu erreichen, da die Pflüge mit einer sehr glatten Oberfläche beispielsweise aus Teflon gefertigt sein können.
Wie das zweite, in 11 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt, ist es jedoch auch möglich, ein endloses Band, beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus Gewebe einzusetzen. Das Band ist als Saugband 50 ausgestaltet, es weist also Poren auf, so dass der im Saugkasten 30 herrschende Unterdruck auf die Probe wirken kann. Um eine Kontamination von Proben durch Vorgängerproben zu vermeiden, wird das Saugband beim Rücklauf gereinigt, wozu es durch ein Reinigungsbad 54 läuft oder abgebraust wird.
Die 12 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, welches ohne Vakuum-Einrichtung arbeitet. Die mechanische Trocknungsvorrichtung arbeitet hier nach Art einer Presse mit einer oberen und einer unteren Walze 60, 62, wobei zumindest die obere Walze 60 angetrieben ist. Auch hier ist das eingsetzte Band vorzugsweise porös ausgebildet. Die beiden Walzen 60, 62 entwässern die Probe nicht nur, sie sorgen auch für eine gleichmäßige Höhe der mechanisch getrockneten Probe. In analoger Weise kann auch eine Filterpresse oder eine Siebbandpresse eingesetzt werden.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist jeweils eine mechanische Trocknungsvorrichtung und eine nachgeordnete thermische Trocknungsvorrichtung vorgesehen. Dies ist in der Regel auch zu bevorzugen, da hiermit erreicht wird, dass die Probe in kurzer Zeit hinreichend getrocknet werden können. In speziellen Fällen kann es jedoch auch ausreichend sein, nur eine mechanische oder nur eine thermische Trocknungsvorrichtung vorzusehen.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen werden ferner die einzelnen Arbeitsschritte bei stehendem Produkt durchgeführt. In der Praxis wird man vorzugsweise versuchen, die einzelnen Aggregate so zu dimensionieren, daß das Filterband kontinuierlich durchläuft.

10: Hauptrohr
12: Entnahmerohr
14: Sperrschieber
16: Auslass
20: Papierband
22: erste Rolle
24: zweite Rolle
26: erster Pflug
30: Saugkasten
32: Vakuumpumpenanschluss
36: Infrarotstrahler
38: Reflexions-Messgerät/Feuchtemeßgerät
40: zweiter Pflug
42: Röntgenröhre
44: Röntgenfluoreszenz-Detektor
46: Auffangbehälter
50: Saugband
52: Förderband-Rolle
54: Reinigungsbad
60: obere Walze
62: untere Walze

Claims

Vorrichtung zur Online-Elementanalyse von Schlämmen und Suspensionen mit: – einer Zufuhr-Einrichtung zum Zuführen von aus einem Schlamm- oder Suspensionsstrom stammenden Proben und – einem der Entnahme-Einrichtung nachgeordneten Meßeinrichtung zur Bestimmung von Materialeigenschaften des Meßgutes dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zufuhr-Einrichtung und der Meßeinrichung eine Trocknungseinrichtung angeordnet ist, welche der Probe ganz oder teilweise die Flüssigkeit entzieht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungseinrichtung eine mechanische Trocknungsvorrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Trocknungsvorrichtung einen Filter aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugvorrichtung vorgesehen ist, die an einer Unterseite des Filters einen Unterdruck erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter ein Filterband ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterband ein Endlosband ist, welches in einem rücklaufenden Abschnitt gereinigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterband von einer ersten auf eine zweite Spule gespult wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterband aus Papier besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Trocknungsvorrichtung eine Filter- oder Siebbandpresse ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter- oder Siebbandpresse das Material sowohl entwässert als auch eine konstante Schichtdicke einstellt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungseinrichtung eine thermische Trocknungsvorrichtung Trocknungseinrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Trocknungsvorrichtung ein Infrarot-Strahler ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl eine mechanische Trocknungsvorrichtung als auch eine thermische Trocknungsvorrichtung vorgesehen ist, wobei die thermische Trocknungsvorrichtung der mechanischen Trocknungsvorrichtung nachgeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknung eine Konditionierung des Meßgutes mit Hilfe einer Abstreifvorrichtung erfolgt, die eine Schicht mit konstanter Schichtdicke und eine glatte Oberfläche erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Schichtdicke und die glatte Oberfläche mit einem Abstreifer, Pflug, skiförmigen Schlitten oder einer Walze erzeugt wird.
Vorrichtung einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Siebmaterial eine Platte, Walze oder ein Ski oder angeordnet ist, so daß ein Spalt entsteht, der die gewünschte Schichtdicke erzwingt.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Walzen angetrieben ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein Röntgenfluoreszenzanalysator zur Bestimmung der Elementarzusammensetzung des Materials ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeirichtung ein Laser- oder Infrarot- oder optisches Meßgerät ist
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit der Suspension oder des Schlammes Wasser ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des Flüssigkeitsabscheidung eine zusätzliche Meßeinrichtung eingebaut ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Entwässerungsergebnisses ein Meßgerät zur Bestimmung der Materialfeuchte eingesetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Flüssigkeitsabscheidung ein Infrarotsystem oder ein optisches Gerät zur Bestimmung der Flüssigkeitskonzentration eingesetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Flüssigkeitsabscheidung ein Meßgerät zur Bestimmung des Glanzes der Oberfläche eingesetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Flüssigkeitsabscheidung ein optisches Meßgerät zur Bestimmung der Oberflächenreflexion eingesetzt wird.