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Die Erfindung betrifft eine Schwefelbetonproduktionsanlage.
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Weltweit wird, beispielsweise als Abfallprodukt bei der Erdöl-/Erdgasförderung Schwefel im Überschuß erzeugt, so daß Schwefel als relativ kostengünstiger und einfach handhabbarer Rohstoff zur Verfügung steht. Die günstigen Eigenschaften des Schwefels haben zu einer Entwicklung künstlicher Mischungen, beispielsweise Schwefelzement, Schwefelmörtel und Schwefelbeton geführt. Eine umfangreiche Erprobung insbesondere des Schwefelbetons hat ergeben, daß der Schwefelbeton einen energie- und kostensparend herstellbaren und vielfältig einsetzbaren Baustoff darstellt. Zu den günstigen Eigenschaften des Schwefelbetons gehört insbesondere seine hohe Festigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit. Ein besonderer Vorteil des Schwefelbetons besteht in seiner Frühfestigkeit, so daß Schwefelbeton insbesondere in Bereichen mit kurzen Bauphasen günstig verwendet werden kann.
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Schwefelbeton ist ein künstlicher Stein, der durch Abkühlen eines bei einer Mischtemperatur zwischen 125° und 159°C gewonnenen Heißgemisches aus Schwefel und Betonzuschlägen besteht. In Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen können dem Beton verschiedene Schwefelzemente, insbesondere Zusatzmittel, Additive und Zuschlagstoffe zugegeben werden, wobei die Eigenschaften des so gewonnenen Schwefelbetons von der Zusammensetzung und der Mischtemperatur abhängen. Zur Sicherung einer Langzeitbeständigkeit des Schwefelbetons ist es erforderlich, ein Additiv zuzusetzen, da elementarer Schwefel keine Langzeitbeständigkeit aufweist. Als Additiv eignet sich in diesem Zusammenhang insbesondere Dicyclopentadien. Die Qualität des Schwefelbetons ist insbesondere auch von einer einwandfreien Verarbeitung abhängig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwefelbdetonproduktionsanlage anzugeben, die auf prozeßsichere Weise die Herstellung von Schwefelbeton auch in großem Maßstab ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Die Erfindung sieht eine Schwefelbetonproduktionsanlage, die nachfolgend auch kurz als Anlage bezeichnet vor, die eine Mehrzahl von Funktionseinheiten aufweist, die wenigstens eine Lagerungseinheit für Schwefel und eine Mischeinrichtung zum Mischen des Schwefels mit Zusatzstoffen aufweisen. Bei den Zusatzstoffen kann es sich um Zuschlagstoffe, insbesondere steinige oder steinartige Zuschlagstoffe und/oder mehl- und/oder pulverartige Zuschlagstoffe, insbesondere Gesteinsmehl, um Additive, beispielsweise Dicyclopentadien, und um Farbstoffe handeln. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß im Zusammenhang mit einer prozeßsicheren Herstellung von Schwefelbeton der Produktionstemperatur eine besondere Bedeutung zukommt. Ist die Produktionstemperatur zu niedrig, so wird die Viskosität des Schwefel und Zusatzstoffe enthaltenden Gemisches zu hoch. Dies führt zu einer Störung und ggf. einer Beschädigung der Anlage, beispielsweise im Bereich der Fördereinrichtungen, die auf eine ausreichend niedrige Viskosität des Gemisches ausgelegt sind. Aus diesem Grunde ist es bei der Produktion von Schwefelbeton wesentlich, die Temperatur während des Herstellungsprozesses so hoch zu halten, daß eine ausreichend niedrige Viskosität des Gemisches sichergestellt ist. Überschreitet die Temperatur des Gemisches einen bestimmten Wert, so entstehen gasförmige Schadstoffe in Form von Schwefeldioxid und/oder Schwefelwasserstoff. Diese Gase können beim Menschen zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Anlage so auszugestalten, daß einerseits mit einer ausreichend hohen Minimaltemperatur gearbeitet werden kann, andererseits ein Überschreiten der zulässigen Maximaltemperatur vermieden ist. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung Schadstoffsensormittel zum Abfühlen von von dem Schwefel herrührenden, insbesondere gasförmigen Schadstoffen vor. Auf diese Weise ist eine hohe Prozeßsicherheit erreicht, indem die Anlage stets in einem bezogen auf den Schwefelbeton zulässigen Temperaturbereich, der im wesentlichen zwischen 125°C und 159°C liegt, betrieben werden kann. Falls durch anlageninterne oder anlagenexterne Faktoren die Temperatur des Schwefelbetons so hoch werden sollte, daß Schadstoffe, beispielsweise Schwefelwasserstoff bzw. Schwefeldioxid entstehen, so wird dies durch die Schadstoffsensormittel festgestellt. Die Schadstoffsensormittel können in diesem Falle beispielsweise und insbesondere eine Sicherheitseinrichtung betätigen, die beispielsweise und insbesondere ein akustisches und/oder optisches Warnsignal erzeugen oder ggf. die Anlage stillsetzen kann.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Anlage bei hoher Prozeßsicherheit weiterhin relativ kostengünstig gestaltet ist, da geeignete Sensoren als relativ kostengünstige Baugruppen zur Verfügung stehen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß die Schadstoffsensormittel voneinander unabhängig arbeitende erste und zweite Sensormittel aufweisen. Auf diese Weise ist die Betriebssicherheit der Anlage weiter erhöht, indem im Bereich der Sensormittel eine Redundanz geschaffen ist. Falls die ersten Sensormittel versagen sollten, stehen zum Abfühlen von Schadstoffen noch die zweiten Sensormittel zur Verfügung.
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Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die ersten Sensormittel und die zweiten Sensormittel auf unterschiedlichen Detektionsprinzipien beruhen. Auf diese Weise ist die Betriebssicherheit der Anlage noch weiter erhöht. Die Ausgestaltung der Sensormittel ist entsprechend den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter Grenzen wählbar. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht insoweit vor, daß die ersten Sensormittel Temperaturmeßmittel mit wenigstens einem Sensor zur Messung der Temperatur von in der Anlage geführten und/oder gelagerten Materialien aufweisen. Geeignete Temperatursensoren zum Abfühlen der Temperatur des Schwefelbetons oder einer Vorstufe davon stehen als relativ kostengünstige sowie zuverlässig arbeitende Baugruppen zur Verfügung. Die Temperatursensoren können die Temperatur des Schwefelbetons bzw. einer Vorstufe davon direkt an dem jeweiligen Material abfühlen. Es ist jedoch auch möglich, beispielsweise die Temperatur in einem Schwefelbeton oder eine Vorstufe davon enthaltenden Behälter abzufühlen und von der so gemessenen Temperatur auf die Temperatur des Schwefelbetons zu schließen.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Schadstoffsensormittel, inbesondere die zweiten Sensormittel, Gassensormittel mit wenigstens einem Gassensor zum Abfühlen der Anwesenheit und/oder der Konzentration eines Gases aufweisen, wobei die Gassensormittel wenigstens einen Schwefeldioxidsensor oder einen Schwefelwasserstoffsensor aufweisen, wie dies eine Weiterbildung vorsieht. Bei dieser Ausführungsform wird die Anwesenheit bzw. Konzentration von gesundheitsschädlichen Gasen, beispielsweise Schwefeldioxid oder Schwefelwasserstoff unmittelbar über einen entsprechenden Sensor abgefühlt.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Funktionseinheiten wenigstens
- – eine Lagerungseinrichtung für wenigstens einen Zusatzstoff und/oder
- – eine Waage für den Schwefel und/oder wenigstens einen Zusatzstoff und/oder
- – eine Vormischeinrichtung und/oder
- – eine Hauptmischeinrichtung und/oder
- – ein Rohrleitungssystem
aufweisen. Die vorgenannten Funktionseinheiten können ggf. einfach oder mehrfach in der Anlage vorhanden sein. Falls entsprechend den jeweiligen Anforderungen erwünscht, kann die Vormischeinrichtung und/oder die Hauptmischeinrichtung eine Lagerungsfunktion haben und im Produktionsablauf zur Lagerung des Schwefelbetons oder einer Vorstufe davon dienen.
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Unter Verwendung entsprechender Funktionseinheiten ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Aufgabe innerhalb weiter Grenzen wählbar.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß wenigstens einer Funktionseinheit ein Sensor der ersten Sensormittel und wenigstens ein Sensor der zweiten Sensormittel zugeordnet ist. Auf diese Weise wird in bzw. an der jeweiligen Funktionseinheit das Entstehen von Schadstoffen nach zwei unterschiedlichen Sensorprinzipien abgefühlt. Beispielsweise und insbesondere kann die Anwesenheit von Schadstoffen über die Temperatur des Schwefelbetons oder einer Vorstufe davon abgefühlt werden. In der zuvor bereits beschriebenen Weise ist es jedoch auch möglich, die Anwesenheit eines Schadstoffes direkt, beispielsweise über einen Schadstoffsensor, abzufühlen.
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Erfindungsgemäß ist es grundsätzlich ausreichend, wenn wenigstens einer der schwefelhaltiges Material führenden und/oder lagernden Funktionseinheiten ein Sensor der Schadstoffsensormittel zugeordnet ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, daß jeder bei Betrieb der Anlage Schwefel und/oder ein schwefelhaltiges Material führenden und/oder lagernden Funktionseinheiten wenigstens ein Sensor der Schadstoffsensormittel zugeordnet ist. Auf diese Weise ist die Entstehung von Schadstoffen überall dort abfühlbar, wo entsprechende Schadstoffe entstehen können, so daß sich eine besonders hohe Betriebssicherheit bzw. Prozeßsicherheit ergibt.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Schadstoffsensormittel bei Detektion eines Schadstoffes wenigstens eine Sicherheitseinrichtung ansteuern. Die Sicherheitseinrichtung kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter Grenzen ausgestaltet werden. So ist es beispielsweise möglich, daß die Sicherheitseinrichtung bei Detektion eines Schadstoffes die Anlage stillsetzt oder Funktionseinheiten der Anlage mit Stickstoff beaufschlagt, der geeignet ist, brennenden Schwefel zu löschen, ohne daß die Güte des fertigen Mischgutes beeinträchtigt wird.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die Sicherheitseinrichtung wenigstens eine Signaleinrichtung zur Erzeugung eines optischen und/oder akustisch wahrnehmbaren Warnsignales aufweist. Bei dieser Ausführungsform wird dem Bedienpersonal der Anlage durch das Warnsignal angezeigt, daß Schadstoffe entstehen. Das Bedienpersonal kann daraufhin in den Betrieb der Anlage eingreifen oder sich ggf. auch von der Anlage entfernen, um gesundheitliche Beeinträchtigungen zu vermeiden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage dargestellt ist. Dabei bilden alle, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen dargestellten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
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Es zeigt:
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1 in einer schematischen Perspektivansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Betonproduktionsanlage,
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2 eine erste Seitenansicht der Anlage gemäß 1,
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3 eine zweite Seitenansicht der Anlage gemäß 1,
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4 eine Draufsicht auf die Anlage gemäß 1 und
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5 ein schematisches Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktionen der erfindungsgemäßen Anlage.
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Die 1 bis 4 stellen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwefelbetonproduktionsanlage 2, die nachfolgend auch kurz als Anlage bezeichnet wird, in verschiedenen Ansichten dar.
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In der Anlage 2 wird Schwefelbeton produziert, wobei Schwefel mit Zusatzstoffen gemischt wird. Hierbei wird der Schwefel in einer Vormischeinrichtung 4, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Doppelwellenzwangsmischer gebildet ist, chargenweise vorgemischt. Die so gebildete Vormischung wird in eine größere, bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer Rührwerksanordnung ausgestattete Hauptmischeinrichtung 6 weitergegeben, in der ein Additiv, beispielsweise Dicyclopentadien, und bei diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich Farbpigmente hinzugegeben werden. Während des Produktionsprozesses wird der Schwefel in einem Temperaturbereich von ca. 125 bis ca. 159°C gehalten, in dem der Schwefel in flüssiger und mittels einer Pumpe förderbarer Viskosität vorliegt. Um den Schwefel und den Schwefelbeton bis zum Erreichen eines homogenen Materialgemisches in diesem Temperaturbereich zu halten. Die Beheizung erfolgt an sich bewegenden Teilen elektrisch und im übrigen mittels eines Wärmeträgeröles. Das Wärmeträgeröl kann beispielsweise in einem Wärmeträgerölerhitzer mit einem Heizölgebläsebrenner erwärmt werden.
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Um den Schwefel im Schwefelbeton im Moment des Mischens mit als Zuschlagstoff dienenden Gestein in dem genannten Temperaturbereich zu halten, wird das Gestein vor der Zugabe aus einem Doseur 8 über ein überdachtes Förderband 10 zu einer sogenannten Trockentrommel 12 gefördert und dort auf ca. 180°C erhitzt. Die Befeuerung der Trockentrommel 12 erfolgt mittels eines Heizölgebläsebrenners. Von der Trockentrommel wird das erwärmte Gestein in einen sogenannten Heißelevator 13 gefördert, der bei diesem Ausführungsbeispiel über eine Wärmedämmeinrichtung und eine Schallschutzhaube verfügt. Anschließend wird das erwärmte Gestein in einem wärmeisolierten Bunker gelagert. Von dort aus erfolgt mittels Schwerkraft über pneumatisch angetriebene Dosierschieber die Dosierung in eine wärmegedämmte Waage 14 und von dort in die Vormischeinrichtung 4.
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Zusätzlich wird Gesteinsmehl bei Umgebungstemperatur zugegeben. Die Zugabe erfolgt aus einem sogenannen Füllersilo 16 in eine weitere Waage und dann mittels Schwerkraft in die Vormischeinrichtung 4.
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Der Schwefel wird in dem genannten Temperaturbereich in flüssiger Form angeliefert und in einen beheizten Tank 18 gepumpt. Von dort aus erfolgt die dosierte Zugabe mittels einer Pumpe in die Vormischeinrichtung 4. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Dosierung des Schwefels mit einem sogenannten Massedurchflußmesser, der unter Ausnutzung der Corioliskraft arbeitet.
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In der beheizten Vormischeinrichtung 4 erfolgt die Vormischung, wobei die Zeitspanne von der Befüllung bis zum Ablassen der Vormischung ca. 1 Minute beträgt. Die Weitergabe der Vormischung in die Hauptmischeinrichtung 6 erfolgt mittels Schwerkraft in beheizten Kanälen.
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Bei der Hauptmischeinrichtung 6 handelt es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen beheizten Mischer mit einem hydraulisch angetriebenen Rührwerk. Hier wird das fertige Mischgut unter Hinzugabe des Additivs und der Farbpigmente zubereitet. Die Hauptmischeinrichtung 6 weist einen Mischbehälter auf, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein stehender Zylinder mit einer Neigung von etwa 10° ist. Durch diese Neigung kann auf ein Ankippen des Mischbehälters zur Restmengenentleerung verzichtet werden. Die Restmenge entleert sich selbsttätig über die Schräge mittels Schwerkraft. Zudem wird über die Neigung das Mischverhalten wesentlich verbessert. Die Abgabe des fertigen Mischgutes erfolgt über beheizte Schurren. Während des Produktionprozesses wird ein Unterschreiten der für die Erhaltung einer ausreichenden Viskosität erforderlichen Mindesttemperatur bis zur Verarbeitung des fertigen Schwefelbetons verhindert.
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Die Zugabe des Additivs, bei dem es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um ein flüssiges Additiv handelt, erfolgt über eine Pumpe in eine Flüssigkeitswaage, die sich über Schwerkraft in Hauptmischeinrichtung 6 entleert.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Schwefelbeton mittels der Farbpigmente eingefärbt werden. Die Zuführung der Farbpigmente zu der Hauptmischeinrichtung 6 erfolgt durch ein Gebläse, wobei mit jeder Farbeinblasung Luft in den Behälter gelangt, die anschließend entweichen muß. Zu diesem Zweck verfügt die Hauptmischeinrichtung über einen luftdurchlässigen Filter, so daß die Farbpigmente in dem Mischbehälter der Hauptmischeinrichtung 6 bleiben und die Luft entweichen kann.
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Der fertige Schwefelbeton wird in einer Abfülleinrichtung 20 abgefüllt und kann von dort zum jeweiligen Verwendungsort transportiert werden.
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Die Vormischeinrichtung 6, die Lagerungseinrichtung für den Schwefel in Form des Tanks 18 und die Abfülleinrichtung 20 bilden Funktionseinheiten der Anlage 2.
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Erfindungsgemäß weist die Anlage 2 Schadstoffsensormittel zum Abfühlen von von dem Schwefel herrührenden, insbesondere gasförmigen Schadstoffen auf, wobei die Schadstoffsensormittel bei diesem Ausführungsbeispiel voneinander unabhängig arbeitende erste und zweite Sensormittel aufweisen. Die ersten und zweiten Sensormittel beruhen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf unterschiedlichen Detektionsprinzipien.
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Im einzelnen weisen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die ersten Sensormittel Temperaturmeßmittel mit Temperatursensoren 22, 22', 22'' zur Messung der Temperatur von in der Anlage geführten und/oder gelagerten Materialien auf. Hierbei ist der Temperatursensor 22 dem Tank 18 zugeordnet und fühlt die Temperatur des in dem Tank gelagerten Schwefels ab. Der Temperatursensor 22' ist der Vormischeinrichtung 4 zugeordnet und fühlt die Temperatur des Vorgemisches in der Vormischeinrichtung 4 ab. Der Temperatursensor 22'' ist der Hauptmischeinrichtung 6 zugeordnet und fühlt die Temperatur des Schwefelbetons in der Hauptmischeinrichtung 6 ab. Die Temperatursensoren 22, 22' und 22'' fühlen somit das Auftreten von Schadstoffen indirekt ab, indem festgestellt wird, ob eine zu einer Entstehung von Schadstoffen, insbesondere Gasen, führende Temperatur erreicht oder überschritten wird.
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Die zweiten Sensormittel weisen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Gassensormittel mit Gassensoren 24, 24' auf, die zum Abfühlen der Anwesenheit oder Konzentration wenigstens eines Gases dienen. Die Gassensoren 24, 24' fühlen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Anwesenheit oder Konzentration von Schwefeldioxid oder Schwefelwasserstoff ab.
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Wie aus 5 ersichtlich ist, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl dem Tnak 18 als auch der Vormischeinrichtung 4 und der Hauptmischeinrichtung 6 ein Temperatursensor 22 bzw. 22' bzw. 22'' als auch ein Gassensor 24 bzw. 24' bzw. 24'' zugeordnet.
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Die Temperatursensoren 22, 22' und 22'' sowie die Gassensoren 24, 24' und 24'' sind mit einer Steuerungseinrichtung 26 verbunden, die Teil der Schadstoffsensormittel ist und bei Detektion eines Schadstoffes eine Sicherheitseinrichtung 28 ansteuert. Die Sicherheitseinrichtung 28 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Signaleinrichtung zur Erzeugung eines optisch und/oder akustisch wahrnehmbaren Signales auf. Falls erforderlich, kann die Sicherheitseinrichtung 28 so ausgebildet sein, daß sie bei Detektion eines Schadstoffes die Anlage 2 stillsetzt oder beispielsweise Funktionseinheiten der Anlage 2 mit Stickstoff beaufschlagt, der brennenden Schwefel löscht, ohne die Güte des fertigen Mischgutes zu beeinträchtigen.
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Während des Betriebes der Anlage fühlen die Temperatursensoren 22, 22' und 22'' fortlaufend die Temperaturen in den zugehörigen Funktionseinheiten der Anlage 2 ab. In hierzu entsprechender Weise wird durch zusätzliche Temperatursensoren die Temperatur in einem Funktionseinheiten der Anlage verbindenden und selbst eine Funktionseinheit bildenden Rohrleitungssystem abgtefühlt. Anzahl und Anordnung der zusätzlichen Temperatursensoren sind entsprechend den jeweiligen Anforderungenn innerhalb weiter Grenzen wählbar.
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Wird ein Maximalwert der Temperatur überschritten, oberhalb dessen Schwefeldioxid oder Schwefelwasserstoff entstehen, so steuern die Steuerungsmittel 26 die Sicherheitseinrichtung 28 an, die daraufhin ein Warnsignal erzeugt. Gleichzeitig fühlen die Gassensoren 24, 24' und 24'' direkt die Anwesenheit und/oder Konzentration von Schwefeldioxid und/oder Schwefelwasserstoff direkt ab. Wird auf diesem Wege die Anwesenheit bzw. das Überschreiten einer bestimmten Konzentration an Schwefeldioxid bzw. Schwefelwasserstoff detektiert, so steuern die Steuerungsmittel 26 ebenfalls die Signaleinrichtung 28 an. Durch Verwendung zweier unterschiedlicher Detektionsprinzipien, nämlich einer Detektion der Temperatur einerseits und einer direkten Detektion von Schwefeldioxid bzw. Schwefelwasserstoff andererseits, ist sensorseitig eine hohe Betriebssicherheit geschaffen. Das Auftreten von Schadstoffen in Form von Schwefeldioxid bzw. Schwefelwasserstoff ist damit auf besonders zuverlässige Weise detektierbar, so daß die erfindungsgemäße Anlage 2 eine besonders hohe Betriebs- und Prozeßsicherheit aufweist. Die Temperaturüberwachung dient außerdem dazu, eine im Sinne einer ausreichend niedrigen Viskosität erforderliche Minimaltemperatur in der Anlage 2 einzuhalten.
