DE19751180C1 - Verfahren zur Steuerung und/oder Überwachung von Filtrationsprozessen in der Fest-Flüssig-Trennung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Überwachung von Filtrationsprozessen in der Fest-Flüssig-Tren­ nung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung und Überwachung von Filtrationsprozessen ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Bei Filtrationsprozessen in der Fest-Flüssig-Trennung von biologischen Flüssigkeiten oder Getränken, insbesondere Bier oder Fruchtsäfte, sind verschiedene Verfahren zur Par­ tikelanalyse bekannt. Dabei wird zwischen den Betriebsarten der "on-line" Messung und "off-line" Messung und "in-line" Messung unterschieden. Ein in den genannten Betriebsarten benutztes Meßverfahren ist die Trübungsmessung, die jedoch in Bereichen der niedrigen Feststoffkonzentration keine aussagekräftigen Meßwerte mehr liefert. In diesem Bereich der niedrigen Feststoffkonzentration wird trotz erheblicher Änderung dieses Wertes der daraus resultierende Meßwert derart geringfügig verändert, so daß die Änderung praktisch nicht feststellbar ist.

Die "off-line" Messung der Partikelkonzentration besteht in der Messung von Proben aus Probengefäßen und nicht direkt im Filtersystem. Dieses Verfahren hat ebenfalls in dem Be­ reich der niedrigen Feststoffkonzentration besondere Schwä­ chen. Generell ist bei dieser Methode aufgrund der Proben­ nahme in den Gefäßen die Schwankungsbreite der Meßwerte sehr groß, da die Gefäße verschmutzt sein können und auch die Probennahme an sich ein hohes Fehlerrisiko birgt. Fer­ ner können Adsorptions-, Sedimentations- und Entgasungsvor­ gänge die Messung negativ beeinflussen. Die Schwankungs­ breite der Meßwerte wird also umso größer, je kleiner die Konzentration des zu messenden Feststoffes in der Flüssig­ keit wird. In sehr niedrigen Konzentrationsbereichen wird die Meßungenauigkeit so groß, daß keine zuverlässige Mes­ sung mehr möglich ist. Zur Durchführung des Verfahrens bei der "on-line" Messung wird Flüssigkeit durch eine Meßzelle geleitet, die eine Lichtquelle und einen Sensor umfaßt. Für eine solche Messung ist sowohl das Lichtblockadeprinzip als auch das Streulichtprinzip bekannt, letzteres arbeitet nach dem Prinzip des Fraunhofer'schen Beugungsmusters, das heißt, es erfolgt eine Messung der Partikelgrößenverteilung ohne Bestimmung der Anzahl der Partikel. Mit dem Licht­ blockadeprinzip wird der Schatten eines jeden Partikels ge­ messen, das heißt, jedes einzelne Teilchen wird erfaßt und darüber hinaus wird die Dimension des Schattens ausgewer­ tet, so daß eine Aussage über die Größe des jeweiligen Par­ tikels möglich ist.

Auch bei den On-line Meßverfahren treten Meßwertabweichun­ gen, bedingt durch dynamische Vorgänge im Filtrationssy­ stem, auf. Besondere Schwierigkeiten bestehen auch darin, daß an den unterschiedlichen Stellen im gesamten Filtersy­ stem sehr unterschiedliche Strömungsbedingungen herrschen, die auf das Meßergebnis entscheidenden Einfluß nehmen, so daß eine zuverlässige Aussage über die tatsächliche Fest­ stoffkonzentration anhand des Meßwertes nur bedingt möglich ist.

Ein völlig anderes Verfahren ist die "in-line"-Messung. Mit diesem Begriff wird die Messung an Anlagen ohne Abtrennung eines Teilstromes bezeichnet, d. h. der Gesamtstrom durch eine Leitung wird der Messung unterzogen.

In der EP 0 407 735 A2 ist ein Verfahren zum Entwässern von Schlämmen in Filterpressen beschrieben. Bei diesem Verfah­ ren wird ein Teilstrom des der Filterpresse zugeführten Schlammes an dem der Zuführstelle entgegengesetzten Ende abgeführt und in den Zulauf zurückgeführt. Dabei ist die Größe des Teilstroms einstellbar. Der Teilstrom wird hin­ sichtlich der Flockenstruktur bzw. der Flockengröße abgeta­ stet und die Meßergebnisse werden zur Veränderung von einem oder mehreren die Entwässerbarkeit bestimmenden Parametern verwendet.

Die EP 0 487 356 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Messung der Größe und Verteilung von Partikeln in einem Medium. Diese Vorrichtung umfaßt eine Laserlicht­ quelle und einen Lichtsensor, zwischen denen ein Meßab­ schnitt einer Strömungsleitung durchgeführt ist. Das Sen­ sorsignal wird einer Auswerteschaltung zugeführt.

In der US 4,850,707 ist ein optisches Meßverfahren zur Be­ stimmung der Partikelzahl und Größe beschrieben. Zur Durch­ führung dieses Verfahrens ist eine Meßzelle vorgesehen, durch die eine laminare Strömung geführt wird. Die Meßzelle ist mit einer Laserlichtquelle und einem Sensor versehen, dessen Signal einer Auswerteschaltung zugeleitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung und/oder Überwachung von Filtrationsprozessen in der Fest-Flüssig-Trennung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, durch das eine zuverläs­ sige Messung der Feststoffkonzentration sowohl hinsichtlich der Anzahl der Partikel als auch deren Größe möglich ist. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und im Hinblick auf die Vorrich­ tung durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu se­ hen, daß mit einfachen Mitteln auf zuverlässige Weise die Anzahl und Größe der Partikel feststellbar ist. Die aus der Messung gewonnene Information kann sowohl zur Steuerung der Filterlinie durch Zu- oder Abschalten bestimmter Filter als auch zum Erreichen eines bestimmten Reinheitsgrads durch Rezirkulation benutzt werden. Ebenso ist es möglich, mit Hilfe der Erfindung Schädigungen im Filtersystem festzu­ stellen oder die Zugabe von Filterhilfsmitteln zu veranlas­ sen. Wesentlich in diesem Zusammenhang ist, daß durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen der für die Filterüberwachung wichtige Meßbereich, nämlich der der geringen Feststoffkon­ zentration, quantifizierbar wird, da mit sehr geringer Meß­ wertstreuung gemessen werden kann.

In den meisten Anwendungsfällen ist es ausreichend, von Zeit zu Zeit einen Meßwert zu erzeugen, so daß es als vor­ teilhaft angesehen wird, die Messung in vorgegebenen Zyklen durchzuführen. Dabei können die Abstände zwischen den Zy­ klen eine Minute oder auch deutlich mehr betragen. Die Zy­ kluszeit kann unter Berücksichtigung des zu steuernden bzw. überwachenden Filtersystems bestimmt werden. Zur Durchfüh­ rung des Verfahrens ist lediglich ein geringes Volumen des Unfiltrates bzw. Filtrates erforderlich, wobei es bei Pro­ duktionsfiltern als völlig ausreichend angesehen wird, daß der aus der Produktleitung abgezweigte Teilstrom < 0,1% des Produktstromes beträgt. Bei Versuchsanlagen oder Systemen mit vergleichsweise geringem Volumenstrom kann der prozen­ tuale Anteil des Meßvolumens wesentlich größer sein. Für die Messung der Partikel ist eine durch die Meßzelle strö­ mende Probenmenge von mindestens 10 ml ausreichend. Für die Spülung der Meßleitung ist das gleiche Volumen vorgesehen, es kann aber auch ein ganzzahliges Vielfaches davon betra­ gen. Zur Steigerung der Meßgenauigkeit ist es von Vorteil, die Probe aus dem Zentralstrom in der Produktleitung zu entnehmen, so daß Verfälschungen durch Randeffekte an der Innenseite der Produktleitung vermieden werden. Diese Rand­ effekte können beispielsweise darin bestehen, daß in der Nähe der Rohrwandung eine Entmischung stattfindet oder durch Ablagerungen eine Partikelschicht entsteht. Der als Probe benutzte Teilstrom kann nach der Messung in die Pro­ duktleitung zurückgeführt oder in einen Auffang- oder Sam­ melbehälter geleitet werden.

Als Pumpe zur Erzeugung einer konstanten Durchflußge­ schwindigkeit ist vorzugsweise eine Doppelkolbenpumpe vor­ gesehen, auf deren Saugseite unabhängig vom jeweils herr­ schenden Druck eine konstante Strömungsgeschwindigkeit er­ zeugbar ist. Gegebenenfalls kann anstelle einer Doppelkol­ benpumpe auch eine Zahnradpumpe vorgesehen werden. Wegen des vergleichsweise geringen Probenvolumens wird auch für die Probenleitung nur ein geringer Querschnitt benötigt, hierfür wird ein Innendurchmesser von etwa 2 mm als ausrei­ chend angesehen. Damit eine erfindungsgemäße Vorrichtung an unterschiedlichen Stellen des gesamten Filtersystems be­ darfsweise einsetzbar ist, wird es als zweckmäßig erachtet, daß die Probenleitung mit einem Adapter zum bedarfsweisen Anschluß an dafür ausgebildeten Stellen der Produktleitung versehen ist.

Für den Einsatz an häufig wechselnden Orten bzw. unter­ schiedlichen Stellen innerhalb eines oder mehrerer Filter­ systeme ist es vorteilhaft, daß der Abschnitt der Proben­ leitung, der die Meßzelle und die Pumpe umfaßt, in einem Gehäuse angeordnet ist. Ebenso kann die elektrische Schal­ tung in dem Gehäuse integriert sein. Bei stationären Anla­ gen ist das Gehäuse vorzugsweise ein Schaltschrank oder dergleichen, während bei mobilen Meßvorrichtungen das Ge­ häuse als Meßkoffer ausgebildet sein kann. Je nach Ausge­ staltung der Filteranlage können mehrere Partikelmeßgeräte, die jeweils eine Meßzelle und eine Pumpe umfassen, an ver­ schiedenen Stellen der Produktleitung vorgesehen sein, wo­ bei die Partikelmeßgeräte mit einer gemeinsamen elektroni­ schen Steuerung verbunden sind.

Die Meßzelle umfaßt zweckmäßigerweise eine an sich bekannte Laserlichtquelle sowie einen Sensor, in dem in Abhängigkeit von der Anzahl und Größe der durch die Meßzelle geführten Partikel Impulse erzeugt werden. Anstelle der Laserlicht­ quelle kann auch eine Halogenlampe vorgesehen sein. Damit nicht gleichzeitig mehrere Partikel die Meßzelle passieren und sich gegenseitig derart verdecken, daß ein falscher Meßwert entsteht, sollte der Durchströmungsquerschnitt des Meßabschnitts in der Meßzelle etwa einem Quadrat mit einer Kantenlänge von 0,25 mm entsprechen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Filterlinie mit Steuerung der Nachfiltration,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines an eine Pro­ duktleitung angeschlossenen Partikelmeßgerätes,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer Meßzelle,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante zu Fig. 1,

Fig. 5 eine Steuerung einer Dosieranlage für Filterhilfs­ mittel,

Fig. 6 eine Anordnung zur Steuerung von Kreislaufzeiten,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform einer Filterlinie,

Fig. 8 eine Ausführungsvariante zu Fig. 7,

Fig. 9 eine Filterlinie mit Filtern unterschiedlicher Feinheit des Filtermaterials,

Fig. 10 eine Vorrichtung zur Verdünnung der zu messenden Probe.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Filterlinie ist an eine Pro­ duktleitung 1 ein erstes Filter 4 angeschlossen, bei dem es sich beispielsweise um ein Kieselgurfilter handeln kann. Abströmseitig des ersten Filters 4 ist die Produktleitung mit dem Bezugszeichen 1' versehen, wobei am Ende dieses Ab­ schnitts 1' eine Verzweigung in zwei parallele Produktlei­ tungen 2 und 3 erfolgt. In der Produktleitung 2, 2' befin­ det sich ein zweites Filter 5, beispielsweise ein Trapfil­ ter, und in der Produktleitung 3, 3' ist ein drittes Fil­ ter, beispielsweise ein Scheibenfilter vorgesehen. Die je­ weils abströmseitigen Abschnitte der Produktleitungen 2', 3' münden in eine gemeinsame Produktleitung 1*, die bei­ spielsweise zu einem Vorratstank führt.

In der Produktleitung 2 befindet sich ein erstes Ventil 7 und in der Produktleitung 3 ein zweites Ventil 8, die ein­ stellbar sind, so daß der Durchfluß und somit die Beauf­ schlagung des zweiten Filters 5 sowie dritten Filters 6 steuerbar ist. Zur Steuerung der Ventile ist ein Partikel­ meßgerät 10 vorgesehen, das über eine Probenleitung 11 bzw. 11' an die Produktleitung 1' angeschlossen ist. Dieses Par­ tikelmeßgerät 10 ermittelt die Anzahl und Größe der in der Flüssigkeit mitgeführten Partikel und erzeugt in Abhängig­ keit des Meßwertes Steuersignale zur Einstellung der Venti­ le 7 und 8, die zu diesem Zweck über Steuerleitungen 9 mit dem Partikelmeßgerät 10 verbunden sind. Sofern kein direk­ ter Eingriff in die Filterlinie erfolgen soll, kann der Meßwert auch an einer Anzeigeeinrichtung, beispielsweise einem Display 10*, angegeben werden. Dies gibt dem Bedie­ nungspersonal die Möglichkeit, selbst die Entscheidung über vorzunehmende Einstellungen zu treffen.

Mit Hilfe des Partikelmeßgerätes 10 wird die Partikelbe­ lastung des Filtrats gemessen. Bei hoher Belastung der Flüssigkeit wird das zweite Ventil 8 geöffnet und somit das Produkt im Schichtenfilter 6 gefiltert. Bei niedriger Be­ lastung ist das Ventil 8 geschlossen, dagegen jedoch das erste Ventil 7 geöffnet, so daß der weniger leistungsfähige Trapfilter 5 zum Einsatz kommt.

Die Funktion des Partikelmeßgerätes 10 wird nachstehend an­ hand von Fig. 2 erläutert. Das Partikelmeßgerät 10 umfaßt ein Gehäuse 18, in dem eine Pumpe 15 mit einem Antriebsmo­ tor 16, eine elektrische Schaltung 17 sowie eine Meßzelle 20 angeordnet sind. Die Probenleitung 11 besitzt einen Meßdorn 12, der bis etwa in das Zentrum der Produktleitung 1' ragt und endseitig mit einer Eintrittsöffnung 13 versehen ist. Die Probenleitung 11 führt zu der Meßzelle 20 und von dort zu der Pumpe 15, bei der es sich beispielsweise um eine Doppelkolbenpumpe handeln kann, wie sie in DE 94 20 962 U1 beschrieben ist. Ausgangsseitig führt von der Pumpe 15 ein Abschnitt 11' der Probenleitung zurück in die Produktlei­ tung 1'.

Die Meßzelle 20 umfaßt eine Lichtquelle 21, vorzugsweise einen Laser, sowie einen Sensor 22, wobei die Lichtquelle 21 über eine elektrische Leitung 24 und der Sensor 22 über eine elektrische Leitung 23 mit der Schaltung 17 verbunden sind. Die Schaltung 17 ist darüber hinaus mittels einer Leitung 19 mit dem Antriebsmotor 16 verbunden. Die elektri­ sche Schaltung umfaßt vorzugsweise ein Steuergerät 17' zur automatischen Beeinflussung der Ventile, es kann jedoch ebenso eine Anzeige des jeweiligen Meßwertes an dem in Fig. 1 dargestellten Display 10* erfolgen. Am Gehäuse 18 befin­ det sich eine Steckerleiste 14 für die externen elektri­ schen Verbindungen, beispielsweise zu den Ventilen, weite­ ren Steuereinrichtungen sowie Netzanschluß. Die Pumpe 15 erzeugt in der Probenleitung 11 eine konstante Durchflußge­ schwindigkeit des aus der Produktleitung 1' abgezweigten Teilstroms, so daß unabhängig vom jeweiligen Druck in der Filterlinie in der Meßzelle 20 konstante Strömungsverhält­ nisse vorliegen. Dadurch wird eine Partikelmessung der in der Flüssigkeit mitgeführten Feststoffe mit großer Meßge­ nauigkeit möglich.

Wie sich insbesondere aus der Darstellung in Fig. 3 ergibt, wird die Probenleitung in der Meßzelle 20 zwischen An­ schlußstücken 26, 26' auf einen Meßabschnitt 25 mit gerin­ gem Querschnitt reduziert, wobei dieser Durchströmungsquer­ schnitt beispielsweise einem Quadrat mit einer Kantenlänge von 0,25 mm entspricht. Die mit 27 bezeichneten Partikel in der Flüssigkeit passieren den Meßabschnitt 25 und treten somit durch den von der Lichtquelle 21 emittierten Licht­ strahl und erzeugt dadurch am Sensor 22 Impulse, die an die elektrische Schaltung 17 in Fig. 2 gegeben werden.

In Fig. 4 ist eine Filterlinie dargestellt, die sich von derjenigen der Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß zwischen der Produktleitung 2', das heißt abströmseitig des zweiten Filters 5, und der Produktleitung 3, das heißt zuströmsei­ tig des dritten Filters 6, eine Verbindungsleitung 28 ange­ ordnet ist, so daß eine Reihenschaltung der beiden Filter 5 und 6 möglich ist. Hierzu ist ein steuerbares Ventil 29 in der Verbindungsleitung 28 sowie ein weiteres steuerbares Ventil 30 in der Produktleitung 2' vorgesehen, die über Steuerleitungen 9 mit dem Partikelmeßgerät 10 verbunden sind. Mit dieser Anordnung kann je nach Belastung des Fil­ trats abströmseitig des als Kieselgurfilter ausgeführten ersten Filters 4 entweder das zweite Filter 5 oder das dritte Filter 6 zur Filtrierung benutzt werden oder bei ex­ tremer Belastung ist die Beaufschlagung des Trapfilters 5 und des Scheibenfilters 6 in Reihe hintereinander liegend möglich.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist dem Filter 4 ein Dosiergerät 35 für die Zudosierung von Filterhilfsmitteln zugeordnet. In der Produktleitung 1 befindet sich eine Pumpe 45, die das Unfiltrat zum Filter 4 pumpt. Abströmsei­ tig des Filters 4 befindet sich der Abschnitt 1' der Pro­ duktleitung. Das Dosiergerät 35 umfaßt vier Behälter 36, 36', 36'', 36''', in denen ein Vorrat der Filterhilfsmittel enthalten ist. Mittels eines steuerbaren Ventils 37, 37', 37'', 37''' ist jeder der Vorratsbehälter 36, 36', 36'', 36''' an eine Zuführleitung 39 angeschlossen, die zu einem Dosiergefäß 40 führt. In einem gemeinsamen Endabschnitt 39' der Zuführleitung 39 befindet sich ein weiteres steuerbares Ventil 38. In dem Dosiergefäß 40 befindet sich eine Misch­ einrichtung 41, die von einem Motor 42 angetrieben wird. Das mit Hilfe der Mischeinrichtung 41 aufbereitete Filter­ hilfsmittel wird durch eine Filterhilfsmitteleinspeisung 43, in der sich eine Pumpe 44 befindet, der Produktleitung 1 zugeführt und gelangt somit in das Filter 4.

Zur Steuerung der Ventile 37, 37', 37'', 37''' und 38 ist ein elektrisches Steuergerät 34 vorgesehen, das über Ven­ tilsteuerleitungen 46 mit den Ventilen verbunden ist. Zur Feststellung des jeweiligen Bedarfs von Filterhilfsmitteln dienen zwei Partikelmeßgeräte 10, von denen eines mit der das Unfiltrat führenden Produktleitung 1 und das andere mit der das Filtrat führenden Produktleitung 1' verbunden ist. Die Partikelmeßgeräte 10 sind über Signalleitungen 32, 33 mit dem elektrischen Steuergerät 34 verbunden. In den Par­ tikelmeßgeräten werden die Daten den Unfiltrats und des Filtrats erfaßt und entsprechende Signale an das Steuerge­ rät 34 gegeben. Dieses verarbeitet die Eingangswerte, Zu­ stellgrößen für die anzusteuernden Ventile 37 bis 38, so daß die erforderliche Mischung der Filterhilfsmittel er­ reicht wird.

Die Fig. 6 zeigt eine Filterlinie mit einem Anschwemmfilter 4, beispielsweise einem Kieselgurfilter. Zur Stabilisierung der Anschwemmschicht und um die Kieselgur vollständig auf die Filterelemente aufzubringen, ist eine Rückführleitung 52 vorgesehen, die sich von dem filtratführenden Abschnitt 1' der Produktleitung zu dem auf der Saugseite der Pumpe 45 befindlichen Abschnitt der Produktleitung 1 erstreckt. In der Produktleitung 1 ist stromauf der Einmündung der Rück­ führleitung 52 ein steuerbares Ventil 47 angeordnet, ein weiteres steuerbares Ventil 48 ist in der Rückführleitung 52 vorgesehen und ein drittes steuerbares Ventil 49 befin­ det sich zwischen dem Abzweig der Rückführleitung 52 aus dem Abschnitt 1' der Produktleitung und einem Schichtenfil­ ter 50.

Das Partikelmeßgerät 10 entnimmt mittels der Probenleitung 11 einen Teilstrom aus der Produktleitung 1' und somit eine Probe des Filtrats. Nach Auswertung der Probe in dem Parti­ kelmeßgerät 10 wird das Volumen durch die Probenleitung 11' in die Produktleitung rückgeführt. Das Partikelmeßgerät 10 ist über Ventilsteuerleitungen 51 mit den Ventilen 47, 48, 49 verbunden und betätigt diese in Abhängigkeit der jewei­ ligen Meßwerte. Um die Anschwemmschicht zu stabilisieren und die Kieselgur vollständig auf die Filterelemente aufzu­ bringen, werden die Ventile 47, 48, 49 derart eingestellt, daß der durch die Pumpe 45 erzeugte Flüssigkeitsstrom durch das Filter 4 und die Leitungen 1, 1', 52 zirkuliert. Die Kreislaufzeiten können verkürzt werden, wenn durch die Par­ tikelmessung der Kreislauf automatisch bei Erreichen eines vorgewählten Grenzwertes beendet wird. Sollte es durch eine Störung während des Anschwemmens zu einer Beeinträchtigung der Anschwemmschicht kommen, kann durch die gleiche Automa­ tik der Kreislauf genau solange gefahren werden, bis die Beeinträchtigung wieder kompensiert ist.

In Fig. 7 ist eine Filterlinie mit einem PVPP Filter ge­ zeigt. Dabei ist dem ersten Filter 4 ein zweites Filter 5 nachgeordnet, das sich in einem Leitungszweig 57 befindet. Parallel zum Leitungszweig 57 befindet sich ein Leitungs­ zweig 58, der das Filter 5 überbrückt. In jedem der Lei­ tungszweige 57 und 58 befindet sich ein steuerbares Ventil 54, 55, das über Steuerleitungen 9 mit dem Partikelmeßgerät 10 verbunden ist. An die Leitungszweige 57, 58 schließt sich eine Produktleitung 53 an, in der sich das PVPP Filter 56 befindet.

Um den Aschegehalt und damit die Permeabilität des PVPPs in STR Anlagen gering zu halten, kann der Kieselgurfilter mit der Partikelmessung überwacht werden. Treten z. B. durch ei­ ne schwer filtrierbare Biersorte oder durch Fehler in der Anlage bei der Anschwemmung hohe Partikelwerte auf, welche einen höheren Eintrag von Kieselgur in das PVPP bedeuten würden, so kann dies durch das Partikelmeßgerät überwacht werden. Bei Überschreiten eines bestimmten Wertes (Grenzwertes) wird zum Schutz des PVPP Filters das zweite Filter 5, bei dem es sich beispielsweise um einen Trapfilter handelt, zugeschaltet, der während der übrigen Betriebszustände durch den Leistungszweig 58 überbrückt ist.

Die Fig. 8 zeigt eine Filterlinie, welche die Anlagenele­ mente der Fig. 7 umfaßt und zusätzlich dem PVPP Filter 56 noch eine Filteranordnung aus einem Trapfilter 5 und einem Schichtenfilter 6 nachgeordnet ist. Diese Anordnung aus Trapfilter 5 und Schichtenfilter 6 entspricht derjenigen, die in Fig. 1 bereits beschrieben ist. Aus diesem Grund stimmen die Bezugszeichen für gleiche Teile mit denjenigen der Fig. 1 überein. Ein an die Produktleitung 53 ange­ schlossenes Partikelmeßgerät 10 erfaßt Anzahl und Größe der Partikel des Filtrats in der Produktleitung 53. In Abhäng­ igkeit des Meßwertes werden die Ventile 7 und 8 gesteuert, so daß je nach Bedarf entweder das Trapfilter oder das Scheibenfilter 6 beaufschlagt wird.

Die Fig. 9 zeigt eine Filterlinie mit Filtern unterschied­ licher Feinheit des Filtermaterials. Dabei sind dem ersten Filter 4, bei dem es sich beispielsweise um ein Kieselgur­ filter, eine Kammerfilterpresse oder ein Prozeßeinschich­ tenfilter handelt, drei Filter 5, 5', 5'' mit unterschied­ licher Filterfeinheit nachgeordnet. Diese einzelnen Filter 5, 5', 5'' befinden sich in dem Leitungszweig 57, zu dem parallel der weitere Leitungszweig 58 angeordnet ist. Am Anfang der Leitungszweige 57 und 58 befinden sich die be­ reits in Fig. 7 beschriebenen steuerbaren Ventile 54, 55, die mittels Steuerleitung 9 mit dem elektrischen Steuerge­ rät 34 verbunden sind. Zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Filterstufen 5, 5', 5'' ist eine Verbindungslei­ tung 69, 69' zwischen den Leitungszweigen 57 und 58 vorge­ sehen, wobei diese Leitungszweige mittels darin befindli­ cher Ventile 70, 70' steuerbar sind.

Ausgangsseitig jeder Filterstufe 5, 5', 5'' ist jeweils ein Ventil 68, 68', 68'' in dem Leitungszweig 57 vorgesehen. Eingangsseitig der Filterstufe 5' ist der Zustrom von Un­ filtrat in die zweite Filterstufe 75' mittels eines Ventils 71 absperrbar. Zwischen den jeweiligen Anschlußpunkten der Verbindungsleitungen 69, 69' an den Leitungszweig 58 be­ findet sich ein steuerbares Ventil 72 und am Ende des Lei­ tungszweiges 58 ist ein weiteres steuerbares Ventil 73 vor­ gesehen. Die Ventile 68, 68', 68'', 70, 70', 72 und 73 sind mittels Steuerleitungen 66 mit dem elektrischen Steuergerät 34 verbunden.

Wie aus Fig. 9 weiter hervorgeht, sind drei Sensoren 60, 60', 60'' vorgesehen, die jeweils mit einer Meßzelle 20, 20', 20'' ausgestattet sind. Der Sensor 61 ist über eine Probenleitung 11 an die Produktleitung 1' angeschlossen, während der Sensor 60' an den Leitungszweig 57 im Bereich zwischen den Ventilen 68 und 71 angeschlossen ist. Der dritte Sensor 60'' ist über eine Probenleitung 11 an den Leitungszweig 57 im Bereich zwischen dem Ventil 68' und der dritten Filterstufe 75'' angeschlossen. Jeder der Sensoren 60, 60', 60'' ist mittels einer Verbindungsleitung 61, 61', 61'' mit einem steuerbaren Wegeventil 62 verbunden, das wahlweise eine der Verbindungsleitungen 61, 61', 61'' an eine Saugleitung 63 eines Pumpengerätes 74 schaltet. Das Pumpengerät 74 wird über eine Steuerleitung 67 von dem elektrischen Steuergerät 34 gesteuert. Das Steuergerät 34 ist mittels einer Steuerleitung 64 mit dem Wegeventil 62 verbunden.

Die Meßzellen 20, 20', 20'' der Sensoren 60, 60', 60'' sind mittels Meßleitungen 65, 65', 65'' mit dem Steuergerät 34 verbunden. Durch in dem Steuergerät 34 abgelegte Steuer­ programme wird in Abhängigkeit von verschiedenen Anforde­ rungen an die Filtratqualitäten und in Abhängigkeit der Filterleistung die Filterlinie geschaltet, in dem das Steu­ ergerät 34 auf die Ventile 54, 55, 68, 68', 68'', 70, 70', 71, 72, 73 einwirkt. Sind die Partikelwerte nach dem ersten Filter 4 bereits relativ niedrig, zum Beispiel unterhalb des Grenzwertes für den Sensor 60, so kann das Filter 75 durch Schalten der entsprechenden Ventile 54, 55, 68, 70 umgangen werden. Auf die gleiche Weise kann mit den weite­ ren Filterstufen 75', 75'' verfahren werden. Der besondere Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin, daß eine Fil­ trierung nur in dem erforderlichen Maße erfolgt und somit Filtermittelkosten gespart werden. Ebenso ist es möglich, eine oder mehrere der Filterstufen 75, 75', 75'' ganz abzu­ schalten, wenn dies aus bestimmten Gründen erforderlich ist.

Die Fig. 10 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Verdün­ nung der zu messenden Probe. Dabei ist das Partikelmeßgerät 10 in üblicher Weise über die Probenleitung 11, 11' mit der Produktleitung 1 verbunden. Da bezüglich der Feststoffkon­ zentration die in Fig. 2 und 3 beschriebene Meßzelle 20 le­ diglich bis zu einem Maximalwert funktionsfähig ist, wird bei der Anordnung der Fig. 10 in die Probenleitung 11 ein Medium zur Verdünnung der Probenflüssigkeit durch eine steuerbare Zuführleitung 76 zugeführt. Diese Zuführleitung 76 ist an einen Vorratsbehälter oder Zulauf 77 des Verdün­ nungsmediums, bei dem es sich beispielsweise um Wasser han­ deln kann, angeschlossen. Zur Steuerung des jeweiligen Vo­ lumens des Verdünnungsmediums ist in der Zuführleitung 76 ein einstellbares Ventil 78 sowie ein Durchflußsensor 79 vorgesehen. Das Ventil 78 und der Durchflußsensor 79 sind über Steuerleitungen 81, 82 mit einem Steuergerät 80 ver­ bunden. Sofern das Partikelmeßgerät 10 und das Steuergerät 80 nicht zu einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefaßt sind, obwohl dies durchaus als vorteilhaft angesehen wird, können diese Geräte mittels einer Steuerleitung 83 ge­ koppelt sein.

Da die Partikelmessung nicht nur eine Angabe über die An­ zahl der Partikel liefert, die in der Flüssigkeit enthalten sind, sondern auch welche Größe bzw. Größenverteilung diese Partikel haben, ist anhand des Meßergebnisses eine Aussage über die Poren- oder Maschengröße, den Zustand der Dichtung oder die Charakteristik der Abtrennung möglich. An Mem­ branendfilterkerzen mit Porengrößen von 0,1 bis 0,2 µm kön­ nen mit diesem Meßverfahren aufgrund seiner hohen Empfind­ lichkeit sehr kleine Konzentrationen an Partikeln gemessen werden. Sobald durch die Messung größere Partikel und hö­ here Gesamtzahlen an Partikeln festgestellt werden, liegt ein Fehler vor, so daß mit Hilfe der Steuerungseinrichtung die Filtration abgebrochen oder auf eine andere Filterpa­ trone umgeschaltet werden kann. Filtergewebe für zum Bei­ spiel Kammerfilterpressen werden in ihrer Feinheit meist über den Luftdurchlässigkeitswert charakterisiert. Je kleiner der Luftdurchlässigkeitswert ist, umso feiner ist das Gewebe. Dieser Wert kann zwar zur groben Auswahl der Gewebe benutzt werden, wie sich dies jedoch auf die Ab­ scheidung von Partikeln aus einer Flüssigkeit auswirkt, ist unbestimmt. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann jedoch auf einfache Weise und sehr schnell bestimmt werden, welche Partikelgrößen das Gewebe passieren können.

Wie bereits vorstehend erwähnt, liegt ein besonderer Vor­ teil der Erfindung in der Fehlerdiagnose an Filtersystemen. Für die einzelnen Filtersysteme sind jeweils bestimmte Partikelwerte typisch. Die einfachste Art der Fehlerdiagno­ se besteht deshalb in der Feststellung einer Abweichung vom normalen Bereich der Meßwerte. Liegen die gemessenen Werte bei ordnungsgemäßer Betriebsweise wesentlich über dem Standard, kann auf einen mechanischen Fehler oder einen Dichtungsschaden geschlossen werden. Über die Partikel­ größenverteilung läßt sich ebenfalls eine Diagnose stellen. Es wird z. B. an einem Kieselgurfilter mit einem Edel­ stahlgewebe von 50 µm Maschenweite eine Messung durchge­ führt, die eine gesamte Partikelzahl zeigt, welche sich noch im Rahmen des normalen Bereichs bewegt. Wird jedoch eine signifikante Anzahl von Partikeln über 60 µm festge­ stellt, so deutet dies auf einen Dichtungsschaden oder ei­ nen Gewebeschaden an einem Filterelement hin.

Claims (23)

1. Verfahren zur Steuerung und/oder Überwachung von Fil­ trationsprozessen in der Fest-Flüssig-Trennung, ins­ besondere von Getränken oder biologischen Flüssigkei­ ten, bei dem in einer Meßeinrichtung (10) mittels Licht der Anteil von Partikeln (27) in der Flüssig­ keit ermittelt wird, wobei aus der in einer Produkt­ leitung (1, 1', 53) strömenden Flüssigkeit ein der Meßeinrichtung (10) als Probe zuführbarer Teilstrom abgezweigt und mittels einer Pumpe (15) eine kon­ stante Durchflußgeschwindigkeit des Teilstroms er­ zeugt wird und dieser Teilstrom durch eine Meßzelle (20) geführt wird, in der mittels des Lichtblockade­ prinzips die Anzahl und Größe der Partikel (27) fest­ stellbar sind und ein aus dieser Messung gewonnenes Signal einer Steuervorrichtung (17', 34) oder Anzei­ gevorrichtung (10*) zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung in vorgegebe­ nen Zyklen erfolgt, vorzugsweise in Abständen von mehr als einer Minute.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßzelle (20) Im­ pulse erzeugt werden, wobei sowohl aus der Anzahl der Impulse als auch deren Intensität das Signal gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuervorrichtung (17', 34) Steuersignale zur Ansteuerung von Stellan­ trieben für Ventile (7, 8; 29, 30; 47, 48, 49) er­ zeugt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Produktlei­ tung (1, 53) abgezweigte Teilstrom < 0,1% des Produkt­ stromes beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Messung der Par­ tikel (27) eine Probenmenge von mindestens 10 ml oder gein anzzahliges Vielfaches davon benutzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als Probe benutzte Teilstrom nach der Messung der Produktleitung (1') zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der einer Probenleitung (11) zuführbare Teilstrom etwa aus dem Zentrum der Produktleitung (1, 1') entnommen wird.

9. Vorrichtung zur Steuerung und Überwachung von Filtra­ tionsprozessen in der Fest-Flüssig-Trennung mit einer Meßeinrichtung, die eine Lichtquelle und einen Sensor umfaßt, wobei die Meßeinrichtung als eine nach dem Lichtblockadeprinzip arbeitende Meßzelle (20) ausgebildet ist, welche mittels einer Probenleitung (11) mit einer Unfiltrat bzw. Filtrat führenden Produktleitung (1, 1', 53) verbindbar ist und mit ei­ ner stromab der Meßzelle (20) angeordneten Einrich­ tung (15) zur Erzeugung einer konstanten Durchflußge­ schwindigkeit in der Meßzelle (20) sowie einer elek­ trischen Schaltung (17), die mit dem Sensor (22) ver­ bunden ist, zur Erzeugung von Signalen für eine Steu­ er- und/oder Anzeigevorrichtung (10*, 17', 34).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine steuerbare Doppelkolbenpumpe (15) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine steuerbare Zahnradpumpe ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang der Probenlei­ tung (11) durch einen Meßdorn (12) gebildet ist, der mit einer Eintrittsöffnung (13) versehen ist, die sich vorzugsweise etwa im Zentrum der Produktleitung (1, 53) befindet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenleitung (11, 11') als Bypass zur Produktleitung (1, 1') ausgebil­ det ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der der Einrichtung zur Erzeugung einer konstanten Durchflußgeschwindigkeit nachgeordneter Abschnitt der Probenleitung (11') in einen Abfluß, Auffang- oder Sammelbehälter mündet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Probenleitung (11) etwa 2 mm beträgt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenleitung (11, 11') mit einem Adapter zum bedarfsweisen Anschluß an dafür ausgebildeten Stellen der Produktleitung (1, 1') versehen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Proben­ leitung (11), der die Meßzelle (20) und die Einrich­ tung (15) zur Erzeugung der konstanten Durchflußge­ schwindigkeit umfaßt, in einem Gehäuse (18) angeord­ net ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung (17) in dem Gehäuse (18) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoren, die je­ weils eine Meßzelle enthalten, an verschiedenen Stel­ len der Produktleitung vorgesehen sind, deren Proben­ leitung (11') über ein Mehrwegeventil mit einer ge­ meinsamen Pumpe (15) und mittels Signalleitungen mit einer gemeinsamen elektronischen Steuerung verbunden sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (20) eine Laserlichtquelle (21) umfaßt.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (20) eine Halogenlampe umfaßt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchströmungsquer­ schnitt eines Meßabschnitts (25) in der Meßzelle (20) etwa einem Quadrat mit einer Kantenlänge von 0,25 mm entspricht.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine steuerbare Zuführ­ leitung (76) für ein Verdünnungsmedium an der Proben­ leitung (11) angeschlossen ist.