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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sprühtrocknungsvorrichtung zum Bilden eines Pulvers aus einer Suspension, wobei die Sprühtrocknungsvorrichtung eine Trocknungseinheit mit einem Einlass zum Zuführen einer Suspension zu der Trocknungseinheit umfasst, wobei die Trocknungseinheit mit Trocknungsmitteln zum Zerstäuben und Erwärmen der Suspension zum Bilden eines Pulvers aus der Suspension versehen ist, und wobei die Trocknungseinheit einen Auslass zum Abführen des gebildeten Pulvers umfasst.
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Eine derartige Sprühtrocknungsvorrichtung ist allgemein bekannt und umfasst zum Beispiel einen Sprühtrocknungsturm, in den eine Suspension eingebracht wird. Ein Zerstäuber sorgt dafür, dass die Suspension zerstäubt wird. Durch das Erwärmen der zerstäubten Suspension wird die Flüssigkeit der Suspension in die gasförmige Phase übergehen, so dass die in der Suspension vorhandenen Feststoffe als Pulver zurückbleiben. Weitere Schritte sorgen dafür, dass dieses Pulver, zum Beispiel in Form von Milchpulver oder beispielsweise in Form pulverförmiger Lebens- oder Arzneimittel, gewonnen werden kann.
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Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine verbesserte Sprühtrocknungsvorrichtung zu schaffen, mit der insbesondere die Effektivität und/oder Sicherheit der bekannten Sprühtrocknungsvorrichtung verbessert werden kann.
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Zu diesem Zweck schafft die Erfindung eine Sprühtrocknungsvorrichtung der in der Einleitung genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sprühtrocknungsvorrichtung weiterhin mit Überwachungsmitteln zum Überwachen von mindestens einer Menge des in der Sprühtrocknungsvorrichtung vorhandenen Wasserdampfs ausgestattet ist. Die Menge an Wasserdampf in beispielsweise dem Auslass der Trocknungseinheit, oder beispielsweise weiter stromabwärts hiervon, ist ein Maß für die Effektivität des Trocknungsvorgangs. Im Allgemeinen kann festgestellt werden: Wenn relativ mehr Wasserdampf im Auslass gemessen wird, bedeutet dies, dass mehr Wasser von der flüssigen Phase in die gasförmige Phase übergegangen ist. Bei gleichbleibendem eintreffenden Produkt- und Luftstrom sowie bei gleichbleibender Temperatur und gleichbleibendem Feuchtigkeitsgehalt ist dann eine relativ größere Effektivität gegeben. Durch Messen der Wasserdampfmenge in oder nahe der Sprühtrocknungsvorrichtung kann die Effektivität des Trocknungsvorgangs überwacht werden und vorzugsweise auch gesteuert und/oder geregelt werden. Hierdurch können verschiedene Parameter, insbesondere der energetische Wirkungsgrad, die Kapazitätsausnutzung, die Produktqualität und der minimale ”quality give-away” der Sprühtrocknungseinrichtung auf der Grundlage des gemessenen Wasserdampfs optimiert werden. Dabei ist anzumerken, dass die Überwachungsmittel erfindungsgemäß dafür ausgelegt sind, die vorhandene Menge an Wasserdampf derartig zu bestimmen, dass die in der Sprühtrocknungsvorrichtung ablaufenden Prozesse geregelt und/oder gesteuert werden können. Mit anderen Worten, die Geschwindigkeit der Überwachung ist derartig beschaffen, dass die Ergebnisse der Überwachung zum Regeln der Sprühtrocknungsvorrichtung, zum Beispiel durch einen Bediener oder in einer Ausführungsform mithilfe eines mit der Sprühtrocknungsvorrichtung verbundenen Regelsystems, verwendet werden können.
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Dabei ist es weiterhin zu bevorzugen, wenn eine kontinuierliche oder halbkontinuierliche Überwachung möglich ist. Mit einer kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Überwachung ist gemeint, dass die Zwischenzeit zwischen den Überwachungszeitpunkten derartig beschaffen ist, dass eine sinnvolle Steuerung und/oder Regelung durch einen Bediener oder ein Regelsystem möglich ist. Die Zeitdauer zwischen den Messungen ist dann relativ klein in Bezug auf die für die Feuchtigkeitsmessung relevante Zeitkonstante der Sprühtrocknungsvorrichtung. Die Zeit zwischen den Messungen kann in der Größenordnung von einigen Minuten liegen, vorzugsweise mehrere Dutzenden von Sekunden, oder sogar darunter.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Überwachungsmittel ein in oder nahe der Trocknungseinheit angeordnetes Probenahmeorgan zum Entnehmen einer Probe der in oder nahe der Sprühtrocknungsvorrichtung vorhandenen Atmosphäre. Dabei kann eine Probe von der in der Trocknungseinheit vorhandenen Atmosphäre oder von der Atmosphäre stromabwärts hiervon genommen werden, zum Beispiel von der Atmosphäre, die die Trocknungseinheit über einen Auslass verlässt oder die die Vorrichtung über einen Auslassturm verlässt. Im letztgenannten Fall ist das Probenahmeorgan in oder nahe dem Auslass der Trocknungseinheit oder der Sprühtrocknungsvorrichtung angeordnet.
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Die Überwachungsmittel umfassen in einer einfachen Ausführungsform eine mit dem Probenahmeorgan verbundene Messeinheit zum Messen von mindestens der Wasserdampfmenge in der durch das Probenahmeorgan genommenen Probe. Das Probenahmeorgan nimmt an einem gewünschten Ort der Sprühtrocknungsvorrichtung eine Probe von der Atmosphäre, und die Messeinheit misst die Wasserdampfmenge in dieser Probe. Dabei ist vorstellbar, dass das Probenahmeorgan über eine Strömungsleitung mit der Messeinheit verbunden ist. Die Messeinheit kann dann an einem geeigneten Ort, in einiger Entfernung von der Trocknungseinheit, angeordnet werden. Über die Strömungsleitung wird die Probe der Atmosphäre zu der Messeinheit transportiert. Hierfür können Strömungsmittel vorgesehen sein, zum Beispiel in Form einer Pumpeneinheit.
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Es ist weiterhin vorstellbar, dass die Sprühtrocknungsvorrichtung ein weiteres Probenahmeorgan zum Entnehmen einer weiteren Probe von der in oder nahe der Sprühtrocknungsvorrichtung vorhandenen Atmosphäre umfasst. Hiermit wird es möglich, eine Referenzprobe zu nehmen, die für die weitere Analyse verwendbar ist.
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Das weitere Probenahmeorgan ist vorzugsweise mit der Messeinheit verbunden, zum Beispiel mittels einer weiteren Strömungsleitung. Dadurch kann die Messeinheit die Probe von dem Probenahmeorgan sowie die durch das weitere Probenahmeorgan erhaltene Probe analysieren und die vorhandene Wasserdampfmenge messen.
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Insbesondere ist in diesem Fall zu bevorzugen, wenn die Überwachungsmittel eine Schalteinheit umfassen, mit der die Messeinheit abwechselnd mit dem Probenahmeorgan und dem weiteren Probenahmeorgan gekoppelt werden kann. Die Schalteinheit kann ein oder mehrere Ventilorgane umfassen.
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Da sich die Probenahmeorgane in einiger Entfernung von der Messeinheit befinden können, sind die Überwachungsmittel bei einer Ausführungsform mit Ansaugmitteln ausgestattet, zum Beispiel mit einer Pumpe. Hiermit kann in dem Probenahmeorgan ein Unterdruck erzeugt werden, so dass die Probe in das Probenahmeorgan gesaugt wird. Es ist weiterhin vorstellbar, dass die Probe durch die Ansaugmittel zur Messeinheit geführt wird.
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Insbesondere ist zu bevorzugen, wenn die Ansaugmittel dafür ausgelegt sind, die Probe unter einem Unterdruck, noch mehr zu bevorzugen unter nahezu Vakuum, anzusaugen. Durch Anwendung hiervon wird die Bildung von Kondensat in dem Probenahmeorgan und in der Messeinheit verhindert. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Taupunkt aufgrund des verringerten Drucks höher liegt. Hiermit wird eine Kondensation in zum Beispiel der Strömungsleitung verhindert.
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Bei einer alternativen Ausführungsform sind die eine oder mehrere Strömungsleitungen mit Erwärmungsmitteln zum Erhöhen der Temperatur der in der Strömungsleitung vorhandenen Probe ausgestattet. Hiermit wird eine Kondensation ebenfalls verhindert. Die Anwendung eines Unterdrucks zum Erhöhen des Taupunkts wird jedoch bevorzugt, weil dies einfacher und relativ sicherer ist.
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Wie oben bereits erwähnt, ist zu bevorzugen, wenn die Überwachungsmittel weiterhin dafür ausgelegt sind, einen Referenzwert der Wasserdampfmenge zu überwachen. Mit dem Referenzwert, zum Beispiel der in der zugeführten Luft vorhandenen Wasserdampfmenge, kann die Effektivität der Sprühtrocknungsvorrichtung unter verschiedenen Bedingungen genauer und zuverlässiger bestimmt werden.
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Bei einer besonderen Ausführungsform sind die Überwachungsmittel weiterhin dafür ausgelegt, eine Menge des in der Trocknungseinheit vorhandenen Kohlenstoffmonoxids zu überwachen. Eine derartige Überwachung von Kohlenstoffmonoxid (CO) in der Sprühtrocknungsvorrichtung ist an sich bekannt. Hiermit ist es möglich, Selbsterhitzung, so genannte Schwelprozesse, die zu einem Verbrennungsprozess und zu erheblichen Schäden an der Sprühtrocknungsvorrichtung führen können, zu erkennen. Bei einer Ausführungsform wird das CO in einem Auslass bzw. in mehreren Auslässen der Vorrichtung stromabwärts von der Trocknungseinheit gemessen.
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Bei einer Ausführungsform sind die Überwachungsmittel daher weiterhin dafür ausgelegt, einen Referenzwert der Kohlenstoffmonoxidmenge zu überwachen. Ein schwelender Klumpen des Produkts wird einen Gehalt von mehreren ppm an CO in dem Luftauslass zur Folge haben; dieser Gehalt ist so niedrig, weil eine erhebliche Verdünnung stattfindet. Da CO auch in der Umgebungsluft rund um den Sprühtrocknungsturm vorkommen kann, wird vorzugsweise auch am Heißlufteinlass des Turms eine Probe entnommen und der CO-Gehalt hiervon gemessen. Die Differenz zwischen dem CO-Gehalt im Einlass und dem CO-Gehalt im Auslass weist darauf hin, ob eine Selbsterhitzung vorliegt oder nicht. Ist die Differenz null, wird in dem Turm kein CO erzeugt und es liegt keine Selbsterhitzung vor.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine derartige CO-Messung für den Wassergehalt normalisiert. Im Auslass des Turms kann der Wassergehalt infolge des Trocknungsvorgangs gut 20 Volumenprozent betragen. Das bedeutet, dass der CO-Gehalt in der Einlassluft 20% verdünnt wird. Ohne Umrechnung auf ”trockene” Bedingungen wird also ein niedrigerer CO-Gehalt am Auslass gemessen als am Einlass. Wenn eine Selbsterhitzung vorliegt, kann dies durch diesen Verdünnungseffekt maskiert werden, so dass ein Alarm zu spät oder gar nicht generiert wird. Die Wassermessung gemäß der vorliegenden Erfindung macht es daher möglich, den CO-Gehalt an jedem Messpunkt in der Vorrichtung zu normalisieren, so dass Differenzen im Wassergehalt in den jeweiligen Proben für die Bestimmung des CO-Gehalts die CO-Messung nicht beeinflussen.
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Bei der Sprühtrocknungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, mit den Überwachungsmitteln eine Menge des in der Trocknungseinheit vorhandenen Wasserdampfs zu überwachen.
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Außerdem ist es möglich, mit den Überwachungsmitteln die in der Trocknungseinheit vorhandene Kohlenstoffmonoxidmenge zu überwachen. Auf der Grundlage der CO-Messungen kann die Selbsterhitzung in der Vorrichtung überwacht werden. Das Verfahren kann den Schritt des Ausgebens eines Alarmsignals bei Überschreiten einer bestimmten CO-Menge umfassen. Es ist vorstellbar, dass mehrstufige Alarme verwendet werden, die auf die Anwesenheit von schwelendem Material und Brandgefahr hinweisen.
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Ferner ist es möglich, die Kohlenstoffmonoxidmenge auf der Basis der Wasserdampfmenge zu normalisieren. Durch die Normalisierung auf 0% Wasser erhält man eine normalisierte CO-Messung, die für das Erkennen von Selbsterhitzung und/oder Brandgefahr um ein Vielfaches zuverlässiger ist. Das Überwachungssystem kann dann mehrstufige Alarme auf der Basis der normalisierten CO-Messungen (Differenzmessungen) über verschiedene Teile der Sprühtrocknungsanlage ausgeben.
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Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung Überwachungsmittel für die offensichtliche Verwendung in einer erfindungsgemäßen Sprühtrocknungsvorrichtung.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die nachstehenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Übersicht über eine Sprühtrocknungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, ausgestattet mit Überwachungsmitteln;
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2 eine schematische Übersicht der in 1 verwendeten Überwachungsmittel.
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In der nachstehenden Beschreibung der Figuren werden übereinstimmende Teile jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt schematisch eine Übersicht über eine Sprühtrocknungsvorrichtung 1, die mit erfindungsgemäßen Überwachungsmitteln 20 ausgestattet ist.
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Die Sprühtrocknungsvorrichtung
1 ist an sich bekannt und zum Beispiel in dem veröffentlichten Dokument
EP 0 334 982 A1 beschrieben, das durch Nennung als in die vorliegende Beschreibung aufgenommen betrachtet wird. Anzumerken ist im Übrigen, dass die vorliegende Erfindung im Prinzip auf jede dem Fachmann bereits bekannte Sprühtrocknungsvorrichtung und eventuelle Verbesserungen hiervon anwendbar ist. Die Erfindung ist auf jeden Fall nicht auf die in
1 dargestellte spezifische Vorrichtung
1 beschränkt. Die Vorrichtung
1 wird im Folgenden kurz beschrieben.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine Trocknungseinheit 3 in Form eines Sprühtrocknungsturms mit einem konischen Teil unten und einem zylindrischen Teil oben. In dem oberen Teil befindet sich eine Zuführungseinheit 12 für die Suspension, in der das gewünschte Produkt, aus dem später Pulver gebildet wird, aufgelöst ist. Über die Zuführungseinheit 12 und einen Zerstäuber 4 (einen so genannten Rotationssprühkopf (rotary sprayer) 4) wird die Suspension in den Sprühtrocknungsturm 3 eingebracht. Der Sprühtrocknungsturm umfasst ferner eine Heißlufteinheit 11 zum Zuführen von heißer Luft zu der Trocknungseinheit 3. Im unteren Teil des Sprühtrocknungsturms 3 befindet sich eine Binderzuführungsdüse (binder supply nozzle) 13 für so genannte agglomerierte Produkte. Außerdem ist eine Luftblaseinheit 14 vorgesehen, die Luft in den unteren Teil des Turms 3 bläst, wodurch die zersprühte und/oder zerstäubte Suspension getrocknet wird, und wodurch das gebildete Pulver (15) über den Auslass 5 einer weiteren Trocknungseinheit 7 in Form eines Wirbelbetts 7 zugeführt werden kann. Schließlich verlässt das gebildete und getrocknete Pulver 15 die weitere Trocknungseinheit 7 über einen Auslass dieser Trocknungseinheit 7. Die Einrichtung umfasst ferner einen ersten Zyklonabscheider, mit dem aus der Trocknungseinheit herausgeführte Luft gefiltert werden kann, wonach relativ saubere Luft die Vorrichtung über einen Auslassventilator 9 verlassen kann und das in dem Zyklonabscheider 8 gefilterte Pulver wieder zurückgeführt werden kann, beispielsweise an die Trocknungseinheit 3, so dass dieses Produkt ebenfalls gewonnen werden kann.
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Erfindungsgemäß umfasst die Sprühtrocknungsvorrichtung 1 Überwachungsmittel 20, die erfindungsgemäß dafür ausgelegt sind, mindestens eine Menge an Feuchtigkeit in oder nahe dem Sprühtrocknungsturm 3 zu überwachen. Die Überwachungsmittel 20 umfassen eine Messvorrichtung 50, die später unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert wird. Die Messvorrichtung 50 ist mit mehreren Sensoren 21–26 oder Sonden verbunden, insbesondere Probenahmeorganen 21–26 zum Entnehmen einer Probe aus der Luft bei dem betreffenden Probenahmeorgan 21–26.
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Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 50 umfasst ein Probenahmeorgan 23 zum Messen einer in der Vorrichtung 1 vorhandenen Wasserdampfmenge. Dieses Probenahmeorgan ist in der gezeigten Ausführung stromabwärts von der Trocknungseinheit 3 angeordnet, und zwar stromabwärts von der Filtereinheit 8 in Form eines Zyklonabscheiders. In der Praxis bedeutet dies, dass das Probenahmeorgan 23 in einem Auslassturm angeordnet ist.
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Alternativ oder ergänzend kann ein Probenahmeorgan 25 stromabwärts von dem Wirbelbett 7 vorgesehen sein. Auch hier ist es vorstellbar, dass eine nicht dargestellte weitere Filtereinheit vorgesehen ist, wobei das Probenahmeorgan 25 stromabwärts von dieser weiteren Filtereinheit, oder einem daran angeschlossenen Auslass, angeordnet ist.
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Alternativ oder ergänzend ist ein Probenahmeorgan 24 nahe oder in dem Auslass der Trocknungseinheit 3 anzuordnen.
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Ferner ist in 1 zu sehen, dass ein Probenahmeorgan 26 nahe der Heißlufteinheit 11 angeordnet ist. Das Probenahmeorgan 26 kann stromabwärts hiervon in die zur Trocknungseinheit 3 führenden Leitung aufgenommen sein. Das Probenahmeorgan 26 eignet sich zum Entnehmen einer Probe aus der zugeführten heißen Luft, wonach die Probe der Messvorrichtung 50 zugeführt werden kann, um an Ort und Stelle den Wasserdampf und/oder die CO-Menge in der zugeführten Luft (vorzugsweise von beidem) zu messen.
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Wenn gewünscht, kann der Trocknungseinheit 2 sekundäre Luft zugeführt werden, wobei ebenfalls eine Probe der sekundären Luft genommen werden kann, beispielsweise mit dem Probenahmeorgan 24. Mit einem derartigen Probenahmeorgan 24 kann ein Referenzwert für Wasserdampf und/oder CO gemessen werden, wodurch die Interpretation der Werte für Wasserdampf und CO in der Luft, die die Vorrichtung 1 verlässt, einfacher, zuverlässiger und genauer wird.
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In 2 sind die Überwachungsmittel 20, die die Messvorrichtung 50 und die Probenahmeorgane 21–26 umfassen, detaillierter dargestellt. Die Überwachungsmittel 20 weisen das in dem Auslass 9 vorgesehene Probenahmeorgan 23, das in dem Wirbelbett 7 (oder in einem daran angeschlossenen Auslass) vorgesehene Probenahmeorgan 25 sowie einige Referenz-Probenahmeorgane 21, 22, 24 auf. Die Überwachungsmittel 20 umfassen vorzugsweise auch das beim Lufteinlass 11 angeordnete Probenahmeorgan 26. Ferner ist ein Kalibriereingang 27 vorgesehen.
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Die Messvorrichtung 50 selbst umfasst eine Messeinheit 83 oder Analysator zum Analysieren der durch die Probenahmeorgane zugeführten Proben. Die Messeinheit ist über eine Schalteinheit 40 oder eine Ventileinheit 40 mit koppelbar mit einer der mit den Probenahmeorganen 21–27 verbundenen oder verbindbaren Strömungsleitungen 31–37 verbunden. Die Messvorrichtung 50 umfasst außerdem noch Ansaugmittel 82, in Form einer Pumpe, um die Proben mit einem Unterdruck, vorzugsweise mit einem Vakuum, anzusaugen. Über die Leitung 38 können nicht gemessene gasförmige Proben die Vorrichtung 50 verlassen.
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Die Messeinheit 83 umfasst ferner eine Verarbeitungseinheit 61, zum Beispiel in Form einer SPS 61, um die in der Messvorrichtung 50 erzeugten Signale zu verarbeiten. Die SPS kann mit einem Display 64 verbunden sein. Eine Verbindung mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit ist denkbar.
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Die Vorrichtung funktioniert wie folgt. Durch die Ventileinheit 40 wird nacheinander nach Wunsch zwischen den verschiedenen Probenahmeorganen umgeschaltet. Die hiermit verbundene Leitung wird auf die Pumpeneinheit 82 geschaltet, so dass der Vorrichtung 50 nur eine einzige Probe (von einer einzigen Stelle) zugeführt wird. Diese Probe wird über die Ventileinheit 40 und/oder über den Pufferbehälter 81 an die Messeinheit 83 geleitet, wo die Probe analysiert wird und die Wasserdampf- und/oder CO-Menge gemessen wird. Das Ergebnis wird über die SPS auf dem Display angezeigt oder gegebenenfalls an eine Regeleinheit weitergeleitet. Nach dieser Messung kann zu einem nächsten Probenahmeorgan weitergeschaltet werden.
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Die Überwachungseinheit funktioniert wie folgt. Die SPS-Steuerung wählt automatisch die verschiedenen Probenahmeorgane mithilfe der Ventileinheit 40 aus. Da das so genannte Totvolumen in jeder Leitung minimal ist, kann sehr schnell (Sekunden) zwischen den verschiedenen Messpunkten umgeschaltet werden, ohne dass eine Querempfindlichkeit auftritt. Mithilfe von Sensoren in der Messvorrichtung wird bei jeder Auswahl eines Probenahmeorgans überwacht, ob eine Leckage oder Verstopfung vorliegt. Während eines Messzyklus werden im Prinzip alle Probenahmeorgane ausgewählt, wobei die Reihenfolge von dem Typ der Sprühtrocknungsanlage abhängt. In der SPS werden die Messwerte von CO und H2O gespeichert. Die CO-Messwerte werden auf 0% Wasser normalisiert, und nach jedem Messzyklus wird über verschiedene Teile der Sprühtrocknungsanlage ein Delta-CO ermittelt und erforderlichenfalls ein Alarmsignal ausgegeben. Dabei erfolgt auch eine Korrektur bezüglich der verschiedenen Zeitpunkte, an denen die einzelnen Probenahmeorgane ausgewählt werden. Die gemessenen Wasserkonzentrationen stehen dem Prozesssteuerungssystem der Sprühtrocknungsanlage zu Optimierungszwecken zur Verfügung.
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Der Fachmann wird erkennen, dass die Erfindung oben anhand von einigen möglichen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen denkbar. Der beantragte Schutz wird durch die beigefügten Ansprüche bestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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