DE2541867C2

DE2541867C2 - Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Suspension

Info

Publication number: DE2541867C2
Application number: DE2541867A
Authority: DE
Inventors: Noboru Tokyo Hayakawa
Original assignee: Nishihara Environmental Sanitation Research Corp
Current assignee: Nishihara Environment Co Ltd
Priority date: 1974-09-20
Filing date: 1975-09-19
Publication date: 1982-04-01
Also published as: GB1525115A; JPS5135392A; DK153860C; DK422675A; AU8491975A; DK153860B; NO145448B; CA1059786A; NO145448C; SE7510521L; DE2541867A1; NO753196L; US4002053A; SE425030B; AU503774B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Suspension mit einem Vorratsbehälter, einem Meßbehälter, einer Druckveränderungseinrichtung und einem Meßgerät, die mit dem Meßbehälter verbunden sind.

Zum Messen der Dichte einer Suspension sind verschiedene Verfahren bekannt, bei denen die in der Suspension enthaltenen Gasblasen, die die Ursache von Meßfehlern bei der Dichtemessung sein können, vor dem eigentlichen Meßvorgang entfernt werden. In der Veröffentlichung H. Hart »Flüssigkeitsdichtemessung mit Hilfe von Kernstrahlung«, Teubner Verlagsgesellschaft, Leipzig, 1972, S. 53, 148/150, wird vorgeschlagen, den Meßort an eine Stelle zu legen, wo das Meßgut gasfrei ist. Anderenfalls ist es erforderlich, die Meßflüssigkeit vor dem Einleiten in eine Meßstrecke zu entgasen. Zur Bestimmung des Feststoffgehaltes wird deshalb der zu bestimmende Stoff in einem speziellen Entgasungsbehäker entgast. Die Messung selbst erfolgt mittels Kernstrahlung. Nachteilig ist hierbei, daß einerseits getrennt von dem Meßbehälter ein spezieller Entgasungsbehälter notwendig ist und andererseits die Verwendung von Kernstrahlung als Meßmittel kostspielige Sicherheitsvorkehrungen erfordert.

Nach der DE-OS 20 04 530 werden die Feststoffe in einem geschlossenen Probenbehälter zur Entgasung unter Vakuum gesetzt und unter Vakuum mit der Meßflüssigkeit überschichtet. Danach wird das Vakuum wieder aufgehoben und letztlich unter Normaldruck mit Meßflüssigkeit ausgefüllt. Das aufgezeigte Verfahren ist umständlich und für schnell durchzuführende Routinemessungen einer Suspension nicht geeignet.

Aus der DE-GM 19 72 294 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der spezifischen Massen von festen Körpern bekannt, welche eine Kammer aufweist, in welcher ein Vakuum hergestellt werden kann und eine Präzisionswaage mit einem Waagebalken angeordnet ist, an dessen einem Arm die zu untersuchende Probe

ίο angehängt wird, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um nach der Entgasung das Eintauchen der Probe ohne Transport derselben vorzunehmen, und um die Probe vor und nach dem Eintauchen auf eine gegebene Temperatur zu bringen. Auch diese bekannte Vorrichtung ist für ein schnelles Messen der Dichte einer Suspension nicht geeignet.

Aus der DE-AS 12 07 664 ist es zum Messen der Dichte von Flüssigkeiten mit Gaseinschlüssen bekannt, das Flüssigkeits-Gas-Gemisch einem Druck zu unterwerfen, bei dem das Volumenverhältnis von Gas zu Flüssigkeit kleiner ist als der zulässige Fehler. Die Flüssigkeit wird dazu in einer Nebenleitung mittels eines Kompressors bzw. einer Pumpe verdichtet und über ein Reduzierventil der Hauptleitung wieder zugeführt. Als

?"> Dichtemeßgerät wird ein Gammastrahlen radioaktiver Isotope messender Fühler verwendet. Falls eine Pumpe bzw. ein Kompressor zum Verdichten einer Suspension benutzt werden soll, die Festkörper enthält, besteht die Gefahr, daß die Pumpe bzw. der Kompressor

-'0 beschädigt wird. Darüberhinaus ist es auch nicht möglich, die zu messende Flüssigkeit auf einem konstanten Druck zu halten und die Gasblasen vollständig zu entfernen.

Ein Ultraschall-Meßgerät ist aus der US-PS 29 03 885 bekannt. Angaben, wie die Dichte einer gasblasenhaltigen Suspension in einem abgeschlossenen Behälter genau bestimmt werden kann, werden nicht gemacht.

Alle vorbekannten Vorrichtungen weisen weiterhin gemeinsam den Nachteil auf, daß ein gesonderter

to Meßbehälter vorgesehen ist, der es erforderlich macht, eine Probe auszusondern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Suspension der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, mit der 5 es möglich ist, automatisch eine genaue und schnelle Messung durchzuführen, ohne daß eine Entnahme einer Probe in einen gesonderten Meßbehälter erforderlich wäre. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem vom Vorratsbehälter kommenden Ablaufrohr räumlich voneinander getrennt ein Einlaß- und ein Auslaßventil angeordnet sind, daß der dazwischenliegende Rohrabschnitt der Meßbehälter ist, eine Verdrängerpumpe zwischen dem Vorratsbehälter und dem Einlaßventil angeordnet und eine Folgesteuereinrichtung zum Öffnen und Schließen der Ventile und zum Durchführen der Druckänderung und der Messung vorgesehen ist.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht darin, daß man eine schnelle automatische Messung innerhalb einer geschlossenen Leitung durchführen kann, ohne daß dieser Proben der Suspension entnommen werden müssen. Da die Meßvorrichtung einen geschlossenen Meßbehälter aufweist, ist es möglich, die darin befindliche Suspension für eine bestimmte Zeit auf einem gewünschten konstanten Druck zu halten, so daß die Gasblasen vollständig entfernt werden und ein sehr genaues Messen möglich ist.

in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Druckveränderungseinrichtung ein Luftverdichter verwandt, der mit dem Innern de¹= Meßbehälters verbunden ist. Dies erlaubt die Beseitigung der Gasblasen innerhalb sehr kurzer Zeit. Durch Versuche wurde bestätigt, daß durch eintn Überdruck die Suspension so lange blasenfrei bleibt, daß die Dichtemessung durchgeführt werden kann (etwa 5 min.), selbst wenn der Druck weggenommen wird, sofern die Suspension nicht erwärmt und keinem Unterdruck ausgesetzt wird. Daher braucht der Dichtemesser nicht in dem geschlossenen Behälter angeordnet sein, sondern er kann sich auch in einem druckentlasteten Behälter befinden, in den die Suspension nach ihrer Druckbehandlung überführt wird.

Vorteilhaft kann ferner eine Umgehungsleitung an einem Ende mit dem Zuiaufrohr und dem anderen Ende mit dem Ablaufrohr verbunden sein. Dies »rmögücht ein Abfließen der Suspension auch während des Meßvorganges.

Vorteilhaft ist der Querschnitt der Umgehungsleitung geringer als der Querschnitt des Rohrabschnittes oder die Umgehungsleitung weist ebenfalls ein Ventil auf. Hierdurch wird erreicht, daß im normalen Betrieb nur wenig oder überhaupt keine Suspension durch die Umgehungsleitung fließt.

Zur Automatisierung auch der Steuerung der Fließrichtung steht das letztgenannte Ventil mit der Folgesteuerung in Verbindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des Beispieles der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Suspension,

F i g. 2 in einem Kurvenbild Meßwerte für die Dichte eines Faulschlammsund

Fig. 3 ein Kurvenbild zur Darstellung des zeitlichen Ablaufs des Meßverfahrens.

Die Meßvorrichtung besteht aus einem Meßbehälter in Form eines Rohrabschnittes 1. einem Eintrittsventil 2 zum Einleiten der Suspension in den Rohrabschnitt I, einem Zulaufrohr 3, einem Austrittsventil 4, einem Ablaufrohr 5, einem Überdruckventil 8, das in einer Druckleitung 9, die in den Rohrabschnitt 1 einmündet, angeordnet ist, einem Luftverdichter 10. der mit der Druckleitung 9 in Verbindung steht, einem Ultraschall-Dichtemesser 14, Kabel 15 für die Meßwertsignale und Meßinstrumenten 16.

Eine Umgehungsleitung 20 ist an einem Ende mit dem Zulaufrohr 3 und am anderen Ende mit dem Ablaufrohr 5 verbunden und umgeht daher die Ventile 2 und 4. Die Umgehungsleitung 20 ist mit einem Ventil 21 versehen, das normalerweise vollständig geschlossen ist, so daß der Schlamm nur durch den Rohrabschnitt 1 fließt. Wenn das Ventil 21 vorhanden ist. kann man eine Umgehungsleitung 20 verwenden, dessen Strömung ebenso groß oder kleiner ist als der des Rohrabschnittes 1.

Dagegen ist das Ventil 21 nicht absolut notwendig, wenn die Umgehungsleitung 20 im Durchmesser etwas kleiner ist als der Rohrabschnitt 1, so daß im normalen Betrieb nur wenig Schlamm durch die Umgehungsleitungfließt.

Der größte Teil des Schlamms fließt durch den zur Aufnahme des Schlamms dienenden Rohrabschnitt 1, so daß durch Messung des in diesem Rohrabschnitt enthaltenen Schlammes der Ist-Wert der Dichte des jeweils durch das System tretenden Schlammes bestimmt werden kann.

Nachstehend wird der Meßvorgang beschrieben, der mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung durchgeführt wird.

Aufgrund eines von einer Folgesteuereinrichtung 22 abgegebenen Signals werden für einen vorherbestimmten Zeitraum die Ventile 2 und 4 vollständig geschlossen und wird für diesen Zeitraum das Ventil 21 vollständig geöffnet. Durch Öffnen des Druckventils 8 wird dann die zwischen den geschlossenen Ventilen 2 und 4 eingeschlossene Schlammprobe dem erforderlichen Überdruck unterworfen. In diesem Fall schaltet man den Luftverdichter 10 vorher ein, damit der erforderliche Druck sofort zur Verfügung steht, wenn er benötigt wird. Durch den Überdruck werden die in der Suspension enthaltenen Luft- und Gasblasen beseitigt, die sich in der Suspension auflösen.

Aus dem in Fig. 2 dargestellten Kurvenbild geht hervor, wie lange es dauert, bis der Dichtemeßwert der tatsächlichen Dichte entspricht, wenn die Dichte eines in einer Kläranlage anfallenden und normalerweise gashaltigen Faulschlammes mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Verrichtung unter verschiedenen Drücken gemessen wurde.

Der von dem Dichtemesser angezeigte Meßwert (Prozent) ist auf der Ordinate und die nach dem Unterdrucksetzen abgelaufenen Zeit (in sek.) auf der Abszisse aufgetragen Der höchste von dem Dichtemesser angezeigte Meßwert betrug 10%. Die tatsächliche Dichte der Schlammprobe betrug 3 Gew.-%. Da die Schlammprobe normalerweise Gas- und Luftblasen enthält, würde die Nadel des Ultraschall-Dichtemessers den Bereich der Skala verlassen haben, wenn die Messung ohne die erfindungsgemäße Behandlung durchgeführt worden ware.

Aus den Meßergebnissen geht hervor, daß zwischen dem Druck und dem Zeitraum, der verstreicht, bis die Nadel annähernd die tatsächliche Dichte anzeigt, eine Beziehung besteht.

In einem technisch anwendbaren Dichtemesser soll der Zeitraum zwischen der Druckbehandlung und der Beseitigung der Luft- und Gasblasen in der Suspension möglichst kurz sein. Man kann diesen Zeitraum verkürzen, indem man die Suspension einem höheren Druck aussetzt. Aus Sicherheitsgründen darf der Druck jedoch eine Obergrenze nicht überschreiten. Ein gefahrloses und zweckmäßiges Arbeiten wird ermöglicht, wenn man unterhalb der Obergrenze von 10 at bleibt, die in den Sicherheitsvorschriften festgelegt ist, die von dem japanischen Arbeitsministerium erlassen worden sind.

Bei manchen Arten der Suspensionen ist es zweckmäßig, den Druck allmählich zu erhöhen. Bei anderen Suspensionen erhält man die besten Ergebnisse, wenn man den Druck schnell auf den Grenzwert erhöht.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird zum Verändern des Flüssigkeitsdruckes ein Luftverdichter 10 verwendet, mit dem die Suspension unter Druck gesetzt wird. Man kann jedoch auch verschiedene andere Mittel verwenden, sofern der erforderliche Druck erzielt wird.

Wenn man in der Ausführungsform gemäß F i g. 1 mit Hilfe einer Vakuumpumpe den Flüssigkeitsdruck der Suspension in dem Rohrabschnitt 1 herabsetzt, nehmen die in der Suspension befindlichen Blasen im Volumen zu und schwimmen sie zur Oberfläche der Suspension auf, wo sie dann verschwinden. Man kann daher ebenso wie nach einer Überdruckbehandlune der Suspension

auch in diesem Fall eine genaue Dichtemessung ausführen. Durch eine kombinierte Über- und Unterdruckbchandlung kann man die Blasen besonders gut beseitigen. In der Praxis unterwirft man die Suspension je nach den Erfordernissen wahlweise einem Über- bzw. einem Unterdruck.

In der Folgesteuereinrichtung 22 ist ein Zeitschalter vorgesehen, dessen Vorlaufzeit der zur Beseitigung der Blasen erforderlichen Zeit entspricht und der nach dem Ablauf dieser Zeit an den Dichiemesser 14 ein Signal zum Einleiten der Messung abgibt. Der Meßwert wird von einer Speichereinrichtung 23 gespeichert, die mit einem Servomechanismus versehen ist. Der Wert wird so lange gespeichert, bis er durch den nächstfolgenden Meßwert ersetzt wird. Während des Meßvorganges fließt der zulaufende Schlamm durch die Umgehungsleitung 20, so daß das Abwasserbehandlungsverfahren nicht unterbrochen wird.

■> Nach der Durchführung des Meßvorganges werden die Ventile 2 und 4 geöffnet und das Überdruckventil 8 und das Ventil 21 geschlossen, so daß das System in seinen Ausgangszustand zurückkehrt. Der zeitliche Ablauf dieser Vorgangsfolge ist in Fig. 3 dargestellt.

ίο Die aus diesem Diagramm hervorgehende Einstellung des Zeitschalters kann frei gewählt werden, sofern die Vorlaufzeit eine einwandfreie Durchführung des Meßvorganges ermöglicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Suspension mit einem Vorratsbehälter, einem Meßbehälter, einer Druckveränderungseinrichtung und einem Meßgerät, die mit dem Meßbehälter verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vom Vorratsbehälter (18) kommenden Ablaufrohr (5) räumlich voneinander getrennt ein Einlaß- (2) und ein Auslaßventil (4) angeordnet sind, daß der dazwischen liegende Rohrabschnitt (1) der Meßbehälter ist, eine Verdrängerpumpe (19) zwischen dem Vorratsbehälter (18) und dem Einlaßventil (2) angeordnet ist und eine Folgesteuereinrichtung (22) zum Öffnen und Schließen der Ventile (2,4) und zum Durchführen der Druckänderung und der Messung vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckänderungseinrichtung (10) ein Luftverdichter ist, der mit dem Inneren des Meßbehälters verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umgehungsleitung (20) an einem Ende mit dem Zulaufrohr (3) und dem anderen Ende mit dem Ablaufrohr (5) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Umgehungsleitung (20) geringer ist als der Querschnitt des Rohrabschnittes (1).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (20) ein Ventil (21) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (21) mit der Folgesteuereinrichtung (22) in Verbindung steht.