DE3035585A1

DE3035585A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern der behandlung eines fluessigkeit-feststoffgemisches

Info

Publication number: DE3035585A1
Application number: DE19803035585
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich B Der
Original assignee: Coal Industry Patents Ltd
Current assignee: Coal Industry Patents Ltd
Priority date: 1979-09-21
Filing date: 1980-09-20
Publication date: 1981-04-09
Also published as: US4336143A; GB2059276A; GB2059276B

Description

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N 5 - 105

Coal Industry (Patents) Limited Hobart House, Grosvenor Place, London SW1X 7AE England

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Behandlung eines Flüssigkeit-Feststoffgemisches

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Behandlung eines Flüssigkeit-Feststoffgemisches, insbesondere zum Steuern der Entwässerung von Schlämmen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .

Zum Entwässern von Schlämmen oder Aufschlämmungen, d.h. Flüssigkeit-Feststoffgemischen, werden diese in eine Filterpresse gepumpt und dort unter Druck gesetzt, um das Filtrat aus dem Schlamm oder der Aufschlämmung abzuziehen, während der eingedickte Schlamm bzw. die eingedickte Aufschlämmung darin in einem relativ trockenen Zustand verbleibt. Die Zeit, während der der Schlamm oder die Aufschlämmung unter Druck gesetzt werden, wird von einer Bedienungsperson bestimmt, die entscheidet, wann die relativ trockenen Filterkuchen aus der Filterpresse ausgetragen werden können und eine neue Charge relativ nassen Schlamms in die Filterpresse zur Behandlung eingebracht werden kann.

Da die Zeitspanne, die der Schlamm bzw. die Aufschlämmung unter Druck steht, von der Entscheidung der Bedienungsperson

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abhängt und diese Entscheidung im Hinblick auf das Ende des Behandlungszyklus¹ schwer zu treffen ist, verläßt sich die Bedienungsperson auf ihre Erfahrung und ihr Wissen über den zu behandelnden Schlamm. Die Filtrationseigenschaften von Schlämmen oder Aufschlämmungen ins gewöhnlich aber variabel und in der Praxis kommt es deswegen häufig vor, daß die Bedienungsperson Fehlentscheidungen im Hinblick auf die Beendigung des BehandlungsZyklus' trifft. Wenn die Druckphase und damit der Behandlungszyklus zu früh beendet wird, sind die nur ungenügend behandelten Filterkuchen zäh und klebrig und lassen sich nur schwer aus der Filterpresse bzw. Behandlungseinrichtung entfernen. Dann wird zusätzliche Zeit benötigt, um die Filterkuchen zu entfernen und es entsteht eine Zeitverzögerung, bevor die nächste Charge zugeführt werden kann. Wenn die Bedienungsperson es zuläßt, daß der Behandlungszyklus über einen bestimmten Zustand hinaus andauert, dann lassen sich die Filterkuchen zwar leicht aus der Behandlungseinrichtung entfernen, wiederum wird aber die Behandlung der nächsten Charge verzögert, weil der vorangehende Behandlungszyklus zu lange dauerte. Im Ergebnis wird jedesmal Zeit verloren.

Unter diesen Umständen ist es wahrscheinlich, daß eine Behandlungseinrichtung, bei der das Ende des Behandlungszyklus¹ durch eine Bedienungsperson bestimmt wird, unwirtschaftlich arbeitet und keinaimaximalen Materialdurchsatz erreichen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Steuern der Schlammfiltration anzugeben.

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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch gelöst, daß der gesamte Flüssigkeitsanteil des zugeführten Gemisches bestimmt und ein diesem Flüssigkeitsanteil entsprechender Meßwert ermittelt wird, daß die Menge des während der Behandlung zunehmend anfallenden Filtrates bestimmt und ein dieser Menge entsprechender Meßwert ermittelt wird, und daß beide Meßwerte zu einem Maß für die im Gemisch verbliebene Flüssigkeitsmenge verarbeitet sowie wenigstens teilweise zum Steuern der Behandlung nach Maßgabe eines Vergleichs der beiden Meßwerte eingesetzt werden.

Insbesondere kann die während der Behandlung zurückgehaltene Gemischmenge bestimmt und ein dieser entsprechendes Signal ermittelt werden, das zusammen mit dem Vergleichssignal zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes des zurückgehaltenen Gemisches dient, wobei die Behandlung wenigstens teilweise vom Feuchtigkeitsgehalt des zurückgehaltenen Gemisches gesteuert wird.

Vorzugsweise soll die Behandlung im wesentlichen dann beendet sein, wenn der Feuchtigkeitsgehalt einen vorbestimmten Wert erreicht oder sich diesem nähert.

Die während der Behandlung zurückgehaltene Gemischmenge kann im wesentlichen aus der Differenz der gesamten zugeführten Gemischmenge und dem zunehmend abgeführten Filtrat bestimmt werden.

Zweckmäßig wird die gesamte zugeführte Flüssigkeitsmenge als Durchflußmenge gemessen.

Daraus kann durch Messung der Dichte auch der gesamte Flüssigkeitsanteil des Gemisches bestimmt werden.

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Die erhaltenen bzw. ermittelten Signale werden einem Prozessor zugeführt und von diesem verarbeitet, der die Signale im wesentlichen ununterbrochen erfaßt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung zur Bestimmung des gesamten Flüssigkeitsanteils im gesamten, der Behandlung zugeführten Gemisch sowie zur Abgabe eines für diesen Flüssigkeitsanteil repräsentativen Signals, durch eine weitere Meßeinrichtung zur Bestimmung der zunehmenden Filtratmenge, die während der Behandlung abgeführt wird, und zur Abgabe eines weiteren Signals, das für die abgeführte Filtratmenge repräsentativ ist, durch einen Prozessor zum Vergleich der beiden abgegebenen Signale und zur Bestimmung der im Gemisch verbleibenden Flüssigkeitsmenge, und durch eine Steuereinrichtung zum Steuern wenigstens eines Teils der Behandlung in Abhängigkeit vom Signalvergleich im Prozessor.

Insbesondere kann eine Einrichtung zur Bestimmung der während der Behandlung zurückgehaltenen Gemischmenge vorgesehen sein, die auch ein dieser Gemischmenge entsprechendes Signal abgibt, aus dem zusammen mit dem Vergleichssignal im Prozessor der Feuchtigkeitsgehalt des zurückgehaltenen Gemisches bestimmt wird, wobei die Steuereinrichtung wenigstens teilweise die Behandlung in Abhängigkeit vom bestimmten Feuchtigkeitsgehalt des zurückgehaltenen Gemisches steuert.

Vorzugsweise soll die Steuereinrichtung die Behandlung im wesentlichen dann beenden, wenn der bestimmte Feuchtigkeitsgehalt einen vorbestimmten Wert erreicht oder sich diesem nähert.

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Insbesondere ist die Einrichtung zur Bestimmung der während der Behandlung zurückgehaltenen Gemischmenge Teil des Prozessors, wobei die zurückgehaltene Gemischmenge im wesentlichen bestimmt wird aus der Differenz zwischen der gesamten, der Behandlung zugeführten Gemischmenge und dem zunehmend abgeführten Filtrat.

Die gesamte, der Behandlung zugeführte Gemischmenge kann als Durchflußmenge bestimmt sein.

Der Flüssigkeitsanteil des der Behandlung zugeführten Gemisches wird insbesondere durch Erfassen und Messen der Dichte des der Behandlung zugeführten Gemisches bestimmt.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel erläutert; es zeigt die einzige Figur ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Steuern der Behandlung einer eingedickten Flotationstrübe in einer Filterpresse im Rahmen einer Kohlenaufbereitungsanlage.

Die in der Figur dargestellte Filterpresse 1 weist eine Mehrzahl von Kammern mit Preßplatten auf, die mit eingedickter Flotationstrübe gefüllt werden. Die Flotationstrübe besteht aus einem Gemisch aus feinkörnigen Schiefern und Tonen in Wasser, d.h. einem Flüssigkeits-Feststoffgemisch. Die eingedickte Trübe wird in die Kammern der Filterpresse über eine Leitung 2 gepumpt, so daß zunächst alle Kammern mit dem Gemisch gefüllt werden und anschließend die Kammern bzw. das Gemisch unter Pumpendruck stehen, der das Wasser aus der Trübe über Filtertücher herauspreßt, wobei das Filtrat über eine Auslaßleitung 3 ausgetragen wird. Nach Beendigung des Behandlungszyklus' wird der Pumpendruck

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an der Filterpresse abgeschaltet und die Filterpresse 1 wird dann von einer Steuereinrichtung 4 beaufschlagt, so daß die Preßplatten öffnen und die relativ trockenen Filterkuchen über einen Auslaß 5 ausgetragen werden können. Nach dem Austragen der Filterkuchen wird der Behandlungszyklus nach Beaufschlagung durch die Steuereinrichtung 4 wiederholt und eine neue Charge eingedickter Trübe wird in die Filterpresse zur Behandlung gepumpt.

Eine Meßeinrichtung, z.B. ein elektromagnetischer Durchflußmesser 6 ist angeordnet, um die Durchflußmenge des unbehandelten, durch die Leitung 2 in die Filterpresse 1 gepumpten Gemisches zu bestimmen. Der Durchflußmesser 6 gibt ein der Durchflußmenge des gesamten in die Filterpresse fließenden Gemisches entsprechendes Signal ab und dieses Signal gelangt über eine Leitung 7 zu einem Prozessor 8, dessen Funktion weiter unten beschrieben wird.

Eine weitere Meßeinrichtung, z.B. ein mit radioaktiver Strahlung arbeitender Dichtemesser 9, ist angeordnet, um die Dichte des durch die Leitung 2 der Filterpresse 1 gepumpten Gemisches zu messen und ein der Trübedichte entsprechendes Signal abzugeben. Das Signal gelangt über eine Leitung 10 zu dem Prozessor 8.

Eine dritte Meßeinrichtung, z.B. ein elektromagnetischer Durchflußmesser 11, ist angeordnet, um die Durchflußmenge des Wassers, d.h. des Filtrats, zu messen, welches die Filterpresse 1 über die Auslaßleitung 3 verläßt. Dieser Durchflußmesser 11 liefert ein der Durchflußmenge des abgegebenen Filtrats entsprechendes Signal über eine Leitung an den Prozessor 8, der daraus im wesentlichen ununterbrochen das zunehmend abgegebene Filtrat während des Behändlungszyklus' bestimmt.

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Zu Beginn des Behandlungszyklus' sind die Kammern der Filterpresse leer und geschlossen, die Steuereinrichtung 4 öffnet ein nicht dargestelltes Sperrorgan in der Leitung 2, so daß eine neue Charge des Gemisches in die Filterpresse gepumpt werden kann und die Kammern füllt. Bei Öffnung der Leitung durch die Steuereinrichtung 4 wird von der Steuereinrichtung ein Signal an den Prozessor 8 abgegeben, um denProzessor 8 zu informieren, daß ein neuer Behandlungszyklus begonnen hat, und um einen Zeitgeber im Prozessor zu starten. Der Prozessor beginnt dann mit der Verarbeitung der von den Meßeinrichtungen 6, 9 und 11 über die Leitungen 7, 10 und 12 eingehenden Signale.

Das über die Leitung 7 eingehende Signal gelangt an einen Integrator 15, der die zugeführte Gemischmenge über die Zeit integriert und dadurch die zunehmende, in die Filterpresse 1 während des jeweiligen Behandlungszyklus¹ eingeführte Gemischmenge bestimmt. Der Integrator 15 gibt über eine Leitung 16 an einen Prozessor 17 ein Signal ab, das der der Filterpresse jeweils zugeführten Gemischmenge entspricht. Zusätzlich wird das Signal der Leitung 7 zu einem Multiplizierer 18 geleitet, der außerdem das Signal der Leitung 10 vom Dichtemesser 9 aufnimmt und der daraus den Feststoffdurchsatz des der Filterpresse zugeführten Gemisches bestimmt. Der Multiplizierer 18 gibt ein den Feststof fdurchsatz des Gemisches entsprechendes Signal über eine Leitung 19 an einen Integrator 20, der seinerseits den zunehmenden Feststoffgehalt (Massegehalt) des in die Filterpresse während des jeweiligen Behandlungszyklus' eingeführten Gemisches bestimmt. Ein entsprechendes Signal aus dem Integrator 20 gelangt über eine Leitung 21 in den Prozessor 17. Das Meßsignal der Leitung 12 wird einem Integrator 22 zugeführt, der die Durchflußmenge des abgezogenen

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Filtrats integriert und dadurch die zunehmende Filtratmenge bestimmt, die während des Behandlungszyklus¹ abgeführt wird. Der Integrator 22 gibt ein der zunehmenden Filtratmenge entsprechendes Signal ab, das über eine Leitung 23 zum Prozessor 17 gelangt.

Der Prozessor 17 erhält ein weiteres Signal über eine Leitung 24 von einer manuell einstellbaren Einrichtung 25, deren eingestelltes Signal repräsentativ für die Feststoffdichte im zugeführten Gemisch ist.

Aus den oben erwähnten Signalen bildet der Prozessor 17 einen Kennwert Mc nach der folgenden Formel:

_{Mc =}

wobei Mc = berechneter Feuchtigkeitsgehalt des in der Filterpresse während des jeweiligen Behandlungszyklus' befindlichen Materials,

s = Feststoffdichte im Gemisch (vorbestimmter Wert);

Q = Gesamtmenge des der Filterpresse während des jeweiligen Behandlungszyklus¹ zugeführten Gemisches, wobei Q die vom Durchflußmesser gemessene Durchflußmenge des Gemisches ist;

= Gesamtmasse des der Filterpresse während des jeweiligen Behandlungszyklus' zugeführten Gemisches, wobei QF der gesamte Massefluß des zugeführten Gemisches ist und durch den Durchflußmesser 6, den Dichtemesser 9 sowie den Multiplizierer 18 bestimmt wird;

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(y

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= zunehmende Filtratmenge, die aus der Filterpresse während des jeweiligen Behandlungszyklus¹ abgezogen wird, wobei F die vom Durchflußmesser erfaßte Durchflußmenge des Filtrats ist.

Die obige Formel ergibt sich aus den folgenden Informationen und Rechnungen:

TABELLE 1

	Feststoff (%)	Wasser %	Gemisch %
Masse % Vol.% wobei s =	S S /S % Feststoff im	100 - s 100 - s Gemisch	100 100 - s+ s

Unter Berücksichtigung der Informationen aus Tabelle 1 erhält man für die Dichte der Trübe des der Behandlung zugeführten Gemisches A_F _

⁵ y-

■■/

F =

100

100 - s (1 - 1 )

100

^F -/F S (1 -_1.) = VDO

loo

- ι) =/If s (ι - ι )

so daß s = 100 (/^F - 1)

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Die gesamte Feststoffmasse in der Filterpresse beträgt zu einer bestimmten Zeit

= s
100

bzw. nach Einsetzen der Beziehung für s

Grundsätzlich gilt die Beziehung, daß die gesamte Wassermasse gleich der Differenz aus der gesamten Gemischmasse und der gesamten Feststoffmasse in der Filterpresse ist, nämlich

,(1 - D

-1)

(1 - 1 )

£l_l_i> - i_F*H

- 1)

/s

fv

/F

(>s - 1)

/s-

Q -

s-1

s-l

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- 11 -

/Ib-

Der prozentuale Feuchtigkeitsgehalt des Materials innerhalb der Filterpresse ist

= 100 χ Wassergehalt im Material Masse des Materials

= 100 χ (gesamte Wassermasse - Masse des zunehmend

abgeführten Filtrats)

Gesamtmasse des der Behandlung zugeführten Gemisches - zunehmende Masse des abgeführten Filtrats

= 100

As - 1-

-/■

Ein vom Prozessor 17 abgegebenes Signal, das repräsentativ für den berechneten Feuchtigkeitsgehalt des Materials in der Filterpresse 1 ist, gelangt über eine Leitung 26 zu einem Komparator 27, der das erhaltene Signal mit einem vorgegebenen Signal vergleicht, welches über eine Leitung 28 von einer manuell einstellbaren Einrichtung 29 kommt. Dieses vorgegebene Signal ist repräsentativ für den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt des behandelten Gemisches. Es versteht ■sich, daß im Laufe des jeweiligen Behandlungszyklus¹ immer mehr Filtrat aus der Filterpresse abgezogen wird und daß der berechnete Kennwert Mc dementsprechend abnimmt= Wenn der berechnete Kennwert Mc einen vorbestimmten Wert erreicht, der über die Leitung 28 zugeführt wird, womit der gewünschte Endpunkt des Behandlungszyklus¹ erreicht ist, wird ein dementsprechendes Signal über eine Leitung 30 an die Steuereinrichtung 4 abgegeben, die daraufhin den Filterpressen-Mechanismus aktiviert, die Pumpe in der Versorgungsleitung 2 schließt und die Kammern der Filterpresse 1 öffnet, so daß die behandelten, relativ trockenen Filterkuchen aus den

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Kammern fallen können und aus der Filterpresse ausgetragen werden können. Wenn alle Filterkuchen aus der Filterpresse entfernt worden sind, wird die Steuereinrichtung 4 wiederum aktiviert und schließt die Kammern der Filterpresse und öffnet das Absperrorgan in der Versorgungsleitung 2, so daß die nächste Charge eingedickter Trübe in die leeren und geschlossenen Kammern der Filterpresse gepumpt werden kann. Dann wird ein neuer Behandlungszyklus begonnen und das ganze Verfahren wiederholt.

Aus der obigen Beschreibung entnimmt man, daß das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchführung
bestimmte Vorrichtung zum Steuern der Behandlung von
Schlamm in einer Filterpresse die Erzeugung von Filterkuchen mit gewünschtem Feuchtigkeitsgehalt ermöglichen. Unsicherheiten, die durch die Bestimmung der Beendigung des Behandlungszyklus' durch eine Bedienungsperson entstehen, können nicht mehr auftreten.

Die Erfindung kann auch bei der Behandlung anderer Schlämme oder Aufschlämmungen eingesetzt werden, z.B. im Rahmen
einer Abwasserkläranlage.

~ Patentansprüche -

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Claims

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1. Verfahren zum Steuern der Behandlung eines Flüssigkeit-Feststoff -Gemisches, insbesondere zum Steuern der Entwässerung von Schlämmen, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Flüssigkeitsanteil des zugeführten Gemisches bestimmt und ein diesem Flüssigkeitsanteil entsprechender Meßwert ermittelt wird, daß die Menge des während der Behandlung zunehmend anfallenden Filtrats bestimmt und ein dieser Menge entsprechender weiterer Meßwert ermittelt wird, und daß beide Meßwerte zu einem Maß für die im Gemisch verbliebene Flüssigkeitsmenge verarbeitet sowie wenigstens teilweise zum Steuern der Behandlung nach Maßgabe eines Vergleichs der beiden Meßwerte angesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die während der Behandlung zurückgehaltene Gemischmenge bestimmt und ein dementsprechendes Signal ermittelt wird, welches zusammen mit dem Vergleichssignal zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts des zurückgehaltenen Gemisches verwendet wird, wobei die Behandlung wenigstens zum Teil in Abhängigkeit vom bestimmten Feuchtigkeitsgehalt des zurückgehaltenen Gemisches gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung beendet wird, wenn der ermittelte Feuchtigkeitsgehalt einen vorbestimmten Wert erreicht oder sich diesem annähert.

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4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Behandlung zurückgehaltene Gemischmenge im wesentlichen aus der Differenz zwischen der gesamten, der Behandlung zugeführten Gemischmenge und dem zunehmend abgeführten Filtrat bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte, der Behandlung zugeführte Gemischmenge als Durchflußmenge gemessen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Flüssigkeitsanteil in dem der Behandlung zugeführten Gemisch aus einer Dichtemessung des der Behandlung zugeführten Gemisches bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltenen Signale einem Prozessor zugeführt und in diesem verarbeitet werden, der die Signale im wesentlichen ununterbrochen erfaßt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung (6, 9) zum Erfassen der gesamten Flüssigkeitsmenge in dem der Behandlung zugeführten Gemisch und zur Abgabe eines diesem Flüssigkeitsanteil entsprechenden Signals, durch eine weitere Meßeinrichtung (11) zum Bestimmen der zunehmenden Filtratmenge, die während der Behandlung abgezogen wird und zur Abgabe eines Signals, das dieser Filtratmenge entspricht, durch einen Prozessor (17) zum Vergleich der beiden Signale und zur

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Abgabe einer Anzeige über den Flüssigkeitsgehalt im zurückgehaltenen Gemisch, sowie durch eine Steuereinrichtung (27, 4) zum Steuern wenigstens eines Teils der Behandlung in Abhängigkeit vom Signalvergleich im Prozessor (17).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (17) zur Bestimmung der während der Behandlung zurückgehaltenen Gemischmenge und Abgabe eines dieser Gemischmenge entsprechenden Signals, welches zusammen mit dem Vergleichssignal dem Prozessor zugeführt wird, um den Feuchtigkeitsgehalt des zurückgehaltenen Gemisches zu bestimmen, und durch eine Steuereinrichtung (17, 4) die wenigstens zum Teil die Behandlung in Abhängigkeit vom ermittelten Feuchtigkeitsgehalt des zurückgehaltenen Gemisches steuert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (27, 4) die Behandlung im wesentlichen dann beendet, wenn der ermittelte Feuchtigkeitsgehalt einen vorbestimmten Wert erreicht oder sich diesem annähert.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (17) eine Einrichtung zur Bestimmung der während der Behandlung zurückgehaltenen Gemischmenge aufweist, wobei diese Gemischmenge im wesentlichen aus der Differenz der gesamten, der Behandlung zugeführten Gemischmenge und dem zunehmend abgeführten Filtrat ermittelt ist.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Durchflußmesser (6) zur Bestimmung der Durchflußmenge des gesamten, der Behandlung zugeführten Gemisches,

13, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Dichtemesser (9) zur Bestimmung der Dichte des der Behandlung zugeführten Gemisches und des gesamten Flüssigkeitsanteils in diesem Gemisch.

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