DE3739538A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen feuchtemessung in wirbelschichten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Feuchtemessung von Feststoffpartikeln gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Wirbelschichten haben in der Chemie, der Lebensmittel- Technologie, der Pharmazie und der Biotechnologie eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten insbesondere zum Trocknen, Befeuchten Agglomerieren und Beschichten von Produkten gewonnen. Beispielsweise werden sie in der Lebensmittel-Technik zum Trocknen von Hefe, in der Bio­ technologie zu Fermentationszwecken und in der Pharmazie zum Beschichten (Coating) von Tabletten eingesetzt.

Bei nahezu allen von diesen Anwendungsmöglichkeiten ist die Feuchtigkeit der in der Wirbelschicht befindlichen Partikel von großer Bedeutung. Es ist jedoch bislang kein Verfahren oder Vorrichtung bekannt, die eine kontinuierli­ che Bestimmung der Feuchtigkeit der Partikel in der Wir­ belschicht ermöglicht, ohne die Fluidisation zu unterbre­ chen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Feuchtemessung in Wirbelschichten für chemische, pharmazeutische, biotechnologische Anwendungen und/oder Anwendungen in der Lebensmitteltechnologie anzu­ geben, die eine kontinuierliche Bestimmung der Feuchtig­ keit der Partikel in der Wirbelschicht ermöglicht.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zwei konzentrische Zylinder auf, die so angeordnet sind, daß ihre Zylinder­ achse in etwa parallel zum Feststoff-Wirbelstrom gerichtet ist. Ferner ist eine elektronische Steuereinheit vorge­ sehen, die den elektrischen Widerstand oder die Kapazität der Zylinderanordnung bestimmt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Feuchte von Partikeln in Wirbelschichten hat den überraschenden Vorteil, daß durch den in der Wirbelschicht angeordneten Sensor, d.h. die beiden konzentrischen Zylinder, nicht nur keine Störung der Wirbelschicht erfolgt, im Gegenteil, die beiden kon­ zentrischen Zylinder können gleichzeitig in besonders vorteilhafterweise als Leitmittel zur Steuerung des Parti­ kelstroms dienen. Die erfindungsgemäß vorgesehene Sensor­ ausbildung führt damit zu einem gleichmäßigeren Strömungs­ verhalten in dem Wirbelschichtbett als ohne die konzentri­ schen Zylinder.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine weitere überraschende Eigenschaft der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung ist, daß sie zur Selbstreinigung im Partikelstrom fähig ist (Anspruch 2).

Durch die im Anspruch 3 gekennzeichnete Weiterbildung, bei der die Zylinderachsen mit der Mittelachse der Wirbel­ schicht in etwa zusammenfallen, wird die Strömung in der Wirbelschicht weiter verbessert und eine besonders günsti­ ge Durchwirbelung erreicht.

Im Anspruch 4 ist eine vorteilhafte Möglichkeit gekenn­ zeichnet, den Widerstand der durch wenigstens zwei konzen­ trische Zylinder gebildeten Anordnung zu bestimmen. Hierzu wird in - zur allgemeinen Widerstandsmessung selbstver­ ständlich bekannterweise - ein Konstantstrom an die Zylin­ deranordnung angelegt, so daß ein konstanter Strom das Meßobjekt, d.h. die Zylinderanordnung und die zwischen den Zylinderplatten befindliche, feuchtigkeits-beaufschlagten Partikel durchfließt. Die Meßgröße ist dann der hieraus resultierende Spannungsabfall.

Selbstverständlich ist es möglich, den Spannungsabfall in bekannter Weise durch eine Bedienungsperson etc. messen zu lassen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn - wie ebenfalls im Anspruch 4 angegeben - der entstehende Span­ nungsabfall mit Filtern erster oder höherer Ordnung ge­ glättet wird, so daß das geglättete Signal an eine weiter­ verarbeitende Schaltung angelegt werden kann, ohne daß momentane Feuchtigkeitsveränderungen, wie sie in Wir­ belschichten immer auftreten können, die Messung und/oder die Regelung stören würden.

Hierbei ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn das geglättete Signal an einen logarithmischen A/D-Wandler angelegt und das logarithmisch A/D-umgesetzte Signal bei­ spielsweise an einen Mikrocomputer etc. als Eingangsgröße angelegt wird.

Es ist weiterhin sehr vorteilhaft, daß der erfindungsgemäß verwendete Sensor für die verschiedensten Arten der Sig­ nalauswertung, z.B. nicht nur - wie vorstehend dargelegt - zur Widerstandsmessung durch Stromprägung, sondern auch zur Kapazitätsmessung in einer Wechselstrom-Brückenschal­ tung geeignet ist Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt erstmals ein Sig­ nal zur Verfügung, das die momentane Feuchtigkeit der Partikel über einen weiten Feuchtebereich zwischen etwa 25 und 65 Gew.-% in einer Wirbelschicht angibt. Damit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere als Aufnehmer bzw. Sensor für eine Regelung geeignet, mit der eine Tem­ peratur- bzw. Volumenstromregelung oder bei Befeuchtungen eine Regelung des Flüssigkeitsstroms erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, in der zeigen:

Fig. 1 den Einbau eines erfindungsgemäßen Zylindersensors in einem Wirbelschichtkonus,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung, und

Fig. 3 eine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung er­ haltene Meßkurve.

Fig. 1 zeigt einen in üblicher Weise ausgebildeten Wirbel­ schichtkonus 1 mit einem Anströmboden 2, auf dem sich die in der Wirbelschicht zu behandelnden Partikel befinden. Im Wirbelschichtkonus 1 sind zwei konzentrische Zylinder 3 und 4 mit Anschlußleitungen 5 derart angeordnet, daß ihre Zylinderachse konzentrisch zur Achse des Wirbelschichtko­ nus ist. Die Zylinder 3 und 4 bilden einen Zylindersensor, dessen Widerstand sowie gegebenenfalls auch dessen Kapazi­ tät zur Bestimmung der Feuchtigkeit der Partikel in der Wirbelschicht gemessen werden kann.

Fig. 2 zeigt prinzipiell den Aufbau einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung. In dem Wirbelschichtkonus 1 ist wie­ derum ein Zylindersensor mit konzentrischen Zylindern 3 und 4 und Anschlußleitungen 5 angeordnet. An den Wirbel­ schichtkonus 1 schließt sich in bekannter Weise ein zylin­ drischer Abschnitt 6 mit einem Stutzen 7 für die Abluft an.

Ferner sind in dem Wirbelschichtkonus Elemente 11 zur Temperaturmessung, beispielsweise Platin-100-Widerstände angeordnet.

Die Anschlußleitungen 5 des Zylindersensors sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Leitfähigkeitsmeß­ gerät 12 verbunden. Das Leitfähigkeitsmeßgerät 12 bestimmt die Leitfähigkeit des Zylindersensors beispielsweise nach der Konstantstrommethode, d. h. ein konstanter Strom durchfließt das Meßobjekt. Meßgröße ist der daraus resul­ tierende Spannungsabfall am Sensor, der proportional der Leitfähigkeit der Meßanordnung und damit der Feuchtigkeit der Partikel ist, die den Zylindersensor durchströmen.

In dem Leitfähigkeitsmeßgerät 11 wird der Spannungsabfall hochohmig verstärkt und durch Filter erster- und höherer Ordnung geglättet. Die geglättete Spannung wird zum einen an eine Anzeigeeinheit 13 und zum anderen an eine Steuer­ und Aufzeichnungseinheit 14 angelegt.

Die Temperaturmeßelemente sind ebenfalls mit der Aufzeich­ nungs- und Steuereinheit 15 sowie mit einer Temperaturre­ gelung 16 verbunden. Darüberhinaus wird eine Volumenstrom­ messung mittels eines Gebers 17 durchgeführt.

Das Ergebnis dieser Messungen kann beispielsweise dazu dienen, eine Regelung der Zuluft, der Temperatur und/oder bei Befeuchtungen der Regelung des Flüssigkeitsstroms vorzunehmen.

Fig. 3 zeigt mit einer Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 erhaltene Meßergebnisse. Die Feststoffpartikel in der Wirbelschicht sind Hefe. Der Volumenstrom beträgt 40 m³/h bei einer Temperatur von 20°C. Wie man Fig. 3 entnehmen kann, erhält man einer Änderung der Feuchte zwischen 0,25 kg _w /kg und 0,65 kg _w /kg, d.h. zwischen 25 und 65% eine Widerstandänderung um ca den Faktor 10³, also einen sehr großen Meßeffekt, der in einfacher Weise eine Auswertung und Weiterverarbeitung des Meßergebnisses zuläßt.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan­ kens beschrieben worden, innerhalb dessen selbstverständ­ lich die verschiedensten Abwandlungen möglich sind:

Beispielsweise kann auch eine Messung der Kapazität des Zylindersensors erfolgen. Es ist selbstverständlich nicht zwingend erforderlich, zusätzlich die Temperatur und/oder den Volumenstrom zu messen, in verschiedenen Anwendungs­ fällen genügt es, die Feuchtigkeit der Partikel der Wir­ belschicht zu bestimmen.

Selbstverständlich kann die genaue Ausbildung des Zylin­ dersensors an die Geometrie des Wirbelschichtbetts und an die zu behandelnden Partikel angepaßt werden.

Beispielsweise bei Verwendung eines kapazitiven Zylinder­ sensors ist es bevorzugt, wenn die beiden konzentrischen Zylinder aus einem metallischen Werkstoff bestehen und an der Oberfläche isoliert sind. Bei Verwendung eines Leit­ fähigkeitssensors sollte der Zylindersensor aus einem Material guter Leitfähigkeit und Korrossionsfestigkeit hinsichtlich der eingebrachten Partikel bestehen.

Selbstverständlich sind die Meßeinrichtungen für die Kapa­ zität und/oder die Leitfähigkeit nicht auf die vorstehend beschriebenen beschränkt. Es können jederzeit die handels­ üblichen hierzu geeigneten Einrichtungen verwendet werden.

Weiterhin ist es möglich, in einem Rechner oder in einem sonstigen Speicher verschiedene Eichkurven abzulegen, auf die abhängig vom Material der Partikel, den Volumenstrom in der Wirbelschicht, der Temperatur usw. zurückgegriffen wird.

In jedem Falle erhält man jedoch durch die Verwendung zweier konzentrischer Zylinder einen Sensor, der vom Meß­ gut gleichmäßig ohne Verstopfungseffekt und ohne Beein­ trächtigung der Wirbelschicht durchströmt wird. Die beste Durchströmung erhält man dabei, wenn der Zylindersensor in geringer Höhe über dem Anströmboden der Wirbelschicht angebracht wird. Hierbei werden die Strömungsverhältnisse nicht nur nicht negativ beeinträchtigt, sondern es ergibt sich ein gewollter positiver Leiteffekt für die Wirbel­ schicht-Strömung.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Feuchtemessung von Feststoffen für chemische, pharmazeutische, biotechnologi­ sche Anwendungen und/oder Anwendungen in der Lebensmittel­ technologie, dadurch gekennzeichnet, daß für die Feuchtemessung der Feststoffpartikel in Wirbelschichten wenigstens zwei kon­ zentrische Zylinder vorgesehen sind, deren Zylinderachse in etwa parallel zum Feststoffstrom angeordnet ist, und daß eine elektronische Steuereinheit den elektrischen Widerstand der Zylinderanordnung bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder derart angeordnet sind, daß die Partikelströmung die Meßflächen der Zylinder reinigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderachsen in etwa mit der Mittelachse des Wirbelschichtbetts zusammenfallen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit zur Wider­ standsmessung in an sich bekannter Weise einen Konstant­ strom an die Zylinderanordnung anlegt und den entstehenden Spannungsabfall mit Filtern 1. oder höherer Ordnung glät­ tet, und daß das geglättete Signal an einen logarithmischen A/D- Wandler und das A/D-umgesetzte Signal an einen Rechner angelegt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Feuchtigkeit propor­ tionale Signal als IST-Signal an eine Regeleinheit zur Regelung der Partikelfeuchte des Fluistroms angelegt ist.