DE4412889C2 - Verfahren und Anordnung zur Überwachung einer Fest-Flüssig-Trenneinrichtung - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Überwachung einer Fest-Flüssig-TrenneinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur
Überwachung einer Fest-Flüssig-Trenneinrichtung, insbeson
dere zur Abtrennung einer Flüssigkeit aus einer Suspension
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Abscheidung von Feststoffen aus Flüssigkeiten im
großtechnischen Maßstab sind Filtrations- und Sedimenta
tionsverfahren gebräuchlich. Dabei erfolgt ein Flüssig
keitsdurchsatz durch ein poröses Haufwerk, dem Filterku
chen, der aus den einzelnen Feststoff-Partikeln gebildet
wird und zunächst noch voll mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Während für manche Anwendungsfälle die Gewinnung einer
feststofffreien, flüssigen Phase, beispielsweise in Filter
prozessen oder in Kläreindickern, ausreicht, schließt sich
bei den überwiegenden Aufbereitungsverfahren an die Kuchen
bildung eine weitergehende Entfeuchtung des Filterkuchens
an. Diese Entfeuchtung des Filterkuchens, die vereinfacht
auch als Entwässerung bezeichnet wird, kann durch Abdrai
nieren in filtrierenden Zentrifugen, in Schwingsieben oder
in Schwingringen durch Druck- oder Vakuumfiltration auf
Band-, Scheiben-, Trommel filtern oder Nutschen durchgeführt
werden.
Eine effiziente Fest-Flüssig-Trennung erfordert eine opti
male Auslastung der Trennapparate. Was wiederum eine Mes
sung der Verfahrensparameter sowie eine Regelung des Verfah
rensablaufs voraussetzt. Apparate, die bei optimaler Aus
lastung betrieben werden, arbeiten häufig an den
Belastungsgrenzen, bei deren Überschreitung sich die
Trennwirkung rapide verschlechtert oder der Trennvorgang
außer Kontrolle gerät. Eine Messung der Verfahrensparameter
zur Regelung des Verfahrensablaufs im Apparat ist daher
Voraussetzung zum Betrieb des Trennapparats bei optimaler
Auslastung.
Bekannt sind Trennverfahren, bei denen die Kuchenhöhe gemes
sen wird und schleifende Feuchtemesser zur Regelung des Vo
lumenstroms des Aufgabegutes, der Länge der Sedimentations
zone sowie der Drehzahl einer Antriebstrommel dienen (Auf
bereitungs-Technik Nr. 4/1979 Seite 194).
Die Nachteile derartiger Meßfühler, die beispielsweise bei
Bandfiltern angewandt werden können, sind eine häufige Ver
schmutzung, eine Kornzerstörung und ein schneller Verschleiß
infolge der Relativbewegung zwischen Meßfühler und Filter
kuchen. Eine Regelung des Trennverfahrens ist folglich
störanfällig und gewährleistet nur in begrenztem Umfang
einen optimalen Verfahrensablauf.
Für Trennverfahren mit einem durch Zentrifugalbeschleuni
gung gebildeten Filterkuchen sind schleifende Meßfühler we
gen der Rotationsgeschwindigkeit wenig geeignet.
Ein Verfahren zur Überwachung einer Fest-Flüssig-Trennung
eines Stoffgemisches ist aus der DE 35 15 915 A1 bekannt.
Hier wird das Schleudergut mit diffusem Licht bestrahlt und
der Helligkeitsgrad des reflektierten Lichts gemessen. Bei
großer bzw. kleiner Helligkeit wird das Schleuderprogramm
weitergeschaltet bzw. unterbrochen. Bei derartigen Verfah
ren ist ein Nachteil, daß bei verminderter, gemessener Hel
ligkeit durch Staub, Wasserdampf oder andere Faktoren Feh
ler in der Auswertung entstehen.
Aus der DE 37 43 428 A1 ist ein Verfahren zum Konditionieren
und Entwässern von Schlämmen bekannt. Mit diesem Verfahren
wird die Menge und die Größe von in einer Suspension vor
handenen Flocken gemessen. Dazu wird ein gerichtetes Strah
lenbündel, das z. B. mit einem Laser erzeugt wird, auf die
Schlammflocken gerichtet und von den Schlammflocken reflek
tiertes bzw. gestreutes Licht mit einem optischen Detektor
nachgewiesen. Der Detektor ist baulich getrennt von der
Lichtquelle ausgebildet und besteht aus einer großen Zahl
von Bildpunkten, die jeweils unterschiedliche Grautöne er
fassen können. Aus der Verteilung der Grautöne über die
Bildmatrix wird die Information über Menge, Größe und
Struktur der angeleuchteten Schlammflocken gewonnen.
Ein weiteres Verfahren zur Messung der Größe von Schlamm
flocken ist aus der US-PS 4,867,886 bekannt. Bei der hier
beschriebenen Anordnung wird mit Hilfe eines Abstandssen
sors die Höhe der erzeugten Flocken gemessen. Ein Laser
strahl wird auf die Flocken gerichtet und aus der Ampli
tude des reflektierten Signals wird dann die Höhe der
Flocken bestimmt. Der Signalverlauf der Amplitude kann als
Maß für den Höhenverlauf der Flocken interpretiert werden.
Bei all diesen Verfahren werden die Absolutwerte der re
flektierten Signale ausgewertet. Bei der Auswertung können
sich jedoch Probleme ergeben, falls die Optik verschmutzt
oder die empfangenen Signale auf andere Weise abgeschwächt
werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Anordnung zur berührungslosen Überwa
chung von Fest-Flüssig-Trenneinrichtungen, insbesondere für
filtrierende Zentrifugen, wie kontinuierliche Schubzentri
fugen oder diskontinuierliche Schälzentrifugen oder für
kontinuierliche oder diskontinuierliche Vakuum- und Druck
filter zu schaffen, die auch bei vorhandenen Schwebeteil
chen in der Luft über dem Filterkuchen zuverlässig arbeitet
und neben Flüssigkeit und Feststoff auch Schaum erkennen
kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß
den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Anordnungsmäßig wird
die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
3 gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und in der
Figurenbeschreibung enthalten.
Nach einem Grundgedanken der Erfindung wird die Oberfläche
eines Feststoffkuchens oder Filterkuchens durch ein gerich
tetes Strahlenbündel kontinuierlich abgetastet, um den
Zeitpunkt oder den Ort zu erfassen, an dem während der kon
tinuierlichen oder diskontinuierlichen Zuführung einer Sus
pension oder auch einer Waschflüssigkeit und Filtration die
Oberfläche der Suspensionsschicht, die auch als freie
Flüssigkeit bezeichnet wird, gerade in den Filterkuchen
eindringt.
Erfindungsgemäß wird auf die Oberfläche eines sich während
der Fest-Flüssig-Trennung bildenden Filterkuchens ein ge
richtetes Strahlenbündel elektromagnetischer Wellen ge
richtet und ein an der Oberfläche des Filterkuchens oder an
der Flüssigkeit spiegelnd reflektiertes Strahlenbündel
elektromagnetischer Wellen gemessen. Über das Signal und
die Signalform der Reflexionsmessung wird somit ein
Flüssigkeitsspiegel auf dem Filterkuchen, eine Schaum
schicht, oder eine flüssigkeitsfreie Filterkuchenoberfläche
angezeigt und der Zeitpunkt oder der Ort des Eintritts des
Flüssigkeitsspiegels in den Filterkuchen erfaßt.
Bei normalem Betrieb eines Filterapparates oder einer Zen
trifuge sind auf der Flüssigkeitsoberfläche durch Vibration
oder Erschütterung immer Wellen vorhanden. Zur deutlicheren
Ausprägung der Signale kann auch eine Einrichtung zur Er
zeugung von Wellen vorgesehen sein. Diese Wellen haben zur
Folge, daß das reflektierte, gerichtete Strahlenbündel den
Empfänger nur dann trifft, wenn das gerichtete Strah
lenbündel an einem ganz bestimmten Punkt der Welle reflek
tiert wird. Diese Impulse im zeitlichen Signallauf sind
charakteristisch für das Vorhandensein einer Flüssigkeit.
Ist auf der Flüssigkeit ein Schaum vorhanden, so sieht man
ebenfalls im Signalverlauf Peaks, die allerdings verbrei
tert und unregelmäßiger sind. Zur Auswertung wird also nur
noch die Form eines Signals benötigt. Der Vergleich mit der
Helligkeit eines zweiten Signals entfällt. Schwebeteilchen
und andere Partikel in der Luft schwächen das Signal zwar
ab, führen aber nicht zu Fehlmessungen, da die gepulste Si
gnalform unverändert bleibt.
Indem die Filterkuchenoberfläche kontinuierlich kontrol
liert wird und die Meßwerte einer Anzeige- und/oder einer
Auswerteeinheit zugeführt werden, besteht die Möglichkeit
einer Regelung eines Trennverfahrens.
Bei Schubzentrifugen ermöglicht die Anwendung des erfin
dungsgemäßen Überwachungsverfahrens ein rechtzeitiges Er
kennen des Flutens. Schubzentrifugen können infolgedessen
ergebnisabhängig am Flutpunkt mit einem Minimum an Sicher
heitsspielraum betrieben werden. In vorteilhafter Weise ist
eine derartige Verfahrensoptimierung mit einem erhöhten
Durchsatz, einer verbesserten Trennleistung und einem
störungsarmen Filterkuchenabwurf verbunden.
Bei den diskontinuierlichen Schälzentrifugen wird über das
Erkennen des Flüssigkeitseintritts-Zeitpunktes eine ergeb
nisabhängige Steuerung der Zyklenzeiten ermöglicht. Dies
ist auch bei der Steuerung von diskontinuierlichen Vakuum
und Druckfiltern möglich. Die Überwachung des Ortes des
Flüssigkeitseintauchpunktes bei kontinuierlichem Vakuum-
oder Druckfiltern kann zur Steuerung von Betriebsparametern
wie Druck, Vakuum, Drehzahl, Suspensions- oder Waschflüssig
keitszulauf herangezogen werden.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Aussendung des gerich
teten Strahlenbündels kann in einer besonders einfachen
Ausführungsform aus einer Glühlampe bestehen, deren Licht
strahlen durch ein System von Blenden und Linsen zu einem
gerichteten Strahlenbündel komprimiert werden und auf die
Filterkuchenoberfläche gerichtet sind. Zur Messung des re
flektierten Strahlenbündels ist ein lichtempfindliches Bau
element in dem Strahlengang des reflektierten Strahlenbün
dels angeordnet. Bei Suspensionen aus stark absorbierenden
Feststoffkomponenten, wie beispielsweise Kohlepartikel, und
hochreflektierenden Flüssigkeiten, z. B. Wasser, können
Meßsignale erhalten werden, die den Eintritt des Wasser
spiegels in den Filterkuchen deutlich ausweisen. Da die
Lichtstrahlen an den Oberflächenwellen der im kleineren
Maßstab glatten Wasseroberfläche sehr gut reflektiert wer
den und abhängig von der Wellenbewegung die Fotozelle tref
fen, von der Kohlefilterkuchenoberfläche jedoch konstant
schwach reflektiert werden, zeigt die Meßsignalaufzeichnung
den Eintritt durch einen deutlichen Wechsel der Signalform
an.
Wesentlich vorteilhafter ist jedoch eine Anordnung mit ei
ner Laserlichtquelle, beispielsweise einem Halbleiterlaser,
dessen einfallender Strahl im spitzen Winkel zur Flächen
senkrechten, dem Einfallslot im Einfallspunkt, auf die Sus
pensions- oder Filterkuchenoberfläche gerichtet ist, dessen
reflektierte Strahlen mit Hilfe einer Spiegelanordnung auf
ein lichtempfindliches Bauelement umgelenkt werden. Eine
Laser-Reflexions-Messung ist aufgrund der äußerst geringen
Divergenz der Laserstrahlen gegenüber Abstandsänderungen
zwischen Meßaufnehmer und bestrahlter Oberfläche weitgehend
unabhängig. Das gleiche gilt für Änderungen der Filterku
chenstärke, die während des Filtrierprozesses unumgänglich
sind.
Ein Spiegel ist nahe dem Laser in einem Winkel von ca. 45
Grad zum Laserstrahl montiert und mit einer Bohrung verse
hen, die dem Laserstrahlquerschnitt entspricht oder etwas
größer ist. Der Spiegel ist justierbar und wird fixiert,
wenn der Laserstrahl mit einem Einfallswinkel von wenigen
Grad, also geringfügig vom Einfallslot abweichend, auf die
Filterkuchenoberfläche gerichtet ist. Der reflektierte La
serstrahl trifft nahe der Bohrung auf die Spiegelober
fläche, wird in paralleler Richtung in einem Linsensystem,
beispielsweise einer Sammellinse, gebündelt und trifft auf
einen Fotodetektor, beispielsweise eine Silizium-Fotodio
de, die im Brennpunkt der Sammellinse verstellbar angeord
net ist. Zweckmäßigerweise ist vor dem Fotodetektor ein
Graufilter zur Einstellung des Meßbereiches angeordnet. Zur
Vermeidung von Meßfehlern ist es sinnvoll, die Fotodiode
gegen ein aus der Umgebung einfallendes Licht abzuschirmen
und beispielsweise mit einer schwarzen Abdeckung zu verse
hen.
Die Anordnung von Linsen oder Linsensystemen im Strahlen
gang der reflektierten Strahlen ist sinnvoll, um eine auf
spreizende oder auch bündelnde Reflexion des Laserstrahls
an einer glatten aber infolge der Rotationsbewegung parabo
loid geformten Suspensionsoberfläche auszugleichen.
Zur Anzeige des Zeitpunktes, an dem die Suspensionsober
fläche in den Filterkuchen eintritt, kann ein Schreiber
eingesetzt werden, bei dem die Meßspannung über der Zeit
aufgetragen wird. Um die Trägheit eines derartigen Schrei
bers zu umgehen und eine höhere Empfindlichkeit bei der An
zeige zu erreichen, sollte ein Oszillograph verwendet wer
den, bei dem die reflektierten Laserstrahlen als Peaks an
gezeigt werden.
Zweckmäßigerweise ist die erfindungsgemäße Anordnung als
kleiner, kompakter Meßaufnehmer ausgebildet und zum Einbau
in Trennapparate, insbesondere in eine Schubzentrifuge, ge
eignet. Die Anordnung ist mit einem wasserdichten Gehäuse,
mit einer Schutzvorrichtung vor Suspensionsspritzern und
mit einer Spülvorrichtung versehen, um Verschmutzungen der
Empfängeroptik zu vermeiden. Als Spritzschutz kann auch ein
Filter, welches außerdem Tages- und Infrarotlicht abfil
tert, verwendet werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht die Verwendung eines
Lichtleiters, beispielsweise einer Lichtfaser vor. Eine
derartige Anordnung ist bevorzugt bei Trennapparaten mit
begrenzten Einbaumöglichkeiten für eine Meßanordnung anzu
wenden, da eine Laserdiode außerhalb der Trenneinrichtung
angeordnet und mit einem nach innen verlegten Lichtleiter
verbunden werden kann. Bei Verwendung einer Lichtfaser ist
es vorteilhaft, daß diese so gebogen werden kann, daß der
austretende Laserstrahl senkrecht zur Empfangsvorrichtung
auf die Filterkuchenoberfläche gerichtet sein kann.
In einer besonders bevorzugten Anordnung wird nach dem
Prinzip der direkten Be- und Rückstrahlung eine Reflexions
messung mit einem großflächigen, Strahlungsempfindlichen
Bauteil, beispielsweise einer großflächigen Silizium-Foto
diode oder einem Fotodiodenarray durchgeführt. Die Totzonen
des Fotodiodenarrays liegen unter dem Laserstrahldurchmes
ser. Sinnvoll ist die Anordnung einer besonders kleinen La
serdiode, die beispielsweise mit einer Kollimatoroptik ver
sehen ist. Die Laserdiode kann direkt hinter dem Fotodio
denarray angeordnet sein, welches zweckmäßigerweise mit ei
nem mittig angeordneten Laserstrahldurchgang versehen ist.
Bei dieser kompakten Meßanordnung befindet sich ein Filter
im Strahlengang. An der Unterseite des Gehäuses sind Düsen
vorgesehen, um mit Hilfe eines Luft- oder auch Wasserstro
mes Suspensionsspritzer vom Filter fernzuhalten. Diese
Meßanordnung ist mit besonders geringem Aufwand
herzustellen.
Aus dem Meßsignalverlauf ist auch erkennbar, wenn eine Ero
sionsrinne gebildet ist und ein gleichmäßiges Befüllen des
Trennapparates und ein gleichmäßiges Filtrieren der Suspen
sion nicht mehr gewährleistet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung wei
ter beschrieben. In diesen zeigen in stark schematisierter
Weise
Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau einer erfin
dungsgemäßen Anordnung zur Bestimmung des Zeit
punktes oder des Ortes des Flüssigkeitseintrittes in
einen Filterkuchen oder zur Bestimmung des Flu
tens bei Schubzentrifugen;
Fig. 2 einen charakteristischen Verlauf des Meßsignals
der Anordnung für
- a) eine Flüssigkeitsoberfläche
- b) eine Filterkuchenoberfläche
- c) eine Flüssigkeitsoberfläche mit Schaum;
Fig. 3 einen Teil einer erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung mit einem
über einen Lichtleiter in den Strahlengang einge
speisten Laserstrahl;
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer Laser
strahlaufweitung;
Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße
Anordnung zur Laser-Reflexions-Messung mit direk
ter Be- und Rückstrahlung und
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Fotodiodenarrays
der Anordnung gemäß Fig. 6.
In Fig. 1 ist das Meßprinzip einer erfindungsgemäßen Anord
nung zur Bestimmung des Zeitpunktes des Flüssigkeitsein
trittes in einen Filterkuchen oder zur Bestimmung des Flu
tens bei Schubzentrifugen in stark schematisierter Weise
dargestellt. Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus ei
nen Laser 10, beispielsweise einem Halbleiterlaser, einem
mit einer Bohrung 22 versehenen Spiegel 20, einem Linsensy
stem 16 und einem lichtempfindlichen Bauelement 25, einem
Fotodetektor, beispielsweise einer Silizium-Fotodiode. Der
Bereich einer Fest-Flüssig-Trenneinrichtung, in dem ein
Filterkuchen 5 beispielsweise infolge von Zentrifugalbe
schleunigung gebildet wird, ist in stark vereinfachter Wei
se als rotierender Teller 4 dargestellt.
Der Laser 10 ist nahezu senkrecht zu einer Oberfläche 7 des
Filterkuchens 5 angeordnet. Der Spiegel 20 ist in einem
Winkel von nahezu 45° zum einfallenden Laserstrahl 12 in
einem geringen Abstand zum Laser 10 montiert. Der Spiegel
20 ist mit einer mittigen Bohrung 22 versehen, die etwas
größer als der Querschnitt des Laserstrahls 12 ist. Der La
serstrahl 12 fällt durch die Bohrung 22 des Spiegels 20 auf
die Oberfläche 7, wird reflektiert und trifft, da der Ein
fallswinkel des Laserstrahls 12 nicht exakt 90° beträgt,
nahe der Bohrung 22 auf den Spiegel 20. Der Spiegel 20 muß
so schmal sein, daß das an der sich bewegenden Wasser
oberfläche 7 reflektierte Strahlenbündel 14 periodisch auf
den Spiegel 20 trifft, über den Spiegel hinaus abgelenkt
wird und so das für eine Flüssigkeitsoberfläche typische,
pulsförmige Signal erzeugt. Das Strahlenbündel wird in
paralleler Richtung auf ein Linsensystem 16, beispielsweise
eine Sammellinse 16, umgelenkt.
Im Brennpunkt der Sammellinse 16 ist ein lichtempfindliches
Bauelement 25, beispielsweise eine Fotozelle, angeordnet,
in der eine der Lichtintensität der reflektierten Laser
strahlen 14 proportionale Spannung erzeugt wird. Das licht
empfindliche Bauelement 25 ist lösbar befestigt, so daß es
in den Brennpunkt der Sammellinse 16 justiert werden kann.
Zwischen der Sammellinse 16 und der Fotozelle ist ein Grau
filter 17 angeordnet, das zur Einstellung des Meßbereiches
dient.
Fig. 2 zeigt typische Signalformen der erfindungsgemäßen
Anordnung. Die Fotozelle erzeugt eine der Intensität des
reflektierten Lichtstrahles proportionale Spannung, deren
zeitlicher Verlauf in der Fig. 2 dargestellt ist.
Fig. 2a zeigt den typischen Signalverlauf für eine Messung
an einer Flüssigkeitsoberfläche. Durch die Wellenbewegung
der Flüssigkeitsoberfläche trifft das reflektierte Strah
lenbündel periodisch auf die Fotozellen und erzeugt so die
gepulste Signalform.
In Fig. 2b ist das typische Signal zu sehen, das entsteht,
wenn das gerichtete Strahlenbündel an einer trockenen Fil
terkuchenoberfläche reflektiert wird. Das gerichtete Strah
lenbündel wird diffus reflektiert und ein annähernd kon
stanter Anteil trifft die Fotozelle.
In Fig. 2c ist, ähnlich wie in Fig. 2a, der Signalverlauf
bei Spiegelung an einer Flüssigkeitsoberfläche dargestellt,
die in diesem Fall allerdings durch Schaum bedeckt wird.
In Fig. 3 ist eine gewöhnliche Sendeeinrichtung 30 zur Er
zeugung elektromagnetischer Wellen 31 gezeigt. Zur Erzeu
gung eines gerichteten Strahlenbündels 32 dient die Anord
nung von Linsen 34 und Blenden 36. Das gerichtete Strah
lenbündel 32 trifft auf die sich bewegende Flüssigkeits
oberfläche 7. Zur Verstärkung der Wellenbewegung 9 dient
der hier schematisch dargestellte Tropfmechanismus 39. Der
zur Anordnung gehörende Empfänger ist hier nicht darge
stellt.
Die Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in abge
wandelter Form. Bei dieser Variante wird ein in einem Laser
10, insbesondere einer Laserdiode, emittierter Laserstrahl
12 über einen Lichtleiter 40 eingespeist. Als Lichtleiter
wird eine Glasfaser verwendet, die so abgebogen wird, daß
der Laserstrahl senkrecht auf die Filterkuchenoberfläche
und zum lichtempfindlichen Bauelement, einer Fotodiode 48
austreten kann. An der Lichtaustrittsseite ist der Licht
leiter 40 in einer Bohrung 42 eines Linsensystems 46 ange
ordnet, welches aus der divergierenden Laserstrahlung eine
konvergierende Laserstrahlung erzeugt. Der reflektierende
Lichtstrahl 14 wird über ein Filter 44 im Linsensystem 46
gebündelt und trifft auf die Fotodiode 48. Der Erfassungs
winkel dieser erfindungsgemäßen Anordnung ist zur deutli
cheren Darstellung überproportional groß dargestellt. Da
die Laserlichtquelle nicht am Meßort angeordnet sein muß,
ist diese Anordnung besonders für Schubzentrifugen geeig
net.
In Fig. 5 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen
Anordnung zur Bestimmung des Zeitpunktes des Flüssigkeits
eintrittes in einen Filterkuchen gezeigt. Ein Laserstrahl
12 eines Lasers 10 wird mit Hilfe von zwei Linsen 52, 53
(Achromaten) aufgeweitet und durch einen Spiegel 20 auf
eine Oberfläche eines Filterkuchens bzw. einer Suspen
sionsflüssigkeit umgelenkt. Die reflektierten Strahlen 14
gelangen durch ein Filter 44 und durch eine Bohrung 22 des
Spiegels 20 auf eine Fotodiode 48. Der Vorteil des mit die
ser Anordnung realisierbaren Meßprinzips - eine Laserstrah
laufweitung und eine Messung des reflektierten Lichtes mit
einer kleinen Fläche - besteht darin, daß auch bei größeren
Filterkuchen-Unebenheiten, bei Filterkuchen-Rissen oder bei
zerklüfteter Fläche oder auch bei Suspensionswellen trotz
der damit verbundenen kurzfristigen Auslenkung der Strahlen
eine bessere Strahlerfassung möglich ist, da auf die Foto
diode von mehreren Stellen der zu bestimmenden Oberfläche
reflektierte Lichtstrahlen auftreffen.
In Fig. 6 ist eine besondere bevorzugte Anordnung zur La
ser-Reflexions-Messung in Fest-Flüssig-Trenneinrichtungen
anhand eines besonders kleinen, kompakten Meßaufnehmers 50
dargestellt. In einem wasserdichten Gehäuse 51 ist eine La
serdiode 11 hinter einem Fotodiodenarray 54 angeordnet. Zum
Aufbau des Fotodiodenarrays 54 (Fig. 7) wurden vier Foto
dioden 48 mit einer aktiven Fläche von 10 mm × 10 mm ver
setzt angeordnet, so daß ein Laserstrahldurchgang 56 in der
Mitte des Fotodiodenarrays zur direkten Bestrahlung einer
Filterkuchenoberfläche gebildet ist. Die Laserdiode 11
strahlt direkt auf die Filterkuchenoberfläche und der re
flektierte Lichtstrahl fällt ebenfalls direkt auf die Foto
dioden 48. Lediglich ein Filter 44 befindet sich im Strah
lengang. Dieser Filter 44 dient der Abfilterung von
IR-Licht sowie als Spritzschutz für die Optik. An der unteren
Seite des Meßaufnehmers 50 sind Düsen 55, beispielsweise in
einem Halbkreis über den Umfang verteilt, angeordnet, aus
denen Luft zum Fernhalten von Suspensionsspritzern strömt.
Ein Meßaufnehmer 50 wurde zur Bestimmung des Flutens in ei
ne Schubzentrifuge nahe an der Abbruchkante in Richtung
Einlaufzone eingebaut.
Wird der Laserstrahl auf der welligen Flüssigkeitsoberfläche
reflektiert, wird in statistischer Reihenfolge nur jeweils
eine Fotozelle vom reflektierten Strahl getroffen.
Claims (14)
1. Verfahren zur Überwachung einer Fest-Flüssig-Trenn
einrichtung, insbesondere zur Abtrennung einer Sus
pension unter Bildung eines Filterkuchens, bei dem
ein gerichtetes Strahlenbündel auf den Filterkuchen
gestrahlt wird, und
ein reflektiertes Strahlenbündel empfangen wird, wobei
ein peakförmiger Signalverlauf des reflektierten Strahlenbündels einer wellenbewegten Flüssigkeits oberfläche und ein konstanter Signalverlauf einer trockenen Feststoffoberfläche zugeordnet wird.
ein reflektiertes Strahlenbündel empfangen wird, wobei
ein peakförmiger Signalverlauf des reflektierten Strahlenbündels einer wellenbewegten Flüssigkeits oberfläche und ein konstanter Signalverlauf einer trockenen Feststoffoberfläche zugeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein unregelmäßiger peakförmiger Signalverlauf
einer schaumbedeckten Flüssigkeitsoberfläche zu
geordnet wird.
3. Anordnung zur Überwachung einer Einrichtung zur
Abtrennung einer Flüssigkeit aus einer Suspension un
ter Bildung eines Filterkuchens (5), insbesondere zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
oder 2, mit einem Sender (6) zur im wesentlichen senk
rechten Aussendung elektromagnetischer Wellen auf die
Suspensions- oder Filterkuchenoberfläche und einem
Empfänger (8) zur Messung der von der Oberfläche zu
rückgeworfenen elektromagnetischen Wellen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sender (6) ein Laser (10) ist,
daß der Empfänger (8) oder ein optisch mit dem Empfän
ger (8) verbundenes Linsensystem (46) um den Aus
trittspunkt (56) des Laserstrahls aus der Meßanord
nung herum im Bereich des direkt reflektierten Strahls
angeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das gerichtete Strahlenbündel (12, 32) senkrecht
auf die zu überwachende Oberfläche (7, 9) gerichtet
ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Signal nach Reflexion des gerichteten
Strahlenbündels (12) an einer Flüssigkeitsoberfläche
(7) gemessen wird und daß das Signal Peakform hat.
6. Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Verstärkung der Peakform eine Einrichtung (38)
zur Erzeugung einer Wellenbewegung an der Flüssig
keitsoberfläche (7, 9) vorgesehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (38) zur Erzeugung der Wellenbewe
gung auf einem Tropfmechanismus (39) basiert.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Laser (10), dessen einfallender Strahl (12) im
spitzen Winkel zur Flächensenkrechten auf die Filter
kuchenoberfläche (5) gerichtet ist, an einem Halter
befestigt ist, daß ein Spiegel (20), der eine Bohrung
(22) für den einfallenden Lichtstrahl (12) aufweist,
zur Umlenkung der reflektierten Laserstrahlen (14) na
he an der Laserlichtquelle (10) angeordnet ist, und
daß im Strahlengang der umgelenkten Laserstrahlen (14)
ein Linsensystem (16) vorgesehen ist, in dessen Brenn
punkt ein lichtempfindliches Bauelement (25) angeord
net ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spiegel (22), der in einem Winkel von etwa
45 Grad zur Flächensenkrechten montiert ist, zur
Justierung des Einfallswinkels der Laserstrahlen (12)
verstellbar ist und daß die Bohrung (22) dem Quer
schnitt des einfallenden Laserstrahls (12) entspricht.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Laserdiode (11), die am Außengehäuse einer
Fest-Flüssig-Trenneinrichtung befestigt ist, mit einer
Glasfaser (40) gekoppelt ist, daß die Glasfaser (40)
mit einer Lichtaustrittsöffnung in eine Bohrung (42)
eines Linsensystems (48) reicht, welches oberhalb und
parallel zur Filterkuchenoberfläche als Konverter der
reflektierten Strahlen (14) angeordnet ist, daß der
einfallende Laserstrahl senkrecht auf die Filterku
chenoberfläche gerichtet ist und daß eine mit einer
Auswerteeinheit verbundene Fotodiode (48) hinter dem
Linsensystem (46) und im Strahlengang der reflektier
ten, gebündelten Laserstrahlen (14) angeordnet ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen einem Spiegel (20) und dem Laser (10)
Linsen (52, 53) zur Aufweitung des Laserstrahls (12)
angeordnet sind, daß der Spiegel (20) zur Umlenkung
des aufgeweiteten Laserstrahls (12) auf die Filterku
chenoberfläche und im Strahlengang des reflektierten,
aufgeweiteten Laserstrahls (12) angeordnet ist und daß
im Spiegel (20) entlang der Flächensenkrechten eine
begrenzende Bohrung (22) ausgebildet ist, in deren Be
reich auf der Rückseite des Spiegels (20) eine Foto
diode (48) angeordnet ist.
12. Anordnung einem der Ansprüche 3 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zur Filterkuchenoberfläche ein
großflächiges Fotodiodenarray (54) aus versetzt ange
ordneten Fotodioden (48) angeordnet ist, daß auf der
Rückseite des Fotodiodenarrays (54) und im Bereich ei
nes mittigen, durch die versetzte Anordnung der Foto
dioden gebildeten Durchgangs (56) der Laser (10)
mit Kolematoroptik vorgesehen ist und daß die Fotodio
den (48) des Fotodiodenarrays (54) im Strahlengang der
von der Filterkuchenoberfläche reflektierten Laser
strahlen angeordnet sind.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Filter (44) vor dem lichtempfindlichen Bauele
ment (25, 48, 54) angeordnet ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein wasserdichtes Gehäuse (51) vorgesehen ist,
welches eine Spülvorrichtung mit Luft- oder Wasser
düsen (55) aufweist, und daß die Luft- oder Wasser
düsen (55) auf eine zur Filterkuchenoberfläche wei
sende, untere Seite des Filters (44) oder des licht
empfindlichen Bauelementes (25, 48, 54) gerichtet
sind.
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GB0310403D0 (en) * | 2003-05-07 | 2003-06-11 | Broadbent & Sons Ltd Thomas | Improvements in and relating to the control of centrifuges |
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---|---|---|---|---|
DE3515915C2 (de) * | 1985-05-03 | 1993-10-14 | Braunschweigische Masch Bau | Überwachungsverfahren und Vorrichtung zur Kontrolle des Sirupablaufes bei periodisch arbeitenden Zuckerzentrifugen |
DE3743428A1 (de) * | 1986-12-22 | 1988-07-07 | Passavant Werke | Verfahren zum konditionieren und entwaessern von schlaemmen |
US4867886A (en) * | 1988-07-25 | 1989-09-19 | Westvaco Corporation | Method and apparatus for controlling sludge flocculant flow |
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