DE7529733U - Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Suspension - Google Patents

Description

Die Neuerung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Suspension, die mikroskopisch kleine, suspendierte Feststoffteilchen enthält.

Zum Messen der Dichte einer Suspension sind verschiedene Verfahren bekannt, in denen beispielsweise mit Licht, mit einer Strahlung oder mit Ultraschallwellen gearbeitet wird. Diese üblichen Verfahren haben jedoch den großen Nachteil, dass keins von ihnen zum Messen der Dichte einer Suspension geeignet ist, die Luft- oder Gasblasen enthält.

Bei dem mit Hilfe einer Strahlung durchgeführten Messverfahren wird beim Vorhandensein von Luftblasen ein Messwert erhalten, der niedriger ist als die tatsächliche Dichte. Bei der Anwendung des mit Hilfe von Licht oder von Ultraschallwellen durchgeführten Verfahrens wird in diesem Fall dagegen ein Messwert erhalten, der höher ist als die tatsächliche Dichte. In beiden Fällen kann ein Messfehler nicht vermieden werden. Dieser kann in extremen Fällen so groß sein, dass die Messung vollkommen unzuverlässig ist.

Die Aufgabe der Neuerung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Suspension, wobei keine Fehler auftreten und eine genaue und schnelle Messung dadurch ermöglicht wird, dass die sonst zu einem Messfehler führenden Luft- und Gasblasen beseitigt werden.

Das neuerungsgemäße Verfahren zum Messen der Dichte einer Suspension zeichnet sich dadurch aus, dass die Suspension zur Beseitigung von in ihr vorhandenen Luft- und Gasblasen einem Über- oder Unterdruck unterworfen und die Dichte der blasenfreien Suspension gemessen wird.

Die neuerungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Suspension umfasst eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der zu messenden Suspension, eine Druckveränderungseinrichtung zum Verändern des Flüssigkeitsdruckes der in der Aufnahmeeinrichtung befindlichen Suspension und eine Messeinrichtung zum Messen der Dichte der Suspension, die mittels der Druckveränderungseinrichtung einem Über- oder Unterdruck ausgesetzt worden ist.

Die Neuerung schafft somit zum Messen der Dichte einer Suspension ein Verfahren und eine Vorrichtung, in dem bzw. der die zu messende Suspension zunächst in einem geschlossenen Behälter mittels eines Verdichters oder einer Vakuumpumpe einem Über- bzw. Unterdruck unterworfen wird, so dass Luft- oder Gasblasen beseitigt werden, die sonst zu Messfehlern führen würden, worauf die Dichte der blasenfreien Suspension mit hoher Genauigkeit gemessen wird.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der neuerungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Suspension und

Fig. 2 in einem Kurvenbild Messwerte für die Dichte eines Faulschlamms.

Fig. 3 - 5 zeigen schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung und

Fig. 6 ist ein Kurvenbild zur Darstellung des zeitlichen Ablaufs des neuerungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt einen geschlossenen Behälter 1 zur Aufnahme der zu messenden Suspension, ein Eintrittsventil 2 zum Einleiten der Suspension in den Behälter 1, ein Zulaufrohr 3, ein Austrittsventil 4, ein Ablaufrohr 5, ein in die Atmosphäre öffnendes Druckentlastungsventil 6, ein weiteres Druckentlastungsventil 7, ein Überdruckventil 8, eine Druckleitung 9, einen Luftverdichter 10, ein Unterdruckventil 11, eine Unterdruckleitung 12, eine Vakuumpumpe 13, einen Ultraschall-Dichtemesser 14, Kabel 15 für Messwertsignale, Anzeigeinstrumente 16 und einen Druckmesser 17.

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

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Aus dem in Fig.

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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 Vorrichtung unter verschiedenen Drücken gemessen wurde.

Der von dem Dichtemesser angezeigte Messwert (%) ist auf der Ordinate und die nach dem Unterdrucksetzen abgelaufene Zeit (in Sekunden) 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 neuerungsgemäße Behandlung durchgeführt worden wäre.

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.

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

Die Druckveränderungseinrichtung braucht nicht von dem Behälter 1 getrennt vorgesehen zu sein. Beispielsweise kann der Behälter 1 einen Zylinder bilden, in dem ein Kolben angeordnet ist, der so betätigt werden kann, dass er das Zylindervolumen verkleinert und dadurch den Druck auf den erforderlichen Wert erhöht. Man kann auch eine Einrichtung mit einem Behälter verwenden, der am einen Ende geschlossen und am anderen Ende mit einer Verdrängerpumpe verbunden ist. Anstelle eines Ultraschall-Dichtemessers kann man auch einen mit Licht oder mit Strahlung arbeitenden oder einen sonstigen Dichtemesser verwenden.

Bei manchen Arten von 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.

Durch Versuche wurde bestätigt, dass nach der Beseitigung der Blasen in einer Suspension durch einen Überdruck diese 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 zu sein, sondern kann er sich auch in einem druckentlasteten Behälter befinden, in den die Suspension nach ihrer Druckbehandlung überführt wird.

Wenn man in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit Hilfe der Vakuumpumpe 13 den Flüssigkeitsdruck der Suspension in den Behälter 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 Überdruckbehandlung der Suspension auch in diesem Fall eine genaue Dichtemessung ausführen. Durch eine kombinierte Über- und Unterdruckbehandlung kann man die Blasen besonders gut beseitigen. In der Praxis unterwirft man die Suspension je nach den Erfordernissen wahlweise einem Über- bzw. einem Unterdruck.

Fig. 5, 3 und 4 zeigen für die technische Anwendung geeignete Vorrichtungen. Dabei sind Teile, die den in Fig. 1 gezeigten ähneln oder mit ihnen identisch sind, mit denselben Bezugsziffern versehen. In diesen Vorrichtungen dient zur Aufnahme der zu messenden Suspension eine Rohrstrecke 1 zwischen dem Zulaufrohr 3 und dem Ablaufrohr 5. Mit 18 ist ein Vorratsbehälter für die Suspension und mit 19 eine Verdrängerpumpe bezeichnet.

In der in Fig. 3 dargestellten Messanordnung wird das Eintrittsventil 2 geöffnet und das Austrittsventil 4 geschlossen, so dass die Suspension aus dem Vorratsbehälter 18 in die Rohrstrecke 1 tritt. Danach wird das Ventil 2 geschlossen. Dann wird die Suspension mit Hilfe des Verdichters 10 dem erforderlichen Überdruck ausgesetzt. Bei Verwendung eines Luftverdichters kann der auf die Suspension ausgeübte Druck beispielsweise mit Hilfe eines Druckschalters oder einer automatischen Druckentlastungseinrichtung konstantgehalten werden.

Dagegen wird in der Vorrichtung gemäß Fig. 4 eine Verdrängerpumpe verwendet und der Druck vorzugsweise durch einen Druckschalter gesteuert oder durch einen Zeitschalter oder eine andere Einrichtung zur Steuerung der Einschaltzeit der Pumpe.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 arbeitet mit einem Ultraschall-Dichtemesser und die Vorrichtung gemäß Fig. 4 mit einem Strahlungs-Dichtemesser. In beiden Fällen ist der Dichtemesser zweckmäßig in der Aufnahmeeinrichtung für die Suspension angeordnet, damit die Messung nicht von außen gestört wird. Nach der Durchführung der Messung wird die Messvorgangsfolge dadurch beendet, dass das Austrittsventil 4 geöffnet und die gemessene Suspension ablaufen gelassen wird.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines Meßsystems zum entnahmelosen Messen des in einem Abwasserbehandlungsverfahren unter Druck durch ein Rohr geleiteten Schlammes. Die automatischen Ventile 2 und 4 sind mit dem Eintritts- bzw. dem Austrittsteil der Rohrstrecke 1 verbunden, die zur Aufnahme des zu messenden Schlammes dient. Normalerweise sind die Ventile 2 und 4 vollständig offen, damit der Schlamm durch die Rohrstrecke 1 treten kann.

Das Rohr 20 ist am einen Ende mit dem Zulaufrohr 3 und am anderen Ende mit dem Ablaufrohr 5 verbunden und umgeht daher die Ventile 2 und 4. Das Rohr 20 ist mit einem automatischen Ventil 21 versehen, das normalerweise vollständig geschlossen ist, so dass der Schlamm nur durch das Rohr 1 fließt. Wenn das Ventil 21 vorhanden ist, kann man ein Rohr 20 verwenden, dessen Strömungswiderstand ebenso groß oder kleiner ist als der des Rohrs 1. Dagegen ist das Ventil 21 nicht absolut notwendig, wenn das Umgehungsrohr 20 im Durchmesser etwas kleiner ist als das Rohr 1, so dass im normalen Betrieb nur wenig Schlamm durch das Umgehungsrohr fließt.

Der größte Teil des Schlamms fließt durch die zur Aufnahme des Schlamms dienende Rohrstrecke 1, so dass durch Messung des in dieser Rohrstrecke enthaltenen Schlammes der Istwert der Dichte des jeweils durch das System tretenden Schlammes bestimmt werden kann.

Aufgrund eines von der Folgesteuereinrichtung 22 abgegebenen Signals werden für einen vorherbestimmten Zeitraum die automatischen Ventile 2 und 4 vollständig geschlossen und wird für diesen Zeitraum das automatische Ventil 21 vollständig geöffnet. Durch Öffnen des Druckventils
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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.

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 Dichtemesser 14 ein Signal zum Einleiten der Messung abgibt. Der Messwert wird von einer Speichereinrichtung 23 gespeichert, die mit einem Servomechanismus versehen ist. Der gespeicherte Wert wird gespeichert, bis er durch den nächstfolgenden Messwert ersetzt wird. Während des Messvorganges fließt der zulaufende Schlamm durch das Umgehungsrohr 20, so dass das Abwasserbehandlungsverfahren nicht unterbrochen wird.

Nach der Durchführung der Messvorgangsfolge werden die automatischen 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. 6 dargestellt. Die aus diesem Diagramm hervorgehende Einstellung des Zeitschalters kann frei gewählt werden, sofern die Vorlaufzeit eine einwandfreie Durchführung des Messvorganges ermöglicht.

Mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Meßsystems kann man eine automatische Messung innerhalb der geschlossenen Leitung durchführen, ohne dass dieser Proben der Suspension entnommen werden müssen. Man kann das System daher zur entnahmelosen Messung der Dichte von Luft- und Gasblasen enthaltenden Suspensionen verwenden, was bisher als sehr schwierig angesehen wurde.

Die Neuerung schafft somit ein System, in der die zu messende Suspension einer Über- oder/und einer Unterdruckbehandlung unterworfen wird, so dass in der Suspension vorhandene Luft- und Gasblasen beseitigt werden, die sonst zu einem Messfehler des Dichtemessers führen würden. Da die Suspension während der Dichtemessung blasenfrei ist, kann man die tatsächliche Dichte von Suspensionen auch dann genau messen, wenn die Suspensionen zunächst Blasen enthalten.

Die Neuerung führt zu einer beträchtlichen Erweiterung des Anwendungsbereiches der Dichtemessungen und stellt daher einen großen technischen Fortschritt dar.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Suspension, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung einen geschlossenen Behälter (1) aufweist, der auf der einen Seite mit einem Zulaufrohr (3) verbunden ist, das ein Eintrittsventil (2) besitzt, und einen Anschluß für einen Luftverdichter (10) besitzt und auf der anderen Seite mit einem Ablaufrohr (5), das ein Austrittsventil (4) besitzt, verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) auf der Seite des Zulaufrohrs (3) zusätzlich einen Anschluß für eine Vakuumpumpe (13) besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Seitenwänden des Behälters (1) Anzeigeinstrumente (16) zum Messen der Dichte angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) aus einer Rohrstrecke besteht, die an einem Ende mit dem Eintrittsventil (2) des Zulassungsrohrs (3) und am anderen Ende mit dem Austrittsventil (4) des Ablaufrohrs (5) verbunden ist, und einen Anschluß für einen Luftverdichter (10) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Seitenwänden der Rohrstrecke (1) Anzeigeinstrumente (16) zum Messen der Dichte angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem Ventil (21) versehenes Umgehungsrohr (20) an einem Ende mit dem Zulaufrohr (3) und an dem anderen Ende mit dem Ablaufrohr (5) verbunden ist.