DE8534836U1 - Vorrichtung zur integrierenden Probenahme und in-line Probenteilung von dispersen Produkten aus Transportleitungen oder an Produktstromübergabestellen - Google Patents

Description

WUESTHOFF-v. PECHMANN iBEHRENS<A&OETZ &ldquor;J d».»hil.f«bda &trade;_Esthopf u_9K i_9S6)

DiPL.-ING. GERHARD PULS (19J2-I071)

D-8000 MÜNCHEN 90 1G-59 904 SCHWEIGERSTRASSE 2

Dipl.-Ing. Stephan Röthele, TELEFONi(OS₉)Oe₁Os₁

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Vorrichtung zur integrierenden Probenahme und in-line Probenteilung von dispersen Produkten aus Transportleitungen oder an

ruuuki

Die Analyse von Produktqualitäten in Produktionsprozessen erfolgt insbesondere bei der Herstellung von Massengütern an Hand ausgewählter Teilproben, die aus dem Prozeß entnommen werden. Tür die anschließenden Analysen im Labor werden meist nur geringe Probenmengen von wenigen Gramm oder sogar Milligramm benötigt, so daß sich die Aufgabe, kleinste, repräsentative Analysenprobenmengen aus großen Produktionsströmen von einigen Tonnen je Stunde zu entnehmen, reproduzierbar zuverlässig überhaupt nur lösen läßt, wenn zunächst größere Teilmengen entnommen und anschließend durch kontrollierte repräsentative Probenteilung die kleinen, erforderlichen Analysenprobenmengen gewonnen werden.

Die sogenannte off-line Qualitätskontrolle bei dispersen Produkten stellt heute innerhalb von wenigen Stunden bis zu einem Tag ein Analysenergebnis zur Produktbeurteilung zur Verfugung. Allerdings erfolgt die Probenahme und Probenteilung i.allg. nur in zeitlichem Abstand und immer noch eher einfach. Sie muß hinsichtlich der Prozedur, der Reproduzierbarkeit und Systematik gerade auch im Vergleich zu den mittlererweile verfügbaren off-line Meßgeräten als die mit Abstand schwächste Stelle in der Informationskette zum Prozeß betrachtet werden, auch wenn schon erste kontinuierlich arbeitende Probenehmer angekündigt sind, mit denen sich jedoch unmittelbar keine Analysenpro-

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benmencfen gewinnen lassen. Diese Probenehmer würden daher höchstens guasi-kontinuierlich arbeiten, da auf sie die Anforderungen des ihnen nachgeordneten Analysegeräts übertragen werden.

Zunehmende Automation, Rationalisierung und verstetigte Qualitätskontrolle an Produktströmen lassen die in zeitlichen Abständen vorgenommene manuelle Stichprobenentnahme insbesondere wegen ihrer begrenzten Repräsentativität dann äußerst fragwürdig erscheinen, wenn die Laboranalysen mit hochgenauen Meßgeräten vorgenommen werden. Die Charakterisierung disperser Produkteigenschaften durch zumindest quasi- kontinuierliche Partikelgrößenanalyse, z.B. mit einem Laser-Beugungsspektrometer, macht diese"Diskrepanz mittlerweise besonders spürbar.

Der Entwicklungsschritt zur on-line-Proäuktionskontrolle mit dem Ziel der Prozeßsteuerung setzt schließlich eine Entnahmeschnittstelle voraus, mit der es möglich ist, innerhalb kurzer Zeitvon z.B. wenigen Minuten über eine kleine Analysenprobenmenge zu verfügen, die nicht nur repräsentativ sondern auch quantitativ für die Analyse geeignet ist.

Eine systematische Einteilung der denkbaren Entnahmearten für disperse Produkte muß zwischen Produktionsprozessen unterschei den, bei denen das Produkt in einem fluiden Trägermittelstrom, der naß (Wasser) oder trocken (Luft) sein kann, oder als abgeschiedenes, trägermittelfreies Schüttgut transportiert wird, wie es z.B. hinter Zyklon, Mühle, Sichter, Bunker oder dergl. vorliegt und aus einer Transportleitung oder einem Fallschacht oder von einem Förderband abgegeben oder zur weiteren Bearbeitung Übelgeben wird.

Die bekannten Probenahmegeräte, wie z.B. Pipette, Stech- oder Probenheber, Eintauchsammler, l>enahmeventile, stationäre Absaugsonden, Probenstecher, Probenabstreifer, Pendel- oder Schlagprobenehmer, halboffene geschlitzte Entnahmerohre oder

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Förderschnecken, die jeweils nur einen kleinen Teil der zu erfassenden Querschnitte des Produktsionsstromes erfassen, sind für die komplexen Aufgaben im on-line Betrieb nicht oder höchstens bedingt geeignet.

Für den Fall der Bandübergabe sind Probenahmegeräte bekannt, die an Produktübergabestellen, z.B. der Übergabe von einem Förderband auf ein anderes Förderband, als sogenannte Schlitzprobenehmer intermittierend unter der Produktübergabestelle hin- und herbewegt werden und für dieses ebene, lineare Entnahmeproblem eine für weniger anspruchsvolle Anwendungsfälle anwendbare Problemlösung darstellen, wenn das Teilungsverhältnis nicht größer als 1:100 wird.

Bei rotationssymmetrischen Prozeßquerschnitten, die beim Transport von dispersen Produkten in einem nassen oder trockenen Transportmittel üblich sind (Transportleitungen), können bekannte intermittierende oder rotierende Schlitzprobennehmer jedoch nicht bei hohen Anforderungen an die Aussagegenauigkeit eingesetzt werden.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Probenahme aus Strömen disperser Produkte aus Transportleitungen oder an Produktübergabestellen und Probenteilung auf einen für eine anschließende on-line Probenanalyse geeigneten repräsentativen kleinen Analysenprobenstrom zu schaffen.

Eine Vorrichtung, die diese Aufgabe löct, ist mit ihren Ausgestaltungen in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Um den Anforderungen in einem on-line-Betrieb zu entsprechen, erfolgt eine kontinuierliche und repräsentative Probenahme von bis zu 1/100 des Produkthauptstroms in einem rotationssymmetrischen Transportquerschnitt des Produktionsprozesses. Dabei

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ist durch die Verwendung einer den ganzen Transportquerschnitt radial überstreichenden kreissektorförmigen Entnahmeöffnung sichergestellt, daß sämtliche Flächenanteile des Transportquerschnitts bei der Probenahme repräsentativ berücksichtigt werden und eine ausreichend große Teilprobe (bis 1/100 des Produkthauptstroms) intergrierend entnommen wird, damit in dem in-line nachgeschalteten Probenteiler auch zeitlich repräsentativ auf den für eine repräsentative Probenanalyse erforderlichen kleinen Anylsenprobenmassestrom im Verhältnis von bis zu 1: IG I)O heruntergeteilt werden kann. Es wird auf diese Weise nur der für die nachgeordnete Probenanalyse, die eine Korngrößenanalyse sein kann, erforderliche kleinste Probenstrom aus dem Prozeß herausgeführt, während der übrigbleibende Restteilstrcns unmittelbar in dem Prozeßproduktstrom bzw. Proäukthauptstrom verbleibt bzw. in diesen zurückgegeben wird.

Die neue Vorrichtung löst die gestellte Aufgabe so, daß im zeitlichen Mittel aus dem gesamten Transportquerschnitt des Produktes kontinuierlich mindestens ein Teilstrom repräsentativ entnommen und der in-line nachgeschalteten Probenteilung zugeführt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Öffnungsquerschnitt zur Entnahme des Teilstroms sowohl von der Form als auch von seiner zeitlichen Lage der örtlichen und zeitlichen Entnahmesituation anpaßbar ist.

Eine konventionelle Teilstrom-Probenahme, wie z.B. die Absaugung mit Sonden gemäß VDI-Richtlinie 2066, tastet den Produktstromquerschnitt punktweise nach einem vorgegebenen Raster in durch das Probenanalysengerät gesteuertem zeitlichen Abstand traversierend ab. Diese Probennahme verfügt weder über ein hohes, lokales Auflösungsvermögen noch über eine aussagekräftige Integrationswirkung in bezug auf den gesamten Transportquerschnitt, da die Gewichtung der einzelnen Entnahmepunkte von hypothetischen Annahmen über die Qualität der quasistationären

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} Anströmung und die Homogenität der Verteilung des dispersen Produkts im Transportquerschnitt und über die Zeit ausgehen muß.

Es erfolgt die Anpassung nach Form und Zeit zur Entnahme des Teilstromes aus dem Hauptstrom über einen Entnahmequerschnitt bzw. eine Entnahmeöffnung, deren äußere Begrenzungen einen Kreissektor mit dem öffnungswinkel «bilden, der mit seiner Sektorspitze um den in der Rohrachse des Produkthaupttransport- } Stroms liegenden Drehpunkt langsam rotiert. Die Drehgeschwin-

&iacgr;: digkeit U wird nur ro hoch gewählt, daß keine störenden Rück-

^: Wirkungen auf den Produktstrom entstehen. Dadurch ist die Pro-

^f benentnahme repräsentativ in Bezug auf den Entnahmequerschnitt.

\ Das erzielte Entnahmeverhältnis von Teilstrom zum Hauptstroin

I beträgt CC/360°. Der Radius des Kreissektors muß mindestens

\ gleich oder größer als de.- Radius der zylindrischen Transport-

I leitung für den Hauptstrom sein, damit alle Flächenanteile in-

\ nerhalb einer Umdrehung einmal vollständig erfaßt werden. Eine

} volle Umdrehung entspricht einer Integration über den gesamten

I Hauptstrom-Transportquerschnitt. Die Rotationsgeschwindigkeit

I' darf nicht mit eventuellen Schwankungsfrequenzen des Hauptstro-

I ines übereinstimmen. Mit der Anzahl der Integrationszyklen, aus

\ denen die gesamte Teilprobe summarisch gebildet wird, steigt

I deren Zuverlässigkeit zur Beurteilung des Produktstromes.

Statt eines einzigen Kreissektors können auch zwei sich gegenüberliegende Kreissektoren als Entnahmeöffnung ausgebildet sein. Das Entnahmeverhältnis beträgt dann 2«/360°, wenn die Winkel gleich sind bzw. (Oc₁ +0^/36O⁰, wenn unterschiedliche Sektorwinkel zur Anwendung kommen.

On-line-Meßzyklen von ca. 5 Minuten De'.aer werden bei einer Meßzeit von einer Minute und stetiger Probenahme im Mittel Teil-

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mengen aus 100 bis 200 Integrations-Umdrehungen erhalten, wenn die Drehgeschwindigkeit bis zu 1/2 Umdrehung pro Sekunde beträgt. Da die Ausbildung der Entnahmeöffnung mit Sektoröffnungswinkeln ot unter 5° wegen der Zunahme der Umrandungsein= flüsse bei kleinen Winkeln technisch nicht zu empfehlen ist, sollte der Entnahme-Teilstrom wenigstens etwa 1,5 % des Produkthauptstromes betragen. Die erforderliche kontinuierliche Reduzierung auf einen Analysenprobenstrom wird mit dem unmittelbar nachgeschalteten Probenteiler verwirklicht. Als Orientierung kann gelten, daß zur on-line-Analyse zwischen 1 % und | 0,001 % des Produkthauptströmes benötigt werden, wobei, wie | oben ausgeführt, die Probenahme den Teilungsschritt in den | Prozentbereich leisten kann und die anschließende in-line-Probenteilung des Teilstroms durch entsprechende Ausgestaltung die weitere Reduzierung um zusätzlich zwei bis drei Zehnerpotenzen repräsentativ leisten »nuß.

Dies kann so verwirklicht werden, daß der mit der Kreissektor-Entnahmeöffnung entnommene kontinuierliche Teilstrom in eine diskrete Folge von Teilströmen aufgespalten wird, die als Einzelströme durch ausgewählte Zusammenfassung, z.B. jedes 8., 16. oder 32. usw. Einzelstroms zuletzt zum Analysenprobenstrom zusammengefaßt werden. Durch die starke Unterteilung in zunächst hunderte von Einzelströmen und die systematische Durchführung der Stichprobensammlung ist nur noch mit sehr kleinen systematischen Fehlern zu rechnen.

Die Erfindung läßt eine direkte Anpassung der Gewinnung ärx Analyseprobe an die Meßfähigkeit des on-line Analysensystems zur repräsentativen Beurteilung des Produktes bzw. Prozesses zu. Das eingesetzte on-line Analysensystem erlaubt somit den zu regelnden Prozeßapparat und das Analysengerät so zu einem kontinuierlich arbeitenden System zu verbinden, daß über die Funktion des Systems die Gültigkeit und Aussagefähigkeit der Analysenergebnisse nicht fragwürdig wird. Dazu wird ein Prozeßsignal

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als kontinuierlicher Zeitmittelwert gewonnen. Es ist nicht wie bei einer Scharmittelwertbestimmung Ergodizität Voraussetzung, d.h. die Entnahme von einzelnen Stichproben bedingt nicht, daß der Probeentnahrnerythinus auch als Zufallsprozeß ebenfalls stochastisch ist. Ergodizität ist am Produktionsprozeß nur schwer überprüfbar und bei schwankenden Einfluß- und Meßgrößen, die eine on-line Prozeßführung bzw. -regelung erforderlich machen, ohnehin meist nicht gegeben. Einem Probenmeßgerät, das alle 10 min meßbereit ist, kann nicht repräsentative Analysenergebnisse erzielen, wenn ihm alle 10 min eine Analysenprobe zugeführt wird, die in ihrer Menge nur dem Mengenbedarf des Analysengeräts entspricht und völlig ignoriert, was zwischen den Probeentnahmezeitpunkten im Produktionsprozeß abgelaufen ist.

Die neue Vorrichtung kann grundsätzliche zwei unterschiedliche Ausgestaltungen haben. Die erste Ausgestaltung verwirklicht das Probenahmeverfahren, wenn die dispersen Produkte in fluiden Transportmitteln enthalten sind, also in einem Trägermittel gefördert werden. Die zweite Ausgestaltung realisiert die Probenahme von Schüttgütern in vertikalen Transportleitungen bzw. Fallschächten, in denen der Produkthauptstrom ohne Transportmittel frei fällt. Bei der ersten Ausgestaltung muß gegenüber der zweiten Ausgestaltung bei sonst prinzipiell gleicher Abfolge der Teilschritte während der Probenahme bzw. der Erzeugung des Teilstromes zusätzlich die gleichzeitige geschwindigkeitgleiche (isokinetische) Absaugung des Fluid- bzw. Trägermittelstromes gewährleistet sein.

Ausführungsbeispiele der neuen Vorrichtung sind an Hand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform für die Probenahme und -teilung eines trägermittslgeförderten Produkthauptstromes,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform für

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die Probenahme und -teilung eines in einer vertikalen Transportleitung frei fallenden Produkthauptstromes,

Fig. 3 eine Schnittansicht von zwei Ausführungsformen des Probenteilers nach Fig* 2 zur Einstellung des Probenteilungsverhältnisses ,

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform mit einem als Riffelteiler ausgebildeten Probenteiler, und

Fig. 5 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform mit in-line hintereinandergeschalteten Riffelteilern als Probenteiler.

An Hand von Fig. 1, die eine Vorrichtung zur integrierenden Probenahme und in-line-Probenteilung bei gleichzeitig isokinetischer Fluid- bzw. Trägermittelabsaugung darstellt, ist eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Ein in einem Transportrohr anströmender Produkt-Hauptstrom 1 trifft auf eine in diesem Fall von einem Doppelsektor gebildete Entnahme- bzw. Mündungsöffnung 10 eines drehbar gelagerten Entnahmekopfes 12 eines Probenehmers 9, der sieh mit der Winkelgeschwindigkeit W₁ um die Transportrohrachse langsam dreht und durch die ein Teilstrom 2 dem Hauptstrom 1 entnommen wird. Im Drehzentrum ist in oder unmittelbar vor der Entnahmeöffnung 10 ein Sensoi." 11 vorgesehen, der die Meß information zur Einstellung eines Absaugaggregates 70, z.B. eines Saugventilators, für die isokinetische Absaugung des Transportmittels liefert.

Der Sensor 11 kann im Falle der Entnahme aus einer Gas-Feststoff-Zweiphasenströmung eine Druckbohrung mit anschließender Kapillarleitung sein, die den statischen Druck des Hauptstromes mißt und zuisammen mit einer zweiten Druckbohrung im Absaugrohr zur Messung des statischen Druckes im Teilstrom die Grundinformationen zum isokinetischen Betrieb der Probenahme nach dem bekannten Prinzip der Differenzdrucksonden liefert.

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Im Falle der Probenahme aus Flüssig-Feststoff-Transportströraungen kann der Sensor 11 als Korrelationselement ausgebildet sein, mit dem über die Messung der Partikelgeschwindigkeiten im Hauptstrom die richtige Entnahmegeschwindigkeit für den abzusaugenden Teilstrom einstellbar ist. Bekannte Ausführungsformen von Korrelationsmeßstellen sehen in Strömungsrichtung zwei hintfcxeinandergeschaltete optische Meßaufnehmer, z.B. Glasfasersensoren, vor, aus deren Signalstruktur mittels eines Korrdlationsverfahx'ens über die Laufzeitverschiebung auf die Geschwindigkeiten geschlossen werden kann.

Hinter dem Doppelsektor der Entnahmeöffnung 10 wird der Querschnitt des drehbar gelagerten, drehangetriebenen Entnahmekopfes 12 so verformt, daß ein Ubergangsquerschnitt 13 vom drehenden Entnahmekopf 12 in eine feststehende kreiszylindrische Entnahmeleitung 30 kreisförmig ist. Fertigungstechnisch gelingt dies einfach mit zwei Dreieckblechen, die in der jeweiligen Symmetrieachse gesickt und um den Winkel (180-<X) abgekantet, an der Entnahmeöffnung im Knickpunkt verbunden und mit zwei konischen Halbschalen abgedeckt sind, wobei sich die Halbschalen am Ubergangsquerschnitt 13 zu einer Kreisöffnung verbinden.

Die feststehende, verlängerte, gekrümmte Entnahmeleitung 30 des Probenehmers 9 leitet den Teilstrom 2 aus dem Hauptstro-> 1 auf einen in-line Probenteiler 60 aus einem sich im Betrieb drehenden zylindrischen Kopfstück 31 und einem nachgeordneten zylindrischen Stator 32. Sowohl das Kopfstück 31 als auch der Stator 32 sind mit feststehenden Einbauten in Form achsparalleler Zwischenwände in sektorförmige Leitkanäle 33 aufgeteilt, die anschließend einzeln in einen Konzentrator 71 übergeben werden, um aus dem unterteilten Teilstrom 2 den Analysenprobenstrom zu gewinnen.

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Der Antrieb des Entnahmekopfes 12 und des drehenden Probenteiler-KopfStückes 31 erfolgt mit demselben Antrieb 14 (Motor M), wobei die Übersetzungsverhältnisse so gewählt werden, daß CC > CJ> ist, ohne ein ganzzahliges Vielfaches zu betragen, und Ui₀ wiederum nicht synchron zu einer eventuellen Oszillation im Hauptstrom 1 gewählt sein darf.

Der Probenteiler 60 aus drehendem Kopfstück 31 und feststehendem Stator 32 kann zusammen mit dem Konzentrator 71 auch in eine Hauptleitung 72 hinter dem Entnahmekopf 12 direkt eingebaut sein. Der Antrieb würde dann am Übergabequerschnitt mit unterschiedlichen Drehzahlen durch ein gemeinsames Getriebe 15 verwirklicht.

Der Konzentrator 71 ist so ausgebildet, daß durch stufenweise Zusammenfassung ein für die anschließende Verwendung benötigte Analysenprobenmassenstrom 3 vorgewählt und richtig eingestellt werden kann. Ein verbleibender Restteilstrom 4 wird mit dem Absaugaggregat 70 in den Hauptstrom 1 zurückgeführt oder verworfen.

Die Verwendung des repräsentativ entnommenen und probengeteilten Analysenprobenmassenstromes 3 erfolgt in einer MeBstrecke zur on-line-PartikelgröBenanalyse. Nach dem Passieren eines druckluftgespeisten Prallflächen-Dispergierers 80 wir der Probenstrom als Freistrahl 81 durch die Meßzone eines Beugungsspektrometers 82 geblasen. Mit einem Auffangtrichter 83 wird der sich erweiternde Freistrahl 81 erfaßt und entweder direkt oder über einen Abscheidezyklon 84 in den Hauptstrom 1 zurückgeführt. Diese Abscheidung im Zyklon 84, gekoppelt mit einem Strömungsfilter 85 ermöglicht eine konventionelle überprüfung der on-line erzielten Meßerge>- .se.

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In Fig. 2 ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens hinter einer Transportleitung oder einem Fallschacht mit den beiden Schnitten E-E und A-D dargestellt.

In der Draufsicht A-D erkennt man im linken Sektor AMB einen Kreissektor NMO als die rotierende Entnahmeöffnung 10. Der Kreissektor schließt zwischen seinen Eckpunkten NO den Winkel OC ein. Der Sektorradius MN bzw. MO ist merklich größer avsgelegt als der Radius der vertikalen Hauptleitung bzw. des Fallschachtes 72, was deutlich im Schnitt E-E in der Schnittlinie A-B erkennbar wird. Die Durchmesser-Differenz zwischen Fallschacht

72 und einem Probenehmergehäuse 16 wird asit einem Zwischenstück

73 überbrückt. Mit der dargestellten Anordnung können alle Fallschachtdurchmesser, die kleiner oder gleich dem zweifachen Sektorradius MN sind, zur Probennahme bestückt werden.

Die Entnahmeöffnung 10 befindet sich eingangsseitig eines sich in Strömungsrichtung verjüngenden, als Entnahmekopf dienenden Mündungstrichters 18 an einem entgegen der Strömungsrichtung spitz zulaufenden drehantreibbar gelagerten hohlen Ablenkkonus 17. An diesen Ablenkkonus 17 ist der Mündungstrichter 18 längs einer senkrechten Schnittebene im unteren Bereich angesetzt. Dadurch entsteht die in der Draufsicht A-D ausgekreuzte Auslaßöffnung 19. Der durch sie entnommene Teilstrom 2 wird in ein um die Achse des Umlenkkonus 17 mit der Winkelgeschwindigkeit CJ umlaufendes Verteilerrohr 20 übergeben. Der an der Entnahmeöffnung 10 bzw. am Mündungstrichter 18 vorbeifallende Hauptmassenstrom 1 wird von einem feststehenden ersten Santmelkonus 21 ins Fallzentrum zurückgeführt und in einen drehbaren zweiten Sammelkonus 22 mit anschließendem zentralen Rohrauslauf 23 weitergeleitet. Das Verteilerrohr 20 ist fest mit dem zweiten Sanunelkonus 22 verbunden. Dieser wird von einem Motor 14 über einen Treibriemen 28 mit der Winkelgeschwindigkeit ^₂ ^{in Dr}ehung versetzt. Dadurch dreht sich auch das Verteilerrohr 20 mit dieser Winkelgeschwindigkeit (&kgr;>₂- ^Der Antrieb ist hier außerhalb des

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Gehäuses 16 angeordnet, so daß sowohl der Motor 14 als auch sein Treibriemen 28 keine Produktberührung haben. Die Kapselung des Antriebsraumes zwischen Gehäuse 16 und den Einbauten 17, 18, 20, 21, 22 und 23 wird durch die besondere Ausbildung einer Dichtungsbürste 27 erreicht, die gleichzeitig als Reinigungselement zwischen dem ersten bzw. oberen Sammelkonus 21 und dem zweiten bzw. unteren Sammelkonus 22 wirkt. Die angetriebenen Elemente 17, 18, 20, 22 und 23 sind auf einen Lagerbock ?9 zentral gelagert. Der Antrieb des Ablenkkonus 17 und des Mündungstrichters 18 erfolgt über ein auch als Verbindungselement dienendes Getriebe, dessen untere Hälfte 15 in das Verteilerrohr 20 und dessen obere Hälfte 24 in den Ablenkkonus 17 eingebaut sind, aufgrund der Drehung des unteren Sammelkonus 22. Eine integrierte Antriebsvariante ist in Fig. 4 dargestellt und an Hand von dieser beschrieben.

An der Außenseite des Ablenkkonus 17 ist eine Reinigungsbürste 26 befestigt, d^e mitrotiert und den ersten bzw. oberen feststehenden Sammelkonus 21 innen von Ablagerungen freihält und für einen stetigen Produktabfluß sorgt. Unterstützt wird die Reinigungsbürste 26 durch die ständige Vibration des Geräts mittels eines Vibrators 51, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Die rotierende Reinigungsbürste 26 liegt dem Mündungstrichter 18 gegenüber und ist als Fliehmasse so zu tarieren, daß die exzentrische Unwucht des Mündungstrichters 18 ausgeglichen wird.

Eine entsprechende Fliehmasse 25 zum Ausgleich der exzentrischen Unwucht des Verteilerrohres 20 ist am zweiten bzw. unteren, drehenden Sammelkonus 22 vorzusehen. Er selbst wird im oberen Zulaufbereich von der Dichtungsbürste 27 von Ablagerungen freigehalten, welche an der Außenfläche des ersten bzw. oberen Sammelkonus 21 abgestützt ist und feststeht bzw. sich nicht dreht. Bei staubgeschützter Ausführung kann mit einer entsprechend rotationssymmetrischen Bürstenanordnung der freie Durchtrittsquerschnitt zwischen den Sammelkonen 21 und 22

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so verschlossen werden. Dies kommt vor allem dann zum Tragen, wenn, wie dargestellt, der zweite Sammelkonus 22 von außen, z.3. mittels des Treibriemens 28, gedreht wird und die Gehäusedurchführungen sowie die Antriebselemente keine Produktberührung haben sollen.

An das Probenehmer-Gehäuse 16 ist unterhalb der Schnittebene CD ein Gehäuse 34 des nachgeschalteten in-line Probenteilers angeflanscht. Das rotierende Verteilerrohr 20 übergibt den entnommenen Teilstrom 2 auf einen Teilertrichter 35. In der Draufsicht A-D erkennt man im Sektor CMD eine Teileröffnung 36 in der Teilertrichterinnenfläche, die sektorförmig ausgebildet und von den Eckpunkten RSTU begrenzt ist. Durch diese Teileröffnung 36 mit dem Sektorwinkel ß zwischen den Schenkeln MTS und MRTJ können ß/360° des Teilstromes durchfallen, während ein verbliebener Restteilstrom 4 (1 - ß/360°) vom Teilertrichter 35 durch dessen Auslaßöffnung 35' in ein unteres Rückleitrohr 37 zum nicht entnommenen Hauptmassestrom 6 zurückgeleitet wird. Am Rückleitrohr 37 ist der Lagerbock 29 befestigt.

Interhalb der Teileröffnung 36 ist ein leicht schräg gestelltes Sicherheitssieb 38 angeordnet, mit dem grobes Spritzkorn 7, Verunreinigungen oder Partikel, die außerhalb des Meßbereichs des nachgeschalteten Probenanalysators liegen, aus dem Analysenprobenstrom 3 abgetrennt und in das Rückleitrohr 37 zum Hauptstrom 6 zurückgeführt werden können. Der so vorbereitete Analysenprobenstrom 3 wird in ein Probenabgaberohr 39 gelenkt und für die nachfolgende Probenanalyse oder sonstige Verwendung an der Schacht-Obergabeöffnung 40 aus dem kombinierten Piobennehmer-Probenteiler herausgeführt.

Für Einsatzfälle, bei denen z.B. aufgrund wechselnder Hauptmasseströme 1 eine Anpassung des Analyseprobenstromes 3 vorgesehen werden muß, ist der öffnungswinkel ß veränderlich und z.B. nach Maßgabe eines Massenstromgebers 8 einstellbar. Der Massenstroia-

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Istwert führt über eine Signalleitung 79 zur Einstellung des Öffnungswinkels B.

Zwei Ausführungsformen veränderlicher Einstellmöglichkeiten für den Entnahmeöffnungwinkel ß sind in Fig. 3 dargestellt. In der unteren Bildhälfte ist in der Draufsicht im linken unteren Quadranten die Draufsicht-Darstellung der Fig. 2, Sektor AMB, wiederholt. Man erkennt Entnahmeöffnung 10, Auslaßöffnung 19 und Ab lenkkonu s 17.

Im unteren rechten Quadranten ist als erste Ausführungsform die Einstellung von ß., mit Klappschurren 41 gezeigt. In der Darstellung sind die drei offenen Schurren an den Druchtrittsöffnungen ausgekreuzt. Im Schnitt A-A örkennt man in Fig. 3 oben rechts die Dreieckskontur der im Querschnitt ü-förmigen Klappschurren 41. Die geöffnete Petition ist gestrichelt dargestellt. In geschlossener Stellung liegt die offene Oberkante in der Ebene des Teilertrichters 35. Beim öffnen um einen obenliegenden Drehpunkt 42 schwenkt die Klappschurre 41 um den Winkel aus der Schließposition. Der Analysenprobenstrom 3 gelangt dann über das Sicherheitssieb 38 in das Probenabgaberohr 39 zur Ubergabeöffnung 40. Bei geschlossenen Klappschurren 41 gelangt der Restteilstrom 4 zurück zum Hauptmassestrom 6 in das Rückleitrohr 37.

Insgesamt sind 15 Klappschurren 41 in einem 90"-Segment vorgesehen, so daß bei B₁ = 90° bis zu 25 % des entnommenen Teilstromes 2 die Probenteilung passieren können. Wenn nur eine | Klappschurre 41 geöffnet ist, beträgt ß. . =6°, d.h. nur 1,67 j % des entnommenen Teilstromes 2 werden für die weitere Bearbei- ^: tung als Analysenprobenstrom 3 weitergeleitet. -_{

Der Vorteil der Schurrenanordnung liegt in der einfachen Kombinierbarkeit mit digitalen Steuervorrichtungen, bei denen

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durch einfache Ja/Nein-Entscheidungen das öffnen bzw. Schließen einzelner Klappschurren 41 diskret geschaltet werden kann.

Eine Lösung für eine stufenlose Einstellung des Analysenprobenstroms zeigen die beiden oberen Quadranten des unteren Teils der Fig. 3. Der Probenteiler-Öffnungswinkel B₂ wird hier durch die Verdrehung eines Trichtersegmentes 43 eingestellt. Dieses ist parallel über oder unter dem Teilertrichter 35 angeordnet und kann die über 90° unterbrochene Teileröffnung 36 des Teilertrichters 35 partiell oder ganz abdecken. Der durch die verbleibende Teileröffnung 36 (B₂) entnommene Teilstrom fällt, wie links in Schnitt A-A erkennbar, wieder auf das Sicherheitssieb 38, bevor es als Analysenprobenstrom 3 in das Probenabgaberohr 39 zur Ubergabeöffnung 40 gelangt.

Das so eingestellte Massenstromverhaltnis von Analysenprobenstrom Mj. zu Hauptstrom M_ bestimmt sich zu

= (Oi · ß) / (360°) a

wobei oc konstruktiv fest so vorzuwählen ist, daß mit der Variation 0<ß<90° die zu erwartenden Massenstromänderungen^M_R des Hauptstromes M^ beherrscht werden können.

Eine modifizierte Ausführungsform eines kombinierten in-line Probenehmers mit einem nachgeschalteten Probenteiler zeigt Fig. 4.

Modifiziert sind dabei sowohl der Probennehmer 9 als auch der Probenteiler 60. Der Probenteiler ist hier ein über den ganzen umfang angeordneter, rotationssymmetrxscher Riffelteiler. Der aus dem Verteilerrohr 20 außermittig ausfließende Teilmassenstrom 2 wird längs der gesamten Umlaufbahn durch einen feststehenden Fächerkragen des Riffelteilers in gleichgroße aufeinanderfolgende Einzelproben 5 zerlegt.

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Die horizontal aufeinanderfolgenden Fächer des Riffelteilers sind so angeordnet, daß alle Einzelproben, die auf einen nach innen geneigten langen Fächerboden 44 abgeworfen werden, in den Hauptstrom zurückgeführt und alle Einzelproben, die auf einen nach außen geneigten, kurzen Fächerboden 45 fallen, als geteilter Analysenprobenstrom 3 abgezogen werden. So gelangt jede zweite Einzelprobe 5 zum Analysenprobenstrom 3. Das damit realisierte feste Teilungsverhältnis von 1:2 ist unempfindlich gegen MassenStromschwankungen aus der Entnahmeöffnung iö, da innerhalb einer Umdrehung durch die Integration über den gesamten Querschnitt sektorale über- bzw. Unterbelastungen sofort ausgeglichen werden. Aus diesem Grund ist es bei dieser Anordnung nicht erforderlich, die Entnahmeöffnung 10 mit einer anderen Winkelgeschwindigkeit zu betreiben als das nachgeordnete Verteilerrohr 20 für die übergabe zum Probenteiler. Entsprechend einfacher fällt die konstruktive Lösung und der Antrieb im Probenehmer aus. Ablenkkonus 17, Mündungstrichter 18 mit AuslaSöffnung 19 und Verteilerrohr 20 sind zu einer Baueinheit verbunden, die mit dem Motor 14 über ein Getriebe 15' mit konstanter Winkelgeschwindigkeit W angetrieben wird. Der Antrieb über den Motor 14 erfolgt hier alternativ von unten, wo er gemeinsam irit dem Getriebe 15' unter einer mitrotierenden Kegelhaube 46 geschützt angeordnet ist. Die angetriebenen Elemente 17, 18, 20, 22, 23, 25, 26 und 46 sind auf dem Lagerblock 29 zentral drehbar gelagert.

Alle Einzelproben 5, die über die kurzen Fächerböden 45 abgezogen werden, fallen aus dem Gehäuse 34 des Probenteilers in einen angeflanschten Sammelbehälter 47 und treffen auf der den Probenabgaberohren 39 und der einem Spritzkornauslaufschacht 48 gegenüberliegenden Seite auf das geneigte Sicherheitssieb 38. Zur Vermeidung von Kurzschlußströmungen werden die Teilströme der Einzelproben aus dem gegenüberliegenden Halbraum über eine Ablenkschurre 49 in die Mitte des Sammelbehälters 47 zurückgeleitet und dort ebenfalls auf das Sicherheitssieb 38 gelenkt.

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Dadurch wird sichergestellt, daß für alle Teilmassentfcröme eine genügend lange Siebstrecke wirksam werden kann bevor das abgetrennte Überkorn oder Spritzkorn durch den Spritzkornauslau! schacht 48 und der Siebdurchgang zur weiteren Verwendung über das Probenabgaberohr 39 als Analysenprobenstrom 3 abgezogen wird. Mit einem zusätzliche^ Verbindungselement 74 kann über einen Rücklaufschacht 75 das Überkorn unmittelbar in den Produkthauptstrom zurückgeführt bzw. mit einer Weiche 76 über einen Auslaufstutzen 77 zur Kontrolle aus äefft Prozess geriöiiünen Werden.

In Fig. 5 ist in Teilschnitten die Draufsicht A-D und ein modifizierter Längsschnitt K-K zu Fig. 4 dargestellt.

Im linken unteren Quadranten ist im Sektor AB die Draufsichtdarstellung von Fig. 2 und Fig. 3 zur Orientierung wiederholt. Die beiden obenliegenden Quadranten CD zeigen den Fächerkragen des Riffelteilers mit den kurzen Fächerböden 45 und den langen Fächerböden 44, über die die Einzelproben 5 in den Produkthauptstrom 1 zurückgeleitet werden.

Von den kurzen Fächerböden 45 fallen die Einzelproben 5 durch die ausgekreuzten Öffnungstrapeze in Schwerkraftrichturq nach unten. Im Schnitt K-K ist dazu ergänzend die Variante dargestellt, mit der das Probenteilungsverhältnis angepaßt werden kann. Der ersten Teilungsstufe aus den Elementen 34, 44 und 45 ist eine zweite, baugleiche Riffelteileranordnung nachgeschal tet. Eine homogenisierende Querverteilung über den Querschnitt wird durch einen durchlässigen Zwischenboden 50 bewirkt. Sicherheitshalber sind die Baueinheiten der Riffelteiler gegeneinander um eine halbe Fächerbreite verdreht angeordnet. Es läßt sich diese Hintereinanderschaltung k-fach wiederholen und damit ein Probenteilungsverhaltnis von 1:2 einstellen. Die Anpassung des erforderlichen Analysenprobenstromes 3 erfolgt in

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dieser Kombination durch die Stufenzahl k und den Entnahmewinke 1 OC entsprechend:

^= (a/360°) * (l/2^k) =or/(360° ' 2^k) ,

wobei über die Variation von k (nur ganzzahlig) alle Quoten möglich sind. Die Anordnung ist aber nicht verwendbar, wenn eine Anpassung an schwankende oder geänderte Hauptmassenströme im Prozeßbetrieb erforderlich ist.

Im Quadranten EH der Draufsicht AD ist die Anordnung des Spritz kornauslaufschachtes 48 und des Probenabgaberohrs 39 dargestellt.

Claims (16)

Ansprüche :

1. Vorrichtung zur Probenahme aus Strömen disperser Produkte aus Transportleitungen oder an Produktübergabestellen und Probenteilung auf einen für eine anschließende Probenanalyse geeigneten Analysenprobenstrom

mit einem Probenehmer zur Probenahme aus einer rotationssymmetrischen Produb-haupt-Transportleitung zur Gewinnung einer Teilprobe und einem diesem nachgeordneten Probenteiler zur Gewinnung eines Analysenprobenstroms aus der Teilprobe, der einem Analysegerät unmittelbar zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Produktstrom-Transportleitung ein Probenehmer (9) für die Gewinnung eines von bis zu 1:100 des Produkthauptstroms (1) betragenden Teilstroms (2) aus dem Produkthauptstrom (1) mit einem drehantreibbaren Entnahmekopf (12) am Eingang einer Entnahmeleitung (30) vorgesehen ist, dessen Entnahmeöffnung (10) als wenigstens ein Kreissektor mit einem öffnungswinkel (X) ausgebildet und der mit der Sektorspitze um die Mittelachse der Produktstrom-Transportleitung drehbar ist, daß die Entnahmeleitung (:IO) unmittelbar in einen Probenteiler (60) für die Teilung des Teilstroms (2) in einen Analysenprobenstrom (3) und einen Restteilstrom (4) mündet und daß der Probenteiler (60) den Teilstrom (2) bis zu 1:1000 in den Analysenprobenstrom (3) teilt.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Probenteiler (60) einen sich in Strömungsrichtung verengenden Teilertrichter (35) mit wenigstens einer, insbesondere kreissektorförmigen Teileröffnung (36) mit dem Durchlaßöffnungswinkel (B) aufweist, auf den der Teilstrom (2) außermittig, um dessen Achse drehend aufgebbar ist und an dessen zentraler Auslaßöffnung (35') sich ein Rückleitrohr (37) zur Ableitung des Restteilstroms (4) und an dessen Teileröffnung (36) sich ein Probenabgaberohr (39) für den Analysenprobenr'-rom (3) anschließen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Teileröffrung (36) ein Sicherheitssieb (38) zur Rückhaltung von Spritz- oder Uberkorn bzw. nicht analysierbarem groben Korn nachgeordnet ist, das dieses Korn insbesondere in das Rückleitrohr (37) ableitet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entnahmeöffnungswinkel (PC) der Entnahmeöffnung (10) des Entnahmekopfs (12) und/oder der Durchlaßöffnungswinkel (ß) des Teilertrichters (35) veränderbar ist (mittels Trichtejrsegment (43) der Teileröffnung (36)).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Entnahmekopf (12) des Probenehmer (9)mit gegenüber dem Probenteilerrotor des Probenteilers (60) unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit antreibbar ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Drehantrieb (14) des Entnahmekopfs (12) des Probenehmers (9) drehzahlveränderbar ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß ein dem Probenehmer (9) nachgeordnetes und den Probenteiler J^_n-L i &lgr;~~ u^foHorrohr <20) mit veränderbarer Drehzahl

drehantreibbar ist,

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der Probenteiler-Durchlaßöffnungswinkel (B) auf einem Ringsektor durch die Verstellung eines über oder unter der Teileröffnung (36) angeordneten Trichtersegments (43) zur teilweisen oder ganzen Abdeckung der Teileröffnung (36) zwischen 0° und 90°, höchstens 180°, veränderbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Probenteiler (60) einen Teilertrichter (35) mit auf einem Kreisbogen in einem Winkelbereich bis 90°, höchstens 180°, bis zu 32 angeordnete Klappschurren (41) aufweist, die einzeln oder gruppenweise zur Einstellung des Durchlaßöffnungsvinkels (B) geöffnet oder geschlossen werden können.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der Probenteiler (60) als isokinetischer Absaug-Probenteiler ausgebildet ist und zur Einstellung eines Durchlaßöffnungswinkels (B) in seinen drehantreibbaren zylindrischen Kopfstück (31) und in seinem nachgeordneten länglichen zylindrischen Stator (32) feststehende sektorförmige Leitkanäle (33) ausgebildet sind und Teilströme hinter dem Stator (32) in einem nachgeordneten Konzentrator (71) einzeln oder gruppenweise zusaminenfaßbar sind.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Entnahmekopf (12) des Probenehmers (9) gegen einen baugleichen Entnahmekopf mit anderer Entnahmeöffnung (10) auswechselbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,

daß der Entnahmekopf (12) symmetrisch oder asymmetrisch angeordnete Doppelsektoren mit gleichen oder unterschiedlichen Ent nahmeöffnungswinkeln (^₁, C*₂) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Probenteiler (60) aus k hintereinandergeschalteten Riffelteilern mit je einem Durchlaßöffnungswinkel (ß) von 180° gebildet ist, die die Teilung des Teilstroms M_A(2) im Verhältnis zum Hauptstrom &Mgr;&tgr;,(&Igr;) entsprechend

M₂^M₁₁ = («7360°) · (l/2^k) bewirken.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Probenteiler (60) vor seinem Probenabgaberohr (39) ein geneigtes Sicherheitssieb (38) zur Abtrennung von störenden oder nicht analysierbaren groben Partikeln aus dem Analyseprobenstrom (3) aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Sicherheitssieb (38) wenigstens eine Ablenkschurre (49) für die Analysenprobenteilströme (5) derart zusammenwirkt, daß diese alle eine genügend lange Siebstrecke zur sicheren Abtrennung vorfinden.

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16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennze ichnet, daß Probennehmer (9) und/oder Probenteiler (60) hinter Fallschächten oder -rohren zur Unterstützung der Partike!bewegung auf Wand- und Siebflächen mittels eines Vibrators (51) in Vibrationen versetzbar sind.

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